chương trình đào tạo trình độ đại học bài giảng môn học truyền khối

B GIÁO D C VÀ ÀO T O TRƯ NG H L C H NG C NG HÒA XÃ H I CH NGHĨA VI T NAM c l p – T – H nh phúc CHƯƠNG TRÌNH ÀO T O TRÌNH BÀI GI NG MƠN H C: TRUY N KH I IH C CHƯƠNG 1: CÁC KHÁI NI M CƠ B N M C ÍCH: N i dung gi ng giúp sinh viên n m c khái ni m ban u v b n ch t c a trình truy n kh i, phân lo i c trình, t o n n t ng khái ni m cho nh ng n i dung trình h c ti p theo S TI T: B NG PHÂN CHIA TH I LƯ NG STT N I DUNG S TI T Khái ni m phân lo i trình truy n kh i 0.5 Bi u di n thành ph n pha 0.5 Cân b ng pha 0.5 Quá trình khu ch tán 0.75 Cân b ng v t ch t phương trình truy n kh i Phương pháp tính thi t b truy n kh i Bài t p th o lu n 0.75 T ng Bài t p th o lu n s c phân ph i vào t ng m c nh c a chương TR NG TÂM BÀI GI NG - T p trung khái quát hóa khái ni m b n c a môn h c truy n kh i - N m b t ký hi u, nguyên t c chung -1- N I DUNG Khái ni m phân lo i trình truy n kh i ([1] trang 5, [5] trang 9) Quá trình di chuy n v t ch t t pha sang pha khác hai pha ti p xúc tr c ti p v i g i trình truy n kh i trình khu ch tán, q trình óng vai trị quan tr ng cơng nghi p hóa h c, th c ph m ngành công nghi p khác Bi u di n thành ph n pha: ([1] trang 6, [5] trang 14) Pha l ng Pha (khí) Ph n kh i lư ng xi = Li L yi = Gi G Ph n mol xi = Li L yi = Gi G T s kh i lư ng Xi = Li L − Li Yi = Gi G − Gi T s mol Xi = Li L − Li Yi = Gi G − Gi Trong ó: L,G: su t lư ng mol pha l ng, pha hơi, kmol/h L, G : su t lư ng kh i lư ng pha l ng, pha hơi, kg/h i: c u t b t kỳ c a h n h p VD1.1 M t h n h p rư u ethanol nư c có thành ph n kh i lư ng ethanol 30% Xác nh thành ph n mol t s mol c a h n h p Gi i: Thành ph n kh i lư ng c a ethanol c a h n h p ethanol – nư c 30% nên ta có xe = 0,3 Áp d ng cơng th c ta có thành ph n mol c a ethanol xe Me 0,3 46 xe = = = 0,144 0,3 − 0, xe xn + + 46 46 Me Mn Và t s mol c a ethanol s Xe = xe 0,144 = = 0,168 − xe − 0,144 -2- VD1.2 Xác nh ph n kh i lư ng t s kh i lư ng c a h n h p benzen – toluen, bi t t l mol benzen h n h p 0,4 Gi i: Theo u ta có X b = 0, , áp d ng công th c X b = ph n mol c a benzen h n h p xb = xb = 0, ta suy thành − xb Xb 0, = = 0, 286 + X b + 0, Khi ó ta tính c thành ph n kh i lư ng c a benzen h n h p xb = xb M b 0, 286.78 = = 0, 253 xb M b + xt M t 0, 286.78 + (1 − 0, 286).92 T s kh i lư ng c a benzen Xb = xb 0, 253 = = 0,339 − xb − 0, 253 Cân b ng pha: ([1] trang 10, [5] trang 71) 3.1 Khái ni m v cân b ng pha: M th t tr ng thái cân b ng pha th a mãn nh ng nguyên t c sau: - T i m i i u ki n nhi t n ng nh, t n t i m t m i quan h cân b ng gi a c a dung ch t hai pha c bi u di n b ng ng cân b ng - Khi h t tr ng thái cân b ng khơng có khu ch tán t ng c ng gi a hai pha - Khi h chưa th áp su t xác ưa h t cân b ng, trình khu ch tán c a dung ch t gi a hai pha s di n n i u ki n cân b ng 3.2 Quy t c pha Gibbs: B c t C c a m t h s thông s nhi t b ng ng cl p xác nh h tr ng thái cân tìm c b c t do, ta s d ng quy t c pha Gibbs, cơng th c sau: C=k-f+n Trong ó: s pha h : s c ut n 3.3.1 : k 3.3 Các f : s y u t bên nh hư ng lên cân b ng c a h cl pc ah nh lu t v cân b ng pha: nh lu t Henry: i v i dung d ch lý tư ng áp su t riêng ph n p c a khí ch t l ng t l v i ph n mol x c a dung d ch pi = H.xi -3- Suy ra: H xi = yi* P hay yi* = V i P xi = mxi H P - áp su t t ng c ng, P = ∑ pi m - h s phân ph i hay h ng s cân b ng H - h ng s Henry 3.3.2 nh lu t Raoult: Áp su t riêng ph n c a m t c u t