Chưng cất gián đoạn Thực tập quá trình thiết bị

Vẽ đường 45 độ Vẽ đường cân bằng lỏng hơi bằng cách hồi quy ra phương trình bậc 6 từ các điểm cân bằng lỏng hơi. Và tra bảng Khối lượng riêng của rượu etylic nguyên chất ở 20oC, ta có:

MỤC LỤC Trang MỤC LỤC i DANH SÁCH BẢNG ii DANH SÁCH HÌNH iii CHƯƠNG 1: SỐ LIỆU VÀ TÍNH TOÁN 1.1 Số liệu thí nghiệm 1.2 Tính toán 1.2.1 Tính lượng sản phẩm đỉnh đáy thu 1.2.2 Vẽ đồ thị chưng cất R = 3/2 R=2/3 CHƯƠNG 2: NHẬN XÉT Phạm Hồng Chương Trang i DANH SÁCH BẢNG Bảng 1-1 Kết thí nghiệm chưng cất Bảng 1-2 Thông số thiết bị ngưng tụ Bảng 1-3 Chuyển đổi độ rượu nhiệt độ 20oC Bảng 1-4 Suất lượng mol phân mol nhập liệu, đỉnh đáy Bảng 1-5 Nhiệt lượng .3 Bảng 1-6 Tỉ số hoàn lưu tổng Bảng 1-7 Phương trình đường cất Bảng 1-8 Các điểm cân lỏng-hơi Bảng 1-9 Mâm lý thuyết hiệu suất mâm tổng quát ứng với lần chưng cất Phạm Hồng Chương Trang ii DANH SÁCH HÌNH Hình 1-1 Biều đồ mâm chưng cất thí nghiệm R = 1.5 .5 Hình 1-2 Biểu đồ mâm chưng cất thí nghiệm R = 1.5 .6 Hình 1-3 Biểu đồ mâm chưng cất thí nghiệm R = 0.666666667 .7 Hình 1-4 Biểu đồ mâm chưng cất thí nghiệm R = 0.666666667 .8 Phạm Hồng Chương Trang iii CHƯƠNG 1: SỐ LIỆU VÀ TÍNH TỐN 1.1 Số liệu thí nghiệm Thời gian thí nghiệm khoảng 2.5h/ thí nghiệm Bảng 1-1 Kết thí nghiệm chưng cất Nhập liệu R=3/2 Nhiệt độ (oC) 30 Độ rượu 49 R=2/3 Nhiệt độ (oC) 28 Độ rượu 48 Sản phẩm đáy Sản phẩm đỉnh Nhiệt độ (oC) 30 Nhiệt độ (oC) 32 Độ rượu Độ rượu 98.8 Nhiệt độ (oC) 29 Nhiệt độ (oC) 29.5 Độ rượu Độ rượu 99 47.5 47.5 Bảng 1-2 Thông số thiết bị ngưng tụ Thông số R=3/2 R=2/3 Nhiệt độ nước vào (oC) 28.9 28.7 Nhiệt độ nước (oC) 30.1 29.5 Lưu lượng nước (L/h) 70 70 1.2 Tính tốn Chuyển đổi độ rượu nhiệt độ 20oC Tra bảng Correction Table for an Alcoholometer Calibrated at 20oC (Draft by Geoff Redman) Bảng 1-3 Chuyển đổi độ rượu nhiệt độ 20oC Nhiệt độ Độ rượu Nhiệt độ Độ rượu 30 49 20 44.9 30 47.5 20 43.3 Sản phẩm đỉnh 32 98.8 20 96.1 28 48 20 44.7 29 47.5 20 43.7 99 20 96.8 R=3/2 Nhập liệu Sản phẩm đáy R=2/3 Nhập liệu Sản phẩm đáy Sản phẩm đỉnh 29.5 1.2.1 Tính lượng sản phẩm đỉnh đáy thu Từ bảng Khối lượng riêng nước phụ thuộc vào nhiệt đơ, ta dựng phương trình: y = -0.0059x2 + 0.0339x + 999.95 Với nhiệt độ t=20oC, ta có: Phạm Hồng Chương Trang Số liệu tính toán 𝑘𝑔 = 0.99827 𝑔/𝑚𝐿 𝑚3 Và tra bảng Khối lượng riêng rượu etylic nguyên chất 20oC, ta có: 𝑘𝑔 𝜌𝑅 = 789 = 0.789 𝑔/𝑚𝐿 𝑚 Tính giá trị xF, xW, xD dựa vào cơng thức chuyển đổi độ rượu (a) phần mol (x): x=  MR  − a  1+ N  R M N  a  𝜌𝑁 = 998.27 Trong đó: a: độ rượu x: phần mol ρ N , ρ R : khối lượng riêng nước rượu MN, MR: khối lượng phân tử nước rượu Khối lượng phân tử trung bình nhập liệu MTB = Mrượu  xF + Mnước  (1- xF) Khối lượng hỗn hợp nhập liệu mnl = mr + mn =  a  r +  (1 − a)  n Tính F, W, D dựa vào phương trình cân vật chất: F = mnl M TB F W D = = x D -x w x D -x F x F -x w F: lượng nhập liệu ban đầu (Kmol) D: lượng sản phẩm đỉnh (Kmol) W: lượng sản phẩm đáy thu (Kmol) Bảng 1-4 Suất lượng mol phân mol nhập liệu, đỉnh đáy Nhập liệu (F) Sp đáy (W) Sp đỉnh (D) 0.2013 0.1911 0.8840 Suất lượng mol 0.1913 (Kmol) 0.1885 0.0028 Nhập liệu (F) Sp đáy (W) Sp đỉnh (D) 0.2000 0.1936 0.9034 Suất lượng mol 0.1917 (Kmol) 0.1899 0.0017 R=1.5 x R=0.6667 x Phạm Hồng Chương Trang Số liệu tính tốn Tính cân lượng tỉ số hoàn lưu cục  m3   Jun  QC =t (độ) × F  × C   × time (h) (Jun)  h   m  độ    Thời gian ngưng tụ 1h => time = 𝐽𝑢𝑛 QR: Nhiệt cung cấp cho nồi đun = 440 ( ) * 2.5 * 3600 = 3960000 (Jun) 𝑠 F: lượng nước qua thiết bị ngưng tụ C: nhiệt dung riêng nước  Jun  (đẳng tích = (1.1024+0.0002498*tTB) * 1000  ) m  độ   t: chênh lệch nhiệt độ nước vào khỏi thiết bị ngưng tụ rR, rN: ẩn nhiệt hoá rượu etylic nước 83OC rR = 39551352 Jun/Kmol rN = 41439600 Jun/Kmol Qi = Q R – Q C Bảng 1-5 Nhiệt lượng Ri = R = 1.5 R = 2/3 Qi (jun) 3959907 3959938 QC (jun) 93 62 Qi x D  D  rR + (1 − x D )  D  rN Bảng 1-6 Tỉ số hoàn lưu tổng R = 1.5 R = 2/3 Ri 35.2 57.6 Rt 36.7 58.3 1.2.2 Vẽ đồ thị chưng cất R = 3/2 R=2/3 Phương trình đường cất: R y = T x+ x RT + RT + D D (y = x D , x D )  xD  ,0   RT +  C  Phạm Hồng Chương Trang Số liệu tính tốn Bảng 1-7 Phương trình đường cất R = 1.5 R = 2/3 y = 0.973505419x + 0.023421266 y = 0.983124585x + 0.015245816 Vẽ đường 45 độ Vẽ đường cân lỏng cách hồi quy phương trình bậc từ điểm cân lỏng hơi: Bảng 1-8 Các điểm cân lỏng-hơi x 0.05 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 y 0.332 0.442 0.531 0.576 0.614 0.654 0.699 0.753 0.818 0.898 y = -50.019*x6 + 168.99*x5 - 223.04*x4 + 145.72*x3 - 48.849*x2 + 8.1967*x Hiệu suất mâm tổng quát: E= 𝑆ố 𝑚â𝑚 𝑙ý 𝑡ℎ𝑢𝑦ế𝑡 𝑆ố 𝑚â𝑚 𝑡ℎự𝑐 𝑡ế x 100 Với số mâm thực tế cột Bảng 1-9 Mâm lý thuyết hiệu suất mâm tổng quát ứng với lần chưng cất R = 3/2 R=2/3 Số mâm lý thuyết (mâm) 