BÀi tập quá trình và thiết bị truyền chất

BÀI TẬP QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRUYỀN CHẤT Chương 4 CHƯNG LUYỆN Bài 1 Một thiết bị chưng luyện liên tục loại đệm dùng để phân tách hỗn hợp axitaxêtic – nước Năng suất tính theo hỗn hợp đầu là 2000 kgh.Dùng tháp chưng luyện để tách hỗn hợp metanol – nước (CH3OH – H2O) với năng suất tính theo hỗn hợp đầu 8,45 tấnh, chứa lượng metanol là 4,3 tấnh. Biết nồng độ sản phẩm đỉnh là 0,995 phần mol và nồng độ sản phẩm đáy 0,002 phần mol. Xác định lượng metanol của sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy. Đáp số: 134 kmolh và 0,46 kmolh

BÀI TẬP QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRUYỀN CHẤT Chương CHƯNG LUYỆN Bài Một thiết bị chưng luyện liên tục loại đệm dùng để phân tách hỗn hợp axitaxêtic – nước Năng suất tính theo hỗn hợp đầu 2000 kg/h với nồng độ 42% khối lượng theo cấu tử dễ bay Thành phần cấu tử dễ bay (nước) đỉnh tháp 99% khối lượng, đáy tháp 0,1% Tháp làm việc áp suất thường, số liệu đường cân cho bảng sau: x 10 20 30 y 9,2 16,7 30,3 42, 40 50 60 70 62,6 71,6 79, 80 90 10 86,4 93 10 Xác định: a Lượng sản phẩm đỉnh đáy tháp b Xác định bậc thay đổi nồng độ tháp Đáp số: P = 847,3 kg/h; w = 1153 kg/h N = 25 bậc lt Hướng dẫn: a P = ?; W = ? - Đổi lưu lượng kg/h thành kmol/h phần trăm khối lượng thành phần mol + Số mol nước axitaxêtic vào tháp + Tổng số mol hỗn hợp đầu + Đổi phần trăm khối lượng thành phần mol - Áp dụng công thức: P=FaF-awap-aw P=20000,42-0,0010,99-0,001=847,32kgh W=F-P=2000-847,32=1152,68 xF=0,42180,4218+0,5860=0,707 kmolkmol xp=0,99180,9918+0,0160=0,997 kmolkmol xw=0,001180,00118+0,99960=0,0033 kmolkmol b Xác định số bậc thay đổi nồng độ - Vẽ đường cân theo số liệu cho - Vẽ đường nồng độ làm việc: Phải xác định số hồi lưu thích hợp theo phương pháp biết - Vẽ số bậc thay đổi nồng độ lý thuyết Bài Dùng tháp chưng luyện để tách hỗn hợp metanol – nước (CH OH – H O) với suất tính theo hỗn hợp đầu 8,45 tấn/h, chứa lượng metanol 4,3 tấn/h Biết nồng độ sản phẩm đỉnh 0,995 phần mol nồng độ sản phẩm đáy 0,002 phần mol Xác định lượng metanol sản phẩm đỉnh sản phẩm đáy Đáp số: 134 kmol/h 0,46 kmol/h Lời giải - Lượng metanol hỗn hợp đầu 4300 kg/h (theo giả thiết) hay , lượng nước hỗn hợp đầu 8450 – 4300 = 4150 hay Vậy lượng hỗn hợp đầu 134,4 + 231,0 = 365,4 kmol/h - Số metanol hỗn hợp đầu (phần mol) Và số mol nước hỗn hợp đầu (phần mol) Phương trình cân vật liệu Thay số tồn vào, tháp là: có: - Lượng metanol sản phẩm đỉnh: 134,7 x 0,995 = 134 kmol/h - Lượng sản phẩm đáy là: W = F – P = 365,4 – 134,7 = 230,7 kmol/h, từ tính lượng metanol sản phẩm đáy 230,7 x 0,002 = 0,46 kmol/h Bài Một tháp chưng luyện thiết kế với suất theo lượng sản phẩm đỉnh 1000 kg/h nồng độ cấu tử dễ bay 98% khối lượng, lưu lượng sản phẩm đáy 3000 kg/h với nồng độ cấu tử khó bay 95% khối lượng Biết số hồi lưu R = Xác định: a Nồng độ cấu tử dễ bay hỗn hợp đầu (% khối lượng) b Lượng nước lạnh cần thiết để ngưng tụ toàn khỏi đỉnh tháp (kg/h), biết ẩn nhiệt ngưng tụ đỉnh tháp 2000 kj/kg nhiệt độ vào, nhiệt dung riêng nước làm lạnh tương ứng 20 C, 60 C kj/kg.độ Đáp số: 28,5% khối lượng 50.000 kg/h x o o Hướng dẫn: a Áp dụng công thức: b Áp dụng công thức: Bài Hỗn hợp đầu chứa 20% etanol 80% nước với lưu lượng 2000 kg/h cần chưng luyện để thu sản phẩm đỉnh chứa 95% etanol sản phẩm đáy 2% etanol (theo phần trăm khối lượng) Giả thiết hỗn hợp lỏng vào nhiệt độ sôi số hồi lưu R = Xác định: a Lượng sản phẩm đỉnh, lượng khỏi tháp sản phẩm đáy b Viết phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện đoạn chưng Đáp số: P = 387 kg/h; G = 1548 kg/h w = 1613 kg/h x y Hướng dẫn: - Đổi lưu lượng khối lượng thành lưu lượng mol (Kmol/h), từ tính phần mol cấu tử dễ bay hỗn hợp đầu, sản phẩm đỉnh sản phẩm đáy a Áp dụng công thức: Áp dụng công thức: b Viết phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện đoạn chưng Bài Một thiết bị chưng luyện liên tục dùng để phân tách hỗn hợp CH Cl – CCl với suất tính theo hỗn hợp đầu 3000 kg/h có 1041 kg/h CH Cl