Microsoft Word Ví d? và BT chuong 1 doc Baøi giaûng tóm tắt Quaù trình Hóa học và Hóa lý trong kỹ thuật môi trường DuMyLe Khoa Môi trường, ĐHBK Tp HCM 1 Các Ví dụ và Bài tập Chöông 1 CÔ SÔÛ QUAÙ TRÌNH[.]
Bài giảng tóm tắt Quá trình Hóa học Hóa lý kỹ thuật mơi trường Các Ví dụ Bài tập Chương CƠ SỞ QUÁ TRÌNH TRUYỀN KHỐI PHÂN RIÊNG Ví dụ 1: Cho hỗn hợp chất lỏng chứa 58,8% (theo mol) Toluen 41,2% (theo mol) ⎛ kgToluen ⎞ ⎟⎟ nồng độ khối Tetraclocacbon (CCl4) Hãy xác định tỷ số khối lượng Toluen X ⎜⎜ ⎝ kgCCl ⎠ lượng C x ⎛⎜ kg ⎞⎟ ⎝ m ⎠ Cho ρToluen = 870 kg/m3 ρCCl4 = 1630 kg/m3 Giải Nồng độ tỷ số khối lượng Toluen xác định theo công thức: X = Với ⎛ kgToluen ⎞ M Toluen x 92.0,588 ⎟⎟ = = 0,853⎜⎜ M CCl4 (1 − x ) 154(1 − 0,588) kgCCl ⎠ ⎝ Mtoluen = 92 (kg/kmol) MCCl4 = 154 (kg/kmol) Nồng độ khối lượng tính theo công thức: ρ M Tol x Cx = M hh x=X =ρ X = ρ x X +1 (1 + X ) = 0,461 ρ_ khối lượng riêng hỗn hợp: ρ = x ρ toluen + 1− x ρ CCl hay: ρ= 1+ X = X + ρ CCl ρ Tol + 0,853 = 1160⎛⎜ kg ⎞⎟ 0,853 ⎝ m ⎠ + 1630 870 Mhh = MTol.x + MCCl4 (1-x) = 92 0,588 + 154 0,412 = 117,544 (kg/kmol) Noàng độ khối lượng Toluen: C x = ρ x = 1160.0,461 = 535⎛⎜ kg ⎞⎟ ⎝ m ⎠ DuMyLe - Khoa Mơi trường, ĐHBK Tp.HCM Bài giảng tóm tắt Quá trình Hóa học Hóa lý kỹ thuật mơi trường Ví dụ 2: Cho không khí áp suất khí quyển, nhiệt độ 340C bão hòa nước Hãy xác định áp suất riêng phần không khí, % thể tích, % khối lượng nước hỗn hợp nồng độ tỷ số khối lượng, cho cấu tử khí lý tưởng Áp suất khí 745 mmHg Hãy xác định khối lượng riêng hỗn hợp so sánh với không khí khô Cho biết: áp suất nước bão hòa t = 340C 39,9 mmHg Áp suất không khí: 745 mmHg Giải: p suất riêng phần hỗn hợp áp suất nước bão hòa 340C Khi đó, áp suất riêng phần không khí là: Pkk = P – PH2O = 745 – 39,9 = 705,1 (mmHg) P: áp suất tổng hỗn hợp Nồng độ phần thể tích hay phần mol nước hỗn hợp là: y= PH 2O P = ⎛ kmol hn 39,9 = 0,0536⎜⎜ 745 ⎝ kmol hh ⎞ ⎟⎟ ⎠ Khối lượng mol hỗn hợp: Mhh = MH2O y + Mkk(1-y) = 18 0,0535 + 29 0,9465 = 28,4 (kg/kmol) Nồng độ phần khối lượng y= M H 2O y M H 2O y + M kk (1 − y ) = ⎛ kg H 2O 18.0,0535 = 0,0339⎜⎜ 18.0,0535 + 29.0,9465 ⎝ kg hh ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ Nồng độ tỷ số khối lượng: Y= ⎛ kg H 2O 0,0339 y = = 0,0351⎜⎜ − y − 0,0339 ⎝ kg kk ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ Khối lượng riêng hỗn hợp : ρ hh = M hh P.T0 28,4.745.273 = = 1,105⎛⎜ kg ⎞⎟ ⎝ m ⎠ 22,4.P0 T 22,4.760.