dung d ch b ng áp su t bão hòa c a c u t nhi t ) nhân v i n ng ph n mol c a c u t ó( ó dung d ch pi = Pi o xi Trong ó: pi : áp su t riêng ph n c a c u t i h n h p Pi o : áp su t bão hòa c a c u t i xi : ph n mol x c a c u t i dung d ch nhi t Quá trình khu ch tán: ([1] trang 15, [5] trang 15) 4.1 nh nghĩa: Khi hai pha chuy n ng ti p xúc v i s c n tr c a pha i v i pha kia, nghĩa b m t phân chia pha t o thành hai l p màng Trong màng chuy n khu ch tán phân t nhân chuy n ng xóay g i khu ch tán màng r t ch m so v i nhân nên quy t 4.2 nh ng dịng th g i i lưu Khu ch tán n trình khu ch tán ng l c trình: Quá trình truy n kh i gi a pha x y m t cách t nhiên n ng cân b ng c a c u t phân b m i pha khác Hình 1.1 Sơ bi u di n trình truy n kh i -4- làm vi c n ng Hi u s gi a n ng làm vi c n ng l c truy n kh i, có th bi u di n b ng cân b ng g i ng l c khu ch tán hay ng th (Hình 1.1) N u tính theo pha Φ y ta có ng l c: ∆y = y cb − y ∆y = y − y cb N u tính theo pha Φ x ta có ng l c: ∆x = xcb − x ∆x = x − xcb 4.3 Khu ch tán phân t ([1] trang 16, [5] trang 16) 4.3.1 V n t c khu ch tán Là lư ng v t ch t khu ch tán qua m t dơn v di n tích màng m t ơn v th i gian v= dG dc = −D F dτ dx Trong ó F: di n tích b m t, vng góc v i hư ng khu ch tán τ: th i gian khu ch tán G: lư ng v t ch t khu ch tán D: h s khu ch tán 4.3.2 Công th c tính h s khu ch tán 4.3.2.1 Khu ch tán pha khí H s khu ch tán gi a hai khí A B nhi t T áp su t P c xác nh theo công th c Dk = 4, 3.10−3.T 3 P.(VA + VB ) 1 + MA MB , m2/s Trong ó T: nhi t t i, K P: áp su t t MA, MB : kh i lư ng mol c a khí A khí B, g/mol VA , VB : th tích mol c a khí A khí B i, atm 4.3.2.2 Khu ch tán pha l ng H s khu ch tán gi a l ng A l ng B nhi t T áp su t P c xác công th c Dl = 10−6 1 A.B µ (VA + VB ) 1 + MA MB , m2/s Trong ó MA, MB : kh i lư ng mol c a khí A khí B, g/mol -5- nh theo VA , VB : th tích mol c a khí A khí B µ: nh t c a pha l ng, mPa.s A, B : h s ph thu c theo tính ch t c a ch t tan dung mơi VD1.3 Tính h s khu ch tán c a khí A vào khí B 200C, áp su t t i atm Bi t kh i lư ng mol c a A B l n lư t 16 18; th tích mol c a A B l n lư t 24,2 14,8 Gi i: Áp d ng công th c tính h s khu ch tán gi a hai pha khí Dk = 4, 3.10−3.T P.(VA + VB ) 1 + MA MB Th s li u ta c Dk = 4, 3.10−3.(20 + 273) 2.(24, + 14,8 ) 1 + 16 18 = 0,693 m2/s VD1.4 Tính h s khu ch tán c a khí sulfur hidrogen nư c V i sulfur hidro 200C Cho bi t V i nư c B = 4,7 A=1 VB = 14,8 VA = 33 µ = mPa.s Gi i: Khí sulfur hidrogen khu ch tán nư c q trình khu ch tán pha khí vào pha l ng nên h s khu ch tán c a q trình c tính theo cơng th c: Dl = 10−6 1 A.B µ (VA + VB ) 1 + MA MB Trong ó A khí sulfur hidrogen có MA = 34 B nư c, MB = 18 Th giá tr vào công th c ta c Dl = 10−6 1 1.4, 1.(33 + 14,8 )2 1 + 34 18 = 1,93.10-9 m2/s -6- 4.4 Khu ch tán i lưu ([1] trang 20, [5] trang 39) Trong dòng ch y r i dịng xốy chuy n ng s truy n v n v t ch t t v trí n v trí khác trư ng h p truy n v n moment nhi t lư ng, phương trình truy n kh i có d ng sau: v = −ε N dc dx V i ε h s khu ch tán dịng xốy Cân b ng v t ch t phương trình truy n kh i ([1] trang 23, [5] trang 83) 5.1 Cân b ng v t ch t thi t b truy n kh i Xét trình truy n kh i ngh ch dịng hình 1.2 L2 x2 G2 Gtr Ltr x2 y2 y2 L x G y Ltr x Gtr y L2 x1 G1 y1 Ltr x1 Gtr x1 Hình 1.2 Quá trình truy n kh i ngh ch chi u G i: G1 , G2 : su t lư ng mol t ng c ng c a pha khí vào kh i thi t b L1, L2 : su t lư ng mol t ng c ng c a pha l ng vào thi t b