Hóa kỹ thuật phạm nguyên chương và những người khác

Đối với các nguyên liệu khi chia nhỏ bị ảnh hưởns tới chất lượng vì nhiệt độ tăng trong quá trình gia công, người ta tiến hành phương pháp nghiền lạnh để loại trừ khả năng sinh nhiệt cũn

• Không xé sách

Ị،"hA

٠

١

'ѵ

، ؛ ؟Ѵ

LỜI NÓI ĐẨU

، 1

،

ﺍ،ﺍﺍﺍﺓ ٩

tiình

؟, chươn )

' Hoú kS

٢ ﺍﺍ(.)

؛ u)n

؛ lọc K

؛ Đ، n Kixoa Hoii, Trườn

ﺃﻻ ﺍ ﺍ

' lọc' nà ١

؛ dìing c

ﺍ

'

ﺍﺍﺍﺁ ١

.

،؛, tluidt cơ s

١

\ Hod lc

ﺍ

؛

١ ﺍﺍ-ﺃﺍ

؛ n

ﺍ 0 ﺍﺍ(؛

ị Hod

؛ « ng

ﺍﺓ ﺍﺍ ١ ﺍ

؛ ز

’ ١

cho

،،

’ ١

7(~;siiii^ \>à nâng cao nhầm plìiic

luii gồn ١

' ư، (ư bìẻn sopn Idn n، 'i ١

؛ ١

Hod k

ﺁﺃﺍﺍ؛ﺍ ١

' Cudn 2: Bdì !dp Hod kS

١ i't bti ngdnli Hod

؛

l ndn ١ ١

ﺍﺍ

1

' ١

u) sl ١ lr

؛ c

، 1 clíing d ể gid ١ g nd ١ ﺃ)-ﺃﺍﺃﺍﺍ

)

Gldt

ư.ic

١ tọc Hod tạo cít nltdn kltoti

í't ١

؛ tu، )t tdclt cltdt (30 t

؛ Plidn 1 : K n t

30 tiẻ't ١

؟ (

١ ﺍ

'

ﺍ'ﺍ

t Itdnlt pltdit

؛ Plidn 11: KS' tl ١ i، ، )t tiế

.

١ ﺃ

'

ﺍ؛ﺝ

15 ( cơ

ﺀ

\ tlưiột

: 111 Pltdn

Pltdn IV: KS' tltưột ItSti cơ (15 tiết ١

Plidn "K\ tltưột tdclt cltdt" do cdc tdc gíd PlùỊm Ngi(>'ên Cltiíơttg, Hd

DiễmTrơưg biên soçin

Pltdti "K^ tlưiột tiến lidnlt pltdn (fng" do cdc tdc gid NgirỵễnVctn Nội Pltụni HdngViệt biên sơụn

.

d Itdii cơ" dơ cdc tdc gid

' ١

Pltdtt " K tlưiột sdn xndt cdc Itợp cltdt \'ô cơ

d Ho، i HditTltit

' ١

ễmTr، ، ng

؛ D

ﺍ ٠ ﺝ

؟

؟ ﺍﺍ ٧

؛،

Cln’، bién cuốn sdclt;TS Pltụnt Ng

Lời nói đầu

Các tác giả vô cùng cảm ơn khi nhận được những ý kiến của đồng nghiệp và sinh viên vê' những thiến sốt nội dung cũng như hình thức cùa cuốn giáo trình.

