Bài tập ôn tập quá trình truyền chất..................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
CHƯƠNG 1: NHỮNG KIẾN THỨC CƠ BẢN CỦA QUÁ TRÌNH TRUYỀN CHẤT Bài tập 1: Trong thiết bị truyền chất (truyền khối) hoạt động áp suất tuyệt đối 3,1 at, hệ số cấp khối pha sau: y=1,07kmol/m2.h (y=1) x=22kmol/m2.h (x=1) Thành phần cân pha lỏng pha khí tuân theo định luật Henry sau: p*=0,08106x (hệ số Henry có thứ nguyên mmHg, cho biết 1at = 735 mmHg) Xác định: 1/ Hệ số truyền khối tổng quát trình ky kx 2/ So sánh trở lực khuyếch tán pha lỏng pha khí Bài tập 2: Hãy xác định phần khối lượng, phần thể tích phần mol hỗn hợp lỏng gồm cấu tử sau: mmetanol = 160 kg; Mmetanol = 32 kg/kmol; metanol = 792 kg/m3 mpropanol = 225 kg; Mpropanol = 60 kg/kmol; propanol = 804 kg/m3 mbutanol = 400 kg; Mbutanol = 74 kg/kmol; butanol = 810 kg/m3 Bài tập 3: Khơng khí bão hòa nước áp suất thường nhiệt độ 340C Hãy xác định: 1/ Áp suất riêng phần khơng khí khơ 2/ Phần thể tích nước hỗn hợp khơng khí - nước 3/ Phần khối lượng nước hỗn hợp khơng khí - nước 4/ Thành phần khối lượng tương đối nước hỗn hợp không khí - nước 5/ Khối lượng riêng hỗn hợp khơng khí - nước Cho biết áp suất nước bão hòa nhiệt độ 340C 40 mmHg Áp suất khí 745 mmHg Bài tập 4: Hãy xác định phần khối lượng thể tích cấu tử hỗn hợp khí gồm cấu tử có thành phần sau: Metan: 0,3 phần mol; etan: 0,45 phần mol; pentan: 0,25 phần mol điều kiện chuẩn (p = 760mmHg, t = 00C) p=10 at t = 800C Cho biết trọng lượng phân tử cấu tử sau: Mmetan = 16 kg/kmol; Metan = 30 kg/kmol; Mpentan = 72 kg/kmol; 760 mmHg = 1,033 at Bài tập 5: 1/Chứng minh công thức xác định khối lượng riêng hỗn hợp khơng khí ẩm: TP 0.378 Pbh am 0 (1 ) TP0 P Trong đó: o: Khối lượng riêng khơng khí điều kiện chuẩn Po, P: áp suất chung hỗn hợp khơng khí ẩm (ứng với To, T) 2/ Xác định áp suất riêng phần nước, khối lượng riêng hàm ẩm hỗn hợp khơng khí Cho biết: t = 60oC, P = 380 mmHg, = 0.4, Pbh (ở 60oC) = 149.4 mmHg, o=1.293kg/m3 Bài tập 6: Xác định áp suất riêng phần, nồng độ phần mol toluen cân với hỗn hợp lỏng toluen-xylen 900C, toluen pha lỏng chiếm 55,1% khối lượng áp suất chung hệ 760mmHg Cho biết áp suất bão hòa toluen 90 0C 985mmHg Trọng lượng phân tử toluen MT = 92kg/kmol xylen MX=106kg/kmol Bài tập 7: Một hỗn hợp hexan-nước không tan lẫn vào Xác định nồng độ phần mol cấu tử pha trạng thái cân với pha lỏng 500C Cho biết áp suất bão hòa hexan nước 50 0C 400mmHg 92,5mmHg Bài tập 8: Xác định nồng độ phần mol cấu tử pha trạng thái cân với pha lỏng cho hỗn hợp lỏng chứa 40% phần mol benzen 60% phần mol toluen 600C Hỗn hợp tuân theo định luật Raoult Cho biết áp suất bão hòa benzen toluen 60 0C 385mmHg 140mmHg Chương 2: QÚA TRÌNH HẤP THỤ Bài tập 9: Một hỗn hợp khí gồm NH3 khơng khí chứa 25% khối lượng NH3 rửa nước để nồng độ NH3 giảm xuống 3% khối lượng Xác định số đĩa lý thuyết cần thiết để đáp ứng yêu cầu tách nói trên? Cho biết cường độ dòng nước: kg/m2.s; cường độ dòng khí: kg/m2.s; phương trình đường cân Y = X (trong Y, X phần khối lượng tương đối NH pha khí pha lỏng) Bài tập 10: Để tách hỗn hợp khí gồm 20% thể tích C 2H2 80% thể tích H2 Người ta dùng aceton để rửa hỗn hợp khí tháp hấp thụ loại đĩa, cho hỗn hợp khí sau rửa lại 0,2% thể tch C 2H2 Quá trình rửa tiến hành 25 0C, áp suất 1atm Hãy xác định: 1/ Phương trình đường cân 2/ Phương trình đường nồng độ làm việc hệ khí – lỏng Giả sử q trình tách đạt 70% giá trị cực đại 3/ Xác định số đĩa lý thuyết thiết bị hấp thụ tách chất Cho biết hệ số Henry aceton 250C là: Ψ = 9,6(atm) Bài tập 11: Một hỗn hợp khí A có nồng độ đầu yđ = 0,2 (nồng độ phần mol) với lưu lượng pha khí Gy = 1000 mol/h vào tháp hấp thụ, tiếp xúc ngược chiều với dung môi nguyên chất Biết phương trình đường nồng độ cân lỏng y* = 2x (x, y nồng độ phần mol) 1/ Tính lượng dung mơi tối thiểu Gxmin, nồng độ khí A sau hấp thụ y c = 0,01 (nồng độ phần mol) 2/ Viết phương trình đường nồng độ làm việc tính nồng độ dung dịch, lượng dung môi thực tế Gx=1,5Gxmin 3/ Xác định số đĩa lý thuyết