Ltr, Gtr : su t lư ng mol c a c u t không khu ch tán (trơ) pha l ng pha khí x1, x2 : ph n mol c a dung ch t pha l ng vào thi t b y1, y2 : ph n mol c a dung ch t pha khí vào kh i thi t b X1 , X2 : t s mol c a dung ch t pha l ng vào thi t b Y1, Y2 : t s mol c a dung ch t pha khí vào kh i thi t b -7- Phương trình cân b ng v t li u i v i kho ng th tích thi t b k t m t ti t di n b t kì ó v i ph n c a thi t b : Gtr (Y1 − Y ) = Ltr ( X − X ) T ây ta rút ra: Y= Ltr L X + Y1 − tr X Gtr Gtr 5.2 H s truy n kh i t ng quát: ([1] trang 27, [5] trang 42) G i Ky Kx l n lư t h s truy n kh i t ng quát bi u di n c a trình truy n kh i gi a hai pha tính theo pha khí pha l ng Ta có 1 m = + K y k y kx Và 1 = + K x m ' k y kx ây ky, kx h s truy n kh i riêng pha khí pha l ng VD1.5 Tính h s truy n kh i t ng quát so sánh tr l c pha h s truy n kh i m i pha l n lư t ky = 8,7 kmol/m2.h (∆y = 1) kx = 0,2 kmol/m2.h (∆x =1) Thành ph n cân b ng c a pha l ng pha khí tuân theo (mmHg) Bi t thi t b truy n kh i ho t ng nh lu t Henry sau: p* = 1,6.104x áp su t thư ng D a vào t s tr l c bi n lu n xem ta nên ch n thi t b t ruy n kh i lo i cho hi u qu Gi i: Trư c tiên ta c n ph i Do thi t b làm vi c theo i phương trình d ng y* = mx áp su t thư ng thành ph n cân b ng c a pha khí pha l ng tuân nh lu t Henry nên ta có y* = p* 1, 6.104 x = x = 21,8 x P 735 H s truy n kh i t ng quát i v i pha khí 1 m 21,8 = + = + K y k y k x 8, 0, Ta tính c: Ky = 9,2.10-3 kmol/m2.h(∆y = 1) i v i pha l ng 1 1 = + = + K x m.k y k x 21,8.8, 0, -8- Ta tính c: Kx = 0,2 kmol/m2.h(∆x = 1) T s tr l c khu ch tán gi a pha khí pha l ng tính theo pha khí ky k 0, = x = = 0,001 m m.k y 21,8.8, kx Ta th y tr l c pha khí r t nh so v i tr l c pha l ng nên có th xem q trình khu ch tán pha khí khơng nh hư ng n trình truy n kh i Tr l c t p trung pha l ng nên thi t b truy n kh i thích h p ta c n ch n tháp s c khí VD1.6 Trong m t thi t b truy n kh i, t s tr l c truy n kh i gi a pha khí pha l ng tính theo pha l ng H s truy n kh i t ng quát pha l ng Kx = 1,62 kmol/h.m2.(∆y =1) Hãy xác nh h s truy n kh i m i pha h s truy n kh i t ng quát pha khí Bi t phương trình cân b ng khí – l ng có d ng y* = 1,22x Gi i: T s tr l c c a pha khí pha l ng tính theo pha l ng nên ta có m.k y k = x =2 m.k y kx (1) H s truy n kh i t ng quát pha l ng Kx = Suy 1 + m.k y k x = 1, 62 1 + = = 0, 617 m.k y k x 1, 62 (2) T (1) (2) ta có h phương trình x  mk.k =  y  + =0,617  m k y k x  Gi i h phương trình ta tìm c k x = 2, 43 m.k y = 4,86 -9- T phương trình cân b ng khí – l ng c a h y* = 1,22x, ta suy m = 1,22 H s truy n kh i pha l ng kx = 2,43 kmol/m2.h H s truy n kh i pha khí ky = 4,86 = 3,98 kmol/m2.h 1, 22 H s truy n kh i t ng quát pha khí Ky = 1 m + k y kx = 1 1, 22 + 3,98 2, 43 = 1,22 kmol/m2.h 5.3 Phương trình truy n kh i ng l c trung bình: ([1] trang 26) V n t c c a trình t l thu n v i ng l c t l ngh ch v i tr l c Phương trình truy n kh i có th bi u di n sau: G = ky.τ.F.∆ytb = kx.τ.F.