TCT PHÂN BÓN VÀ HÓA CHẤT DẦU KHÍ-GIÁO TRÌNH LÝ THUYẾT HÓA HỌC CƠ BẢN

TCT PHÂN BÓN VÀ HÓA CHẤT DẦU KHÍ - CTCP CN TCT PHÂN BÓN VÀ HÓA CHẤT DẦU KHÍ – CTCP NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ ĐƠN VỊ: P.CNSX GIÁO TRÌNH LÝ THUYẾT HÓA HỌC CƠ BẢN ( DÙNG CHO CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO NỘI BỘ ĐỘI NGŨ VẬN HÀNH NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ) PHÚ MỸ, THÁNG 6/2012 MỤC LỤC Chương 1: CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ VÀ ĐƠN VỊ ĐO MỘT SỐ ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN Các đại lượng vật lý đơn vị đo I Áp suất: a Định nghĩa áp suất b Áp suất tương đối : c Áp suất chân không: Áp suất chân không = áp suất khí – áp suất tuyệt đối Pck= Pa- P Nhiệt độ a Định nghĩa Thể tích a Định nghĩa II Khối lượng khối lượng riêng Công Suất Chuyển đổi đơn vị đo độ dài 10 Năng suất 10 Lưu lượng ( hợp khí thường gọi tốc độ không gian) 10 Vận tốc 11 10 Hiệu suất 11 11 Hệ Thống nhiệt động 11 12 Nội Năng 11 13 Entanpy 12 14 Entrôpi 12 Một số định luật 12 Định luật Avôgadrô 12 Định luật Đan Tơn 13 Định luật Gayluyxac (chỉ áp dụng với khí lý tưởng) 13 Quá trình đẳng áp: (P=const) 13 Định luật Sac lơ Quá trình đẳng tích: (V=const) 14 Định luật Bôimariốt ( Chỉ áp dụng cho khí lý tưởng) 14 Phương trình trạng thái khí lý tưởng 15 Nguyên Lý le chatelier 16 Ứng dụng định luật trạng thái khí 17 Một số lưu ý áp dụng công thức tính toán 19 III Bài tập ứng dụng Chương 19 CHUYỂN ĐỔI TRẠNG THÁI CỦA VẬT CHẤT Sự chuyển thể từ rắn sang lỏng ngược lại: 20 1.1 Nhiệt độ nóng chảy (đông đặc): 21 1.2 Nhiệt nóng chảy: 21 Sự chuyển thể từ pha lỏng sang pha khí (hơi): 21 2.1 Sự bay hơi: 21 2.2 Áp suất bảo hòa (Pbh): 22 Quá trình sôi chất lỏng 22 3.1 Định nghĩa: 22 3.2 Tính chất trình sôi: 22 3.3 Nhiệt hoá 23 Hơi nhiệt 23 Câu hỏi tập ứng dụng: 27 Phụ lục đính kèm: 29 Chương ĐỘNG HÓA HỌC CÂN BẰNG PHẢN ỨNG Động hóa học 20 1.1 Vận tốc trung bình vận tốc tức thời 21 1.2 Ảnh hưởng nồng độ chất tham gia phản ứng đến vận tốc phản ứng – Định luật tác dụng khối lượng 21 1.3 Ảnh hưởng nhiệt độ đến vận tốc phản ứng 21 1.3 Ảnh hưởng xúc tác đến tốc độ phản ứng 21 Cân hóa học 22 2.1 Phản ứng chiều, phản ứng thuận nghịch, trạng thái cân 22 2.2 Phương trình số cân 22 2.3 Sự chuyển dịch cân – Nguyên lý Lơsatơlie 23 Câu hỏi tập ứng dụng: 23 Phụ lục đính kèm 27 CHƯƠNG IV: THỦY ĐỘNG LỰC HỌC 38 4.1 Thủy tĩnh học 39 4.1.1 Phương trình cân Euler (Ơ le) 39 4.1.2 ứng dụng phương trình bản: 39 4.1.3 Điều kiện cân 02 bình thông nhau: 40 4.1.4 Áp lực chất lỏng lên thành bình đáy bình: 42 4.2 Thủy động lực học 43 4.2.1 Độ nhớt chất lỏng yếu tố ảnh hưởng đến độ nhớt 43 4.2.2 Chế độ chuyển động chất lỏng 43 4.2.3 Lưu lượng, vận tốc chất lỏng chuyển động 44 4.2.4 Phương trình chuyển động 45 4.2.5 Trở lực thủy lực ống dẫn chất lỏng 46 BÀI TẬP ỨNG DỤNG 47 Chương V: VẬN CHUYỂN CHẤT LỎNG 5.1 Các thông số bơm 5.1.1 Năng suất: ký hiệu Q, đơn vị m3/h 5.1.2 Áp suất toàn phần bơm (chiều cao đẩy bơm): 5.1.3 Công suất bơm: 5.1.4 Hiệu suất bơm: 5.2 Áp suất toàn phần, chiều cao hút NPSH bơm 5.2.1 Áp suất toàn phần bơm 5.2.2 Chiều cao hút bơm 5.2.3 NPSH NPSHa bơm 5.2.4 Hiện tượng xâm thực bơm chất lỏng 5.3 Bơm ly tâm 5.3.1 Nguyên lý làm việc bơm ly tâm 5.3.2 Định luật tỷ lệ bơm ly tâm 5.3.3 Đường đặc tuyến bơm ly tâm 5.4 Bơm piston 5.4.1 Nguyên lý làm việc bơm Piston 5.4.2 Đặc điểm bơm piston 5.4.3 Một số ý vận hành bơm piston Chương VII: CÁC QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT 49 I– Khái niệm chung 68 II – Dẫn nhiệt 68 