Hỗn hợp đầu vào tháp nhiệt độ sôi Thành phần sản phẩm đỉnh (CH Cl ) 0,99 phần mol sản phẩm đáy 0,015 phần mol Tháp làm việc áp suất 760 mmHg Xác định lượng CH Cl CCl sản phẩm đỉnh sản phẩm đáy ? Đáp số: Lượng CH Cl : 12,06 kmol/h 0,192 kmol/h Lượng CCl : 0,122 kmol/h 12,63 kmol/h 2 2 2 2 Lời giải - Số mol CH Cl hỗn hợp đầu - Lượng CCl hỗn hợp đầu 3000 – 1041 = 1959 kg/h 2 Nên số mol CCl hỗn hợp đầu - Số mol hỗn hợp đầu F = 12,26 + 12,74 = 25 kmol/h - Phần mol CH Cl hỗn hợp đầu - Từ phương trình cân vật liệu tồn tháp ta có: 2 - Lượng sản phẩm đáy W = F – P = 25 – 12,18 = 12,82 kmol/h Vậy ta có: - Lượng CH Cl + Ở đáy: 12,82 x 0,015 = 0,192 kmol/h + Ở đỉnh: 12,18 x 0,99 = 12,06 kmol/h - Lượng CCl + Ở đáy: 12,82 – 0,192 = 12,63 kmol/h + Ở đỉnh: 12,18 – 12,06 = 0,122 kmol/h 2 Bài Tháp chưng cất liên tục với lưu lượng hỗn hợp đầu 5000 kg/h gồm 29% khối lượng rượu metylic (CH OH) 71% khối lượng nước Hỗn hợp đầu đưa vào tháp nhiệt độ sôi Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện y = 0,73x + 0,264 Sản phẩm đáy có lưu lượng 3800 kg/h Xác định: a Nồng độ metylic (phần mol) sản phẩm đỉnh sản phẩm đáy b Lượng (kmol/h) khỏi tháp chưng luyện c Lưu lượng nước cần thiết vào thiết bị ngưng tụ sau làm nguội nhiệt độ nước tăng lên 12 C bỏ qua nhiệt tổn thất môi trường xung quanh Cho biết: ẩn nhiệt ngưng tụ đỉnh tháp 2000 kj/kg nhiệt dung riêng nước làm lạnh kj/kg.độ Đáp số: a x = 0,976 kmol/h x = 0,042 kmol/h b G = 140,23 kmol/h c G = 5842,9 kmol/h o p w y nc Bài Một tháp chưng luyện liên tục làm việc áp suất thường thiết kế với suất theo hỗn hợp đầu 10 tấn/h dùng để phân tách hỗn hợp lỏng chứa 50% khối lượng benzen (C H ) 50% khối lượng toluen (C H ) Nồng độ benzen sản phẩm đỉnh 96% khối lượng nồng độ sản phẩm đáy 98% khối lượng toluen Hỗn hợp đầu gia nhiệt đến nhiệt độ sôi trước vào tháp, số hồi lưu R = 1,78 a Tính lưu lượng dịng sản phẩm đỉnh sản phẩm đáy (kg/h) b Viết phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện đoạn chưng tháp c Tính lượng nước lạnh cần thiết để ngưng tụ toàn khỏi đỉnh tháp (m /h); biết ẩn nhiệt ngưng tụ đỉnh tháp 2000 kj/kg; khối lượng riêng, nhiệt độ vào, nhiệt độ nhiệt dung riêng nước làm lạnh tương ứng 1000 kg/m , 20 C, 60 C kj/kg.độ Đáp số: P = 5106,4 kg/h; 4893,6 kg/h; y = 0,64x + 0,347; y = 12,9x - 0,0069; 177,4 m /h 6 x 3 o o Bài Một hỗn hợp gồm hai cấu tử benzen xylen chứa 40% khối lượng benzen, với lưu lượng 1000 kmol/h, phân tách nhờ hệ thống chưng luyện liên tục để thu sản phẩm đỉnh gồm 90% khối lượng benzen sản phẩm đáy 10% khối lượng benzen Hỗn hợp cho vào tháp nhiệt độ sơi, q trình chưng áp suất khí với số hồi lưu R = Tính lượng sản phẩm đỉnh, lượng khỏi tháp lượng sản phẩm đáy (kmol/h) Viết phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện đoạn chưng Cho biết: M = 78 kg/kmol; M = 106 kg/kmol x benzen xylen Đáp số: 433,8 kmol/h; 1301,4 kmol/h; 566,2 kmol/h; y = 0,67x + 0,308; y = 1,768x - 0,057 Bài Một tháp chưng cất liên tục sử dụng để tách hỗn hợp chứa 40% nheptan (C H ) 60% n-octan (C H ) cho sản phẩm đỉnh đạt đến 95% n-heptan sản phẩm đáy 5% n-heptan Nguyên liệu đưa vào trạng thái sôi với lưu lượng 1000 kmol/h, trình chưng thực áp suất thường với số hồi lưu Các số liệu nồng độ cho tính theo phần trăm khối lượng a Tính lưu lượng sản phẩm đỉnh sản phẩm đáy (kmol/h) b Viết phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện đoạn chưng Cho biết: M = 100 kg/kmol; M = 114 kg/kmol Đáp số: 411 kmol/h; 588 kmol/h; y = 0,67x + 0,32; y = 1,48x - 0,03 16 n-heptan 18 n-octan Lời giải Đổi nồng độ phần khối lượng sang phần mol: Phương trình cân vật liệu: Phương trình cân vật liệu cho cấu tử phân bố: (1) (2) Từ (1) (2) ta có: P = 411 kmol/h W= 588 kmol/h Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện: Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn chưng: Bài 10 Một tháp chưng cất liên tục để tách hỗn hợp gồm benzen (C H ) toluen (C H ) Lưu lượng hỗn hợp đầu cho vào tháp 75 kmol/h nhiệt độ sơi Cho biết phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện đoạn chưng tương ứng y = 0,73x + 0,264 y = 1,25x - 0,018 Xác định: a Nồng độ phần mol benzen sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy hỗn hợp đầu b Lưu lượng (kmol/h) benzen sản phẩm đỉnh sản phẩm đáy Lời giải a Nồng độ phần mol benzen sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy hỗn hợp đầu Chỉ số hồi lưu thích hợp nồng độ sản phẩm đỉnh xác định từ phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện Từ phương trình đường nồng độ làm việc đoạn chưng ta xác định nồng độ sản phẩm đáy nồng độ hỗn hợp đầu b Lưu lượng (kmol/h) benzen sản phẩm đỉnh sản phẩm đáy Bài 11 Một hỗn hợp đầu chứa 25% CS 75% CCl với lưu lượng 2000 kmol/h cần chưng luyện để thu sản phẩm đỉnh chứa 66% CS sản phẩm đáy 11% CS Hỗn hợp lỏng cho vào tháp nhiệt độ sơi, q trình chưng luyện tiến hành liên tục áp suất thường với số hồi lưu tháp 1,56 Các số liệu nồng độ cho tính theo phần trăm khối lượng 2 Cho biết: MCS = 76 kg/kmol; MCCl = 154 kg/kmol a Tính lưu lượng sản phẩm đỉnh lưu lượng sản phẩm đáy (kmol/h) b Viết phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện đoạn chưng Đáp số: P = 666,7 kmol/h; W = 1333,33 kmol/h; y = 0,61x + 0,31; y = 2,17x 0,16 Lời giải Đổi nồng độ phần khối lượng sang phần mol: Viết phương trình cân vật liệu: (1) Phương trình cân vật liệu cho cấu tử phân bố: (2) Từ (1) (2) ta có: P = 666.67 kmol/h W= 1333.33 kmol/h Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện: Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn chưng: Bài 12 Một hỗn hợp đầu gồm hai cấu tử benzene xylem chứa 45% benzen với lưu lượng 5000 kmol/h phân tách nhờ hệ thống chưng luyện liên tục để thu sản phẩm đỉnh gồm 96% benzen sản phẩm đáy 8% benzen Hỗn hợp cho vào tháp nhiệt độ sôi, trình chưng áp suất thường với số hồi lưu Các số liệu nồng độ cho tính theo phần trăm khối lượng a Tính lưu lượng sản phẩm đỉnh sản phẩm đáy (kmol/h) b Viết phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện đoạn chưng Cho biết : M = 78 kg/kmol; M = 106 kg/kmol benzen xylen Lời giải Đổi nồng độ phần khối lượng sang phần mol: Phương trình cân vật liệu: Phương trình cân vật liệu cho cấu tử phân bố: (1) (2) Từ (1) (2) ta có: P = 2442 kmol/h W= 2558 kmol/h Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện: Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn chưng: Bài 13 Một tháp chưng luyện liên tục thiết kế với suất theo lượng sản phẩm đỉnh 1000 kg/h nồng độ cấu tử dễ bay 98% khối lượng, lưu lượng sản phẩm đáy 3000 kg/h với nồng độ cấu tử khó bay 95% khối lượng Biết số hồi lưu R = Xác định: a Nồng độ cấu tử dễ bay hỗn hợp đầu (% khối lượng) b Lượng nước lạnh cần thiết để ngưng tụ toàn khỏi đỉnh tháp (m /h); biết ẩn nhiệt ngưng tụ đỉnh tháp 2000 kj/kg; khối lượng riêng, nhiệt độ vào, nhiệt dung riêng nước làm lạnh tương ứng 1000 kg/m , 20 C, 60 C kj/kg.độ x 3 o o Lời giải a) FxP-xW=PxF-xW=WxP-xFPxP-xF=WxF-xWPxP-PxF=WxFWxW   0,75  đxFW+P=PxP+WxWxF=PxP+WxWƯW+P=1000*0,98+3000*0, 053000+10000,2825=28,25%b) Rx+1P.r=GnCnt2t1Gn=Rx+1P.rCnt2-t1=3+11000*2000460-20=50000  kgh=500001000=50 m3h Bài 14 Một tháp chưng cất liên tục để tách hỗn hợp gồm benzen toluen Lưu lượng hỗn hợp đầu cho vào tháp 75 kmol/h nhiệt độ sôi Cho biết phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện đoạn chưng tương ứng y = 0,73x + 0,264 y = 1,25x – 0,018 Xác định: a Nồng độ phần mol benzen sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy hỗn hợp đầu b Lưu lượng (kmol/h) benzen sản phẩm đỉnh sản phẩm đáy Lời giải a Nồng độ phần mol benzen sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy hỗn hợp đầu Chỉ số hồi lưu thích hợp nồng độ sản phẩm đỉnh xác định từ phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện Từ phương trình đường nồng độ làm việc đoạn chưng ta xác định nồng độ sản phẩm đáy nồng độ hỗn hợp đầu b Lưu lượng (kmol/h) benzen sản phẩm đỉnh sản phẩm đáy Bài 15 Một hỗn hợp lỏng gồm rượu etylic nước có lưu lượng 2000 kmol/h chứa 0,4 kmol/kmol rượu phân tách tháp chưng cất liên tục áp suất thường Lưu lượng lỏng hồi lưu tháp không