BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ HĨA HỌC
🙧🙥

BÁO CÁO THỰC HÀNH
MƠN THỰC HÀNH Q TRÌNH & THIẾT BỊ HÓA HỌC

BÀI TH: CHƯNG CẤT
GVHD: Trương Văn Minh
Sinh viên: Phan Thị Nguyễn Nhi
Lớp: DHHC14A
MSSV:18077131 – Tổ 4
Ngày thực hành: 14/03/2022

Tp.Hồ Chí Minh, ngày 18 tháng 3 năm 2022


MỤC LỤC
1.

MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM................................................................................3

2.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT.......................................................................................3
2.1.

Cân bằng vật chất.............................................................................................3

2.2.

Phương trình cân bằng vật chất......................................................................3

2.3.

Chỉ số hồi lưu (hồn lưu).................................................................................3

2.4.

Phương trình đường làm việc..........................................................................4

2.5.

Xác định số mâm lý thuyết...............................................................................4

2.6.

Cân bằng năng lượng.......................................................................................5

2.6.1.

Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị gia nhiệt nhập liệu...........................5

2.6.2.

Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ...........................................5

2.6.3.

Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị làm lạnh...........................................6


2.6.4.

Cân bằng nhiệt tồn tháp.........................................................................6

3.

THÍ NGHIỆM...................................................................................................8

4.

KẾT QUẢ VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU......................................................................8
Thí nghiệm 1 : Khảo sát sự ảnh hưởng của mâm nhập liệu tại vị trí R = 1,2................10
Thí nghiệm 2: Khảo sát sự ảnh hưởng lưu lượng của dịng hồn lưu...........................16

5.

KẾT LUẬN....................................................................................................22

2


1. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
Khảo sát và đánh giá sự ảnh hưởng của các thông số: chỉ số hồi lưu, nhiệt độ (trạng
thái) và vị trí mâm nhập liệu đến số mâm lý thuyết, hiệu suất quá trình chưng cất và
lượng nhiệt cần sử dụng.
2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Cân bằng vật chất
Q trình tính tốn cân bằng vật chất chưng cất dựa trên cơ sở phương pháp Mc
CabeTheile xem gần đúng đường làm việc phần chưng và phần cất là đường thẳng và

chấp nhận một số giả thuyết sau:
Suất lượng mol của pha hơi đi từ dưới lên bằng nhau trong tất cả các tiết diện của tháp.
Nồng độ pha lỏng sau khi ngưng tụ có thành phần bằng thành phần hơi ra khỏi đỉnh tháp.
Dòng hơi vào và ra của tháp ở trạng thái hơi bão hòa.
Dòng hồi lưu vào tháp ở trạng thái lỏng sôi.
Suất lượng mol pha lỏng không đổi theo chiều cao của đoạn cất và đoạn chưng.
2.2. Phương trình cân bằng vật chất
F=P+W

x F . F=x P . P+ xW . W

Trong đó:
F , P ,W : suất lượng nhập liệu, sản phẩm đáy và sản phẩm đỉnh, kmol/h.

x F , x P , x w : thành phần mol của cấu tử nhẹ trong hỗn hợp nhập liệu, sản phẩm đỉnh,

sản phẩm đáy, mol/mol.
2.3. Chỉ số hồi lưu (hoàn lưu)
Chỉ số hồi lưu là tỷ số giữa lưu lượng hoàn lưu ( L0) và lưu lượng của dòng sản phẩm
đỉnh ( P).
3


F=

L0
P

Chỉ số hồi lưu thích hợp ( R ) được xác định thông qua chỉ số hồi lưu tối thiểu ( Rmin ) và
xác định theo công thức: R=b . R min

