CHƯNG CẤT ĐA CẤU TỬ - CHƯƠNG 3 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN THÁP CHƯNG CẤT PHÂN ĐOẠN HỖN HỢP NHIỀU CẤU TỬ ĐƠN GIẢN

CH NG C T ĐA Ấ Ư C U TẤ Ử

CH

NG 3

ƯƠ

CÁC PH Ư

Ạ Ỗ Ợ

Ề

NG PHÁP TÍNH TOÁN THÁP Ấ Ấ Ử Ơ

Ả

CH NG C T PHÂN ĐO N H N H P NHI U C U T Đ N GI N

Đ T V N Đ

Ặ

Ấ

Ề

ườ

ồ

ử ﬁ ố ệ ị

ầ ệ

ỉ

ậ tính chính xác

 Đ i v i h hai c u t ng cong cân ố ớ ấ ệ b ng t–x(y) và y-x s li u ban đ u là n ng ằ đ c a 1 c u t 3 v trí: nh p li u, đ nh và ấ ử ở ộ ủ ả ﬁ đáy tháp ﬁ đ n gi n ơ

s d ng các ph

ố ớ ệ

ử ụ

ươ

pháp đ n gi n hóa đ tính toán

 Đ i v i h đa c u t ơ

ấ ử ﬁ ể

ả

ﬁ

1. Ph

ng phap tính s b c thay đ i ổ

ố ậ

n ng đ đôi v i hê hai câu t ́ ớ

́ ử

ộ

ươ ồ

 Có hai ph

ng pháp thi

ế ậ

ổ ồ

ế

t l p m i quan h gi a s đĩa lý s l ng-h i và n ng đ ộ

ệ ữ ơ

ỷ ố ỏ

ố ồ

ộ

ố thuy t (s b c thay đ i n ng đ ), t các dòng s n ph m ẩ

ươ ố ậ ả

 Ph

ươ

ả

ng pháp Ponchon – Savarit ụ

ượ

: s d ng gi n đ Hxy ồ ng h p, tuy ợ

ườ

và xy, có th áp d ng đ ể nhiên c n có đ các d ki n v nhi ữ ệ

ử ụ c trong m i tr ọ t ệ

ủ

ề

ầ

ươ

ả

ng pháp Mc Cape – Thiele ả

ươ

 Ph ơ ườ

ệ

ấ

: s d ng gi n đ xy, ử ụ ồ ng pháp trên, thích h p trong m t s ộ ố ợ t, c s c a ph ng pháp là ơ ở ủ ng làm vi c c a đo n ch ng và đo n ạ ệ

ươ ư

ủ

ạ

ầ

ng th ng

đ n gi n h n ph tr ng h p có t n th t nhi ổ ợ xem g n đúng đ ườ luyên là đ ẳ

ườ

ng phap tính s b c thay đ i n ng đ đôi

ổ ồ

ố ậ

ộ

ươ

́ ử

́ ́

Ph v i hê hai câu t ớ Ph

ng pháp Ponchon – Savarit

ươ

GIAN ĐÔ ̀ CÂN BĂNG PHA

Cân băng vât chât va enthalpie ̀ ̣ ́ ̀

-Cân băng tông: A = L + V ̀ ̉

- Cân băng vât chât: A.z = L.x + V.y ̀ ̣ ́

̀ -Cân băng enthalpie: A. H = L.h + V.H

ươ

ng pháp Ponchon – Savarit Ph Thiêt lâp cân băng trong đoan ch ng va luyên

́ ̣ ̀ ̣ ̀ ̣

CÂN BĂNG TRONG ĐOAN LUYÊṆ

fp = Lp/D la ty sô hôi l u tai đia p ta co fp = Lp/D la ty sô hôi l u tai đia p ta co

V i rớ V i rớ ̀ ư ̀ ư ̀ ̉ ́ ̣ ̃ ́ ̀ ̉ ́ ̣ ̃ ́

p+1, Lp va P̀ p+1, Lp va P̀

R năm trên môt đ R năm trên môt đ

Trên gian đô enthalpie cac điêm V Trên gian đô enthalpie cac điêm V ng thăng ng thăng ̣ ườ ̣ ườ ̉ ̀ ́ ̉ ̀ ̉ ̉ ̀ ́ ̉ ̀ ̉

ươ

ng pháp Ponchon – Savarit Ph Thiêt lâp cân băng trong đoan ch ng va luyên

́ ̣ ̀ ̣ ̀ ̣

CÂN BĂNG TRONG ĐOAN CH NGƯ

V i rớ

́ ơ

bq = Vq/R la ty sô h i đay tai đia q ta co

Trên gian đô enthalpie cac điêm V

ng thăng

̣ ườ

̀ ̉ ́ ̣ ̃ ́

q, Lq+1 va P̀

E năm trên môt đ

̉ ̀ ́ ̉ ̀ ̉

ươ

ng pháp Ponchon – Savarit Ph Thiêt lâp cân băng trong đoan ch ng va luyên

́ ̣ ̀ ̣ ̀ ̣

Gian đô cân băng enthalpie ̉ ̀ ̀

R va P̀

c cac điêm P ượ ́ ̣ ́ ̉

̀ ̀ ̉ ̃ ́

E, Khi xac đinh đ p, xq+1 đa biêt, v i thanh phân pha long x ớ hoan toan co thê xac đinh thanh phân pha h i d a vao gian đô cân băng

