các định luật về cân bằng pha

– Áp suất hơi riêng phần của cấu tử i trong hỗn hợp hơi - Áp suất hơi bão hòa của cấu tử i ở cùng nhiệt độ – nồng độ của cấu tử i trong dung dịch Mặt khác, →Theo định luật Dalton: Hay

Câu 1: Quy tắc pha Giss và Các định luật về cân bằng pha , định luật Henry và định luật Raoult

Quy tắc pha Gibs cho phép biết được đối với một hệ nhất định có thể thay đổibao nhiêu yếu tố mà cân bằng pha trong hệ không bị phá hủy

 Các định luật cân bằng pha

o Định luật Henry: Áp suất riêng phần của chất khí trên chất lỏng tỷ lệthuận 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 ápsuất chung là P thì

→ Định luật Henry chỉ đúng với chất khí Ứng dụng trong tính toán quá trình hấp thụ

o Định luật Raoult: Áp suất riêng phần với cấu tử i trong dung dịch bằng ápsuất hơi bão hòa của cấu tử đó (ở cùng nhiệt độ) nhân với nồng độ phầnmol của nó trong dung dịch.

– Áp suất hơi riêng phần của cấu tử i trong hỗn hợp hơi

- Áp suất hơi bão hòa của cấu tử i ở cùng nhiệt độ

– nồng độ của cấu tử i trong dung dịch

Mặt khác,

→Theo định luật Dalton:

Hay

và - Áp suất hơi riêng phần của cấu tử 1 và 2

- là độ bay hơi tương đối của cấu tử i trong hỗn hợp khí đó

Câu 2: Phương trình cân bằng vật liệu trong thiết bị truyền chất

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

Nếu biểu diễn trên toàn bộ bề mặt F sẽ là:

Nếu xét ở tiết diện bất kỳ có nồng độ X, Y thì:

– lưu lượng

– nồng độ phần mol tương đối trong pha

– Nồng độ cuối và nồng độ đầu của pha , phần mol tương đối

X, Y – nồng độ của pha ở một tiết diện bất kỳ

Trong mỗi trường hợp cụ thể, các đại lượng đều cho trước và không đổi nênphương trình có dạng:

→ Phương trình nồng độ làm việc:

– Động lực quá trình chuyển khối

Câu 3:Biểu diễn quá trình bay hơi trên đồ thị t – x , y cho hỗn hợp hai cấu tử lý tưởng.

sự thay đổi của nhiệt độ

Câu 4: Sơ đồ và nguyên tắc làm việc của hệ thống chưng bằng hơi nước trực tiếp.

Quá trình chưng bằng hơi nước trực tiếp hợp lý nhất là chỉ dùng để tách cấu tửkhông tan trong nước khỏi tạp chất không bay hơi, trường hợp này sản phẩmngưng sẽ phân lớp cấu tử bay hơi và nước

Sơ đồ:

Sơ đồ chưng bằng hơi nước trực tiếp

a) Chưng gián đoạn:

1- Nồi chưng; 2- Thiết bị ngưng tụ; 3- Bình phân ly

b) Chưng liên tục, tháp chưng

Nguyên tắc: Khi chưng bằng hơi nước trực tiếp, người ta phun lớp hơi nước qualớp chất lỏng bằng một bộ phận phun Hơi nước có thể là bão hòa hay quá nhiệt.Trong quá trình tiếp xúc giữa hơi nước và lớp chất lỏng, cấu tử cần chưng sẽkhuếch tán vào trong hơi Hỗn hợp hơi nước và cấu tử trong hỗn hợp được ngưng

tụ và tách thành sản phẩm

Ưu điểm: Giảm được nhiệt độ sôi của hỗn hợp, nghĩa là có thể chưng ở nhiệt

độ thấp hơn nhiệt độ sôi của dòng cấu tử Điều này rất có lợi với các chất dễ bịphân hủy cũng như các chất có nhiệt độ sôi cao

Câu 5: Sơ đồ hệ thống chưng đơn giản liên tục ? Cân bằng vật liệu ?

