1. Đinh luật Henrry : Áp suất riêng phần của 1 cấu tử trong pha khí thì tỉ lệ với nồng độ của chính nó trong pha lỏng, tại trạng thái cân bằng theo hệ số ψ ( si ). pt đường cb pha: yi = ψ. Xi p m= ψp ptcb pha : y=m.x khuếch tán phân tử là sự dao động nhiệt của tất cả các phần tử (chất lỏng hay chất khí) ở nhiệt độ lớn hơn độ không tuyệt đối. Tốc độ của chuyển động nhiệt là hàm số của nhiệt độ, độ nhớt của dòng chảy và kích thước (khối lượng) của các phần tử nhưng không phải là hàm số của nồng độ. 2. Cân bằng vật chất theo tuyệt đối: ( cho toàn bộ tb) ɸy G= Gy – G’y= Gav Gar= Gy ( yd
1 QUÁ TRÌNH 3 Đinh luật Henrry : Áp suất riêng phần cấu tử pha khí tỉ lệ với nồng độ pha lỏng, trạng thái cân theo hệ số ψ ( si ) - pt đường cb pha: yi = ψ Xi / p - m= ψ/p ptcb pha : y*=m.x - khuếch tán phân tử dao động nhiệt tất phần tử (chất lỏng hay chất khí) nhiệt độ lớn độ không tuyệt đối Tốc độ chuyển động nhiệt hàm số nhiệt độ, độ nhớt dòng chảy kích thước (khối lượng) phần tử hàm số nồng độ Cân vật chất theo tuyệt đối: ( cho toàn tb) ɸy G= Gy – G’y= Gav- Gar= Gy ( yd – yc ) ɸx G = G’x- Gx = G’av- G’ar = Gx ( xc- xd ) == ptcbvc : Gy ( yd – yc )= Gx ( xc- xd ) Cân băng vật chất theo tương đối : ( cho toàn tb) Yd= Gav/Gar Gav= Yd.Gav Yd= Gav/Gy Gav= Yd Gy ɸy = G= Gav- Gar = Gtr ( Yd- Yc ) ɸx = G’ = Gx ( Xc- Xd ) = G’ = Gdm( Xc- Xd ) Ptcbvc : Gtr ( Yd- Yc )= Gdm( Xc- Xd ) Thiết lập ptcbvc cho đoạn tháp theo nồng độ phần mol tương đối: - TH1: Đỉnh tháp : ɸy: y => yc ɸx: xd => x ɸy cho : G= Gy ( y – yc ) ɸx nhận : G’=)= Gx ( x- xd ) 2 Cbvc cho đoạn tháp : Gy ( y – yc )= Gx ( x- xd ) y= Gx/Gy + yc – Gx/Gy xd đặt a= Gx/Gy b= yc – Gx/Gy xd =>> pt : y= ax+b =>> pt đường làm việc đoạn thẳng không qua gốc tọa độ, phươg trình đường cb qua gốc tọa độ - TH2: Đáy tháp: ɸy: yd=>y => ɸy cho : G= Gy( yd-y) ɸx: x=>xc=> ɸx nhận G’= Gx( xc-x) =>> cbvc: Gy( yd-y)= Gx( xc-x) =>> y= Gx/Gy x + yd – Gx/Gy xc ɸy : yc < y < yd ɸx : xd < x y=yc x= xc => y=yd =>> A( xd; yc) , B ( xc;yd) =>> pt : y= Ax + B Phân biệt hấp thụ hấp phụ: Hấp thụ - Dùng chất lỏng để thu chất khí Từ pha khí sang pha lỏng Hấp phụ - Hút khí chất rắn - Từ pha khí sang pha rắn 3 Phân biệt cô đặc sấy : Cô đặc - - Sấy Không làm thay đổi khối lượng chất tan mà làm thay đổi nồng độ - Tan bốc thành dung môi Từ pha lỏng sang khí Vd: Đun sôi nước - Tách nước khỏi chất rắn ( qtinh làm khô vật liệu rắn ) Từ pha rắn sang pha khí Vd : Sấy Phân biệt kết tinh kết tủa: Kết tinh - Là trình vật lý - Pha lỏng