Định luật dẫn nhiệt Phuriê 68 Độ dẫn nhiệt chất rắn, lỏng , khí: 69 III – Nhiệt đối lưu 69 Định luật cấp nhiệt 69 Cấp nhiệt ngưng tụ 70 IV – Truyền nhiệt 71 Khái niệm 71 Truyền nhiệt qua tường phẳng 71 Truyền nhiệt biến nhiệt 72 Phương pháp chung để tính thiết bị truyền nhiệt 74 V – Một số điểm cần lưu ý vận hành thiết bị trao đổi nhiệt 75 Chương VIII: CHUYỂN KHỐI ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI 77 1.2 Định nghĩa: 77 1.3 Phân loại: 77 CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN QUÁ TRÌNH TRUYỀN KHỐI 2.1 Thu hồi dung chất phân đoạn: 78 78 2.2 Quá trình gián đoạn (không ổn định) trình ổn định: 78 2.3 Quá trình tiếp xúc theo đoạn trình tiếp xúc liên tục: 78 HỆ SỐ TRUYỀN KHỐI 78 TRUYỀN KHỐI GIỮA HAI PHA 78 4.1 Khái niệm cân pha đường cân 78 4.2 Các định luật cân pha: 80 4.2.1 Định luật Herry: 80 4.2.2 Định luật Raul: 81 4.3 Quá trình hấp thụ 81 4.3.1 Khái niệm 81 4.3.2 Yêu cầu chất hấp thụ 82 4.3.3 Hấp thụ vật lý hấp thụ hóa học 83 a Hấp thụ lý 83 b Hấp thụ hóa học 83 4.3.4 Các yếu tố ảnh hửơng đến trình hấp thụ 83 a Lượng dung môi 83 b Ảnh hưởng áp suất 84 c ảnh hưởng nhiệt độ 84 4.4 Thiết bị hấp thụ chế độ làm việc 85 4.4.1 Thiết bị hấp thụ 85 4.4.2 Chế độ làm việc tháp đệm 85 4.4.3 Một số điểm cần ý vận hành tháp hấp thụ 86 4.5 Quá trình chưng luyện 86 4.5.1 Định nghĩa 86 4.5.2 Phân loại phương pháp chưng 86 a Chưng đơn giản 86 b Chưng chân không 87 c Chưng luyện 87 4.5.3 Phân loại hỗn hợp dung dịch cấu tử 87 a Dung dịch lý tưởng 87 b Dung dịch thực 87 4.5.4 Cân lỏng hỗn hợp cấu tử 88 a Giản đồ đẳng nhiệt : P-x-y 88 b Giản đồ đẳng áp : T-x-y 88 4.5.5 Tháp chưng luyện 89 a Nguyên tắc hoạt động tháp chưng luyện 89 b Các yếu tố ảnh hưởng đến chế độ làm việc tháp 90 4.6 Cân vật chất: 4.6.1 Phương trình cân vật liệu 4.6.2 Động lực khuếch tán: Chương I: CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ VÀ ĐƠN VỊ ĐO MỘT SỐ ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN I.1 Các đại lượng vật lý đơn vị đo I.1.1 Áp suất: a Định nghĩa áp suất Áp suất ( thường ký hiệu P) đại lượng vật lý thể cường độ thành phần lực tác động vuông góc lên đơn vị diện tích bề mặt vật chất Công thức : 𝑃 = 𝐹 𝑆 đơn vị N/m2 Trong :  F – lực tác dụng (N)  S- diện tích bề mặt lực tác dụng (m2) Bảng chuyển đổi đơn vị đo áp suất b Áp suất tương đối : Áp suất tương đối gọi áp suất đồng hồ đo, hay áp suất dư thường ký hiệu Pdư Công thức : Pdư= P-Pa Trong :  P : áp suất tuyệt đối  Pa: áp suất khí bình thường Pa= at = kg/cm2 Trong tính toán ta thường dùng giá trị áp suất tuyệt đối P Áp suất thị đồng hồ đo áp suất tương đối Pdu c Áp suất chân không: Khi môi trường khảo sát có áp suất nhỏ áp suất khí ta gọi độ chênh lệch áp suất khí Pa áp suất môi trường độ chân không Pck không = áp suất khí – áp suất tuyệt đối Pck= Pa- P Ví dụ: áp suất chân không thiết bị cô đặc V-1015 xưởng urea 0.97 at hỏi áp suất tuyệt đối P thiết bị V-1015 bao nhiêu? Áp suất chân Giải: áp suất tuyệt đối thiết bị V-1015 P = Pa-Pck = 1-0.97 = 0.03 at I.1.2 Nhiệt độ Định nghĩa Nhiệt độ ( thường ký hiệu T) đại lượng vật lý đo độ nóng lạnh vật chất Vật chất có nhiệt độ cao nóng Nhiệt độ đại lượng vật lý đặc trưng cho trạng thái nhiệt vật chất Đơn vị thường dùng cho thang đo nhiệt độ bách phân 0C biểu thị chữ C Đơn vị thang đo kenvil: đơn vị dùng 0K biểu thị chữ K, thường gọi nhiệt độ tuyệt đối , dùng tính toán công thức chuyển đổi : T = 273+ t Ngoài theo hệ đo lường Anh , Mỹ dùng thang đo độ Độ Fahrenheit, ký hiệu (độ F hay °F), thang nhiệt độ đặt theo tên nhà vật lý người Đức