truyen khoi 3
DESCRIPTION
Truyen Khoi 3TRANSCRIPT
11
CHƯƠNG 3
CHƯNG CẤT
22
I. Khái quátI. Khái quát
Chưng là phương pháp dùng để tách các hỗn hợp chất lỏng cũng như các hỗn hợp khí lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp
33
các phương pháp chưng các phương pháp chưng
–Chưng đơn giản
–Chưng bằng hơi nước trực tiếp
–Chưng chân không
–Chưng cất
44
1. PHÂN LOẠI HỖN HỢP HAI CẤU TỬ 1. PHÂN LOẠI HỖN HỢP HAI CẤU TỬ
Căn cứ vào mức độ hoà tan ta có thể chia dung dịch hai cấu tử thành các loại sau:
– Chất lỏng hoàn toàn hoà tan vào nhau theo bất cứ tỉ lệ nào.
– Chất lỏng hoà tan một phần vào nhau.
– Chất lỏng không hoà tan vào nhau.
55
Xét hỗn hợp gồm hai cấu tử A và B. theo định luật Rauolt ta có áp suất riêng phần của các cấu tử là:
PA = PbhA.xA
PB = PbhB.xB = PbhB.(1 – xA)
Áp suất tổng
P = PA + PB = PbhA.xA + PbhB.(1 – xA)
66
t4
t 3
t2
t1
Hình 3.3 Bieãu dieãn quaù trình chöng caát
O M
N
D S
x5 x3 x1 x4 x2
77
2. CHƯNG ĐƠN GIẢN. 2. CHƯNG ĐƠN GIẢN.
1 Nguyên tắc và sơ đồ chưng đơn giản, đồ thị txy.
t Ptb
Cn
C
XW XP XD
88
Chưng đơn giản được ứng dụng cho những trường hợp sau:
•Khi nhiệt độ sôi của hai cấu tử khác nhau xa:
•Khi không đòi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao.
•Tách hỗn hợp lỏng ra khỏi tạp chất không bay hơi.
•Tách sơ bộ hỗn hợp nhiều cấu tử.
99
Tính toán quá trình chưng đơn giản.Tính toán quá trình chưng đơn giản.
Phương trình cân bằng vật chất cho toàn bộ quá trình là:
DxWxFx
DWF
DWF
1010
3. CHƯNG CẤT 3. CHƯNG CẤT
3.1. Nguyên tắc làm việc của tháp.
Hơi đi dưới lên qua các lỗ của đĩa, chất lỏng chảy từ trên xuống dưới theo các ống chảy chuyền.
Nồng độ các cấu tử thay đổi theo chiều cao của tháp, nhiệt độ sôi cũng thay đổi tương ứng với sự thay đổi nồng độ.
1111
Trên mỗi đĩa xảy ra quá trình chuyển khối giữa pha lỏng và pha hơi.
Do đó một phần cấu tử dễ bay hơi chuyển từ pha lỏng vào pha hơi và một phần ít hơn chuyển từ pha hơi vào pha lỏng.
Quá trình chưng cất được thực hiện trong thiết bị lọai tháp làm vịêc liên tục hay gián đọan.
1212
3.2. Chưng cất liên tục 3.2. Chưng cất liên tục
3.2.1 Sơ đồ hệ thống thiết bị chưng cất liên tục.
1313
Phương trình cân bằng cho toàn tháp.Phương trình cân bằng cho toàn tháp.
F = W + D
F.xF = W.xW + D.xD
Trong đó:
F, W, D - suất lượng nhập liệu, sản phẩm đáy và đỉnh, kmol/h
xF, xW, xD - phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong nhập liệu, sản phẩm đáy và đỉnh.
1414
Phương trình đường nồng độ làm việc của Phương trình đường nồng độ làm việc của đọan cấtđọan cất. .
Giả thuyết:– Số mol của pha hơi đi từ dưới lên bằng
nhau trong tất cả tiết diện của tháp.– Hỗn hợp đầu vào tháp ở nhiệt độ sôi.– Chất lỏng nhưng trong thiết bị ngưng có
thành phần bằng thành phần hơi ra khỏi đỉnh tháp.
– Đun sôi ở đáy tháp bằng hơi đốt gián tiếp.– Số mol chất lỏng không đổi theo chiều cao
của đọan cất và chưng.
1515
Phương trình:Phương trình:
Với
là chỉ số hồi lưu của tháp
Gx- lượng lỏng được hồi lưu, kmol/h
11
R
xx
R
Ry D
D
GR x
1616
Phương trình đường nồng độ làm việc của Phương trình đường nồng độ làm việc của đọan chưng.đọan chưng.
Với
lượng hỗn hợp nhập liệu so với sản phẩm đỉnh.
WxR
Lx
R
RLy
1
1
1
D
FL
1717
Xác định chỉ số hồi lưu RXác định chỉ số hồi lưu Rxx
Chỉ số hồi lưu tối thiểu
Chỉ số hồi lưu: R = b.Rmin
FF
FDx xy
yxR
*
*
min
1818
Xác định số mâm lý thuyếtXác định số mâm lý thuyết
Các bước xác định:
1.Xác định chỉ số hồi lưu
2.Xác định các đường làm việc.
3.Xác định đường cân bằng.
4.Vẽ đồ thị đường làm việc và đường cân bằng.
5.Vẽ số bậc thang thay đổi nồng độ.
6.Số bậc thang là số mâm lý thuyết.