tháp hấp thụ tách chất Bài tập 12: Hấp thụ NH3 khơng khí nước Nồng độ đầu NH khơng khí 5% thể tích, lúc cuối 0,27% thể tích Lượng khí vào tháp hấp thụ 10000m 3/h (ở đktc) Áp suất chung khơng khí 760mmHg, khối lượng riêng khơng khí 1,29 kg/m3 Nồng độ đầu NH3 nước 0,2% khối lượng Lượng dung môi tiêu hao riêng 1,18kg/kg 1/ Xác định lượng NH3 hấp thụ (kg/h) 2/ Nồng độ NH3 nước (kg/kg) 3/ Viết phương trình đường nồng độ làm việc Bài tập 13: Một tháp hấp thụ aceton từ khơng khí dung mơi nước với lưu lượng 3000 kg nước/h Hỗn hợp khơng khí - aceton có nồng độ aceton 6% theo thể tích đưa qua tháp nhiệt độ áp suất thường Pha khí cho vào tháp có lưu lượng 1400 m 3/h khơng khí tinh khiết (ở điều kiện chuẩn) Tháp hấp thụ 98% aceton Hãy xác định: 1/ Nồng độ aceton có pha khí (kmol aceton/kmol khơng khí) trước vào tháp sau khỏi tháp hấp thụ 2/ Lượng aceton hấp thụ (kmol/h) 3/ Nồng độ aceton nước khỏi tháp hấp thụ (kmol aceton/kmol nước) Bài tập 14: Một hỗn hợp khí gồm NH3 - khơng khí, chứa 30% kg NH3, rửa nước áp suất thường để nồng độ NH3 giảm xuống 3% kg Xác định số đĩa lí thuyết cần thiết tháp hấp thụ để đáp ứng yêu cầu tách nói Cho biết cường độ nước rửa 10 kg/h; cường độ dòng khí vào tháp kg/h phương trình đường cân hệ : Y=X (trong Y, X tính theo nồng độ phần khối lượng tương đối) Bài tập 15: Một tháp hấp thụ aceton từ khơng khí dung mơi nước với lưu lượng 3000 kg nước/h Hỗn hợp khơng khí - aceton có nồng độ aceton 6% theo thể tích đưa qua tháp nhiệt độ áp suất thường Pha khí cho vào tháp có lưu lượng 1400 m 3/h khơng khí tinh khiết (ở điều kiện chuẩn) Tháp hấp thụ 98% aceton Hãy xác định: 1/ Nồng độ aceton có pha khí (kmol aceton/kmol khơng khí) trước vào tháp sau khỏi tháp hấp thụ 2/ Lượng aceton hấp thụ (kmol/h) 3/ Nồng độ aceton nước khỏi tháp hấp thụ (kmol aceton/kmol nước) Bài tập 16: Hấp thụ NH3 nước tháp đệm Nồng độ đầu NH khí 8% thể tích Áp suất tuyệt đối tháp 2at Độ hòa tan NH nước điều kiện tuân theo định luật Henry: p = 2000x (mmHg) (x phần mol NH dung dịch) Tính nồng độ lớn NH nước thu (biết 1at = 735,6 mmHg) Bài tập 17: Một hỗn hợp gồm khí A có nồng độ đầu y đ = 0,2 phần mol khí B (khí trơ) với lưu lượng pha khí Gy = 1000 mol/h vào tháp hấp thụ, tiếp xúc tực tiếp ngược chiều với dung mơi ngun chất Biết phương trình nồng độ cân lỏng – y* = 2x 1/ Tính lượng dung mơi tối thiểu G xmin, nồng độ khí A sau hấp thụ y = 0,01 phần mol 2/ Viết phương trình đường nồng độ làm việc tính nồng độ dung dung dịch, lượng dung môi thực tế sử dụng Gx = 1,5Gxmin Bài tập 18: Hấp thụ NH3 khơng khí nước tiến hành thiết bị loại tháp Nồng độ NH3 không khí 5% thể tích, lúc khỏi tháp 0,27% thể tích Lượng khí vào tháp 10000m3/h (ở đktc) Áp chung khơng khí 760mmHg, khối lượng riêng khí 1,29kg/m Nồng độ đầu NH3 nước 0,2% khối lượng Lượng dung môi tiêu hao riêng 1,18kg/kg Xác định: 1/ Lượng NH3 hấp thụ (kg/h) 2/ Nồng độ NH3 nước khỏi tháp (kg/kg) 3/ Viết phương trình đường nồng độ làm việc trình hấp thụ Bài tập 19: Xác định lượng nước (m 3/h) cần thiết để hấp thụ được1500 kg/h SO từ khơng khí, biết lượng nước (nguyên chất) cung cấp lớn lượng nước tối thiểu 65% Nồng độ SO2 khơng khí lúc đầu 18% khối lượng Phương trình đường cân có dạng ycb = 26,7 X Trong đó: y cb phần thể tích SO2 khơng khí X phần mol tương đối SO2 (kmol SO2/kmol nước) Cho biết trọng lượng phân tử SO 2, khơng khí nước là: M SO2 64 kg / kmol; M kk 29 kg / kmol; M H 2O 18 kg / kmol Bài tập 20: Trong trình sản xuất C2H2 phương pháp hồ quang người ta thu hỗn hợp chứa 20% thể tích C2H2 80% thể tích H2 Cần phải tách khí C2H2 khỏi hỗn hợp cho phần khí lại khơng chứa q 0,2% thể tích C 2H2 Quá trình tách thực thiết bị hấp thụ loại tháp với áp suất 1atm nhiệt độ 25 0C Các dung môi lựa chọn cho trình nước, aceton dimetyl formamit (DMF) Hệ số Henry 250C cho bảng sau: Dung môi Hệ số Henry Ψ (atm) Nước 1370 Aceton 17,6 DMF 9,6 a/ Xác định nồng độ hấp thụ cực đại C2H2 ba dung môi b/ So sánh lượng dung môi tiêu tốn (cho nhận xét sử dụng loại dung mơi tính đơn vị C2H2 bị