2.4. Phương trình đường làm việc
Phương trình làm việc của đoạn cất:
y cất =

xP
R
x+
R +1
R+1

Phương trình làm việc của đoạn chưng:
y chưng =

R+ f
f −1
x−
x
R+1
R+1 w

Với f là tỷ lệ lưu lượng hỗn hợp nhập liệu so với lưu lượng sản phẩm đỉnh
f=

F
P

2.5. Xác định số mâm lý thuyết

Hình 2.1 Xác định số mâm lý thuyết
4



2.6. Cân bằng năng lượng
2.6.1. Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị gia nhiệt nhập liệu
Qnl =F .C p . ( t F −t F ) +Q m
F

r

v

nl

Trong đó:
Qnl : nhiệt lượng cần cung cấp để gia nhiệt nhập liệu, kW
F : lưu lượng khối lượng hỗn hợp nhập liệu, kg/s

C p là nhiệt dung riêng hỗn hợp nhập liệu, kJ/kg.℃
F

t F , t F : nhiệt độ nhập liệu ra và vào khỏi thiết bị,℃
r

v

Qm : nhiệt mất mát ở thiết bị gia nhiệt nhập liệu, kW
nl

2.6.2. Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ
Nếu quá trình ngưng tụ không làm lạnh

Qng=P . ( R+1 ) .r P=G . C . ( t r−t v ) +Qm

ng

Nếu quá trình ngưng tụ có làm lạnh
Qng=P . ( R+1 ) .r P + P . ( R+1 ) . C p .(t S −t P)=G .C . ( t r −t v ) +Q m
P

P

Trong đó:
P : lưu lượng khối lượng hỗn hợp sản phẩm đỉnh, kg/s.
r P: nhiệt hóa hơi của sản phẩm đỉnh, kJ/kg

C p : nhiệt dung riêng hỗn hợp sản phẩm đỉnh, kJ/kg.℃
P

t r ,t v : nhiệt độ ra và vào của nước,℃
G : lưu lượng dòng giải nhiệt, kg/s
C : nhiệt dung riêng của dịng giải nhiệt, J/kg.℃

t S : nhiệt độ sơi hỗn hợp sản phẩm đỉnh,℃
P

t P : nhiệt độ của sản phẩm đỉnh sau làm lạnh,℃

5

ng



Qm : nhiệt mất mát ở thiết bị ngưng tụ, kW
ng

2.6.3. Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị làm lạnh
Làm lạnh sản phẩm đỉnh:
Q¿ =P .C p .( t P −t P )=G1 .C 1 . ( t 1r −t 1 v ) +Qm
P

P

r

v

¿P

Làm lạnh sản phẩm đáy:
Q¿ =W . C p .(t W −t W )=G 2 . C2 . ( t 2 r −t 2 v ) +Q m
W

W

r

v

¿W

Trong đó:

P , W : lưu lượng sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy, kg/s
C p , C p : nhiệt dung riêng của sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy, kJ/kg.℃
P

W

t P ,t P : nhiệt độ của sản phẩm đỉnh ra và vào khỏi thiết bị,℃
r

v

t Wr , t Wv : nhiệt độ của sản phẩm đáy vào và ra khỏi thiết bị,℃
t 1r ,t 1 v : nhiệt độ vào và ra của nước ở thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh,℃
t 2 r ,t 2 v : nhiệt độ vào và ra của nước ở thiết bị làm lạnh sản phẩm đáy,℃
G1: lưu lượng dòng giải nhiệt ở thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh, kg/s
G 2: lưu lượng dòng giải nhiệt ở thiết bị làm lạnh sản phẩm đáy, kg/s
C 1: nhiệt dung riêng dòng giải nhiệt ở thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh, J/kg.℃
C 2: nhiệt dung riêng dòng giải nhiệt ở thiết bị làm lạnh sản phẩm đáy, J/kg.℃
Q m : nhiệt mất mát ở thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh, kW
¿P

Q m : nhiệt mất mát ở thiết bị làm lạnh sản phẩm đáy, kW
¿W

2.6.4. Cân bằng nhiệt toàn tháp

6


Hình 2.2 Sơ đồ tính tốn cân bằng nhiệt lượng

Phương trình cân bằng nhiệt lượng:
Q F +Q K +QL =Q F +Q K +Q F +Qm +Qng
0

⟹ QK =Q P+ QW +Qm +Qng−Q F −QL

0

Trong đó:
Q K : nhiệt lượng cung cấp cho nồi đun, kW
Qm: nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh và thường được lấy gần bằng

khoảng 5 % đến 10 % lượng nhiệt cần cung cấp.
Q F: nhiệt lượng do dòng nhập liệu mang vào, kW.

