Chưng cất hỗn hợp
nhiều cấu tử
Mục lục
1. Khái niệm cơ bản........................................................................................... 1
2. Các đường cân bằng pha ................................................................................ 1
2.1. Phương trình cơ bản ................................................................................ 1
2.2. Giản đồ pha ............................................................................................ 2
3. Chưng cất hỗn hợp cấu tử đơn giản ............................................................... 4
4. Chưng cất hỗn hợp cấu tử phức tạp ................................................................ 5
4.1. Chưng cất dầu thô ................................................................................... 5
4.2. Chưng phản ứng ................................................................................... 10
4.3. Chưng dị đẳng phí ................................................................................ 11
4.4. Chưng đẳng phí .................................................................................... 11
4.5 Chưng trích ly ........................................................................................ 12
Tài liệu tham khảo ........................................................................................... 14
1
1. Khái niệm cơ bản
- Hỗn hợp nhiều cấu tử đơn giản là hỗn hợp mà các cấu tử có thể xác định được về
số lượng, thành phần, chủng loại.
- Hỗn hợp nhiều cấu tử phức tạp là hỗn hợp có số lượng cấu tử rất lớn và đa dạng
mà ta không thể xác định được số lượng và thành phần của chúng.
Đối với hệ nhiều cấu tử phức tạp thì khi chưng cất thu được 2 hoặc nhiều hơn
phân đoạn (đối với chưng 2 cấu tử thì thu được 2 phân đoạn, đỉnh và đáy) tùy vào yêu
cầu sản phẩm. Để thuận tiện cho tính toán một phân đoạn, người ta quy ước một phân
đoạn bằng 1 cấu tử giả (pseudo-component).
Trong hỗn hợp nhiều cấu tử, ta phải chọn ra một cấu tử chìa khóa, là cấu tử trung
tâm để tính theo nó.
2. Các đường cân bằng pha
2.1. Phương trình cơ bản
Trạng thái cân bằng khi:
- Nhiệt độ pha hơi bằng với nhiệt độ pha lỏng
- Tổng áp suất trong toàn bộ pha hơi bằng trong toàn bộ pha lỏng
- Cấu tử chuyển từ pha lỏng sang pha hơi sẽ bằng cấu tử chuyển từ pha hơi
sang pha lỏng
Định luật Raoult thể hiện đầy đủ cân bằng trên cho hỗn hợp lí tưởng hoặc xem
như lí tưởng:
iii xPP 0
Trong đó: Pi là áp suất riêng phần của cấu tử i ở nhiệt độ T
xi là phần mol cấu tử i trong pha lỏng.
Nếu chọn một cấu tử j làm cấu tử chìa khóa, thì độ bay hơi tương đối của cấu tử i
bất kì là:
0
0
i
ij
j
P
P
Đối với hệ không lý tưởng thì hằng số cân bằng được xác định bằng thực nghiệm
và phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất:
*
*
j
ii
ij
j j i
x
Ky
K y x
2
Vì độ bay hơi tương đối thay đổi theo nhiệt độ ít hơn theo áp suất hơi riêng phần
nên ta có thể xác định được nồng độ cân bằng của cấu tử chìa khóa j:
*j
jn
ij i
x
y
x
Nồng độ cân bằng cho cấu tử i bất kì:
*
1
ij i
in
ij i
x
y
x
*
*
1
i
ij
in
ij i
y
x
x
2.2. Giản đồ pha
Trong hệ 2 cấu tử giản đồ pha thường là Txy, Pxy,…, hệ 3 cấu tử thì biểu thị trên
đường cân bằng tam giác. Đối với hệ đa cấu tử thì biểu điễn bằng tỷ lệ thể tích dung dịch
cất so với ban đầu với nhiệt độ sôi của hỗn hợp.
2.2.1 Đường cong chưng cất thực (TBP)
TBP (True Boiling Point- Hình 1) là đường cong mô tả sự thay đổi nhiệt độ sôi
của dung dịch theo dịch ngưng thu được bằng cách chưng gián đoạn với vài chục đĩa và
có chỉ số hồi lưu khá lớn trong PTN. Từ đường cong này ta có thể xác định được số phân
đoạn hay số pseudo trong chưng cất và tính chất của pseudo.
Hình 1. Đường cong chưng cất điểm sôi thực.
3
2.2.2 Đường cong chưng đơn giản (đường ASTM)
Đường cong chưng cất ASTM (Hình 2) hay còn gọi là đường cong chưng cất
angle, thu được bằng cách chưng đơn giản, tức là hơi bay lên đem ngưng tụ lấy sản phẩm
luôn. (xem ASTM D86), có ứng dụng để đánh giá chất lượng mẫu dầu thô ban đầu trước
khi sản xuất.
Hình 2. Đường cong chưng cất đơn giản
2.2.3 Đường cong bay hơi cân bằng (đường EFV)
Đường cong EFV (Equilibrium Flash Vaporization - Hình 3) hoặc đường FC
(Flash Curve) mô tả mối quan hệ cân bằng 2 pha lỏng và hơi (theo % thể tích) ở những
nhiệt độ bay hơi cân bằng khác nhau với áp suất xác định. Đường cong này bắt đầu từ
điểm sôi và kết thúc ở điểm sương của hỗn hợp và thay đổi theo nồng độ ban đầu của hệ,
dùng để xác đinh nhiệt độ chưng cất phân đoạn theo yêu cầu sản xuất.
Hình 3. Đường cong EFV