MỤC LỤC MỤC LỤC BÀI CHƯNG CẤT GIÁN ĐOẠN I KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM: II TÍNH TỐN: Trường hợp 1: tỉ số hoàn lưu R=1 Trường hợp 2: tỉ số hoàn lưu R=2 III BÀN LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO 10 BÀI CHƯNG CẤT GIÁN ĐOẠN I KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM: Bảng 1: Kết thí nghiệm chưng cất gián đoạn Nhập liệu R =1 R =2 Sản phẩm đáy R R =1 =2 Sản phẩm đỉnh R R =1 =2 Nhiệt độ 30 30 35 35 33 30 Độ rượu 40 40 32 39 94 96 Bảng 2: Kết thí nghiệm chưng cất gián đoạn Thơng số Nhiệt độ nước vào (oC) Nhiệt độ nước (oC) Lưu lượng nước (L/h) Lưu lượng nước (kg/h) Khối lượng riêng nước nhiệt độ trung bình (kg/m3) R= 30 32 75 74 622 995 23 R=2 30.4 32 75 74.648 995.31 CBHD: TS Lương Huỳnh Vủ Thanh Bảng 3: Bảng chuyển đổi độ rượu 20oC (% thể tích)[4] Nhập liệu R =1 Nhiệt độ Độ rượu phù kế Độ rượu chuyển đổi 20oC II R =2 Sản phẩm đáy R R =1 =2 Sản phẩm đỉnh R R =1 =2 30 30 35 35 33 30 40 40 32 39 94 96 35 35 25 32 91 93 9 TÍNH TỐN: Trường hợp 1: tỉ số hồn lưu R=1 a Tính tốn lượng sản phẩm đỉnh đáy thu được: Khối lượng riêng nước 20ºC: 998.23 kg/m3 Khối lượng riêng rượu tinh khiết 20ºC: 789 kg/m3 (Trích: “Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 1, trang 12”) Công thức chuyển đổi từ độ rượu sang phần mol rượu (a độ rượu): Công thức chuyển từ phần mol sang phần khối lượng: Khối lượng phân tử trung bình hỗn hợp: Cơng thức xác định khối lượng riêng hỗn hợp: Suất lượng mol dòng nhập liệu: (Với V lưu luợng nhập liệu – L/h) Ta có phương trình: SVTH:Nguyễn Thanh Hồi Trang Suy ra: b Tính tỉ số hồn lưu cục bộ, tỉ số hoàn lưu toàn phần: Nhiệt cung cấp cho thiết bị nồi đun: Nhiệt cung cấp cho thiết bị ngưng tụ nhiệt độ trung bình: Tại 31.45oC ta có N= ;Tra bảng “Nhiêt dung riêng số chất lỏng phụ thuộc vào nhiệt độ, Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 1, Trang 171,172” với 31.45oC giá trị nhiệt dung riêng nước C=4177.14 J/kg – = 1145.24 Khối lượng dòng sản phẩm đỉnh: mD = D.Mhh = × [0.76×46 + (1 - 0.76)×18]} = 0.621 kg/h Ẩn nhiệt hóa nước: rN = 540 kcal/kg= 2260.872 kJ/kg Ẩn nhiệt hóa rượu: rR = 206.4 kcal/kg= 864.156 kJ/kg (Tra “Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 1, Trang 253,254”) Tỉ số hoàn lưu cục bộ: Tỉ số hoàn lưu tổng: RT = R + Ri = 1+ 1.24 = 2.24 c Vẽ đồ thị (x, y) Vẽ đường làm việc phần cất Vẽ đường bậc thang suy số đĩa lý thuyết: Bảng cân pha lỏng – rượu – nước: x y 0 05 332 442 531 576 614 654 699 753 818 898 1 CBHD: TS Lương Huỳnh Vủ Thanh Phương trình đường làm việc đoạn cất có dạng : Điểm W 0.098 0.098 x= y= Điểm F 0.145 0.334815 Điểm D 0.76 0.76 Điểm R 0.234567901 Giản đồ Mc Cabe - Thiele 1.20 1.00 f(x) = - 50.02x^6 + 168.99x^5 - 223.04x^4 + 145.72x^3 - 48.85x^2 + 8.2x R² = 0.80 0.76 0.60 0.40 0.33 0.23 0.20 0.1 0.00 0.00 0.20 0.40 đường cân W D đường 45 11 1.1 2.1 3.1 0.60 0.80 1.00 1.20 Polynomial (đường cân bằng) F R đường cất 2+Sheet2!