Q F=F .C p .t F
F

Q P: nhiệt lượng do dòng sản phẩm đỉnh mang ra, kW.
Q P=P .C p .t P
P

Q W : nhiệt lượng do dòng sản phẩm đáy mang ra, kW.

QW =W .C p . t W
W

7



Qng : nhiệt lượng trao đổi trong thiết bị ngưng tụ, kW.
Qng=P . r P
Q L : nhiệt lượng do dịng hồn lưu mang vào, kW.
0

Q L =L0 . C p . t P
0

P

3. THÍ NGHIỆM
Xác định chỉ số hồi lưu tối thiểu, khảo sát mâm nhập liệu cuối cùng
Khảo sát 02 vị trí cịn lại của mâm nhập liệu
4. KẾT QUẢ VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU
Bảng 4.1 Các thông số nhập liệu và thông số sản phẩm đỉnh
Thông số dịng nhập liệu

Thơng số dịng sản phẩm đỉnh

Độ rượu

20o

Độ rượu

93o

Nhiệt độ ban đầu

30℃


Nhiệt độ

78,3℃

Nhiệt độ sôi của hỗn hợp

87,7℃

Khối lượng riêng của
nước ở 78,3oC

972,87 kg/m3

Khối lượng riêng của
nước ở 30oC

995,33 kg/m3

Khối lượng riêng của
rượu ở 78,3oC

935,02 kg/m3

946 kg/m3

-

-


Khối lượng riêng của
rượu ở 30oC

Tính tốn số liệu nhập liệu
V % . ρr
0,2.946
Mr
46
xF =
=
= 0,085 (kmol/kmolhh)
V % . ρr (1−V %) . ρn 0,2.946 (1−0,2).995,33
+
+
46
18
Mr
Mn

8


xF . Mr

0,085.46

 x F = xF . Mr + ( 1−xF ) . Mn = 0,085.46+ ( 1−0,085 ) .18 = 0,192 (kg/kghh)
Tính tốn số liệu sản phẩm đỉnh
V % . ρr
0,783.935,02

Mr
46
xP =
=
V % . ρr (1−V % ). ρn 0,783.935,02 ( 1−0,783 ) .972,87
+
+
46
18
Mr
Mn

=

0,576

(kmol/kmolhh)
xP . Mr

0,576.46

 x P = xP . Mr+ (1−xP ) . Mn = 0,576.46+ ( 1−0,576 ) .18 = 0,776 (kg/kghh)
Bảng 4.2 Số liệu cân bằng lỏng hơi của hệ Etanol – Nước
x

0

y

0


T(oC)

5

10

20

30

40

50

60

70

80

79,4

79

ĐỒ THỊ ĐƯỜNG CÂN BẰNG HỆ ETANOL-NƯỚC
120.0
100.0
80.0


Y

90

33,2 44,2 53,1 57,6 61,4 65,4 69,9 75,3 81,8 89,8

100 90,5 86,5 83,2 81,7 80,8

60.0
40.0
20.0
0.0
0.0

80

20.0

40.0

60.0

80.0

100.0

120.0

X


Hình 4.1 Đồ thị cân bằng hỗn hợp etanol và nước
9

100
100

78,6 78,4 78,4


Dựa vào đồ thị, ta xác định được y* = 0,409 tương ứng xF = 0,085
¿

x P− y F 0 ,576−0,409
Rmin = ¿
=
= 0,515
0,409−0,085
y F−x F

R = b.Rmin (b = 1,2 - 1,6)
Bảng 4.3 Các giá trị hằng số b và tỉ số hoàn lưu
b

2,3

2,7

3,1

R


1,2

1,4

1,6

Thí nghiệm 1 : Khảo sát sự ảnh hưởng của mâm nhập liệu tại vị trí R = 1,2
Bảng 4.4 Kết quả khảo sát với R = 1,2
Mâm đỉnh

