Chương 3: Quá trình chưng cất | Bài giảng môn Quá trình thiết bị | Đại học Bách khoa hà nội

Pha lỏng chảy từ bình trên xuống bình dưới và pha hơi từ bình dưới được sục vào pha lỏng trong bình trên tiếp theo. Tài liệu trắc nghiệm môn Hóa học 1 giúp bạn tham khảo, ôn tập và đạt kết quả cao. Mời bạn đọc đón xem!

Giảng viên:)Nguyễn Minh)Tân
Bộ môn QT7TB)CN)Hóa học &)Thực phẩm
Trường Đại học Bách khoa Nội
nguyen.minhtan@gmail.com
Quá trình &)Thiết bị
Công nghệ Hoá học III
QUÁ)TRÌNH)&)THIẾT)BỊ)CHUYỂN)KHỐI
Chương 3: Quá trình Chưng Cất
5. Chưng luyn liên tc:
5.1 Nguyên tc chưng luyn:
Chương 3: Các Quá trình Chưng Ct
Sơ đồ chưng nhiu ln
a) Sơ đồ b) Đồ th t x,y
5. Chưng luyn liên tc:
5.1 Nguyên tc chưng luyn:
Chương 3: Các Quá trình Chưng Ct
Sơ đồ chưng nhiu ln hi lưu (chưng luyn)
Cellier Blumenthal :
Lp thêm m t s bình chưng trước bình tiếp liu.
Ch cp nhit cho bình chưng đầu tiên ngưng t hơi ca
bình chưng cui ng trong sơ đồ.
Pha lng chy t bình trên xung bình dướ i pha hơi t
bình dưới đượ c sc vào pha lng trong bình trên tiếp theo.
Cho mt phn lng ngưng t hi lưu v bình trên cùng để
duy trì lượng l ng trong các bình phía trên bình tiếp liu.
4
Sơ đồ chưng nhiu ln có hi lưu
5. Chưng luyn liên tc:
5.1 Nguyên tc chưng luyn:
Chương 3: Các Quá trình Chưng Ct
5
Tháp chưng luyn:
Hơi đi t dưới lên, lng đ i t trên xung.
Theo chiu cao tháp, nhit độ sôi thay đổi tương ng vi s
thay đổi nng độ.
Càng lên cao, nhit độ trên các đĩa càng gim.
Hơi bc lên đĩa trên, tiếp xúc vi cht lng nhit độ th p
hơn nên ngưng t mt phn cu t khó bay hơ i, đồng thi lng
tiếp xúc vi hơi nhit độ cao hơn nên bc hơi mt phn cu t
d bay hơi.
Kết qu thu được hơi nng độ cu t d bay hơi cao đỉnh
lng nng độ cu t khó bay hơi cao đ áy tháp.
5. Chưng luyn liên tc:
5.1 Nguyên tc chưng luyn:
Chương 3: Các Quá trình Chưng Ct
6
H thng thiết b chưng luyn liên tc
a Sơ đồ tháp đĩa thiết b ngưng t đặt phía dưới
b Sơ đồ tháp đệm
7
Xác định s đĩa ca tháp để đạt đượ c nng độ ca sn phm
đỉnh đáy theo yêu c u.
Các đại lượng đặc trưng cho tr ng thái làm vic ca đĩa ph
thuc vào s thay đổi ca nng độ, nhit độ theo chiu cao
tháp.
Đây quan h rt phc tp, khó tiếp cn bng tính toán nên s
dng phương pháp đồ th ca Mc Cabe Thiele.
5. Chưng luyn liên tc:
5.2 c định s đĩa theo Mc Cabe Thiele
Chương 3: Các Quá trình Chưng Ct
8
5. Chưng luyn liên tc:
5.2 c định s đĩa theo Mc Cabe Thiele
Chương 3: Các Quá trình Chưng Ct
Lượ ng hơi ra khi tháp được ngưng t hoàn toàn. Đ im (x
P
=
y
D
) nm trên đường làm vic ca đon luyn.
Chp nhn quy tc Trouton r/T
s
= 21 kcal/kmol.
o
K.
Dòng mol không đổi trong toàn tháp.
Tháp làm vic đon nhit (không trao đổi nhit v i môi
trường). Đường làm vic s đườ ng thng.
Đường làm vic ca đon chưng đi qua đim (x
W
= y
W
).
Đo n luyn đon chưng gp nhau t i đim (x
F
, y
F
), vi y
F
được xác định t phương trình đường làm vic ca tháp.
Nhng gi thiết ca Mc Cabe Thiele
9
Sơ đồ h thng chưng luyn
Thiết b đun sôi
Thiết b ngưng t
Đon luyn
Đon chưng
F, x