̀ ̀ ́ ̉ ́ ̣ ̀ ̀

ơ ự ̀ ̉ ̀ ̀

ng pháp Ponchon – Savarit

Ph Xây d ng gian đô

ươ ự

 Xac đinh cac điêm P

̉ ̀

E, PR, A trên 1 đ

ng thăng t cân băng chung cua thap ườ ừ ́ ̣ ́ ̉ ̉ ̀ ̉ ́

ng pháp Ponchon – Savarit

Ph Xây d ng gian đô

ươ ự

 Xây d ng gian đô trong đoan luyên t

̉ ̀

1 t

1 = xD

 Xac đinh vi tri nap liêu

V ng ng thanh phân y ̣ ừ ự ươ ứ ̉ ̀ ̣ ̀ ̀

́ ̣ ̣ ́ ̣ ̣

Điêu kiên nap liêu chinh xac: ̀ ̣ ̣ ̣ ́ ́

Xn > xA > xn+1

Cac b c: ướ ́

́ ̣ -Xac đinh L n

m+1

 Xây d ng gian đô trong đoan ch ng: t

́ ̣ - Xac đinh x

m t

V ự ư ̉ ̀ ̣ ́ ̣ ̀ ừ m xac đinh L m d a vao đ ự ườ đ ng thăng V ừ ườ ́ ̣ ̉ - Xac đinh V ng cân mLm+1PE

băng cho đên khi thanh phân pha long x < x ̀ ́ ̀ ̀ ̉

ng pháp Ponchon – Savarit

Ph Xây d ng gian đô

ươ ự

 Xac đinh vi tri nap liêu: xet 2 trang thai nhâp liêu đ n gian

̉ ̀

 Nhâp liêu

điêm sôi

̣ ở

ơ ́ ̣ ̣ ́ ̣ ̣ ́ ̣ ́ ̣ ̣ ̉

̣ ̉

̣ ̣

̉ ̀ Đoan luyên: Ln, Vm, PR thăng hang

ư ̣

̉ ̀ Đoan ch ng: Lm, Vm+1, PE thăng hang

ng pháp Ponchon – Savarit

Ph Xây d ng gian đô

ươ ự

 Xac đinh vi tri nap liêu: xet 2 trang thai nhâp liêu đ n gian

̉ ̀

 Nhâp liêu

điêm s

̣ ở

ươ

ơ ́ ̣ ̣ ́ ̣ ̣ ́ ̣ ́ ̣ ̣ ̉

̣ ̉

̣ ̣

̉ ̀ Đoan luyên: Ln, Vn+1, PR thăng hang

ư ̣

̉ ̀

̉ ̀ Đoan ch ng: Lm, Vm+1, PE thăng hang Ln, Vm-1, PE thăng hang

̣ ở

Nhâp liêu điêm sôi

̀ ở

̀ ̣ ̉

Bai tâp (giai va g i theo đc: lop06h5dhbk@gmail.com)

́ ư ượ

 Hôn h p co l u l ợ ượ

̃ ̀ ̀

́ ̀ ́ ̀ ̉ ̉ ̉ ́ ̣ ́ ̣

̀ ̉ ̉ ́ ̣ ̣ ̣ ̀ ̀

ng 1000 kg/h gôm 42% mole heptane va 58% mole ethyl benzene c tach băng ch ng cât. Yêu câu san phâm đinh co đô tinh khiêt đat 97% mole heptane va san phâm đay đat 99% mole ethyl benzene. S dung ng ng tu hoan toan. trang thai long bao hoa.  Gia tri cân băng nông đô – enthalpie cua hôn h p tai 1 atm cho nh sau:

ử Nguyên liêu đ a vao ̀ ở ợ

̣ ̣ ́ ̉ ̃ ̀

́ ̣ ̀ ̀ ̣ ̉ ̃ ̣

0

0.08

0.18

0.25

0.49

0.65

0.79

0.91

1.0 xheptane

0

0.28

0.43

0.51

0.73

0.83

0.90

0.96

1.0 yheptane

24.3

24.1

23.2

22.8

22.05

21.75

21.7

21.6

21.4 Hl (kJ/kmol) x 10-3

61.2

59.6

58.5

58.1

56.5

55.2

54.4

53.8

53.3 Hv (kJ/kmol) x 10-3

̉ ́ ́ ̉

̀ ư

́ ̣ ̉ ̀ ̣ ́ ̃ ́ ́ ́ ̉

 Tinh:  Ty sô hôi l u tôi thiêu ̀ ư  Sô bâc thay đôi nông đô (sô đia ly thuyêt) tôi thiêu  Sô bâc thay đôi nông đô (sô đia ly thuyêt) tai gia tri ty sô hôi l u băng 2.5  Công suât cac thiêt bi ng ng tu va thiêt bi đun sôi lai ư

́ ̣ ̉ ̀ ̣ ́ ̃ ́ ́ ̣ ́ ̣ ̉ ́ ̀

́ ́ ́ ̣ ̣ ̀ ́ ̣ ̣

ng phap tính s b c thay đ i n ng đ đôi

ổ ồ

ố ậ

ộ

ươ

́ ́

Ph v i hê hai câu t ớ Ph

́ ử ng pháp

Mc.Cabe Thiele

ươ

 Cân biêt:

̀ ́

 Gian đô pha  Đăc tr ng nguyên liêu, san

̉ ̀

ư phâm đinh, đay

̣ ̣ ̉

 Ty sô hôi l u

̉ ̉ ́

̉ ́

̀ ư Sô đia ly thuyêt

ng nông đô lam viêc

(cid:222) ́ ̃ ́ ́

̀ ̣ ̀

 Ve đ

̣ ̣

̀ ̣ ̀ ̣

ng nông đô lam viêc ư ng trang thai nhâp liêu

ng nay đi qua cac

̣ ́ ̣ ̣

 Nguyên tăć :  Ve đ ̃ ườ đoan luyên ̃ ườ đoan ch ng  Ve đ ̃ ườ (đ ườ  Cac đ điêm x

́ ̀ ́

ng q) ườ D, xB, xF theo th tứ ự  Xac đinh sô đia ly thuyêt

́ ̣ ́ ̃ ́ ́

ng phap tính s b c thay đ i n ng đ đôi

ổ ồ

ố ậ

ộ

ươ

́ ́

Ph v i hê hai câu t ớ Ph

́ ử ng pháp

Mc.Cabe Thiele

ươ





Cac b ướ ́

́ ̣ ̣ ́ ̣

đ ườ ̀ ̣ ̀ ̣ ̉ ̣



̣ ̀ ̀

́ ̀ ̣ ̣ ́ ̣



̣ ́ ̣ ̣ ́

Xac đinh đ ườ ́ ̣ ̣ ̣



̀ ́ ̣ ̀

ữ ̣ ̣ ̉ ̀



đ ườ

́ ̣ ́ ̣

ườ ̀ ̣ ̀ ̣ ̣

đ ư ̉

gi a ROL va đ ữ c: Phân tich đoan luyên, xac đinh ng nông đô lam viêc cua đoan luyên ROL d a vao xD va R ự Phân tich vung nap liêu, xac đinh trang thai nhâp liêu thông qua gia tri q̣ ng nhâp liêu (đ ng ườ q) d a vao gia tri xF va q ự Đinh vi giao điêm gi a ROL va ng q Phân tich đoan ch ng, xac đinh ư ng nông đô lam viêc đoan ch ng SOL thông qua giao điêm ng q va x ̀ R ̀ ườ