Gabriel Fahrenheit (1686–1736) - người đề xuất năm 1724 F=t*1.8 +32 I.1.3 Thể tích Định nghĩa Thể tích vậtlà lượng không gian mà vật chiếm, thường ký hiệu V, đơn vị m3, cm3 Ngoài dùng đơn vị lit 1m3= 1000l , cm3= ml Hệ anh thường dùng feet , galong … Trong tính toán thường dùng đơn vị m3 Chuyển đổi đơn vị m3= 6,11 thùng =219,98 galong I.1.4 Khối lượng khối lượng riêng Khối lượng hiểu phổ thông sức nặng vật mặt đất thước đo lượng ( nhiều hay ít) vật chất Thường ký hiệu M, m đơn vị đo (kg) ( Pao – đơn vị Anh, Mỹ ), 1kg = 2.2046 Pao Khối lượng riêng vật khối lượng đơn vị thể tích vật  m V Trong đó:  m – khối lượng vật, [kg] ;  V – thể tích vật, [m3] I.1.5 Công Suất Công suất P (Power) đại lượng cho biết công máy móc thiết bị tiêu thụ hay sản ΔW hay lượng biến đổi ΔE khoảng thời gian T = Δt Đơn vị: W Công suất Trong chuyển động đều, thời gian Δt, khoảng cách ΔS, chuyển dộng với vận tốc v tác dụng lực F công suất tính: Trong chuyển động quay, thời gian Δt, góc quay Δφ, vận tốc góc ω tác dụng mômen M công suất là: Bảng chuyển đổi đơn vị đo công, lượng: Đơn vị J=N.m= kg.m2/s2.Btu=1,055j=0,252 calo Chuyển đổi đơn vị đo độ dài Đơn vị 1m Tương đương 1m 1inch foot mile nautical mile 39,37 3,28 621,37.10-6 539,95.106 inch 25,4.10-3 8,33.10-3 15,78.10-6 13,71.10-6 foot 3,048 12 1,894.10-4 1,646.10-4 mile 1609,344 63360 5280 0,869 72913 6076 1,15 1 nautical mile ( 1852 hải lý) I.1.6 Năng suất Năng suất (phụ tải ) đại lượng đặc trưng rõ lượng vật liệu vào sản phẩm khỏi hệ thống thiết bị, dây truyền sản xuất đơn vị thời gian Đơn vị thường m3/h, tấn/h … I.1.7 Lưu lượng ( hợp khí thường gọi tốc độ không gian) Lưu lượng ( tốc độ không gian) lượng vật chất ( khối lượng thể tích ) chuyện động qua tiết diện ngang đường ống, thiết bị đơn vị thời gian thường ký hiệu v đơn vị đo m3/h, … 10 nên số phân tử amoniac truyền từ pha khí vào pha lỏng xuyên qua bề mặt ngăn cách hai pha Một số phần tử amoniac pha lỏng ngược lại pha khí với tốc độ tỷ lệ với nồng độ pha lỏng Càng nhiều phân tử amoniac vào pha lỏng nồng độ pha lỏng tăng tốc độ amoniac trở pha khí tăng theo Cùng lúc đó, chế khuyếch tán pha, nồng độ amoniac pha trở nên đồng Cân động học hệ thiết lập lúc phân tử amoniac truyền vào khỏi pha với tốc độ nhau, tốc độ truyền khối chung không Nồng độ NH3 pha không thay đổi Lúc ta có nồng độ cấu tử NH3 pha lỏng đạt đến cân (nồng độ cân nồng độ lớn cấu tử NH3 mà pha lỏng chứa điều kiện nhiệt độ định) Gọi A biểu diễn cấu tử khuyếch tán hai pha (NH3) xA: nồng độ A pha lỏng trạng thái cân yA: nồng độ A pha khí trạng thái cân Nếu ta thêm NH3 vào thùng chứa cặp (xA,yA) hai pha cân thiết lập với giá trị nồng độ cao cho pha Bằng cách ta có cặp nồng độ NH3 (xA,yA) khác điều kiện nhiệt độ áp suất không đổi Mối quan hệ xA,yA biểu diễn đồ thị đường cong gọi đường cân Đường cân không phụ thuộc vào lượng khí lượng nước có hệ lúc ban đầu mà phụ thuộc vào nhiệt độ áp suất tác động lên hệ Tại cân bằng, nồng độ dung chất hai pha không hay hóa dung chất hai pha Kết luận: Bất có chất phân bố hai pha có mối quan hệ cân động học thiết lập Các mối quan hệ cân có nguyên tắc sau: - Tại điều kiện nhiệt độ áp suất xác định, tồn mối quan hệ cân nồng độ dung chất hai pha biểu diễn đường cân - Khi hệ đạt cân khuyếch tán tổng cộng hai pha - Khi hệ chưa đạt cân bằng, trình khuếch tán dung chất hai pha để đưa hệ đến trạng thái cân Nếu đủ thời gian tiếp xúc hai pha, nồng độ cân hai pha cuối đạt 79 VIII.3.2 Các định luật cân pha 1) Định luật Herry Đối với dung dịch lý tưởng áp suất riêng phần Pi khí i chất lỏng