ôn thi tốt nghiệp quá trình và thiết bị truyền khối

ÔN THI TỐT NGHIỆP PHẦN 2: Quá trình & thiết bị truyền khối Nội dung chương trình Chương 1: Kiến thức cơ bản. Chương 2: Hấp thụ. Chương 3: Chưng cất. Chương 4: Trích ly Chương 5: Hấp phụ Chương 6: Sấy vật liệu

PHẦN 2: Quá trình & thiết bị truyền khối

ÔN THI TỐT NGHIỆP

CH ƯƠ NG 1: KI N TH C C B N Ê Ư Ơ A

Biểu diễn thành phần pha.

 Thành phần mol (phần mol): tỷ số giữa mol cấu tử

A trên tổng mol hỗn hợp

Ký hiệu: xA (kmolA/kmol hỗn hợp)

 Thành phần phần khối lượng: tỷ số khối lượng

cấu tử A trên tổng khối lượng của hỗn hợp.

Ký hiệu:

Biểu diễn thành phần pha.

 Thành phần tỷ số mol: tỷ số giữa mol cấu tử A trên số mol cấu tử B

Ký hiệu: XA (kmolA/kmolB)

 Thành phần tỷ số khối lượng: tỷ số giữa khối lượng cấu tử A trên khối lượng cấu tử B.

Ký hiệu:

Biểu diễn thành phần pha.

 Nồng độ mol: tỷ số giữa mol cấu tử A trên tổng thể tích của hỗn hợp

Ký hiệu: CA (kmolA/m3 hỗn hợp)

 Nồng độ khối lượng: tỷ số giữa khối lượng cấu tử

A trên tổng thể tích hỗn hợp.

Ký hiệu:

Biểu diễn thành phần pha.

 Ngoài ra đối với hỗn hợp khí , trên cơ sở định luật Clapeyron và Dalton, phần mol bằng phần thể

tích, hoặc phần áp suất.

 Nghĩa là:

Biểu diễn thành phần pha.

 L,G: suất lượng mol pha lỏng, hơi (kmol/h)

 : suất lượng khối lượng pha lỏng, hơi (kg/h)

 Vx, Vy: suất lượng thể tích pha lỏng, hơi (m3/h).

 PA: áp suất hơi riêng phần cấu tử A trong pha khí.

 P: áp suất tổng cộng của hệ

Biểu diễn thành phần pha.

Biểu diễn thành phần pha.

Biểu diễn thành phần pha.

Động lực quá trình truyền khối

 Động lực QTTK giữa hai pha là hiệu số giữa nồng

độ làm việc (hiện tại) và nồng độ cân bằng ở trong cùng một pha.

 Nếu y > y* → Δy = y – y*

↔ Δx = x* – x

 Vật chất di chuyển từ pha y sang pha x, hay vật chất di chuyển từ pha khí sang pha lỏng.

Động lực quá trình truyền khối

 Khi đó: đường làm việc nằm trên đường cân bằng

Δ x

Đường làm việc

Đường cân bằng y* = f(x)

Động lực quá trình truyền khối

 Nếu y < y* → Δy = y* – y

↔ Δx = x – x*

 Vật chất di chuyển từ pha x sang pha y, hay vật chất di chuyển từ pha lỏng sang pha hơi.

Động lực quá trình truyền khối

 Khi đó: đường làm việc nằm dưới đường cân bằng

y y*

Δ y Δ

x

Đường làm việc Đường cân bằng

y* = f(x)

Động lực quá trình truyền khối

 Nếu y = y* → Δy = y* – y = 0

→ x = x* → Δx = x – x* = 0

 Lúc này quá trình đạt cân bằng.

Động lực quá trình truyền khối

 Khi đó: đường làm việc cắt đường cân bằng

y = y*

x = x*

Đường làm việc

Đường cân bằng y* = f(x)

Động lực trung bình quá trình truyền khối

 Giả thiết: vật chất di chuyển từ pha y sang pha x

H(m)

Động lực trung bình quá trình truyền khối

 Đôông lực thay đổi từ đầu đến cuối quá trình vì thế trong tính toán phải dùng đôông lực trung bình.

 Khi đường cân bằng là đường cong, dùng đôông lực trung bình tích phân

 Khi đường cân bằng là đường thẳng, dùng đôông lực trung bình logarit.

Động lực trung bình tích phân

Động lực trung bình logarit

 Động lực trung bình tính cho pha y.