PH

QUY TRINH TINH TOAN THEO NG ƯƠ PHAP MC.CABE THIELE

ng phap tính s b c thay đ i n ng đ đôi

ổ ồ

ố ậ

ộ

ươ

́ ́

Ph v i hê hai câu t ớ Ph

́ ử ng pháp

Mc.Cabe Thiele

ươ

ng phap tính s b c thay đ i n ng đ đôi

ổ ồ

ố ậ

ộ

ươ

́ ́

Ph v i hê hai câu t ớ Ph

́ ử ng pháp

Mc.Cape Thiele

ươ

L u l

Thanh phân

Dong̀

ư ượ tông̉

H i r i đia

ơ ờ

̀ ̀

Long r i đia

ờ

H i vao đia

Vn+1

yn+1

̉ ̃

̀ ̃

Ln-1

xn-1

Long vao điã

̉ ̀

ng phap tính s b c thay đ i n ng đ đôi

ổ ồ

ố ậ

ộ

ươ

́ ́

Ph v i hê hai câu t ớ Ph

́ ử ng pháp

Mc.Cape Thiele

ươ

L1 = L2 = L3 = ......... = Ln = constant

V1 = V2 = V3 = ......... = Vn = constant

ng phap tính s b c thay đ i n ng đ đôi

ổ ồ

ố ậ

ộ

ươ

́ ́

Ph v i hê hai câu t ớ Ph

́ ử ng pháp

Mc.Cabe Thiele

ươ





Cac b ướ ́

́ ̣ ̣ ́ ̣

đ ườ ̀ ̣ ̀ ̣ ̉



̣ ̣ ̀ ̀

́ ̀ ̣ ̣ ́ ̣



̣ ́ ̣ ̣ ́ ̣

Xac đinh đ ườ ́ ̣ ̣ ̣



̀ ́ ̣ ̀

ữ ̣ ̣ ̉ ̀



đ ườ

́ ̣ ́ ̣

ườ ̀ ̣ ̀ ̣ ̣

đ ư ̉

gi a ROL va đ ữ c: Phân tich đoan luyên, xac đinh ng nông đô lam viêc cua đoan luyên ROL d a vao xD va R ự Phân tich vung nap liêu, xac đinh trang thai nhâp liêu thông qua gia tri q ng nhâp liêu (đ ng ườ q) d a vao gia tri xF va q ự Đinh vi giao điêm gi a ROL va ng q Phân tich đoan ch ng, xac đinh ư ng nông đô lam viêc đoan ch ng SOL thông qua giao điêm ng q va x ̀ R ̀ ườ

Mc.Cape Thiele

ươ

ng pháp Ph Đ ng lam viêc đoan luyên ườ

Cân băng tông:

̀ ̣ ̣ ̣

Vn+1 = Ln + D

Đôi v i câu t

nhe

́ ớ

́ ử

̣ Vn+1 yn+1 = Ln xn + D xD

̀ ̉

(Ln + D) yn+1 = Ln xn + D xD

Gia thiêt:

(cid:222)

L1 = L2 = .......... Ln-1 = Ln = Ln+1 = L = constant

V1 = V2 = .......... Vn-1 = Vn = Vn+1 = V = constant

̉ ́

(L + D) yn+1 = L xn + D xD

(cid:222)

Mc.Cape Thiele

ươ

ng pháp Ph Đ ng lam viêc đoan luyên ườ

̀ ̣ ̣ ̣

Mc.Cape Thiele

ươ

ng pháp Ph Đ ng lam viêc đoan luyên ườ

(xD - x1) = s giam nông đô câu t

́ ử

̀ ̣ ̣ ̣

ự ơ

̉ ̀ ̣ ̃

chuyên xuông d

dê bay h i trong pha long khi no di i (t 1 xuông 2) ướ ừ

̉ ́

ự

́ ử

̉ ́ ́

̀ ̣ ̃

(y1 - y2) = s tăng nông đô câu t dê bay h i trong pha h i khi no di chuyên ơ 2 lên 1) .

lên trên (t

ừ

́ ̉

Khi R thay đôi, ROL thay đôi ̉ ̉

ng phap tính s b c thay đ i n ng đ đôi

ổ ồ

ố ậ

ộ

ươ

́ ́

Ph v i hê hai câu t ớ Ph

́ ử ng pháp

Mc.Cabe Thiele

ươ





Cac b ướ ́

́ ̣ ̣ ́ ̣

đ ườ ̀ ̣ ̀ ̣ ̉ ̣



̣ ̀ ̀

́ ̀ ̣ ̣ ́

̣ ̣ ́ ̣ ̣



́ ̣

Xac đinh đ ườ ́ ̣ ̣ ̣



̀ ́ ̣ ̀

ữ ̣ ̣ ̉ ̀



đ ườ

́ ̣ ́ ̣

ườ ̀ ̣ ̀ ̣ ̣

đ ư ̉

ươ

Ph Vung nap liêu – đ

Mc.Cape Thiele ng q

ng pháp ườ

̀ ̣ ̣

ng long = q F moles/hr ng h i = (1-q) F moles/hr

ượ ượ

L L Ph

ng trinh cân băng: L' = L + q F

ươ

Đoan luyên :

̀ ̀

Đoan ch ng :

̣ ̣

Tai đia nap liêu :

̣ ̃ ̣

Măt khac:

(cid:222)

V = V' + (1-q) F V y = L x + D xD V' y = L' x - B xB (V - V') y = (L - L') x + D xD + B xB V - V' = ( 1 - q ) F L - L' = - q F F xF = D xD + B xB (1 - q) F y = - q F x + F xF

̣ ́

ươ

Ph Vung nap liêu – đ

Mc.Cape Thiele ng q

ng pháp ườ

̀ ̣ ̣

i điêm ướ ̣ ̣ ̉ ̉

Nhâp liêu long d sôi:

̣ ̣ ̣ ̉

q > 1  Nhâp liêu tai điêm sôi (long bao hoa): ̉ ̃ ̀

q = 1  Nhâp liêu long-h i: ơ ̣ ̣ ̉

0 < q < 1

ng ươ ̣ ̣ ̣ ̉

ơ ̃ ̀

̣ ̣ ̣

Nhâp liêu tai điêm s (h i bao hoa): q = 0 Nhâp liêu h i qua nhiêt: ơ q < 0

ng pháp

Mc.Cape Thiele

ươ

Ph Vung nap liêu – Gia tri q

̀ ̣ ̣ ́ ̣

CB năng l ng: ượ

FHF + LHL,f-1 + V'HV,f+1 = L' HL,f + VHV,f

Gia s :

̉ ử HL,f-1 = HL,f = HL, HV, f+1 = HV,f = HV Suy ra: F HF + L HL + V' HV = L' HL + V HV F HF = (V - V') HV + (L' - L) HL F HF = (1 - q ) F HV + q F HL HF = HV - q HV + q HL q (HV - HL) = HV - HF

ng pháp

Mc.Cape Thiele

ươ

Ph Vung nap liêu – Gia tri q

̀ ̣ ̣ ́ ̣

ự ́ ̉ ́ ̀

̉ ̀ ̀

Co thê tinh q d a vao gian đô cân băng Enthalpie

ng pháp

Mc.Cape Thiele

ươ

Ph Vung nap liêu – Gia tri q

̀ ̣ ̣ ́ ̣

ự ́ ̉ ́ ̀

Co thê tinh q d a vao công th cứ

Nhâp liêu long qua lanh: ̣ ̣ ̉ ́ ̣

Nhâp liêu h i qua nhiêt: ơ ̣ ̣ ́ ̣

ng phap tính s b c thay đ i n ng đ đôi

ổ ồ

ố ậ

ộ

ươ

́ ́

Ph v i hê hai câu t ớ Ph

́ ử ng pháp

Mc.Cabe Thiele

ươ





Cac b ướ ́

́ ̣ ̣ ́ ̣

đ ườ ̀ ̣ ̀ ̣ ̉ ̣



̣ ̀ ̀

́ ̀ ̣ ̣ ́ ̣



̣ ́ ̣ ̣ ́ ̣

Xac đinh đ ườ ́ ̣ ̣ ̣



̀ ́ ̣ ̀

ữ ̣ ̣ ̉ ̀



đ ườ

́ ̣ ́ ̣

ườ ̀ ̣ ̀ ̣ ̣

c: Phân tich đoan luyên, xac đinh ng nông đô lam viêc cua đoan luyên ROL d a vao xD va R ự Phân tich vung nap liêu, xac đinh trang thai nhâp liêu thông qua gia tri q ng nhâp liêu (đ ng ườ q) d a vao gia tri xF va q ự Đinh vi giao điêm gi a ROL va ng q Phân tich đoan ch ng, xac đinh ư ng nông đô lam viêc đoan ch ng SOL thông qua giao điêm đ ư ̉

gi a ROL va đ ng q va x ữ ̀

R

̀ ườ

ng pháp

Mc.Cape Thiele

ươ

Ph Đ ng lam viêc đoan ch ng (SOL) ườ

̀ ̣ ̣

Xac đinh d a vao ROL va đ ng q. V i ROL cô đinh, SOL thay đôi theo đ ng q ̀ ườ ự ớ ườ ́ ̣ ̀ ́ ̣ ̉

ng pháp

Mc.Cape Thiele

ươ

Ph Đ ng lam viêc đoan ch ng (SOL) ườ

Gia thiêt:

̀ ̣ ̣

L'm = L'm+1 = .... = L' = constant V'm = V'm+1 = ..... = V' = constant

Cân băng vât chât:

̉ ́

̀ ̣ ́

Cb tông : L' = V' + B' Đôi v i câu t

nhe : L'x

́ ử

́ ớ

m = V'ym+1 + B xB

Suy ra

hay

Ph

ng trinh đ

ng nông đô lam viêc cua đoan ch ng

ươ

ườ

ư

̀ ̀ ̣ ̀ ̣ ̉ ̣

Mc.Cape Thiele

ươ

Ph Ty sô hôi l u – Môi quan hê R-N

ng pháp ̀ ư

̉ ́ ́ ̣

Mc.Cape Thiele

ươ

Ph Ty sô hôi l u – Môi quan hê R-N

ng pháp ̀ ư

̉ ́ ́ ̣

Mc.Cape Thiele

ươ

̉ ́ ́ ̣

Ph Ty sô hôi l u – Môi quan hê R-N Ty sô hôi l u tôi thiêu Rmin

ng pháp ̀ ư ̀ ư

̉ ́ ́ ̉

̣ ̉ ́

́ ̀ ́ ̉

Tai N: chuyên khôi = 0 (cid:222) Qua trinh tach không xay ra tai điêm nay (Pinch Point) ̣ ̉ ̀