Nếu độ bay hơi tương đối của các cấu tử trong hỗn hợp lớn, người ta tiến hànhchưng đơn giản, tức cho bốc 1 lần liên tục

Hỗn hợp đầu vào có nồng độ của cấu tử dễ bay hơi sẽ được đun tới nhiệt độ sôi ttrong vùng hơi lỏng với nồng độ hơi và nồng độ Khi đó một lượng hơi D bay lêncân bằng nhiệt động với lượng lỏng W

Theo sơ đồ trên:

Cân bằng vật liệu

Câu 6 Sơ đồ hệ thống thiết bị chưng luyện liên tục

Nguyên lý:

Hơi nước được đun sôi từ (1) sẽ được đưa qua tháp chưng luyện 2 phần hơi tiếp tụcđược đưa sang (3) để ngưng tụ thành chất lỏng và tách ra 1 lượng được quay lại (2)hồi lưu

Từ (3) chất lỏng sẽ được chuyền đến (4) đun thành hơi quay lại (2) để hồi lưu tiếpxúc lỏng qua các đĩa

2

W,

P,

43

1

Câu 7: Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng và đoạn luyện của tháp chưng luyện liên tục

R A R

= +

P x B R

0

1

L R

, tức đi qua điểm y x= P

trên đường chéo Điều này thể hiện quan hệ

giữa nồng độ của pha lỏng ở một tiết diện bất

kì trên đoạn luyện và nồng độ pha hơi ở cùng

tiết diện phụ thuộc vào chỉ số hồi lưu và nồng

độ của sản phẩm đỉnh Trong trường hợp hồi

lưu hoàn toàn lượng sản phẩm đỉnh thì:

W = F – PThay vào phương trình (3) ta có:

0

W 0

P =

vào phương trình (4) rútra:

f B

Câu 8 : Sơ đồ hệ thống chưng gián đoạn ? Cân bằng vật liệu cho chưng gián đoạn :

Quá trình ngưng hơi được lấy ra ngay và cho ngưng tụ dung dịch lúc đầu F cóthành phần xF đun đến nhiệt độ sôi hơi bốc lên tại điểm P1 ứng với t1.Sau thờiđiểm t2 ta được thành phần sản phẩm đỉnh tại P2 <P1 và thành phần lỏng chuyển

về cấu tử khó bay hơi.Cuối cùng ta có chất lỏng còn lại trong bình chưng vớithành phần xW < xF.

Tại thời điểm khác nhau thu được sản phẩm đỉnh cũng có thành phần khácnhau tại xp1 > xP2 > xP3, thành phần trung bình biểu hị tại điểm P là xP

Ứng dụng :

- Khi nhiệt độ sôi của hai cấu tử khác xa nhau

- Khi không đòi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao

- Tách hỗn hợp lỏng ra khỏi tạp chất không bay hơi

- Tách hỗn hợp sơ bộ nhiều cấu tử

* Cân bằng vật liệu

Tại thời điểm T1 thành phần cấu tử bay hơi trong bình là L.x trong khoảng thờigian đó sẻ có một lượng nhỏ bốc hơi là dL với thành phần dx

Nồng độ hơi y ở thời điểm T1 cũng kết tủa sau khoảng thời gian đó là (y- dy)Phương trình cân bằng vật liệu :

W – sản phẩm đáy sau một mẻ làm việc

xf và xW là nồng độ tương ứng.để có thể giải bằng phương pháp giải tích

phương trình trên cần biết hệ số bay hơi tương đối của hỗn hợp hai cấu tử và dựa vào phương trình đường cân bằng theo Raoult để thay:

1 ( 1)

x y

1 ln

1 1

Có thể coi tháp chưng luyện gián đoạn nhự là đoạn luyện của tháp chưng luyệnliên tục Trong hệ thống chưng luyện gián đoạn hỗn hợp đầu được đưa vào đáytháp theo từng mẻ Hỗn hợp đáy được đun nóng bằng hơi gián tiếp đến nhiệt độ sôi

và sau đó giữ cho sôi đều đặn Hơi tạo thành vào tháp Quá trình xảy ra ở trongtháp giống như đoạn luyện trong tháp chưng luyện liên tục Hơi từ đĩa trên cùng đivào thiết bị ngưng tụ ở đó một phần lỏng được hồi lưu về tháp ở đĩa trên cùng,phần còn lại đi vào thiết bị làm lạnh để vào thùng chứa sản phẩm Khi muốn thunhiều loại sản phẩn thì đặt nhiều thùng chứa ứng với từng sản phẩm Sau khichưng xong, sản phẩm đáy được tháo ra và cho hỗn hợp đầu vào để tiến hành mẻmới Quá trình trình chưng luyện gián đoạn có thể tiến hành theo hai cách: chưngluyện gián đoạn có thể tiến hành theo hai cách: chưng luyện gián đoạn với chỉ sốhồi lưu không đổi hoặc với thành phần sản phẩm đỉnh không đổi