Các tác giả

MỤC LỤC

Lòi nói đáu

Phần I KỸ THUẬT TÁCH CHẤT Chương 1 Các phương pháp cơ học tách chất

1.1 Các phương pháp chia nhỏ chất rắn

1.2 Phân loại theo cỡ hạt

1.2.1 Phân loại theo phương pháp sàng

1.2.2 Phương pháp phân loại bằng dòng khống khí (sức gió)

1.2.3 Phân loại bằng dòng

1.3 Các phương pháp cơ học tách chất

1.3.1 Tách chất dựa vào tỷ trọng

1.3.2 Tách bằng phương pháp từ trường

1.3.3 Tách theo phương pháp điện trường

l 3.4 Tách chất theo phương pháp tuyển nổi

1.3.5 Phương pháp lọc

Chương 2 Các phương pháp nhiệt tách chất

2.1 Sấy khô chất rắn

2.1.1 Sấy khô bằng không khí nóng

2.1.2 Sấy khô bằng phương pháp tiệp xúc

2.2 Chưng cất

2.2.1 Cột chưng cất

2.2.2 Các khả năng tiết kiệm năng lượng

2.2.3 Chưng cất hệ nhiều cấu tử

151717

292932333334

35

38

43

45 4848

49

53

53 56

Mục lục

2.4.3 Các quá trình chiết lỏng - lỏng quan trọng trong kỹ thuật

2.5 Tách chất bằng phương pháp hấp phụ

2.5.1 Khái niệm chung

2.5.2 Các chất hấp phụ và ứng dụng của chúng trong công nghiệp

2.6 Tách chất nhờ màng bán thấm

2.6.1 Khái niệm chung

2.6.2 Thẩm thấu, thẩm thấu ngược và siêu lọc

2.7.5 Kết tinh bằng bay hơi

2.7.4 Kết tinh chân không

2.7.5 Kết tinh từ hỗn hợp nóng chảy

576363677474777879

Phần II KỸ THUẬT TIẾN HÀNH PHẢN ÚNG

Chương 3 Giới thiệu về kỹ thuật tiến hành phản ứng

4.1 Sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào nhiệt độ

4.1.1 Sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào nhiệt độ theo định luật

Arrhenius

4.1.2 Sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào nhiệt độ theo lý thuyết nhiệt

động học

4.1.3 Sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào nhiệt độ theo thuyết vá chạm

4.1.4 Sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào nhiệt độ theo thuyết trạng thái

chuyển tiếp

4.1.5 So sánh các thuyết với định luật Arrhenius

4.1.6 Tim cơ chế của phản ứng

4.2 Động học của phản ứng đồng thể

9999

99100

101103103104

Hóa kỹ thuật 7

4.2.1 Tốc độ phản ứng đồng thể

4.2.2 Biểu diễn sự phụ thuộc tốc độ phản ứng vào nồng độ

4.2.3 Mỏ hình động học cho các phản ứng không cơ bản

4.2.4 Tim mô hình động học cho phản ứng

ChưưnỊ^ 5 Giới thiệu chung về tính toán trong các thiết bị phản ứng

Chia/ng ố Tính toán trong thiết bị phản ứng gián đoạn

6.1 Thiết bị phản ứng gián đoạn đẳng tích

6.1.1 Phân tích xử lý các số liệu về áp suất tổng nhận được từ hệ thống

đẳng tích

6.1.2 Phương pháp tích phân để xử lý các số liệu thực nghiệm

6.2 Phản ứng có thể tích thay đổi

Chương 7 Các thiết bị phản ứng lý tưởng

7.1 Giới thiệu chung

7.2 Tliiết bị phản ứng khuấy lý tưởng gián đoạn

7.3 Thời gian lưu biểu kiến và tốc độ thể tích biểu kiến

7.4 Tliiết bị phản ứng khuấy lý tưỏng liên tục

7.5 Tliiết bị phản ứng ống dòng

7.6 Thời gian lưu thực t và thời gian lưu biểu kiến X

7.6.1 Thiết bị khuấy lý tưcíng liên tục IMR

7.6.2 Thiết bị ống dòng PFR

Chương 8 Hệ thống các thiết bị phản ứng

8.1 Hệ thống các thiết bị ống dòng PFR mắc song song và nối tiếp

8.2 Hệ thống thiết bị phản ứng gồm các IMR có thể tích bằng nhau mắc nối tiếp

105 109

116

117

118 133

135136137138

139 142142143

145

146 148148

149 149149150

9.2.3 Các phản ứng khi thu nhiệt

9.2.4 Quá trinh tự cung nhiệt

9.3 Các phản ứng trong pha lOng

Chương 70 Kỹ thuật sản xuất các loạỉ axít

10.1 Sản xuất axit suníuric

10.1.1 Sản xuất axit suníuric theo phương pháp tiếp xúc

10.1.2 Sản xuất axit suníuric theo phương pháp nitrozo

10.2 Sản xuất axit nitric

10.2.1 Sản xuất khí nitơ monoaxit và nitơ đioxit

10.2.2 Phương pháp sản xuất axil nitric loãng

10.2.3 Phương pháp sản xuất axit nitric đặc

10.3 Sản xuất axit clohyđric

10.3.1 Sản xuất khí hyđroclorua - HCl

10.3.2 Sản xuất axit clohyđric

10.4 Sản xuất axit photphoric

10.4.1 Sản xuất axit photphoric bằng phương pháp trao đổi

10.4.2 Sản xuất axit photphoric bằng phương pháp nhiệt

Chương I I Kỹ thuật sản xuất các bazơ

11.1 Sản xuất natri hyđroxit

11.1.1 Các quá trình điện hoá

11.1.2 Nguyên liệu

11.1.3 Phương pháp điện phân có màng ngăn

11.1.4 Phương pháp điện phân sử dụng catot thuỷ ngân

203203209211

211

21421621,7217218219

220 222

225225

226

227 229

Hóa l،ỹ thuật

11.2 Sản xuất amoni hyđroxit

11.3 Sản xuất canxi oxit và canxi hyđroxit

Chưomg Ị 2 Sản xuất m ột sô muôi vô cơ quan trọng

12.1 Công nghệ khai thác và tinh chế các muối

12.1.1 Khai thác và tinh chế muối NaCl

12.1.2 Khai thác và chế biến muối KCl

12.1.3 Khai thác và sản xuất bari suníat

12.2 Tổng hợp một số muối vô cơ thông dụng

12.2.1 Phương pháp chuyển hoá tương hỗ sản xuất sođa

12.2.2 Phương pháp chuyển hoá tương hỗ sản xuất kali nitrat

12.2.3 Phương pháp chuyển hoá tương hỗ sản xuất amoni suníat

12.2.4 Tổng hợp KKO3 từ KCl và HNO3

12.2.5 Phương pháp trung hoà sản xuất amoni nitrat

12.2.6 Sản xuất phân ure - NH2CONH2

12.2.7 Sản xuất phân supephotphat đơn

12.2.8 Sản xuất phân supephotphat kép

12.2.9 Sản xuất phân tổng hợp NPK

12.3 Phương pháp oxy hoá điện hoá sản xuất một số muối vô cơ

12.3.1 Sản xuất kali clorat và peclorat

12.3.2 Sản xuất muối kali pemanganat

Chương 13 Sản xuất một số vật liệu silicat và vật liệu kết dính

13.1 Công nghệ sản xuất thuỷ tinh

13.2 Công nghệ sản xuất đồ gốm

13.3 Công nghệ sản xuất ximăng

232235

239239243246246247250251253

273276277

Phần IV KỸ THUẬT HỮU C ơ

Chương 14 Dầu mỏ và lọc ٠ hóa dầu

14.1 Dầu mỏ và các sản phẩm chính của nhà máy lọc - hoá dầu

14.2 Các phưcmg pháp chúứi của lọc - hoá dầu

14.3 Chưng cất dầu thô

14.3.1 Rửa mặn dầu thô

14.3.2 Chưng cất khí quyển dầu thô

14.3.3 Chưng cất chân không

283288290290290293

10 M ục lục

Chương 15 Chê biến dầu mỏ bằng các phương pháp dùng xúc tác

15.1 Cracking xúc tác

15.1.1 Chất xúc tác cracking

15.1.2 Các phản ứng xảy ra trong cracking xúc tác

15.1.3 Cơ chế chuyển hoá

15.1.4 Cracking trong công nghiệp

17.1 Cơ chế hoá học của reforming xúc tác

17.2 Reforming xúc tác trong công nghiệp

Chương 18 Các phương pháp tổng hợp làm tâng chi’ sô octan của xàng

18.1 Đồng phân hóa hyđrocacbon

18.2 Phương pháp oligome hoá

18.3 Ankyl hoá olefin

18.4 Xử lý hoàn thiện

Chương 19 Khí tự nhiên

Chương 20 Than và các phương pháp chê hoá than

20.1 Khí hoá than

20.1.1 Cơ sở hoá học của phương pháp

20.1.2 Các phương pháp khí hoá than

20.2 Nhiệt phân than

299 301

303304

305306

309309310310311

313313314315315316318319

Hóa kỹ thuật 11

Chiùtng 2 / Kỹ th u ậ t tổng hợp hữu cơ từ các nguổn nguyên liệu thực vật

21.1 Ý nghĩa của các nguyên liệu từ thực vật

Chương 22 Phẩm màu

22.1 Màu và nhuộm màu lên vật liệu

22.2 Kỹ thuật sản xuất màu

22.3 Các chất tạo màu trong thực vật

347352355

:٠ﻰﺑذ:· ١ .

