Tài liệu Tổng quan đồ án chưng cất

1. Khái quát về chưng cất:
Chưng cất 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 của các cấu tử trong hỗn hợp(nghĩa là khi ở cùng một nhiệt độ, áp suất hơi của các cấu tử khác nhau).Trong trường hợp đơn giản thì chưng và cô đặc hầu như không khác nhau.Tuy nhiên giữa chúng có ranh giởi căn bản.Trong trường hợp chưng thì dung môi và chất tan đều bay hơi,trường hợp cô đặc thì chỉ có dung môi bay hơi còn chất tan không bay hơi.
Đối với trường hợp hai cấu tử ta có sản phẩm đỉnh gồm các cấu tử có độ bay hơi lớn (cấu tử nhẹ) và một phần ít cấu tử có độ bay hơi lớn (cấu tử nặng) và sản phẩm đáy gồm cấu tử có độ bay hơi bé và một phần rất ít cấu tử có độ bay hơi lớn.
Chưng cất hệ nhiều cấu tử thường gặp trong công nghệ hóa dầu và trong công nghiệp tinh chế các loại tinh dầu thiên nhiên.Việc tính toán thiết kế các thiết bị chưng cất hệ nhiều cấu tử khá phức tạp so với hệ hai cấu tử, do đó người ta phải đưa ra một số khái niệm dơn giản hóa như việc phân loại hỗn hợp, xác định các đại lượng vật lý cũng như cách biễu diễn cân bằng pha.
Hỗn hợp có từ ba cấu tử trở lên được gọi là hỗn hợp nhiều cấu tử.Số lượng cấu tử trong hỗn hợp càng nhiều thì tính chất phức tạp càng tăng khi chưng cất.Do đó, người ta đã phân biệt ra hai loại:
a. Hỗn hợp nhiều cấu tử đơn giản:đó là những hỗn hợp mà các cấu tử có thể xác định được số lượng, nồng độ và chủng loại.
b. Hỗn hợp nhiều cấu tử phức tạp:tính chất phức tạp của loại hỗn hợp này là do số cấu tử nhiều và đa dạng mà không thể xác định được số lượng và nồng độ của chúng.
Các phương pháp chưng cất được phân loại theo:
· Áp suất làm việc:chưng cất áp suất thấp, áp suất thường, áp suất cao.
· Nguyên lý làm việc: liên tục, gián đoạn (chưng đơn giản) và bán liên tục.
2. Tính toán chưng cất
2.1. Đối với hệ hai cấu tử
2.1.1.Phương pháp Mc Cabe – Theile
Phương pháp Mc Cabe – Theile thích hợp cho nhiều trường hợp có tổn thất nhiệt và nhiệt dung riêng không lớn.Cơ sở của phương pháp này là xem gần đúng đường làm việc phần chưng và phần cất là đường thẳng, tức là chứng thùa nhận một số giả thuyết sau:
-Số mol của pha hơi đi từ dưới lên bằng nhau trong tất cả tiết diện của tháp.
- Hốn hợp đầu vào tháp ở nhiệt dộ sôi.
- Chất lỏng ngưng trong thiết bị ngưng có thành phần bằng thành phần hơi ra khỏi đỉnh tháp.
-Đun sôi ở đáy tháp bằng hơi đối gián tiếp.
-Số mol chất lỏng không đổi theo chiều cao của đoạn cất và chưng.
Phương trình đường làm việc:
Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn cất.

Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng.

: tỉ số lượng hỗn hợp nhập liệu so với sản phẩm đỉnh.
: chỉ số hồi lưu là tỉ số giữa lưu lượng dòng hoàn lưu (L[SUB]0[/SUB]) và lưu lượng dòng sản phẩm đỉnh (D).
Chỉ số hồi lưu:
Chỉ số hồi lưu thích hợp (R) được xác định thông qua chỉ số hồi lưu tối thiểu (R[SUB]min[/SUB]) và quan hệ theo phương trình sau: R= b.R[SUB]min[/SUB].
Chỉ số hồi lưu tối thiểu dược xác định theo các bước sau:
1. Vẽ đồ thị đường cân bằng pha trên đồ thị x,y.
2. Xác định điểm D (x[SUB]D[/SUB], y[SUB]D[/SUB]= x[SUB]D[/SUB]) đỉnh tháp chưng cất trên đồ thị.
3. Xác định điểm nhập liệu (x[SUB]F[/SUB], y[SUP]*[/SUP][SUB]F[/SUB]) trong đó y[SUP]*[/SUP][SUB]F[/SUB] là nồng độ pha hơi cân bằng ứng với nồng độ nhập liệu.
4. Dựng đường thẳng qua 2 điểm trên, giá trị giao điểm của đường thẳng với trục trung chính bằng , từ đấy suy ra giá trị R[SUB]min.[/SUB]
Xác định số mâm lý thuyết
Xác định số mâm lý thuyết bằng đồ thị được tiến hành như sau:
1. Vẽ đường cân bằng x-y trên đồ thị nồng độ phần mol.
2. Xác định phương trình đường làm việc và biểu diễn phương trình đương làm việc trên đồ thị.Các phương trình đường làm việc là đương thẳng nên chỉ cần thiết lập 2 điểm đẻ vẽ các phương trình này.
3. Vẽ các bậc thang thay bắt đàu từ điểm A (x[SUB]D[/SUB], y[SUB]D[/SUB]= x[SUB]D[/SUB]) và kết thúc ở điểm C (x[SUB]w[/SUB], x[SUB]w[/SUB]).Số bậc thang trên đồ thị ứng số mâm lý thuyết cần tìm.
2.1.2.Phương pháp Ponchon- Savarit.
Phương pháp này giả sử rằng nhiệt tổn thất không đáng kể.
Phần cất :