đổi Nồng độ sản phẩm đỉnh thu 0,8 kmol/kmol rượu nồng độ rượu lại sản phẩm đáy 0,2 kmol/kmol Nguyên liệu cho vào tháp chưng nhiệt độ sơi 1/ Tính lưu lượng sản phẩm đỉnh lưu lượng sản phẩm đáy (kmol/h) 2/ Viết phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện đoạn chưng 3/ Vẽ sơ đồ hệ thống tháp chưng luyện, nêu nguyên tắc làm việc hệ thống Cho biết: lưu lượng lỏng hồi lưu tháp không đổi 1040 kmol/h Lời giải 1/ Phương trình cân vật liệu: (1) Viết phương trình cân vật liệu cho cấu tử phân bố (2) Từ (1) (2) ta có: P = 666,67 kmol/h W= 1333,33 kmol/h Chương TRÍCH LY Dung mơi thứ cấp S đưa vào với vận tốc 160 cm /s để chiết cấu tử A hỗn hợp đầu chứa 10% khối lượng cấu tử dung mơi B theo phương pháp ngược dòng Vận tốc hỗn hợp đầu lối vào 400 cm /s Xác định thành phần dịch bã Nếu sử dụng lượng dung môi thứ cấp phân cho ba bậc tách , thực chiết theo phương pháp chiều nồng độ dịch bã ? Số liệu cân phân bố cấu tử A dung môi sơ cấp B thứ cấp S cho bảng sau: 3 kgA/kgB 0,05 0,10 0,15 kgA/kgS 0,069 0,159 0,258 Tỷ trọng ρ = 1,2 ρ = 1,0 ρ = 0,8 A B S Đáp số: 0,057 kgA/kgB 0,061 kgA/kgB Lời giải Trước hết cần vẽ đồ thị đường cân theo số liệu cho I Chiết theo phương pháp ngược dòng Phương hướng: vẽ đường nồng độ làm việc, sau vẽ số bậc đường làm việc đường cân Số bậc vẽ số bậc trích ly lý thuyết Lưu lượng thể tích dung môi thứ cấp S: 160 cm /s = 1,6.10 m /s Lưu lượng khối lượng dung môi thứ cấp S: 1,6.10 x 800 = 0,128 kg/s Lưu lượng hỗn hợp vào: 400 cm /s = 4.10 m /s Giả thiết lưu lượng cấu tử A hỗn hợp đầu a m /s, lưu lượng dung môi sơ cấp B (4.10 – a) m /s Lưu lượng khối lượng A 1200.a, kg/s Lưu lượng khối lượng B (4.10 – a).1000 = (0,4 – 1000.a), kg/s Lưu lượng khối lượng hỗn hợp đầu: (0,4 + 200.a) -4 -4 -4 3 -4 -4 Lưu lượng khối lượng hỗn hợp đầu: , nên a = 3,39.10 , m /s Thay giá trị a vào, có: Lưu lượng khối lượng A: 1200.3,39.10 = 0,041 kg/s 10 Lưu lượng khối lượng B: 0,4 – 1000.3,39.10 = 0,366 kg/s -5 -5 -5 11 Tỷ lệ lưu lượng A B hỗn hợp đầu: 12 Độ dốc đường cân bằng: Vì dung mơi thứ cấp S đưa vào không chứa A nên Vẽ đường làm việc, số bậc tìm Khi Vậy thành phần dịch bã là: II Chiết theo phương pháp chiều Phương hướng: Phương pháp coi lưu lượng dung môi sơ cấp thứ cấp khơng đổi qua bậc trích ly, nồng độ khối lượng tương đối cấu tử A hỗn hợp đầu biết Vẽ đường nồng độ làm việc, sau bậc ( qua đường làm việc) ta xác định dịch bã Với bậc trích ly, lượng dung mơi thứ cấp là: Đã biết Từ đường cong cân bằng, đo đồ thị dịch chiết chứa 0,18 kgA/kgS Hay (0,18 x 0,0427) = 0,0077 kg/s cấu tử A Với bậc chiết thứ 1: (0,041 – 0,0077) = 0,0333 kg/s cấu tử A Đã biết lưu lượng vào B 0,366 kg/s cấu tử B nên Đối với bậc chiết thứ 2: Đã biết Từ đồ thị xác định dịch chiết chứa 0,14 kgA/kgS Hay (0,14 x 0,0427) = 0,0060 kg/s (A) Dịch bã bậc chiết chứa: 0,0333 – 0,0060 = 0,0273 kg/s (A) 0,366 kg/s (B) Nên Đối với bậc chiết thứ 3: Đã biết Từ đồ thị xác định dịch chiết chứa 0,114 kgA/kgS Hay (0,114 x 0,0427) = 0,0049 kg/s (A) Dịch bã bậc chiết chứa: 0,0273 – 0,0049 = 0,0224 kg/s (A) 0,366 kg/s (B) Nên Vậy thành phần dịch bã 0,061 kgA/kgB Bài 2: Để tách axit axetic khỏi dầu ăn người ta sử dụng thiết bị chiết ngược dòng loại tháp với dung môi chiết izopropylen Biết nồng độ axit axetic có dầu ăn trước chiết 10(g axit axetic /kg dầu); sau nkhi chiết nồng độ axit axetic lại dầu ăn 0,1(g axit axetic /kg dầu); Nồng độ ban đầu axit axetic dung môi chiết 0,05 (g axit axetic /kg izopropylen); tỷ số dung môi đầu dung môi chiết izopropylen 10(kg/kg); cho biết dung môi izopropylen dầu xem không tan vào 1/ Tính nồng độ dịch chiết (g axit axetic /kg izopropylen) khỏi thiết bị chiết KQ: 99,05; g axit axetickg izopropylen 2/ Thiết lập phương trình đường nồng độ làm việc trình chiết KQ: Y=10X-0,95 3/ Vẽ sơ mơ đồ hệ thống trích ly nói Lời giải: 1/ Tính nồng độ dịch chiết (g axit axetic /kg izopropylen) khỏi thiết bị chiết Phương trình cân vật liệu: BXF+SY0=BXR+SYE YE=BSXF+Y0-BSXR YE=?; g axit axetickg izopropylen 2/ Thiết lập phương trình đường nồng độ làm việc