Phầnl

KỸ THUẬT TÁCH CHẤT

؛ﺯ ۶ -

ي ٠ ه ي ٠ ه؛

51 ·

Í ■I

؛؛؛.،

.إ ٠ S -

I; آل > „ ا - ؛< د

Mục đích của việc chia nhỏ chất rắn nhằm:

1) Chuấn bị nguyên liệu cho quá trình tách chất

2) Chuẩn bị nguyên liệu cho các phản ứng hóa học

3) Tạo ra các hạt chất rắn có kích cỡ theo yêu cầu chất lượng của sản phẩm cuối.Quá trình chia nhỏ chất rắn ở đây cần lưu ý đến độ cứng của nguyên liệu và độchia nhó của chất rắn

Tuỳ theo yêu cầu của độ chia nhỏ, người ta sử dụng các phương pháp công nghệ thích hợp như đập, nghiền, cắt v.v

Độ ci'mg ở đây chính là độ cản chống lại của vật thể này lên một vật thể khác khi tác dụng vào nhau

Độ chia nhỏ n được

xác định bởi tỷ lệ của

đường kính hạt nguyên liệu

đem chia nhỏ D và đường

kính hạt sau khi dã chia nhỏ

d:

D

// =

d D: đường kính hạt nguyên

liệu; d: đường kính hạt sau

khi chia nhỏ

c)

Hình 1.1 Mô tả các lực cơ học dùng đế chia nhỏ chất rán

và được thực hiện nhờ các máy đập, máy xav, máy nghiền

(còn tiếp)

16 Chương L Các phương pháp cơ học tách chất

3 vòng bi treo ; 4 cơ cấu cam.

Đường nạp nguyôn liệu

d)

1 roto; 2 lười nghiển; 3 xích treo.

Chuyển động của bi cho thiết bị nghiền bi:

a) nghiền thô b) nghiền tinh.

H ình L l Mô tả các lực cơ học dùng để chia nhỏ chất rắn và được thực hiện nhờ

các máy đập, máy xay, máy nghiền (tiếp theo).

Hóa kỹ thuật 17

Máy dập búa đê đập những tảng nguyên liéu có kích cỡ từ 0.2 đến 1,5 m thành nhữne hạt cỡ từ 25 đến 350 mm M؛íy đập búa phục vụ cho \'iệc đập thô các tảng nguyên liệu lớn công suất máy có thể đạt từ 5 đến 1200 lấn/giờ

Máy xay trục lãn dùng xay các hạt nguyên liộu có kích cỡ từ 100 dến 350 mm thành các hạt có cỡ từ 15 dến 80 mm, công suất đạt từ 50 dến 1200 tấn giờ

Máy nghiên bi có khả năng nghiển hạt nguyên liệu từ 20 đến 30 mm thành hạt sán phám nhỏ hơn 0,1 min, công suất máy dạt từ 2 đến 60 tấn/giờ

Trong lất cá các phương pháp chia nhỏ chất rắn người ta tiến hành gia công ở dạng khô Máy nghiền bi có thể nghiền ưót, nguvên liệu cần nghiền được tạo huyền phù với nước v،à được nghiền nhỏ nhờ những quả cầu bằng sứ hoặc bằng thép không nhiễm

từ, người ta cũng có thể tăng hiệu suất nghiển bằng cách cho thêm chất trợ nghiền

Đối với các nguyên liệu khi chia nhỏ bị ảnh hưởns tới chất lượng vì nhiệt độ tăng trong quá trình gia công, người ta tiến hành phương pháp nghiền lạnh để loại trừ khả năng sinh nhiệt cũng như khả năng bay hơi của các chất thơm như cà phê v.v

1.2 PHÂN LOẠI THEO c ỡ HẠT

Sau khi đập, xay, nghiền ta thu được một hỗn hợp các hạt sản phẩm có kích cỡ khác nhau Quá trình phân loại dựa theo kích thước hình học của hạt hoặc tách các cấu

tử dựa theo tính chất vật lý để phục vụ cho việc tách hỗn hợp trên thành từng loại hạt có kích cỡ déu nhau

Dừng phương pháp phân loại bằng sàng v،à lách loại bằng dòng không khí cho các sản phám gia công khỏ và dùng phương pháp phân loại bằng dòng và xiclon thuỷ lực cho các sản phẩm gia công ướt

1.2.1 Phân loại theo phưorng pháp sàng

Việc tách các hạt chất rắn có cùng kích cỡ hình học nhờ các tấm đáy sàng có kích thước lỗ khác nhau, sàng rung động đế cho các hạt có đường kính nhỏ hơn lỗ sàng chui qua còn các hạt có

đưòng kính to hơn sẽ bị

giữ lại Phương pháp

phân loại theo sàng thích

18 Chương I Các phương pháp cơ học ،ách chất

Hình 1.2 mô tả thiết bị phân loại theo sàng Tưỳ theo cấu trúc sàng, các hạt chuyển động theo hình tròn hay hình elip hay chuyển động thẳng

1.2.2 Phương pháp phân loại bằng dòng không khí (sức gió)

Phương pháp này được ứng dụng cho phân loại hạt khô (độ ẩm dưới 5 ^ 6%),

các hạt có đường kính từ 3 mm đến 10 mm Độ lớn của hạt phân loại được điều chỉnh theo độ thổi mạnh của dòng không khí Thiết bị phân loại bằng sức gió tương tự như máy quạt thóc để tách loại hạt lép, hạt mẩy

Hình 1.3 mô tả thiết bị tách bằng sức gió Các thiết bị này bao gồm các bộ phận: nguồn tạo ra luồng gió, buồng nạp nguyên liệu, buồng hứng hạt nặng, hứng hạt nhẹ và thiết bi khử bui

Hình 1.3 Thiết bị tách bàng sức gió:

1) buồng nạp nguyên liệu; 2) trục điều chinh cho nguyên liệu vào; 3) buồng thổi gió;

4) nguồn tạo ra luồng gió; 5) buồng hứng hạt nạng; 6) buồng tách; 7) xiclon;

8) buồng hứng hạt nhẹ; 9) thiết bị khử bụi và xả khí.

1.2.3 Phân loại bằng dòng

Đây là phương pháp phân loại ướt để tách các hạt hỗn hợp trên cơ sở về quan hệ khác nhau của các hạt trong hỗn hợp đối với quá trình chuyển động trong môi trường chất lỏng

Các hạt có độ lớn khác nhau dưới tác động của các lực sẽ có các đường chuyển động khác nhau Lực tác động ở đây là lực cản, lực trọng trường, lực ly tâm, lực quán tính v.v

Giả thiết chuyển động rơi, chìm đều của quả cầu trong môi trường chất lỏng, các lực tác động lên quả cầu là lực trọng trường Tp, lực cản F \v , lực đẩy f١٨ , ta có:

٠٠

.

'

X ầ ề

! ٠١.١

٠f ٠٠í،.-4 ٠١٠

.

0 3 )(1.4)

Iroilg đó : V : thể tích của quả cầu (hạt):

p : tỷ ti'ọng cùa cliất lOiig;

g : gia tốc trọng trường;

r : tỷ trọng cùa hạt chất rắn.

n : độ nhớt của chất lOng;

١' : tốc độ của quả cầu rơi;

/- : bán liính quả cầu;

Thay các phương trình (1.2), (1.3), (1.4) vào (1.1) ta có :

áp ،lụng theo dỊnh luật Stockes trong vùng mà chỉ số Reynolds Re < 0,6.