sang rắn - Kết tủa - Quá trình hóa học Vd: NaNo3 Thiết lập phương trình đường làm việc theo nồng độ phần mol tương đối tuyệt đối : - Tương đối: y = ax + b Đặt : a= Gdm/Gtr ; b = Yc – Gdm/Gtr Xd Lấy tọa độ điểm : A ( x;y ) ; B ( x’;y’) =>> vẽ - Tuyệt đối : y= ax + b Đặt : a= Gx/Gy ; b= yc- Gx/Gy xd => A, B => vẽ Bài Tập BT1 : Quá trinh hấp thụ CO2 = H2O tiến hành tháp loại đĩa , Qua hệ cb đc cho sau: y* = 26,7x Hỗn hợp khí vào có lưu lượng 5000m³/h 60°C áp suất khí 3 4 Biết nồng độ CO2 khí ban đầu chiếm 18% thể tích Lượng Co2 hấp thụ chiếm 80% nước ban đầu không chứa CO2, Sau hấp thụ nồng độ CO2 nước 0,007 h/mol/kmol a Hãy dựng đương cb đường lviec hệ trục b Xđ lưu lượng thể tích pha lỏng cần biết khối lượng riêng nước 1kg/h ( tuyệt đối ) Giải a Ta có : pt dường cb : y* = 26,7x Qy = 5000 m³/h ; P= atm ; %Vco2 = 18 % V - ADCT: PV = nRT => n= Gy= PV/RT= 5000/ 0,082 ( 273+ 60)= 183,09 (kmol/h) - Mà : %Vco2 = 18 % V =>> yd= 0,18 kmol/kmol H= 80% => yc = ( 1-H ) Yd = (1- 0,8) 0,18= 0,036 (kmol/kmol) - Phương trình đường cb theo nồng độ phần mol tuyệt đối: Gy ( yd – yc )= Gx ( xc- xd ) 183,09( 0,18- 0,36) = Gx( 0,007- ) => Gx= 3766,71 (kmol/h) - g/s pt đường lviec có dạng: y= ax+b đặt a= Gx/Gy= 20,57 ; b= yc- Gx/Gy yd = 0,036 =>> y= 20,57x + 0,036 - Vẽ đồ thị : Lấy tọa độ điểm cho ptcb ptlv =>> vẽ b Gx = 3766,71 ( kmol/h) Đổi kmol/h = 1000 kg/m³ =>> Gx= Qx f/m = 3766,71 18/ 1000 = 67,80018 (m³/h) 4 5 BT2: Dùng tháp hấp thụ để thu hồi NH3 dòng không khí bắng H2O Quá trinh xảy 30°C, áp suất khí Nồng độ phần mol tương đối NH3 dòng khí đầu vào 0,072 kmol/kmol Tại đầu 0,002 Nồng độ phần mol NH3 dòng chảy lỏng đầu vào = , dòng = 0,045 (kmol/kmol) Xđ hiệu suất làm việc thiết bị b Nếu lưu lượng dòng khí = 1000 m³/h lưu lượng dòng chảy lỏng cần dùng c Lập pt đường cb trình hấp thụ d Dựng đường cb lviec hệ trục Giải a Ta có : yd= 0,072 ; yc= 0,002 xd= ; xc= 0,045 Qy= 1000 m³/h ADCT : yd= (1-H) yc => H = 1- yc/yd = 10,002/0,072= 0,97 =>> H= 97% b ADCT: Gy= PV/RT = 1.1000/ 0,082( 273+30) = 402,48 Ta có : Gy ( yd – yc )= Gx ( xc- xd ) 402,48( 0,072- 0,002) = Gx( 0,045-0 ) Gx= 626,11 c + TH1: Theo nồng độ tuyệt đối: ψNH3( 30°C, 1atm) = 0,00241.10^6 ( torr) mmHg y* = mx => m = ψ/p = 0,00241.10^6/ 760 ( đổi 1atm= 760mmHg) =>> pt đường cb: y*= 3,17x g/s: A (0;0 ) ; B ( 1; 3,17) ta có: Gy= 402,48 ; Gx= 626,08 ( kmol/h) gọi pt đường lviec có dạng : y= ax + b ( a= Gx/Gy= 1,56 ; b= yc – Gx/Gy xd = 0.02 ) a 5 6 =>> pt: y= 1,56x + 0,02 TH2: Theo nồng