Mâm giữa

Mâm đáy

t = 4’29s

t = 9’50s

t = 3’3s

Lưu lượng nhập liệu QF (L/h)

6,61

6,61

6,61

Lưu lượng ở đỉnh QP (L/h)


0,75

0,71

0,69

Nhiệt độ nồi đun (℃ )

96

95,6

96,3

Nhiệt độ đáy tháp (℃ )

92,5

91,7

93,6

Nhiệt độ giữa tháp (℃ )

87,6

85,5

91,1


Nhiệt độ đỉnh tháp (℃ )

82,6

86,7

77,6

Nhiệt độ lạnh vào (℃ )

30,1

30,1

30,1

Nhiệt độ lạnh ra (℃ )

31,1

30,6

31,1

R = 1,2

10



Lưu lượng dòng

27,5

26,2

27,5

Gia nhiệt (℃ )

83,3

83,2

82,7

Áp suất

19,46

20,11

19,64

Nhiệt độ hoàn lưu (℃ )

78,7

76,9


76,5

86

87

92,5

Độ rượu sản phẩm đỉnh Vp (%)
Tính tốn mâm nhập liệu
TF = 87,7 oC
ρhh ( F )=

1
1
=
x F 1−x F
0,192 1−0,192 = 959,43 (kg/m3)
+
+
929,38 966,86
ρr
ρn

Khối lượng mol hỗn hợp:
Mhh = Mr × xF + Mn × (1 - xF) = 46 × 0,085 + 18 × (1 – 0,085) = 20.38
(kg/kmol)
Lưu lượng nhập liệu:
F=


QF × ρhh 6,61× 10−3 ×959,43
=
= 0,311 (kmol/h)
Mhh
20,38

F = F × Mhh = 0,311 × 20,38 = 6,34 (kg/h)

Tính tốn sản phẩm đỉnh
TD = 90,4
Phần mol nồng độ sản phẩm đỉnh:

11


V % . ρr
0,904.789,72
Mr
46
xP=
=
V % . ρr (1−V % ). ρn 0,904.789,72 ( 1−0,904 ) .965,06
+
+
46
18
Mr
Mn

=


0,751

kmol/kmolhh )
xP . Mr

0,751.46

 x P = xP . Mr+ (1−xP ) . Mn = 0,751.46+ ( 1−0,751 ) .18 = 0,885 (kg/kghh)
Xét 1m3 hỗn hợp sản phẩm đỉnh, ta tính được khối lượng riêng hỗn hợp:
ρhh ( P)=

1
1
=
x P 1−x P
0,885 1−0,885 = 806,57 (kg/m3)
+
+
789,72 965,06
ρr
ρn

Khối lượng mol hỗn hợp:
Mhh = Mr × xP + Mn × (1 – xP) = 46 × 0,751 + 18 × (1 – 0,751) = 39,028 (kg/kmol)
Lưu lượng sản phẩm đỉnh:
P=

QP × ρ hh 0,75× 10−3 ×806,57
=

= 0,0155 (kmol/h)
Mhh
39,028

P = P × Mhh = 0,0155 × 39,028 = 0,605 (kg/h)

Tính tốn sản phẩm đáy
Áp dụng phương trình cân bằng vật chất: F = P + W
Lưu lượng sản phẩm đáy:
W = F – P = 0,311 – 0,0155= 0,2955 (kmol/h)
W = W(xW.Mr = (1-xW).Mn) = 0,2955( 0,05.46 + (1-0,05).18 ) = 5,7327 (kmol/h)