$G$27:$G$28 10 12 1.2 2.2 Hình 1: Đồ thị xác định số mâm lý thuyết Từ đồ thị suy số bậc thang d Tính hiệu suất tổng qt tháp: SVTH:Nguyễn Thanh Hồi Trang Trường hợp 2: tỉ số hoàn lưu R=2 a Tính tốn lượng sản phẩm đỉnh đáy thu được: Chọn tính Khối lượng riêng nước 20ºC: 998.23 kg/m3 Khối lượng riêng rượu tinh khiết 20ºC: 789 kg/m3 Suất lượng mol dịng nhập liệu: Ta có phương trình: Suy ra: b Tính tỉ số hồn lưu cục bộ, tỉ số hoàn lưu toàn phần: Nhiệt cung cấp cho thiết bị nồi đun: Nhiệt cung cấp cho thiết bị ngưng tụ nhiệt độ trung bình: Tại 31.2oC ta có N= 995.31 ;Tra bảng “Nhiêt dung riêng số chất lỏng phụ thuộc vào nhiệt độ, Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 1, Trang 171,172” với 31.2oC giá trị nhiệt dung riêng nước C=4177.2 J/kg Khối lượng dòng sản phẩm đỉnh: mD = D.Mhh = × [×46 + (1 – )×18]}= 0.197 kg/h Ẩn nhiệt hóa nước: rN = 540 kcal/kg= 2260.872 kJ/kg Ẩn nhiệt hóa rượu: rR = 206.4 kcal/kg= 864.156 kJ/kg (Tra “Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 1, Trang 253,254”) Tỉ số hoàn lưu cục bộ: CBHD: TS Lương Huỳnh Vủ Thanh Tỉ số hoàn lưu tổng: RT = R + Ri = + 4.88 = 6.88 c Vẽ đồ thị (x, y) Vẽ đường làm việc phần cất Vẽ đường bậc thang suy số đĩa lý thuyết: Bảng cân pha lỏng – rượu – nước: x y 0 05 0 332 442 531 576 0 614 654 0 699 753 818 898 1 Phương trình đường làm việc đoạn cất có dạng : Điểm W 0.13 0.13 x= y= Điểm F 0.145 0.231421 Điểm D 0.826 0.826 Điểm R 0.104822335 Giản đồ Mc Cabe - T hiele 1.20 1.00 0.80 f(x) = - 50.02x^6 + 168.99x^5 - 223.04x^4 + 145.72x^3 - 48.85x^2 + 8.2x R² = 0.83 0.60 0.40 0.200.1 0.00 0.00 0.23 0.13 0.20 0.40 đường cân W D đường 45 11 1.1 2.1 3.1 14 SVTH:Nguyễn Thanh Hoài 0.60 0.80 1.00 1.20 Polynomial (đường cân bằng) F R đường cất 2+Sheet2!$G$27:$G$28 10 12 1.2 2.2 13 15 Trang Hình 2: Đồ thị xác định số mâm lý thuyết Từ hình suy số bậc thang d Tính hiệu suất tổng quát tháp: III BÀN LUẬN Hỗn hợp ethanol 40 độ đưa vào nồi đun (C1), điện trở (J1) cấp nhiệt 500W Sensor nhiệt độ TI1 thể nhiệt độ nồi đun, sensor TI2, TI3, TI4 nằm đoạn tháp chưng cất Thời điểm sensor TI1 khoảng 40-50 0C, nồi đun xuất bong bóng khí, dịng khí bắt đầu xuất hiện, di chuyển với vận tốc bé Thời điểm sensor TI1 đạt khoảng 840C, nhiệt độ sensor TI3 bắt đầu tăng nhanh từ vọt từ 320C lên đến 700C, lúc nồi đun C1 sơi mạnh, bong bóng xuất nhiều, dịng khí di chuyển với vận tốc tăng mạnh Mở van V10 cho nước vào vào để ngưng tụ, làm lạnh, bật R chỉnh thời gian đóng-mở phù