QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ CHUYỂN KHỐI - Chương 1 - phần 3 pot

Phương pháp tính toán thiết bị chuyển khối Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối Tính đường kính thiết bị: Phương pháp tính vận tốc w sẽ được xét đến đối với... Muố

Trang 1

Quá trình & Thiết bị Công nghệ Hoá học III QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ CHUYỂN KHỐI

Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá

trình chuyển khối

Giảng viên: Nguyễn Minh Tân

Bộ môn QT-TB CN Hóa học & Thực phẩm Trường Đại học Bách khoa Hà Nội nguyen.minhtan@gmail.com

V - lưu lượng pha y, m3/s

wo - vận tốc của pha y đi trong toàn bộ thiết bị, m/s

o

w

V

785 , 0

D =

10 Phương pháp tính toán thiết bị chuyển khối

Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối

Tính đường kính thiết bị:

Phương pháp tính vận tốc w sẽ được xét đến đối với

Trang 2

3

Tính chiều cao thiết bị

Khi tính chiều cao thiết bị nghĩa là tính chiều cao mà trong

đó, các pha tiếp xúc trực tiếp với nhau

Phương pháp tính theo phương trình chuyển khối:

Xác định được bề mặt tiếp xúc pha Thường được xác định đối

với tháp đệm

F = σ H f

•  f - tiết diện ngang của thiết bị, m 2

•  σ - bề mặt riêng của đệm, m 2 /m 2

Đối với thiết bị loại đệm Gọi thể tích làm việc là V m3 và bề mặt riêng của đệm là σ m2/m3 ta có bề mặt tiếp xúc F là :

F = σV , m2

F =σHf , m2

Trang 3

5

Phương pháp tính theo số bậc thay đổi nồng độ:

Số bậc thay đổi nồng độ (hay còn

gọi là số đĩa lý thuyết) được xác định bằng phương pháp đồ thị

Muốn vậy, phải biết đường nồng

độ cân bằng: : y* = f(x)

và đường nồng độ làm việc:

y = Ax + B

•  Xác định số bậc thay đổi nồng độ từ điểm (xđ, yc) và điểm (yđ, xc) là giới hạn đường làm việc của quá trình

•  Bậc thay đổi nồng độ trên đồ thị y-x là một

Trang 4

7

•  Bậc thay đổi nồng độ còn được gọi là đĩa lý thuyết

•  Số đĩa thực tế của thiết bị được xác định:

Ntt = Nlt/η –  η - là hiệu suất của đĩa

•  Hiệu suất đĩa phụ thuộc tính chất hoá lý của các cấu tử, điều

kiện thuỷ động của các pha và cấu tạo của thiết bị

•  Thông thường, hiệu suất đĩa nămg trong khoảng 0,2 – 0,9, Có

thể chọn hiệu suất đĩa 0,5 đến 0,6 cho nhiều trường hợp

Trang 5

9

•  Chiều cao của thiết bị:

–  Tháp đĩa: H = h (Ntt - 1)

•  h - khoảng cách giữa hai ngăn, m

–  Tháp đệm: H = ho.Ntt

•  ho - chiều cao tương đương một bậc thay đổi nồng độ

Xác định từ các công thức thực nghiệm

Trang 6

11

Phương pháp tính theo số đơn vị truyền chất

Trang 7

13

Đơn vị truyền chất: một đơn vị truyền chất (my=1 )

tương ứng với một đoạn thiết bị mà trong đó thay đổi

nồng độ làm việc bằng động lực trung bình trong đoạn

đó

Cũng tương tự như pha khí, đối với pha lỏng:

H = hx.mx

Cách xác định số đơn vị truyền chất

Khi đường cân bằng là đường cong số đơn vị truyền chất

phải xác định bằng đồ thị tích phân Diện tích gạch chéo

dưới đường cong tích phân chính là số đơn vị truyền chất

my Khi đường cân bằng là đường thẳng, đối với quá trình

hấp phụ :

Trang 8

15

Khi đường cân bằng là đường thẳng, đối với quá trình chưng luyện :

Khi đường cân bằng là đường cong, đối với quá trình chưng luyện :

Chiều cao tương đương với một đơn vị chuyền chất:

Trang 9

17

Phương pháp vẽ đường cong động học

Phương pháp xác định chiều cao theo cách vẽ thêm đường cong động

học để xác định số ngăn thực tế là một trong những phương pháp chính

xác nhất đối với các tháp loại đĩa, vì phương pháp này có xét đến động

học của quá trình truyền chất Hệ số truyền chất ở đây tính cho 1m2 bề

mặt làm việc của tháp

Xét trường hợp chất lỏng không bị cuốn theo pha khí, khi đó đối

với các thiết bị đường kính nhỏ hơn 1m có nồng độ trong pha lỏng xn

thực tế không khác nhau trong toàn bộ thể tích của đĩa, còn pha hơi (khí)

thay đổi từ yn+1 đến yn vì quá trình thực tế không đạt cân bằng

Trang 10

19

Phương pháp vẽ đường cong động học Tính chiều cao thiết bị

A

1

y yn+1n

Trang 11

21

y*n-nồng độ cân bằng của hơi ứng với xn trong lỏng ở trên đĩa; yn-

nồng độ của khí đi ra khỏi đĩa; yn+1- nồng độ của khí đi vào đĩa đó

The image cannot be displayed Your computer may not have enough memory to open the image,

or the image may have been corrupted Restart your computer, and then open the

The image cannot be displayed Your computer may not have enough memory to open the image, or the image may have been

