tính toán và thiết kế thiết bị chưng cất

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BỘ MƠN: KỸ THUẬT THỰC PHẨM Đề tài: tính tốn thiết kế thiết bị chưng cất GVHD: Phan Thế Duy Nhóm:5 Mục lụ I LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT .4 Khái niệm Các phương pháp chưng cất: II MỘT SỐ CƠNG THỨC TÍNH TỐN Q TRÌNH CHƯNG CẤT LIÊN TỤC, HỆ HAI CẤU TỬ: .5 Về tính cân vật chất: .5 a) Nguyên tắc b) Cơng thức tính cân vật chất Tính cân nhiệt lượng a) Cân nhiệt lượng chưng cất liên tục b) Cân nhiệt lượng thiết bị đun nóng: c) Cân nhiệt tháp d)Cân nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ .10 e)Cân nhiệt lượng thiết bị làm lạnh 10 Tính cân vật liệu 12 III PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG NỒNG ĐỘ LÀM VIỆC CỦA THÁP CHƯNG CẤT 13 Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện .13 Phương trình đường làm việc đoạn chưng 15 Đối với tháp chưng có cột chưng 17 Chỉ số hồi lưu tối thiểu .19 Chỉ số hồi lưu hiệu số đĩa lý thuyết .20 Chỉ số hồi lưu thích hợp .22 IV XÁC ĐỊNH SỐ MÂM THỰC TẾ VÀ HIỆU SUẤT QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT: 24 Xác định số mâm thực tế: 24 Hiệu suất trình chưng cất: 26 V CÁC THIẾT BỊ CHƯNG CẤT 27 Chưng cất liên tục 27 a Chưng cất bốc 28 b Chưng cất tiết lưu 29 2 Chưng cất đơn giản (gián đoạn) 30 Tài liệu tham khảo: 32 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHƯNG CẤT I LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT Khái niệm Chưng cất trình dùng nhiệt để tách hỗn hợp lỏng thành cấu tử hỗn hợp nhiệt độ, ta thu hóa chất tinh khiết Phương pháp chưng cất dùng để tách hỗn hợp chất lỏng hỗn hợp khí – lỏng thành cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay khác cấu tử hỗn hợp (nghĩa nhiệt độ, áp suất cấu tử khác nhau) Khi chưng ta thu nhiều sản phẩm thường cấu tử thu nhiêu sản phẩm Muốn có q trình chưng cất đạt hiệu cao ta phải tìm hiểu tính chất hỗn hợp lỏng đem chưng cất Hỗn hợp lỏng đa dạng, ta đề cập đến hỗn hợp lỏng hai thành phần chúng đối tượng trình chưng cất gặp nhiều thực tế Quá trình phân riêng thành phần hỗn hợp lỏng có nhiều thành phần tương tự hỗn hợp lỏng có hai thành phần Đối với trường hợp cấu tử ta có: Sản phẩm đỉnh gồm cấu tử có độ bay lớn phần cấu tử có độ bay bé, sản phẩm đáy gồm cấu tử có độ bay bé phần cấu tử có độ bay lớn         Các phương pháp chưng cất: Phân loại theo áp suất làm việc: Áp suất thấp Áp suất thường Áp suất cao Phân loại theo nguyên lý làm việc: Chưng cất đơn giản:dùng để tách hỗn hợp gồm cấu tử có độ bay khác Phương pháp thường dùng để tách sơ làm cấu tử khỏi tạp chất Chưng cất nước: dùng để tách hỗn