Phương trình cân bằng vật chất: xF. F = xP. P + xW. W
 xW=

F . x F −P . x P 0,311.0,085−0,0155.0,751
=
=0,05 ( kmol/kmolhh)
W
0,2955

12

(


xW . Mr

0,05.46


 x W = xW . Mr + ( 1−xW ) . Mn = 0,05.46+ ( 1−0,05 ) .18 = 0,1186 ( kg/kghh )
Phương trình đường cất có dạng : y =
1,3

x
R
x+ P
R +1
R+1

0,751

 y = 1,3+1 x+ 1,3+1
 y = 0,565x + 0,326
R+f
f −1
x−
x
R +1
R +1 W

Phương trình đường chưng có dạng : y =
y=

với f =

F
0 , 311
=
= 20,06

P 0 , 0155

1,3+20,06
20,06−1
x−
×0,05=9,27 x−0,414
1,3+1
1,3+1

Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị gia nhiệt nhập liệu
C ρF =C ρr . x F + ( 1−x F ) .C ρn

=

3937,3.0,192+(1 – 0,192).4,185,65=

(J/kg.độ)
Tra nhiệt dung riêng ở 58,85 oC: C ρn = 4185,65 (J/kg.độ); C ρr = 3937,3 (J/kg.độ)
Qnl =F .C ρF . ( t sF−t F ) +Qm (giả sử Qm = 0)
nl

¿

nl

6,34
. 4136,232 .(87,7−3 0)+ 0=420,31(W )
3600

Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ

Nếu q trình ngưng tụ khơng làm lạnh:
Tra nhiệt độ ở 90,4℃ rp = 828,98 (kJ/kg)
Qng=P . ( R+1 ) .r P=G . C . ( t r +t v )+ Qm
¿

ng

0,605
.(1,3+1).828,98 = 0,32 (kW) =320 (W)
3600

13

4137,97


Nếu q trình ngưng tụ có làm lạnh:
Tra nhiệt dung riêng ở 60,2 oC: C ρn = 4185,56 (J/kg.độ); C ρr = 3932 (J/kg.độ)
C ρP =C ρr . x P + ( 1−x P ) . C ρn
¿ 3232.0,885+(1−0,885).4186,56=3341,77( J / Kg . độ)
Qng=P . ( R+1 ) .r P + P . ( R+1 ) . C ρP . ( t sP−t P )=G . C . ( t r −t v ) +Qm
¿ 320+

ng

0,605
.(1,3+1) . 3341,77.(90,4-30)= 398,02 (W)
3600

Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị làm lạnh

Làm lạnh sản phẩm đỉnh:
Tra nhiệt dung riêng ở 63,35 oC: C ρn = 4187,52 (J/kg.độ); C ρr = 3900,87 (J/kg.độ)
C ρW =C ρr . x W + ( 1−x W ) . C ρn
¿ 3900,87.0,1186+(1−0,1186).4187,52=4153,52(J / Kg . độ)
Q¿ =P .C ρP . ( t v −t r )=G1 .C 1 . ( t 1 r−t 1 v ) +Qmll
P

¿

P

0,605
.3341,77 .(90,4−30)=33,92(W )
3600

Làm lạnh sản phẩm đáy:
Q¿ =W . C ρW . ( t v −t W ) =G 2 . C 2 . ( t 2r −t 2 v ) +Qmlw
W

¿

r

5,7327
.3900,87 .(96,7−30)=414,33(W )
3600

Cân bằng nhiệt toàn tháp
Q F +Q K +QL =Q D +QW +Qm +Q ng
0


 Q K =Q D +QW +Q m+Q ng−QF −Q L

0

14


Q F: nhiệt lượng do dòng nhập liệu mang vào (kW)

Tra nhiệt dung riêng ở 30 oC: C ρn = 4180,19 (J/kg.độ); C ρr = 3871,5 (J/kg.độ)
C ρF =C ρr . x F +(1−x F ).C ρn =3871,5 .0 , 192+(1−0 ,192).4180,19=4120,92(J /Kg . độ)
Q F=F .C ρF . t F =

6,34
. 4120,92.30=217,72(W )
3600

Q D: nhiệt lượng do dòng sản phẩm đỉnh mang ra (kW)