Phương trình làm việc

10 Cân bằng vật liệu và phương trình đường làm việc của quá trình hấp thụ.

+ Gy – lượng hỗn hợp khí vào thiết bị hấp thụ kmol/h

+ Yđ – nồng độ đầu của hỗn hợp khí kmol/kmol khí trơ

+ Yc – nồng độ cuối của hỗn hợp khí kmol/kmol khí trơ

+ Gx – lượng dung môi vào thiết bị hấp thụ kmol/h

+ Xđ – nồng độ đầu của dung môi kmol/kmol dung môi

+ Gtr – lượng khí trơ kmol/h

Lượng khí trơ được tính theo công thức

Lượng dung môi cần thiết:

Lượng dung môi tối thiểu cần dùng trong quá trình hấp thụ

Xcb.d – nồng độ cân bằng ứng với nồng độ đầu của hỗn hợp khí

Nếu tính lượng dung môi theo 1 kg khí trơ ta có lượng dung môi tiêu hao là:

Phương trình cân bằng vật liệu ở thiết diện bất kỳ cảu tháp ta có:

Hoặc Y=A.X + B

Đó là phương trình đường nồng độ làm việc của thiết bị hấp thụ

Câu 11 Sơ đồ hệ thống hấp thụ có tuần hoan và nhả

1- tháp hấp thụ, 2- Bể chứa, 3 – Bơm, 4- làm lạnh, 5 – Đun nóng, 6- Tháp nhả

Khí được đưa vào ở tháp 1 đến tháp 2 khí trở được đưa ra ngoài

Chất lỏng ở bể chứa 2 được bơm 3 chuyển sang thiết bị đun nóng số 5 sau đó đưuasang tháp nhả 6, khí được đưa ra ngoài, dung môi lấy ra ở tháp đáy, chuyển vào bểchứa 2 được bơm 3 chuyển sang thiết bị đun nóng 5 và chuyền lên thiết bị làm lạnh

4 chuyển vào tháp số 2 nó phụ thuộc vào vòi đưa vào bình chứa 2 được bơm 3 bơmtrở lại tháp 2, 1 phần trích sang tháp 1 làm dòng lỏng

Câu 12 Cấu tạo tháp đĩa chóp dùng cho chưng luyện và hấp thụ

Tháp đĩa chóp là tháp gồm nhiều đĩa, trên đĩa có lắp nhiều chóp Trên mỗi đĩa cóỗng chảy chuyền để vận chuyển chất lỏng từ đĩa này sang đĩa khác Số ống chảychuyền phụ thuộc vào kích thước tháp và lưu lượng chất lỏng ống chảy chuyềnđược bố trí theo nhiều cách Khí đi từ dưới lên qua ống hơi vào chóp, qua khe chóp

để tiếp xúc với chất lỏng trên đĩa Chóp có cấu tạo tròn hay dạng khác Thân chóp

có rãnh tròn, chữ nhật hoặc tam giác để khí đi qua Hình dạng của rãnh trên chópkhông ảnh hưởng mấy đến quá trình chuyển khối Chóp được lắp vào đĩa bằngnhiều cách

Câu 13) Nguyên tắc trích ly biểu diễn trên đồ thị tam giác ? Cân bằng vật liệu của quá trình trích ly

*Nguyên tắc trích ly:

Hỗn hợp hai cấu tử L và M hoàn toàn

tan lẫn vào nhau, ta có thể tách chúng ra

khỏi nhau bằng phương pháp trích ly

nếu chọn được dung môi thứ G thích

hợp Trên đồ thị tam giác đều ta đặt

dung môi thứ G ở góc phải dưới Dung

môi đầu L hòa tan hạn chế trong dung

môi thứ đặt ở góc trái dưới Cấu tử cần

tách (cấu tử phân bố ) M hòa tan hoàn

toàn trong dung môi đầu và trong dung

môi thứ đặt ở đỉnh

Hỗn hợp đầu, giả sử gồm hai cấu tử L

và M có thành phần biểu diễn ở F0 Nếu ta thêm dung môi thứ G vào F0 ta đượcmột hỗn hợp ba cấu tử, mà thành phần của hỗn hợp này được biểu diễn ở điểm nàođấy nằm trên đường thẳng F0G phụ thuộc vào tỉ lượng G/F0