hợp gồm chất khó bay tạp chất không bay hơi, thường ứng dụng trường hợp chât tách không tan với nước Khi chưng nước người ta phun nước qua lớp chất lỏng phận phun Hơi nước bão hòa hay q nhiệt Trong trình tiếp xúc nước lớp chất lỏng, cấu tử cần chưng khuếch tán vào Hỗn hợp nước cấu tử bay ngưng tụ tách thành sản phẩm Chưng luyện: phương pháp phổ biến để tách hoàn toàn hỗn hợp cấu tử dễ bay có tính chất hòa tan phần hòa tan hồn tồn với Chưng luyện áp suất thấp dùng cho hỗn hợp dễ bị phân hủy nhiệt độ cao hỗn hợp có nhiệt độ sôi cao Chưng luyện áp suất cao dùng cho hỗn hợp khơng hóa lỏng áp suất thường  Chưng chân không: dùng trường hợp cần hạ thấp nhiệt độ sôi cấu tử Ví dụ trường hợp cấu tử hỗn hợp dễ bị phân hủy nhiệt độ cao hay trường hợp cấu tử nhiệt độ sôi cao  Các phương pháp chưng cất khác II MỘT SỐ CƠNG THỨC TÍNH TỐN Q TRÌNH CHƯNG CẤT LIÊN TỤC, HỆ HAI CẤU TỬ: Về tính cân vật chất: Cân vật chất thực chất công cụ thống kê ghi lại cách định lượng nguyên liệu sử dụng công đoạn sản xuất Cân vật chất đánh giá SXSH cân có số liệu tin cậy tổn thất nguyên nhiên liệu theo dòng thải Căn số liệu cân kiểm chứng phần đặc trưng dòng thải ta có số liệu chi phí theo dòng thải Cân vật chất thể hai hình thức sau: + Cân tổng thể: Dùng cho tất dòng nguyên liệu vào chuyền sản xuất Cân tiến hành qua công đoạn với biến đổi tất thành phần tham gia vào dây chuyền sản xuất + Cân phần: Chỉ dùng cho loại nguyên liệu phần có giá trị Theo dõi biến đổi phần công đoạn Nhằm định lượng tổn thất vật liệu trình tập hợp cho dây chuyền sản xuất Trên sở số liệu tính tốn, thơng thường nhóm sản xuất lựa chọn đề xuất hộis sản xuất, xếp theo thứ tự ưu tiên Đồng thời, thực số liệu cho tình hình sản xuất a) Nguyên tắc Nguyên tắc cân vật chất nguyên liệu vào dây chuyền phải khỏi dây chuyền sản xuất điểm đó, hình thức - Phương trình cân vật chất thể sau: ∑ Vật chất vào = ∑ Vật chất + ∑ Tổn thất - Cân vật chất dựa số liệu có phương pháp tính tốn lý thuyết hay số liệu có phương pháp đo đạc thực tế sản xuất kết hợp hai phương - Lập kế hoạch đo đạc số liệu đầu vào đầu cho ngày sản xuất, ghi lại lượng tiêu thụ dòng thải cho thời gian - Lập bảng thông số đầu vào đầu vật chất điển hình, đại diện đo đạc b) Cơng thức tính cân vật chất Ta có: Suất lượng nhập liệu (Gđ) Gđxđ = Gcxc Tổng lượng thứ bốc lên Gđ = G c + W Suy ra: W = Gđ - Gc Trong đó: Gđ : suất lượng nhập liệu đầu Gc : suất lượng nhập liệu cuối Xđ : nồng độ nhập liệu đầu Xc : nồng độ nhập liệu cuối W : cân vật chất Tính cân nhiệt lượng Mục đích cân nhiệt lượng: -Là để xác định nước lạnh cần thiết cho trình ngưng tụ làm lạnh,cũng để xác định lượng