Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
BÀI 7. CHƯNG CẤT

BÀI 7. CHƯNG CẤT

Tải bản đầy đủ - 0trang

Chỉ số hồi lưu (R) không được xác định trực tiếp mà thông qua chỉ số hồi tối thiểu (R min)

và xác định theo phương trình sau: R = b.Rmin

2.1.3. Phương trình đường làm việc

Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn cất:



Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng:



là tỉ lệ lưu lượng hỗn hợp nhập liệu so với lưu lượng sản phẩm đỉnh.

2.2. Cân bằng năng lượng

2.2.1. Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị gia nhiệt nhập liệu.



Trong đó:

Qnl là nhiệt lượng cần cung cấp (kW).

là lưu lượng khối lượng hỗn hợp nhập liệu (kg/s).

CpF là nhiệt lượng riêng hỗn hợp nhập liệu (kJ/kg.oC).

tFR , tFV là nhiệt độ nhập liệu và ra khỏi thiết bị (oC).

2.2.2. Cân bằng nhệt lượng của thiết bị ngưng tụ

Q trình ngưng tụ khơng làm lạnh



Q trình ngưng tụ có làm lạnh



Trong đó:

là lưu lượng khối lượng hỗn hợp sản phẩm đỉnh (kg/s).

RD là nhiệt hóa hơi của sản phẩm đỉnh (kJ/kg).

72



CPD là nhiệt lượng riêng hỗn hợp sản phẩm đỉnh (kJ/kg.oC).

tv, tr là nhiệt độ vào và ra của nước (oC).

G là lưu lượng dòng giải nhiệt (kg/s).

C là nhiệt dung riêng của dòng giải nhiệt (kJ/kg.oC).

tSD là nhiệt độ sôi hỗn hợp sản phẩm đỉnh (oC).

rD là nhiệt hóa hơi của sản phẩm đỉnh (kJ/kg).

2.2.3. Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm lạnh

Làm lạnh sản phẩm đỉnh



Làm lạnh sản phẩm đáy



Trong đó:

là lưu lượng khối lượng sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy (kg/s).

CPD , CPw là nhiệt dung riêng của nhập liệu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy

(kJ/kg.oC).

tDv, tDR là nhiệt độ của sản phẩm đỉnh vào và ra khỏi thiết bị (oC).

tWw, tWR là nhiệt độ của sản phẩm đáy vào và ra khỏi thiết bị (oC).

2.2.4. Cân bằng nhiệt toàn tháp

QF + QK + QL0 = QD + QW + Qm + Qng

Suy ra:



QK = QD + QW + Qm + Qng – QF – QL0



QK là nhiệt lượng cung cấp cho nồi đun (kW).

Qm là nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh và thường được lấy gần bằng

khoảng 5% đến 10% lượng nhiệt cần cung cấp.

QF là nhiệt lượng do dòng nhập liệu mang vào (kW).

73



QD là nhiệt lượng do dòng sản phẩm đỉnh mang ra (kW).



QW là nhiệt lượng do dòng sản phẩm đáy mang ra (kW).



Qng là nhiệt lượng trao đổi trong thiết bị ngưng tụ (kW).



QLo là nhiệt lượng do dòng hồn lưu mang vào (kW).

..tD

3. Tiến hành thí nghiệm.

- Cài đặt chế độ làm việc “Auto” và giá trị nhiệt độ sôi của nhập liệu trên bộ điều khiển

của thiết bị gia nhiệt nhập liệu.

- Khi nhiệt độ nhập liệu gần bằng nhiệt độ sôi của nhập liệu, tiến hành mở van nhập liệu

và điều chỉnh bơm nhập liệu với tốc độ 7 l/h (8%).

- Cài đặt độ giảm áp của tháp chưng cất ở giá trị 20mBar trên bộ điều khiển độ chênh áp.

- Mở van thu sản phẩm đỉnh và thu sản phẩm đáy.

- Điều chỉnh cơng tắc chia dòng ở vị trí “Cycle”(hồi lưu một phần).

- Cài đặt giá trị tỉ số hồi lưu giá trị thấp nhất bằng 1 lần giá trị tỉ số hồi lưu tối thiểu bằng

cách cài đặt chế độ làm việc “Manu”, chu kỳ lấy mẫu và giá trị phần trăm hồi lưu.

