bảng 2.1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC BỘ MÔN MÁY – THIẾT BỊ …… BÁO CÁO THỰC HÀNH QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ BÀI: CHƯNG LIÊN TỤC GVHD: TRƯƠNG VĂN MINH SVTH: VÕ THÁI QUÝ MSSV: 12013961 LỚP : DHHO8A NHÓM: TỔ: HỌC KỲ: NĂM HỌC: 2014-2015 Tháng năm 2015 Mục lục Chưng liên tục 1.1.Mục đích thí nghiệm Quá trình chưng liên tục nhằm khảo sát ảnh hưởng thông số sau  Lưu lượng dòng nhập liệu  Nhiệt độ dòng nhập liệu  Vị trí nhập liệu (3 vị trí khác nhau)  Lưu lượng dòng chuyển độngng tháp chưng cất  Chỉ số hồi lưu 1.2.kết thí nghiệm 1.2.1.xử lý số liệu Chuyển đổi đơn vị xF mol/mol Stt F mol/h xD mol/mol xW mol/mol 0.093 0.1125 0.694 0.0627 0.093 0.1125 0.586 0.0524 Tính cân vật chất R 1.5 D mol/h W mol/h 5.39*10^-3 0.1071 Đường làm việc phần chưng Đường làm việc phần cất 1.3 8.56*10^-3 0.10394 y = 6.28 x − 0.276 H% 35.75 y = 8.95 x − 0.5 y= N 1.5 0.694 x+ 2.5 2.5 47.94 1.3 0.586 y= x+ 2.3 2.3 Tính toán cân lượng Stt G Kg/h 250.8 Qng W 54.53 246.6 82.98 QF W 261 QW W 263.24 QD W 16.68 -8.8 261 251 25.39 2.873 QK W 1.2.2 vẽ đồ thị hình 1.1 Đồ thị số mâm lý thuyết R=1.5 hình 1.2 Đồ thị số mâm lý thuyết với R=1.3 hình 1.3 Đồ thị thay đổi R theo độ tinh khiết sản phẩm 1.3.Nhận xét bàn luận Khi số hoàn lưu lớn độ tinh khiết sản phẩm sau chưng cất cao Chỉ số hồi lưu lớn nhiệt độ nồi đun đáy tháp nhiệt lượng cần cung cấp thấp Nguyên nhân số hồi lưu R tăng, lượng sản phẩm đỉnh D giảm, lượng hồi lưu Lo tăng kéo theo QD, Qng giảm, QL tăng Hơi từ tháp chưng cất lên thiết bị ngưng tụ tiếp xúc với lượng lỏng hoàn lưu Do tiếp xúc pha pha lỏng, cấu tử etanol lôi kéo lượng etanol dung dịch hoàn lưu, đồng thời nước pha giữ lại phần dung dịch hoàn lưu Lượng sau tiếp xúc với dung dịch hoàn lưu có nồng độ cấu tử etanol cao hơn, đồng thời giảm nồng độ cấu tử nước Do ngưng tụ, nồng độ sản phẩm đỉnh tăng lên Quá trình tiếp tục, sản phẩm đỉnh hoàn lưu lại, tương ứng có nồng độ cấu tử etanol cao dòng hoàn lưu ban đầu Cứ tiếp xúc pha pha lỏng kèm lôi cấu tử có độ bay cao diễn liên tục, nồng độ sản phẩm đỉnh thu cao Trên đĩa xảy trình truyền khối pha lỏng pha hơi, phần cấu tử dẽ bay chuyển từ pha lỏng vào pha phần chuyển từ pha vào pha lỏng, đỉnh tháp ta thu nhiều cấu tử dễ bay đáy tháp ta thu nhiều cấu tử khó bay Số mol chất lỏng không thay đổi theo chiều cao đoạn cất đoạn chưng Tài liệu tham khảo [1] Trường đại học công nghiệp tp.Hồ Chí Minh-khoa công nghệ hóa học-Hướng dẫn thực hành trình thiết bị- Nhà xuất lao