(273 + 34 ) Khoái lượng riêng không khí khô 340C ρ kk = Kết luận : M kk P.T0 29.745.273 = = 1,13⎛⎜ kg ⎞⎟ ⎝ m ⎠ 22,4.P0 T 22,4.760.307 ρkk > ρhh DuMyLe - Khoa Môi trường, ĐHBK Tp.HCM Bài giảng tóm tắt Quá trình Hóa học Hóa lý kỹ thuật mơi trường Ví dụ 3: Hãy tính hệ số khuếch tán phân tử H2S vào nước 400C Cho độ nhớt vận động nước 200C là: μ = 1mPa.s = cP ρ = 1000 kg/m3 Giải: Trước tiên ta tính hệ số khuếch tán phân tử 200C theo công thức: D20 = 1.10 −6 1 A.B μ ⎛⎜ϑ A + ϑB ⎞⎟ ⎝ ⎠ 1 + MA MB Tra bảng: D 20 = Đối với H2S Đối với nước A=1 B = 4,7 ϑA = 3,7 + 25,6 = 33,0 ϑB = 3,7 + 7,4 = 14,8 (ϑH = 3,7 ; ϑS = 25,6 ) (ϑo = 7,4) MA = 34 MB= 18 10 −6 1 4,7 1⎛⎜ 14 ,8 + 33 ⎞⎟ ⎝ ⎠ ( 1 + = 1,93 10 − m / s 34 18 ) Hệ số khuếch tán 400C tính theo công thức: D40 = D20 [1 + b(t − 20)] Với hệ số nhiệt độ: b = 0,2 μ ρ = 0,2 1000 = 0,02 ( s) D40 = 1,93.10 −9 [1 + 0,02(40 − 20 )] = 2,7.10 −9 m Ví dụ 4: Trong thiết bị truyền khối làm việc áp suất tuyệt đối P = 3,1 kgJ/cm2 có hệ số truyền chất là: ⎡ ⎤ kmol ⎥ ⎣ m h(Δx = 1)⎦ β x = 22⎢ ⎡ ⎤ kmol ⎥ ⎣ m h(Δy = 1) ⎦ β y = 1,07 ⎢ DuMyLe - Khoa Môi trường, ĐHBK Tp.HCM Bài giảng tóm tắt Quá trình Hóa học Hóa lý kỹ thuật mơi trường Thành phần cân pha lỏng pha khí đặc trưng định luật Henry p* = 0,08.106x Hãy xác định: a Hệ số truyền khối Ky, Kx b Tỷ lệ trở lực khuếch tán pha lỏng pha khí Giải: Chuyển phương trình đường cân dạng y* = mx y∗ = P ∗ 0,08.10 = x = 35,1.x P 3,1.735 Hệ số chuyển đổi: 1kgJ/cm2 = 735 (mmHg) a Tìm hệ số truyền khối: Ky = 1 βy Kx = + m = βx 1 + mβ y β x ⎡ ⎤ kmol = 0,396⎢ ⎥ 35,1 ⎣ m h(Δy = 1)⎦ + 1,07 22 = ⎡ ⎤ kmol = 13,9⎢ ⎥ 1 ⎣ m h(Δx = 1) ⎦ + 35,1.1,07 22 Kieåm tra Kx/Ky = 13,9/0,396 = 35,1 = m b Tyû lệ trở lực khuếch tán pha m βx βy = 35 22 = 1,595 / 0,935 = 1,71 1,070 Trở lực pha lỏng gấp 1,71 lần trở lực pha khí Ví dụ 5: ⎛ ⎜ Kmol Trong thiết bị truyền khối có hệ số truyền khối K y = 10,4⎜ ⎜ kmol ⎜ m h m ⎝ ⎞ ⎟ ⎟ , khí trơ nitơ, áp ⎟ ⎟ ⎠ suất tuyệt đối P = 760 mmHg, t0= 200C Hãy xác định hệ số truyền khối Ky đơn vị: a Kmol m h.(Δ y = 1) b Kmol m h.mmHg DuMyLe - Khoa Môi trường, ĐHBK Tp.HCM c Kg kgA m h kg khí trơ Bài giảng tóm tắt Quá trình Hóa học Hóa lý kỹ thuật mơi trường Giải: Phương trình cân vật chất M = K y ΔC y F = K ′y Δ y F = K ′y′Δ P F (kmol/h) Ta coù: Ky.ΔCy = K’y.