trình chiết Phương trình đường nồng độ làm việc qua hai điểm M(X ,Y ) N(X ,Y ), cụ thể M(10;99,05) N(0,1;0,05) →Y=10X-0,95 F R E 3/ Vẽ sơ mơ đồ hệ thống trích ly nói Bài Để xử lý nước thải nhà máy có chứa 10 (g axitsunfoxalicylic/kg nước) xuống cịn 1(g.axitsunfoxalicylic/kg nước) Người ta dùng dung môi dietylete tinh khiết để chiết axit sunfoxalicylic Axit sunfoxalicylic phân bố nước dietylete 25 C tuân theo định luật phân bố sau: Y = 120X : X (g axit sunfoxalicylic/kg nước) ; Y (g axit sunfoxalicylic/kg dietylete) 1/ Thiết lập phương trình cân vật chất tổng quát cân vật chất cho cấu tử cần tách KQ: F + S = R + E BXF+SY0=BXR+SYE n 2/ Tính nồng độ axit sunfoxalicylic cực đại pha Extract (g sunfoxalicylic /kg dietylete) KQ: 1200; g sunfoxalicylickg dietylete 3/ Tính lượng dung mơi dietylete (m /h) tiêu tốn lượng nước thải đem xử lý m /h biết nồng độ chiết thu 70% nồng độ chiết cực đại KQ: 0,029; m3h 3 Lời giải: 1/ Thiết lập phương trình cân vật chất tổng quát cân vật chất cho cấu tử cần tách Phương trình cân vật chất tổng quát: ? Phương trình cân vật chất cho cấu tử cần tách: ? 2/ Tính nồng độ axit sunfoxalicylic cực đại pha Extract (g sunfoxalicylic /kg dietylete) Từ phương trình cân cho Y = 120X, ta có: YE( )=120×XF=?; g sunfoxalicylickg dietylete 3/ Tính lượng dung mơi dietylete (m /h) tiêu tốn lượng nước thải đem xử lý m /h biết nồng độ chiết thu 70% nồng độ chiết cực đại 3 Từ phương trình cân vật chất cho cấu tử cần tách, ta có: S=BXF-XRYE-Y0 Trong đó: B=F100-XF100=?; m3h Y = 0,7Y = ?; g sunfoxalicylickg dietylete →S=?; m3h E E(max) Chương SẤY Bài Một máy sấy khơng khí có suất theo vật liệu vào G = 300 kg/h Độ ẩm đầu cuối vật liệu tương ứng 40% 10% (tính theo % vật liệu ẩm) Nhiệt độ vào khỏi máy sấy vật liệu tương ứng 25 C 45 C; khối lượng phận vận chuyển m = 500 kg/h; nhiệt dung riêng vật liệu sấy, vật liệu vận chuyển nước tương ứng C = 0,55 kcal/kg.độ, o o vc vl C = 0,12 kcal/kg.độ C = kcal/kg.độ; nhiệt tổn thất mơi trường xung quanh q tình sấy 10% lượng nhiệt tiêu tốn tính theo lý thuyết Nhiệt độ hàm ẩm khơng khí trước vào caloriphe sau khỏi máy sấy tương ứng là: t = 20 C, x = 0,01kg ẩm/kg kkk t = 40 C, x = 0,028 kg ẩm/kg kkk Xác định: a Lượng khơng khí khơ qua máy sấy b Lượng nhiệt cần thiết cấp cho máy sấy Cho biết trình sấy thực theo phương thức sấy thực tế Đáp số:5555,55 kg/h; 409569,9 kj/h vc n o 0 o 2 Hướng dẫn: - Tính lượng nước bốc q trình sấy W (kg/h): - Tính lượng khơng khí khơ qua máy sấy L (kg/h): - Tính lượng nhiệt tiêu tốn theo lý thuyết (kj/h): - Tính lượng nhiệt tổn thất chung (kj/h): - Tính lượng nhiệt nước vật liệu mang váo máy sấy (kj/h): - Tính lượng nhiệt cần thiết cấp cho máy sấy (kj/h): Bài Cần thiết kế máy sấy dùng tác nhân sấy khơng khí nóng với suất tính theo sản phẩm sau sấy G = 500 kg/h; độ ẩm đầu cuối vật liệu tương ứng W = 40 %, W = 10 % (tính theo vật liệu ướt) Biết khơng khí ngồi trời có nhiệt độ t = 25 C, độ ẩm tương đối ϕ = 80 %, nhiệt độ khơng khí trước vào máy sấy t = 80 C sau khỏi máy sấy t = 40 C Coi trình sấy sấy lý thuyết, tính: a Lượng nguyên liệu cần phải đưa vào máy sấy (kg/h) b Độ ẩm tương đối khơng khí thải ϕ (%) c Lượng khơng khí khơ cần thiết cho q trình sấy (kgkkk/h) d Lượng nhiệt cần cung cấp cho caloriphe (kw) Cho biết: áp suất khơng khí 10 N/m , áp suất nước bão hòa 25 C p = 3150 N/m nhiệt độ khơng khí thải t = 40 C p = 7200 N/m Đáp số: G = 750 kg/h; φ = 67%; L = 15625 kgkkk/h Q = 246,2 kw 2 o o o 2 Lời giải o o bh2 bho Bài Một thiết bị sấy khơng khí sử dụng để sấy tinh thể muối Điều kiện sấy ghi nhận sau: - Năng suất thiết bị (tính theo vật liệu ướt) G = 250 kg/h; nhiệt độ tinh thể trước sấy sau sấy tương ứng θ = 15 C θ = 40 C; nhiệt dung riêng tinh thể C = 1,16 kJ/kg C; độ ẩm tinh thể trước sau sấy tương ứng w = 5% w = 0,1% - Nhiệt độ hàm ẩm khơng khí trước vào caloriphe sau khỏi thiết bị sấy tương ứng là: t = 15 C x = 0,0075 kg/kg kkk; t = 50 C x = 0,023 kg/kg kkk Tính thơng số: lượng khơng khí khơ qua máy sấy, lượng nhiệt cần thiết cung cấp cho thiết bị sấy