BÁO CÁO TIỂU LUẬN, CHƯNG CẤT DÁN ĐOẠN, VIỆN CÔNG NGHỆ, SINH HỌC-THỰC PHẨM
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH VIỆN CƠNG NGHỆ SINH HỌC-THỰC PHẨM BÀI TIỂU LUẬN CHƯNG CẤT GIÁN ĐOẠN GV: Phạm Văn Hưng SV: Trần Thị Yến Như MSSV: 15026891 ĐẠI HỌC THỰC PHẨM 11A Thành phố Hồ Chí Minh ngày 26, tháng 3, năm 2017 BÁO CÁO BÀI 5: QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT Mục đích thí nghiệm: Khảo sát đánh giá ảnh hưởng thông số: số hồi lưu, nhiệt độ (trạng thái) vị trí mâm nhập liệu đến số mâm lí thuyết, hiệu suất trình chưng cất nhiệt lượng cần sử dụng 1.1 Ký hiệu: , ,: Lưu lượng dòng nhập liệu, sản phẩm đáy, sản phẩm đỉnh, (kg) , , : Thành phần khối lượng cấu tử dễ bay nhập liệu, sản phẩm đáy sản phẩm đỉnh, (kg/kg) QK: Nhiệt lượng cung cấp cho nồi đun, (W) Qm: Nhiệt lượng mát môi trường xung quanh (W) Qm thường lấy gần khoảng 5% đến 10% nhiệt lượng cung cấp QF: Nhiệt lượng dòng nhập liệu mang vào, (W) QW: Nhiệt lượng dòng sản phẩm đỉnh mang ra, (W) Qng: Nhiệt lượng trao đổi thiết bị ngưng tụ, (W) : Nhiệt dung riêng nhập liệu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy(J/kg.độ) tF, tD, tW: Nhiệt độ nhập liệu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy (0C) rD: Nhiệt hóa sản phẩm đỉnh (kJ/kg) tv, tr: Nhiệt độ vào nước (0C) G: Lưu lượng dòng giải nhiệt (kg/s) C: Nhiệt dung riêng dòng giải nhiệt (J/kg.độ) : Nhiệt độ sôi hỗn hợp sản phẩm đỉnh (0C) Cơ sở lí thuyết: Nhập liệu F qua thiết bị đun nóng đến nhiệt độ sơi Sau đó, vào tháp chưng cất Hơi bay khỏi đỉnh tháp ngưng tụ lại phần trở lại tháp, phần lại sản phẩm đỉnh D Dưới đáy lấy sản phẩm đáy W đem làm nguội cho vào bình chứa Phương trình cân cho tồn tháp: Trong đó: F, W, D: suất lượng nhập liệu, sản phẩm đáy đỉnh (kmol/h) xF, xW, xD: phần mol cấu tử dễ bay nhập liệu, sản phẩm đáy đỉnh Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện: Để đơn giản, ta thừa nhận: Số mol pha từ lên tất tiết diện tháp Hỗn hợp đầu vào tháp nhiệt độ sôi Chất lỏng thiết bị ngưng có thành phần thành phần khỏi đỉnh tháp 2.1 Cân vật liệu tháp chưng cất; Đun sôi đáy tháp đốt gián tiếp Số mol chất lỏng không đổi theo chiều cao đoạn cất chưng Với R= Gx/D số hồi lưu tháp Gx: lượng lỏng hồi lưu (kmol/h) Gy= Gx+ D= D(R+1): lượng vào thiết bị ngưng tụ hoàn lưu (kmol/h) Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn chưng: Với L= F/D : lượng hỗn hợp nhập liệu so với sản phẩm đỉnh 2.2 Xác định số đĩa lí thuyết