Đang tải... (xem toàn văn)
Chương 1: I. Hệ phân tán: Hệ phân tán là 1 hệ bao gồm môi trường phân tán và chất phân tán phụ thuộc vào thành phần trong hệ. Chất phân tán và môi trường phân tán có thể tồn tại ở ba thể: rắn, lỏng, khí. Dung dịch là 1 trường hợp đặc biệt của hệ phân tán, trong dung dịch chất phân tán là chất hòa tan, môi trường phân tán được gọi là dung môi. Dựa vào kích thước của chất phân tán, người ta chia hệ phân tán thành các dạng sau: + Dung dịch phân tử (dung dịch): d < 107 m. > Hệ đồng thể một pha. VD: dung dịch đường, nước muối… + Dung dịch keo: 107 y* = x -> phương trình đường cong (2) Ta có: pi= P bão x hòa i pi = P yi Dùng cho chưng => y i = xi => phương trình đường • cong Thiết lập phương trình đường cân bằng: Phương trình cân vật chất theo nồng độ tuyệt đối Giả thiết: - Quá trình truyền chất thực thiết bị loại tháp, hai pha chuyển động ngược chiều - Gx tổng lưu lượng mol toàn pha Φx, kmol/h - Gy tổng lưu lượng mol toàn pha Φy, kmol/h - G lượng vật chất trao đổi, kmol/h - xd, xc nồng độ phần mol tuyệt đối cuả cấu tử phân bố pha Φx đầu vào đầu pha lỏng, kmol/kmol - yd, yc nồng độ phần mol tuyệt đối cuả cấu tử phân bố pha Φy đầu vào đầu pha khí, kmol/kmol - Vật chất di chuyển từ pha Φy sang pha Φx Vì trình truyền chất từ pha Φy sang pha Φx nên nồng độ cấu tử phân bố pha Φy giảm dần từ yd đến yc, pha Φx nồng độ cấu tử phân bố lại tăng dần từ xd đến xc • Xét cho phân tố diện tích bề mặt dF, lượng vật chất mà pha Φy giảm phân tố phải lượng vật chất mà pha Φx tăng lên Do đó, phương trình cân vật chất cho phân tố diện tích có dạng: Gxdx = - Gydy Dấu “-” thể lượng vật chất pha Φy giảm Vậy, xét cho toàn thiết bị truyền chất lượng vật chất mà pha Φy giảm phải lượng vật chất mà pha Φx tăng lên khỏi thiết bị Xét pha Φy: - Lượng vật chất vào thiết bị: Gyv = Gy.yd - Lượng vật chất thiết bị: Gyr = Gy.yc - Khi khỏi thiết bị cấu tử phân bố pha giảm lượng là: G = Gy.yd- Gy.yc = Gy (yd-yc) Xét pha Φx: - Lượng vật chất vào thiết bị: Gxv = Gx.xd - Lượng vật chất thiết bị: Gxr = Gx.xc - Khi khỏi thiết bị cấu tử phân bố pha tăng lên lượng là: G = Gx.xc - Gx.xd = Gx (xc- xd) Vậy, ta có: G = Gy (yd-yc) = Gx (xc- xd) => phương trình cân vật chất toàn thiết bị truyền chất biểu diễn qua nồng độ phần mol tuyệt đối Phương trình cân vật chất theo nồng độ tương đối Với giả thiết tương tự: - Quá trình truyền chất thực thiết bị loại tháp, hai pha chuyển động ngược chiều - Gdm lưu lượng mol dung môi pha Φx, kmol/h - Gtr lưu lượng mol phần trơ pha Φy(phần trơ phần không tham gia vào trình truyền chất), kmol/h - G lượng vật chất trao đổi, kmol/h - Xd, Xc nồng độ phần mol tương đối cuả cấu tử phân bố pha Φx đầu vào đầu pha lỏng, kmol/kmol - Yd, Yc nồng độ phần mol tương đối cuả cấu tử phân bố pha Φy đầu vào đầu pha khí, kmol/kmol - Vật chất di chuyển từ pha Φy sang pha Φx Vì trình truyền chất từ pha Φy sang pha Φx nên nồng độ cấu tử phân bố pha Φy giảm dần từ Yd đến Yc, pha Φx nồng độ cấu tử phân bố tăng dần từ Xd đến Xc Xét cho phân tố diện tích bề mặt dF, lượng vật chất mà pha Φy giảm phân tố phải lượng vật chất mà pha Φx tăng lên Do đó, phương trình cân vật chất cho phân tố diện tích có dạng: GdmdX = - GtrdY Dấu “-” thể lượng vật chất pha Φy giảm Tương tự vậy, xét cho toàn thiết bị truyền chất lượng vật chất mà pha Φy giảm phải lượng vật chất mà pha Φx tăng lên khỏi thiết bị Xét pha Φy: - Lượng vật chất vào thiết bị: Gyv = Gtr.Yd - Lượng vật chất thiết bị: Gyr = Gtr.Yc - Khi khỏi thiết bị cấu tử phân bố pha giảm lượng là: G = Gtr.Yd- Gtr.Yc = Gtr (Yd-Yc) Xét