Δy ΔC y K ′y = K y Δy Đổi đơn vị: C y = Do đó: ΔC y Δy = ρ M hh y= PT0 y 22,4.P0 T P.T0 273 = = 0,0416 22,4.P0 T 22,4.(273 + 20) ⎡ ⎤ kmol K ′y = 10,4.0,0416 = 0,433⎢ ⎥ ⎣ m h(Δy = 1) ⎦ b K ′Δy = K ′y′.ΔP y= p ΔP Δy ⇒ Δy = ⇒ = P P ΔP P K ′y′ = K ′ ⎡ ⎤ Δy 0,433 kmol = = 5,69.10 − ⎢ ⎥ ΔP 760 ⎣ m h.mmHg ⎦ c Phương trình cân vật chất theo khối lượng có dạng: W = M C M = M C K ′y Δy.F = K ′y′′.ΔY F K ′y′′ = K ′y Y= Δy ΔY M C y M t (1 − y ) Nếu y nhỏ: Y = M C y Mt ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ Mt kg Δy = ⇒ K ′y′′ = K ′y M t = 0,433.28 = 12,1⎜ ⎟ ΔY M C ⎜ m h kg ⎟ kg ⎠ ⎝ DuMyLe - Khoa Môi trường, ĐHBK Tp.HCM Bài giảng tóm tắt Quá trình Hóa học Hóa lý kỹ thuật mơi trường Ví dụ 6: Ở 250C, áp suất khí quyển, cho tiếp xúc dòng không khí chứa 14%(thể tích) axetilen (C2H2) nước chứa C2H2 hoà tan với lượng sau : ⎛ kgC H a) 0,29.10-3 ⎜⎜ ⎝ kgH O ⎛ kgC H b) 0,153.10-3 ⎜⎜ ⎝ kgH O ⎞ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎟⎟ ⎠ Haõy xác định: 1) C2H2 vận chuyển theo hướng nào? 2) Động lực trình thời điểm đầu? (tính theo tỉ số mol) Cho biết: Áp suất khí 765 mmHg Nồng độ cân pha xác định theo định luật Henry: P* = E.x, mmHg Ở 250C: E = 1,01 106 mmHg Giải : ⎛ kgC H a) Nồng độ phần mol acetilen nước tương ứng X = 0,29.10 −3 ⎜⎜ ⎝ kgH O x= X+ X = M C2 H M H 2O ⎛ kmolC2 H = 0,2.10 −3 ⎜⎜ 26 ⎝ kmol hh + 18 0,29.10 −3 0,29.10 −3 ⎞ ⎟⎟ laø ⎠ ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ Nồng độ phần mol C2H2 bão hoà tương ứng với nồng độ C2H2 pha lỏng x laø y∗ = ⎛ kmolC2 H 1,01.10 P ∗ 1,01.10 x = 0,2.10 −3 = 0,264⎜⎜ = 765 765 P ⎝ kmol hh ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ Ta có y* > y = 0,14 C2H2 dịch chuyển từ chất lỏng vào khí Động lực trình : ⎛ kmolC H Δy = y ∗ − y = 0,264 − 0,14 = 0,124⎜⎜ ⎝ kmol hh ⎞ ⎟⎟ ⎠ b) Noàng độ phần mol C2H2 bão hòa tương ứng nồng độ C2H2 pha khí y = 0,14 : x∗ = ⎛ kmolC2 H P ∗ P y 765.0,14 = = = 0,106.10 −3 ⎜⎜ E E 1,06.10 ⎝ kmol hh ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ Nồng độ phần mol C2H2 pha lỏng tương ứng: DuMyLe - Khoa Mơi trường, ĐHBK Tp.HCM Bài giảng tóm tắt Quá trình Hóa học Hóa lý kỹ thuật mơi trường x= ⎛ kmolC2 H = 0,106.10 −3 ⎜⎜ 26 ⎝ kmol hh + 18 0,153.10 −3 0,153.10 −3 ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ Do đó, x = x* Quá trình truyền khối không xảy Δx = DuMyLe - Khoa Môi trường, ĐHBK Tp.HCM