(cid:222) L ượ ng long hôi l u tôi thiêu ̀ ư ̉ ́ ̉

(cid:222) Công suât reboiler va ́ ̀

condenser tôi thiêu ́ ̉

(cid:222) Đê đat chât l ́ ượ ̉ ̣ ́ ́

ﬁ bâc thay đôi nông đô N ng tach, sô ¥ ̣ ̉ ́ ̣

x min

x y

* y F x

P * F

Mc.Cape Thiele

ươ

Ph Ty sô hôi l u – Môi quan hê R-N

ng pháp ̀ ư

Hôi l u hoan toan, ty sô hôi l u R

̀ ư

̉ ́ ́ ̣

ﬁ ¥

̀ ̀ ̉ ́

ườ ̀ ̣ ̀

ng cb ữ ng y = x dung đê tach ̀ ườ ̀ ̉ ́

Toan bô vung gi a đ va đ (cid:222) chuyên khôi l n nhât ́ ớ ̉ ́

(cid:222) N ﬁ Nmin

(cid:222) Công suât reboiler va ́ ̀

condenser tôi đá (cid:222) Nhâp liêu = 0 ̣ ̣

(cid:222) Hôi l u toan bô san phâm ̀ ̣ ̉ ̉

̀ ư đinh va đay ̉ ̀ ́

Mc.Cape Thiele

ươ

Ph Ty sô hôi l u – Môi quan hê R-N

ng pháp ̀ ư

̉ ́ ́ ̣

Ứ ng v i m t t ớ s h i ộ ỷ ố ồ

l u b t kỳ gi a t ư s h i ữ ỷ ố ồ ấ

i thi u và h i l u l u t ư ố ồ ư ể

toàn ph n s cho s đĩa ẽ ầ ố

lý thuy t gi a s đĩa vô ữ ế ố

c c và sô đĩa t ự ố i thi u ể

cho m t quá trình ch ng ư ộ

luy n đ nh tr c ệ ị ướ

Mc.Cape Thiele

ươ

Ph Ty sô hôi l u – Môi quan hê R-N

ng pháp ̀ ư

̉ ́ ́ ̣

Mc.Cape Thiele

ươ

Ph Ty sô hôi l u – Môi quan hê R-N

ng pháp ̀ ư

̉ ́ ́ ̣

ố ậ

ươ

thay đ i n ng đ c a Lewis & Matheson

2. Nguyên t c ph ắ ổ ồ

ng pháp tính chính xác s b c ộ ủ

 D ki n ban đ u (tính toán tháp ch ng c t thu hai s n ph m,

ư ẩ ả ấ

 Đ c tr ng c a nguyên li u: L u l

ầ hoàn toàn): ữ ệ ng ng t ư ụ

ng, s c u t và thành ủ ệ ố ấ ử

THÔNG S Ố BAN Đ UẦ

 Hai tiêu chu n c a s n ph m ẩ

ư ươ ph n c a chúng [ziA], enthalpie (HA) ặ ầ ư ủ



ủ ẩ ả

ng c đoán cân b ng v t ch t d a vào thành ph n và l u l ấ ự ư ượ ậ ằ ầ

 L a ch n áp su t đ c đ nh đi u ki n cân b ng l ng-h i và cho ề

Ướ c a D và R ủ

ấ ể ố ị ệ ằ ơ ỏ ự

ĐI U Ề KI N Ệ TÍNH TOÁN

t đ và enthalpie c a D, R, V1 ọ phép tính nhi ệ ộ ủ

ế

 Ch n t ọ ng ng t ư t ng.ổ

ằ c QC, QR và tính đ s h i l u cho phép tinh cân b ng nhi ỷ ố ồ ư và tính đ ụ t c a thi ệ ủ c cân b ng nhi ằ t b ị t ệ ượ ượ

ố ậ

ươ

thay đ i n ng đ c a Lewis & Matheson

2. Nguyên t c ph ắ ổ ồ

ng pháp tính chính xác s b c ộ ủ

 Tính cân b ng v t ch t và cân b ng pha trên t ng

ừ

ằ

ậ

ấ

ằ

đĩa lý thuy t và trong t ng đo n riêng bi

ừ

ế

ạ

t ệ

 Đo n luy n: tính t

đ nh tháp tr xu ng

ệ

ạ

ừ ỉ

ở

ố

đáy tháp tr lên

 Đo n ch ng: tính t ư

ạ

ừ

ở

 Vi c tính toán k t thúc t

ệ

ế

ạ

i đĩa n p li u, khi n ng đ ộ

ệ

ạ

ồ

các c u t

i đĩa n p li u đ ng nh t đ i v i hai

ấ

t ử ạ

ố ớ

ệ

ạ

ấ

ồ

quá trình tính toán

3. CH NG C T PHÂN ĐO N H N H P

Ạ Ỗ Ợ

Ư Ấ NHI U C U T Đ N GI N Ấ Ử Ơ

Ả

Ề

1. Ph

ươ

ng pháp đ n gi n hóa Gilliland ả

2. Ph

ng pháp tính t ng đĩa (Shortcut)

ươ

ừ

ươ

ng pháp đ n gi n hóa Gilliland ả

ơ 1.1 H th c đ n gi n hóa

ệ ứ

ả

ọ

ạ ượ

ng quan tr ng nh t trong ch ng s h i l u R và s b c thay đ i ổ

ặ

 Hai đ i l c t là t ấ ỷ ố ồ ư n ng đ N có quan h ch c ch v i nhau. ệ ộ ồ

ọ

ấ

ứ ạ ơ

ệ ữ ỷ ố ồ ư

ộ

ổ ồ (R)

(N) và F

ấ ố ậ ẽ ớ  Gilliland đã v n d ng m i quy c cũng nh ậ ư ướ ụ các gi thi t đ c ch p nh n trong ch ng ế ả ư ậ ượ c t hai c u t đ gi m tính ph c t p đ i v i ấ ố ớ ấ ử ể ả h đa c u t , đ a ra h th c đ n gi n hóa ệ ứ ệ ả ấ ử ư s h i l u R bi u di n m i quan h gi a t ể ố ễ và s b c thay đ i n ng đ N d i d ng các ướ ạ ố ậ hàm s ố F

