Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (543.03 KB, 55 trang )
TỔNG QUAN
I. LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT :
1. Khái niệm :
– Chưng cất là quá trình dùng để tách các cấu tử của hỗn hợp lỏng cũng như hỗn
hợp khí lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp nghĩa là khi ở cùng nhiệt độ, áp suất hơi bão hồ của các
cấu tử khác nhau.
– Thay vì đưa vào trong hỗn hợp một pha mới để tạo nên sự tiếp xúc giữa hai pha
như trong quá trình hấp thu hoặc nhả khí, trong q trình chưng cất pha mới được tạo nên bằng sự bốc hơi hoặc ngưng tụ.
– Chưng cất và cô đặc khá giống nhau, tuy nhiên sự khác nhau căn bản nhất của 2
quá trình này là trong q trình chưng cất dung mơi và chất tan đều bay hơi nghĩa là các cấu tử đều hiện diện trong cả hai pha nhưng với tỷ lệ khác nhau,
còn trong q trình cơ đặc thì chỉ có dung mơi bay hơi còn chất tan khơng bay hơi.
– Khi chưng cất ta thu được nhiều cấu tử và thường thì bao nhiêu cấu tử sẽ thu
được bấy nhiêu sản phẩm. Nếu xét hệ đơn giản chỉ có 2 cấu tử thì ta sẽ thu được 2 sản phẩm :
Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi lớn nhiệt độ sơi nhỏ
Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi nhỏ nhiệt độ sôi lớn
– Đối với hệ Benzen – Toluen
Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm benzen và một ít toluen.
Sản phẩm đáy chủ yếu là toluen và một ít benzen.
2. Phương pháp chưng cất :
Các phương pháp chưng cất được phân loại theo : –
Áp suất làm việc :
Áp suất thấp
Áp suất thường
Áp suất cao Nguyên tắc làm việc : dựa vào nhiệt độ sôi của các cấu tử, nếu nhiệt độ sơi của
các cấu tử q cao thì ta giảm áp suất làm việc để giảm nhiệt độ sôi của các cấu tử.
– Nguyên lí làm việc :
Chưng một bậc
Chưng lôi cuốn theo hơi nước
Chưng cất
– Cấp nhiệt ở đáy tháp :
Cấp nhiệt trực tiếp
Cấp nhiệt gián tiếp
Vậy : Đối với hệ Benzen – Toluen, ta chọn phương pháp chưng cất liên tục ở áp suất
thường.
3. Thiết bị chưng cất :
Trong sản xuất, người ta thường dùng nhiều loại thiết bị khác nhau để tiến hành chưng cất. Tuy nhiên, yêu cầu cơ bản chung của các thiết bị vẫn giống nhau nghĩa là diện tích tiếp xúc
pha phải lớn. Điều này phụ thuộc vào mức độ phân tán của một lưu chất này vào lưu chất kia. Nếu pha khí phân tán vào pha lỏng ta có các loại tháp mâm, nếu pha lỏng phân tán vào pha khí
ta có tháp chêm, tháp phun, …Ở đây ta khảo sát 2 loại thường dùng là tháp mâm và tháp chêm.
Trang 6
Tháp mâm : thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía trong có gắn các mâm có cấu tạo
khác nhau, trên đó pha lỏng và pha hơi đượ cho tiếp xúc với nhau. Tuỳ theo cấu tạo của đĩa, ta có :
– Tháp mâm chóp : trên mâm bố trí có chóp dạng tròn, xupap, ….
– Tháp mâm xuyên lỗ : trên mâm có nhiều lỗ hay rãnh.
Tháp chêm tháp đệm : tháp hình trụ, gồm nhiều bậc nối với nhau bằng mặt
bích hay hàn. Vật chêm được cho vào tháp theo một trong hai phương pháp sau : xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự.
So sánh ưu nhược điểm của các loại tháp :
Tháp chêm Tháp mâm xuyên lỗ
Tháp chóp
Ưu điểm
– Cấu tạo khá đơn giản. – Trở lực thấp.
– Làm việc được với chất lỏng bẩn nếu dùng đệm cầu có
ρ ≈
ρ của
chất lỏng. – Trở lực tương đối thấp.
– Hiệu suất khá cao. – Khá ổn định.
– Hiệu suất cao.
Nhược điểm
– Do có hiệu ứng thành →
hiệu suất truyền khối thấp.
– Độ ổn định khơng cao, khó vận hành.
– Do có hiệu ứng thành →
khi tăng năng suất thì hiệu ứng thành tăng
→ khó tăng năng suất.
– Thiết bị khá nặng nề. – Không làm việc được
với chất lỏng bẩn. – Kết cấu khá phức tạp.
– Có trở lực lớn. – Tiêu tốn nhiều
vật tư, kết cấu phức tạp.