∆xtb Trong ó: ky , kx : h s truy n kh i tính theo n ng ∆ytb , ∆xtb : pha Φy Φx ng l c trung bình c a q trình F: di n tích b m t ti p xúc pha τ: th i gian truy n kh i Khi ng cân b ng ng th ng ng l c trung bình theo lơgarit theo pha Φy Φx sau: ∆ytb = ∆y1 − ∆y ∆y ln ∆y ∆y1, ∆y2, ∆x1, ∆x2 ∆xtb = ng l c cu i ∆x1 − ∆x2 ∆x ln ∆x u theo pha Φy Φx Phương pháp tính thi t b truy n kh i: ([1] trang 33, [5] trang 101) 6.1 Tính ng kính thi t b D= V 0,785ω Trong ó: V : lưu lư ng pha Φy , m3/s ω0 : v n t c pha Φy i qua toàn b ti t di n thi t b , m/s 6.2 Tính chi u cao thi t b - Theo phương trình chuy n kh i: - 10 - v t li u ' m X = 3% i u ki n s y nghĩa giá tr t c t s y ng t c th i gian s y c n thi t X th − X * X th − X * ln τ2 = X − X th + ' N1 N1 X2 − X * ( ) 0,17 − 0, 02 0,17 − 0, 02 ln ( 0,33 − 0,17 ) + 0, 0343 0, 0343 0, 03 − 0, 02 = = 16,5 h V y th i gian s y c n thi t 16,5 gi VD5.6 M t v t li u c s y gián o n, ban 6% b n v t li u t Hãy xác o n u v t li u có m 25%, m cu i nh th i gian s y c n thi t Bi t v n t c s y giai ng t c kh o sát c N = 0,3 kg/h, m t i h n m cân b ng c a v t li u l n lư t 12% 2% tính theo v t li u t Gi i: Do m u c cho dư i d ng tính theo v t li u t nên ta c n v v t li u khơ m i có th áp d ng c cơng th c tính th i gian s y Ta có X1 = 0, 25 = 0,333 kg/ kg kkk − 0, 25 X2 = 0, 06 = 0, 064 kg/ kg kkk − 0, 06 X th = 0,12 = 0,136 kg/ kg kkk − 0,12 X* = 0, 02 = 0, 0204 kg/ kg kkk 100 − 0, 02 Th vào cơng th c, ta tính c th i gian s y c n thi t τ= = X − X * X th − X * X − X th + th ln N1 N1 X2 − X * ( ) 0,136 − 0, 0204 0,136 − 0, 0204 ln ( 0,333 − 0,136 ) + 0, 0,3 0, 064 − 0, 0204 = 1,032 h V y th i gian s y c n thi t 1,032 gi hay 62 phút - 57 - i s li u Thi t b s y ([1] trang 315, [5] trang 300) 7.1 Phòng s y Trong phòng s y v t li u c s y gián o n nh ng khay ho c khe áp su t khí quy n, v t li u c x p y Vi c n p li u tháo li u c th c hi n ngồi phịng s y Hình 5.9 C u t o phịng s y Như c i m c a thi t b th i gian s y dài v t li u không c kh ng o tr n, s y u, n p tháo li u b m t mát nhi t qua c a, khó ki m tra trình s y 7.2 H m s y H m s y làm vi c áp su t khí quy n dùng tác nhân s y khơng khí ho c khói lị V t li u c x p khay t xe goong di chuy n d c theo chi u dài h m H m s y có c i m s y không u s phân l p khơng khí nóng l nh theo chi u cao c a h m 7.3 Thi t b s y thùng quay ây lo i thi t b quan tr ng c s d ng r ng rãi cơng nghi p hóa ch t, th c ph m s y lo i hóa ch t, phân m, ngũ c c, b t ng Thi t b làm vi c áp su t khí quy n, tác nhân s y có th khơng khí ho c khói lị Thi t b g m m t thùng hình tr t d c so v i m t nàm ngang, có vành thùng quay trư t lên lăn t a - 58 - Hình 5.10 C u t o thi t b s y thùng quay Ưu i m c a thi t v trình s y cư ng u n mãnh li t nh ti p xúc pha t t, s y tính theo lư ng m cao Tuy nhiên xáo tr n nhi u nên s n ph m d b gãy v n xin b i, gi m ph m ch t s n ph m 7.4 Thi t b s y phun Thi t b dùng s y v t li u d ng l ng s a, tr ng, dung d ch d ch l ng u nành… Dung c phun dư i d ng sương vào bu ng s y, trình s y di n r t nhanh S n ph m thu c d ng b t m n Ưu i m c a thi t b s y phun s y nhanh, s n ph m thu c d ng b t m n Hình 5.11 H th ng s y phun Tuy nhiên c i m phòng s y ph i l n mà v n t c tác nhân s y ph i nh nên cư ng s y nh , tiêu t n nhi u lư ng, c u phun ph c t p … - 59 - 7.5 Thi t b s y ti p xúc Trong thi t b s y ti p xúc, nhi t lư ng c truy n li u ti p xúc tr c ti p v i b m t c ơn v di n tích b m t n v t li u b ng cách cho v t t nóng Lo i thi t b có cư ng s y tính m t t nóng trung bình vào kho ng – kg kg nư c b c hơi/h.m2 Hình 5.12 C u t o thi t b s y ti p xúc Ưu i m c a thi t b có c u t o ơn gi n, có th s y nhi u lo i v t li u khác … c i m su t th p, v t li u s y - 60 - tr ng thái tĩnh, truy n nhi t CHƯƠNG 6: H P PH M C ÍCH: N i dung gi ng giúp sinh viên n m c khái ni m, ki n th c b n v trình h p ph , phân lo i ng d ng xác nh thông s b n c a trình tính tốn thi t k thi t b h p ph S TI T: B NG PHÂN CHIA TH I LƯ NG STT N I DUNG S TI T Khái ni m h p ph 0.5 B n ch t c a trình h p ph 0.5 ng d ng c a trình h p ph 0.25 Ch t h p ph 0.25 Các thuy t h p ph 0.5 Cân b ng v t ch t trình h p ph 0.5 Thi t b h p ph 0.5 Bài t p th o lu n T ng Bài t p th o lu n s c phân ph i vào t ng m c nh c a chương TR NG TÂM BÀI GI NG - Nguyên lý c a trình h p ph - xu t quy trình, tính toán thi t k h th ng thi t b h p ph N I DUNG Khái ni m h p ph ([1] trang 238, [5] trang 311) H p ph trình hút l a ch n c u t pha khí hay pha l ng lên b m t ch t r n C u t pha khí hay pha l ng b hút c g i ch t b h p ph hay dung ch t, ch t r n dùng hút dung ch t g i ch t h p ph nh ng c u t không b h p ph g i ch t trơ B n ch t c a trình h p ph ([1] trang 238, [5] trang 311) Tùy theo c trưng c a trình mà phân bi t lo i h p ph sau ây: - 61 - - H p ph v t lý: hay h p ph Van der Walls hi n tư ng h p ph thu n ngh ch, hi n tư ng kèm theo ph n ng t a nhi t, lư ng nhi t t a l n n nhi t hóa g n b ng nhi t thăng hoa c a ch t khí - H p ph hóa h c: h p ph có kèm theo ph n ng hố h c gi a ch t h p ph ch t b h p ph Trong ph m vi giáo trình khơng xét n h p ph hoá h c Chú ý r ng th c t t t c lo i h p ph u có th x y ng th i, tùy i u ki n th c t mà lo i hay lo i khác chi m ưu th ng d ng c a trình h p ph ([1] trang 238, [5] trang 311) Quá trình h p ph - c ng d ng : Làm s ch s y khí Khi làm s ch s y khí thư ng ch t b h p ph thư ng khơng có giá tr Ví d làm s ch amoniac trư c oxy hoá, làm s ch H2 trư c hy rơ hố, làm s ch khơng khí b ph n ch ng khí - c, làm s ch khơng khí kh mùi Tách nh ng h n h p khí hay thành nh ng c u t Khi tách h n h p ch t b h p ph thư ng ch t q Mu n thu c khí ó sau h p ph ta ph i ti n hành qúa trình nh ti p theo ngưng t Ví d thu h i dung môi d bay hơi, l y xăng kh i khí t nhiên, tách h n h p cacbuahy rô t ch t riêng bi t - Ti n hành q trình xúc tác khơng ng th b m t phân chia pha Trong trư ng h p ch t h p ph ch t xúc tác Ví d q trình oxy hóa NH3 thành oxytnitơ b m t b ch kim, oxy hóa SO2 thành SO3 b m t b ch kim hay oxyt vana ium Như v y, ta th y r ng tr m c ích th 3, hai m c ích u gi ng m c ích c a h p th ph m vi s d ng hai phương pháp h p th h p ph khác Ch t h p ph ([1] trang 239) Yêu c u b n c a ch t h p ph b m t riêng ph i l n Hi n t i ngư i ta hay dùng than ho t tính silicagel làm ch t h p ph 4.1 Than ho t tính Than ho t tính m t ch t h p ph r t t t, c ng d ng ch y u thu h i dung mơi h u làm s ch khí Như c i m c a than ho t tính d cháy nhi t l n 200 C nhi t cao, thư ng không dùng than ho t tính kh c ph c c i m ó ngư i ta tr n silicaghen v i than ho t tính c a than 4.2 Silicaghen: Silicaghen axit silic k t t a cho tác d ng H2SO4, hay HCl mu i c a chúng v i silicat natơri k t t a ó em r a s ch s y nhi t - 62 - 115 ÷1300C n m ÷7% Silicaghen c ng d ng d ng h t kích thư c t 0,2 ÷7mm B m t riêng y u c a silicaghen t n 600m2/g ng d ng ch s y khí (hút nư c h n h p khí) 4.3 Zeolit: Zeolit d ng khoáng t aluminosilicat, lúc phát tri n u ch khoáng t nhiên, sau c t ng h p c tính q giá c a Zeolit c g i “sàng phân t ” Các thuy t h p ph ([1] trang 244, [5] trang 316) 5.1 Thuy t h p ph Langmuir Trên b m t h p ph ch a tâm h p ph , l c h p ph ch t o m t l p, phân t b h p ph không tương tác v i a = am KC + KC Trong ó: a: ho t am : kh h p ph C: n ng K: h ng s b m t ho t ng ch t h p ph dung d ch tr ng thái cân b ng c trưng i v i trình h p ph ch t khí ta có cơng th c a = am K 'P 