nhiệt độ khơng khí vào buồng sấy Cho biết: - Nhiệt dung riêng nước C = 4,18 kJ/kg C - Nhiệt tổn thất mơi trường 5,5% lượng nhiệt tính theo lý thuyết Đáp số: 791,11 kg/h; 69298,23 kJ/h; 101 C 1 o o tt o o n o o o Hướng dẫn: - Tính lượng nước bốc trình sấy W (kg/h): - Tính lượng khơng khí khơ qua máy sấy L (kg/h): - Tính lượng nhiệt tiêu tốn theo lý thuyết (kj/h): - Tính lượng nhiệt tổn thất chung (kj/h): - Tính lượng nhiệt nước vật liệu mang váo máy sấy (kj/h): - Tính lượng nhiệt cần thiết cấp cho máy sấy (kj/h): - Tính t =? C: Tính I từ Tính t từ: 1 Bài Một máy sấy khơng khí có suất tính theo vật liệu ẩm G = 300 kg/h Độ ẩm đầu cuối vật liệu tương ứng w = 40% w = 10% Cho biết trạng thái khơng khí trước vào caloriphe: t = 20 C; x = 0,01 kg/kg kkk sau sấy: t = 40 C; x = 0,028 kg/kg kkk Tính: a Lượng khơng khí khơ qua máy sấy b Lượng nhiệt cần thiết cung cấp cho máy sấy Biết trình sấy thực theo phương thức sấy lý thuyết Đáp số: 5555,55 kg/h; 370208,3 kJ/h 1 o o 2 Bài Hãy xác định lượng khơng khí khơ qua máy sấy, lượng nhiệt cần thiết cấp cho máy sấy nhiệt độ khơng khí sau khỏi calariphe (trước vào buồng sấy) máy sấy khơng khí Cho biết suất thiết bị tính theo vật liệu ẩm m = 500 kg/h; độ ẩm đầu cuối vật liệu tương ứng 45% 10%; nhiệt độ đầu (khi vào máy sấy) nhiệt độ cuối (khi khỏi máy sấy) vật liệu tương ứng 25 C 43 C; trạng thái khơng khí trước vào caloriphe sau sấy t = 25 C; x = 0,01 kg ẩm/ kg kkk t = 40 C; x = 0,03 kg ẩm/ kg kkk Khối lượng phận vận chuyển m = 500 kg/h; nhiệt dung riêng vật liệu sấy, vật liệu vận chuyển nước tương ứng C = 0,55 kcal/kg C; C = 0,15 kcal/kg C C = kcal/kg C; nhiệt tổn thất môi trường trình sấy 5% lượng nhiệt tiêu tốn tính theo lý thuyết o o o 0 o vc vl o o n Lời giải * Lượng nước bốc q trình sấy: * Lượng khơng khí khơ qua máy sấy: * Lượng nhiệt tiêu tốn theo lí thuyết: Q = L(I - I ) Với I I tính theo cơng thức sau: I = (0,24 + 0,47x)t + 595x I = (0,24 + 0,47x )t + 595x I = (0,24 + 0,47×0,01)25 + 595×0,01 = 12,07 kcal/kg kkk I = (0,24 + 0,47x )t + 595x I = (0,24 + 0,47×0,03)40 + 595×0,03 = 28,01 kcal/kg kkk LT 2 0 0 2 2 vc o ) Vậy: Q = L(I - I ) = 9720(28,01 – 12,07) =154936,8 kcal/h LT * Ta tính lượng nhiệt tổn thất chung: Trong đó: Vậy: * Ta tính lượng nhiệt ẩm mang vào máy sấy: Vậy lượng nhiệt cần thiết caloriphe cung cấp sấy thực tế là: Mặt khác ta có: Tính t theo cơng thức: I = (0,24 + 0,47x )t + 595x 1 1 Với x = x , suy ra: Bài Hãy xác định giá trị sau thiết bị sấy ngược chiều: lượng khơng khí khơ qua máy sấy; lượng nhiệt cần thiết cấp cho máy sấy nhiệt độ khơng khí sau khỏi caloriphe (trước vào buồng sấy) Cho biết suất thiết bị tính theo vật liệu ẩm m = 350kg/h; độ ẩm đầu cuối vật liệu tương ứng 42% 11%; nhiệt độ đầu (khi vào máy sấy) nhiệt độ cuối (khi khỏi máy sấy) vật liệu tương ứng 18 C 47 C Trạng thái khơng khí (tác nhân sấy) trước vào caloriphe t = 15 C x = 0,007 kg ẩm/kg kkk; sau sấy t = 45 C x = 0,038 kg ẩm/kg kkk Khối lượng phận vận chuyển mvc = 600 kg/h; nhiệt dung riêng vật liệu sấy, vật liệu phận vận chuyển nước tương ứng Cvl = 0,56 kcal/kg C; Cvc = 0,12 kcal/kg C Cn = kcal/kg C; nhiệt tổn thất mơi trường q trình sấy 10% lượng nhiệt tiêu tốn tính theo lý thuyết Cho biết q trình sấy thực theo phương thức sấy thực tế o o o o o Lời giải * Lượng nước bốc trình sấy: * Lượng khơng khí khơ qua máy sấy: o o * Lượng nhiệt tiêu tốn theo lí thuyết: Q = L(I - I ) Với I I tính theo cơng thức sau: I = (0,24 + 0,47x)t + 595x I = (0,24 + 0,47x )t + 595x I = (0,24 + 0,47×0,007)15 + 595×0,007 = 7,81 kcal/kg kkk I = (0,24 + 0,47x )t + 595x I = (0,24 + 0,47×0,038)45 + 595×0,038 = 34,21 kcal/kg kkk Vậy: Q = L(I - I ) = 3932,3(34,21 – 7,81) =103812,7kcal/h LT 2 0 0 2 2 LT * Ta tính lượng nhiệt tổn thất chung: Trong đó: Vậy: * Ta tính lượng nhiệt ẩm mang vào máy sấy: Vậy lượng nhiệt cần thiết caloriphe cung cấp sấy thực tế là: Mặt khác ta có: Tính t theo cơng thức: I = (0,24 + 0,47x )t + 595x 1 1 Với x = x , suy ra: Bài Cần thiết kế máy sấy dùng tác nhân sấy khơng khí nóng với suất tính theo sản