Phương pháp phân loại bằng dOng dUng cho các hạt có kícli cỡ dưới 1 mm

Hinh l Mỏ tả các thiết bị phán loại bàng dòng:

a) Thiết bị phàn loại kiêu nằm ngang: b) Tliiết bị phân loại kiểu thảng đứng:

1) hỗn hợp đầu: 2) hạt tinh: 3) hạt thô 1) hồn hợp đầu; 2) hạt tinh: 3) lưới sắt:

4) đường dẫn nước vào; 5) hạt thô.

Ngày nay trong công nghệ hóa học người ta thường dùng máy phân loại dòng kiếu ly tâm ưói Các hạt nặng rơi xuống phía dưới còn các hạt nhẹ sẽ theo dòng hướng lẻn phía trẽn và tràn ra ngoài

20 Chương 1 Các phương pháp cư học tách chát

Hinh 1.5 Xiclon thuỳ lực :

a) Sơ đồ xiclon thuý ỉực

Các cấu tử có thể tách ra khỏi nhau một cách dễ dàng nếu ta cho thêm vào một dung dịch chất lỏng có khối lượng riêng nằm giữa tỷ trọng của hai cấu tử cần tách Các dung dịch huyền phù có hạt rất mịn của các chất có tỷ trọng lớn cần được điều chê để tỷ trọng riêng của chúng nằm giữa tỷ trọng của quặng và tỷ trọng chất rắn cần tách Các dung dịch huyền phù này được gọi là chất lỏng nặng

Ví dụ ta có dung dịch huyền phù và lerrosilic trong nước, tỷ trọng p - 6,7 g/cm \ Dung dịch huyền phù Barytin trong nước có p - 4,3 đến 4,7 g/cm \

Dung dịch huyền phù cát thạch anh trong nước cổ p = 2,6 g/cm \

Các dung dịch huyền phù được khuấy liên tục để không bị lắng, nó tác dụng như các chất lỏng đồng thể

Trong phòng thí nghiệm thường dùng các chất lỏng bromoíorm, pentacloetan.Phương pháp tỷ trọng được ứng dụng đầu tiên để tách than đá khỏi đá quặng

Hinh 1.6 Mỏ tả các thiết bị tách loại bàng phương pháp tỷ trọng:

а) Sơ dò máy tách loại hlnh trống:

1) đường nạp của hỗn hợp đầu;

1) đường nạp hỗn h(.;yp đầu;

22 Chương ỉ Các phương pháp cơ học tách chất

1.3.3 Tách theo phương pháp điện trường

Phương pháp nà؛' được tiến hành nếu trong hỗn hợp tách có chứa các hạt chất rắn

có khả năng dẫn điện và hạt không dẫn điện (có độ dẫn điện riêng nhỏ hơn 10

Q 'cm 'ì quan trọng ở đây là làm thế nào để tích điện khác dấu cho các hạt cần tách

Hình 1.7 Mỏ tả các thiết bị phân loại bàng từ:

a) Thiết bị tách loại khô hình trống:

1) dường nạp nguyên liệu;

b) Thiết bị tách loại ướt:

1) đường nạp nguyên liệu;

Tích điện trong điện trường phát quang do sự phóng điện trong chất khí, các ion khí sẽ có cùng dấu như điện cực phát quang, các ion khí này sẽ tích điện cho các tiểu phân chất rắn

Khi đưa một hỗn hợp tách qua một trục quay là điện cực dương và được nối với đất Còn điện cực đối diện là điện cực âm thì các chất không dẫn điện chỉ bị phân cực và bám dính vào trục quay, các chất dẫn điện sẽ tích điện dương và bị đẩy khỏi trục quav

Hóa kỹ thuật 23

Hình L8, Thiết bị mỏ tả phương pháp phàn loại bàng điện trường (tích điện cho các hạt chất rán

theo phương pháp phàn cực tiếp xúc):

1) đường nạp nguyên liệu:

2) điện cực dương là trục quay:

3) điện cực âm đối diện với trục quay;

4) bộ phận cần gạt hạt không dẫn điện:

5) hạt dẩn diện;

6) hạt không dẳn điện.

1.3.4 Tách chất theo phương pháp tuyển nổi

Phương pháp tuyển nổi dùng đê tách hỗn họp chất rắn hạt mịn và rất mịn dựa trên tính kỵ nước của bề mặt một trong các chất này

Khi huyền phù hóa hỗn hợp chất rắn và thổi vào dung dịch những bong bóng không khí nhỏ thì các tiểu phán chất rắn kỵ nước sẽ di lên phía trên theo bọt không khí, còn các tiểu phân chất rắn không kỵ nước sẽ chìm xuống đáy Trước khi tuyển nổi hỗn hợp chất rắn được đem nghiền nhỏ sau đó đem huyền phù trong nước và trộn với hóa chất có tính hấp phụ trên bề mật của một trong các cấu tử cúa hỗn hợp Trên bề mặt của hạt cấu tử này bị phủ toàn bộ hoặc một phần chất tuyển nổi, do đó các tiểu phân này trở nên kỵ nước và háo không khí Hoá chất kỵ nước này gọi là chất thu góp

Chất tạo bọt có tác dụng làm bền bọt khí trong quá trình tuvển nổi

Người ta chia chất tuyển nổi thành ba nhóm: chất thu góp, chất tạo bọt và chất điều chỉnh

Chất thu góp thường được dùng là các hợp chất hữu cơ có chứa một nhóm ưa nước (phần lớn là nhóm ion) và một gốc hyđrocacbon (nhóm kỵ nước) Nhóm ưa nước

có thể là anion hoặc cation, ta gọi là chất thu góp hoạt tính hoặc hoạt tính cation

Chọn chất thu góp có ý nghĩa quan trọng trong quá trình tuyển nổi, người ta đã biết một sô' chất hữu cơ làrn chất thu góp thích họp cho một nhóm khoáng xác định

Các ankylamin bậc nhất có độ dài mạch khác nhau dùng để tuyển nổi muối khoáng sylvin từ hỗn họp các clorua và sunfat kim loại kiềm và kiềm thổ Quá trình

24 Chương 1 (,:ﻦﻧا pliuơng pháp cư l١ọc tác!i ch ؛ l't

tưyểii nổl cOii phụ thuộc vào các yếu tố nhu ٥ộ baza, tỷ t!ạng cUií huyéii phù, nhiệt độ v.v Các bọt khi ỏ dây có vai trò rất tjuan trọng, nó phih có độ lớn xác đỊnh luỳ tlico khoíing cần tuyển nổi, bọt khi phải bền, không dược \'ỡ hoặc kê't liạp với nhau, nê'u không sẽ làm chim lại các phần khoáng dă nổi lên phía trên

Chá.t ilìLi góp

hoạt t(!ìh anion

Xanthogenal R-OCS ٦

Cacboxy!at R-COO-

R là iihOm ankyl.