Vậy :qua phân tích trên ta sử dụng tháp mâm chóp để chưng cất hệ Benzen – Toluen.
II. GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU :
– Chưng cất là quá trình dùng để tách các cấu tử của hỗn hợp lỏng cũng như hỗnhợp khí lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp nghĩa là khi ở cùng nhiệt độ, áp suất hơi bão hồ của cáccấu tử khác nhau.- Thay vì đưa vào trong hỗn hợp một pha mới để tạo nên sự tiếp xúc giữa hai phanhư trong quá trình hấp thu hoặc nhả khí, trong q trình chưng cất pha mới được tạo nên bằng sự bốc hơi hoặc ngưng tụ.- Chưng cất và cô đặc khá giống nhau, tuy nhiên sự khác nhau căn bản nhất của 2quá trình này là trong q trình chưng cất dung mơi và chất tan đều bay hơi nghĩa là các cấu tử đều hiện diện trong cả hai pha nhưng với tỷ lệ khác nhau,còn trong q trình cơ đặc thì chỉ có dung mơi bay hơi còn chất tan khơng bay hơi.- Khi chưng cất ta thu được nhiều cấu tử và thường thì bao nhiêu cấu tử sẽ thuđược bấy nhiêu sản phẩm. Nếu xét hệ đơn giản chỉ có 2 cấu tử thì ta sẽ thu được 2 sản phẩm : Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi lớn nhiệt độ sơi nhỏ Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi nhỏ nhiệt độ sôi lớn- Đối với hệ Benzen – Toluen Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm benzen và một ít toluen. Sản phẩm đáy chủ yếu là toluen và một ít benzen.Các phương pháp chưng cất được phân loại theo : -Áp suất làm việc : Áp suất thấp Áp suất thường Áp suất cao Nguyên tắc làm việc : dựa vào nhiệt độ sôi của các cấu tử, nếu nhiệt độ sơi củacác cấu tử q cao thì ta giảm áp suất làm việc để giảm nhiệt độ sôi của các cấu tử.- Nguyên lí làm việc : Chưng một bậc Chưng lôi cuốn theo hơi nước Chưng cất- Cấp nhiệt ở đáy tháp : Cấp nhiệt trực tiếp Cấp nhiệt gián tiếpVậy : Đối với hệ Benzen – Toluen, ta chọn phương pháp chưng cất liên tục ở áp suấtthường.Trong sản xuất, người ta thường dùng nhiều loại thiết bị khác nhau để tiến hành chưng cất. Tuy nhiên, yêu cầu cơ bản chung của các thiết bị vẫn giống nhau nghĩa là diện tích tiếp xúcpha phải lớn. Điều này phụ thuộc vào mức độ phân tán của một lưu chất này vào lưu chất kia. Nếu pha khí phân tán vào pha lỏng ta có các loại tháp mâm, nếu pha lỏng phân tán vào pha khíta có tháp chêm, tháp phun, …Ở đây ta khảo sát 2 loại thường dùng là tháp mâm và tháp chêm.Trang 6 Tháp mâm : thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía trong có gắn các mâm có cấu tạokhác nhau, trên đó pha lỏng và pha hơi đượ cho tiếp xúc với nhau. Tuỳ theo cấu tạo của đĩa, ta có :- Tháp mâm chóp : trên mâm bố trí có chóp dạng tròn, xupap, ….- Tháp mâm xuyên lỗ : trên mâm có nhiều lỗ hay rãnh. Tháp chêm tháp đệm : tháp hình trụ, gồm nhiều bậc nối với nhau bằng mặtbích hay hàn. Vật chêm được cho vào tháp theo một trong hai phương pháp sau : xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự.So sánh ưu nhược điểm của các loại tháp :Tháp chêm Tháp mâm xuyên lỗTháp chópƯu điểm- Cấu tạo khá đơn giản. – Trở lực thấp.- Làm việc được với chất lỏng bẩn nếu dùng đệm cầu cóρ ≈ρ củachất lỏng. – Trở lực tương đối thấp.- Hiệu suất khá cao. – Khá ổn định.- Hiệu suất cao.Nhược điểm- Do có hiệu ứng thành →hiệu suất truyền khối thấp.- Độ ổn định khơng cao, khó vận hành.- Do có hiệu ứng thành →khi tăng năng suất thì hiệu ứng thành tăng→ khó tăng năng suất.- Thiết bị khá nặng nề. – Không làm việc đượcvới chất lỏng bẩn. – Kết cấu khá phức tạp.- Có trở lực lớn. – Tiêu tốn nhiềuvật tư, kết cấu phức tạp.Vậy :qua phân tích trên ta sử dụng tháp mâm chóp để chưng cất hệ Benzen – Toluen.