tỉ lệ với nồng độ phần mol xi dung dịch xác định sau: Pi= ψ.xi ( 2.1)  Pi áp suất riêng phần cấu tử i chất lỏng  xi nồng độ phần mol cấu tử i dung dịch  Ψ số Herry đơn vị đơn vị áp suất phụ thuộc chaats chất khí phụ thuộ nhiệt độ Khi nhiệt độ tăng số Ψ tăng Đối với khí lý tưởng phương trình (2.1) đường thẳng Đối với khí thực số herry phụ thuộc vào nồng độ nên đường biểu diễn thường đường cong Hăng số Herry Ψ xác định thực nghiệm tra cứu sổ tay hóa học Nếu ta gọi y*i nồng độ cấu tử i cân dung dịch có nồng độ xi áp suất chung hỗn hợp P ta có Pi= y*i.P thay vào phương trình (2.1) ta có y*i.P= Ψ.xi 𝑚= Ψ 𝑃 Ψ y*i= 𝑥𝑖=𝑚.𝑥𝑖 → 𝑦𝑖∗ = 𝑚 𝑥𝑖 𝑃 gọi số cân không thứ nguyên Đồ biểu diễn quan hệ yi* xi định luật herry với chất khí thường ứng dụng để tính toán khảo sát trình hấp thụ khí y (%mol) y*=f(xi) dung dịch thực y*= mxi đối dung dịch lý tưởng x (% mol) Đường cân hệ khí- lỏng 80 2) Định luật Raul Áp suất riêng phần cấu tử dung dịch áp suất bão hòa cấu tử (ở nhiệt độ) nhân với nồng độ phân mol cấu tử dung dịch Pi = Pbhixi (2.2) Trong đó: Pi – áp suất riêng phần cấu tử i hỗn hợp Pbhi – áp suất bão hòa cấu tử i nhiệt độ xi- nồng độ cấu tử i dung dịch Gọi yi* nồng độ cấu tử I pha ta có yi*=(Pi/P)=(Pbhi/P).xi , P áp suất chung Đối với hệ dung dịch cấu tử ta có P=P1+P2= Pbh1.x1 + Pbh2x2=Pbh2(1-x1)+ Pbh1x1 𝑦1∗ =     𝑃𝑏ℎ1 𝑃 𝑥1 = 𝑃𝑏ℎ1 𝑃𝑏ℎ2 (1−𝑥1 )+ 𝑥1 𝑃𝑏ℎ1 P1,P2 áp suất riêng phần cấu tử 1, Pbh1, Pbh2 áp suất bão hòa cấu tử 1,2 x1, (1-x1) nồng độ cấu tử 1, dung dịch Đặt (Pbh1/Pbh2)=α , α độ bay tương đối cấu tử hỗn hợp dung dịch Ta có 𝑦1∗ = 𝑥1 ∝ 𝑥1 + (1−𝑥1 ) = ∝.𝑥1 1+(∝−1)𝑥1 (2.3) Phương trình (2.3) gọi phương trình cân bằng, đường biểu diễn củả gọi đường cân Nó với dung dịch lý tưởng, đối dung dịch thực, thường người ta xây dựng thực nghiệm Định luật Raoult thường ứng dụng để tính toán khảo sát trình chưng luyện VIII.4 Quá trình hấp thụ VIII.4.1 Khái niệm Định nghĩa trình hấp thụ: trình hút vài cấu tử từ hỗn hợp khí dung môi gọi trình hấp thụ Dung môi gọi dung môi hấp thụ , chất bị hút gọi chất bị hấp thụ cấu tử không bị hút gọi cấu tử trơ 81 Đường cân đường cong biểu diễn nồng độ ( áp suất ) cân cấu tử bị hấp thụ chứa dung môi ( hay cân với dung môi) Đường cân phụ thuộc vào nhiệt độ xây dựng sở thực nghiệm Ck,Pk t2 t1 b a t2>t1 a Đường cân b đường làm việc Đường làm việc đường biểu diễn quan hệ nồng độ ( áp suất ) cấu tử bị hấp thụ pha didều kiện làm việc với nồng độ cấu tử bị hấp thụ dung môi VIII.4.2 Yêu cầu chất hấp thụ Quá trình hấp thụ thực tốt hay xấu tính chất dung môi Dung môi cần có tính chất sau:  Có tính chất hòa tan chọn lọc hòa tan tốt cấu tử cần tách không hòa tan cấu tử lại Đây tính chất chủ yếu  Năng lực hấp thụ lớn, tiết kiệm dung môi, lực sử dụng  Độ nhớt dung môi nhỏ để chất lỏng dễ vận chuyển , trở lực bé  Nhiệt dung riêng bé: tiết kiệm lượng tái sinh hoàn nguyên,  Nhiệt độ sôi cao: tránh tổn thất dung môi tái sinh  Nhiệt độ đóng rắn thấp : tránh tượng đóng rắn làm tắc thiết bị  Không tạo kết tủa hòa tan khí: tránh tắc thiết bị dễ thu hồi  Ít bay để giảm tổt thất dung môi  Dung môi rẻ, dễ kiếm Nói chung thực tế dung môi thỏa mãn tất tính chất chọn ta phải dựa vào điều kiện thực tế sản xuất 82 VIII.4 Hấp thụ vật lý hấp thụ hóa học a) Hấp thụ lý Là trình hấp thụ không kèm theo phản ứng hóa ứng Trong trình hấp thụ vật lý trình truyền chất trình khuyếch tán từ pha khí vào pha lỏng giai đoạn chậm định tốc độ trình b) Hấp thụ hóa học Là trình truyền chất từ pha khí pha lỏng có kèm theo phản ứng hóa học thường phản ứng hóa học thuận nghịch Trong