hấp thụ) Giả sử trình tách đạt 90% giá trị cực đại lưu lượng dòng khí cho vào tháp hấp thụ không đổi Bài tập 21: Một hỗn hợp khí gồm NH3 N2 (khí trơ) có lưu lượng 1000 (kmol/h), rữa nước tháp hấp thụ ngược chiều a/ Tính lượng nước tối thiểu sử dụng, nồng độ khí NH3 vào tháp khỏi tháp hấp thụ 0,2 0,01 (phần mol) b/Tính lượng khí NH3 bị hấp thụ c/ Viết phương trình đường nồng độ làm việc q trình hấp thụ d/ Tính nồng độ NH3 nước khỏi tháp Cho biết phương trình nồng độ cân lỏng là: y* = 2x (y, x nồng độ phần mol); lượng nước thực tế sử dụng lớn lượng nước tối thiểu 1,5 lần Bài tập 22: Cho không khí áp suất 765mmHg có chứa 14% (theo thể tích) C2H2, tiếp xúc trực tiếp với nước có chứa 0,2910-3(kg C2H2/kg nước) 250C Hỏi C2H2 chuyển từ pha sang pha nào? Tại sao? Cho biết nồng độ cân C2H2 pha lỏng pha khí xác định theo định luật Henry Hệ số Henry C2H2 250C 1,01106mmHg; MC2H2=26(kg/kmol); MH2O= 18(kg/kmol) Bài tập 23: Xác định hệ số truyền chất KP (kg/h.m2.mmHg) tháp hấp thụ loại đệm để hấp thụ CO2 pha khí với dung mơi nước Hỗn hợp khí cho vào đáy tháp với lưu lượng 5000(m3/h) CO2 chiếm 28,4% (theo thể tích); hàm lượng cuối đỉnh CO2 pha khí 0,2% (theo thể tích) Nước tinh khiết cho vào đỉnh tháp với lưu lượng 650(m3/h) Áp suất tuyệt đối tháp 16,5 at, nhiệt độ 150C Tháp có hai tầng đệm (loại đệm vòng) có tổng diện tích bề mặt đệm 5212 m2 giả sử bề mặt đệm thấm ướt hoàn toàn Cho biết khối lượng riêng CO2 1,97(kg/m3) nước 1000(kg/m3); MCO2 = 44(kg/kmol); Hệ số Henry CO2 150C 0,93106mmHg; 1at=735mmHg (Gợi ý: động lực trung bình (Ptb) cho tồn q trình tính theo động lực trung bình logarit) CHƯƠNG 4: QUÁ TRÌNH CHƯNG Bài tập 24: Chưng đơn giản 1000kg hỗn hợp chứa 60% khối lượng rượu etylic 40% khối lượng nước Sau chưng nồi lại 5% khối lượng rượu nồng độ rượu thu 75% khối lượng Tính: a/ Lượng sản phẩm đỉnh sản phẩm đáy thu b/ Tính lượng nhiệt cần tiêu tốn để thực trình chưng (bỏ qua lượng nhiệt dùng để gia nhiệt sản phẩm đáy nhiệt tổn thất môi trường) Cho biết nhiệt độ sơi trung bình hỗn hợp 88 oC Hỗn hợp đầu đưa nồi chưng có nhiệt độ 81 oC Nhiệt dung riêng rượu nước 3,35.10 4,19.103 J/kg.oC Nhiệt hóa rượu của nước 88oC 855.103 2290.103 J/kg Bài tập 25: Đem chưng 2500kg dầu thông bẩn nước bão hòa trực tiếp áp suất thường (760mmHg) Hỗn hợp ban đầu chứa 80% khối lượng dầu thông 20% khối lượng nước Hệ thống có gia nhiệt bên ngồi đến nhiệt độ cần chưng Tính: a/ Lượng nước cần tiêu tốn cho trình chưng b/ Nồng độ phần khối lượng, phần mol áp suất riêng phần dầu thông nước pha Cho biết nước dùng để chưng có áp suất ống dẫn 645mmHg Hệ số bão hòa nước với dầu thơng =0,7 Khối lượng mọl dầu thông nước 136kg/kmol 18kg/kmol Bài tập 26: Người ta cần tách khí hydrocacbon loại dầu mỏ có chứa 0,4 phần mol hydrocacbon phương pháp rửa nước, cho hàm lượng khí hydrocacbon giảm xuống 0,1 phần mol xác định: 1/ Phương trình đường nồng độ làm việc trình tách nói 2/ Số đĩa lý thuyết thiết bị tách Giả thiết dầu không bay nhiệt độ giữ không đổi để nước không bị ngưng tụ thiết bị rữa Cho biết lượng nước dừng để rửa dầu theo tỷ lệ 1:1 Đường cân lỏng - trình tách là: Y = X (Y, X tính theo phần mol tương đối) Bài tập 27: Một hỗn hợp rượu etylic nước chứa 25% mol rượu phân tách tháp chưng cất liên tục áp suất thường Nồng độ sản phẩm đỉnh 80% mol nồng độ rượu cho phép sản phẩm đáy không 0.1 phần mol Nguyên liệu cho vào tháp chưng nhiệt độ sôi đường cong cân lỏng cho sổ tay 1/ Hãy xác định số hồi lưu thực tế R, R=1.8Rmin+ 0.3 2/ Viết phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện đoạn chưng 3/ Tính số đĩa thực tháp chưng luyện biết hiệu suất làm việc tháp 65% Bài tập 28: Một hỗn hợp đầu chứa 40% etanol 60% nước với lưu lượng 1000kmol/h cần chưng luyện để thu sản phẩm đỉnh chứa 82% etanol sản phẩm đáy 4% etanol Hỗn hợp lỏng cho vào tháp chưng luyện nhiệt độ sơi, q trình chưng luyện tiến hành áp suất 760 mmHg Các số liệu cho theo thành phần % khối lượng Đường cong cân lỏng cho sổ tay 1/ Hãy xác định số hồi lưu thực tế R, R=2Rmin 2/ Tính