- Sau 10 phút, tháo hết dung dịch có trong bình chứa sản phẩm đỉnh.

- Đo lưu lượng sản phẩm đỉnh bằng phương pháp thể tích và nồng độ sản phẩm đỉnh

- Ghi các thông số nồng độ, nhiệt độ vào trong bảng số liệu.

- Lần lượt tiến hành thí nghiệm với các giá trị tỉ số hồi lưu, vị trí mâm nhập liệu và nhiệt

độ nhập liệu khác nhau. Sau mỗi lần điều chỉnh chế độ làm việc phải đợi 5 phút để hệ thống

ổn định mới tháo hết dung dịch trong bình chứa sản phẩm đỉnh và xác định các thơng số.

74



4. Kết quả thí nghiệm.

Kết quả thí nghiệm nồng độ và năng suất:



4.1.



Stt



Mâm

NL



1



7



2



7



3



7



vF

( %V)

18



VF

(lit/h)

3.54



R



vD

(%V)



VD (l/h)



G

(l/h)



1.2



79



0.727



229.0



1.4



80



0.720



236.0



1.6



83



0.713



239.0



4.1.2. Kết quả thí nghiệm nhiệt độ:



St

t



T1 (0C)



T2 (0C)



T3 (0C)



T4 (0C)



T5 (0C)



T6 (0C)



T7 (0C)



T8 (0C)



1



95.7



94.0



91.5



89.1



84.0



90.0



30.1



31.5



2



95.8



94.0



91.5



89.5



83.0



89.9



30.3



31.7



3



95.4



93.8



91.4



89.2



81.6



89.8



30.0



31.5



4.2.

Xử lý kết quả

4.2.1. Khảo sát tỉ số hồi lưu:



Cách tính cho R = 1.2

Stt



Mâm

NL



vF

( %V)



VF

(l/h)



R



vD

(%V)



VD

(l/h)



G

(l/h)



1



7



18



3.54



1.2



79



0.727



229.0



= 780.5 kg/m3 tỷ trọng của cồn etylic 100% tra ở nhiệt độ 300C

= 996 kg/m3

 Nồng độ nhập liệu



= = = 0.147

 Nồng độ phần mol của nhập liệu



= = = 0.063

 Tính tốn lượng nhập liệu



= (

= (0.18 780.5 + (1-0.18) 996) = 3.40 kg/h

75



Lượng nhập liệu

F = = = = 171.45 mol/h

 Nồng độ sản phẩm đỉnh

= 776.25 kg/m3 tỷ trọng của cồn etylic 100% tra ở nhiệt độ 350C

= 994 kg/m3

= = = 0.746

Nồng độ phần mol của sản phẩm đỉnh:

= = = 0.535

 Tính tốn lượng sản phẩm đỉnh



= (

= (0.79776.25 + (1 0.79)994) = 0.598 kg/h

Lượng sản phẩm đỉnh

D = = = 18.13 mol/h

 Tính toán lượng sản phẩm đáy

= = 0.018

Bảng kết quả:

St

t



F

mol/h



xF

mol/mo

l



1

2

3



171.4

5



0.063



kg/k

g



D

mol/

h



W

mol/h



kg/h



mol/mo

l



kg/kg



0.746



153.3

2



2.80

2



0.0072



0.0182



0.551



0.758



153.8

0



2.81

0



0.0070



0.0177



0.598



0.792



154.7

6



2.82

0



0.0053



0.0134



kg/h



mol/mo

l



kg/k

g



18.13



0.59

8



0.535



0.147 17.65



0.59

0



16.69



0.58

0



Thực tế:

 Phương trình làm việc của đường cất

= x + = x + = 0.545 x + 0.243

 Phương trình làm việc của đường chưng:

= xvới L = = = 9.46

=x–

Với xF = 0.063 (mol/mol) → = 0.36

Chỉ số hoàn lưu:

R = bRmin = b = 1.5 = 0. 707

Lý thuyết:

 Phương trình làm việc của đường cất

= x + = x + = 0.414 x + 0.313

 Phương trình làm việc của đường chưng:

76



= x-



với L = = = 9.46



=x–

Theo đồ thị: ta xác định được 6 mâm

Bảng kết quả:

R



L



1.2



9.46



1.4

1.6



Phương trình làm viêc theo lí thuyết



Phương trình làm việc theo thực tế



= 5.956 x = 0.414 x + 0.313



= x0.545 x + 0.243



9.71



= 5.584 x – 0.032

= 0.474 x + 0.29



= 4.629 x – 0.025

0.583 x + 0.229



10.2

7



= 5.062 x – 0.022

= 0.562 x + 0.262



= 4.565 x – 0.019

= 0.615 x + 0.230



4.2.2. Xác định nhiệt lượng trao đổi tại thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy và nồi



đun (buổi 2):



Stt



Mâm

NL



vF

( %V)



VF

(l/h)



R



vD

(%V)



VD

(l/h)



G

(l/h)



1



1



1.6



88



0.652



229.5



2



7



1.6



84



0.532



300.0



3



14



1.6



78



0.479



300.0



St

t



T1 (0C)



T2 (0C)



T3 (0C)



T4 (0C)



T5 (0C)



T6 (0C)



T7 (0C)



T8 (0C)



1



93.2



91.6



90.1



87.1



79.3



90.0



30.7



31.6



2



93.8



91.2



86.5



76.3



76.0



89.9



30.9



31.2



3



92.5



90.7



88.6



86.4



78.8



89.8



30.7



31.2



18



3.24



Bảng kết quả:

St

t



F

mol/h



xF

mol/mo

l



kg/k

g



1



156.9



0.063



0.147



D

mol/h

14



kg/h

0.52

3



mol/mo

l



kg/k

g



0.691



0.851



77



W

mol/h

142.9



kg/h

2.57

8



mol/mo

l



kg/kg



0.0015



0.0038



2



12.23



0.43

1



0.616



0.804



144.6

7



2.67

0



0.01625 0.0405



3



12.13



0.39

5



0.520



0.735



144.7

7



2.70

6



0.02471 0.0608



Cân bằng năng lượng:

 cân bằng năng lượng cho thiết bị gia nhập liệu:



Ta có: = 0.063 mol/mol = 89.460C



Từ = 59.730C tra được = 2.966 kJ/kg; = 4.18 kJ/kg.0C

= 0.1472.966 + (10.147) 4.18

=4

=

= 4( 31.630.7) + Qnl = 3.264 W

 Nhiệt lượng của thiết bị ngưng tụ:



= 0.691 mol = 79.04 0C



Bảng cân bằng nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ

Stt



kg/kg



kg/h



1



79.04



0.851



848



2311.1



1066



0.523



0.403



2



79.34



0.804



847.5



2310.4



1134.2



0.431



0.353



3



79.88



0.735



846.6



2309.0



1234.1



0.395



0.352



 Nhiệt lượng trao đổi tại thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh:



78



Bảng nhiệt lượng thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh

kg/h

0.523

0.431

0.395



W



57.02

57.17

57.44



3.12

3.18

3.27



79.04

79.34

79.88



79.3

76.0

78.8



35

35

35



20.08

15.61

15.72



 Nhiệt lượng của thiết bị làm lạnh sản phẩm đáy:



Bảng nhiệt lượng thiết bị làm lạnh sản phẩm đáy

kg/h

2.578

2.670

2.706



82.36

80.96

80.16



4.186

4.151

4.131



99.72

96.91

95.31



93.2

93.8

92.5



65

65

65



W

84.53

88.67

85.39



Cân bằng nhiệt lượng cho toàn tháp:

 Nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ:



Qng = = = 154.87 W

Bảng nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ

Stt

1



kg/kg

79.04



0.851



kg/h

848



2311.1

79



1066



0.523 154.87



2



79.34



0.804



847.5



2310.4



1134.2



0.431 135.79



3



79.88



0.735



846.6



2309.0



1234.1



0.395 135.41



 Nhiệt lượng dòng nhập liệu mang vào:



Ta có: = 0.063 mol/mol = 89.460C; = 90 0C

= = 89.73 0C

Crượu E = 3.366 kJ/kg. độ; Cnước = 4.209 kJ/kg.