 Động lực trung bình tính cho pha x

TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THIẾT BI

 Tính đường kính thiết bị truyền khối

 Trong đó:

V: lưu lượng dòng hơi (khí), m3/s

ω0: vận tốc dòng hơi (khí) đi qua toàn bộ tiết diện thiết bị, m/s

TÍNH CHIỀU CAO THIẾT BI

 Tính chiều cao thiết bị theo phương trình truyền chất:

 Tính chiều cao thiết bị theo số bâôc thay đổi nồng đôô.

 Tính chiều cao thiết bị theo số đơn vị truyền chất.

 Tính chiều cao thiết bị theo cách vẽ đường cong đôông học

Tính chiều cao thiết bị theo phương trình truyền chất

Tính chiều cao thiết bị theo số bâôc thay đổi nồng đôô

 Số bâôc thay đổi nồng đôô (đĩa lý thuyết): là khoảng thể tích nào đó của thiết bị, trong đó quá trình truyền chất xảy ra sao cho nồng đôô cấu tử phân bố khi ra khỏi thể tích đo (yn-1) bằng nồng đôô cân bằng

đi vào thể tích này (yn).

Tính chiều cao thiết bị theo số

bâôc thay đổi nồng đôô

 Số bậc thay đổi nồng độ: số đĩa lý thuyết → được xác định bằng phương pháp đồ thị

 Xác định số đĩa thực tế:

 η : hệ số hiệu chỉnh(hiệu số ngăn), 0,2 – 0,9

Tính chiều cao thiết bị theo số

bâôc thay đổi nồng đôô

Tính chiều cao thiết bị theo số đơn vị truyền chất

Xác định số đơn vị truyền chất

 Khi đường cân bằng là đường thẳng:

Xác định số đơn vị truyền chất

 Xác định số đơn vị truyền chất bằng phương pháp đôô thị nếu đường cân bằng là đường thẳng hoăôc đôô cong ứng vơi mỗi đơn vị truyền chất là nhỏ

CHƯƠNG 2: CHƯNG CẤT

CÁC PHƯƠNG PHÁP CHƯNG

 Chưng đơn giản: tách các hỗn hợp gồm các cấu tử có độ bay hơi rất

khác nhau Dùng tách sơ bộ và làm sạch cấu tử khỏi tạp chất.

 Chưng bằng hơi nước trực tiếp: tách các hỗn hợp gồm các chất khó bay

hơi, thường được ứng dụng trong trường hợp chất được tách không tan trong nước.

CÁC PHƯƠNG PHÁP CHƯNG

 Chưng chân không: dùng trong trường hợp cần hạ thấp nhiệt độ sôi của

cấu tử.

 Chưng cất: phương pháp phổ biến để tách hoàn toàn hỗn hợp cấu tử dễ

bay hơi có tính chất hòa tan một phần hoặc hoàn toàn với nhau:

 Chưng cất ở áp suất chân không, áp suất thường hoặc áp suất cao

 Hệ 2 cấu tử, hoặc nhiều cấu tử

 Làm việc gián đoạn hay liên tục

ĐỒ THỊ X-P

Dung dịch lý tưởng

0

1

ĐỒ THỊ X-P

Giản đồ t-x,y

Giản đồ t-x,y

ĐỒ THỊ X-Y

CHƯNG ĐƠN GIẢN

 Hơi trong quá trình chưng được lấy ra ngay và cho ngưng tụ.

 Chưng gián đoạn thành phần chất lỏng ngưng luôn thay đổi.

 Quá trình chưng liên tục, thành phần chất lỏng ngưng không đổi.

CHƯNG ĐƠN GIẢN

CHƯNG ĐƠN GIẢN

CHƯNG ĐƠN GIẢN

Cân bằng vật chất cho toàn bộ quá trình

D x

W x

F x

D W

F

D W

+

=

Hay

CHƯNG ĐƠN GIẢN

Cân bằng nhiệt cho toàn tháp

Nhiệt vào = nhiệt ra

Nhiệt vào:

QF: dòng nhập liệu, W

QF = FCPF.tFQK: nhiệt lượng cung cấp cho nồi đun, W

Qv = QF + QK

CHƯNG ĐƠN GIẢN

 Chưng gián đoạn

 Nhiệt ra:

QD: sản phẩm đỉnh, W

QD = DCPD.tDQW: sản phẩm đáy, W

QW = wCPW.tWQng: ngưng tụ hơi thành lỏng

Qng= D.rD

CHƯNG ĐƠN GIẢN

CHƯNG ĐƠN GIẢN

 Chưng gián đoạn

 Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng tụ

CHƯNG LIÊN TỤC – CHƯNG CẤT

CHƯNG LIÊN TỤC – CHƯNG CẤT

 Nguyên lý: Lặp lại của chưng đơn giản có cải tiến:

• Quá trình bốc hơi – ngưng tụ trên 1 bậc

• Lỏng từ trên xuống do trọng lượng, hơi từ dưới lên nhờ áp suất dư của quá

trình sôi ở nồi đun

• Cho hoàn lưu một phần sản phẩm ngưng tụ.