tháp chưng cất: Thứ tự tiến hành sau; Xác định số hồi lưu thích hợp Vẽ đường cân đường làm việc Xác định số hồi lưu thích hợp tháp: số hồi lưu đại lượng phương trình đường làm việc tháp Vì thế, muốn xác định số hồi lưu thích hợp trước hết ta phải phân tích cách vẽ đường nồng độ làm việc đoạn chưng cất Trên đồ thị hình vng, ta vẽ đường thẳng y=f(x) theo số liệu biết đường chéo góc y=x Đường nồng độ làm việc đoạn cất có dạng chung: y=Ax+B Nó với tiết diện đoạn cất Theo giả thiết, thành phần cấu tử dễ bay chất lỏng ngưng tụ thiết bị ngưng tụ vào tháp thành phần cấu tử dễ bay từ đỉnh tháp Do đó, đĩa y=x phương trình đường làm việc đĩa y=Ax+B Chỉ số hồi lưu tối thiểu: Nếu gọi Rx số hồi lưu thích hợp ta có: Ảnh hưởng trạng thái nhiệt động hỗn hợp đầu lên vị trí đường tiếp liệu: 2.3 Cân nhiệt lượng trình chưng cất: Cân nhiệt lượng thiết bị đun nóng: QD1: nhiệt lượng đốt mang vào (W) r: ẩn nhiệt hóa hơi đốt (J/kg) Qf: nhiệt lượng dung dịch đầu mang vào (W) F: lượng hỗn hợp đầu (kg/s) Cf: nhiệt dung riêng hỗn hợp đầu (J/kg.0C) Q’f: nhiệt lượng hỗn hợp mang khỏi thiết bị vào tháp chưng (W) C’f: nhiệt dung riêng hỗn hợp (J/kg.0C) t’f: nhiệt độ dung dịch (0C) Qm: nhiệt mát mơi trường xung quanh (W) Ta lấy Q m= 5%QD1 Thay giá trị tính: Cân nhiệt tháp: Trong đó: Qm: nhiệt mát mơi trường xung quanh (W) Qn: nhiệt mang vào (W) Rx: số hồi lưu thích hợp Qw: nhiệt sản phẩm đỉnh mang (W) Qx: nhiệt lượng mơi trường bên ngồi mang vào (W) Cx: nhiệt dung riêng chất lỏng cần hồi lưu (J/kg.0C) Cân nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ: Nếu ngưng tụ hồi lưu: Lượng nước lạnh tiêu tốn là: C1: nhiệt dung riêng nước nhiệt độ trung bình ttb= 0.5(t1+t2) r: ẩn nhiệt hóa (J/kg) Nếu ngưng tụ hồn tồn, ta có: Do đó, lượng nước lạnh tiêu tốn là: Cân nhiệt lượng thiết bị làm lạnh: Nếu trường hợp ngưng tụ hồi lưu: C2: nhiệt dung riêng sản phẩm đỉnh (J/kg.0C) t1, t2: nhiệt độ đầu cuối sản phẩm đỉnh (0C) Thu nhận số liệu thực nghiệm - VF = (lít) vF = 17 %V Bảng 10.1 Kết thực nghiệm t VD VD tw tD tF tv tr G (s) (%V) (lít) (0C) (0C) (0C) (0C) (0C) (l/h) 112 91 0.1 93.0 84.4 31.3 30.3 32.4 296.8 158 82 0.2 94.0 89.0 31.3 30.3 32.7 296.8 453 76 0.3 95.0 89.9 31.5 30.3 31.2 299.8 1005 72 0.4 96.0 91.0 31.6 30.3 31.0 303.8 1765 69 0.5 97.0 92.6 31.9 30.3 30.8 293.8 2712 66 0.6 98.2 94.3 32.6 30.2 30.8 297.8 3660 63 0.7 99.0 94.3 32.9 30.3 30.7 301.8 STT - Phương pháp xử lý số liệu Tính tốn cân vật chất Tính , : Nhiệt độ trung bình nhập liệu là: 31.87 0C E = 778.91 (kg/m3), ( bảng – Bảng tra cứu trình học, truyền nhiệt, truyền - khối) N = 995.25 (kg/m3), ( bảng 43 – Bảng tra cứu trình học, truyền nhiệt, truyền khối) - Khối lượng etanol: - mE = = = 0.794 (kg) - Khối lượng nước: - Khối lượng hỗn hợp: - Thành phần khối lượng: Tính , : - Khối lượng etanol: - Khối lượng nước: - Khối lượng hỗn hợp: - Thành phần khối lượng: mN = = 4.956 (kg) = mhh = mE + mN = 5.75 (kg) (kg/kg) - Với giá trị E, N tương ứng theo nhiệt độ sản phẩm đỉnh tra cứu ( bảng 4, 43 - Bảng Tra Cứu Quá Trình học, truyền nhiệt, truyền khối) sau: tD (0C) E (kg/m3) N (kg/m3) 84.4 730.8 968.9 89.0 726.5 965.7 89.9 725.6 965.1 tD (0C) E (kg/m3) N (kg/m3) 91.0 724.6 964.3 92.6 723.0 963.2 94.3 721.4 962.0 94.3 721.4 962.0 Tính , : Phương trình cân vật chất: => => - - Tính : Là diện tích giới hạn đường cong ( theo ) , Tính tốn cân lượng Nhiệt lượng dòng nhập liệu mang vào: QF = tF Nhiệt lượng dòng sản phẩm đỉnh mang ra: QD = tD Nhiệt lượng dòng sản phẩm đáy mang ra: QW = tW Nhiệt lượng trao đổi thiết bị ngưng tụ: Qng = Nhiệt lượng mát môi trường xung quanh: Qm = 5% QK Nhiệt lượng cung cấp cho nồi đun: QK = Bảng giá trị , , , thay đổi theo nhiệt đô: tF CPF tD CPD rD tw CPW (0C) (kJ/kg.độ) (0C) (kJ/kg.độ) (kJ/kg) (0C) (kJ/kg.độ) CPF tD CPD rD tw CPW (kJ/kg.độ) (0C) (kJ/kg.độ) (kJ/kg) (0C) (kJ/kg.độ) 31.3 3.9609 84.4 3.3918 1008.1 93.0 4.1134 31.3 3.9609 89.0 3.5477 1159.9 94.0 4.1161 31.5 3.9612 89.9 3.6173 1259.9 95.0 4.1191 31.6 3.9613 91.0 3.6670 1323.5 96.0 4.1224 31.9 3.9617 92.6 3.7109 1368.8 97.0 4.1258 32.6 3.9627 94.3 3.7538 1413.0 98.2 4.1299 32.9 3.9631 94.3 3.7789 1459.4 99.0 4.1326 tF (0C ) Kết xử lý số liệu - Bảng 10.2 Kết tính tốn cân vật chất STT (kg/kg) (kg) 0.138 5.75 0.138 (kg/kg) ln() (kg) (kg/kg) (kg) 0.884 0.075 0.128 5.675 0.013 5.75 0.774 0.154 0.121 5.596 0.027 0.138 5.75 0.704 0.235 0.114 5.515 0.042 0.138 5.75 0.659 0.317 0.108 5.433 0.057 0.138 5.75 0.626 0.399 0.102 5.351 0.078 (kg/kg) (kg) (kg) (kg/kg) (kg) 0.138 5.75 0.482 0.096 5.268 STT (kg/kg) 0.593 ln() 0.088 0.138 5.75 0.561 0.567 0.092 5.183 Bảng 10.3 Kết tính cân lượng G Qng QF QW QD QK (Kg/h) (Kj) (Kj) (Kj) (Kj) (Kj) 296.8 75.84 712.86 2170.86 21.53 1637.22 296.8 178.52 712.86 2168.86 48.59 1771.69 299.8 295.97 717.47 2164.75 76.40 1915.43 303.8 419.13 719.77 2159.41 105.67 2067.84 293.8 546.15 726.68 2141.48 137.11 2220.19 297.8 681.07 