trình hấp thụ hóa học phản ứng hóa học chậm tốc độ khuyếch tán tốc độ phản ứng định trình Lúc chế độ chuyển động lỏng khí không ảnh hưởng đên tốc độ trình , tộc độ phản ứng nhanh trình truyền chất định trình Ví dụ : Hấp thụ CO2 dung dịch MDEA trình hấp thụ hóa học tốc độ phản ứng hóa học xaỷ nhanh nên định trình trình truyền chất VIII.4.4 Các yếu tố ảnh hửơng đến trình hấp thụ a) Lượng dung môi Để khảo sát ảnh hưởng đến dung môi hấp thụ Pi B’’ P1 B’ B P2 x x1 x2’ x2 Hình Khi ta tăng lượng dung mooi nồng độ hấp thụ dung môi giảm từ x2 – x2’ điểm B chuyển dịch đến điểm B’ lúc động lực trình hấp thụ cao Như tăng lượng dung môi trình hấp thụ tốt khí hấp thụ đồng thời với việc tăng dung môi dẫn đên tiêu tốn lượng tuần hoàn tăng lên , tiêu tốn lượng nhiệt tái sinh tăng lên Hơn trở lực tháp tăng theo 83 đến giới hạn dẫn đến tượng lỏng khỏi tháp Vì cần phải trì tỉ lệ định b) Ảnh hưởng áp suất Khi áp suất tăng, áp suất riêng phần cấu tử bị hấp thụ tăng dần đến động lực trình hấp thụ tăng trình hấp thụ tốt (xem hình 3) Hình c) Ảnh hưởng nhiệt độ Khi nhiệt độ tăng động lực trình hấp thụ giảm xuống nhiệt độ tăng đường cân dịch chuyển lên phía gần đường làm việc dẫn đến động lực hấp thụ giảm , hấp thụ Hình 84 VIII.5 Thiết bị hấp thụ chế độ làm việc VIII.5 Thiết bị hấp thụ Có nhiều loại thiết bị hấp thụ khác loại có ưu nhược điểm khác Nhưng thiết bị hay dùng tháp đệm Ưu điểm: bề mặt tiếp xúc pha lớn, kết cấu thiết bị đơn giản hiệu suất làm việc cao trở lực tháp nhỏ Nhược điểm: thiết bị cồng kềnh trọng lượng lớn VIII.5.2 Chế độ làm việc tháp đệm Qua nghiên cứu người ta thiết lập đồ thị quan hệ logarit trở lực tháp tốc độ khí qua thápvà tốc độ khí qua tháp lg V IV III II I Tháp khô ( không hấp thụ) Hình 5: Biểu diễn chế độ làm việc Tháp đệm  Đoạn I-II chất lỏng chế độ độ bề mặt tiếp xúc lớn  Đoạn II-III chất lỏng chế độ chảy xoáy bề mặt tiếp xúc pha lớn nhiều  Đoạn III-IV chất lỏng cở chế độ sủi bọt ( giả sôi) bề mặt tiếp xúc pha lớn vận tốc điểm III vận tốc đảo pha  Đoạn IV –V chất lỏng bị sặc khí lỏng khỏi tháp Vận tốc IV gọi vận tốc sặc Như tốc độ khí làm việc giai đoạn IV-V tốt ( hấp thụ tốt nhất) thực tế giai đoạn khó khống chế tốc độ khí, chất lỏng dễ bị thực 85 tế sản xuất người ta thường khống chế tốc độ khí làm việc nhỏ 10 15% tốc độ đảo pha VIII.5.3 Một số điểm cần ý vận hành tháp hấp thụ Vận tốc khí thực tế qua tháp, định đến chế độ làm việc tháp hấp thụ vận hành tải thiết kế phải thường xuyên quan tâm đến áp suất vận hành, không nên vận hành áp suất lớn áp suất thiết kế VIII.6 Quá trình chưng luyện VIII.6.1 Định nghĩa Chưng cất trình tách cấu tử hỗn hợp lỏng hỗn hợp khí lỏng thành cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay khác (ở điều kiện nhiệt độáp suất) cấu tử hỗn hợp Trong trường hợp đơn giản chưng cô đặc gần giống nhau, chúng có ranh giới sau:  Chưng : Dung môi chất tan bay  Cô đặc : có dung bay chất tan không bay Khi tiến hành chưng ta thu nhiều sản phẩm thường có cấu tử thu nhiêu sản phẩm Đối với dung dịch hai cấu tử:  Sản phẩm đỉnh gồm cấu tử có độ bay lớn phần nhỏ cấu tử có độ bay bé  Sản phẩm đáy cấu tử có độ bay bé phần nhỏ cấu tử có độ bay lớn VIII.6.2 Phân loại phương pháp chưng Trong sản xuất thường gặp phương pháp chưng khác a) Chưng đơn giản Chưng cất đơn giản: dùng để tách hỗn hợp gồm cấu tử có độ bay khác Dùng để tách sơ hay làm cấu tử khỏi tạp chất, ví dụ chưng tháp chưng T1002 ( xưởng Ure), tháp tái sinh T3001 ( xưởng NH3) 86 b) Chưng chân không Dùng trường hợp cần hạ thấp nhiệt độ sôi cấu tử thường dùng cấu tử hỗn