lượng sản phẩm đỉnh P, lượng hồi lưu Gx lượng sản phẩm đáy W 3/ Viết phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện đoạn chưng 4/ Tính số đĩa thực tháp chưng luyện hiệu suất làm việc tháp 70% Bài tập 29: Một hỗn hợp đầu chứa 25% CS2 75% CCl4 với lưu lượng 2000kmol/h cần chưng luyện để thu sản phẩm đỉnh chứa 66% CS2 sản phẩm đáy 11% CS2 Hỗn hợp lỏng cho vào tháp chưng luyện nhiệt độ sơi, q trình chưng luyện tiến hành áp suất 760 mmHg Các số liệu cho theo thành phần % khối lượng Đường cong cân lỏng cho sổ tay 1/ Hãy xác định số hồi lưu thực tế R, R=2Rmin 2/ Tính lượng sản phẩm đỉnh P, lượng hồi lưu Gx lượng sản phẩm đáy W 3/ Viết phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện đoạn chưng 4/ Tính số đĩa thực tháp chưng luyện hiệu suất làm việc tháp 75% Bài tập 30: Một hỗn hợp rượu etylic nước chứa 0.16 phần mol rượu phân tách tháp chưng cất liên tục áp suất thường Nồng độ sản phẩm đỉnh 0.8 phần mol nồng độ rượu cho phép sản phẩm đáy 0.05 phần mol Giả sử 25% rượu lấy theo đường phụ dòng rượu chiếm 0.5 phần mol Biết nguyên liệu đưa vào nhiệt độ sôi số hồi lưu cột Đường cong cân lỏng cho sổ tay 1/ Hãy xác định lượng sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy lượng rượu lấy đường phụ 2/ Viết phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện phần sản phẩm lấy đầu cột sản phẩm lấy theo đường phụ 3/ Viết phương trình đường nồng độ làm việc đoạn chưng 4/ Xác định số đĩa lí thuyết tháp chưng vị trí đĩa lấy sản phẩm theo đường phụ Bài tập 31 Một tháp chưng cất sử dụng để tách hỗn hợp chứa 0,4 phần mol n-heptan (C7H16) 0,6 phần mol n-octan (C8H18), sản phẩm đỉnh đạt đến 0,95 phần mol sản phẩm đáy 0,05 phần mol Nguyên liệu đưa vào trạng thái sôi với tốc độ nạp liệu 1,25 kg/s Tốc độ tháp 0,6 m/s, nhiệt độ sôi đỉnh tháp 372K 1/ Xác định số đĩa lí thuyết tháp chưng, cho R = 2Rmin 2/ Xác định đường kính tháp chưng Đường cân lỏng cho sổ tay, 1kmol khí lý tưởng P = 760 mmHg 273K 22,4 m3 Bài tập 32: Một tháp chưng luyện liên tục thiết kế với suất theo lượng sản phẩm đỉnh 1000 kg/h nồng độ cấu tử dễ bay 98% khối lượng, lưu lượng sản phẩm đáy 3000 kg/h với nồng độ cấu tử khó bay 95% khối lượng Biết số hồi lưu R = Xác định: 1/ Nồng độ cấu tử dễ bay hỗn hợp đầu (% khối lượng) 2/ Lượng nước lạnh cần thiết để ngưng tụ toàn khỏi tháp chưng luyện (kg/h) Biết ẩn nhiệt ngưng tụ đỉnh tháp 2000 kJ/kg; nhiệt độ vào, nhiệt độ nhiệt dung riêng nước làm lạnh tương ứng 200C, 600C 4kJ/kg.độ Bài tập 33: Dùng tháp chưng luyện để tách hỗn hợp metanol-nước (CH 3OH-H2O) với suất tính theo hỗn hợp đầu 8,45 tấn/h, chứa lượng metanol 4,3 tấn/h Biết nồng độ sản phẩm đỉnh 0,995 phần mol nồng độ sản phẩm đáy 0,002 phần mol Xác định lượng metanol sản phẩm đỉnh sản phẩm đáy (kmol/h) Bài tập 34: Tháp chưng cất liên tục với lưu lượng hỗn hợp đầu 5000 kmol/h gồm 29% phần mol rượu metylic (CH3OH) Hỗn hợp đầu đưa vào tháp nhiệt độ sôi Phương trình đường làm việc đoạn luyện y = 0,73x + 0,264 Sản phẩm đáy có lưu lượng 3800 kmol/h Xác định: 1/ Nồng độ phần mol rượu metylic sản phẩm đỉnh sản phẩm đáy 2/ Lượng (kmol/h) khỏi tháp chưng (lượng vào tháp ngưng tụ) lượng lỏng hồi lưu (kmol/h) 3/ Lưu lượng nước cần thiết vào thiết bị ngưng tụ nhiệt độ nước tăng lên 12 0C (bỏ qua nhiệt tổn thất trình ngưng tụ hoàn toàn) Cho biết: ẩn nhiệt ngưng tụ đỉnh tháp 2000 kJ/kmol; nhiệt dung riêng nước làm lạnh 4kJ/kmol.độ Bài tập 35: Một hỗn hợp lỏng gồm rượu etylic nước có lưu lượng 2000 kmol/h chứa 0,4 kmol/kmol rượu phân tách tháp chưng cất liên tục áp suất thường Lưu lượng lỏng hồi lưu tháp không đổi Nồng độ sản phẩm đỉnh thu 0,8 kmol/kmol rượu nồng độ rượu lại sản phẩm đáy 0,2 kmol/kmol Nguyên liệu cho vào tháp chưng nhiệt độ sơi 1/ Tính lưu lượng sản phẩm đỉnh lưu lượng sản phẩm đáy (kmol/h) 2/ Viết phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện đoạn chưng 3/ Vẽ sơ đồ hệ thống tháp chưng luyện, nêu nguyên tắc làm việc hệ thống Cho biết: lưu lượng lỏng hồi lưu tháp không đổi 1040 kmol/h Bài tập 36: Một hỗn hợp rượu