Đang tải... (xem toàn văn)
Nội dung chính 6.4 Các dạng bài toán trong cân bằng lỏng hơi Xác định các đại lượng mô tả đặc tính của hỗn hợp sau khi đã tách thành 2 pha: lỏng và hơi Xác định mối quan hệ giữa các đại lượng để từ đó xác định số bậc tự do của hệ. Xét một hỗn hợp gồm n cấu tử, số mol mỗi cấu tử là Ni Thành phần mol của mỗi cấu tử trong hỗn hợp zi 6.5 Giải thuật tính toánĐể xác định các tính chất của hỗn hợp, ta cần biết các giá trị: Áp suất Nhiệt độ Số mol của mỗi pha (NL, NV) Thành phần của các cấu tử (xi, yi) Tổng cộng 2N + 4 đại lượng Dựa vào điều kiện cân bằng để tính toán các tính chất nhiệt động 6.6 Độ hoà tan của thành phần hơi trong pha lỏng
THERMODYNAMICS Chương CÂN BẰNG LỎNG HƠI GV: TS Huỳnh Quyền HV: Phan Thị Dạ Thảo Nội dung chính: 6.4- Các dạng toán cân lỏng 6.5- Giải thuật tính tốn 6.6- Độ hồ tan thành phần pha lỏng 6.4- Các dạng toán cân lỏng 6.4- Các dạng toán cân lỏng Xác định đại lượng mơ tả đặc tính hỗn hợp sau tách thành pha: lỏng Xác định mối quan hệ đại lượng để từ xác định số bậc tự hệ Xét hỗn hợp gồm n cấu tử, số mol cấu tử Ni Thành phần mol cấu tử hỗn hợp zi 6.4- Các dạng toán cân lỏng Để xác định tính chất hỗn hợp, ta cần biết giá trị: • • • • Áp suất Nhiệt độ Số mol pha (NL, NV) Thành phần cấu tử (xi, yi) Tổng cộng 2N + đại lượng Dựa vào điều kiện cân để tính tốn tính chất nhiệt động 6.4- Các dạng tốn cân lỏng • Cân vật chất cho cấu tử: Ni = NLxi + NVyi (6.1) • Điều kiện cân dựa theo hố hoạt áp: μiV = μiL hay fiV = fiL (6.2) hay theo hệ số cân bằng: • Phương trình viết theo phần mol: Tổng cộng ta có 2n+2 phương trình 6.4- Các dạng tốn cân lỏng Áp dụng quy tắc pha Gibbs: Số thông số độc lập = Số cấu tử + – số phase Ví dụ: hệ cấu tử, dung dịch nằm cân với pha hơi, số thông số độc lập hệ: 2+2–2=2 Trong thông số nhiệt động: nhiệt độ, áp suất, thành phần pha lỏng thành phần pha có thơng số độc lập 6.4.1- Cho biết T/P phần bay • Từ phần bay tính số mol pha NL NV (do biết tổng số mol) • Các giá trị cần tính: P/T thành phần pha (xi, yi) 6.4.2- Cho biết T P • Các giá trị cần tính: số mol thành phần pha NL NV , xi, yi • Cách tính: dựa vào cân vật chất điều kiện cân • Khơng áp dụng cho hệ đẳng phí 6.4.3- Cho biết tính chất nhiệt động • Ngồi thơng số nhiệt độ/áp suất, liệu tốn bổ sung tính chất nhiệt động hệ • Tương tự tốn u cầu tính áp suất bình biết thể tích, chứa khí hố lỏng biết thành phần, điều kiện nhiệt độ cho trước 10 6.5- Một số phương pháp tính tốn • Hệ số cân viết dạng hàm số nhiệt độ, áp suất, tính chất cấu tử, thành phần pha lỏng pha hơi: • Tuy nhiên, có nhiều ẩn số nên phương pháp tính tốn chủ yếu tính lặp 12 6.5.1- Xác định điểm sơi (bubble point) • Thành phần cấu tử pha lỏng xem với thành phần tương ứng hỗn hợp: xi = zi • Kết hợp phương trình cân bằng: điều