phẩm sau sấy G = 600 kg/h; độ ẩm đầu cuối vật liệu tương ứng W = 45%, W = 10% (tính theo vật liệu ướt) Biết khơng khí ngồi trời có nhiệt độ t = 25 C, độ ẩm tương đối ϕ = 80%, nhiệt độ khơng khí trước vào máy sấy t = 80 C sau khỏi máy sấy t = 40 C Coi trình sấy sấy lý thuyết, tính: a Lượng nguyên liệu cần phải đưa vào máy sấy (kg/h) b Độ ẩm tương đối khơng khí thải ϕ (%) c Lượng khơng khí khơ cần thiết cho q trình sấy (kgkkk/h) d Lượng nhiệt cần cung cấp cho caloriphe (kw) Cho biết: áp suất khơng khí 10 N/m , áp suất nước bão hòa 25 C p = 3150 N/m nhiệt độ không khí thải t = 40 C p = 7200 N/m 2 o o o Lời giải o o bh2 bho Bài Hãy xác định lượng khơng khí khơ qua máy sấy; lượng nhiệt cần thiết cấp cho máy sấy; nhiệt độ không khí sấy sau khỏi caloriphe (trước vào buồng sấy) máy sấy không khí Cho biết suất thiết bị tính theo vật liệu ẩm m=500kg/h; độ ẩm đầu độ ẩm cuối vật liệu tương ứng 45% 10%; nhiệt độ đầu (khi vào máy sấy) nhiệt độ cuối (khi khỏi máy sấy) vật liệu tương ứng 25 C 43 C; Trạng thái khơng khí trước vào caloriphe t =25 C x =0,01kgẩm/kg kkk; sau sấy t =40 C x =0,03 kgẩm/kg kkk Khối lượng phận vận chuyển m =500kg; nhiệt dung riêng vật liệu sấy, vật liệu vận chuyển nước tương ứng C =0,55 kcal/kg C; C =0,15 kcal/kg C; C =1 kcal/kg C; nhiệt tổn thất mơi trường q trình sấy 5% lượng nhiệt tiêu tốn tính theo lí thuyết 0 0 0 2 vc vl n o Lời giải * Lượng nước bốc trình sấy: * Lượng khơng khí khơ qua máy sấy: o vc o * Lượng nhiệt tiêu tốn theo lí thuyết: Q = L(I - I ) Với I I tính theo cơng thức sau: I = (0,24 + 0,47x)t + 595x I = (0,24 + 0,47x )t + 595x I = (0,24 + 0,47×0,01)25 + 595×0,01 = 12,07 kcal/kg kkk I = (0,24 + 0,47x )t + 595x I = (0,24 + 0,47×0,03)40 + 595×0,03 = 28,01 kcal/kg kkk Vậy: Q = L(I - I ) = 9720(28,01 – 12,07) =154936,8 kcal/h LT 2 0 0 2 2 LT * Ta tính lượng nhiệt tổn thất chung: Trong đó: Vậy: * Ta tính lượng nhiệt ẩm mang vào máy sấy: Vậy lượng nhiệt cần thiết caloriphe cung cấp sấy thực tế là: Mặt khác ta có: Tính t theo cơng thức: I = (0,24 + 0,47x )t + 595x 1 1 Với x = x , suy ra: Bài 9: Một máy sấy khơng khí có suất tính theo vật liệu ẩm G =350(kg/h); khơng khí trước vào caloriphe có nhiệt độ t =15 C x =0,008 (kgẩm/kgkkk); sau khỏi máy sấy có nhiệt độ t =45 C x =0,038 (kgẩm/kgkkk) Biết sau 10h sấy độ ẩm vật liệu giảm từ 35% xuống 12%; độ ẩm tới hạn tương ứng 16% độ ẩm cân 5% Bỏ qua thời gian khởi động; trình sấy thực theo phương thức sấy lí thuyết 0 1/ Tính lượng khơng khí khơ qua máy sấy tách ẩm vật liệu có độ ẩm từ 40% xuống cịn 8% KQ: 4058; kgkkkh 2/ Xác định tốc độ tách ẩm trình sấy (vận tốc sấy) KQ: 2,4; kg ẩmh 3/ Xác định thời gian sấy cần thiết để giảm độ ẩm vật liệu từ 40% xuống 8% [KQ: 16; h] 4/ Xác định lượng nhiệt tiêu tốn trình sấy KQ: 437939; kjh 5/ Xác định lượng đốt (kg/h) cần thiết cấp cho caloriphe Biết độ ẩm đốt 6% ẩn nhiệt ngưng tụ đốt r =2122(kJ/kg đốt) KQ: 219,55; kgh 6/ Xác định bề mặt truyền nhiệt caloriphe (m ) Biết hệ số truyền nhiệt đốt khơng khí 30 (w/m C) hiệu số nhiệt độ trung bình đốt vật liệu sấy 84oC.KQ: 48,27; m2 2 o Lời giải: 1/ Tính lượng khơng khí khơ qua máy sấy tách ẩm vật liệu có độ ẩm từ 40% xuống cịn 8% L=Wx2-x0 Trong đó: W=G1W1-W2100-W2=?; kg ẩmh →L=?; kgkkkh 2/ Xác định tốc độ tách ẩm trình sấy (vận tốc sấy) '=10=1Vw1'-wth+wth-wcblnwth-wcbw2'-wcb →V=1'w1'-wth+wth-wcblnwth-wcbw2'-wcb=2,4; kg ẩmh 3/ Xác định thời gian sấy cần thiết để giảm độ ẩm vật liệu từ 40% xuống 8% τ=1Vw1-wth+wt-wcblnwth-wcbw2-wcb →τ=?; h 4/ Xác định lượng nhiệt tiêu tốn q trình sấy Qs=Qlt=LI2-I0 Trong đó: I=t+2493+1,97tx; kjh I2=?; kjh I0=?; kjh Qs=Qlt=?; kjh 5/ Xác định lượng đốt (kg/h) cần thiết cấp cho caloriphe Biết độ ẩm đốt 6% ẩn nhiệt ngưng tụ đốt r =2122(kJ/kg đốt) D=Qs1-0,06r=Qs0,94r=?; kgh 6/ Xác định bề mặt truyền nhiệt caloriphe (m ) Biết hệ số truyền nhiệt đốt không khí 30 (w/m C) hiệu số nhiệt độ trung bình đốt vật liệu sấy 84 C 2 o o F=QK∆ttb; m2 Trong đó: Q=?; w →F=?; m2 Bài 10: Một thiết bị sấy khơng khí sử dụng để sấy tinh thể muối với điều kiện sấy sau: * Năng