etylic nước chứa 25% mol rượu phân tách tháp chưng cất liên tục áp suất thường Nồng độ sản phẩm đỉnh 80% mol nồng độ rượu cho phép sản phẩm đáy 5% mol Nguyên liệu cho vào tháp chưng nhiệt độ sôi đường cong cân lỏng cho hình 1/ Hãy xác định số hồi lưu thực tế R, R =1.5Rmin+ 0.3 2/ Viết phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện đoạn chưng 3/ Tính số đĩa thực tháp chưng biết hiệu suất làm việc tháp 65% Bài tập 37: Sử dụng tháp chưng cất liên tục để tách hỗn hợp gồm benzen toluen Lưu lượng hỗn hợp đầu cho vào tháp 75 kmol/h nhiệt độ sơi Phương trình đường làm việc đoạn luyện là: y = 0,73x + 0,264 Phương trình đường làm việc đoạn chưng là: y = 1,25x - 0,0188 Xác định: 1/ Nồng độ phần mol benzen sản phẩm đỉnh; sản phẩm đáy hỗn hợp đầu 2/ Lưu lượng (kmol/h) benzen sản phẩm đỉnh sản phẩm đáy 3/ Lưu lượng nước cần thiết (kmol/h) vào thiết bị ngưng tụ nhiệt độ nước tăng lên 150C (bỏ qua nhiệt tổn thất) Cho biết: ẩn nhiệt ngưng tụ đỉnh tháp 100 kJ/kmol; nhiệt dung riêng nước làm lạnh 0,56 kJ/kmol.độ Bài tập 38: Dùng tháp chưng luyện liên tục để tách hỗn hợp metanol-nước (CH 3OH-H2O) với suất tính theo hỗn hợp đầu 8,45 tấn/h, chứa lượng metanol 4,3 tấn/h Biết nồng độ sản phẩm đỉnh 0,995 phần mol nồng độ sản phẩm đáy 0,002 phần mol Hỗn hợp đầu đưa vào tháp chưng nhiệt độ sôi, tháp làm việc với số hồi lưu không đổi 1,35 1/ Xác định lượng metanol sản phẩm đỉnh sản phẩm đáy (kmol/h) 2/ Viết phương trình đường nồng độ làm việc đoạn chưng đoạn luyện 3/ Tính lượng nước làm lạnh để ngưng tụ hồn tồn lượng khỏi tháp chưng Cho biết ẩn nhiệt ngưng tụ lỏng đỉnh tháp 582,520 kJ/kg; nhiệt dung riêng nước làm lạnh 4181 J/kg.độ; nhiệt độ vào nước làm lạnh tương ứng 25 0C 400C Bài tập 39: Một tháp chưng cất liên tục với lưu lượng hỗn hợp đầu 5000 kmol/h gồm 29% phần mol rượu metylic (CH3OH) Hỗn hợp đầu đưa vào tháp nhiệt độ sôi Phương trình đường làm việc đoạn luyện y = 0,73x + 0,264 Sản phẩm đáy có lưu lượng 3800 kmol/h Xác định: 1/ Nồng độ phần mol rượu metylic sản phẩm đỉnh sản phẩm đáy 2/ Lượng (kmol/h) khỏi tháp chưng (lượng vào tháp ngưng tụ) lượng lỏng hồi lưu (kmol/h) 3/ Lưu lượng nước cần thiết vào thiết bị ngưng tụ nhiệt độ nước tăng lên 12 C (bỏ qua nhiệt tổn thất trình ngưng tụ hoàn toàn) Cho biết: ẩn nhiệt ngưng tụ đỉnh tháp 2000 kJ/kmol; nhiệt dung riêng nước làm lạnh 4kJ/kmol.độ Bài tập 40: Một hỗn hợp đầu gồm hai cấu tử benzen xylen chứa 40% khối lượng benzen, với lưu lượng 1000 kmol/h, phân tách nhờ hệ thống chưng luyện liên tục để thu sản phẩm đỉnh gồm 90% khối lượng benzen sản phẩm đáy 10% khối lượng benzen Hỗn hợp cho vào tháp nhiệt độ sôi, trình chưng áp suất thường với số hồi lưu R = a Tính lượng sản phẩm đỉnh, lượng khỏi tháp lượng sản phẩm đáy (kmol/h) b Viết phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện đoạn chưng Cho biết: Mbenzen = 78 kg/kmol; Mxylen = 106 kg/kmol Bài tập 41: Dùng tháp chưng luyện liên tục để tách hỗn hợp metanol-nước (CH3OH-H2O) với suất tính theo hỗn hợp đầu 8,45 tấn/h, chứa lượng metanol 4,3 tấn/h Biết nồng độ sản phẩm đỉnh 0,995 (phần mol) nồng độ sản phẩm đáy 0,002 (phần mol) Hỗn hợp đầu đưa vào tháp chưng nhiệt độ sôi, tháp làm việc với số hồi lưu không đổi R=1,35 a Xác định lượng metanol sản phẩm đỉnh sản phẩm đáy (kmol/h) b Viết phương trình đường nồng độ làm việc đoạn chưng đoạn luyện c Tính lượng nước làm lạnh để ngưng tụ hồn toàn lượng khỏi tháp chưng Cho biết ẩn nhiệt ngưng tụ lỏng đỉnh tháp 582,520 kJ/kg; nhiệt dung riêng nước làm lạnh 4181 J/kg.