đốt cần thiết đun nóng hỗn hợp ban đầu bốc đáy tháp a) Cân nhiệt lượng chưng cất liên tục Trường hợp 1: - Xét mâm tháp mâm lý tưởng đánh số từ đỉnh xuống, số ký hiệu dòng cho biết mâm dòng Ví dụ: Lo suất lượng (mol/s) pha lỏng tưg mâm thứ n Ký hiệu gạch để dòng phần chưng Sản phẩm đỉnh trạng thái lỏng, hỗn hợp Tuy nhiên, dòng hồn lưu phải trạng thái lỏng Định nghĩa tỉ số hoàn lưu (ngoại) số mol dòng hồn lưu chia cho số mol sản phẩm đỉnh: (1) Xét thiết bị ngưng tụ, tạo hình 1, cân vật chất tổng cộng là: Gl = D+Lo (2) Gl = D+ RD = D (R+1) (3) Với cấu tử A: Glyl = Dzp+Loxo (4) Hình Cân vật chất – lượng cho tháp chưng cất Phương trình (2) (5) dùng để xác định suất lượng thành phần dòng đỉnh tháp Cân nhiệt lượng bao (hình 1) (5) (6) Phương trình dùng để tính nhiệt tải thiết bị ngưng tụ Nhiệt tải nồi đun cung cấp xác định từ phương trình cân nhiệt lượng cho toàn tháp, bao (7) Trong nhiệt tổn thất mơi trường ngồi Để tiết kiệm lượng, cho dòng sản phẩm đáy nhiệt độ sôi trao đổi nhiệt với dòng nhập liệu, dòng nhập liệu làm mơi trường lạnh để ngưng tụ thiết bị ngưng tụ nhằm gia nhiệt nhập liệu trước vào tháp Trường hợp Xét thiết bị hệ thống hình b) Cân nhiệt lượng thiết bị đun nóng: QD1 + Qf =Q’f + Qm (8) QD1- Nhiệt lượng đốt mang vào: QD1 = D1r (9) D1 - lượng đốt,kg/s; r- ẩn nhiệt hóa hơi đốt,J/kg; Qf - Nhiệt lượng dung dịch đầu mang vào Hình 2: Sơ đồ để cân nhiệt trình chưng cất liên tục Ta có: Qf = FCf tf ,W (10) Với: F - Lượng hỗn hợp đầu, kg/s Cf - nhiệt dung riêng hỗn hợp đầu,J/kg độ; tf - nhiệt độ hỗn hợp, Q’f - nhiệt lượng hỗn hợp mang khỏi thiết bị vào tháp chưng: Q’f =FC’f t’f , W (11) Với: C’f - nhiệt dung riêng hỗn hợp, J/kg độ; tf - nhiệt độ hỗn hợp, Qf - nhiệt môi trường xung quanh, thường lấy Qm = 5%QD1, W Thay giá trị tích vào phương trình giải ra,ta xác định lượng đốt cần thiết để đun nóng dung dịch đầu: D1 = f(C’f t’f - Cf tf) / 0,95r, kg/s (12) c) Cân nhiệt tháp Q’f + QD2 + Qx = Qn + Qw + Qm (13) Từ tính lượng đốt cần thiết để đun bốc đáy tháp: D2 = (Qn + Qw + Qm -Q’f - Qx) /r (14) Trong Qn - nhiệt mang Qn = P(1 + R), W (15) Ở P - lượng sản phẩm đỉnh, kg/s R - số hồi lưu, kg/kg; = α11+2 α2 12 - nhiệt lượng riêng cấu tử hỗn hợp, J/kg α1, α2 - nồng độ cấu tử hỗn hợp, % khối lượng; Qw - nhiệt sản phẩm đáy mang ra: Qw = twCwW , W (16) Ở : W - lượng sản phẩm đáy, J/kg ; Cw - nhiệt dung riêng sản phẩm đáy, J/kg độ; Tw - nhiệt độ sản phẩm đáy, ℃; Qm - nhiệt môi trường xung quanh, lấy 5% QD2; Q’f - xác định theo công thức Qx - nhiệt lượng hồi lưu mang vào Qx = R P Cx tx , W; (17) Trong đó: Cx - nhiệt dung riêng chát lỏng hồi lưu,J/kg độ; Tx - nhiệt độ chất