Chất tạo bọt ờ dây thường là phenol, rượu béo hoặc dẫn xuất tecpen

Chất diều clíỉnh nhằm giUp cho chất tạo bọt tăng kha năng ky nước cUa chat tliu góp tuỳ tlieo ،ừng loại của cấu tử cần tuyển nổi

Chất tạo bọt cũng là một hợp cliất hoá học có hoạt tinh bề mặt, nó làm giảm sức căng bề mặt cUa nước nằm ở bề mặt phân chia giữa nước và khOng khi

Phưang pháp tuyển nổi trên dược sử dụng hầu hết cho khoáng nặng, 90% khai thác mỏ quặng sunfua cùa chl, kẽm, dồng trên thế giới dều ứng dụng phưang pháp này

Cỡ hạt cliất rắn dược chia nhỏ dể tuyển nổi như quặng 0,3 mm, muối 0,7 mm và than 0,1 mm

-ر / : j f

ب ·;-'زر

Hinh 1.9 Mó tả sơ dồ thUng tuyển nổi:

1) máy khuâ.y để hút khOng khi và dịch tuyến nổi; 2) trục giữa dẫn khí;3) lưới:

4) thiết bị gạt bọt; 5) đường dẫn dOng chảy của chất tạo bọt và các hạt khoáng ky nước.

Hình 1.10 Sơ đó các quá trình tuyển nổi bao góni: tuyển thò, tuyển tinh

và tuyển thu hồi:

a) dòng chất trong quá trình tuyển nổi; b) sơ đồ khối của thiết bị tuyển nổi.

Người ta chia ra ba loai lọc là: lọc bánh (hay còn gọi là lọc sàng, lọc bề mặt), lọc với dòng huyền phù chảy ngang trên màng lọc và lọc sâu

Các tiểu phân rắn có kích thước lớn hcm lỗ của vật liệu lọc được giữ lại, còn chất lỏng được đi qua Lớp chất rắn được giữ lại ở trên lổfp vật liệu lọc có tác dụng như một

26 Chương I Các phương phíip CO' !lọc ،ách chất

lớp lọc phụ (lọc biinh) Nếu chất rắn ờ dạng thỏ, cứng khOng bị ép lại khi áp suà't tàng thi

٩uá trinh lọc sẽ nlíanli hơn, vì có khoảng trống dế chất lỏng di qua ١'à chảy xuống phía dưới Bản chất của châ't lỏng cũng ảnh hưởng tới quá trinh lọc do sức căng bề mặt và độ nliOt cUa chất lỏng

Quá trlnli lọc phụ thuộc vào nhiều yê'u tố và dược b؛ểu diễn bởi phương trìnli lọc:

Phương trinh (1.8) dể xác dinh các dại lượng a và p

٧ật liệu dUng làm màng lọc có thể là khãn vải, lưới dệt sợi tổng hợp, sợi thuỷ tinh, dây kim loại, các tấm lỗ xốp bằng nhựa tổng hợp, lớp lỗ xốp bằng kim loại, bằng gốm sứ hoặc trong các trường hợp dặc biệt vật liệu lọc làm bằng các lớp cát, lớp sỏi, đá dăm hoặc than hoạt tínli (ví dụ trong lọc trong nước sinh hoạt)

Trong kỹ thuật ngươi ta thương sử dụng các máy lọc ly tâm, lọc áp suất và lọc hút chân khOng

Máy lọc hút chân khOng dược trinh bày 0 hình 1.1 la Dây là thiết bị lọc hút chân khOng hình trống có chia nhiều ngăn với dường kinh tới 3 m và diện tích lọc tổng cộng

100 m1/3 ؛ trống dược dặt chim vào dung dịch huyền phù cần lọc Bề mặt trống dược căng một tấm sàng lỗ dể làm dế giữ lớp màng lọc Bên trong trống dược chia làm nhiều ngăn Trống quay nhO bộ diều khiển chương trinh mà lần lượt các ngàn dược vận hành theo chu kỳ với bộ phận hút chân khOng, bộ phận phun hoi nước hoặc khi nén Nhờ vậy các quá trinh lọc, liUt khô, rửa bánh lọc, thổi khi nén và tái sinh lại màng lọc bằng hoi nước dươc tiến hành

Hoa kv tiuiâí 27

Vịộc tạo chân không nhờ các thiết bị bơm hút và được trình bày ở hình 1.1 Ib

H ình I Ỉ I a Phương thức làm việc của máy lọc chán không hình tròng có nhiều ngân:

1 trống lọc; 2 bã lọc; 3 dây nối giữa trống lọc và bộ điều khiển; 4 bộ điều khiển; 5 đường ra của khí nén từ bộ (liều khiển; 6 đường ra của hơi nước từ bộ điều khiển; 7 bộ phận nối với chân không của bộ

điều khiến; 8 bể đựng dung dịch cần lọc; 9 bộ phận khuấy chống lắng.

Nước

Hình I I I h Sơ đồ thiết bị lọc chân không hình trống có nhiều ngăn

1 bể dựng dung dịch; 2 bơm tuần hoàn; 3 thiết bị lọc; 4 dịch lọc ; 5 đường ra của dịch lọc;

6 bộ phận ngưng tụ: 7 đường ra của bộ phận ngưng tụ.

2.1.1 Sấy khô bàng không khí nóng

Theo phương pháp này, người ta cho chất rắn cần được sấy khô tiếp xúc với dòng không khí nóng chứa lượng hơi nước ít hơn so với giá trị bão hòa Không khí nóng sẽ nhận hơi nước từ chất rắn cần làm khô và bị nguội đi vì mất nhiệt để hóa hơi nước Vì không khí bị nguội đi nên giá trị bão hòa của hơi nước (áp suất của hơi nước) bị giảm Quá trình làm khô sẽ dừng lại khi thành phần của hơi nước trong không khí đạt tới giá trị bão hòa

- Giai đoạn làm khô thứ nhất: Tách các phân tứ

Giai doạn làm khô thứ hai

Tliời sian

Hinh 2.1 Quá trinh theo thời gian của sấy khỏ chất rán Ban đầu, quá trình làm khô xảy ra dễ dàng với sự bốc hơi của các phân tử nước trên bề mặt chất rắn Khi bề mật chất rắn đã khô thì các phân tử nước nằm trong các lỗ mao quản bị hóa hơi và tách ra Quá trình này xảy ra tương đối khó khăn vì áp suất hơi

30 Chương 2 Các phương pháp nhiệt tách chất

của chất lỏng trong các lỗ mao quản nhỏ hơn so với áp suất hơi của chất lỏng trên bề mặt lớn Ngoài ra, vì phải khuếch tán ra từ các lỗ mao quản nên tốc độ hóa hơi bị giảm