độ; nhiệt độ vào nước làm lạnh tương ứng 250C 400C Bài tập 42: Một tháp chưng luyện liên tục để tách hỗn hợp gồm axeton etanol Lưu lượng hỗn hợp đầu cho vào tháp 75(kmol/h) nhiệt độ sôi Nồng độ axeton hỗn hợp đầu xF = 0,4 (phần mol), nồng độ sản phẩm đỉnh thu x P=0,9 (phần mol) nồng độ axeton lại sản phẩm đáy xW = 0,05 (phần mol) Tháp chưng làm việc với số hồi lưu không đổi R=2Rmin Số liệu đường cân lỏng (y, x tính phần mol) cho bảng sau: x 0,05 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 y 0,15 0,26 0,42 0,52 0,60 0,68 0,75 0,82 0,89 0,95 1,00 Xác định: a/ Lưu lượng axeton sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy hỗn hợp đầu (kmol/h) b/ Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện đoạn chưng Chương 5: Q TRÌNH TRÍCH LY Bài tập 43: Dùng benzen để tách phenol khỏi hỗn hợp nước thải phenol-nước hệ thống trích li liên tục ngược chiều Thành phần phenol nước thải lúc đầu 8kg/m3, lúc cuối 1,0kg/m3 Thành phần phenol benzen sau trích li 25kg/m3 Nhiệt độ làm việc 250C 1/ Vẽ sơ đồ hệ thống trích li hỗn hợp 2/ Xác định lượng dung môi thứ benzen cần thiết để đảm bảo yêu cầu tách nói 3/ Xác định số bậc trích li Cho biết có 10m3 nước thải sử dụng Số liệu đường cân hỗn hợp cho hình Bài tập 44: Dùng benzen nguyên chất để trích ly dung dịch nước có chứa 20% khối lượng dioxan Cần phải chiết nồng độ dioxan lại nước 4% khối lượng Lượng hỗn hợp đầu đem xử lý 150 kg Trong bậc trích ly đạt đến cân Bỏ qua hòa tan nước benzen Biết dioxan phân bố nước benzen 250C cho hình a Tính nồng độ chiết cực đại (kg dioxan/kg benzen) b Xác định lượng dung mơi cho bậc trích số bậc trích tương ứng nồng độ chiết 75% nồng độ chiết cực đại y(kg/kg) Hình Âäưthëâỉåìng cán bàò ng cuía hãû 40 35 30 25 20 15 10 0 10 x(kg/kg) Bài tập 46: Dùng benzen tinh khiết để tách dioxan khỏi nước hệ thống trích li liên tục ngược chiều Thành phần dioxan nước lúc đầu 10kg/m3 lúc cuối 1kg/m3 Thành phần dioxan benzen sau trích 30kg/m3 Xác định lượng dung môi benzen cần thiết cho trình trích li, số bậc trích, sơ đồ trích li Nếu có 15m3 hỗn hợp dioxan – nước sử dụng Số liệu đường cân hỗn hợp cho tập 16 (bỏ qua tính hồ tan lẫn nước benzen) Bài tập 47: Dung môi thứ cấp S đưa vào với tốc độ 160 cm3/s để chiết cấu tử A hỗn hợp đầu chứa 10% trọng lượng cấu tử dung mơi đầu B theo phương pháp ngược dòng (giả sử có bậc tách) Tốc độ hỗn hợp đầu lối vào 400 cm3/s Xác định thành phần dịch bã sau bậc tách Cho biết: - Tỷ trọng cấu tử A, dung môi đầu B dung môi thứ S sau: A = 1200 kg/m3; B = 1000 kg/m3; S = 800 kg/m3; kgA/kgS - Đường cân phân bố cấu tử A B S hình sau Hình Đưong cân bang 0.300 0.280 0.260 0.240 0.220 0.200 0.180 0.160 0.140 0.120 0.100 0.080 0.060 0.040 0.020 0.000 0.015 0.03 0.045 0.06 0.075 0.09 0.105 0.12 0.135 kgA/kgB 0.15 Bài tập 48: Trong nước thải nhà máy tổng hợp axit salicylic chứa 0,2% khối lượng axit Cần phải chiết chúng nồng độ axit salicylic lại nước thải 0,025% khối lượng Dung môi chiết sử dụng dietylete Axit salicylic phân bố nước dietylete 250C tuân theo định luật phân bố: Y = 127X (trong Y, X tính g/kg) Tính nồng độ chiết cực đại (g axit salicylic/kg dietylete) Xác định tỷ lệ dung môi số đĩa lý thuyết tương ứng cho nồng độ chiết 60% nồng độ chiết cực đại Xác định lượng dung môi dietylete (m 3/h) cần dùng cho thiết bị chiết với lượng nước thải liên tục cho qua m3/h Cho biết: - Quá trình chiết nhiều bậc, ngược chiều - Dung môi dietylete dùng để chiết tinh khiết - Dung môi dietylete nước xem không tan Bài tập 49: Để tách 0,075 phần mol pyrindin khỏi dung dịch loãng người ta sử dụng thiết bị chiết ngược dòng dùng benzen làm dung mơi chiết Sự phân bố pyrindin nước benzen 250C tuân theo định luật phân bố: Y = 1,5X (trong Y, X tính kg/kg) 1 Tính nồng độ chiết cực đại (kg pyrindin/kg benzen) Thiết lập phương trình đường làm việc trình chiết tính số đĩa lý thuyết tương ứng nồng độ chiết 70% nồng độ chiết cực đại nồng độ dịch bã 0,012 phần mol pyrindin Cho biết: - Dung môi benzen dùng để chiết tinh khiết - Dung môi benzen nước xem không tan - Mpyrindin = 79 kg/kmol Mnước = 18 kg/kmol Bài tập 50: Để tách phenol khỏi nước thải người ta sử dụng thiết bị chiết ngược dòng với dung mơi thứ cấp di-izopropyl ete Sự phân bố phenol nước di-izopropyl ete 25 0C tuân theo phương trình cân sau: Y = 20X (g/kg) Xác định: 1/ Nồng độ dịch chiết (g phenol/kg di-izopropyl ete) 2/ Số bậc chiết cần thiết để đáp ứng yêu cầu tách Cho biết: - Nguyên liệu đầu có nồng độ XF = 10g phenol/kg nước - Dung dịch raphinat (dung dịch bã) có