pha Φx: - Lượng vật chất vào thiết bị: Gxv = Gdm.Xd - Lượng vật chất thiết bị: Gxr = Gdm - Khi khỏi thiết bị cấu tử phân bố pha tăng lên lượng là: G = Gdm.Xc - Gdm.Xd = Gdm (Xc- Xd) Vậy, ta có: G = Gtr (Yd-Yc) = Gdm (Xc- Xd) =>là phương trình cân vật chất toàn thiết bị truyền chất biểu diễn qua nồng độ phần mol tương đối Phương trình đường làm việc: aa Phương trình đường làm việc theo nồng độ phần mol tuyệt đối: Phương trình đường làm việc phương trình thể mối quan hệ nồng độ phần mol cấu tử phân bố pha so với nồng độ phần mol cấu tử phân bố pha suốt trình làm việc thiết bị Đường làm việc biểu diễn thông qua nồng độ phần mol tuyệt đối: y = f (x) Để thiêt lập đường làm việc ta giả thiết: - x nồng độ phần mol vị trí pha Φx thiết bị, kmol/kmol - y nồng độ phần mol vị trí pha Φy thiết bị, kmol/kmol Viết cân vật chất cho đoạn tháp bất kỳ: (1)Đoạn đỉnh tháp: Gx (x - xd) = Gy (y - yc) Biến đổi: y = x + yc - xd Trong trường hợp cụ thể đại lượng Gx, Gy, xd, yc cho trước không thay đổi Đặt = A y = Ax + B -> phương trình đường thẳng Phương trình y = Ax + B gọi phương trình đường nồng độ làm việc hay phương trình đường làm việc biểu diễn theo nồng độ phần mol tuyệt đối Trong đó: A = hệ số góc đường thẳng B = yc - xd tung độ gốc đường thẳng (2) Đoạn đáy tháp: Gx (xc - x) = Gy (yd - y) Biến đổi: y = x + yd - xc Trong trường hợp cụ thể đại lượng Gx, Gy, xd, yc cho trước không thay đổi y = Ax + B -> phương trình đường thẳng Trong đó: A = hệ số góc đường thẳng B = yc - xd tung độ gốc đường thẳng Đường làm việc luôn qua hai điểm: Điểm M(xd; yc) điểm N(xc; yd) y yd N y= f(x) M yc xc ab x Phương trình đườngxdlàm việc theo nồng độ phần mol tương đối: Đường làm việc biểu diễn thông qua nồng độ phần mol tương đối: Y = f (Y) Để thiêt lập đường làm việc ta giả thiết: - X nồng độ phần mol vị trí pha Φx thiết bị, kmol/kmol - Y nồng độ phần mol vị trí pha Φy thiết bị, kmol/kmol Viết cân vật chất cho đoạn tháp ta có: Gdm (X - Xd) = Gtr (Y - Yc) (2.110) Biến đổi: Y = X + Yc - X Cũng vậy, trường hợp cụ thể đại lượng Gdm, Gtr, Xd, Yc cho trước không thay đổi Do đó, phương trình có dạng đường thẳng: Y = AX + B Phương trình Y = AX + B gọi phương trình đường nồng độ làm việc hay phương trình đường làm việc biểu diễn theo nồng độ phần mol tương đối Trong đó: A = hệ số góc đường thẳng B = Yc - X tung độ gốc đường thẳng Đồ thị đường thẳng luôn qua hai điểm: Điểm M(Xd; Yc) điểm N(Xc; Yd) Do đó, để dựng đường làm việc ta cần xác định hai điểm M, N hệ trục tọa độ Y N Yd Y= f(X) Yc M X Xc Xd Vẽ sơ đồ tiếp xúc pha mô tả trình vật chất di chuyển: Quá trình truyền khối xảy có tiếp xúc trực tiếp pha Vì vậy, để mô tả trình di chuyển vật chất từ pha sang pha khác truyền khối người ta đưa sơ đồ tiếp xúc pha Giữa hai pha bề mặt phân cách gọi bề mặt phân chia pha Cạnh bề mặt phân chia pha màng pha, phía màng pha nhân pha Quá trình di chuyển vật chất màng chủ yếu tiếp xúc phân tử tác dụng tương hỗ chúng Quá trình di chuyển vật chất qua màng gọi khuếch tán phân tử Ở nhân pha, di chuyển vật chất chủ yếu xáo trộn phần tử dòng gọi khuếch tán đối lưu Vận tốc khuếch tán màng chậm nhiều so với vận tốc khuếch tán nhân pha Vì thế, lớp màng mỏng lại định đến vận tốc trình truyền chất Bề mặt phân chia pha y x Nhân phaΦx y màng Nhân phaΦy Φx màng Φy a Hình 2.7 Sơ đồ tiếp xúc pha Trong sơ đồ tiếp xúc pha hình (2.7) thể vật chất di chuyển từ pha Φx sang pha Φy Vì vây, x > x* (pha Φx pha cho) y < y* (pha Φy pha nhận) Phương trình cấp chất phương trình truyền chất ( thiết lập phương trình truyền chất từ pha khí sang pha lỏng theo pha khí) Phương trình cấp chất: Ta giả thiết trình vật chất di chuyển từ pha Φy sang pha Φx Quá trình vật chất di chuyển thể qua sơ đồ: Bề mặt phân chia pha y x Nhân phaΦx y màng Φx màng Nhân phaΦy Φy Trong đó: - x nồng độ phần mol cấu tử phân bố nhân pha Φx, kmol/kmol - y nồng độ phần mol cấu tử phân bố nhân pha Φy, kmol/kmol - x* nồng độ phần mol cấu tử phân bố pha Φx cân pha, kmol/kmol - y* nồng độ phần mol cấu tử phân bố pha Φy cân pha, kmol/kmol - xbg nồng độ phần mol cấu tử phân bố pha Φx bề mặt phân chia pha, kmol/kmol - ybg nồng độ phần mol cấu tử phân bố pha Φy bề mặt phân chia pha, kmol/kmol Trong nhân pha, coi nồng độ x,y không thay đổi nên biểu thị đường thẳng Do giả thiết vật chất di chuyển từ pha Φy sang pha Φx nên lớp màng pha Φy nồng độ giảm dần từ y đến ybg, lớp màng pha Φx nồng độ giảm dần từ xbg đến x Gọi Ry trở lực pha Φy, Rx trở lực pha Φx Vận tốc trình luôn tỷ lệ nghịch với trở lực đó, vận tốc khuếch tán chất phân bố qua màng pha xác định sau: - Qúa trình cấp chất từ nhân pha Φy đến bề mặt phân chia pha: = - Qúa trình cấp chất từ bề mặt phân chia pha đến nhân pha Φx: = Gọi = , = hệ số cấp chất pha Φx, Φy lượng vật chất di chuyển qua màng pha là: - Qua màng Φy: dG = (y- ybg)dF.d(1) - Qua màng Φx: dG =.(xbg-x )dF.d(2) Phương trình (1) (2) phương trình cấp chất qua màng pha Φy Φx b - Phương trình truyền chất: Phương trình truyền chất biểu diễn theo nồng mol pha khí: dG = f(y) Theo định luật Dalton có pi = p.yi Theo định luật Henry có pi= x Phương trình đường cân bằng: yi = xi = m.xi y* = mx y = mx ybg= m.xbg Có trình: + cấp chất từ nhân Φy sang bề mặt phân chia pha + cấpchất từ bề mặt phân chia pha sang nhân Φx ¹ dG = ( y – ybg)dF.d -> = (y-ybg).dF.d ² dG = ( xbg - x)dF.d ->dG = ()dF.d (2’) = (ybg – y*).dF.d Cộng 2’ theo vế: dG( = (y – y* )dF.d dG = dF.d ( phương trình truyền chất từ pha khí sang pha lỏng theo y) đặt Ky = : hệ số truyền chất; kmol/m2h; : trở lực truyền chất dG = Ky dF.d [...]... pha, kmol/kmol Trong nhân pha, coi nồng độ x,y không thay đổi nên biểu thị bằng đường thẳng Do giả thiết vật chất di chuyển từ pha Φy sang pha Φx nên trong lớp màng pha Φy nồng độ giảm dần từ y đến ybg, còn trong lớp màng của pha Φx nồng độ giảm dần từ xbg đến x Gọi Ry là trở lực của pha Φy, Rx là trở lực của pha Φx Vận tốc của một quá trình luôn luôn tỷ lệ nghịch với trở lực do đó, vận tốc khuếch... - Qúa trình cấp chất từ nhân pha Φy đến bề mặt phân chia pha: = - Qúa trình cấp chất từ bề mặt phân chia pha đến nhân pha Φx: = Gọi = , = là hệ số cấp chất lần lượt trong các pha Φx, Φy thì lượng vật chất di chuyển qua màng các pha là: - Qua màng Φy: dG = (y- ybg)dF.d(1) - Qua màng Φx: dG =.(xbg-x )dF.d(2) Phương trình (1) và (2) là phương trình cấp chất qua màng các pha Φy và Φx b - Phương trình. .. và (2) là phương trình cấp chất qua màng các pha Φy và Φx b - Phương trình truyền chất: Phương trình truyền chất biểu diễn theo nồng mol pha khí: dG = f(y) Theo định luật Dalton có pi = p.yi Theo định luật Henry có pi= x Phương trình đường cân bằng: yi = xi = m.xi y* = mx y = mx ybg= m.xbg Có 2 quá trình: + cấp chất từ nhân Φy sang bề mặt phân chia pha + cấpchất từ bề mặt phân chia pha sang nhân... bề mặt phân chia pha sang nhân Φx ¹ dG = ( y – ybg)dF.d -> = (y-ybg).dF.d ² dG = ( xbg - x)dF.d ->dG = ()dF.d (2’) = (ybg – y*).dF.d Cộng 2 và 2’ theo từng vế: dG( = (y – y* )dF.d dG = dF.d ( phương trình truyền chất từ pha khí sang pha lỏng theo y) đặt Ky = : hệ số truyền chất; kmol/m2h; : trở lực truyền chất dG = Ky dF.d