Tra nhiệt dung riêng ở 90,4 oC: C ρn = 4206,81 (J/kg.độ); C ρr = 3541,8(J/kg.độ)
C ρP =C ρr . x P +(1−x P ) .C ρn=3541,8.0,751+(1−0,751).4206,81=3707,39(J / Kg. độ)
Q P=P .C ρD . t D =

0,605
.3707,39.90,4=56,32(W )
3600

Q W : nhiệt lượng do dòng sản phẩm đáy mang ra (kW)


Tra nhiệt dung riêng ở 96,7 oC: C ρn = 4214,43 (J/kg.độ); C ρr = 4055,1(J/kg.độ)
C ρW =C ρr . x W + ( 1−x W ) . C ρn
¿ 0,1186.4055,15+ ( 1−0,1186 ) .4214,43=4195,54 (J / Kg. độ)
QW =W .C ρW . t W =

5,7327
.4195,54 .96,7=646,06(W )
3600

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

Ở nhiệt độ 90,4 ℃ trabảng được r P=828,98(kJ /kg)
Qng=P . r P =

0,605
.828,98=0,139(kW )=139(W )
3600

Q L : nhiệt lượng do dịng hồn lưu mang vào (kW)
0

Lo
=1,3⇒ Lo=1,3. P=1,3.0,0155=0,02015(Kmol/ h)
P

15


 L0=L0 . M hh=0,02015.39,028=0,786 (kg /h)
0,786


 Q L =L0 . C ρP . t D = 3600 .3707,39 .90,4=73,17(W )
0

 Q K =Q P +QW +Qm +Q ng −QF −Q L

0

Q K =56,32+646,06+ 0,1Q K +139−217,72−73,17 = 611,66 (W)

Thí nghiệm 2: Khảo sát sự ảnh hưởng lưu lượng của dịng hồn lưu
Bảng 4.5 Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của lưu lượng dịng hồn lưu
R = 1,2

R = 1,4

R = 1,6

t = 9’50s

t = 9’50s

t = 10’20s

Lưu lượng nhập liệu QF (L/h)

6,61

6,61


6,61

Lưu lượng ở đỉnh QP (L/h)

0,71

0,52

0,69

Nhiệt độ nồi đun (0C)

95,9

94

93,5

Nhiệt độ đáy tháp (0C)

91,7

90,8

90,5

Nhiệt độ giữa tháp (0C)

85,5


84,1

84

Nhiệt độ đỉnh tháp (0C)

76,7

76,4

76,4

Nhiệt độ lạnh vào (0C)

30,1

30,2

30,3

Nhiệt độ lạnh ra (0C)

30,6

30,7

30,9

Lưu lượng dòng


26,2

25,6

24,2

Gia nhiệt (0C)

83,2

83,3

83,2

Mâm giữa

16


Áp suất

20,11

19,95

20,23

Nhiệt độ hoàn lưu (0C)

76,9


76,6

76,6

87

93

94,5

Độ rượu sản phẩm đỉnh Vp (%)
Khảo sát mâm nhập liệu giữa tháp (R=1,2)
tD=94,5 oC

V % . ρr
0,9.785,85
Mr
46
kmol
x P (r) =
=
=0,742(
)
V % . ρr (1−V %). ρn 0,9.785,85 (1−0,9).962,62
kmolhh
+
+
46
18

Mr
Mn
x P (r) =

x P. M r

x P . M r + ( 1−x P ) . M n

=

0,742.46
kg
=0,88 (
)
(
)
kghh
0,742.46+ 1−0,742 .18

M hh(F )=x F . M r + ( 1−x F ) . M n=0,085.46+ ( 1−0,085 ) .18=20,38(

kg
)
kmol

M hh(P )=x P . M r + ( 1−x P ) . M n=0,742.46+ ( 1−0,742 ) .18=38,776 (
ρ hh ( F )=

