Chương 3: Quá trình Chưng Cất | Bài giảng môn Quá trình thiết bị | Đại học Bách khoa hà nội
Lực liên kết giữa các phân tử cùng loại và khác loại là giống nhau và chúng hoà tan hoàn toàn vào nhau theo bất kỳ tỷ lệ nào. Tài liệu trắc nghiệm môn Hóa học 1 giúp bạn tham khảo, ôn tập và đạt kết quả cao. Mời bạn đọc đón xem!
Môn: Quá trình và thiết bị CNTP 2
Trường: Đại học Bách Khoa Hà Nội
Thông tin:
Tác giả:
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 QT-TB CN Hóa học & Thực phẩm
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
nguyen.minhtan@gmail.com
Chương 3: Các Quá trình Chưng Cất
1. Các khái niệm chung
Chưng/Distillation là phương pháp tách hỗn hợp chất lỏng thành các
cấu tử riêng biệt, dựa trên độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp.
Chương 3: Các Quá trình Chưng Cất
1. Các khái niệm chung
• Được ứng dụng rộng rãi để tách các hỗn hợp: • Dầu mỏ
• Không khí hoá lỏng (-190oC) để tách O2 và N2.
• Quá trình tổng hợp hữu cơ
• Tách các chế phẩm sinh học
• Chưng hỗn hợp hai cấu tử
• Sản phẩm đỉnh gồm cấu tử dễ bay hơi và một phần cấu tử khó bay hơi (P)
• Sản phẩm đáy gồm cấu tử khó bay hơi và một phần cấu tử dễ bay hơi (W)
Chương 3: Các Quá trình Chưng Cất
1. Các khái niệm chung
• Chưng luyện/ rectification là phương pháp chưng
nhiều lần, để thu sản phẩm
có độ tinh khiết cao hơn.
Chương 3: Các Quá trình Chưng Cất
1. Các khái niệm chung
• Phân loại chưng và chưng luyện theo:
– Áp suất làm việc: • chân không, • áp suất thường • áp suất cao.
– Số lượng cấu tử trong hệ:
– Phương thức làm việc: • hệ 2 cấu tử, • liên tục, • hệ 3 cấu tử, • gián đoạn. • hệ nhiều cấu tử.
– Các phương pháp chưng đặc biệt:
• Chưng bằng hơi nước trực tiếp • Chưng trích ly. • Chưng đẳng phí
Chương 3: Các Quá trình Chưng Cất
2. Hỗn hợp hai cấu tử: 2.1. Khái niệm:
• Hỗn hợp lỏng hai cấu tử A và B được biểu diễn qua các đại lượng:
– Khối lượng, m (kg, kg/h).
– Thể tích, V (m3, m3/h).
– Mol, n (kmol, kmol/h). – Với quan hệ: m = V . ρ và m/M = n
• ρ - khối lượng riêng, kg/m3. • M - phân tử lượng.
Chương 3: Các Quá trình Chưng Cất
2. Hỗn hợp hai cấu tử: 2.1. Khái niệm:
• Hỗn hợp khí (hơi) 2 cấu tử:
– Nhiệt độ, t (oC, K)
– Áp suất, P (at, mmHg) – Với khí lý tưởng: PV / T = const ở đktc (o): Vo = n. 22,4 (m3)
– Ở điều kiện nhiệt độ và áp suất bất kỳ:
Chương 3: Các Quá trình Chưng Cất
2. Hỗn hợp hai cấu tử: 2.1. Khái niệm:
• Áp suất riêng phần của cấu tử trong hỗn hợp lỏng: pA = aA . Pbh . XA và pB = aB . Pbh . XB
• Độ bay hơi tương đối: α
– α thể hiện khả năng bay hơi của các cấu tử trong hỗn hợp.
– α càng lớn, khả năng tách A ra khỏi B càng dễ.
– α = 1, không thể tách AB bằng phương pháp chưng thông thường.
• Quy ước: cấu tử A (đứng trước) luôn có độ bay hơi lớn hơn và
nồng độ của nó được dùng để tính toán.
Chương 3: Các Quá trình Chưng Cất
2. Hỗn hợp hai cấu tử:
2.2. Cân bằng hơi - lỏng của hỗn hợp hai cấu tử:
a. Phân loại hỗn hợp hai cấu tử:
• Hỗn hợp lý tưởng:
– lực liên kết giữa các phân tử cùng loại và khác loại là giống
nhau và chúng hoà tan hoàn toàn vào nhau theo bất kỳ tỷ lệ nào.
Chương 3: Các Quá trình Chưng Cất
2. Hỗn hợp hai cấu tử:
2.2. Cân bằng hơi - lỏng của hỗn hợp hai cấu tử:
a. Phân loại hỗn hợp hai cấu tử: • Hỗn hợp thực:
– Tan lẫn hoàn toàn nhưng có sai lệch với định luật Raoult: p = a . Pbh . X
• α > 1 – sai lệch dương
• α < 1 – sai lệch âm.