lỏng hồi lưu,℃; d)Cân nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ Nếu ngưng tụ hồi lưu: P.R.r = G1C1 (t2 - t1) (18) Từ ,ta có lượng nước lạnh tiêu tốn là: G1 = P.R.r / C1 (t2 - t1), kg/s (19) Trong đó: C1 - nhiệt dung riêng nước nhiệt độ trung bình ttb - 0,5(t1+t2), J/kg độ; r - ẩn nhiệt hóa hơi, J/kg; t1 , t2 - nhiệt độ vào nhiệt độ nước, Nếu ngưng tụ hồn tồn ta có: P (1+R) r = G2C1 (t2 - t1) (20) Do lượng nước tiêu tốn là: G2 = P(1+R) r / C1 (t2 - t1), kg/s; (21) e)Cân nhiệt lượng thiết bị làm lạnh Trường hợp ngưng tụ hồi lưu: P (r+C(t’2 - t’1) = G3C1 (t2 - t1) (22) Trường hợp ngưng tụ hoàn toàn: P (t’2 - t’1) C = G4C1 (t2 - t1) (23) Trong ngồi đại lượng biết còn: C - nhiệt dung riêng sản phẩm đỉnh, J/kg độ t’2, t’1 - nhiệt độ đầu cuối sản phẩm đỉnh, ℃; G3, G4 - lượng nước lạnh tiêu tốn trường hợp, kg/s * Quy tắc pha Gibbs: - Quy tắc pha Gibbs quy tắc tổng quát áp dụng cho cân pha, cho phép xét định tính mối quan hệ thơng số nhiệt động hệ cân dị thể từ tìm mốiquan hệ định lượng thông số c = tổng thông số trạng thái – tổng phương trình liên hệ C=k–f+n Trong n hai thơng số bên ngồi định trạng thái hệ (thường chọn áp suất nhiệt độ) Nên n = Nếu T = const P = const: c = k – f + Nếu T, P = const :c=k-f * Cách biểu diễn giản đồ pha: 10 Với Phương trình (40) phương trình đường nồng độ làm việc đoạn chưng Nó đường thẳng có góc nghiêng : tg điểm qua điểm đường chéo (hình 2.31) Trong trường hợp hồi lưu hồn tồn lượng sản phẩm đáy không đường làm việc trùng với đường chéo Hình 7: Đồ thị y - x biểu diễn đường làm việc đoạn chưng Đối với tháp chưng có cột chưng Trường hợp cần tách cấu tử khó bay độ tinh khiết lớn,thì dùng tháp chưng luyện liên tục có đoạn chưng(hình).Hỗn hợp đầu đưa vào tháp đỉnh,khơng cần lượng hồi lưu Đường làm việc thiết lập tuân theo giả thiết Mc Cabe Thile Phương trình cân vật liệu cho tồn tháp: F= P+W Hoặc F.xF = P.xP + W.xW (giống trường hợp chưng luyện thơng thường) Phương trình cân vật liệu đáy tháp: L= D + W Lx = Dy + W.xW (42) 16 Phương trình cân vật liệu đỉnh tháp: F + D= P + L F.xF + Dy= P xP + Lx (43) Từ phương trình (42) rút phương trình đường nồng độ làm việc: Dy = L.x - W.xW y= (44) Lượng lỏng thu được: L= F.q Với (45) q= Lượng tháp: D = L - W=F.q - W (47) Thay phương trình (45) vào (47) thu phương trình nồng độ làm việc cho trường hợp tháp có đoạn chưng: y= (48) Với góc nghiêng α: tgα= Đường làm việc qua điểm yW = xW y = x y =1 cắt trục tung ở: x’ = - 17 Hình 8: Tháp chưng luyện có cột chưng Hình : Đồ thị x, y Hình 9: Biểu diễn đường làm việc số đĩa lý thuyết Để xác định thành phần sản phẩm đỉnh yD sản phẩm đáy xW.Khi nồng