1
1

=
x F 1−x F
0,192 1−0,192 = 959,43 (kg/m3)
+
+
929,38 966,86
ρr
ρn
ρhh (P)=

1
1
=
=803,5 6 (kg /m3 )
x P 1− x P
0,88 (1−0,88)
+
+
785,85 962,62
ρr
ρn

Suất lượng mol của dòng nhập liệu:
F=

QF × ρhh 6,61× 10−3 ×959,43
=
= 0,311 (kmol/h)
Mhh
20,38


17

kg
)
kmol


F = F × Mhh = 0,311 × 20,38 = 6,34 (kg/h)

Suất lượng mol của sản phẩm đỉnh:
P=

ρhh .Q
M hh

P

=

803,56.0,71 .10−3
=0,015(kmol /h)
38,776

P=P × M hh=0,015× 38,776=0,58(kg /h)

Phương trình cân bằng vật chất: F= P+W
W =F−P=0,311−0,015=0,296 (kmol /h)

F.xF = D.xD + W.xW

xW=

F . x F −P . x P 0,311.0,085−0,015.0,742
kmol
=
=0,052(
)
W
0,296
kmolhh

xW . Mr
0,052.46
=
= 0,123 ( kg/kghh )
xW . Mr+ ( 1−xW ) . Mn 0,052.46+ ( 1−0,052 ) .18

xW =

W = W(xW.Mr + (1-xW).Mn) = 0,296( 0,052.46 + (1-0,052).18 ) = 5,76 (kmol/h)

Phương trình đường cất có dạng : y =
y=

xD
R
x+
R +1
R+1


1,3
0,742
x+
1,3+1
1,3+1

 y = 0,565x + 0,323
Phương trình đường chưng có dạng: y =
y=

R+f
f −1
x−
x
R +1
R +1 W

1,3+20,73
20,73−1
x−
× 0,052=9,58 x−¿ 0,47
1,3+1
1,3+1

18

với f =

F 0 , 311
=

= 20,73
D 0 , 015


Mâm giữa R=1,2
Qnl (W)

Qng (làm lạnh)

QLL(đỉnh)

QLL(đáy)

-

-

430,21

385,1

36,3

455,66

-

-

QF(W)


QD(W)

QW(W)

Qng(W)

QLo(W)

QK (W)

217,72

55,74

659,37

132,45

2,667

619,09

Tương tự với bảng số liệu R=1,4 và R=1,6 ( mâm giữa )

Lưu
lượng
(l/h)

x


ρhh

R = 1,4

T( C)

Độ
rượu

Nhập liệu

87,7

20

6,61

0,085

0,192

20,38

959,43

SP đỉnh

97,1


88

0,53

0,71

0,86

37,88

805,64

R=1,6

T( C)

Độ rượu

Lưu
lượng
(l/h)

x

x

Nhập liệu

87,7


20

6,61

0,085

0,192

20,38

959,43

SP đỉnh

93,7

0,42

0,84

0,93

41,52

797,58

o

o


94

19

x

kg
)
Mhh(
kmol

Mhh(

kg
)
kmol

(kg /m 3)

ρhh
(kg /m3)


R

F (kmol/h)

P(kmol/h)

W(kmol/h)


xW(

kmol
kmolhh

f

)

1,4

0,311

0,011

0,3

0,062

28,27

1,6

0,311

0,0081

0,3029


0,065

38,4

R

Phương trình phần cất

Phương trình phần chưng

1,4

y= 0,524x + 0,338

y= 13,98x – 0,805

1,6

y=0,6x + 0,336

y= 15,96x – 0,9724

R

F (kg/h)

P (kg/h)

W (kg/h)


x F ( kg/kghh )

x P ( kg/kghh )

x W ( kg/kghh )

1,4

6,34

0,42

5,92

0,192

0,86

0,145

1,6

6,34

0,34

6

0,192


0,93

0,151

Mâm giữa R=1,1
Qnl (W)

Qng (làm lạnh)

QLL(đỉnh)

QLL(đáy)

430,21

256,16

26,57

472,71

QF(W)

QD(W)

QW(W)

Qng(W)

QLo(W)


QK (W)

217,72

32,05

684,31

95,41

45,72

622,41

20


Mâm giữa R=1,6
Qnl (W)