Với CPF = Crượu E + (1- )Cnước

= 0.147 3.366 + (10.147)4.209 = 4.085 kJ/kg. độ

QF = = = 316.69 W

Bảng nhiệt lượng dòng nhập liệu mang vào



0



C



kg/h



3.101



89.73

89.68

89.63



0



C



90

89.9

89.8



89.46



QF

W

4.085

4.085

4.085



316.69

316.34

315.98



 Nhiệt lượng dòng sản phẩm đỉnh mang ra:



= 0.691 mol = 79.04 0C; = 79.3 0C

= = 79.17 0C

Crượu E =3.209 kJ/kg. độ; Cnước = 4.190 kJ/kg. độ

= + (1)

= 0.8513.209 + (1 – 0.851)4.19 = 3.355 (kJ/kg.độ)

QD = = = 38.65 W

Bảng nhiệt lượng dòng sản phẩm đỉnh mang ra



kg/h



0



C



0



C



C



kJ/kg.đ





kJ/kg.đ





Cnước

kJ/kg.đ





0



QD

W



0.523



79.04



79.3



79.17



3.355



3.209



4.19



38.65



0.431



79.34



76.0



77.67



3.387



3.191



4.19



30.82



0.395



79.88



78.8



79.34



3.471



3.212



4.19



30.01



 Nhiệt lượng dòng sản phẩm đáy mang ra:



= 0.0015 mol = 99.7 0C; = 93.2 0C

= = 96.45 0C

Crượu E =3.467 kJ/kg. độ; Cnước = 4.229 kJ/kg. độ

80



= + (1 )×

= 0.00383.467 + (1 – 0.0038)4.223 = 4.220 (kJ/kg.độ)

Ta có: = - = 2.578 kg/h

QW = = = 281.66 W

Bảng nhiệt lượng dòng sản phẩm đáy mang ra



kg/h

2.578



0



C



0



C



0



C



kJ/kg.đ





kJ/kg.đ





Cnước

kJ/kg.đ





QW

W



93.2



96.45



4.220



3.467



4.223



281.66



2.670



99.7

96.91



93.8



95.36



4.189



3.450



4.221



291.42



2.706



95.31



92.5



93.91



4.170



3.429



4.218



289.94



 Lượng nhiệt do dòng hồn lưu mang vào:



= R = 0.5231.6 = 0.837 kg/h

Mà = 79.3 0C

= + (1)

= 0.8513.211 + (1 – 0.851)4.19 = 3.357 (kJ/kg.độ)

QLo = ..tD = = 61.89 W

Bảng lượng nhiệt cung cấp do dòng hồn lưu mang vào



Stt



C



kJ/kg.đ





kJ/kg.đ





Cnước

kJ/kg.đ





0



QLo

W



kg/h



kg/h



1



0.523



0.837



79.3



3.357



3.211



4.19



61.89



2



0.431



0.689



76.0



3.369



3.170



4.19



49.00



3



0.395



0.632



78.8



3.466



3.205



4.19



47.95



 Lượng nhiệt cung cấp cho nồi đun: Qm = 5%QK



QK = QD + QW + Qm + Qng QF QLo

= 38.65 + 281.66 + 5% QK + 154.87 316.69 61.89

QK = 101.68 W

Bảng lượng nhiệt cung cấp cho nồi đun

Stt



QD

W



QW

W



Qng

W



QLo

W



QK

W



154.87



QF

W

316.69



1



38.65



281.66



61.89



101.68



2



30.82



291.42



135.79



316.34



49.00



97.57



3



30.01



289.94



135.41



315.98



47.95



96.24



81



6. Tài liệu tham khảo

[1]. Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khng, Hồ Lê Viên, Sổ tay q trình và thiết bị cơng nghệ

hóa chất, tập 1, 2, NXB KHKT, 2013.

[2]. Nguyễn Bin, Các q trình thiết bị trong cơng nghệ hóa chất và thực phẩm. Tập 4: Phân

riêng dưới tác dụng của nhiệt, NXB KHKT, 2008.

[3]. Vũ Văn Bang, Vũ Bá Minh, Q trình và thiết bị trong cơng nghệ hóa học – thực phẩm.

Tập 3: Truyền Khối, NXB Đại học Quốc gia Tp.HCM, 2010.



82



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

BÀI 7. CHƯNG CẤT

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×