Câu hỏi Thí nghiệm Quá trình và Thiết bị - Chưng cất

Nội dung text: Câu hỏi Thí nghiệm Quá trình và Thiết bị - Chưng cất

1. CHƯNG CẤT Câu 1: Nêu mục đích bài thí nghiệm Khảo sát ảnh hưởng của: - Lưu lượng dòng hoàn lưu - Vị trí mâm nhập liệu đến độ tinh khiết của sản phẩm và hiệu suất của tháp. Câu 2: Nêu ý nghĩa của các vấn đề cần khảo sát trong mục đích TN - Lựa chọn phương pháp chưng cất thích hợp nhằm nâng cao độ tinh khiết của sản phẩm. - Lựa chọn loại tháp chưng thích hợp. Câu 3: Nêu đặc trưng của quá trình chưng cất? Cho biết sự giống và khác nhau giữa quá trình chưng cất và cô đặc. Chưng cất là quá trình phân tách các hỗn hợp lỏng thành các cấu tử riêng biệt, trong đó vật chất đi từ pha lỏng vào pha hơi và ngược lại. Pha hơi được tạo nên bằng quá trình bốc hơi, ngược lại pha lỏng được tạo nên từ pha hơi bằng quá trình ngưng tụ. Các cấu tử như vậy hiện diện trong cả 2 pha nhưng với tỉ lệ khác nhau. Phân biệt chưng cất và cô đặc: Giống nhau: Trong trường hợp đơn giản đều là quá trình làm tăng nồng độ dung dịch loãng bằng cách đun sôi dung dịch để bốc hơi. Khác nhau: - Chưng cất: dung môi và chất tan đều bay hơi, nghĩa là các cấu tử đều hiện diện ở cả 2 pha nhưng với tỉ lệ khác nhau. - Cô đặc: chỉ có dung môi bay hơi còn chất tan không bay hơi. Câu 4: Nêu động lực của quá trình chưng cất Động lực của quá trình chưng cất do chênh lệch thế hóa của cấu tử khuếch tán trong 2 pha. Cấu tử sẽ di chuyển từ pha có thế hóa cao đến pha có thế hóa thấp hơn cho đến khi thế hóa 2 pha bằng nhau (cân bằng pha). Tính thế hóa là phức tạp nên trong thực tế người ta thay thế hóa bằng nồng độ → Động lực quá trình là hiệu số dương giữa nồng độ làm việc và nồng độ cân bằng. Câu 5: Kể tên các loại tháp chưng cất đã học.
2. 3. Phương pháp tính dần từng đĩa: chính xác nhưng đòi hỏi phải tính toán nhiều, nên cần có sự trợ giúp của máy tính. Câu 7: Định nghĩa dòng hoàn lưu. Ý nghĩa dòng hoàn lưu? Chưng cất đơn giản không cho phép thu được sản phẩm có độ tinh khiết cao → chưng nhiều lần. Tuy nhiên hơi đốt được dùng ở mỗi nồi lại phải dùng nước ngưng tụ. Do nhiệt độ hơi của nồi trước cao hơn nhiệt độ sôi của nồi sau, nên để tiết kiệm hơi đốt ta dùng hơi của nồi trước đun nóng cho nồi sau, lỏng ở nồi sau làm ngưng tụ hơi nồi trước, nên chỉ dùng hơi đốt ở nồi đầu tiên. Do đó mà nồi cuối cùng không có chất lỏng đi vào sẽ bị khô. Để khắc phục thì lượng lỏng ngưng tụ ở nồi cuối chỉ lấy ra một phần làm sản phẩm đỉnh, còn một phần cho quay trở lại gọi là dòng hoàn lưu. Câu 8: Thông số nào đặc trưng cho dòng hoàn lưu? Cách xác định? ❖ Thông số đặc trưng cho dòng hoàn lưu là chỉ số hoàn lưu R = L0/D L0: Lưu lượng dòng hoàn lưu D: Lưu lượng sản phẩm đỉnh ❖ Các xác định Rmin: Trên giản đồ xy: Đường làm việc phần cất đi qua giao điểm của đường nhập liệu và đường cân bằng sẽ ứng với tỉ số hoàn lưu tối thiểu. Khi nhập liệu ở trạng thái lỏng bão hòa có thể được xác định theo biểu thức: * xD yF Rmin * yF xF Theo kinh nghiệm ta có R = 1,3Rmin + 0,3 Câu 9: Nêu các yếu tố của dòng hoàn lưu ảnh hưởng đến quá trình chưng cất? Bài này chỉ khảo sát yếu tố nào? Các yếu tố của dòng hoàn lưu ảnh hưởng đến quá trình chưng cất: - Vị trí mâm hoàn lưu - Lưu lượng dòng hoàn lưu - Thành phần dòng hoàn lưu Bài TN chỉ khảo sát ảnh hưởng của lưu lượng dòng hoàn lưu. Lưu lượng dòng hoàn lưu càng lớn thì độ tinh khiết sản phẩm càng cao → hiệu suất tăng.