Qng (làm lạnh)

QLL(đỉnh)

QLL(đáy)

430,21

224,27


19,94

480,91

QF(W)

QD(W)

QW(W)

Qng(W)

QLo(W)

QK (W)

217,72

55,74

696,42

77,77

45,55

619,09

Khảo sát mâm nhập liệu đáy tháp (R=1,2) tD = 90,3 oC

V % . ρr
0,92.789,79
Mr
46
kmol
x P (r) =
=
=0,786(
)
V % . ρr (1−V %). ρn 0,92.789,79 (1−0,92).965,34
kmolhh
+
+
46
18
Mr
Mn
x P (r) =

x P. M r

x P . M r + ( 1−x P ) . M n

=

0,786.46
kg
=0,904(
)
(

)
kghh
0,786.46+ 1−0,786 .18

M hh(P )=x P . M r + ( 1−x P ) . M n=0,786.46+ ( 1−0,786 ) .18=40,008(
ρhh (P)=

kg
)
kmol

1
1
=
=803,82(kg /m3 )
x P 1− x P
0,904 (1−0,904)
+
+
789,79
965,34
ρr
ρn

R=1,2

Độ rượu

Lưu
lượng

(l/h)

Nhập liệu

20

6,61

0,085

0,192

20,38

959,43

SP đỉnh

90,3

0,69

0,786

0,904

40,008

803,82


x

x

Mhh

Suất lượng mol của dịng nhập liệu:
QF × ρhh 6,61× 10−3 ×959,43
kmol
)
F=
=
= 0,311 (
h
Mhh
20,38

21

3

ρ hh (kg /m )


F = F × Mhh = 0,311 × 20,38 = 6,34 (

kg
)
h


Suất lượng mol của sản phẩm đỉnh:
P=

ρhh .Q
M hh

P

=

−3

803,82.0,69 . 10
kmol
=0,014 (
)
40,008
h

P=P × M hh=0,014 × 40,008=0,0,56(

kg
)
h

Phương trình cân bằng vật chất
F= D+W ⇒W =F−P=0,311−0,014=0 , 297(
F.xF = D.xD + W.xW ⇒ x W =

F . x F −P . x P 0,311.0,085−0,014.0,786

=
=0,05
W
0,297

Phương trình đường cất có dạng : y =
1,3

kmol
)
h

x
R
x+ D
R +1
R+1

0,786

 y = 1,3+1 x+ 1,3+1
 y = 0,565x + 0,341
Phương trình đường chưng có dạng: y =
y=

R+f
f −1
x−
x
R +1

R +1 W

với f =

F 0 , 311
=
= 22,21
D 0 , 014

1,3+22,21
22,21−1
x−
× 0,052=10,22 x −0,48
1,3+1
1,3+1

5. KẾT LUẬN
Qua thực nghiệm, ta thấy ở cùng một nhiệt độ nhập liệu ở mâm trên, mâm giữa và
mâm dưới khi chỉ số hồi lưu R khơng đổi thì nồng độ sản phẩm đỉnh giảm.
Nhập liệu ở mâm dưới được xem là tối ưu nhất bởi thời gian lưu của dòng lưu lượng
nhập liệu khi chảy xuống nồi đun sẽ thấp hơn nhiều, do quãng đường ngắn hơn nên nồng
độ sản phẩm đỉnh cũng cao hơn sao với nhập liệu mâm giữa và mâm đỉnh. (minh chứng
qua số mâm lý thuyết).
22


Nguyên nhân gây sai số trong quá trình thực nghiệm: do ảnh hưởng của điều kiện môi
trường xung quanh tới thiết bị; trong q trình tính tốn, xử lý số liệu có làm trịn số.
Ngồi ra, q trình hoạt động của tháp chưng không ổn định do thời tiết, các thông số
làm việc không phù hợp với trạng thái nhập liệu; thiết bị cũ kỹ; bảo ôn, cách nhiệt kém;

thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh làm việc thiếu hiệu quả.

23