CHƯNG LIÊN TỤC – CHƯNG CẤT

 Tính toán chưng cất hệ 2 cấu tử - Mc Theile

• Nhập liệu vào tháp: nhập liệu sôi.

• Thiết bị ngưng tụ: ngưng tụ hoàn toàn (hơi – lỏng) - ở nhiệt độ sôi.

• Suất lượng mol của pha hơi từ đáy tháp lên đỉnh tháp phân bố đều theo tiết diện

ngang của tháp

• Đun sôi đáy tháp: gián tiếp.

• Lưu lượng mol của các dòng pha: không đổi.

CHƯNG LIÊN TỤC – CHƯNG CẤT

 Tính toán chưng cất hệ 2 cấu tử

 Cân bằng vật chất cho toàn tháp.

CHƯNG LIÊN TỤC – CHƯNG CẤT

 Tính toán chưng cất hệ 2 cấu tử

CHƯNG LIÊN TỤC – CHƯNG CẤT

 Tính toán chưng cất hệ 2 cấu tử

 Phương trình đường làm việc đoạn

cất:

CHƯNG LIÊN TỤC – CHƯNG CẤT

 Tính toán chưng cất hệ 2 cấu

CHƯNG LIÊN TỤC – CHƯNG CẤT

 Tính toán chưng cất hệ 2 cấu tử

 Xác định chỉ số hồi lưu - R.

R = b.RminRmin: Chỉ số hồi lưu ứng với trạng thái cân bằng (chỉ số hồi lưu tối thiểu)

CHƯNG LIÊN TỤC – CHƯNG CẤT

 Tính toán chưng cất hệ 2 cấu tử

 Xác định y*F

xF

y*F

Đường cân bằng

Biểu diễn đường làm việc

XÁC ĐỊNH SỐ ĐĨA LÝ THUYẾT

1

+

R

xD

 Tính toán chưng cất hệ hai cấu tử

 Cân bằng nhiệt cho toàn tháp.

Nhiệt vào = nhiệt ra

 Nhiệt vào:

QF: dòng nhập liệu, W

QF = FCPF.tFQK: cung cấp cho nồi đun, W

QL0: dòng hoàn lưu mang vào, W

QL0 = L0.CD.tD

CHƯNG LIÊN TỤC – CHƯNG CẤT

 Tính toán chưng cất hệ hai cấu tử

 Nhiệt ra:

QD: sản phẩm đỉnh, W

QD = DCPD.tDQW: sản phẩm đáy, W

QW = wCPW.tWQng: ngưng tụ hơi thành lỏng

Qng= D.rD

CHƯNG LIÊN TỤC – CHƯNG CẤT

 Tính toán chưng cất hệ 2 cấu tử

 Tính toán chưng cất hệ 2 cấu tử

 Tính toán chưng cất hệ 2 cấu tử

 Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng tụ

SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CHƯNG CẤT LIÊN TỤC

BẢN VẼ CẤU TẠO THÁP CHƯNG CẤT ĐĨA LÔ

BẢN VẼ CẤU TẠO THÁP CHƯNG CẤT MÂM CHÓP

BÀI TẬP 1

Một tháp chưng luyện liên tục ở áp suất khí quyển để phân tách hỗn hợp 2

Năng suất chưng luyện tính theo nguyên liệu đầu là F=5000 kg/h Thành

BÀI TẬP 2

Tính toán một tháp chưng cất liên tục kiểu đĩa để phân tách ở áp suất thường 10 tấn/h hỗn hợp lỏng sôi gồm 40% khối lượng (KL) benzen

và 60% KL toluen Nồng độ benzen trong sản phẩm đỉnh là 96% KL

và trong sản phẩm đáy là 2% KL Chỉ số hồi lưu thực tế R=3,48; vận tốc hơi đi qua trong tháp w=0,45 m/s; thể tích hơi đi qua trong tháp

Hệ số tác dụng hữu ích của đĩa là η=0,6 Khoảng cách giữa hai đĩa là h=0,25m Chiều cao của phần đĩnh tháp là

5) Hãy xác định nồng độ hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp chưng