1919
3. Cân bằng nhiệt lượng của quá trình chưng cất 3. Cân bằng nhiệt lượng của quá trình chưng cất
2020
Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị gia nhiệt nhập Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị gia nhiệt nhập liệuliệu
2121
Phương trình cân bằng:Phương trình cân bằng:
Qnl = F.CpF.(tFv – tFr) + Qm
2222
Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụCân bằng nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ
2323
Phương trìnhPhương trình
Qng = D.(R+1).rD = G.C.(tr – tv) + Qm
2424
Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm lạnhCân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm lạnh
Sản phẩm đỉnh
2525
Làm lạnh sản phẩm đỉnhLàm lạnh sản phẩm đỉnh
QiiD = D.CpD.(tsD – tD) = G1.C.(tr – tv) + Qm
2626
Làm lạnh sản phẩm đáyLàm lạnh sản phẩm đáy
Sản phẩm đáy
Sản Phẩm
đáy
2727
Phương trìnhPhương trình
QiiW = W.CpW.(tsW – tW) = G2.C.(tr – tv) + Qm
2828
Cân bằng nhiệt lượng toàn thápCân bằng nhiệt lượng toàn tháp
2929
Phương trìnhPhương trình
QF + QK + QL0 = QD + QW + Qm + Qng
Hay:
QK = QD + QW + Qm + Qng - QF - QL0
3030
Ví dụVí dụ
Tháp chưng cất liên tục dưới áp suất thường dùng để sản xuất 700kg/h axit acetic với nồng độ 80% mol. Nhập liệu vào với nồng độ 35% mol axit acetic ở nhiệt độ sôi. Sản phẩm đỉnh là nước chứa 5% mol axit acetic. Tháp được gia nhiệt bằng hơi bão hòa khô.
1.Vẽ sơ đồ hệ thống chưng cất, đường cân bằng lỏng (x) – hơi(y) % mol
3131
2.Tính lượng sản phẩm đỉnh và nhập liệu (kmol/h) .
3. Cho tỉ số hoàn lưu bằng 1,5 Rmin. Xác định số mâm thực của tháp cho biết số mâm thực tương ứng với một bậc thay đổi nồng độ là 2.
4.Tính chiều cao của tháp biết khoảng cách giữa các đĩa là 0,4m, bộ phận gia nhiệt dưới đáy tháp là 1m, khoảng cách từ đĩa trên cùng lên đỉnh tháp là 0,6m (Bề dầy của đĩa là không đáng kể)
3232
Thành phần cân bằng lỏng (x) – hơi(y) % mol Thành phần cân bằng lỏng (x) – hơi(y) % mol nước – aceticnước – acetic
x 0 5 10 20 30 40 50
y 0 9.2 16.7 30.3 42.5 53.0 62.6
x 60 70 80 90 100
y 71.6 79.5 86.4 93.0 100
3333
Tóm tắc đềTóm tắc đề
W=500kg/h
xw= 30%mol nước
xF= 71%mol nước
xD= 93%mol nước
R= 1.5 Rmin
3434
1. Vẽ sơ đồ hệ thống chưng cất1. Vẽ sơ đồ hệ thống chưng cất
3535
Vẽ đường cân bằng lỏng hơiVẽ đường cân bằng lỏng hơi
x5 10 20 30 40 50 60 8070 90
y
10
20
30
40
50
60
70
80
90
3636
2. Tính lượng sản phẩm đỉnh và nhập liệu2. Tính lượng sản phẩm đỉnh và nhập liệu
-Tính lưu lượng mol sản phẩm đáy:
Khối lượng trung bình hổn hợp nhập liệu:
Lưu lượng mol sản phẩm đáy: W
18 0.3 60 0.7 5.4 42
45.4Ftb
Ftb
M x x
M
50011 /
45.4W kmol h
3737
Phương trình cân bằng vật liệuPhương trình cân bằng 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
3838
Xác định chỉ số hoàn lưu tối thiểuXác định chỉ số hoàn lưu tối thiểu
xxFF= 0.71 => y*= 0.71 => y*FF = 0.80 mol/mol = 0.80 mol/mol
FF
FDx xy
yxR
*
*
min
min
0.93 0.80 0.131.44
0.8 0.71 0.22xR
3939
Chỉ số hoàn lưu thực tếChỉ số hoàn lưu thực tế
Chỉ số hoàn lưu thực tế =1.5 Rmin
Suy ra:
R = 1.5*1.44 = 2.16
4040
Xác định số mâm thực của thápXác định số mâm thực của tháp
Xác định số bậc thay đổi nồng độ:
- Phương trình đường làm việc của đoạn cất:
11
R
xx
R
Ry D
2.16 0.93
2.16 1 2.16 10.68 0.3
y x
y x
4141
- Phương trình đường làm việc của đoạn chưng:
Với: L= 31.5/20.5=1.54
Suy ra:
Pt đường làm việc đoạn chưng:
y = 1.17x - 0.05
WxR
Lx
R
RLy
1
1
1
1.54 2.16 1.54 1*0.30
2.16 1 2.16 1y x
4242
_Đoạn cất
y = 0. 68x + 0.3
_Đoạn chưng
y = 1.17x - 0.05
4343
Vẽ đồ thị các đường làm việcVẽ đồ thị các đường làm việc
x%5 10 20 30 40 50 60 8070 90
y%
10
20
30
40
50
60
70
80
90