suất thiết bị (tính theo vật liệu ướt) G = 250 (kg/h); nhiệt độ tinh thể trước sấy sau sấy θ =15 C θ = 40 C; nhiệt dung riêng tinh thể C =1,16 (kJ/kg C); độ ẩm tinh thể trước sấy sau sấy w =5% w =0,1% * Khơng khí trước vào caloriphe t =15 C, x = 0,0075 (kg ẩm/kg kkk) sau khỏi thiết bị sấy t =50 C, x =0,023(kgẩm/kg kkk) Cho biết: nhiệt dung riêng nước C = 4,184 (kJ/kg C); nhiệt tổn thất mơi trường 5,5% lượng nhiệt tính theo lý thuyết 1 tt 2 0 n 1/ Tính lượng khơng khí khơ qua máy sấy 2/ Tính lượng nhiệt tiêu tốn theo lý thuyết 3/ Tính tổng lượng nhiệt tổn thất chung 4/ Tính lượng nhiệt caloriphe cung cấp q trình sấy 5/ Tính nhiệt độ tác nhân sấy buồng sấy 6/ Tính lượng đốt (kg/h) cần thiết cấp cho caloriphe Biết độ ẩm đốt 5% ẩn nhiệt ngưng tụ đốt r=2122(kJ/kg đốt) Bài 11: Một máy sấy khơng khí có suất tính theo vật liệu ẩm G =350(kg/h); khơng khí trước vào caloriphe có nhiệt độ t =15 C x =0,008 (kgẩm/kgkkk); sau khỏi máy sấy có nhiệt độ t =45 C x =0,038 (kgẩm/kgkkk) Biết sau 10h sấy độ ẩm vật liệu giảm từ 35% xuống 12%; độ ẩm tới hạn tương ứng 16% độ ẩm cân 5% Bỏ qua thời gian khởi động; trình sấy thực theo phương thức sấy lí thuyết 0 1/ Tính lượng khơng khí khơ qua máy sấy tách ẩm vật liệu có độ ẩm từ 40% xuống cịn 8% 2/ Xác định lượng nhiệt tiêu tốn trình sấy 3/ Xác định lượng đốt (kg/h) cần thiết cấp cho caloriphe Biết độ ẩm đốt 6% ẩn nhiệt ngưng tụ đốt r =2122(kJ/kg đốt) 4/ Xác định bề mặt truyền nhiệt caloriphe (m ) Biết hệ số truyền nhiệt đốt khơng khí 30 (W/m C) hiệu số nhiệt độ trung bình đốt vật liệu sấy 84 C 5/ Xác định tốc độ tách ẩm trình sấy (vận tốc sấy) 6/ Xác định thời gian sấy cần thiết để giảm độ ẩm vật liệu từ 40% xuống 8% 2 0 Bài12: Một thiết bị sấy không khí sử dụng để sấy tinh thể muối với điều kiện sấy sau: * Năng suất thiết bị (tính theo vật liệu ướt) G = 250 (kg/h); nhiệt độ tinh thể trước sấy sau sấy θ =15 C θ = 40 C; nhiệt dung riêng tinh thể C =1,16 (kJ/kg C); độ ẩm tinh thể trước sấy sau sấy w =5% w =0,1% * Khơng khí trước vào caloriphe t =15 C, x = 0,0075 (kg ẩm/kg kkk) sau khỏi thiết bị sấy t =50 C, x =0,023(kgẩm/kg kkk) Nhiệt dung riêng nước C = 4,184 (kJ/kg C); nhiệt tổn thất môi trường 5,5% lượng nhiệt tính theo lý thuyết 1 0 tt 2 0 n 1/ Tính lượng khơng khí khơ qua máy sấy KQ: 791,11; kg kkkh 2/ Tính lượng nhiệt tiêu tốn theo lý thuyết KQ: 59887; kjh 3/ Tính tổng lượng nhiệt tổn thất chung KQ: 10188,65; kjh 4/ Tính lượng nhiệt caloriphe cung cấp q trình sấy KQ: 69306,25; kjh 5/ Tính nhiệt độ tác nhân sấy buồng sấy KQ: 103,07; ℃ 6/ Tính lượng đốt (kg/h) cần thiết cấp cho caloriphe Biết độ ẩm đốt 5% ẩn nhiệt ngưng tụ đốt r=2122(kJ/kg đốt) KQ: 34,38; kgh Lời giải: 1/ Tính lượng khơng khí khơ qua máy sấy L=Wx2-x0 Trong đó: W=G1W1-W2100-W2=?; kg ẩmh →L=?; kg kkkh 2/ Tính lượng nhiệt tiêu tốn theo lý thuyết Qlt=LI2-I0 Trong đó: I=1+1,97xt+2493x; kjkgkkk Hay: I=t+2493+1,97tx; kjkgkkk I2=?; kjkgkkk I0=?; kjkgkkk Qlt=?; kjh 3/ Tính tổng lượng nhiệt tổn thất chung Q=Qvl+Qvc+Qm với Q = vc Qvl=G2Ctttvl2-tvl1=G1-WCtt2-1 Qvl=?; kjh Qm=Qlt×0,055=?; kjh Q=?; kjh 4/ Tính lượng nhiệt caloriphe cung cấp q trình sấy Qtt=Qs=Qlt+Q-WCntvl1 Qs=?; kjh 5/ Tính nhiệt độ tác nhân sấy buồng sấy I1=1+1,97xt1+2493x1t1=I1-2493x11+1,97x1 (với x = x ) Ta có: Qs=LI1-I0I1=QsL+I0=?; kjkgkkk t1=?; ℃ 6/ Tính lượng đốt (kg/h) cần thiết cấp cho caloriphe Biết độ ẩm đốt 5% ẩn nhiệt ngưng tụ đốt r=2122(kJ/kg đốt) D=Qs1-0,05r=Qs0,95r=?; kgh ... 0,029; m3h 3 Lời giải: 1/ Thiết lập phương trình cân vật chất tổng quát cân vật chất cho cấu tử cần tách Phương trình cân vật chất tổng quát: ? Phương trình cân vật chất cho cấu tử cần tách:... izopropylen) khỏi thiết bị chiết Phương trình cân vật liệu: BXF+SY0=BXR+SYE YE=BSXF+Y0-BSXR YE=?; g axit axetickg izopropylen 2/ Thiết lập phương trình đường nồng độ làm việc trình chiết Phương trình đường... khơng tan vào 1/ Tính nồng độ dịch chiết (g axit axetic /kg izopropylen) khỏi thiết bị chiết KQ: 99,05; g axit axetickg izopropylen 2/ Thiết lập phương trình đường nồng độ làm việc trình chiết