hợp dễ phân hủy nhiệt độ cao , có nhiệt độ sôi cao c) Chưng luyện Là phương pháp phổ biến dùng để tách hoàn toàn hỗn hợp cấu tử dễ bay có tính chất hòa tan hòa tan hoàn toàn khác ví dụ dung dịch nước NH3, dung dịch nước rượu etanol … Chưng luyện áp suất thấp dùng cho hỗn hợp dễ phân hủy nhiệt độ cao Chưng luyện áp suất cao dùng hỗn hợp không hóa lỏng áp suất thường, ví dụ NH3 không hóa lỏng nhiệt độ áp suất thường VIII.6.3 Phân loại hỗn hợp dung dịch cấu tử a) Dung dịch lý tưởng  Là dung dịch mà lực liên kết phân tử loại lực liên kết phân tử khác loại  Khi cấu tử hòa tan vào theo tỷ lệ Cân lỏng tuân theo định luật Raun b) Dung dịch thực  Là dung dịch không hoàn toàn tuân theo định luật Raun  Sự sai lệch so với định luật Raun dương liên kết phân tử khác loại nhỏ lực liên kết phân tử loại ngược lại sai lệch âm  Trường hợp liên kết phân tử khác loại nhỏ lực liên kết phân tử loại dung dịch phân lớp, nghĩa cấu tử không hòa tan vào Sự phân loại dung dịch hỗn hợp thể hình P (hình VII) x Hình VII thể quan hệ áp suất thành phần dung dịch cấu tử: 87 tuân theo định luật Raoult sai lệch dương sai lệch âm VIII.6.4 Cân lỏng hỗn hợp cấu tử a) Giản đồ đẳng nhiệt : P-x-y Trong A cấu tử dễ bay nên PA0 > PB0 xm, ym : thành phần cấu tử A pha lỏng pha nhiệt độ T áp suât Pm thành phần cấu tử B pha lỏng 1-xA pha hới 1-ym biểu đồ xử dụng thực tế sản xuất P thay đổi P T=const Lỏng P0A Lỏng + PM Hơi P0 % mol xA yA Hình VIII b) Giản đồ đẳng áp : T-x-y Trong : A cấu tử dễ bay nên TA0 < TB0 xm, ym thành phần cấu tử A pha lỏng pha P Tm Thành phần cấu tử B pha dịch 1- xm, pha 1-ym, áp suất P , nhiệt độ Tm 88 Hình IX VIII.6.5 Tháp chưng luyện a) Nguyên tắc hoạt động tháp chưng luyện Nước làm lạnh Sản phẩm đỉnh Dung dịch vào Hồi lưu Hơi nước Nước ngưng W Sản phẩm đáy Hình X : Sơ đồ nguyên lý hệ thống chưng luyện 89 Chú thích: Tháp chưng luyện, 2- đun sôi , 3- thùng chứa sản phẩm đỉnh, 4- ngưng tụ sản phẩm đỉnh, 5- bơm hồi lưu, sản phẩm đỉnh Tháp chưng luyện gồm phần:  Đoạn luyện phần tháp chưng luyện từ đĩa tiếp liệu lên đỉnh  Phần chưng phần kề từ đĩa tiếp liệu Tháp chưng gồm có nhiều đĩa Trên đĩa diễn qúa trình chuyển khối phả lỏng pha Pha từ lên qua lỗ đĩa xuyên qua pha lỏng từ xuống theo ống (vách) chảy truyền Vì nhiệt độ tháp lên cao giảm nên qua đĩa từ lên , cấu tử có nhiệt đồ sôi cao ngưng tụ cuối đỉnh tháp, ta thu hỗn hợp sản phẩm hầu hêt cấu tử nhẹ ( cấu tử dễ bay hơi) Hơi ssẽ đo vào thiết bị làm lạnh ngưng tụ thành sản phẩm đỉnh dạng lỏng, sản phẩm đỉnh qua hồi lưu, lại đưa kho chứa sản phẩm Ngược lại , pha lỏng từ xuống , gặp có nhiệt độ cao phần cấu từ có nhiệt độ sôi thấp bay làm cho nồng độ cấu tử nặng (khó bay hơi) pha lỏng tăng cuối ta thu hỗn hợp sản phẩm gồm hầu hết cấu tử nặng sản phẩm đáy đưa xử dụng Một phần sản phẩm đáy tuần hoàn đối lưu qua thiết bị đun sôi lại (reboiler) đáy tháp để tạo lương bốc lên từ đáy tháp đủ để đảm bảo lượng nhiệt cấp cho đia tháp có tiếp xúc hai pha trạng thái sôi Tóm lại tháp chưng trình bốc ngưng tụ lặp lại nhiều lần đĩa , pha lên đỉnh giàu cấu tử nhẹ , pha lỏng xuống giầu cấu tử nặng Mỗi đĩa bậc thay đổi nồng độ, trình chuyển khối đĩa thường không đạt đến trạng thái cân bằng, mức độ chuyển chất phụ thuộc chế độ làm việc tháp tầng đĩa b) Các yếu tố ảnh hưởng đến chế độ làm việc tháp b1 Ảnh hưởng hồi lưu: R Để đoạn làm luyện làm việc cần phải hồi lưu phần sản phẩm đỉnh sau ngưng tụ quay trở đỉnh đoạn luyện để biểu thị mực độ hồi lưu người ta dùng đại lượng R gọi số hồi lưu 𝑅= 𝐿0 𝑃 Trong : L0 lượng hồi lưu : kmol/h 90 P lượng sản