độ hỗn hợp đầu xF ta cần có ba đĩa hình (9).Giao điểm yD xF điểm qua đường làm việc Chỉ số hồi lưu tối thiểu Động lực trình chưng luyện xác định qua hiệu số nồng độ đường cân đường làm việc, theo pha có(y* -y) theo pha lỏng có (x - x*) Trong dấu (*) nồng độ cân Theo phương trình (hình 10) độ dốc đường làm việc phụ thuộc số hồi lưu R Do cường độ làm việc gần với đường cân số hồi lưu nhỏ Vậy số hồi lưu có độ lớn tối thiểu, đĩa đoạn luyện(còn gọi đĩa tiếp liệu) tồn động lực, tức hiệu số nồng độ y* - y dương Ở trường hợp giới hạn có số hồi lưu tối thiểu, tức x F thì(y* -y) (hình 10) 18 Hình 10: Xác định số hồi lưu tối thiểu Để xác định giá trị số hồi lưu tối thiểu , xuất phát từ điểm xP = yD đường chéo kéo đường thẳng qua điểm Z giao điểm đường thẳng vuông góc với trục hồnh qua xF với đường cân bằng,cắt trục trung tai điểm BO có đoạn m’, theo cơng thức (51): m’ = Xác định số hồi lưu tối thiểu Rmin: Rmin = Từ đồ thị hình theo công thức: tgα1= Rút Rmin= Với y*F nồng độ cân với xF Tại điểm z động lực tính theo pha pha lỏng Chỉ số hồi lưu hiệu số đĩa lý thuyết 19 Hình 11: Đồ thị y- x xác định số đĩa lý thuyết Các trường hợp giới hạn nêu thực tế không thực là: R=Rmin Nlt→ R→ Nlt = Nmin Trong đó: Nlt - Số đĩa lý thuyết tháp chưng luyện Vì tháp cần làm việc số hồi lưu hiệu nằm trường hợp giới hạn trên.Theo quy tắc Faust số hồi lưu hiệu là: Rhq = (1,1……….1,5) Rmin (53) với giá trị Rhq xác định m đồ thị y-x, đường làm việc số đĩa lí thuyết (hình 11) Qua đồ thị số đĩa lí thuyết đoạn luyện Nlt=2 đoạn chưng Nlt = Số đĩa toàn tháp: Nlt = Nlt = Những điểm đường cân tương ứng với đĩa có lượng bay lên cân với lượng dòng chảy xuống từ đĩa là: kí hiệu 20 Tại đĩa n: ↑ Dn ↓Ln Những điểm đường làm việc tương ứng với đĩa có lượng bay lên gặp với lượng lỏng đĩa chảy xuống với trao đổi chát trao đổi nhiệt là: kí hiệu: Tại đĩa n: ↑ Dn ↓Ln+1 Chỉ số hồi lưu thích hợp Chỉ số hồi lưu lớn lượng nhiệt tiêu thụ đáy tháp nhiều, phải làm bay lượng hồi lưu này.Mặt khác số đĩa lý thuyết tháp giảm dần với tăng số hồi lưu Nếu giảm số hồi lưu làm tăng chi phí chế tạo tháp có giảm chi phí làm việc.Vì cần tiếp cận giá trị thích hợp số hồi lưu.Bằng phương pháp đồ thị dự vào quan hệ số hồi lưu số đĩa lí thuyết để xá định số hồi lưu thích hợp theo quan hệ NltR= f(R) Đồ thị quan hệ Nlt = f(R) vùng làm việc thích hợp,từ tính quan hệ thích hợp Nlt R (hình 12) Hình 12: Đồ thị quan hệ N = f(R) Vùng làm việc thích hợp Để xác định xác giá trị thích hợp số hồi lưu Rup ta dùng quan hệ N.R = f(R) Giá trị cực tiểu đồ thị cho số hồi lưu thích hợp Rup thiết bị có kích thước bé đảm bảo chế độ làm việc tốt Điều giải