hợp Nhiệt độ nước vào TI5 chênh lệch với nước TI6 sau khí qua thiết bị ngưng tụ khơng lớn nên tiếp tục dùng làm lạnh để thu sản phẩm đỉnh Đợi thiết bị ổn định nhiệt độ, lượng sản phẩm đỉnh đủ để xác định tắt hệ thống thu sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy Trong q trình thí nghiệm có xảy tượng ngập lụt, để giải trường hợp ta giảm nhiệt lượng đun, tắt hệ thống đun mở van xả áp tháp(trường hợp hạn chế sử dụng), ta chọn phương án tắt hệ thống đun khoảng 5p cho tượng ngập lụt Dịng lỏng hồn lưu xuống gặp dịng nóng lên, q trình trao đổi nhiệt diễn ra: cấu tử khó bay ngưng thành lỏng, cấu tử dễ bay pha tăng lên Lượng sau tiếp xúc có nồng độ etanol cao hơn, nồng độ cấu tử nước giảm Đây trình truyền khối xảy mâm, lượng qua mâm, nồng độ etanol lại tăng lên Do đó, nồng độ sản phẩm đỉnh phụ thuộc vào số lượng mâm tháp tỷ số hoàn lưu Số mâm cố định nên nồng độ sản phẩm đỉnh phụ thuộc vào tỷ số hoàn lưu Ở trường hợp R=1 ta thu sản phẩm có độ rượu 91.1 (ở điều kiện chuẩn 200C), với trường hợp R=2 ta thu sản phẩm có độ rượu 93.9 (ở điều kiện chuẩn 200C) Có thể thấy tăng tỉ số hồn lưu nồng độ sản phẩm đỉnh tăng Vậy ta chọn số hoàn lưu lớn cho thiết bị sao? Cơng thức tỷ số hồn lưu: R = Theo cơng thức ta thấy tỷ số hoàn lưu tỉ lệ thuận với lưu lượng hồn lưu L, nên R tăng L tăng, lượng sản phẩm thực thu (D – L) giảm dẫn đến suất giảm, đồng thời thiết bị tiêu tốn nhiều công suất Tuy nhiên, tăng tỷ số hồn lưu R hiệu suất trình chưng cất tăng TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Xoa tập thể tác giả, Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 1, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội Phan Văn Thơm, Sổ tay thiết kế thiết bị hóa chất chế biến thực phẩm đa dụng, 2011, NXB Đại học Cần Thơ Vũ Bá Minh Hoàng Minh Nam, 2004 Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học Tập 2: Cơ học vật liệu rời, NXB Đại học Quốc gia TP.HCM, 265 trang Elettronica Veneta and InEL S.P.A, 2002 Batch distillation pilot plant User’s Handbook Trang ... giảm, đồng thời thiết bị tiêu tốn nhiều công suất Tuy nhiên, tăng tỷ số hồn lưu R hiệu suất q trình chưng cất tăng TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Xoa tập thể tác giả, Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa... thuật Hà Nội Phan Văn Thơm, Sổ tay thiết kế thiết bị hóa chất chế biến thực phẩm đa dụng, 2011, NXB Đại học Cần Thơ Vũ Bá Minh Hoàng Minh Nam, 2004 Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học Tập 2: Cơ học... tăng mạnh Mở van V10 cho nước vào vào để ngưng tụ, làm lạnh, bật R chỉnh thời gian đóng-mở phù hợp Nhiệt độ nước vào TI5 chênh lệch với nước TI6 sau khí qua thiết bị ngưng tụ khơng lớn nên tiếp