ươ

ng pháp đ n gi n hóa Gilliland ả

ơ 1.1 H th c đ n gi n hóa

ệ ứ

ả

ươ

ng pháp đ n gi n hóa Gilliland ả

ơ 1.2 Công th c Fenske ứ

 S d ng đ xác đ nh s b c thay đ i n ng đ t

i thi u Nmin (t ng ổ ồ ử ụ ố ậ ộ ố ể ị ể ươ

 Đ i v i h hai c u t

ng v i tr ng h p h i l u hoàn toàn) ứ ớ ườ ồ ư ợ

ố ớ ệ ấ ử

min

D x D lg

 Đ i v i h đa c u t

ø Ø - (cid:215) œ Œ - ß º

ố ớ ệ ấ ử

min

=(cid:247)

x iD x

x iR

x iD x iR

min

jD a lg

ø Ø (cid:246) (cid:230) (cid:246) (cid:230) (cid:215) œ Œ (cid:247) (cid:231) (cid:247) (cid:231) (cid:231) œ Œ (cid:247) (cid:231) ß º ł Ł ł Ł

ươ

ng pháp đ n gi n hóa Gilliland ả 1.3 T s h i l u t

i thi u

ơ ỷ ố ồ ư ố

ể

ng pháp ị ộ ố ấ ử ấ ệ ư ươ

, Gilliland đã đ ngh m t s ph Trong ch ng c t h đa c u t ề tính Rmin trong đó nêu lên m t s vân đ sau: ộ ố ề

khóa là c s chính cho vi c tính toán ệ ơ ở ệ

khóa n ng và nh v n có tác d ng tr c ti p đ n ệ ấ ử ẹ ẫ ự ế ặ ụ

 Vi c h i l u các c u t ấ ử ồ ư  Vi c h i l u các c u t ồ ư ộ ỗ  Tr ng thái nh p li u t

toàn b h n h p do đó tính toán b sung thêm d ổ ợ ế i d ng hi u ch nh ệ ỉ

ướ ạ ng h p biên sau: ng ng v i hai tr ệ ươ ợ ứ ớ ườ

tr ng thái l ng: tuy nhiên không ph i hoàn toàn l ng vì ậ ạ  Nh p li u ậ ả ỏ

có các c u t nh h n c u t ệ ở ạ ấ ử ẹ ơ khóa nh bay h i ơ ẹ ỏ ấ ử

 Nh p li u ậ c u t ấ ử ặ

tr ng thái h i: cũng không ph i h i hoàn toàn mà các ơ

ấ ử ệ ở ạ n ng h n c u t ơ ặ

ỷ ố ồ ư ẽ ậ ố

i thi u ể s h i l u b t kỳ ế ấ

 Các tr ươ ươ

t t ả ơ khóa n ng không bay h i ơ s h i l u t đó có th n i suy tuy n tính cho t ỷ ố ồ ư ạ ệ ợ ng ng và t ừ ng ng v i tr ng thái nh p li u n m gi a hai tr ng thái biên trên ớ ạ ng h p nh p li u biên s cho các t ệ ể ộ ậ ườ ứ ứ ữ ằ

ươ

ng pháp đ n gi n hóa Gilliland ả 1.3 T s h i l u t

ơ ỷ ố ồ ư ố

i thi u ể

 Maxwell đã bi n đ i đ n gi n hóa các công th c c a

ủ

ứ

ế

ả

ổ Gilliland và đ a ra công th c tính Rmin:

ứ

l CV

=+ 1

+œ

min

x , DCL

CV a

x , DCV l CV

ø Ø ø Ø Tách CV - CL - (cid:215) Œ œ Œ - ß º ß º

(

)

x , DV

. xl V

, DCL

Tách V - CL - (cid:229) -

, DL

x , DCV l

ả

ệ

c xác đ nh riêng bi

ợ ậ ng h p.

 S d ng tính Rmin cho c hai tr ườ t cho t ng tr ừ

ử ụ ượ

ệ

ng h p nh p li u biên, l ườ

ợ

ị

(cid:246) (cid:230) Tách L - CV (cid:247) (cid:231) - (cid:229) (cid:247) (cid:231) - ł Ł

Cách tính l

ậ

ệ ỏ

ậ

C u ấ tử

Nh p li u l ng Tính l

Nh p li u h i ơ ệ Tính l

S ZV

VzCL CVzCL iVzCL

lV=zV/a VzCL lCV=zCV/zCL liV=ziV/zCL liL=zCV/ziL

lV=zV/a lCV=zCV/ a liV=ziV/a iLzCV/a liL=a

CVziL

100 - S ZL

lL=zCV/zL

% bay h i ơ VA / V % bay h i ơ VA / V

Ví dụ

 Ti n hành ch ng c t phân đo n h n h p sau

ế

ấ

ạ

ợ

ỗ

ở

áp su t 10atm ấ

C2 C3 iC4 nC4 iC5 nC5 C u tấ ử

ậ

ế

(mol) 8 22 14 24 10 22

t nhi ầ ồ

s n ph m đáy ít nh t là 99% t ng l

ẩ

ấ

ổ

ượ

ỗ

 Bi t đ nh p li u là 65°C ệ ệ ộ  Yêu c u v s n ph m: ẩ ề ả s n ph m đáy  N ng đ propan ở ả ẩ ộ c  Pentan ph i thu đ ượ ở ả ả pentan trong h n h p ợ  Xác đ nh Nmin và Rmin