thích: Sự phụ thuộc chủi số hồi lưu kích thướt tháp qua thể tích làm việc V = f.H, đó: f tiết diện tháp (㎡) 21 H chiều cao tháp (m) Mặt khác tiết diện tỷ lệ thuận với lượng tháp D=(R+1).P,có nghĩa tỷ lệ với lượng hồi lưu Do điều kiện làm việc định P= const, f ~ D ~R,nên V ~ N.R.Trên sở xây dựng quan hệ NR= f(R) xác định số hồi lưu thích hợp (hình 13) Hình 13: Đồ thị quan hệ NR = f(R) Xác định số hồi lưu thích hợp: Tính lượng lỏng tháp Với đoạn luyện có cân vật liệu: Do = Lo+ P (54) Và R = Lượng lỏng đoạn luyện: Lo= R + P (55) Lượng đoạn luyện: Du = P (R+1) (56) Nếu nhiệt độ hỗn hợp đầu nhiệt độ sơi lượng lỏng đoạn chưng tính: 22 Du = Do = P (R+1) (57) Lu = Lo + F = R P + F (58) Lượng lỏng đoạn chưng đoạn luyện định cho việc xác định kích thước tháp chưng luyện IV XÁC ĐỊNH SỐ MÂM THỰC TẾ VÀ HIỆU SUẤT QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT: Xác định số mâm thực tế: Số mâm thực tế tính theo hiệu suất trung bình: Ntt Trong đó: : Hiệu suất trung bình đĩa, hàm số độ bay tương đối độ nhớt hỗn hợp lỏng: =f(α,µ) : Số mâm thực tế : Số mâm lý thuyết Xác định hiệu suất trung bình tháp : + Độ bay tương đối cấu tử dễ bay hơi: α Với: : Phần mol nước pha lỏng : Phần mol nước pha cân với pha lỏng lg  Ví dụ: Tính tốn tháp chưng cất hệ hỗn hợp cấu tử nước-acid axetic, với suất nhập liệu 0,8 m3/h, nồng độ nhập liệu 88% khối lượng nước, nồng độ sản phẩm đỉnh 99,55% khối lượng nước, nồng độ sản phẩm đáy 70% khối lượng nước, nhiệt độ nhập liệu 100,1727, nhiệt độ sản phẩm đỉnh 100,0235, nhiệt độ sản phẩm đáy sau trao đổi nhiệt 40, trạng thái nhập liệu lỏng sôi Các thông số ban đầu: Năng suất nhập liệu: = 0,8 m3/h Nồng độ nhập liệu: = 88% kl nước Nồng độ sản phẩm đỉnh: = 99,55% kl nước Nồng độ sản phẩm đáy: = 70% kl nước Nhiệt độ nhập liệu: tF = 100,1727 Nhiệt độ sản phẩm đỉnh: tD = 100,0235 Nhiệt độ sản phẩm đáy sau trao đổi nhiệt: t’W = 40 23 Khối lượng phân tử nước phân tử acid acetic: MN = 18, MA = 60 Giải  Chuyển từ phần khối lượng sang phần mol xF = = = 0,9607 ( phần mol nước) xD = = 0,9985 xW = = 0,8861 ( phần mol nước ) ( phần mol nước )  Tại vị trí nhập liệu: xF = 0,9607 ta tra đồ thị cân hệ F = 0,9700 tF = 100,1727 + αF =1,27 + tF = 100,1727, = 0,4610-3 N.s/m2, = 0,28410-3 N.s/m2 = 0,44310-3 N.s/m2 = 0,443 cP  αF= 1,270,443 = 0,563 = 0,58  Tại vị trí mâm đáy: xW = 0,8861 ta tra đồ thị cân hệ W = 0,925 +αW =1,58 + = 0,4610-3 N.s/m2, = 0,28410-3 N.s/m2 = 0,44310-3 N.s/m2 = 0,443 cP  αF= 1,580,443 = 0,7 24 = 0,54  Tại vị trí mâm đỉnh: xD = 0,9985 ta tra đồ thị cân hệ D = 0,999 tD = 100,0235 +αD =1,5 + tD = 100,0235 = 0,4610-3 N.s/m2, = 0,28410-3 N.s/m2 = 