742.80 2136.47 301.8 827.92 749.72 2135.31 STT - *Sử lí số liệu dòng thứ 5: Tính tốn cân vật chất +Tính , : Khối lượng hỗn hợp: Thành phần khối lượng: 170.62 = mhh = mE + mN = 5.75 (kg) (kg/kg) +Tính , : Khối lượng hỗn hợp: =5.75-5.515=0.235 (kg) - Thành phần khối lượng: =0.626 (kg/kg) + Tính , : Phương trình cân vật chất: - 202.16 => =5,75-0.235 =5.515 (kg) 2363.54 2542.81 0.104 => - =0.114(kg/kg) + Tính =ln =0.042 - Tính tốn cân lượng Nhiệt lượng dòng nhập liệu mang vào: - Nhiệt lượng dòng sản phẩm đỉnh mang ra: QF = tF =5.75 ×3.9612 ×31.5 =717.47 (Kj) QD = tD =0.235×3.6173×89.9 =76.40(Kj) - - - Nhiệt lượng dòng sản phẩm đáy mang ra: Nhiệt lượng trao đổi thiết bị ngưng tụ: QW = tW =5.515×4.1191×95 =2164.75(Kj) Qng = Nhiệt lượng mát môi trường xung quanh: Nhiệt lượng cung cấp cho nồi đun: QK = =0.235×1259.9 =295.97(Kj) Qm = 5% QK =1915.43(Kj) Đồ thị nhận xét 6.1 Đồ thị 6.1.Nhận xét - Với ý nghĩa việc hoàn lưu nên bỏ qua hồn lưu nồng độ sản phẩm đỉnh không cao, hiệu suất thấp - Chỉ số hồn lưu lớn lượng hỗn hợp lỏng sản phẩm đỉnh đưa cao Hơi từ tháp chưng cất lên thiết bị ngưng tụ tiếp xúc với lượng lỏng hoàn lưu Trong chứa hai thành phần: phần lớn cấu tử etanol phần nhỏ nước dòng hồn lưu chứa hai thành phần: etanol nước dạng lỏng Quá trình tiếp tục, sản phẩm đỉnh hồn lưu lại, tương ứng có nồng độ cấu tử hồn lưu cao dòng hồn lưu ban đầu Cứ tiếp xúc pha pha lỏng kèm lơi cấu tử có độ bay cao diễn liên tục, nồng độ sản phẩm đỉnh thu cao 7.TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ngơ Phương Lan- Hướng dẫn thực hành Q Trình Thiết Bị ( hệ đại học) – Nhà xuất Lao Động,2012 [2] Giáo trình Quá Trình Thiết Bị Truyền Nhiệt – Nhà xuất Đại Học Công Nghiệp TP.HCM,2011 [3] Bảng tra cứu Quá Trình Cơ Học – Truyền Nhiệt Truyền Khối – Nhà xuất Đại Học Quốc Gia TP.HCM,2006 ... tương ứng có nồng độ cấu tử hồn lưu cao dòng hồn lưu ban đầu Cứ tiếp xúc pha pha lỏng kèm lơi cấu tử có độ bay cao diễn liên tục, nồng độ sản phẩm đỉnh thu cao 7.TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ngô Phương... hoàn lưu nên bỏ qua hồn lưu nồng độ sản phẩm đỉnh không cao, hiệu suất thấp - Chỉ số hồn lưu lớn lượng hỗn hợp lỏng sản phẩm đỉnh đưa cao Hơi từ tháp chưng cất lên thiết bị ngưng tụ tiếp xúc... Cân vật liệu tháp chưng cất; Đun sôi đáy tháp đốt gián tiếp Số mol chất lỏng không đổi theo chiều cao đoạn cất chưng Với R= Gx/D số hồi lưu tháp Gx: lượng lỏng hồi lưu (kmol/h) Gy= Gx+ D= D(R+1):