Truyền khối - chương 3
CHƯƠNG CHƯNG CẤT I Khái quát Chưng phương pháp 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 phương pháp chưng – Chưng đơn giản – Chưng nước trực tiếp – Chưng chân không – Chưng cất PHÂN LOẠI HỖN HỢP HAI CẤU TỬ Căn vào mức độ hồ tan ta chia dung dịch hai cấu tử thành loại sau: – Chất lỏng hoàn toàn hoà tan vào theo tỉ lệ – Chất lỏng hoà tan phần vào – Chất lỏng khơng hồ tan vào Xét hỗn hợp gồm hai cấu tử A B theo định luật Rauolt ta có áp suất riêng phần cấu tử là: PA = PbhA.xA PB = PbhB.xB = PbhB.(1 – xA) Áp suất tổng P = PA + PB = PbhA.xA + PbhB.(1 – xA) CHƯNG ĐƠN GIẢN Nguyên tắc sơ đồ chưng đơn giản, đồ thị txy Chưng đơn giản ứng dụng cho trường hợp sau: •Khi nhiệt độ sơi hai cấu tử khác xa: •Khi khơng địi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao •Tách hỗn hợp lỏng khỏi tạp chất khơng bay •Tách sơ hỗn hợp nhiều cấu tử Tính tốn q trình chưng đơn giản Phương trình cân vật chất cho tồn q trình là: F W D x F F xW W x D D CHƯNG CẤT 3.1 Nguyên tắc làm việc tháp Hơi lên qua lỗ đĩa, chất lỏng chảy từ xuống theo ống chảy chuyền Nồng độ cấu tử thay đổi theo chiều cao tháp, nhiệt độ sôi thay đổi tương ứng với thay đổi nồng độ 10 Phương trình QF + QK + QL0 = QD + QW + Qm + Qng Hay: QK = QD + QW + Qm + Qng - QF - QL0 29 Ví dụ Tháp chưng cất liên tục áp suất thường dùng để sản xuất 500kg/h axit acetic với nồng độ 70% mol Nhập liệu vào với nồng độ 29% mol axit acetic nhiệt độ sôi Sản phẩm đỉnh nước chứa 7% mol axit acetic Tháp gia nhiệt bão hòa khô 1.Vẽ sơ đồ hệ thống chưng cất, đường cân lỏng (x) – hơi(y) % mol 30 2.Tính lượng sản phẩm đỉnh nhập liệu (kmol/h) Cho tỉ số hoàn lưu 1,5 Rmin Xác định số mâm thực tháp cho biết số mâm thực tương ứng với bậc thay đổi nồng độ 4.Tính chiều cao tháp biết khoảng cách đĩa 0,4m, phận gia nhiệt đáy tháp 1m, khoảng cách từ đĩa lên đỉnh tháp 0,6m (Bề dầy đĩa không đáng kể) 31 Thành phần cân lỏng (x) – hơi(y) % mol nước – acetic x y x y 0 60 71.6 9.2 70 79.5 10 16.7 80 86.4 20 30.3 90 93.0 30 40 50 42.5 53.0 62.6 100 100 32 Tóm tắc đề W=500kg/h xw= 30%mol nước xF= 71%mol nước xD= 93%mol nước R= 1.5 Rmin 33 Vẽ sơ đồ hệ thống chưng cất 34 Vẽ đường cân lỏng y 90 80 70 60 50 40 30 20 10 10 20 30 40 50 60 70 80 90 x 35 Tính lượng sản phẩm đỉnh nhập liệu -Tính lưu lượng mol sản phẩm đáy: Khối lượng trung bình hổn hợp nhập liệu: M Ftb 18 x0.3 60 x0.7 5.4 42 M Ftb 45.4 Lưu lượng mol sản phẩm đáy: W 500 W 11kmol / h 45.4 36 Phương trình cân vật liệu F =W+D F.xF = W.xW + D.xD Thay giá trị vào ta được: F = 11 + D Fx0.71 = 11x0.3 + Dx0.93 Giải hệ phương trình ta được: F = 31.5 kmol/h D = 20.5 kmol/h 37 Xác định số hoàn lưu tối thiểu R x * F xD y * yF xF xF= 0.71 => y*F = 0.80 mol/mol Rx 0.93 0.80 0.13 1.44 0.8 0.71 0.22 38 Chỉ số hoàn lưu thực tế Chỉ số hoàn lưu thực tế =1.5 Rmin Suy ra: R = 1.5*1.44 = 2.16 39 Xác định số mâm thực tháp Xác định số bậc thay đổi nồng độ: - Phương trình đường làm việc đoạn cất: xD R y x R 1 R 1 2.16 0.93 y x 2.16 2.16 y 0.68 x 0.3 40 - Phương trình đường làm việc đoạn chưng: Với: L= 31.5/20.5=1.54 Suy ra: LR L y x xW R 1 R 1 1.54 2.16 1.54 y x *0.30 2.16 2.16 Pt đường làm việc đoạn chưng: y = 1.17x - 0.05 41 _Đoạn cất y = 68x + 0.3 _Đoạn chưng y = 1.17x - 0.05 42 Vẽ đồ thị đường làm việc y% 90 80 70 60 50 40 30 20 10 10 20 30 40 50 60 70 80 90 x% 43 ... đáng kể) 31 Thành phần cân lỏng (x) – hơi(y) % mol nước – acetic x y x y 0 60 71.6 9.2 70 79.5 10 16.7 80 86.4 20 30 .3 90 93. 0 30 40 50 42.5 53. 0 62.6 100 100 32 Tóm tắc đề W=500kg/h xw= 30 %mol... 30 %mol nước xF= 71%mol nước xD= 93% mol nước R= 1.5 Rmin 33 Vẽ sơ đồ hệ thống chưng cất 34 Vẽ đường cân lỏng y 90 80 70 60 50 40 30 20 10 10 20 30 40 50 60 70 80 90 x 35 Tính lượng sản phẩm đỉnh nhập... 11x0 .3 + Dx0. 93 Giải hệ phương trình ta được: F = 31 .5 kmol/h D = 20.5 kmol/h 37 Xác định số hoàn lưu tối thiểu R x * F xD y * yF xF xF= 0.71 => y*F = 0.80 mol/mol Rx 0. 93 0.80 0. 13