0,44310-3 N.s/m2 = 0,443 cP  αD= 1,50,443 = 0,7 = 0,56  Hiệu suất trung bình đĩa = = 0,56  Số mâm đĩa thực tế tháp Ntt: Ntt = = 41 mâm Hiệu suất trình chưng cất: - Để chuyển từ số mâm lý thuyết sang số mâm thực ta cần phải biết hiệu suất mâm Có loại hiệu suất mâm dùng là: + Hiệu suất tổng quát E0, liên quan đến toàn tháp, hiệu suất đơn giản sử dụng kén xác nhất, định nghĩa tỉ số số mâm lý tưởng số mâm thực cho toàn tháp E0 = = + Hiệu suất mâm Murphree EM, liên quan đến mâm, tỉ số biến đổi nồng độ pha qua mâm với biến đổi nồng độ cực đại đạt pha rời mâm cân với pha lỏng rời mâm thứ n EM = Trong : Nồng độ thực pha rời mâm thứ n : Nồng độ thực pha vào mâm thứ n Nồng độ pha cân với pha lỏng rời ống chảy chuyền mâm thứ n + Hiệu suất cục ECB, liên quan đến vị trí cụ thể mâm ECB = Trong 25 : Nồng độ pha rời khỏi vị trí cụ thể mâm n : Nồng độ pha mâm n vị trí Nồng độ pha cân với pha lỏng vị trí V CÁC THIẾT BỊ CHƯNG CẤT Chưng cất liên tục Hệ thống thiết bị chưng cất liên tục gồm có: Tháp chưng cất Đáy tháp: phần gồm từ đĩa tiếp liệu trở xuống gọi đoạn chưng Thiết bị đun nóng dùng để đun nóng hỗn hợp đầu Đỉnh tháp: phần gồm từ đĩa tiếp liệu trở lên đỉnh gọi đoạn luyện Thùng chứa cao vị có tác dụng điều áp điều chỉnh dung lượng Thiết bị ngưng tụ hồi lưu; ống nước lạnh ống Thiết bị làm lạnh để làm lạnh sản phẩm đỉnh Trường hợp cần phải ngưng tụ lại gọi thiết bị ngưng tụ làm lạnh Thùng chứa sản phẩm Thùng chứa cặn bã Dụng cụ nhìn kiểm tra Hình ảnh thiết bị chưng cất liên tục 26 Quá trình làm việc hệ thống: Hỗn hợp lỏng ban đầu bơm lên thùng cao vị để ổn định áp lực Từ thùng cao vị hỗn hợp lỏng chảy qua thiết bị gia nhiệt nước nóng chảy vào đĩa cao thuộc phần tháp (còn gọi đĩa tiếp nhận) Nhiệt độ hỗn hợp lỏng sau gia nhiệt độ sôi Cấp nhiệt tháp nhờ nước nóng thiết bị truyền nhiệt đặt đáy tháp Đối với tháp có suất lớn người ta đưa phần cấp nhiệt đáy tháp riêng, dễ lắp đặt, vệ sinh sữa chữa thay Nếu hệ thống lắp đặt ngồi trời thiết bị lưu hồi đặt thấp thiết bị ngưng tụ hồn tồn từ đỉnh tháp Dòng hồi lưu bom hồi lưu đưa đĩa đỉnh tháp Trường hợp thuận tiện cho việc điều chỉnh nhiệt thiết bị hồi lưu đặt cao a Chưng cất bốc Nếu độ bay tương đối cấu tử hỗn hợp lớn người ta tiến hành chưng đơn giản, tức cho bốc lần liên tục: Sơ đồ hệ thống chưng cất bốc Hỗn hợp đưa vào có nồng XF cấu tử dễ bay đun tới nhiệt độ sôi t vùng lỏng với nồng độ yD > xF nộng độ lỏng xW < xF.Khi có lượng D bay lên cân nhiệt động với nhiệt lỏng W b Chưng cất tiết lưu 27 Chưng tiết lưu tiến hành chưng bốc hơi,song hệ thống có bố trí van tiết lưu để giảm áp dòng sau khỏi thiết bị bốc Hỗn hợp đầu F đưa vào thiết