1+ K 'P Trong ó P áp su t riêng ph n c a ch t h p ph pha khí cân b ng 5.2 Thuy t h p ph Freundlich Trong m t kho ng n ng trình h p ph có th nh c bi t v i dung d ch loãng, ng ng nhi t cho c miêu t theo bi u th c th c nghi m Freundlich: a = K.Cn V i: a: ho t C: n ng ch t h p ph dung d ch K, n : h ng s tr ng thái cân b ng c trưng i v i q trình h p ph ch t khí ta có cơng th c a = K’.Pn Trong ó P áp su t riêng ph n c a ch t h p ph pha khí cân b ng - 63 - 5.3 Thuy t h p ph BET Các phân t b h p ph không chuy n ng t b m t không tương tác v i nh ng phân t khác b m t có th hình thành h p ph nhi u l p v i s l p khác P P P0 C* −1 = *+ P V P0 − P Vm C Vm C * Trong ó P: P0 : Áp su t bão hịa c a khí V: Th tích khí b h p ph cân b ng Vm : Th tích khí h p ph bão hịa l p ơn phân t C* : VD6.1 Áp su t riêng ph n c a khí cân b ng Th a s lư ng áp su t P 250C ph thu c n ng h p ph A dung d ch lên b m t than ho t tính acid cân b ng sau: C, mol/l 0,12 0,54 1,08 1,6 a, g/1 g than 0,07 0,125 0,165 0,21 Hãy xác nh xem phương trình h p ph Langmuir hay Freundlich Tìm h s ng nhi t c a trình c trưng c a phương trình phù h p Gi i: - Gi s q trình h p ph có d ng phương trình h p ph theo VD6.1 ta có d ng phương trình n tính h p ph , a ho t ng nhi t Langmuir D a C C = + , ó C n ng a B.am am h p ph c a than B h ng s c aAb c trưng c a trình h p ph L p b ng tính tốn: C 0,97 1,90 4,05 7,05 C/a 1,71 4,32 6.55 7,62 Dùng phương pháp bình phương c c ti u ta tính c R2 = 0,853 - Gi s trình tuân theo thuy t h p ph Freundlich, tương t VD6.2 phương trình n tính bi u di n q trình sau lna = lnK + n.lnC Ta l p b ng tính tốn: lnC -2.66 -2.08 -1.80 -1.56 lna -2.12 -0.62 0.08 0.47 - 64 - Dùng phương pháp bình phương c c ti u ta tính c R2 = 0,997 Ta th y rõ ràng r ng thuy t h p ph Freundlich cho k t qu tương thích r t nhi u nên ta có th k t lu n r ng trình h p ph A b ng than ho t tính 250C tuân theo thuy t h p ph ng nhi t Freundlich Dùng phương pháp bình phương c c ti u ta tìm c: ln K = 2, 405  n = 4, 324 V y phương trình h p ph b m t than ho t tính  K = 11,1  n = 4, 324 hay ng nhi t Freundlich c a trình ph A dung d ch lên 250C là: a = 11,1C4,324 VD6.2 Th tích khí N2 c h p ph 1g TiO2 75K thay i theo áp su t sau: P, mmHg N2 87,5 164,4 204,7 V, cm3 Hãy xác 14 720 935 1146 1254 nh phương trình BET mơ t s h p ph trên, bi t áp su t bão hòa c a 75K 570 mmHg Gi i: Ta ã bi t d ng thuy t tính c a phương trình BET sau P0 P P0 C* −1 = + P V P0 − P Vm C * Vm C * Trong ó d dàng nh n th y i lư ng Po, Vm C* h ng s nên phương trình có d ng n tính Y = B + AX ó Y = P P0 X = P h s V P0 − P i kèm tương ng T b ng s li u ban àu, ta l p b ng tính toán cho giá tr X, Y sau: X=P Y= 14,0 87,5 164,4 204,7 P P0 V P0 − P 0,020 0,111 0,202 0,255 Dùng phương pháp bình phương c c ti u ta tìm c h s phương trình sau:  P0 −3 V C * = 2,95.10  m  *  C − = 1, 22.10−3 Vm C *  Hay - 65 - Vm = 816,3 cm3   * C = 236,  V y phương trình BET mơ t q trình h p ph N2 TiO2 75K có d ng sau : P 570.103 = 2,95 + 1, 22 P V 570 − P Cân b ng v t ch t trình h p ph ([1] trang 253, [5] trang 316) 6.1 Quá trình m t b c Sơ bi u di n hình 6.1, q trình có th ho t ng gián o n ho c liên t c Vì lư ng ch t h p ph s d ng thư ng r t nh so v i lư ng dung d ch c x lý, ch có dung ch t b h p ph m nh nên b qua trình h p ph c u t khác G i: Ltr, Gtr : su t lư ng mol c a ch t h p ph dung d ch Xo , X1 : t s mol c a dung ch t ch t h p ph trư c sau h p ph Y0, Y1 : t s mol c a