Chương 6 7CÁC QUÁ TRÌNH CHUYỂN KHỐI

6.2.2 Quy tắc pha Giss và Các định luật về cân bằng pha•Quy tắc pha Gibb •Định luật Henry “Áp suất riêng phần của khí trên lỏng tỉ lệ thuận với nồng độ phần mol x của nó trong dung dịch:

PHẦN 3 : CÁC QUÁ TRÌNH CHUYỂN KHỐI

CHƯƠNG 6 CƠ SỞ QUÁ TRÌNH CHUYỂN KHỐI

CHƯƠNG 7 CHƯNG CẤT VÀ THIẾT BỊ CHƯNG CẤT

CHƯƠNG 8 QUÁ TRÌNH HẤP THỤ VÀ THIẾT BỊ HẤP THỤ

CHƯƠNG 9 SẤY VÀ THIẾT BỊ SẤY

6.1 Khái niệm về chuyển khối

di chuyển từ pha lỏng vào pha hơi và ngược lại

6.2 Sự cân bằng pha và động lực của quá trình chuyển khối

6.2.1 Sự cân bằng pha và động lực của quá trình chuyển khối

y* = f1 (x) x* = f2 (y)

yM

xM

Nếu y < y* thì vật chất di chuyển từ pha ? vào pha ? còn nếu y>y* thì vật chất di chuyển từ pha ? vào pha ?

y



6.2.2 Quy tắc pha Giss và Các định luật về cân bằng pha

•Quy tắc pha Gibb

•Định luật Henry

“Áp suất riêng phần của khí trên lỏng tỉ lệ thuận với nồng độ phần mol x của nó trong dung dịch:”

Mặt khác nếu là nồng độ cân bằng của cấu tử i trong hỗn hợp khí và áp suất chung là P thì còn có thể tính theo phương trình :

Đường biểu diễn 6.3 là đường cân bằng Nó biểu thị mối liên hệ giữa

nồng độ cân bằng trong pha khí và nồng độ trong dung dịch Trong

trường hợp chung thì đường cân

bằng là đương cong có dạng

Thường dùng cho tính toán hấp thụ

 

*

y f x

b h i

bh bh

p p

 

Lý tưởng

6.3 Cơ chế và động học của quá trình vận chuyển vật chất trong hệ một pha.

Khi hai pha chuyển động tiếp xúc nhau, do sự

cản trở của pha này với pha kia nghĩa là

do ma sát giữa chúng mà trên bề mặt phân chia

pha tạo thành hai lớp màng

Chế độ chuyển động trong màng và trong nhân

có sự khác nhau ở trong màng luôn luôn

có chuyển động dòng, còn giữa nhân của dòng

thì có chuyển động xoáy

Đặc trưng di chuyển vật chất trong màng và

trong nhân của dòng cũng khác nhau

•Quá trình di chuyển vật chất trong màng là quá trình khuếch tán phân tử.

•Ở nhân của dòng sự di chuyển vật chất nhờ sự sáo trộn của các phân tử trong dòng,

vì thế gọi là khuếch tán đối lưu.

6.3.1 Khuyếch tán phân tử - định luật Fick I

Trong đó : F là bề mặt vuông góc với hướng khuếch tán, m2

D gọi là hệ số tỉ lệ hay gọi là hệ số khuếch tán m2/h

τ thời gian , h

6.3.2 Khuyếch tán đối lưu phương trình vi phân khuếch tán đối lưu – định luật fick II.

Bằng cách lập phương trình vi phân và cân bằng vật chất Fick đã đưa ra

được phương trình vi phân cho khuếch tán đôi lưu như sau:

6.3.3 Phương trình cân bằng vật liệu trong thiết bị truyền chất

Xét cho một nguyên tố bề mặt dF phương trình cân bằng vật liệu có dạng

6.3.4 Phương trình cấp chất và phương trình truyền chất.

* Phương trình cấp chất

1 2

y

y y

* 2

* 1

* 1

CHƯƠNG 7 CHƯNG CẤT VÀ THIẾT BỊ CHƯNG CẤT

7 1 Khái niệm về quá trình chưng cất

Chưng là phương pháp tách hỗn hợp chất lỏng cũng như hỗn hợp khí đã hóa lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp

Chưng khác cô đặc trong quá trình chưng các cấu tử đều bay hơi còn trong cô đặc chỉ có dung môi bay hơi còn chất tan không bay hơi

Khi chưng ta thu được niều sản phẩm thường có bao nhiêu cấu tử ta thu được bấy

nhiêu sản phẩm Trường hợp có hai cấu tử thì khi chưng ta sẽ thu được hai sản phẩm

•Sản phẩm đỉnh gồm cấu tử dễ bay hơi và một phần cấu tử khó bay hơi ( P )

•Sản phẩm đáy gồm chủ yếu cấu tử khó bay hơi và một phần cấu tử dễ bay hơi (W)

Để có thể thu được sản phẩm đỉnh tinh khiết ta tiến hành chưng nhiều lần gọi là chưng luyện

Ngoài ra chúng ta còn rất nhiều các phương pháp chưng khác bao gồm chưng bằng hơi nước trực tiếp, chưng trích li hoặc chưng đẳng phí

7.2 Cân bằng pha trong chưng luyện hệ hai cấu tử (tan và không tan vào nhau) định luật Raoult, đồ thị x - y, t - x,y.

7.2.1 Hỗn hợp lỏng hai cấu tử

Hỗn hợp hai cấu tử A và B được biểu thị qua

•Khối lượng m, kg, hay lưu lượng khối lượng kg/h

•Thể tích V , m3 hay lưu lượng thể tích m3/h

•Số mol , kmol hay lưu lượng mol kmol/h

Các đại lượng m, V , n có quan hệ.