Giả sử ở điểm N, hỗn hợp N là hỗn hợp dị thể, không hòa tan vào nhau, phân thànhhai lớp (hai pha) Pha E gồm hầu hết là G, M và một phần L Pha R gồm hầu hết L,một phần G và M Nồng độ của cấu tử cần tách trong pha E là EE′

lớn hơn trongpha raphinat là RR′

.Tìm cách tách raphinat R ra khỏi dung dịch trích E (thường bằng phương phápgạn), rồi thêm dung môi thứ G vào R, ta được một hệ ba cấu tử mới có thành phần

ở N1 Cũng như trên hỗn hợp N1 là hỗn hợp không đồng nhất sẽ phân thành hai pha(hai lớp): pha raphinat R1 và pha trích E1 Rõ ràng thành phần của dung môi đầu Ltrong R1 lớn hơn trong R và nếu tiếp tục làm như thế đồng thời tách dung môi thứ

ra khỏi raphinat thì cuối cùng ta thu được raphinat gồm hầu hết là dung môi đầu.Còn cấu tử cần tách M có độ tinh khiết tối đa sau khi đã tách hết dung môi G chỉđạt được ở điểm Fm, tức là giao điểm của đường tiếp tuyến GEm với cạnh ML Tuynhiên ta có thể thay đổi điều kiện của quá trình như giảm nhiệt độ, chọn dung môithứ G để có diện tích vùng dị thể lớn hơn, có độ dốc đường liên hợp lớn hơn thì cóthể thu được cấu tử cần tách tinh khiết hơn

* Cân bằng vật liệu quá trình trích ly

Phương trình cân bằng vật liệu của quá trình trích ly lỏng – lỏng có dạng:

F + S = R + E = N

Với: F – khối lượng của hỗn hợp đầu (dung

môi đầu L và cấu tử phân bố M), kg/h

S- Khối lượng của hỗn hợp dung môi thứ

(gồm chủ yếu là dung môi thứ G có hòa tan

một ít cấu tử phân bố M và dung môi đầu

L), kg/h

E, R – Khối lượng của pha trích và pha

raphinat (phân lớp không hòa tan vào

nhau), kg/h

Từ đồ thị thình trên ta thấy rằng phương

trình cân bằng vật liệu có thể xem như quá trình trộn lẫn hỗn hợp đầu F với dungmôi có thành phần S được một hỗn hợp ở N Hỗn hợp có thành phần ở N khônghòa tan vào nhau và phân thành hai lớp: raphinat R và dung dịch trích E ở trạngthái cân bằng Từ hình vẽ theo quy tắc đòn bẩy ta có:

=

Trong đó FN SN EN RN, , ,

là các đoạn thẳng đo được trên hình 4.6 cùng thứnguyên chiều dài

Câu 14: cách xác định đường chuẩn trên đồ thị tam giác?

Vùng trong đường cong là dị thể

2 điểm trong vùng dị thể phân làm 2 pha R và E

tuân theo quy tắc đòn bẩy

Câu 15: sơ đồ trích ly nhiều bậc chéo dòng

Nguyên tắc làm việc như sau: hỗn hợp đầu F dẫn vào thiết bị trích ly 1 được trộn lẫn với một lượng dung môi thứ G I cho đên khi đạt cân bằng Tách pha trích Ei racòn raphinat bậc 1: R1 dẫn vào thiết bị trích ly 2, được trộn lẫn với một lượng dungmôi thứ G2 mới cho đến khi đạt cân bằng, tách pha trích E2 ra còn raphinat bậc 2:

R2 lại dẫn vào làm nguyên liệu đầu ở thiết bị trích ly 3 và quá trình lại xảy ra tương

tự như trên cho đến khi raphinat đạt được nồng độ theo yêu cầu

Biểu đồ biểu thị ∆

:

Hỗn hợp đầu được biểu diễn ở điểm F trộn với dung môi G; được biểu diễn ở điểm

N1 Sau khi đạt được cân bằng ta thu được pha trích E1 và pha raphinat R1 Raphinatbậc một là nguyên liệu đầu của bậc hai, ở đây được trộn với một lượng dung môi

mới G2 nên điểm hỗn hợp N2 nằm trên đoạn thẳng R G1

, , số đường liên hợp REchính là số bậc trong trích ly nhiều bậc chéo dòng

Câu 16: trích ly nghược chiều:

Cân bằng vật liệu:

Đổì với bậc 1: F +E2=R1 +E1 hay F –E1 =R1 - E2 = P

Đốì vối bậc 2: R1 +E3 = R2+E2 hay R1 -E2 = R2 -E3 = P

Đối với bậc n: Rn-1 +G = Rn+En hay Rn-1 -En=Rn - G = P

Từ phương trình trên ta được:

F=P + E1; R1= P + E2; R2= P+E3; …

Các đường thẳng FE1 ,R2E3 ,… ,RNG gặp nhau tại 1 điểm P P được gọi là điểm cựchay điểm làm việc của quá trình trích ly nhiều bặc 1 chiều vì vậy cách xác định sốbậc trích ly dựa vào P:

Trên đường liên hợp đi qua E1 (theo số liệu của đường cân bằng đã cho) ta tìmđược điểm R1 đó là giao điểm của đường liên hợp E1R1 và đưòng cân bằng.

Qua điểm P và R1 ta kẻ một đoạn thẳng kéo dài cắt nhánh phải của đường cânbằng, đó chính là điểm E2 Theo số liệu đường cân bằng ta vẽ được đường liên hợp

E2R2 đó chính là bậc trích ly lý thuyết thứ hai

Nối P với R2 kéo dài cắt nhánh phải của đường cân bằng tại điểm E3 Cứ vẽ nhưvậy cho đến khi thu được raphinat bậc cuối cùng có thành phần cấu tử phân bố nhỏhơn hoặc bằng thành phần theo số liệu kỹ thuật yêu cầu Số đường liên hợp thuđược (E1R1 ,E2R2 ,E3R3 , v.v.) chính là số bậc lý thuyết của quá trình trích ly nhiềubậc ngược chiều

Câu 17: các thông số cơ bản của không khí ẩm

- Độ ẩm tuyệt đối của không khí: là lượng hơi nước chứa trong 1m3 không khí ẩm,

về trị số thì bằng khối lượng riêng của hơi nước ở trong hỗn hợp không khí ẩm,

kí hiệu là ρh

; thứ nguyên là kg/m3

- Độ ẩm tương đối của không khí (mức độ bão hòa của hơi nước ) là: tỉ số tương

đối giữa lượng hơi nước chứa trong 1m3 không khí với lượng hơi nước chứatrông 1m3 không khí đó đã bão hòa hơi nước ở cùng một nhiệt độ và áp suất, kíhiệu là ϕ

:

h bh

ρ ρ

ϕ =

’+ Trong đó:

- Hàm ẩm của không khí ẩm: là lượng hơi nước chứa trong 1kg không khí khô

(kkk); kí hiệu là x; kg/kgkkk ( kg ẩm/ kg không khí khô):

h kkk

I -nhiệt lượng riêng của không khí ẩm có hàm ẩm x;

Ckkk –nhiệt dung riêng của kkk, J/kg.độ;

t –nhiệt độ không khí;

ih –nhiệt lượng riêng của hơi nước ở nhiệt độ t, J/kg;

- Thể tích và khối lượng riêng của không khí ẩm:

+ thể tích không khí ẩm tính theo 1kg kkk được tính theo công thức:

RT V

0,378 1

P0 ,P áp suất chung của hỗn hợp không khí ẩm ở nhiệt độ T0 và T

Điểm sương

Nhiệt độ của hỗn hợp khí tương ứng với trạng thái bão hòa hơi nước gọi là nhiệt độđiểm sương kí hiệu ts điêm sương là giới hạn quá trình làm lạnh không khí trong điều kiện hàm ẩm x=const

ở nhiệt độ điểm sương ϕ=1 nên ta có

0.622 bh

bh

p x

x

=

+

biết được pbh tra bảng tìm được nhiệt độ điểm sương

Nhiệt độ bầu ướt

Đặc trưng cho khả năng cấp nhiệt của không khí để làm bay hơi nước cho đến khi không khí bão hòa hơi nước

Để đo nhiệt độ bầu ươt dùng ẩm kế

CÁCH XÁC ĐỊNH ĐỒ THỊ I-x

- Trục tung là nhiệt hàm I, trục hoành là hàm ẩn x

- Góc giữa hai trục chính là 135o Vậy các đường đẳng I là các đường xiên // vớitrục hoành, các các đường đẳng x là các đường thẳng đứng // với trục tung

- Ngoài hai trục chính này trên đồ thị còn có các đường đẳng nhiệt độ to= const,đường độ ẩm tương đối không đổi và đường áp suất hơi nước riêng phần

- I= (1000 + 1,97.103.x)t – 2493.103.x

- X= 0,622

.

bh bh

p

ϕ

− ϕ