F
W, x
W
P, x
P
D
O
, y
D
D
O
L
O
L
U
D
U
L
R
10
Cân bng vt liu:
Hn hp đầu F được ch thành sn phm đỉnh P, sn phm
đáy W. Lượ ng lng hi lưu v tháp L
R
. Lượ ng hơi đỉnh tháp
D
O
.
Phương trình cân bng vt li u:
F = P + W F. x
F
= P. x
P
+ W. x
W
T đ ó :
W
.W
xx
xx
F
P
FP
!
!
=
W
W
.P
xx
xx
F
P
F
!
!
=
5. Chưng luyn liên tc:
5.3 Xác định s đĩa theo Mc Cabe Thiele
Chương 3: Các Quá trình Chưng Ct
Phương trình đường nng độ làm vic :
5. Chưng luyn liên tc:
5.3 Xác định s đĩa theo Mc Cabe Thiele
Chương 3: Các Quá trình Chưng Ct
Gi thiết:
Hn hp đầu vào tháp nhit độ sôi.
x
P
= y
D
.
y
W
= x
W
.
Đun sôi đáy tháp bng gia nhit gián tiếp.
12
Đon luyn:
Cân bng vt liu:
D
O
= L
O
+ P
D
O
. y = L
O
. x + P. x
P
R ch s hi lưu,
Ta :
P
O
x
LP
P
x
LP
L
..y
OO
+
+
+
=
P
L
O
=R
P
x
R
x
R
R
.
1
1
.
1
y
+
+
+
=
Thiết b ngưng t
P, x
P
D
O
, y
D
D
O
, y
L
O
, x
L
O
, x
P
Sơ đồ đon luyn
13
Phương trình đường làm
vic ca đ on luyn có
dng đường thng:
Ct tr c tung ti m:
Khi hi lưu hoàn toàn:
L
O
= D
O
, P = 0, R
m
R
x
P
x
=
+
=
=
1
)(y
0
Đồ th y x biu din
đường làm vic ca đon luyn
y, %mol
y
D
m
x
P
x, %mol
α
1
đường làm vic
O
O
D
L
R
R
=
+
=
1
tg
1
!
14
Đon chưng:
Cân bng vt liu: D
U
= L
U
W
D
U
. y’ = L
U
. x’ W . x
W
Mt khác: L
U
= L
O
+ F, W = F P
T đ ó, ta :
Thay f = F/P, ta có:
W
OO
.'.y' x
LP
PF
x
LP
FL
O
+
!
!
+
+
=
15
Phương trình đường
làm vic ca đon
chưng :
đường thng,
đi qua đ im (x
w
, y
w
)
góc nghiêng:
U
U
U
U
D
L
L
L
=
!
=
W
tg
2
"
y, %mol
y
W
x
W
x, %mol
α
2
đường làm vic
x
F
Đồ th y x biu din
đường làm vic ca đon
chưng
16
Ch s hi lưu ti thiu:
Ch s hi lưu là nh
nht khi đường làm vic
ca đon luyn đi qua
đim (x
F
, y*
F
).
Khi đó:
y, %mol
y
D
m'
x
P
x, %mol
α
1
x
F
Z
x
y
B
o
, y*
F
x*
y*
y*- y
x* - x
FP
D
xx
yy
R
R
!
!
=
+
=
*
F
min
min
1
1
tg
"
F
P
xy
yx
R
!
!
=
*
F
*
F
min
17
Ch s hi lưu hiu qu s đĩa lý thuyết
Các trường hp gii hn:
R R
min
thì N
lt
R thì N
lt
N
min
Tháp s làm vic hiu qu
trong gii hn trên.
Theo Faust:
R
hq
= (1 1,5) R
min
T đó xác định được m và
s đĩa lý thuyết theo đồ th
bên.
y, %mol
m
x
P
x, %molx
F
x
w
m'
B
B
o
Xác định s đĩa lý
thuyết
18
Ch s hi lưu thíc h hp:
R tăng, tiêu hao năng
lượng tăng.
R tăng N
lt
gim
Quan h Nlt = f(R) cho
phép xác định vùng làm
vic thích hp.
Để xác định R
op
, xét
quan h N
lt
.R = f(R)
RR
op
R
min
N
ltmin
N
ltop
N
lt
đim ti ưu
Vùng thích hp
Đồ th biu din quan h N
lt
=
f(R)
19
Giá tr c c tiu ca đồ
th cho ch s hi lưu
thích hp R
op
.
Ti đó kích thướ c thiết
b nh nht nhưng
vn đảm b o chế độ
làm vic tt nht.
RR
op
R
min
(N.R)
op
N.R
Đồ th xác định ch s hi lưu
thích hp
20
Tính lượng hơi lng đi tr ong tháp :
Đon luyn:
D
O
= L
O
+ P R = L
O
/P
Lượ ng lng đi trong đon luyn: L
O
= R . P
Lượ ng hơi đi trong đon luyn: D
O
= P (R + 1)
Đon chưng,hn hp đầu vào tháp nhit độ sôi:
Lượ ng lng đi trong đon chưng: L
U
= L
O
+ F = R.P + F
Lượ ng hơi đi trong đon chưng: D
U
= D
O
= P (R + 1)
Lượ ng hơi và lng đi trong tháp s quyết định kích thước
ca tháp.
| 1/91