bị bốc áp suất P1 nhiệt độ t1 nhỏ nhiệt độ sôi ts1 ra, qua van tiết lưu hạ áp xuống P2 < P1 ứng với nhiệt độ t2 vùng lỏng Sơ đồ hệ thống chưng cất tiết lưu Chưng cất đơn giản (gián đoạn) Cấu tạo tháp chưng cất trường hợp chưng cất gián đoạn có thay đổi, ta coi tháp chưng cất gián đoạn đoạn luyện tháp chưng cất liên tục 28 Qúa trình làm việc hệ thống: Hình ảnh máy chưng cất gián đoạn Khi hỗn hợp lỏng gồm hai thành phần cần phân riêng nạp đầy nồi nấu dừng nạp Cấp nhiệt nước vào thiết bị đốt nóng loại ống xoắn đặt lòng nồi nấu, gia nhiệt để hỗn hợp lỏng sơi giữ cho sơi suốt q trình chưng cất Hơi bay lên từ nồi nấu có nhiều thành phần dễ bay theo ống vào đáy tháp chưng cất qua đĩa chóp (hoặc lớp vật đệm tháp đệm) để lên đỉnh tháp Khi từ đỉnh tháp, pha có nồng độ chất dễ bay ý muốn, đưa qua thiết bị hồi lưu làm mát nước Một phần pha biến thành pha lỏng có nồng độ xem pha hơ, từ thiết bị hồi lưu chảy qua ống chữ U (tránh pha ngược) chảy đỉnh tháp (chảy vào đĩa cùng) Phần lại ngưng tụ hết nhờ thiết bị ngưng tụ 4, làm mát nước, sản phẩm lỏng chảy qua thiết bị đo nồng độ xuống thùng chứa Dòng lỏng hồi lưu có nồng độ cao đỉnh tháp, giảm dần xuống đáy tháp, theo ống chảy sang nồi nấu Theo thời gian làm việc nồng độ thành phần dễ bay nồi nấu pha bay lên, liên tục giảm xuống Đến pha lỏng lại nồi có nồng độ chất dễ bay tính tốn dừng q trình chưng cất (ngừng cấp đốt), tháo cạn bã khỏi nồi nấu Nếu cặn bã có giá trị kinh tế xử lí chất thải trả môi trường thiên nhiên 29 Tài liệu tham khảo: [1] Nguyễn Bin - Các q trình, thiết bị cơng nghiệp hóa chất thực phẩm Tập – Phân riêng tác dụng nhiệt – NXB KH&KT Hà Nội 2005 [2] Trịnh Văn Dũng – Qúa trình thiết bị Cơng nghệ Hóa học & Thực phẩm, tập Truyền khối – NXB Đại học Quốc gia Tp HCM, 2006 [3] Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông, Phạm Xuân Toản – Sổ tay Qúa trình thiết bị Cơng nghệ Hóa học- Tập – NXB KH&KT Hà Nội, 2004 [4] Võ Văn Bang, Vũ Bá Minh – Qúa trình Thiết bị Cơng nghệ Hóa học Thực phẩm – Tập – Truyền khối – NXB Đại học Quốc gia Tp.HCM, 2007 30 ... vị trí V CÁC THIẾT BỊ CHƯNG CẤT Chưng cất liên tục Hệ thống thiết bị chưng cất liên tục gồm có: Tháp chưng cất Đáy tháp: phần gồm từ đĩa tiếp liệu trở xuống gọi đoạn chưng Thiết bị đun nóng dùng... 27 a Chưng cất bốc 28 b Chưng cất tiết lưu 29 2 Chưng cất đơn giản (gián đoạn) 30 Tài liệu tham khảo: 32 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHƯNG CẤT I LÝ... TẾ VÀ HIỆU SUẤT QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT: 24 Xác định số mâm thực tế: 24 Hiệu suất trình chưng cất: 26 V CÁC THIẾT BỊ CHƯNG CẤT 27 Chưng cất liên tục 27 a Chưng