phẩn thu kmol/h Lượng hồi lưu tối thiểu 𝑅𝑚𝑖𝑛 = 𝑥𝑃 −𝑦𝐹∗ 𝑦𝐹∗ −𝑥𝐹 Trong : xp nồng độ mol cấu tử nhẹ sản phẩm đỉnh xF nồng độ mol cấu tử nhẹ dòng nạp liệu y*F nồng độ mol cấu tử nhẹ pha dòng nạp vào Lượng hồi lưu thực tế R=k.Rmin( thường k=1,1-1,5) Ảnh hưởng lượng hồi lưu: R  Khi R giảm ảnh hưởng làm giảm nồng độ cấu tử nhẹ sản phẩm đặc biệt R 100ppm thu hồi H2 ngừng hoạt động Vì phải quan tâm đến chất lượng sản phẩm đáy cao chất lượng sản phẩm đỉnh: NH3 đỉnh cấp cho sản xuất urea chấp nhận 95%) 91 b3 Ảnh hưởng lượng nhiệt cấp cho đun sôi đáy tháp nhiệt độ tháp chưng luyện  Về nguyên tắc lượng nhiệt cấp phải đủ cho tất đĩa tháp hoạt động chế độ sôi tương ứng với nồng độ cấu tử nhẹ đĩa Để sản phẩm đáy đạt chất lượng cao nhiệt độ đáy phải nhiệt độ sôi cấu tử nặng áp suất vận hành, nhiệt độ không thay đổi áp suất vận hành ổn định Lượng nhiệt cấp thừa hay thiếu phải vào nhiệt độ khỏi đỉnh tháp (điều cho tháp chưng 20T1002 (xưởng urea) 10T3001 xưởng NH3 tháp chưng luyện T5053 xưởng NH3) Khi áp suất vận hành ổn định, nhiệt độ đỉnh tăng tức nhiệt cấp thừa, ngược lại nhiệt độ đỉnh giảm lượng nhiệt cấp thiếu Vì vậy, vận hành áp suất làm việc phải khống chế lượng nhiệt cấp cho đáy tháp cho nhiệt độ đỉnh tháp ổn định   Lượng nhiệt cấp thiếu : nhiệt độ đỉnh giảm nhanh , nhiệt độ đáy giảm nhẹ làm chất lượng sản phẩm đáy giảm đáng kể, lượng sản phẩm đỉnh giảm   Lượng cấp nhiệt thừa: chất lượng sản phẩm đáy tăng, chất lượng sản phẩm đỉnh giảm, lượng sản phẩm đỉnh tăng, phụ tải làm việc tháp tăng, thừa nhiều dẫn đến tải gây mang dịch khỏi đỉnh tháp b4 Ảnh hưởng áp suất: Khi thay đổi áp suất vận hành nguyên tắc việc thay đổi áp suất vận hành ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm đỉnh đáy Song tháp có sẵn, việc giảm áp suất làm tăng vận tốc lỏng tháp dẫn đến làm giảm hiệu suất làm việc đĩa dẫn đến chất lượng sản phẩm đỉnh đaý bị suy giảm, mặt khác áp suất giảm vận tốc tăng dễ có nguy mang dịch khỏi tháp Khi áp suất cao áp suất thiết kế, nhiệt độ vận hành đáy đỉnh tháp tăng theo gây tổn hao nhiệt tổn hao dộng lực cho bơm Câu hỏi Bài tập ứng dụng Chương 1) Phân tích yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp thụ? 2) Khi sản xuất phụ tải thiết kế , giảm áp suất vận hành có ảnh hưởng đến trình hấp thụ, trình chưng? 3) Phân tích ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm đáy T- 3001 T-5053 trình hấp thụ T-3002 T-5051 giải thích 4) Những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm đáy T-3001, T-5053, T-1002? Giải thích? 5) Trình bày sở để lựa chọn áp suất cho trình chưng 92 6) Tính gần nhiệt độ sôi dung dịch H2O-NH3 biết P=26 bara, nồng độ NH3 CNH3=16% mol, CNH3= 20% mol, CNH3= 12 % mol 7) Làm để vận hành tháp T-5053 áp suất ổn định ? 8) Tính số hồi lưu tối thiểu tháp T-5053 theo số liệu PFD So sánh với số R thiết kế ? 9) Nhiệt đỉnh tháp chưng luyện bị ảnh hưởng yếu tố ? giải thích 93 [...]... áp suất, mỗi chất lỏng sôi ở một nhiệt độ xác định và nhiệt độ sôi không thay đổi trong quá trình sôi Nhiệt độ sôi của chất lỏng phụ thuộc vào bản chất của chất lỏng đó Nhiệt độ sôi phụ thuộc vào áp suất trên bề mặt thoáng của chất lỏng đó, áp suất càng cao thì nhiệt độ sôi càng cao và ngược lại Nhiệt độ sôi của chất lỏng phụ thuộc vào áp suất thường được tra cứu trong các sổ tay hoá học 22 c Nhiệt... phân tử chất lỏng thoát khỏi mặt thoáng nhiều hơn thì ta nói chất lỏng bị "bay hơi" Ngược lại ta nói chất lỏng bị ngưng tụ II.2.2 Áp suất hơi bảo hòa (Pbh): a Định nghĩa: Áp suất hơi bảo hòa của một chất là áp suất riêng phần của chất