ị

Trình t

tính toán

ự

thi

ẩ

ả

t ế

1. Chu n b d ki n và các gi ị ữ ệ 2. Tính Nmin 3. Tính Rmin

Trình t

tính toán

ự

thi

t ế

ả

ẩ

ị ữ ệ

khóa

ấ ử

 Gi

đ nh và đáy

1. Chu n b d ki n và các gi  Ch n c u t ọ  C u t ấ ử  C u t ấ ử thi ả

ế ự

ố ồ

ộ ở ỉ

khóa nh CV: C3 ẹ khóa n ng CL: iC5 ặ t s phân b n ng đ đáy

ở trung gian nh , phân b

 C2 không có ấ ử 

ẹ

ố ở ỉ

đ nh nhi u h n ề

ơ ở



iC4 là c u t đáy nC4 là c u t

ấ ử

 C5 t ng (nC5 +iC5) phân b

đ nh 1%, đ

trung gian n ng, phân b đ u ố ề ở ỉ ặ ượ ố ở ỉ

đ nh và đáy c chia đ u cho ề

ổ hai c u tấ ử

B ng gi

thi

t phân b n ng đ

ả

ế

ố ồ

ộ

Nguyên li uệ S n ph m đ nh ẩ ả ỉ S n ph m đáy ẩ ả

C u tấ ử

mol ph n mol mol ph n mol mol ph n mol ầ ầ ầ

C2 (V) 8 8 0,157 0 0,000 0,080

C3 (CV) 22 21,5 0,423 0,5 0,010 0,220

iC4 (iV) 14 9 0,177 5 0,102 0,140

nC4 (iL) 24 12 0,236 12 0,244 0,240

iC5 (CL) 10 0,16 0,003 9,84 0,200 0,100

nC5 (L) 22 0,16 0,003 21,84 0,444 0,220

1,000 100 50,82 1,000 49,18 1,000 T ngổ

Trình t

tính toán

ự

thi

ẩ

t ế

ả

ơ ươ

1. Chu n b d ki n và các gi ị ữ ệ  Tính đ bay h i t ng đ i ố ộ i 3 v trí: đ nh, đáy, ỉ ạ

ị

(cid:222)

ấ ạ ạ

t đ , t ệ ộ ừ

ầ

đó suy ra ượ

ộ

(cid:222)

L y giá tr trung bình t n p li u ệ t nhi T i m i v trí c n bi ỗ ị ế giá tr h ng s cân b ng pha và tính đ ằ ị ằ ố ng đ i đ bay h i t ố ơ ươ Chú ý: tính theo c u t ấ ử

khóa n ng iC5 ặ

(cid:222)

T i đ nh tháp: Nhi

i đ nh là nhi

t đ đi m s

ạ ỉ t đ t ệ ộ ạ ỉ

ệ ộ ể

ươ

ng c a h n h p đ nh ỗ

ủ

ợ

ỉ

Nhi thi t là nhi t đ đi m s ng t = 50°C t đ gi ệ ộ ả ế ệ ộ ể ươ C u tấ ử

a iD = Ki/KCL yi = xiD xi = yi/Ki Ki

C2 (V) 4,4 0,157 0,036 16,296

C3 (CV) 1,55 0,423 0,273 5,741

iC4 (iV) 0,74 0,177 0,239 2,741

nC4 (iL) 0,56 0,236 0,422 2,074

iC5 (CL) 0,27 0,003 0,012 1,000

nC5 (L) 0,21 0,003 0,015 0,778

T ngổ 1,000 0,996

i đáy là nhi

T i đáy tháp: ạ t đ t Nhi ệ ộ ạ

ệ ộ ể

t đ đi m sôi c a h n h p đáy ủ

ỗ

ợ

Nhi thi t là nhi t đ đi m sôi t= 102°C t đ gi ệ ộ ả ế ệ ộ ể C u tấ ử

a iR = Ki/KCL yi = Ki.xi xiR Ki

C2 (V) 0,000 7,2 0,000 9,231

C3 (CV) 0,010 3,05 0,031 3,910

iC4 (iV) 0,102 1,71 0,174 2,192

nC4 (iL) 0,244 1,42 0,346 1,821

iC5 (CL) 0,200 0,78 0,156 1,000

nC5 (L) 0,444 0,67 0,298 0,859

T ngổ 1,000 1,005

ệ thi ả

t đ này ta s tính %b c h i và suy ra giá tr cân b ng pha

T i đĩa n p li u: ạ ạ t là 65°C t đ n p li u theo gi Nhi ế ệ ệ ộ ạ T i nhi ơ ố ệ ộ ạ

ẽ ằ ị

Gi s V =25% t i t=65°C ả ử ạ

C u tấ ử a

zi Ki 1+Ki/3 xi li = 100. Zi/(1+Ki/3) iF = Ki/KCL

C2 (V) 0,080 5,2 2,927 0,039 13,684 2,733

C3 (CV) 0,220 1,95 1,650 13,333 0,178 5,132

iC4 (iV) 0,140 0,93 1,310 10,687 0,143 2,447

nC4 (iL) 0,240 0,76 1,253 19,149 0,256 2,000

iC5 (CL) 0,100 0,38 1,127 8,876 0,118 1,000

nC5 (L) 0,220 0,31 1,103 19,940 0,266 0,816

T ngổ 1,000 74,911 1,000

ế ố ệ a B ng t ng k t s li u

ả

ổ

a a a a iF iD iR i C u tấ ử

C2 (V) 13,684 16,296 9,231 12,721

C3 (CV) 5,132 5,741 3,910 4,866

iC4 (iV) 2,447 2,741 2,192 2,450

nC4 (iL) 2,000 2,074 1,821 1,962

iC5 (CL) 1,000 1,000 1,000 1,000

nC5 (L) 0,816 0,778 0,859 0,817

Trình t

tính toán

ự



i h ph ng ể ứ ố ồ ả ệ ả ươ

Xác đ nh Nmin theo công th c Fenske ị thi t phân b n ng đ b ng cách gi Ki m tra gi ộ ằ ế t cho t ng c u t khác nhau trình Fenske vi ấ ử ừ ế  G i a là s mol iC5 trong s n ph m đ nh tháp, ta có ả ố ọ ẩ ỉ

Đáy C u tấ ử Đ nhỉ

iC5 (mol) a 10 -a



nC5 (mol) 0,32 - a 21,68 + a

min

Công th c Fenske đ c vi i d ng t d ứ ượ ế ướ ạ

a= (

)

x iD x

(cid:215)

x iR

Trình t

tính toán

ự

2.  Vi

ị

ế

t các c p c u t ặ

ấ ử



ứ ầ ượ

min

a =

866,4(

)

5,21 5,0

10 a



Xác đ nh Nmin theo công th c Fenske t công th c Fenske cho l n l ứ C3 và iC5 - (cid:215)

min

C3 và nC5

(

)

(cid:215)

5,21 5,0

68,21 32,0

a = a

866,4 82,0

 Gi

i h ta có: Nmin = 4,9206 ả ệ

Đáy C u tấ ử Đ nhỉ

iC5 (mol) 0,17562268 9,8243773

nC5 (mol) 0,14437732 21,855623

Trình t

tính toán

ự

ị

2. 