dung ch t dung d ch trư c sau h p ph Hình 6.1 H p ph m t b c Cân b ng cho dung ch t là: Gtr(Y0 – Y1) = Ltr(X1 – X0) 6.2 Quá trình nhi u b c giao chi u Sơ c a trình b c giao chi u c trình bày hình 6.2 Hình 6.2 H p ph hai b c giao chi u Lư ng dung d ch không l n lư t Ltr1 Ltr2 , n ng i i qua m i b c v i ch t h p ph x lý m i b c c a dung ch t dung d ch gi m t Y0 v t ch t sau: Cho b c 1: Gtr(Y0 – Y1) = Ltr1(X1 – X0) Cho b c 2: Gtr(Y1 – Y2) = Ltr2(X2 – X0) - 66 - n Y2 Ta có cân b ng 6.3 Quá trình nhi u b c ngh ch chi u Cân b ng v t ch t cho trình N b c là: Gtr(Y0 – YN) = Ltr(X1 – XN+1) Hình 6.3 H p ph nhi u b c ngư c chi u V i trình b c bên dư i: Hình 6.4 H p ph hai b c ngư c chi u Cân b ng v t ch t cho dung ch t tồn q trình s là: Gtr(Yo – Y2) = Ltr(X1 – X0) VD6.3 Hãy xác nh lư ng than ho t tính, ng kính thi t b h p ph th i gian h p ph m t m 180m3 octan tách t h n h p khơng khí v i d li u sau: n ng ban u c a octan Co = 0,012 kg/m ; ho t tính c a than theo octan 7%, kh i lư ng riêng c a than ho t tính pb = 350 kg/m3; chi u cao l p than thi t b h p ph H = 1,0 m Gi i: Lư ng octan h n khí ban u F.Co Lư ng octan h p ph than ho t tính G.a* Trong ó F lư ng h n h p khí ban u F = 180m3, Co n ng * ban u c a octan h n h p Co = 0,012 kg/m , a ho t tính c a than theo octan a = 0,07 Cân b ng v t ch t cho trình h p ph ta c: F.Co = G.a* Suy lư ng than ho t tính c n dùng q trình h p ph G= F Co 180.0, 012 = = 30,86 kg a* 0, 07 Th tích than ho t tính c n dùng V= G ρ = 30,86 = 0, 0882 m3 350 - 67 - ng kính thi t b h p ph Ta có V= π D2 c tính sau H Suy D= 4V 4.0, 0882 = = 0,335 m πH π L y theo chu n ta ch n ng kính thi t b 0,4 m hay 400 mm VD6.4 H n h p khơng khí l n NO2 c cho ti p xúc liên t c ngh ch dòng v i silicagel h p ph NO2 Dịng khí i vào thi t b h p ph v i su t lư ng 500kg/h có n ng 1,62% NO2 theo th tích 91,6% NO2 pha khí c h p ph Q trình c th c hi n 250C, 1atm Silicagel i vào tháp nguyên ch t Hãy tính su t lư ng t i thi u m i gi c a silicagel S li u cân b ng h p ph 250C c cho b ng sau: ng nhi t Áp su t riêng ph n c a NO2, mmHg 10 12 NO2 , g/g silicagel 0,62 1,32 2,02 2,78 3,47 4,22 Gi i: Gi s trình tuân theo thuy t h p ph Freundlich, tương t VD6.2 phương trình n tính bi u di n q trình sau lna = lnK + n.lnC Ta l p b ng tính tốn: lnC 0.693 1.386 1.792 2.079 2.303 2.485 -0.478 0.278 0.703 1.022 1.244 Dùng phương pháp bình phương c c ti u ta tính c R = 0,999 1.440 lna Ta th y rõ ràng r ng thuy t h p ph Freundlich cho k t qu r t tương thích Nên q trình h p ph NO2 b ng Silicagel 250C tuân theo thuy t h p ph ng nhi t Freundlich Các h ng s c trưng tìm c ta dùng phương pháp bình phương c c ti u ln K = −1, 213  n = 1, 07 hay V y trình h p ph NO2 b ng Silicagel trình  K = 0, 297  n = 1, 07 250C thi t b h p ph có phương ng nhi t d ng a = 0,297.P1,07 Do NO2 h n h p khí chi m 1,62% th tích nên áp su t riêng ph n c a NO2 thi t b là: PNO2 = 1, 62 760 = 12, 31 mmHg 100 - 68 - Th giá tr áp su t vào phương trình h p ph ta tìm c ho t thi t b h p ph cân b ng 250C áp su t atm nhi t a* = 0,297.12,311,07 = 4,36 g NO2/g silicagel Cân b ng v t ch t cho trình h p ph tháp ta c: F.(Co – C) = G.(a* – ao) Suy su t lư ng t i thi u c a silicagel c n dùng trình h p ph G= F (Co − C ) 500.[1, 62 − 1, 62.