nồng độ XR = 0,08g phenol/kg nước - Tỷ số dung môi sơ cấp nước dung môi thứ cấp di-izopropyl ete 10kg/kg - Nồng độ phenol dung môi thứ cấp 0,05g phenol/kg di-izopropyl ete Bài tập 51: Nước thải có hàm lượng phenol 15g/kg cần phải chiết phenol hàm lượng phenol lại khơng q 0,05g/kg Dùng n-butyl axetat làm dung môi chiết Sự phân bố phenol nước n-butyl axetat tuân theo phương trình cân sau: Y = 56X (g/kg) Xác định: 1/ Nồng độ dịch chiết cực đại (g phenol/kg n-butyl axetat) 2/ Tỷ số dung môi cực đại (kg nước/kg n-butyl axetat) 3/ Cần phải lấy tỷ lệ dung môi (kg nước/kg n-butyl axetat)và số đĩa lý thuyết nồng độ dịch chiết 60% nồng độ dịch chiết cực đại CHƯƠNG 7: QUÁ TRÌNH SẤY Bài tập 52: Hãy xác định lượng khơng khí khô qua máy sấy, lượng nhiệt cần thiết cấp cho máy sấy máy sấy khơng khí nhiệt độ khơng khí sấy sau khỏi caloriphe sưởi Quá trình sấy thực theo phương thức sấy thực tế Cho biết suất thiết bị tính theo vật liệu ẩm m = 300 kg/h; độ ẩm đầu cuối vật liệu tương ứng 40% 10%; trạng thái khơng khí trước vào caloriphe t0 = 200C xo = 0.01 kg/kg kkk sau sấy t2 = 400C x2 = 0.028 kg/kg kkk; nhiệt độ đầu (khi vào máy sấy) nhiệt độ cuối (sau khỏi máy sấy) vật liệu tương ứng 250C 430C; khối lượng phận vận chuyển m VC = 500 kg; nhiệt dung riêng vật liệu sấy, vật liệu vận chuyển nước tương ứng CVL = 0.55 kcal/kg.độ, CVC = 0.12 kcal/kg.độ, Cn = kcal/kg.độ; nhiệt tổn thất môi trường chung quanh q trình sấy 10% lượng nhiệt tiêu tốn tính theo lí thuyết Bài tập 53: Hãy xác định lượng khơng khí khơ qua mây sấy; lượng nhiệt cần thiết cấp cho máy sấy thời gian sấy cần thiết để vật liệu có độ ẩm từ 40% xuống 8% Biết suất thiết bị tính theo vật liệu ẩm m = 350kg/h; trạng thái khơng khí trước vào caloriphe chính: t0 = 150C; x0 = 0,008 kgẩm/kgkkk; sau khỏi máy sấy là: t2 = 450C; x2 = 0,038 kgẩm/kgkkk Biết sau 10h sấy độ ẩm vật liệu giảm từ 35% xuống 12%; độ ẩm tới hạn tương ứng 16% độ ẩm cân 5% Bỏ qua thời gian khởi động; trình sấy thực theo phương thức sấy lý thuyết Bài tập 54: Trong thiết bị sấy thí nghiệm kiểu ống hơi, người ta tiến hành sấy than bùn Kết ghi nhận sau: - Năng suất thiết bị m = 11,2 kg/h (tính heo vật liệu khơ tuyệt đối) - Trạng thái than bùn: * nhiệt độ vào: 200C; nhiệt độ ra: 520C * độ ẩm đầu cuối vật liệu: • hàm nhiệt vật liệu trước sấy sau sấy: i0 = 17,4 kcal/kg i2 = 23,3 kcal/kg - Trạng thái không khí (của tác nhân sấy) * Trước sấy: t0 = 220C; x0 = 0.0057 kg/kg * Sau sấy: t2 = 82 C; x2 = 0,146 kg/kg - Nhiệt độ đốt: t =1000C - Diện tích bề mặt đốt nóng ống 2,18 m2 - Nhiệt tổn thất môi trường xung quanh 10% lượng nhiệt làm bay ẩm Hãy xác định hệ số truyền nhiệt trung bình (tính cho hiệu số nhiệt độ đốt vật liệu sấy) Bài tập 55: Một máy sấy dùng tác nhân sấy khơng khí nóng với suất tính theo sản phẩm sau sấy G2 = 500 kg/h; độ ẩm đầu cuối vật liệu tương ứng w1= 40%, w2 = 10% (tính theo vật liệu ướt) Biết khơng khí ngồi trời có nhiệt độ t = 250C, độ ẩm tương đối 0 = 80%; nhiệt độ khơng khí vào máy sấy (sau qua caloriphe chính) t1 = 800C sau khỏi máy sấy t = 400C Quá trình sấy xem sấy lý thuyết Hãy tính: 1/ Lượng nguyên liệu cần phải đưa vào máy sấy (kg/h) 2/ Lượng khơng khí khơ cần thiết cho trình sấy (kgkkk/h) 3/ Lượng nhiệt cung cấp cho caloriphe (kW) Cho biết: Áp suất khơng khí 105 N/m2; áp suất nước bão hoà 25 0C Pbh=3150 N/m2 Bài tập 56: Cần thiết kế máy sấy dùng tác nhân sấy không khí nóng với suất tính theo sản phẩm sau sấy G2 = 500 kg/h; độ ẩm đầu cuối vật liệu tương ứng w 1= 40%, w2 = 10% (tính theo vật liệu ướt) Biết khơng khí ngồi trời có nhiệt độ t 0=250C, độ ẩm tương đối 0 = 80%; nhiệt độ khơng khí trước vào máy sấy (sau qua caloriphe chính) t1 = 800C sau khỏi máy sấy t = 400C Quá trình sấy xem sấy lý thuyết Hãy tính: 1/ Lượng nguyên liệu cần phải đưa vào máy sấy (kg/h) 2/ Độ ẩm tương đối khơng khí thải 2 (%) 3/ Lượng khơng khí khơ cần thiết cho q trình sấy (kgkkk/h) 4/ Lượng nhiệt cung cấp cho caloriphe (kW) Cho biết: Áp suất khơng khí 105 N/m2; áp suất nước bão hoà 250C Pbh = 3150 N/m2 áp suất nước bão hoà 400C Pbh = 7200 N/m2 Bài tập 57: Một thiết bị sấy khơng khí ngược chiều hoạt động liên tục, với kiện cho sau đây: - Năng suất thiết bị tính theo vật liệu ẩm G1 = 350 kg/h; độ ẩm đầu cuối vật liệu tương ứng 42% 11%; nhiệt độ đầu (khi vào máy sấy) nhiệt độ cuối (sau khỏi máy sấy) vật liệu tương ứng 180C 470C; nhiệt dung riêng vật liệu sấy CVL = 2,35 kJ/kg.