36 39 E (%) 514 557 Phạm Hồng Chương Trang Số liệu tính tốn 0.7 0.6 y 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0.1 0.2 0.3 x 0.4 0.5 0.6 0.7 Hình 1-1 Biều đồ mâm chưng cất thí nghiệm R = 1.5 Phạm Hồng Chương Trang Số liệu tính toán 0.89 0.87 y 0.85 0.83 0.81 0.79 0.77 0.77 x 0.87 Hình 1-2 Biểu đồ mâm chưng cất thí nghiệm R = 1.5 Phạm Hồng Chương Trang Số liệu tính tốn 0.77 0.67 0.57 y 0.47 0.37 0.27 0.17 0.07 -0.03 0.07 0.17 0.27 0.37 x 0.47 0.57 0.67 0.77 Hình 1-3 Biểu đồ mâm chưng cất thí nghiệm R = 0.666666667 Phạm Hồng Chương Trang Số liệu tính tốn 0.91 0.89 0.87 y 0.85 0.83 0.81 0.79 0.77 0.77 x 0.87 Hình 1-4 Biểu đồ mâm chưng cất thí nghiệm R = 0.666666667 Phạm Hồng Chương Trang CHƯƠNG 2: NHẬN XÉT ✓ Hiệu suất mâm tổng quát lên đến 500% so với lý thuyết bình thường số mâm lý thuyết khác xa so với số mâm thực tế Vì nồng độ sản phẩm đỉnh phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác mâm (mâm lý thuyết) độ lôi chất lỏng, nhiệt độ thất thoát theo chiều dài tháp ✓ Việc nồng độ sản phẩm đỉnh lần chưng cất sau, với tỉ số hoàn lưu nhỏ hơn, lớn lần chưng cất đầu vì: Nơi xảy hồn lưu khơng tốt, giọt lỏng rơi xuống khơng bị hồn lưu liền mà nằm vũng sâu miệng ống hoàn lưu tới đủ nhiều hoàn lưu Khi lấy sản phẩm đỉnh vũng chạy xuống sản phẩm đỉnh Nên việc điều chỉnh R không ảnh hưởng lớn Việc chưng cất với R nhỏ sau R lớn mà khơng rửa tháp mâm chứa nhiều pha lỏng lần trước, pha lỏng chứa nồng độ ethanol cao dần theo tháp (gần cao) Nên bàn đạp thúc đẩy việc tăng nồng độ sản phẩm đỉnh ✓ Khi chất lỏng để lại lớp dòng chảy xuống, phải trạng thái cân với bốc lên từ đĩa khơng thể lên đường chảy chuyển Hiện tượng ngập lụt chấm dứt ✓ Độ dài cột (số lượng giai đoạn) lớn nồng độ sản phẩm mong muốn tiếp cận azeotrope (95,6% chưng với điều kiện thường) Phạm Hồng Chương Trang ... mâm chưng cất thí nghiệm R = 1.5 .5 Hình 1-2 Biểu đồ mâm chưng cất thí nghiệm R = 1.5 .6 Hình 1-3 Biểu đồ mâm chưng cất thí nghiệm R = 0.666666667 .7 Hình 1-4 Biểu đồ mâm chưng cất. .. thị chưng cất R = 3/2 R=2/3 Phương trình đường cất: R y = T x+ x RT + RT + D D (y = x D , x D )  xD  ,0   RT +  C  Phạm Hồng Chương Trang Số liệu tính tốn Bảng 1-7 Phương trình đường cất. .. tổng Bảng 1-7 Phương trình đường cất Bảng 1-8 Các điểm cân lỏng-hơi Bảng 1-9 Mâm lý thuyết hiệu suất mâm tổng quát ứng với lần chưng cất Phạm Hồng Chương Trang ii