(1 − 0,916) ] = = 170, kg/h a* − ao 4,36 − V y su t lư ng t i thi u c a silicagel c n dùng thi t b h p ph 170 kg/h VD6.5 Hãy xác nh lư ng than ho t tính c n thi t, ng kính thi t b h p ph chi u cao l p h p ph dùng khí 3650m /h N ng h p ph xăng h n h p v i khơng khí Lưu lư ng h n h p ban u c a xăng Co = 0,02 kg/m3; T c c a h n h p khí w = 25 m/ph tính theo ti t di n ngang toàn ph n c a thi t b ; ho t tính ng l c h c c a than i v i xăng 7% (kh i lư ng), kh i lư ng riêng c a than ho t tính ρb = 500 kg/m3 Th i gian nh , s y làm ngu i ch t h p ph 1,45 gi Gi i: Lư ng xăng h n khí ban u F.Co Lư ng xăng h p ph than ho t tính G.a* Trong ó F lư ng h n h p khí ban u F = 3650m3/h, Co n ng ban u c a xăng h n h p Co = 0,02 kg/m3, a* ho t tính c a than theo xăng a* = 0,07 Cân b ng v t ch t cho trình h p ph ta c: F.Co = G.a* Suy su t lư ng than ho t tính c n dùng q trình h p ph G= F Co 3650.0, 02 = = 1043 kg/h a* 0, 07 Do th i gian nh , s y làm ngu i ch t h p ph 1,45 gi nên lư ng than ho t tính c n dùng là: Gt = G.t = 1043.1,45 = 1512,4 kg ng kính thi t b h p ph D= c tính theo cơng th c chung sau F 3650 = = 1, 76 m 0, 785.v 0, 785.25.60 L y theo chu n ta ch n ng kính thi t b 1,8 m hay 1800 mm Chi u cao l p than ho t tính dùng h p ph H= 4Gt 4.1512, = = 1, m π ρb D π 500.1,82 - 69 - Thi t b h p ph ([1] trang 257) 7.1 H p ph gián o n H p ph gián có th ti n hành theo phương th c sau: Phương pháp giai o n: H p ph - Nh b ng nư c - S y ch t h p ph b ng khơng khí nóng - Làm l nh ch t h p ph b ng khơng khí l nh Phương pháp giai o n: H p ph - Nh b ng cách ót nóng than b ng khí trơ (khí b h p th i vào thi t b ngưng t ) sau ó cho nư c i qua - Làm l nh ch t h p ph b ng khơng khí l nh Hình 6.5 C u t o thi t b h p ph gián o n Phương pháp giai an: Cho h n h p khơng khí nóng i qua ch t h p ph trình h p ph v i q trình s y m nóng, ng th i ti n hành, sau ó nh h p ph Phương pháp lư ng tiêu t n su t cao 7.2 Thi t b t ng sôi Trong th i gian g n ây t ng sôi c áp d ng h p ph so vơi h p ph có l p ch t h p ph ng yên h p ph t ng sơi có ưu i m Vì chuy n ng m nh tr n l n nên khơng có s phân l p ch t h p ph gi a h t ã làm vi c h t chưa làm vi c nghĩa khơng có khu v c ch t, tránh hi n tư ng nhi t, su t cao … h t chóng mịn, ịi h i b n h c cao - 70 - TÀI LI U THAM KH O [1] GS.TSKH Nguy n Bin – Các q trình, thi t b cơng ngh hóa ch t th c ph m – T p – Phân riêng dư i tác d ng nhi t – Nhà xu t b n Khoa h c K thu t Hà N i – 2005 [2] Tr nh Văn Dũng – Quá trình Thi t b cơng ngh Hóa h c & Th c ph m, Bài t p truy n kh i – Nhà xu t b n [3] i h c Qu c gia Tp.HCM – 2006 TS Tr n Xoa, TS Nguy n Tr ng Khuông, TS Ph m Xuân To n – S tay Quá trình thi t b Cơng ngh Hóa h c – T p – Nhà xu t b n Khoa h c K thu t Hà N i – 2004 [4] TS Tr n Xoa, TS Nguy n Tr ng Khuông, TS Ph m Xuân To n – S tay Quá trình thi t b Cơng ngh Hóa h c – T p – Nhà xu t b n Khoa h c K thu t Hà N i – 2004 [5] Võ Văn Bang, Vũ Bá Minh – Quá trình Thi t b cơng ngh Hóa h c & Th c ph m, T p – Truy n kh i – Nhà xu t b n i h c Qu c gia Tp.HCM – 2007 - 71 - ... 0.5 ng h c q trình s y 0.75 Thi t b s y 0.5 Bài t p th o lu n T ng Bài t p th o lu n s c phân ph i vào t ng m c nh c a chương TR NG TÂM BÀI GI NG - Nguyên lý c a trình s y xu t quy trình, tính... b trích ly 0.75 Bài t p th o lu n trích ly T ng Bài t p th o lu n s c phân ph i vào t ng m c nh c a chương TR NG TÂM BÀI GI NG - Nguyên lý c a trình trích ly ch t l ng xu t quy trình, tính tốn... b ng pha trình chưng c t Chưng ơn gi n 0.75 Chưng c t liên t c 0.5 Thi t b chưng c t 0.25 Bài t p th o lu n T ng Bài t p th o lu n s c phân ph i vào t ng m c nh c a chương TR NG TÂM BÀI GI NG