– Tan lẫn hoàn toàn nhưng có tồn tại điểm đẳng phí.
• Áp suất hơi đạt cực đại, hệ ethanol - nước.
• Áp suất hơi đạt cực tiểu, hệ acid nitric - nước.
– Tan lẫn một phần vào nhau, hệ nước – n buthanol.
– Hoàn toàn không tan lẫn, hệ benzen – toluen.
Chương 3: Các Quá trình Chưng Cất
2. Hỗn hợp hai cấu tử:
2.2. Cân bằng hơi - lỏng của hỗn hợp hai cấu tử:
b. Đồ thị x – P, t = const:
Chương 3: Các Quá trình Chưng Cất
2. Hỗn hợp hai cấu tử:
2.2. Cân bằng hơi - lỏng của hỗn hợp hai cấu tử:
c. Đồ thị x, y - t: p = const
Nhiệt độ sôi Ts là hàm của x.
Giản đồ đẳng áp T-x-y
Nhiệt độ ngưng tụ Tk là hàm của y
Chương 3: Các Quá trình Chưng Cất
2. Hỗn hợp hai cấu tử:
2.2. Cân bằng hơi - lỏng của hỗn hợp hai cấu tử:
d. Quy tắc đòn bẩy t, oC • Có Z mol hỗn hợp hai cấu tử. = D = F • Trong vùng hai pha: G – F mol lỏng F E – D mol hơi. • Z = F + D x y x, y F xZ D Quy tắc đòn bẩy
Chương 3: Các Quá trình Chưng Cất
2. Hỗn hợp hai cấu tử:
2.2. Cân bằng hơi - lỏng của hỗn hợp hai cấu tử:
d. Quy tắc đòn bẩy
• Phương trình cân bằng vật liệu cho cấu tử dễ bay hơi:
Z . xZ = D . yD + F . xF
• Quy tắc đòn bẩy: F y - x D Z = D x - x Z F F EG y - x D FE x - x F EG y - x D Z = = Z F = = D Z = = D FE x - x Z FG y - x Z FG y - x Z F D F D F
Chương 3: Các Quá trình Chưng Cất
2. Hỗn hợp hai cấu tử:
2.2. Cân bằng hơi - lỏng của hỗn hợp hai cấu tử:
e. Đồ thị x, y – t cho hỗn hợp thực:
Chương 3: Các Quá trình Chưng Cất
2. Hỗn hợp hai cấu tử:
2.2. Cân bằng hơi - lỏng của hỗn hợp hai cấu tử:
e. Đồ thị x, y – t cho hỗn hợp thực:
Chương 3: Các Quá trình Chưng Cất
2. Hỗn hợp hai cấu tử:
2.2. Cân bằng hơi - lỏng của hỗn hợp hai cấu tử:
e. Đồ thị x, y – t cho hỗn hợp thực:
• Điểm đẳng phí tương
ứng với nhiệt độ cực tiểu. • Bên trái điểm đẳng phí có thể tách bằng phương pháp chưng thông thường.
Quan hệ x, y – t của hệ có điểm đẳng phí ở áp suất cực đại
Chương 3: Các Quá trình Chưng Cất
2. Hỗn hợp hai cấu tử:
2.2. Cân bằng hơi - lỏng của hỗn hợp hai cấu tử:
e. Đồ thị x, y – t cho hỗn hợp thực: • Tại điểm đẳng phí, không tách
được bằng chưng luyện.
• Bên phải điểm đẳng phí cũng
không thực hiện được quá
trình chưng vì nồng độ cân
bằng của pha hơi nhỏ hơn pha lỏng.
• Trường hợp điểm đẳng phí
cực tiểu, các quan hệ trên sẽ hoàn toàn ngược lại.
Quan hệ x, y – t của hệ có điểm đẳng phí ở áp suất cực đại
Chương 3: Các Quá trình Chưng Cất
2. Hỗn hợp hai cấu tử:
2.2. Cân bằng hơi - lỏng của hỗn hợp hai cấu tử:
f. Đồ thị y – x: p = const
• Được sử dụng phổ biến trong y chưng luyện. y*
• Động lực của quá trình: Δy = y* - y Δx = x* - x y
• Số liệu đường cân bằng
thường cho sẵn trong các sổ tay. x* x x
Chương 3: Các Quá trình Chưng Cất
2. Hỗn hợp hai cấu tử:
2.2. Cân bằng hơi - lỏng của hỗn hợp hai cấu tử:
g. Cách biểu diễn đường cân bằng
• Từ đường sôi trên đồ thị y, x – t.
• Từ đồ thị Pbh – t.
• Tính nồng độ của pha hơi theo phương trình đường ngưng tụ
(kết hợp phương trình Dalton và Raoult): P y = x bhi i i P
• Với hỗn hợp thực, việc xác định đường cân bằng pha lỏng –
hơi thường dựa vào thực nghiệm.