Biểu diễn hàm lượng nước còn lại trong chất rắn cần làm khô theo thời gian ta thấy, sau khi tách nước trên bề mật có xuất hiện điểm gãy phân chia hai giai đoạn làm khô ở giai đoạn làm khô thứ hal, tốc độ làm khô nhỏ hơn so với ở giai đoạn làm khô thứ nhất Tốc độ làm khô giảm theo hàm lượng nước trong chất rắn giảm vì sự làm khô xảy ra ở các lỗ mao quản ngày càng nhỏ hơn Sau đây chúng ta xem xét một số thiết bị sấy khô trong kỹ thuật

Hầm sấy: Chất rắn cần làm khô được chất trên các xe đẩy hoặc băng chuyền đi

qua hầm sấy Không khí nóng được thổi vào hầm theo hướng cùng chiều, ngược chiều hoặc vuông góc so với hướng chuyển động của chất rắn Việc dẫn ngược chiều của chất rắn và không khí nóng chỉ được thực hiện khi chất rắn cần làm khô hoàn toàn bền nhiệt Đối với các chất rắn hữu cơ như polyme tổng hợp hoặc các sản phẩm nông nghiệp, độ bền nhiệt và bền oxy hóa chỉ giới hạn khoảng trên 10Ơ’C, vì vậy không thể sấy khô

chúng bằng không khí nóng có nhiệt độ lớn hơn 200’١c ở trường hợp này, người ta tiến

hành sấy khô theo phương pháp dòng cùng chiều

Sử dụng hầm sấy có nhược điểm là trong quá trình sấy, chất rắn không được dảo trộn và do vậy bề mặt sấy của nó không được đổi mới

Băng sấy: Chất rắn cần làm khô được đảo trộn khi chuyển từ bãng này sang

băng khác, do đó các tiểu phân chất rắn cần làm khô luôn được tiếp xúc lặp đi lặp lại với không khí nóng Bàng sấy có ưu việt hơn hầm sấy ở chỗ xây lắp gọn hơn

Lò sấy tầng: Chất rắn cần làm khô được đưa vào tầng trên cùng và được đảo trộn

nhờ các răng cào gắn với cánh tay đòn và gắn vào trục trung tâm quay Ràng cào còn đảm nhiệm cả việc chuyển chất rắn xuống tầng dưới Tùy theo độ bền nhiệt của chất rắn cần làm khô mà người ta dẫn không khí nóng vào lò sấy theo hướng cùng chiều hoặc ngược chiều

Trống sấy: Sử dụng trống sấy thích hợp với các mẻ sấy lớn Trống sấy là một

ống dài chuyển động quay xung quanh trục của nó, có xây lắp bên trong ống để tạo sự đảo trộn rất tốt chất rắn cần làm khô ở đây chất rắn được sấy bằng không khí nóng

Sấy dòng: Một bề mặt với hiệu quả làm khô lớn được tạo nên khi chất rắn cần

làm khô được kéo theo trong dòng không khí nóng và sau đó khi chất rắn đã khò, người

ta làm giảm tốc độ dòng không khí hoặc dùng xiclon để tá٠،h các tiểu phân chất rắn đã làm khô ra khỏi dòng không khí Sấy dòng chỉ được dùng để sấy chất rắn có cỡ hạt trung bình và với một lỗ độ lớn hạt hẹp Nếu chất rắn ở dạng bụi sẽ đòi hỏi chi phí rất lớn để tách chúng khỏi dòng không khí Nếu chất rắn ở dạng các cục lớn thì để chúng nằm trong dòng không khí nóng sẽ đòi hỏi tốc độ dòng không khí rất lớn

Hinh 2.2 Các khả năng có ؛٤nh chà.t nguyCn tắc tíCn hành !íèn ti.،c sấy khở bằng khO khi nóng I

a) hầm sấy: b) bàng sấy: c) 10 sấy tầng.

KÉgktu

| UO0

C t ، â i c Í Q ، m ٠ i ٠

ءﻞﻫ

، Cbet cia

Hình 2.3 Các khả nâng có tinh chất nguyên tắc để t؛é'n hành

!lên tục sấy khO bàng khOng khi nOng II:

a) trống sấy; b) sấy dOng.

Tất cả các thiết bị làm kho chất rắn bằng khOng khi nOng dã nói ở trên clií dược dùng khi chất rắn cần làm kho ở dạng các hạt nhỏ Dể làm bay hơi dung dlch có chứa chất tan hoặc làm bay hơi dung dịch huyền phù, dồng thOi với việc làm kho chất rắn còn lại ngươi ta dUng thiết bỊ sấy phun

32 Chương 2 Các phưong pháp nhiệt tách chất

Hinh 2.4 Sấy phun gồm miệng phun xiclon và lọc ống.

Sấy phun: Dung dịch hoặc huyền phù được phun qua một miệng quay trong

dòng không khí nóng, như vậy nước sẽ bay hơi và chất rắn còn lại được sấy khô Người

ta tách các tiểu phân chất rắn đã khô khỏi dòng không khí nhờ sa lắng hoặc bằng xiclon hoặc bằng cái lọc ống Trong kỹ thuật, người ta dùng sấy phun để sản xuất bột giặt và để tách nhũ tương PVC

Việc sấy khô các muối vô cơ bằng không khí nóng nhìn chung không có gì khókhăn

2.1.2 Sấy khô bằng phương pháp tiếp xúc

Trong phương pháp sấy khô tiếp xúc, người ta đưa chất rắn cần làm khô tiếp xúc với bề mặt đốt nóng

Do sự truyền nhiệt đến các lớp chất rắn tiếp theo rất kém nên việc làm khỏ tốt chí có thể đạt được khi bề mặt đốt nóng có nhiệt độ cao và lớp chất rắn sấy phải nóng hoặc thường xuyên đảo trộn để đổi mới lớp chất rắn tiếp '؛úc với bề mặt đốt nóng 0 phương pháp sấy khô tiếp xúc có thể tiến hành sấy trong chân không và có thể thu hồi dung môi thoát ra trong quá trình sấy

H inh 2.5 Các khả năng có tinh chảt ngu^çn tác tien hành lìén tục

sấy khở bàng phưtmg phá^ t؛è'p xUc:

a) máy làm khồ bằng trpc ٩ ưay (được gia nhiệt bằng điện hay hơi nóng):

b) n ١ áy làm khỡ bàng phương pháp cào xoắn (triic ٢ uột máy và vỏ dược gia nhiệt bàng diện hay hơi nOng).

