II. SỐ LIỆU – XỬ LÝ SỐ LIỆU
BÀI 4:CHƯNG CẤT I CƠ SỞ LÝ THUYẾT
I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Mơ hình mâm lý thuyết là mơ hình tốn đơn giản nhất dựa trên các cơ sở sau: a. Cân bằng giữa hai pha lỏng – hơi cho hỗn hợp hai cấu tử
b. Điều kiện động lực học lưu chất lý tưởng trên mâm lý tưởng cho hai pha lỏng– hơi là:
- Pha lỏng phải hịa trộn hồn tồn trên mâm
- Pha hơi khơng lơi cuốn các giọt lỏng từ mâm dưới lên mâm trên và đồng thời cĩ nồng độ đồng nhất tại mỗi vị trí trên tiết diện.
- Trên mỗi mâm luơn đạt sự cân bằng giữa hai pha
Hiệu Suất
Để chuyển từ số mâm lý thuyết sang số mâm thực ta cần phải biết hiệu suất mâm. Cĩ ba loại hiệu suất mâm được dùng là: Hiệu suất tổng quát, liên quan đến tồn tháp; Hiệu suất mâm Murphree, liên quan đến một mâm; Hiệu suất cục bộ, liên quan đến một vị trí cụ thể trên một mâm
- Hiệu suất tổng quát Eo: là hiệu suất đơn giản khi sử dụng nhưng kén chính xác nhất, được định nghĩa là tỉ số giữa số mâm lý tưởng vàsố mâm thực cho tồn tháp.
-
- Hiệu suất mâm Murphree: là tỉ số giữa sự biến đổi nồng độ pha hơi qua một mâm với sự biến đổi nồng độ cực đại cĩ thể đạt được khi pha hơi rời mâm cân bằng với pha lỏng rời mâm thứ n
Trong đĩ:
yn: nồng độ thực của pha hơi rời mâm thứ n yn+1: nồng độ thực của pha hơi vào mâm thứ n
y*n: nồng độ pha hơi cân bằng với pha lỏng rời ống chảy chuyền mâm thứ n
Nĩi chung, pha lỏng rời mâm cĩ nồng độ khơng bằng với nồng độ trung bình của phả lỏng trên mâm nên dẫn đến khái niệm hiệu cục bộ
- Hiệu suất cục bộ được định nghĩa như sau: y’n – y’n+1
EM =
y’en – y’n+1
trong đĩ:
y’n: nồng độ pha hơi rời khỏi vị trí cụ thể trên mâm n y’n+1: nồng độ pha hơi mâm n tại cùng vị trí
y’en: nồng độ pha hơi cânbằng với pha lỏng tại cùng vị trí
Mối quan hệ giữa hiệu suất mâm Murphree và hiệu suất mâm tổng quát
Hiệu suất tổng quát của tháp khơng bằng với hiệu suất trung bình của từng mâm. Mối quan hệ giữa hai hiệu suất này tùy thuộc trên độ dốc tương đối của đường cân bằng và đường làm việc. Khi mG/L>1 hiệu suất tổng quát cĩ giá trị lớn hơn và mG/L<1 hiệu suất tổng quát cĩ giá trị nhỏ hơn. Như vậy, với quá trình trong đĩ cĩ cả hai vùng như trên (chưng cất) thì hiệu suất tổng quát Eo cĩ thể gần bằng hiệu suất mâm EM. Tuy nhiên khi phân tích họat động của một tháp hay một phần của tháp thực tế, trong đĩ đo được sự biến thiên nồng độ qua một hoặc một vài mâm sẽ xác định được giá trị đúng của EM hơn là giả sử EM=Eo.
Số Liệu Thí Nghiệm:
*Mâm ở vị trí số 5:
= = (kg/m3) = = (kg/m3) Suất lượng nhập liệu :. GF = 10 lit/h = 10 .10-3 m3/h =10.10-3.951,064 = 9,511 (kg/h) Suất lượng sản phẩm đỉnh:
GD = 560 ml/ 10p = 3,36 l/h = 3,36 .10-3 m3/h =3,36.10-3. 828,442 =2,784(kg/h)
Nồng độ phần khối lượng của cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng của dịng nhập liệu: = = = 0,27634 (pklg)
Suất lượng mol của dịng nhập liệu: F = + = = 0,43951(kmol/ h) STT Vị trí Lưu lượng dịng Độ chỉ phù kế Nhiệt độ đo F ( l/h) D(ml/10p) xD xF tF 1 5 10 560 65 13 51 2 3 10 430 65 13 57 3 1 10 330 61 13 55
Nồng độ phần khối lượng của cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng của dịng sản phẩm đỉnh: = = = 0,82597(pklg)
Suất lượng mol của dịng nhập liệu: D = + = = 0,076906 (kmol/h) Giải hệ phương trình ta cĩ: *Mâm ở vị trí số 3: = = (kg/m3) = = (kg/m3) Suất lượng nhập liệu : GF = 10 lit/h = 10 .10-3 m3/h =10.10-3.947,585 = 9,476 (kg/h) Suất lượng sản phẩm đỉnh:
GD = 430 ml/ 10p = 2,58 l/h = 2,58 . 10-3 m3/h = 2,58.10-3.823,523 = 2,125 (kg/h)
Nồng độ phần khối lượng của cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng của dịng nhập liệu: = = = 0,27634 (pklg)
F = + = = 0,43789 (kmol/ h)
Nồng độ phần khối lượng của cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng của dịng sản phẩm đỉnh: = = = 0,82597 (pklg)
Suất lượng mol của dịng nhập liệu: D = + = = 0,058701 (kmol/h) Giải hệ phương trình ta cĩ: *Mâm ở vị trí số 1: = = (kg/m3) = = (kg/m3)
Suất lượng nhập liệu : GF = 10 lit/h = 10 .10-3 m3/h =10.10-3.948,338 = 9,483 (kg/h) Suất lượng sản phẩm đỉnh:
GD = 330 ml/ 10p = 1,98 l/h = 1,98 .10-3 m3/h =1,98.10-3. 832,041 =1,647 (kg/h)
= = = 0,27634 (pklg)
Suất lượng mol của dịng nhập liệu: F = + = = 0,43822 (kmol/ h)
Nồng độ phần khối lượng của cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng của dịng sản phẩm đỉnh: = = = 0,79988 (pklg)
Suất lượng mol của dịng nhập liệu: D = + = = 0,04695 (kmol/h) Giải hệ phương trình ta cĩ: Bảng kết quả tính cân bằng vật chất: ST
T F(Kmol/h) D((Kmol/h) (% mol) (%mol) W((Kmol/h) (pmol)
1 0,43951 0,076906 13 65 0,3626 0,019712
2 0,43789 0,058701 13 65 0,37919 0,0495