động-2012 [2] Trường đại học công nghiệp tp.Hồ Chí Minh – khoa máy – thiết bị hóa học – trình thiết bị học – 2011 [3] Trường đại học công nghiệp tp.Hồ Chí Minh – khoa máy – thiết bị hóa học – trình thiết bị truyền nhiệt-2011 [4] Bảng tra cứu trình học –truyền nhiệt-truyền khối-nhà xuất đại học quốc gia TP.HỒ CHÍ MINH-2012 [5] Nguyễn Bin-Các trình thiết bị công nghệ hóa chất thực phẩm tập 4-nhà xuất khoa học kĩ thuật Phụ lục Phương trình cân cho toàn tháp F=W+ D F.xF=W.xW + D.xD 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 cất Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn chưng , lượng hỗn hợp nhập liệu so với sản phẩm đỉnh Cân lượng Cân nhiệt lượng cho thiết bị gia nhiệt nhập liệu: Với Qnl : Nhiệt lượng cần cung cấp, W CPF : Nhiệt lượng riêng hỗn hợp nhập liệu, W tFv, tFr : Nhiệt độ nhập liệu khỏi thiết bị, 0C Cân nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ: Nếu trình ngưng tụ không làm lạnh Qng = D.( R + 1).rD = G.C.(tr − tv ) + Qm Nếu trình ngưng tụ có làm lạnh Qng = D.( R + 1).rD + D.( R + 1).CPD (tSD − t D ) = G.C.(tr − tv ) + Qm tv, tr : Nhiệt độ vào nước, 0C G : Lưu lượng dòng giải nhiệt, kg/s C : Nhiệt dung riêng dòng nhập liệu, J/Kg.độ TSD : Nhiệt độ sôi hỗn hợp sản phẩm đỉnh, 0C Cân nhiệt lượng thiết bị làm lạnh Làm lạnh sản phẩm đỉnh QIID = D.CPD (tSD − tD ) = G1.C.(tr − tv ) + Qm Làm lạnh sản phẩm đáy QIIw = D.CPw (tSw − tw ) = G2 C.(tr − tv ) + Qm C PF , C PD , C PW : nhiệt lượng riêng nhập liệu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy, J/mol.độ t F , t D , tW : nhiệt độ nhập liệu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy, 0C rD : nhiệt hóa sản phẩm đỉnh, kJ/kmol Cân nhiệt lượng toàn tháp QF +QK+QL0 = QD +QW +Qm +Qng → QK = QD + QW +Qm +Qng -QF-QL QK: nhiệt lượng cung cấp cho nồi đun, W Qm: nhiệt lượng mát môi trường xung quanh (W) lấy từ 5% đến 10% nhiệt lượng cần cung cấp − QF = F C PF t F QF: nhiệt lượng dòng nhập liệu mang vào, W − QD = D C PD t D QD: nhiệt lượng dòng sản phẩm đỉnh mang ra, W _ QW = W CPR tW QW: nhiệt lượng dòng sản phẩm đáy mang ra, W _ Qng = D rD Qng: nhiệt lượng trao đổi thiết bị ngưng tụ, W QL0 : Nhiệt lượng dòng hoàn lưu mang vào, W QL0 = L0 CPD tD  Tính toán lượng nhập liệu (Kg): F = VF vF d1000 + VF (1 − vF ).d H 2O = × 0.25 × 0.78075 + × (1 − 0.25) × 0.99568 = 2.8125Kg Với : vF : (%V) cồn d1000 : Tỷ trọng cồn 1000 nhiệt độ cần xét d H 2O : Tỷ trọng nước nhiệt độ cần xét Lượng nhập liệu F (mol/h) F= = VF vF d1000 + VF (1 − vF ).d H 2O vF