2.2 CHUNG CẤT

2.2.1 Cột chưng cất

Dể tách chất bằng phương pháp chưng cat, thông th ư ơ g người ta phải sử dụng cột cất có chứa'các dĩa (dla chuông, dĩa rây, ,) hoặc c!iứa các chất nhồi cột Các d a hoặc châ.t nhồi cột có nhiệm vụ làm dễ dàng clio sự trao dổi chất giữa pha hoi di lên trong cột và pha lỏng chảy từ trên xưống Quá trinh trao dổi chất có tinh quyết định dến mức độ tác dụng tách cùa cột

34 Chương 2 Các phuưn؛؛ pháp nhiệt tách chất

Đem nạp hỗn hợp ban đầu đã được đun nóng trước tới sỏi liên tục \'ào khoáng giữa cột Cung nhiệt tại đáy cột để hóa hơi hỗn hợp cần lách, ở đầu cột có lắp Ihiẽt bị trao đổi nhiệt có nhiệm vụ làm ngưng tự hơi của cấu lử dễ bay hơi ở đầu cột Một phần chất lỏng ngưng tụ được dẫn hồi lưu về đầu cột, phần còn lại được lấv ra và dược gọi là sản phẩm đầu cột ở những thiết bị chưng cất lớn trong kỹ thuật, người la không lắp thiết bị trao đổi nhiệt ở phía trên của đầu cột, theo cách lắp này, phần chất lỏng hồi lưu

do trọng lực có thể tự chảy về cột, mà lắp thiết bị trao đổi nhiệt ở bên cạnh cột Sõ dĩ vậy

là do hai nguyên nhân sau:

- ở các cột chưng cất lớn, thiết bị trao đổi nhiệt có khối lượng rất lớn, mà lại lắp đặt nó ở phía trên đầu cột điều đó làm tốn kém do chi phí giá đỡ

- ở chưng cất cao, việc lắp đặt thiết bị trao đổi nhiệt bên cạnh cột có lợi hơn so với lắp thiết bị trao đổi nhiệt ỏ phía trên đầu cột về phương diện năng lượng vì chi phí năng lượng cho việc dẫn một lượng tương đối nhỏ của sản phẩm hồi lưu về đầu cột nhỏ hơn nhiều so với chi phí năng lượng để dẫn một lượng lớn hơn nhiều của nước làm lạnh

ở đáy cột, người ta lấy sản phẩm ra liên tục Trong chưng cất hệ hai cấu tử, sán phẩm đáy cột là cấu tử khó bay hơi

Phương pháp chưng cất không cho ta sản phẩm tinh khiết tuyệt đối Đòi hỏi về mức độ tinh khiết của sản phẩm đầu cột và đáy cột được xác định trên cơ sở của các tiêu chuẩn về mặt kinh tế và kỹ thuật Mức độ tinh khiết của sản phẩm quyết định chi phí của quá trình chưng cất mà người ta phải tiến hành Ngoài ra, các dữ kiện về cân bằng lỏng hơi của hệ cần tách cũng có tính quyết định về chi phí cho quá trình chưng cất

Trên cơ sớ các dữ kiện cân bằng lỏng hơi của hệ cần tách bằng phương pháp chưng cất, người kỹ sư công nghệ tính toán thiết kế lên cột cất thích hợp Khi đã biết cân bằng lỏng hơi của hệ cần tách và biết đòi hỏi về độ tinh khiết của sản phẩm đầu cột và đáy cột, người ta có thể xác định tối ưu các thông sô' kỹ thuật quan trọng của quá trình chưng cất Các thông số đó bao gồm:

Số đĩa lý thuyết của cột

lượng hồi lưu về cột

- Tỷ số hồi lưu R = -^ ^

-lượng sản phẩm đầu cột lấy ra

- Số đĩa thực tế cũng như chiều cao của cột

- Đưòng kính cột

- Bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị ngưng tụ và bộ phận gia nhiệt ở đáy cột

2.2.2 Các khả năng tiết kiệm nâng iượng

Tiêu chuẩn quan trọng nhất về kinh tế của quá trình tách chất bằng phương pháp

chưng cất là chi phí năng lượng, v ề vấn đề này thường người ta nghĩ đến lượng hơi cần

Hóa kỹ tliuậí 35

ét đế đun nóng và nước làm lạnh Chi phí năng lượng lớn xuất hiện khi cần phải hóa hơi một lưcmg lớn cấu tử không có giá trị (ví dụ hóa h(ri dung dịch nước của chất khó tan hoặc không bay hơi), hoặc khi trong quá trình chưng cất tách chất nào đó cần thiết phải liến hành với tỷ số hồi lưu lớn Đối với hai trường hợp tiẽn, biện pháp giải quyết trong

kv thuật là phai làm giám tối đa chi phí hơi dun nóng và nước làm lạnh

Trường hợp phái hóa hơi dung dịch nước chứa chất tan khó bay hơi (muôi, đường ) người ta sử dựng dãy các thùng hóa hơi, trong đó để đun nóng thùng thứ nhất người ta sử dụng nhiệt của hơi mới, còn thùng thứ hai sử dụng nhiệt của hơi thoát ra từ thùng thứ nhất và ở thùng thứ ba sử dụng nhiệt của hơi thoát ra từ thùng thứ hai, Tất nhiẽn nhiệt độ của thùng thứ hai sẽ thấp hơn so với ỏ thùng thứ nhất và nhiệt độ ở thùng thứ ba sẽ thấp hơn so với ở thùng thứ hai, Người ta hút hơi của thùng cuối cùng bằng cái bơm tia nước và ngưng tụ trực tiếp bằng hỗn hợp với nước lạnh

Trường hợp hệ tách bằng phương pháp chưng cất rất khó khăn là trường hợp điểm sôi của các cấu tử cần tách của hệ rất gần nhau, do đó để tách chúng không chỉ đòi hỏi cột có số dĩa nhiều hơn mà còn đòi hỏi chưng cất ở tỷ số hồi lưu lớn Trong trường hợp nàv, để giảm nhu cầu về hơi đun nóng và nước làm lạnh người ta phải sử dựng nguyên lý bơm nhiệt (nén hơi) Hơi ra khỏi đầu cột được nén bằng máy nén tuabin và tại dây nhiẹl độ của hơi sẽ tâng lên Hơi quá nhiệt, vì ở áp suất cao nên được hóa hơi và có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ của đáy cột, vì vậy người ta sử dụng nó đế đun nóng đáy cột Nhờ cách này mà tiết kiệm được hơi đun nóng và nước làm lạnh cần cho ngưng tụ hơi ở đầu cột Tuy nhiên đế thực hiện được điểu này, người ta cũng phải chi một lượng tương đối nhỏ năng lượng để chạy máy nén tuabin

2.2.3 Chưng cất hệ nhiều cấu tử

Dùng một cột cất, người ta chỉ có thể thu dược sán phẩm đầu cột và sản phẩm đáy cột tinh khiết khi tiến hành tách chất bằng phương pháp chưng cất của hệ gồm hai chất Đối với hệ gồm ba chất thì cần thiết phải dùng hai cột để thu được từng cấu tử riêng biệt