Preview text:

Quá trình &)Thiết bị
Công nghệ Hoá học III
QUÁ)TRÌNH)&)THIẾT)BỊ)CHUYỂN)KHỐI
Chương 3: Quá trình Chưng Cất
Giảng viên:)Nguyễn Minh)Tân
Bộ môn QT7TB)CN)Hóa học &)Thực phẩm
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
nguyen.minhtan@gmail.com
Chương 3: Các Quá trình Chưng Cất
5. Chưng luyện liên tục:
5.1 Nguyên tắc chưng luyện:

Sơ đồ chưng nhiều lần a) Sơ đồ
b) Đồ thị t – x,y
Chương 3: Các Quá trình Chưng Cất
5. Chưng luyện liên tục:
5.1 Nguyên tắc chưng luyện:

• Sơ đồ chưng nhiều lần có hồi lưu (chưng luyện) Cellier – Blumenthal :
– Lắp thêm một số bình chưng trước bình tiếp liệu.
– Chỉ cấp nhiệt cho bình chưng đầu tiên và ngưng tụ hơi của
bình chưng cuối cùng trong sơ đồ.
– Pha lỏng chảy từ bình trên xuống bình dưới và pha hơi từ
bình dưới được sục vào pha lỏng trong bình trên tiếp theo.
– Cho một phần lỏng ngưng tụ hồi lưu về bình trên cùng để
duy trì lượng lỏng trong các bình phía trên bình tiếp liệu.
Chương 3: Các Quá trình Chưng Cất
5. Chưng luyện liên tục:
5.1 Nguyên tắc chưng luyện:

Sơ đồ chưng nhiều lần có hồi lưu 4
Chương 3: Các Quá trình Chưng Cất
5. Chưng luyện liên tục:
5.1 Nguyên tắc chưng luyện:
• Tháp chưng luyện:
– Hơi đi từ dưới lên, lỏng đi từ trên xuống.
– Theo chiều cao tháp, nhiệt độ sôi thay đổi tương ứng với sự thay đổi nồng độ.
– Càng lên cao, nhiệt độ trên các đĩa càng giảm.
– Hơi bốc lên đĩa trên, tiếp xúc với chất lỏng có nhiệt độ thấp
hơn nên ngưng tụ một phần cấu tử khó bay hơi, đồng thời lỏng
tiếp xúc với hơi có nhiệt độ cao hơn nên bốc hơi một phần cấu tử dễ bay hơi.
– Kết quả thu được hơi có nồng độ cấu tử dễ bay hơi cao ở đỉnh 5
và lỏng có nồng độ cấu tử khó bay hơi cao ở đáy tháp.
Hệ thống thiết bị chưng luyện liên tục
a – Sơ đồ tháp đĩa có thiết bị ngưng tụ đặt phía dưới
b – Sơ đồ tháp đệm 6
Chương 3: Các Quá trình Chưng Cất
5. Chưng luyện liên tục:
5.2 Xác định số đĩa theo Mc Cabe và Thiele

• Xác định số đĩa của tháp để đạt được nồng độ của sản phẩm
đỉnh và đáy theo yêu cầu.
• Các đại lượng đặc trưng cho trạng thái làm việc của đĩa phụ
thuộc vào sự thay đổi của nồng độ, nhiệt độ theo chiều cao tháp.
• Đây là quan hệ rất phức tạp, khó tiếp cận bằng tính toán nên sử
dụng phương pháp đồ thị của Mc Cabe và Thiele. 7
Chương 3: Các Quá trình Chưng Cất
5. Chưng luyện liên tục:
5.2 Xác định số đĩa theo Mc Cabe và Thiele

Những giả thiết của Mc Cabe và Thiele
• Lượng hơi ra khỏi tháp được ngưng tụ hoàn toàn. Điểm (xP =
yD) nằm trên đường làm việc của đoạn luyện.
• Chấp nhận quy tắc Trouton r/Ts = 21 kcal/kmol.oK.
• Dòng mol không đổi trong toàn tháp.
• Tháp làm việc đoạn nhiệt (không có trao đổi nhiệt với môi
trường). Đường làm việc sẽ là đường thẳng.
• Đường làm việc của đoạn chưng đi qua điểm (xW = yW).
• Đoạn luyện và đoạn chưng gặp nhau tại điểm (xF, yF), với yF
được xác định từ phương trình 8đường làm việc của tháp. DO, yD Thiết bị ngưng tụ DO LR Đoạn luyện P, xP LO F, xF Đoạn chưng DU LU Thiết bị đun sôi W, xW
Sơ đồ hệ thống chưng luyện 9
Chương 3: Các Quá trình Chưng Cất
5. Chưng luyện liên tục:
5.3 Xác định số đĩa theo Mc Cabe và Thiele

Cân bằng vật liệu:
• Hỗn hợp đầu F được tách thành sản phẩm đỉnh P, sản phẩm
đáy W. Lượng lỏng hồi lưu về tháp LR. Lượng hơi đỉnh tháp DO.
• Phương trình cân bằng vật liệu:
F = P + W F. xF = P. xP + W. xW • Từ đó : x ! x x ! x W = F. P F F W P = F. x ! x x ! x P W P W 10
Chương 3: Các Quá trình Chưng Cất
5. Chưng luyện liên tục:
5.3 Xác định số đĩa theo Mc Cabe và Thiele