độ tương đối: ψNH3( 30°C, 1atm) = 0,00241.10^6 ( torr) mmHg y* = mx => m = ψ/p = 0,00241.10^6/ 760 ( đổi 1atm= 760mmHg) =>> pt đường cb: y*= 3,17x g/s: A ( 0;0 ) ; B ( 0,1 ; 0,317 ) ta có : Gtr ( Yd- Yc )= Gdm( Xc- Xd ) lại có : Gtr= Gy- Gy xd = 373,53 ( kmol/h) Gdm= Gx= 626,08 g/s: pt đường lv có dạng: y= ax+ b ( a= Gdm/Gtr = 1,676 ; b= Yc- Gdm/Gtr Xd = 0,002 =>> pt : y= 1,676x+ 0,002 Vẽ : gọi tọa độ điểm ptcb ptlv TH => vẽ BT3: Lưu lượng pha khí vào tháp ( Qy) = 1200 m³/h (đktc) Hàm lượng NH3 dòng khí ban đầu 72% ( yd) H= 97% , xc= 0,045 , xd = ( kmol/h) Tính lưu lượng khối lượng pha lỏng theo nồng độ tương đối Viết pt làm việc Giải - Ta có : Gy= Qy/22,4 = 1200/22,4= 53,37 ( kmol/kmol) Có : Qy= 1200 ; xc= 0,045 ; xd= ; yd= 0,72 ADCT : yc= (1-H) yd = ( 1- 0,97) 0,72 = 2,16.10^-3 Ta có : Gtr ( Yd- Yc )= Gdm( Xc- Xd ) (1) Mà : Gtr= Gy- Gy Yd = 53,37 = 53,37 0,72= 49,71 Từ (1) =>> Gdm= Gtr( Yd- Yc) / ( Xc=Xd) = 77,13 (kmol/h) - Pt đương lv có dạng : y= ax+b 6 7 Đặt a= Gdm/Gtr= 1,55 ; b= Yc- Gdm/Gtr Xd = 2,16.10^-3 =>> pt : y= 1,55x + 2,16.10^-3 BT4: Để xử lý CO2 không khí người ta dùng tháp hấp thụ lưu lượng dòng khí qua vào tháp 5000 m³/h (đktc) Dung môi sử dụng H20 có lưu lượng 650 m³/h Khối lượng riêng H20 1000 kg/m³ Nồng độ CO2 ban đầu 0,28 kmol/kmol Hiệu suất hấp thụ đạt 98% Nước ban đầu không chứa CO2 tháp làm việc 16,5atm 15°C a Viết pt đường cb đường lv b Dựng đường cb lv hệ trục c Xđ động lực theo pha khí pha lỏng đầu vào pha khí d Khi nồng độ pha khí lại 50% so với fa đầu động lực pha khí pha lỏng lag bnhieu? f(khối lượng riêng)= 1000kg/m³ H= 98% Giải Ta có : Qy= 5000 ; Qx= 650 ; f= 1000 ; yd= 0,28 ; H = 98% ADCT: yc= ( 1-H) yd = ( 1- 0,98) 0,28 = 0,0056 Tra: ψ= 0,936.10^6 torr ( mmHg) P= 16,5 760 mmHg Pt cb : y* = ψ/P x = 74,6x Ta có : Qx= 650 => Gx= Qx f/m = 650 1000/ 18= 36111,11 ( kmol/h) Qy= 5000 => Gy= Qy/22,4= 223,2 ( kmol/h) g/s pt đương lv có dang: y= ax + b ( a = Gx/Gy = 161,8 ; b= yc- Gx/Gy xd = 0,0056 7 8 =>> y= 161,8x + 0,0056 Ta có : A ( xd;yc) ; B( xc; yd) Từ pt đường lv thay : yd=> xc= 0,280,0056/161,8 = 1,7.10^-3 ( kmol/kmol) Đường lv qua điểm : A ( 0; 5,6.10^-3) ; B ( 1,7.10^-3 ; 280.10^-3) Vẽ đồ thị c Xác định động lực … : Thay x= 1,7.10^-3 vào pt cb: y* = 74,6x Có m= 74,6 => y* = 0,13 = 0,13.10^-2 + xd động lực : ɸy ɸx B ( xc; xd) + xét : ɸy y*d = 0,28 y*c= m xc = 0,13 =>> ∆yc= y* - y*c = 0,28 – 0,13= 0,15 (kmol/kmol) + Xét : ɸx xc= 1,7 10^-3 X*d= yd/m = 0,28/74,6 = 3,85.106-3 ( kmol/kmol) 8