độ; nhiệt dung riêng nước Cn = 4,19 kJ/kg.độ - Trạng thái khơng khí trước vào caloriphe t0 =150C xo = 0.0077 kg/kg kkk sau sấy t2 = 450C x2 = 0.038 kg/kg kkk; - Khối lượng phận vận chuyển m VC = 600 kg; nhiệt dung riêng vật liệu vận chuyển CVC = 0.5 kJ/kg.độ - Nhiệt tổn thất mơi trường chung quanh q trình sấy 12% lượng nhiệt tiêu tốn tính theo sấy thực tế - Khơng khí đốt nóng caloriphe nước (đốt nóng gián tiếp) Cho biết độ ẩm đốt 6%; độ chênh lệch nhiệt độ đốt khơng khí phòng sấy 100C; ẩn nhiệt ngưng tụ đốt r = 2122 kJ/kg Xác định: 1/ Lượng khơng khí khơ tiêu tốn (kg/h) 2/ Lượng đốt cần thiết (kg/h) nhiệt độ đốt cấp cho caloriphe Bài tập 58: Một thiết bị sấy khơng khí ngược chiều hoạt động liên tục, với kiện cho sau đây: - Năng suất thiết bị tính theo vật liệu ẩm G = 350 kg/h; độ ẩm đầu cuối vật liệu tương ứng 42% 11%; nhiệt độ đầu (khi vào máy sấy) nhiệt độ cuối (sau khỏi máy sấy) vật liệu tương ứng 180C 470C; nhiệt dung riêng vật liệu sấy CVL = 2,35 kJ/kg.độ; nhiệt dung riêng nước Cn = 4,19 kJ/kg.độ - Trạng thái khơng khí trước vào caloriphe t =150C xo = 0.0077 kg/kg kkk sau sấy t2 = 450C x2 = 0.038 kg/kg kkk; - Khối lượng phận vận chuyển m VC = 600 kg; nhiệt dung riêng vật liệu vận chuyển CVC = 0.5 kJ/kg.độ - Nhiệt tổn thất môi trường chung quanh trình sấy 12% lượng nhiệt tiêu tốn tính theo sấy thực tế - Khơng khí đốt nóng caloriphe nước (đốt nóng gián tiếp) Cho biết độ ẩm đốt 6%; độ chênh lệch nhiệt độ đốt không khí phòng sấy 100C; ẩn nhiệt ngưng tụ đốt r = 2122 kJ/kg Xác định: 1/ Lượng khơng khí khơ tiêu tốn (kg/h) 2/ Lượng đốt cần thiết (kg/h) nhiệt độ đốt cấp cho caloriphe Bài tập 59: Một máy sấy dùng tác nhân sấy khơng khí nóng với suất tính theo sản phẩm sau sấy G2 = 500 kg/h; độ ẩm đầu cuối vật liệu tương ứng w 1= 40%, w2 = 10% (tính theo vật liệu ướt) Biết khơng khí ngồi trời có nhiệt độ t = 250C, độ ẩm tương đối 0 = 80%; nhiệt độ khơng khí vào máy sấy (sau qua caloriphe chính) t = 800C sau khỏi máy sấy t2 = 400C Quá trình sấy xem sấy lý thuyết Hãy tính: a/ Lượng nguyên liệu cần phải đưa vào máy sấy (kg/h) b/ Lượng khơng khí khơ cần thiết cho trình sấy (kgkkk/h) c/ Lượng nhiệt cung cấp cho caloriphe (kW) Cho biết: Áp suất khơng khí 105 N/m2; áp suất nước bão hoà 250C Pbh=3150 N/m2 Bài tập 60: Dùng thiết bị sấy khơng khí để sấy đường có độ ẩm ban đầu w = 10%, sấy đến độ ẩm cuối w2 = 1% Năng suất thiết bị (tính theo vật liệu ướt) G = 1100 kg/h Thiết bị sấy trang bị caloriphe nước để đốt nóng khơng khí (q trình đốt nóng gián tiếp); nước có nhiệt độ 1510C có độ ẩm 5% Trạng thái khơng khí trước vào cloriphe t0 = 100C, x0 = 0,006 (kgẩm/kg kkk) sau khỏi thiết bị sấy t = 500C, x2 = 0,037 (kgẩm/kg kkk) Tiêu hao nhiệt lượng sấy cao 13% so với lý thuyết Tính: a Năng suất quạt thổi khơng khí (m 3/h) Biết thể tích riêng khơng khí ẩm vkkẩm= 0,988 (m3/kgkkk) b Lượng nước (kg/h) để gia nhiệt khơng khí caloriphe Biết ẩn nhiệt nước r = 2117 (kJ/kg) c Bề mặt truyền nhiệt caloriphe (m 2) Biết hệ số truyền nhiệt nước khơng khí K=30 (W/m2.0C) ... MX=106kg/kmol Bài tập 7: Một hỗn hợp hexan-nước không tan lẫn vào Xác định nồng độ phần mol cấu tử pha trạng thái cân với pha lỏng 500C Cho biết áp suất bão hòa hexan nước 50 0C 400mmHg 92,5mmHg Bài tập. .. Nếu có 15m3 hỗn hợp dioxan – nước sử dụng Số liệu đường cân hỗn hợp cho tập 16 (bỏ qua tính hồ tan lẫn nước benzen) Bài tập 47: Dung môi thứ cấp S đưa vào với tốc độ 160 cm3/s để chiết cấu tử... Raoult Cho biết áp suất bão hòa benzen toluen 60 0C 385mmHg 140mmHg Chương 2: QÚA TRÌNH HẤP THỤ Bài tập 9: Một hỗn hợp khí gồm NH3 khơng khí chứa 25% khối lượng NH3 rửa nước để nồng độ NH3 giảm