Phương trình đường nồng độ làm việc : • Giả thiết:
– Hỗn hợp đầu vào tháp ở nhiệt độ sôi. – xP = yD. – yW = xW.
– Đun sôi đáy tháp bằng gia nhiệt gián tiếp. • Đoạn luyện: DO, yD – Cân bằng vật liệu: Thiết bị ngưng tụ DO = LO + P LO, xP DO . y = LO . x + P. xP P, xP L P O y = .x + .x D P O, y L P + L P + L O, x O O L R là chỉ số hồi lưu, O R = P – Ta có: R 1 y = .x + .xP R +1 R +1
Sơ đồ đoạn luyện 12
– Phương trình đường làm đường làm việc y, %mol
việc của đoạn luyện có dạng đường thẳng: yD R LO tg! = = 1 α1 R +1 DO – Cắt trục tung tại m: m xP ) (y = = m x=0 R +1 xP x, %mol
– Khi hồi lưu hoàn toàn:
Đồ thị y – x biểu diễn
LO = DO, P = 0, R → ∞ đường làm việc của đoạn luyện 13 • Đoạn chưng: – Cân bằng vật liệu: DU = LU – W
DU . y’ = LU . x’ – W . xW – Mặt khác: LU = LO + F, W = F – P – Từ đó, ta có: L + F F ! P y' O = .x'! .xW P + L P + L O O – Thay f = F/P, ta có: R + f 1! f y'= .x'+ .xw R +1 R +1 14
Phương trình đường y, %mol làm việc của đoạn chưng : – là đường thẳng, đường làm việc – đi qua điểm (xw, yw) – có góc nghiêng: α y 2 W L L U U tg" = = 2 x x L ! W D W F x, %mol U U
Đồ thị y – x biểu diễn
đường làm việc của đoạn 15 chưng
Chỉ số hồi lưu tối thiểu:
• Chỉ số hồi lưu là nhỏ y, %mol
nhất khi đường làm việc y* yD của đoạn luyện đi qua y*- y y điểm (xF, y*F). α • Khi đó: B 1 o, y*F Z R y ! y* min D tg" = = F 1 m' R +1 x ! x min P F x* - x x ! y* P R = F min x * F x* x xP x, %mol y ! x F F 16
Chỉ số hồi lưu hiệu quả và số đĩa lý thuyết
• Các trường hợp giới hạn: y, %mol – R →Rmin thì Nlt → ∞
– R → ∞ thì Nlt → Nmin Bo
• Tháp sẽ làm việc hiệu quả trong giới hạn trên. B m' • Theo Faust: R m hq = (1 1,5) Rmin
• Từ đó xác định được m và
số đĩa lý thuyết theo đồ thị xw xF xP x, %mol bên.
Xác định số đĩa lý 17 thuyết
Chỉ số hồi lưu thích hợp: • R tăng, tiêu hao năng Nlt lượng tăng. • R tăng → N Vùng thích hợp lt giảm • Quan hệ Nlt = f(R) cho điểm tối ưu
phép xác định vùng làm Nltop việc thích hợp. Nltmin
• Để xác định Rop, xét Rmin Rop R quan hệ Nlt.R = f(R)
Đồ thị biểu diễn quan hệ Nlt = 18 f(R)
• Giá trị cực tiểu của đồ N.R
thị cho chỉ số hồi lưu thích hợp Rop.
• Tại đó kích thước thiết bị là nhỏ nhất nhưng
vẫn đảm bảo chế độ (N.R)op làm việc tốt nhất. Rmin Rop R
Đồ thị xác định chỉ số hồi lưu thích hợp 19
Tính lượng hơi và lỏng đi trong tháp: • Đoạn luyện: DO = LO + P và R = LO/P
– Lượng lỏng đi trong đoạn luyện: LO = R . P
– Lượng hơi đi trong đoạn luyện: DO = P (R + 1)
• Đoạn chưng,hỗn hợp đầu vào tháp ở nhiệt độ sôi:
– Lượng lỏng đi trong đoạn chưng: LU = LO+ F = R.P + F
– Lượng hơi đi trong đoạn chưng: DU = DO = P (R + 1)
• Lượng hơi và lỏng đi trong tháp sẽ quyết định kích thước của tháp. 20