đó trên bề mặt thoáng của chất lỏng ấy mà khi đó xẩy ra quá trình bay hơi và ngưng tụ bằng nhau b Tính chất của áp suất hơi bảo hòa: Phụ thuộc vào bản chất của chất đó... Phụ thuộc vào nhiệt độ Khi nhiệt độ thay đổi thì Pbh thay đổi theo và khi nhiệt độ tăng thì Pbh tăng - Không phụ thuộc vào thể tích mặt thoáng Áp suất hơi bảo hòa của chất lỏng thường được tra cứu tại bảng số liệu có sẳn trong các sổ tay hóa học - II.2.3 Quá trình sôi của chất lỏng a Định nghĩa: Quá trình chuyển từ thể lỏng sang thể khí (hơi) của một chất xảy ra ở cả bên trong lòng chất lỏng và cả bên... tử chất lỏng nằm trên mặt thoáng để thoát ra khỏi mặt thoáng và trở thành phân tử hơi của chính chất ấy Đồng thời khi đó cũng xảy ra cũng xảy ra quá trình ngưng tụ do 21 một số phân tử hơi của chất này chuyển động nhiệt hỗn loạn va chạm vào mặt thoáng và bị các phân tử chất lỏng nằm trên mặt thoáng hút vào pha lỏng Như vậy sự ngưng tụ luôn xảy ra kèm theo sự bay hơi Sau mỗi đơn vị thời gian, nếu số phân. .. riêng phụ thuộc vào bản chất của chất rắn nóng chảy, có đơn vị đo là jun trên kilôgam (J/kg) - Q: Nhiệt nóng chảy (J) - M: Khối lượng nóng chảy (kg) Từ công thức trên suy ra: Nhiệt nóng chảy riêng của một chất có độ lớn bằng nhiệt lượng cần cung cấp để làm nóng 1 kg chất đó ở nhiệt độ nóng chảy Nhiệt nóng chảy riêng của 1 chất phụ thuộc vào bản chất của chất đó thường được tra trong các bảng có sẳn trong... hoá hơi là nhiệt cung cấp cho khối chất lỏng trong quá trình sôi của chất lỏng đó ở nhiệt độ sôi Công thức: Q = r.m Trong đó: Q: nhiệt hoá hơi (J); m: lượng chất lỏng đã biến thành hơi (kg); r: nhiệt hoá hơi riêng (J/kg); là nhiệt lượng cung cấp để bay hơi 1 kg chất lỏng ở nhiệt độ sôi Tính chất của nhiệt hoá hơi riêng: - Phụ thuộc vào bản chất của chất lỏng Phụ thuộc vào nhiệt độ Thường thì khi nhiệt... quá trình Đối với NH3 là sản phẩm của xưởng NH3, nó cũng có mặt ở rất nhiều thiết bị, và quá trình công nghệ trong nhà máy… 23 Vì vậy cần hiểu biết rất sâu về tính chất hoá lý đặc biệt là áp suất hơi bão hoà, hơi quá nhiệt, các thông số hoá lý như nhiệt dung, áp suất bão hoà, ẩn nhiệt hoá hơi… đối với H2O và NH3 là rất cần thiết đối với kỹ sư và công nhân vận hành nhà máy Bảng về các thông số hoá lý. .. ứng: 𝑝 𝑞 𝐾= 𝐶𝑐 𝐶𝑑 𝑚𝐶𝑛 𝐶𝐴 𝐵 (II) Phương trình (II) được gọi là phương trình hằng số cân bằng 32 Vì hằng số tốc độ k1, k2 chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ, không phụ thuộc vào nồng độ của các chất tham gia và tạo thành sau phản ứng nên Hằng số cân bằng K không phụ thuộc vào nồng độ các chất tham gia và tạo thành sau phản ứng và K chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ Đối với phản ứng tỏa nhiệt K giảm khi nhiệt độ tăng,... ĐỘNG HÓA HỌC – CÂN BẰNG PHẢN ỨNG III.1 Động hóa học: Các phản ứng khác nhau, trong những điều kiện nồng độ, nhiệt độ như nhau nhưng lại tiến hành với những tốc độ khác nhau Động hóa học nghiên cứu về tốc độ diễn tiễn của các phản ứng hóa học và nghiên cứu sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào các yếu tố như nồng độ, nhiệt độ, xúc tác… III.1.1 Vận tốc trung bình và vận tốc tức thời: Định nghĩa: Vận tốc... khí NH3 vào máy nén 10K4031: Áp suất vào ra các đoạn, lưu lượng, nhiệt độ ra vào các đoạn, công suất máy nén… Giải thích các hiện tượng đó 28 18 Tính lượng nước ngưng tụ trong khi công nghệ tại các thiết bị 10-E3002, 10-E3005 số liệu lấy trong PFD Phụ lục đính kèm: 1 Bảng số liệu hoá lý của nước (xem chi tiết ở Phụ lục) 2 Bảng số liệu hoá lý của NH3 (xem chi tiết ở Phụ lục) Chương III ĐỘNG HÓA HỌC –