ứ đ nh, Vi

t công th c Fenske cho C2 và iC5

Xác đ nh Nmin theo công th c Fenske G i b là s mol C2 ố

ế

ọ

ứ

9206

,12(

,4)721

ở ỉ 824,9 176,0

b - b



đ nh, Vi

t công th c Fenske cho iC4 và iC5

8 c b = 7,998 Gi ượ G i c là s mol iC4 ố

i ra đ ả ọ

ở ỉ

ế

ứ

9206

(cid:215)

,2(

450

,4)

824,9 176,0



đ nh, Vi

t công th c Fenske cho nC4 và iC5

c - c 14 c c = 8,331 Gi ượ G i d là s mol nC4 ố

i ra đ ả ọ

ế

ứ

9206

(cid:215)

962,1(

,4)

ở ỉ 824,9 176,0

d - d 24

i ra đ

c d = 7,920

ả

ượ

(cid:215)

B ng phân b n ng đ tính toán đ

ố ồ

ả

ộ

c ượ

Nguyên li uệ S n ph m đ nh ẩ ả ỉ S n ph m đáy ẩ ả

C u tấ ử

mol ph n mol mol ph n mol mol ph n mol ầ ầ ầ

7,998 0,174 0,002 0,000 C2 (V) 8 0,080

21,500 0,467 0,500 0,009 C3 (CV) 22 0,220

8,331 0,181 5,669 0,105 iC4 (iV) 14 0,140

7,920 0,172 16,080 0,298 nC4 (iL) 24 0,240

0,176 0,004 9,824 0,182 iC5 (CL) 10 0,100

0,144 0,003 21,856 0,405 nC5 (L) 22 0,220

1,000 100 46,070 1,000 53,930 1,000 T ngổ

ậ

ả

Nh n xét v k t qu tính toán s ự ề ế phân b n ng đ và Nmin ộ

ố ồ

thi

 S sai khác gi a k t qu tính toán v i gi ế

ự

ữ

ả

ớ

ả

ế

phân b n ng đ ban đ u không l n l m tr ừ

ố ồ

ầ

ắ

ộ

ớ

ng h p c a nC4. Tuy nhiên đây ch là c u t

ườ

ấ ử

ủ

ợ

ỉ

trung gian, ta không có yêu c u ch t ch . M t khác

ẽ

ầ

ặ

giá tr phân b n ng đ tính toán đ

c cũng không

ố ồ

ộ

ị

ượ

làm thay đ i đáng k nhi

t đ đi m s

ng và nhi

ể

ổ

ệ ộ ể

ươ

ệ

đ sôi c a h n h p t

i đ nh và t

i đáy. Do v y có

ợ ạ ỉ

ủ

ỗ

ộ

ạ

ậ

th s d ng s li u phân b n ng đ và giá tr ị

ể ử ụ

ố ồ

ố ệ

ộ

Nmin tính toán đ

ượ

c mà không c n ph i tính l p ầ

ặ

ả

i.ạ l

Trình t

tính toán

ự

3. ử ụ ứ ể

ệ ạ

ng h p biên c a tr ng thái n p li u, sau đó n i ộ ng ng v i h n h p nguyên li u ủ ớ ỗ ạ ợ ệ

i thi u Rmin: S d ng công th c Maxwell tính s h i l u t Tính t ỷ ố ồ ư ố Rmin hai tr ợ ườ ở suy ra Rmin t ứ ươ  Tính các giá tr l:ị

Nh p li u d ng l ng ệ ạ ậ ỏ Nh p li u d ng h i ơ ệ ậ ạ a zi i C u tấ ử

l l %b c h i ơ ố %b c h i ơ ố

C2 (V) 12,721 8 0,0629 0,080 0,0629

C3 (CV) 0,220 4,866 2,200 0,452

iC4 (iV) 78 0,140 2,450 1,400 0,571

nC4 (iL) 0,240 1,962 0,917 0,370

iC5 (CL) 0,100 1,000

nC5 (L) 0,220 1,000 1,000

0,817

Trình t

tính toán

ự

ể

3. i thi u Rmin:  Xác đ nh Rmin cho tr ng thái n p li u d ng l ng: ạ Tính t s h i l u t ỷ ố ồ ư ố ị ệ ạ ạ ỏ

866,4

=+ 1

004

+œ

%8min

12,2. 1

866,4

467 2,2

721,12

ø Ø ø Ø - (cid:215) Œ œ Œ - ß º ß º

174,0(

0629

,0.

)004

721,12 45,2

- -

181,0(

,0.4,1

)004

45,2

1 962,1

- -

(

)172,0

866,4

962,1

817,0

- -

(

)003

866,4

817,0

,0 467 917,0 ,0 467 1

- -

4368 ,1 = 4368

%8min

(cid:222)

Trình t

tính toán

ự

ể

Tính t s h i l u t ỷ ố ồ ư ố ị ệ ạ ạ

866,4

=+ 1

004

+œ

%78min

,0. 866,4

452 1

,0 ,0

467 452

721

3. i thi u Rmin:  Xác đ nh Rmin cho tr ng thái n p li u d ng h i: ơ ạ + ø Ø ø Ø - (cid:215) Œ œ Œ - ß º ß º

174,0(

0629

,0.

004 )

,12 721,12 45,2

- -

181,0(

571,0

,0.

004 )

45,2

1 962,1

- -

(

172,0

)

866,4

962,1

817,0

- -

(

)003

817,0

,0 467 370,0 467 ,0 1

866,4 1717 ,2 =

- -

%78min

,1 1717

(cid:222)

Trình t

tính toán

ự

ể

3.  Xác đ nh Rmin cho tr ng thái n p li u th c t Tính t s h i l u t ỷ ố ồ ư ố ị i thi u Rmin: ạ ệ ạ ự ế ớ v i 25% b c h i: ơ ố

,1(

1717

).(

4368

%25min

- -

,0 78(

4368 )8

6153

%25min

 Xác đ nh R t ị ừ ể bi u đ Gilliland ồ