3. Các bước đo số liệu cũng được tiến hành như khi khảo sát dòng hoàn lưu. Chỉ lưu ý khi chuyển đổi TN từ vị trí nhập liệu mâm này sang mâm khác phải tắt nút feed pump để dừng bơm nhập liệu rồi mới chuyển vị trí. Lúc này đầu ống dẫn nhập liệu khá nóng có thể dùng dẻ lau để di chuyển. Câu 15: Khi vận hành tháp cần lưu ý đến những điểm nào? - Kiểm tra dòng nước ra khỏi TBTN – đề phòng mất nước sẽ không ngưng tụ được gây thất thoát hơi và hư hỏng các van bít kín của TBTN. - Đang TN không được cho vào bình chứa nguyên liệu bất cứ hỗn hợp sản phẩm nào vì sẽ làm thay đổi nồng độ ban đầu của nguyên liệu. - Theo dõi thường xuyên mực chất lỏng trong nồi đun, nếu mực chất lỏng dâng đầy ống thủy phải xả bớt chất lỏng trong nồi ra bằng van xả đáy phía dưới đáy nồi và cho vào bình nhựa, không được cho vào bình chứa nguyên liệu. - Khi thay đổi vị trí nhập liệu phải tắt bơm nhập liệu. - Khi mở các van trong hệ thống phải mở hết van. - Khi tháp hoạt động phải quan sát quá trình xảy ra trên từng mâm trong tháp và ghi nhận lại. Câu 16: Nêu các thông số cần đo và những điểm cần lưu ý để đo chính xác các thông số trong một chế độ TN? Các thông số cần đo: Lưu lượng của dòng sản phẩm đỉnh, nhiệt độ các dòng nhập liệu, hoàn lưu, sản phẩm đỉnh (dòng hơi và dòng lỏng ngưng tụ), độ rượu của dòng nhập liệu (chỉ đo một lần vì hỗn hợp nhập liệu có nồng độ không đổi trong quá trình TN) và độ rượu sản phẩm đỉnh. Trong một chế độ, để đo số liệu được chính xác sinh viên cần chú ý: - Phải luôn chỉnh lưu lượng hai dòng nhập liệu và hoàn lưu ở độ đọc cần khảo sát vì viên bi luôn bị trồi sụt gây sai số. - Dòng sản phẩm đỉnh phải được đảm bảo hoàn toàn thuộc chế độ cần khảo sát. - Khi đo độ rượu và thể tích của chất lỏng phải đọc mặt cong của mục chất lỏng. - Các giá trị của các đại lượng đo phải được đọc cùng một lúc. Câu 17: Độ rượu là gì? Đo độ rượu bằng dụng cụ gì? Cách quy đổi từ độ rượu sang phần mol? Độ rượu là phần trăm thể tích rượu trong dung dịch. Đo độ rượu bằng phù kế: lấy khoảng 120 mL chất lỏng cần đo vào ống đong nhỏ, cho nhẹ nhàng phù kế vào ống đong (không được thả mạnh sẽ làm vỡ phù kế), chờ cho phù kế hết dao động – nổi cân bằng, mặt cong của mực chất lỏng trùng với vạnh nào của phù kế thì đọc vạch đó. Cách quy đổi từ độ rượu sang phần mol:
4. yn - yn-1 EM = * yn - yn-1 Trong đó: yn: nồng độ thực của pha hơi rời mâm thứ n. yn-1: nồng độ thực của pha hơi vào mâm thứ n. * y n: nồng độ pha hơi cân bằng với pha lỏng rời ống chảy truyền mâm thứ n. Hiệu suất mâm Murphree do đó là tỉ số giữa sự biến đổi nồng độ thực tế của pha hơi qua một mâm với sự biến đổi nồng độ cực đại có thể đạt được của pha hơi khi pha hơi rời mâm đó. Nói chung với một mâm có đường kính lớn, pha lỏng rời mâm có nồng độ không bằng với nồng độ trung bình pha lỏng trên mâm, do đó có khái niệm hiệu suất cục bộ. 3. Hiệu suất cục bộ (Ec): y'n - y'n-1 EC = y"n - y'n-1 Trong đó: y'n: nồng độ pha hơi rời khỏi vị trí cụ thể trên mâm thứ n. y'n-1: nồng độ pha hơi vào mâm thứ n tại cùng vị trí. " y n: nồng độ pha hơi cân bằng với pha lỏng tại cùng vị trí. Mối liên hệ giữa hiệu suất mâm Murphree và hiệu suất tổng quát: Hiệu suất tổng quát của tháp không bằng hiệu suất trung bình của từng mâm. Mối liên hệ giữa hai hiệu suất này tùy thuộc vào độ dốc tương đối của đường cân bằng và đường làm việc. Tuy nhiên khi phân tích hoạt động của tháp hay một phần của tháp thực tế, trong đó, ta xác định được sự biến thiên nồng độ qua một hoặc vài mâm ở các vị trí khác nhau sẽ xác định giá trị chính xác của EM và EM có thể lấy bằng E0. Câu 21: Để xác định được hiệu suất từng mâm, cần thiết những đại lượng nào? Bài này với các đại lượng đo có tính được hiệu suất mâm? Để xác định hiệu suất từng mâm cần có các đại lượng: yn: nồng độ thực của pha hơi rời mâm thứ n. yn-1: nồng độ thực của pha hơi vào mâm thứ n.