M C2 H 5OH + (1 − vF ).M H 2O × 0.25 × 0.78075 + × 0.75 × 0.99568 = 0.1125( mol / h) 0.25 × 46 + 0.75 × 18  Nồng độ nhập liệu (Kg/Kg) xF = VF vF d 1000 F = × 0.25 × 0.78075 = 0.2082( Kg / Kg ) 2.8125 Nồng độ phần mol nhập liệu: xF 0.2082 MA 46 xF = = = 0.093(mol / mol ) 0.2082 0.7918 x F − xF + + 46 18 MA MB  Tính toán lượng sản phẩm đỉnh (Kg): D = VD vD d1000 + VD (1 − vD ).d H 2O Lượng sản phẩm đỉnh D (mol/h) 10 D= VD vD d1000 + VD (1 − vD ).d H2O vD M C2 H 5OH + (1 − vD ).M H 2O  Nồng độ sản phẩm đỉnh (Kg/Kg) xD = VD vD d 1000 D Nồng độ phần mol sản phẩm đỉnh: xD MA xD = xD − xD + MA MB  Tính toán lượng sản phẩm đáy (Kg): w = Vw vw d1000 + Vw (1 − vw ).d H2O = mF − mD Lượng sản phẩm đáy W (mol/h) w= F− D  Nồng độ sản phẩm đáy (Kg/Kg) F xF = D.xD + w.xw ⇒ xw = F xF − D.xD w  Tính toán Rmin : Rmin xD − yF* 0.694 − 0.42746 = * = = 0.8 yF − xF 0.42746 − 0.093 Hiệu suất thu hồi sản phẩm đỉnh: % H spD = xD D 0.694 × 0.00539 × 100% = × 100% = 35.75% xF F 0.093 × 0.1125 Tính toán cân lượng: 11 TB t D Từ bảng Kết thí nghiệm ta có - nhiệt độ sản phẩm đỉnh trung bình cho trường hợp R=1.5 TB TB t = 77.48o C tFTB = 88.37o C tW = 88.17o C D là: ; ; Từ bảng 51- Số liệu cân lỏng – vài hỗn hợp hai cấu tử áp suất thường tài liệu “Bảng tra cứu Quá trình học Truyền nhiệt – Truyền khối” Nhà xuất Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh, với xF =0.093 ta có tSF = 86.94o C tFTB + tSF 86.37 + 86.94 t= = = 86.66o C 2 Với t = 86.66o C , độ rượu 25% bảng (Bảng tra cứu) ta có: CPC2 H5OH ≈ 3.971(kJ / kg.K) CPH2O ≈ 4.214(kJ / kg.K ) CPF = xF CPC2 H5OH + (1 − xF ).CPH2O = 0.2082 × 3.971 + (1 − 0.2082) × 4.214 = 4.163( kJ / kg.K) Với cách tra tương tự ta có được: CPD =3.371 (kJ / kg.K) CPW =4.162 (kJ / kg.K) rD = 853.6(kJ / kg ) Nhiệt lượng dòng nhập liệu mang vào: Q F = F CPF t FTB = 2.8125 × 4.163 × 1000 × 80.24 = 261(W ) 3600 Nhiệt lượng dòng sản phẩm đỉnh mang ra: Q D = D.CPD t DTB = 0.23 × 3.371× 1000 × 77.48 = 16.68(W ) 3600 Nhiệt lượng dòng sản phẩm đáy mang ra: 12 Q W = W CPW t WTB = 2.5825 × 4.162 × 1000 × 88.17 = 263.24(W ) 3600 Nhiệt lượng dòng hoàn lưu mang vào: Q Lo = Lo rD = D.R.rD = 0.23 × 1.5 × 853.6 × 1000 = 81.8(W ) 3600 Nhiệt lượng trao đổi thiết bị ngưng tụ: Q ng = D.rD = 0.23 × 853.6 × 1000 = 54.53(W ) 3600 Nhiệt lượng cung cấp cho nồi đun: Q K = Q D + Q W + Q m + Q ng − Q F − Q Lo Qm ( với Qm nhiệt lượng mát môi trường xung quanh =5% lượng nhiệt cung cấp) Q K = 16.68 + 263.24 + 0.05 × Q K + 54.53 − 261 − 81.8 = − 8.8(W ) 13