 

7.1

m V

m n

M







Để biểu thị khả năng bay hơi của các cấu tử trong hỗn hợp người ta dùng α là

độ bay hơi tương đối:

1

bhA bhB

P P

7.2.2 Cân bằng hơi lỏng của hỗn hợp hai cấu tử

7.2.2 Cân bằng hơi lỏng của hỗn hợp

 Chúng tan một phần vào nhau như hệ nước – n Butanol

 Chúng hoàn toàn không tan vào nhau như hệ nước – Benzen hay nước – Anilin

c) Đồ thị x,y-t

Xét cho hỗn hợp hai cấu tử là lí tưởng

Quá trình bay hơi của hỗn hợp

• Xét cho hỗn hợp thực

Đồ thị hình 6.5 biểu thị đồ thị x,y-t cho hỗn hợp lý tưởng và thực

Trường hợp hỗn hợp tồn tại điểm đửng phí ở áp suất cự đại

d) Đồ thị y – x

Động lực của chưng luyện được biểu

thị qua hiệu số nồng độ đường cân

bằn và đường chéo ( hình 6.7 ) Trên

đường chéo có y = x và động lực

được thể hiện qua nồng độ pha hơi y*

- y = Δy hoặc nồng độ pha lỏng x – x* y hoặc nồng độ pha lỏng x – x*

= Δy hoặc nồng độ pha lỏng x – x* x

Điều kiện để tiến hành chưng luyện

là nồng độ pha hơi phải lớn hơn

nồng độ trong pha lỏng trong điều

kiện cân bằng nhiệt động

Khả năng bay hơi của từng

cấu tử thể hiện qua α là

đại lượng tỉ lệ với động lực

quá trình

Trường hợp α = 1 quá trình không tách được các cấu tử có cùng nhiệt độ sôi và áp suất hơi bão hòa nên động lực bằng không

7.3 Chưng bằng hơi nước trực tiếp

Trong thực tế không có những chất lỏng không tan vào nhau nhưng độ hòa tan vào nhau của chúng rất bé ( ví dụ Benzen – nước ) và ta coi như chung không tan vào nhau Những tính chất cơ bản của hỗn hợp này là:

•Áp suất riêng phần của cấu tử này không phụ thuộc vào

sự có mặt của cấu tử kia trong hỗn hợp và bằng áp suất hơi bão hòa của các cấu tử nguyên chất ở cùng một nhiệt độ PbhA = pA và PbhB = pB

•Áp suất chung của hỗn hợp bằng tổng áp suất hơi bão hòa của các cấu tử

P = PbhA + PbhB = pA + pB (7.3) Nhiệt độ sôi của hỗn hợp thấp hơn nhiệt độ sôi của các cấu tử

7.3.1 Sơ đồ chưng bằng hơi nước trực tiếp

Quá trình chưng bằng hơi nước

trực tiếp hợp lý nhất là chỉ dùng

để tách cấu tử không tan trong

nước khỏi tạp chất không bay hơi,

trường hợp này sản phẩm ngưng

sẽ phân lớp cấu tử bay hơi và

nước

Ưu điểm của quá trình chưng này là

giảm được nhiệt

độ sôi của hỗn hợp, nghĩa là có thể

7.4 Chưng liên tục

7.4.1 Chưng đơn giản liên tục

Nếu độ bay hơi tương đối của các cấu tử trong hỗn hợp lớn người ta tiến hành chưng đơn giản, tức cho bốc hơi một lần liên tục

Hỗn hợp đầu vào có nồng độ XF của cấu tử dễ bay hơi sẽ được đun tới nhiệt độ sôi t trong vùng hơi lỏng với nồng độ hơi yD > xF và nồng độ xw < xF Khi đó một lượng hơi D bay lên cân bằng nhiệt động với lượng lỏng W

7.4.3 Cân bằng vật liệu trong quá trình chưng đơn giản

7.4.4 Chưng luyện liên tục

•Cấp nhiệt ở vào ở bộ phận đun sôiở bình cuối cùng và tỏa nhiệt đi ở

thiết bị ngưng tụ sau bình trên cùng một lần

•Cho pha lỏng từ bình trên chảy suống bình dưới và pha hơi ở bình dưới sục vào bình tiếp theo , hơi này ngưng tụ một phần, nhiệt tỏa ra của quá trình ngưng

tụ sẽ đun sôi chất lỏng , làm bay hơi một phần chất lỏng trong bình này

•Cho môt phần dịch ngưng từ thiết bi ngưng tụ trở về bình trên cùng gọi là

lượng lỏng hồi lưu, để duy trì quá trình truyền chất trong những bình trên bình tiếp niệu

b) Cân bằng vật liệu và phương trình đường nồng độ làm việc

c Số đĩa lý thuyết của tháp chưng:

7.5 Chưng gián đoạn

7.5.1 Chưng cất gián đoạn đơn giản

7.5.2 Chưng luyện gián đoạn