Khi xác định được emyd ta sẽ xác định được điểm B trên đồ thị và

bậc ABA1 là một bậc thực tế

Trình tự các bước thực hiện

- Trên đồ thị vẽ đường cân bằng 1 và đường làm việc 2 ứng

với điều kiện thích hợp (số hồi lưu thích hợp hoặc lượng dung môi

tiêu hao riêng thích hợp)

- Lấy các giá trị x tuỳ ý (ví dụ 0,1; 0,2 ) kẻ các đoạn thẳng

đứng ứng với các trị số của x được A1C1; A2C2:

Trang 12

23

Phương pháp vẽ đường cong động học Tính chiều cao thiết bị

Trình tự các bước thực hiện

- Xác định độ dài của đoạn BC với mỗi giá trị của x ta được

C1B1: C2B2 nối các điểm B1, B2, B3 ta được đường cong

3 gọi là đường cong động học

- Vẽ các bậc giữa đường cong động học và đường làm việc ta

được số đĩa thực của thiết bị Chiều cao của tháp xác định theo:

H = h(Nt-1)

11 Đồng dạng của quá trình chuyển khối

Mục đích

- Phương pháp cơ bản nhất để xác định hệ số cấp chất βy , βx

là tích phân phương trình khuếch tán trong môi trường động

kết hợp với các phương trình thuỷ động lực học khi biết các

điều kiện đầu và điều kiện biên

- Việc giải phương trình này gặp nhiều khó khăn nên thông

thường nhất là dùng thuyết đồng dạng để đưa các phương trình

vi phân vế các phương trình chuẩn số, rồi từ đó đúc kết các số

liệu thực nghiệm để ứng dụng cho tính toán

Trang 13

25

Chuẩn số Nuyxen được rút ra từ hiện tượng truyền chất ở bề mặt

phân giới Lượng vật chất chuyển đến bề mặt phân giới có thể xác

định theo phương trình có dạng chung:

G = βFΔC

Cùng một lượng vật chất đó đi qua bề mặt biên giới giữa các pha

bằng khuyếch tán phân tử được xác định bằng phương trình sau

Chuẩn số Nuyxen

Các chuẩn số đồng dạng thường gặp trong quá trình chuyển khối

N ! u = β l

D

Chuẩn số Nuyxen của quá trình chuyển khối đặc trưng cho quá

trình chuyển khối trên bề mặt biên giới

Trang 14

27

Chuẩn số Pêcơle

Chuẩn số Pêcơle được rút ra từ phương trình vi phân khuyếch tán

trong môi trường động

Wx ∂c

∂x = D

∂2c

∂2x

W l

chuẩn số Pêcơle và ký hiệu là Pe, nó đặc trưng cho truyền chất trong

môi trường chuyển động

P ! e = W l

D

Chuẩn số Pran và Reynold

Quá trình truyền chất xảy ra trong các hệ thống đồng dạng về thuỷ

lực học, vì thế cần phải có các chuẩn số Re và Fr:

Re = W.l. ρ

2

g.l

P ! r = P ! e =

W.l

Chuẩn số Pran

chuẩn số Pran của quá trình truyền chất Nó đặc trưng cho tính chất vật lý của môi trường

Trang 15

29

Ngoài ra đối với các hệ không đồng dạng về hình học, ví dụ như

đối với các thiết bị có quan hệ đường kính và chiều cao khác nhau

ta phải đưa thêm vào các nhóm đồng dạng hình học như

d

d0;

l

l0

Trường hợp truyền chất đối lưu tự nhiên ta phải đưa thêm vào chuẩn

số Gơratcốp

Gr = gl

3

µ2 ρ

2

βΔt

β - hệ số dãn nở thể tích , 1/độ ; t - nhiệt độ 0C

Có sự liên hệ giữa các chuẩn số như sau:

Nu = f Re, P ! r , Fr, Gr, d

d0,

l

l0

"

#

&

'

N ! u = A Re m

P !rn Gr f Fr p d

d0

"

#

&

'

i

l

l0

"

#

&

'

k

Nếu như quá trình xảy ra trong môi trường chuyển động cưỡng

Trang 16

31

Phương trình chuẩn số của quá trình chuyển khối

Nu = A Rem P ! r n d

d0

"

#

&

'

i

l

l0

"

#

&

'

k

Bằng cách làm thí nghiệm đối với nhiều trường hợp riêng biệt chúng

ta sẽ xác định được các hệ số mũ của các phương trình trên Các

phương trình đó cho phép chúng ta xác định được hệ số cấp chất βy

hay βx đối với nhiều trường hợp thực tế khi đã biết các hệ số và số

mũ của chúng

Định dạng
Số trang	16
Dung lượng	866,51 KB