kiện cân bằng: ∑ yi = Để tìm điểm sơi, cần thoả phương trình: ∑ Ki xi = 13 6.5.1.1- Xác định áp suất điểm sôi (đã biết nhiệt độ) • Với T có, giả sử P = bar tính theo phương trình: Tính hệ số cân bằng, thành phần pha ∑ Ki xi Tiến hành tính lặp đến ∑ Ki xi = với 14 6.5.1.2- Xác định nhiệt độ điểm sơi • Vì hệ số hoạt độ phụ thuộc vào nhiệt độ nên trường hợp này, ta giả thiết giá trị nhiệt độ: o Nhiệt độ sôi chất dễ bay giảm 20ºC (để tránh điểm đẳng phí) o Nhiệt độ sơi chất khó bay hơn, cộng thêm 20ºC • Ứng nhiệt độ giả thiết, ta tính lặp ∑ Kixi đến ∑ Kixi = 15 6.5.2- Xác định điểm sương (dew point) • Thành phần cấu tử pha xem với thành phần tương ứng hỗn hợp: yi = zi • Kết hợp phương trình cân bằng: điều kiện cân bằng: ∑ xi = Để tìm điểm sơi, cần thoả phương trình: ∑ yi /Ki = 16 6.5.2.1- Xác định áp suất điểm sương • Giả thiết áp suất ban đầu để tính hệ số cân theo phương trình: • Tính tỷ số yi/Ki • Tiếp tục tính lặp với • Kết thúc vịng lặp ∑yi/Ki = 17 6.5.2.2- Xác định nhiệt độ điểm sương • Giả thiết giá trị áp suất ban đầu áp suất cấu tử hỗn hợp • Tính tỷ số yi/Ki • Tiếp tục tính lặp đến ∑yi/Ki = 18 6.5.3- Partial Vaporization • Kết hợp phương trình cân vật chất điều kiện cân bằng, ta biểu diễn phần mol cấu tử theo hệ số cân số mol pha lỏng pha hơi: • Mặt khác, ta có: 19 6.5.3- Partial Vaporization • Nếu chia tử mẫu phương trình cho ∑Ni sử dụng định nghĩa phần bay FV: Đây điều kiện để dừng vịng lặp 20 6.5.4- Áp dụng cho khí lý tưởng • Trong trường hợp khí lý tưởng, hệ số cân cấu tử hỗn hợp phụ thuộc vào tính chất thân cấu tử đó, nhiệt độ áp suất; khơng phụ thuộc vào cấu tử khác thành phần pha lúc cân • Trong trường hợp áp suất cấu tử thấp ta viết lại: 21 Các bước giải ví dụ 6.2 (p197) • Xét hỗn hợp cân mol gồm propane npentane (bảng 6.1) • Tính áp suất điểm sơi điểm sương hỗn hợp 300K 22 Các bước giải ví dụ 6.2 (p197) • Tính hệ số cân bằng: • Trong đó: 23 Các bước giải ví dụ 6.2 (p197) Áp suất bắt đầu cho vòng lặp lấy P(1) = 1bar: Tính K K.xi cho cấu tử Tính ∑K.xi Kiểm tra điều kiện cân thấy ∑K.xi >1 Bắt đầu vòng lặp thứ với P(2) = P(1) x (∑K.xi)(1) Tiếp tục lặp đến thoả điều kiện ∑K.xi =1 24 Thanks all for listening! ... tốn cân lỏng 6.5- Giải thuật tính tốn 6.6- Độ hoà tan thành phần pha lỏng 6.4- Các dạng toán cân lỏng 6.4- Các dạng toán cân lỏng Xác định đại lượng mơ tả đặc tính hỗn hợp sau tách thành pha: lỏng. .. tính chất nhiệt động 6.4- Các dạng toán cân lỏng • Cân vật chất cho cấu tử: Ni = NLxi + NVyi (6.1) • Điều kiện cân dựa theo hoá hoạt áp: μiV = μiL hay fiV = fiL (6.2) hay theo hệ số cân bằng: •... khí hố lỏng biết thành phần, điều kiện nhiệt độ cho trước 10 6.5- Một số phương pháp tính tốn • Hệ số cân viết dạng hàm số nhiệt độ, áp suất, tính chất cấu tử, thành phần pha lỏng pha hơi: •