Khi cần phải tách hỗn hợp nhiều cấu tử thành một dãy các phân đoạn với độ tinh khiết đòi hỏi không cao, người ta có thể dùng cột cất lấy chất ở bên sườn cột

Nguyên tắc của cách làm việc này dựa trên cơ sở trong chưng cất hệ nhiều cấu

tử, tại bèn sườn của cột cất ở những chỗ xác định sẽ giàu cấu tử nào đó Tại những chỗ này người ta lấy ra sản phẩm sườn cột, sản phẩm này sẽ khá giàu cấu tử nào đó, đem sản phám sườn cột này đi chế biến hoặc sử dụng luôn Nhìn chung, sản phẩm sườn cột được dẫn vào một cột nhỏ, trong đó sản phẩm mong muốn sẽ được lấy ra ở đầu hoặc đáy cột nhỏ, còn sản phẩm không mong muốn được dẫn ra trả lại cột chính

36 Chương 2, Các phương pháp nhiệt tách chất

Duog dịcb ban đSu

Hinh 2 J Các khả nâng tiết kiệm nâng lượng trong chưng cất tách chất:

a) dãy các thùng hóa hơi; b) sử dụng nguyên lý bơm nhiệt (nén hơi).

Hinh 2.8, Hai khả năng tách bàng phương pháp chưng cất hỗn hợp ba chất (A+B+C).

Hình 2.9 mô tả sự lấy dòng chất bên sườn cột cất của pha chưng cất sơ cấp dầu

mỏ Sản phẩm lấy ra là một hỗn hợp hyđrocacbon trong vùng sôi xác định Qua việc sử

k ỹ ، h i i ậ t

؛،

duns C Ộ I lấy dòng bẻn sườn có thế làm giảm clii phi dầư tư và chi phi vận hành chưng

cjt (hơi, nư'(7c l،١m l؛.،nh١ năng lượng diện clio cOc bơm)

Hinh 2.0 Chimg cất dầu mỏ ở áp suâ.t thường: thổi hơỉ nước và

lẩv dOng sản phẩm bén sườn cOt.

Thổi hơi nước: trong chimg cất dầu mO người ta thổi trực tiếp hơi nước vào cột

câ't Việc làm này có ưư điểm sau:

- Truyền nhiệt của hơi nước cho sự liOa l١ơi của các cấu tử bay hơi trong hệ mà

khOng cần sử dụng bộ phận trao dổi nhiệt đổ dun nóng

- Qua tác dụng của hơi nước ờ phần cuối cột như là khi trơ mà hơi của các cấu

tử có điểm sôi cao cQng có thể bỊ 10؛ cuốn tlieo tại nliiệt độ dưới điểm sôi của nó, cho

nên ờ phần cuối cUa cột có dược h؛ệu quả giống như chưng cất trong chân khOng, và do

vậy mà nhiệt độ phần cuối cột khOng cao nên tránh dược khuynh hướng các cấu tử

khOng bay hơi chuyển sang nhựa và cốc

Tuy nhiên, việc thổi hơi nước vào cột cất chỉ tiến hành khi dòng chất lấy ra ờ dầu

cột gổm nước và sản phẩm mong muốn phải tách pha khỏi nhau Trong chưng cất dầu

mỏ, các hydrocacbon sản phẩm khOng tan trong nước Hydrocacbon sản phẩm chưng cất

ra sẽ nằm ở lớp trên, còn nước nằm ở lớp

dưới.-م ن

38 Chương 2 Các phucmg pháp nhiệt tách chất

2.2.4 Cân bằng lỏng ٠ hơi

Để tính toán thiết kế cột chưng cất, người ta cần phải biết về các dũ' kiện cân bằng lỏng - hơi của hệ cần tách, ở đây, chúng ta chỉ xem xét cân bằng lòng - hơi của hệ hai cấu tử Cân bằng lỏng - hơi của nó có thể biểu diễn một cách đơn giản trên giản đồ Còn đối với hệ nhiều cấu tử, người ta thường chỉ tính toán mà không biểu diễn trên giản đồ

Cân bằng lỏng - hơi có thể được đo dưới điều kiện đẳng nhiệt hoặc đẳng áp Để theo dõi các đại lượng nhiệt động học (các hệ số hoạt độ và quan hệ của nó với nồng độ

và nhiệt độ) thì phần lớn người ta tiến hành đo các dữ kiện cân bằng lỏng hơi đẳng nhiệt Còn để tính toán thiết kế thiết bị chưng cất, các thiết bị này thường vận hành dưới một

áp suất xác định, trong đó có xuất hiện gradien nhiệt độ thì lại cần các dữ kiện cân bằng

lỏng hơi đẳng áp như ở hình 2.10 biểu diễn dưới dạng giản đồ Tỉx hoặc giản đồ y/-v.

Từ giản đồ Tlx, tại thành phần X xác định của pha lỏng {x là phần số mol của cấu

tử có điểm sôi thấp), người ta có thể đọc được điểm sôi cũng như thành phần tương ứng với điểm sôi này của pha hơi

Giản đồ ylx biểu diễn thành phần của pha hơi như là hàm của thành phần pha

lỏng Trong đó y là phần số mol của cấu tử dễ bay hơi ở pha hơi và a là phần số mol của cấu tử này ở pha lỏng Thường đường cong cân bằng lỏng - hơi uốn cong ở phía trên

đưòíng phân giác ít hoặc nhiều Đường cong cân bằng trong giản đồ ylx càng uốn sát

đường phân giác thì việc tách bằng chưng cất của hệ càng khó khăn

H ình 2.10 Cân bàng lòng - hoi đẳng áp của hệ nước - etyien glycol ở 747 mmHg:

a) giản đồ Tlx b) giản đồ ylx

phí hơn so với thành phẩn pha lỏng.

120

h- JW

»0 a)

t t -^_،_، -L

ỵ

١NOị

H in h 2 ll Càn bàng lòng - hơi đáng áp cúa hệ HNO,- H^o ở 760 mmHg

(hệ đẩng phí có điểm sỏi cực đ ai):

tiếu, khi đó trên giản đồ Tỉx xuất hiện điểm sôi cực tiểu.

Trường hợp trong hệ bậc hai có xuất hiện hệ đẳng phí, người ta cũng có thể tách hoàn toàn hỗn hợp bằng cách thực hiện chưng cất tiến hành ở các bậc áp suất khác nhau

vì thành phần của hệ đẳng phí phụ thuộc vào áp suất Điều này thực hiện khá tốn kém

Vì vậy, người ta thường hay tách hỗn hợp đẳng phí nhờ cách thêm một cấu tử thứ ba vào

hệ cần tách (gọi cấu tử thứ ba là duiig môi chọn lọc)