Bài tập ôn tập quá trình truyền chất..................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
Trang 1CHƯƠNG 1: NHỮNG KIẾN THỨC CƠ BẢN CỦA QUÁ TRÌNH TRUYỀN CHẤT
Bài tập 1:
Trong một thiết bị truyền chất (truyền khối) hoạt động ở áp suất tuyệt đối 3,1 at, hệ số
cấp khối trong mỗi pha như sau: y=1,07kmol/m2.h (y=1) và x=22kmol/m2.h (x=1) Thành phần cân bằng của pha lỏng và pha khí tuân theo định luật Henry như sau: p*=0,08106x (hệ số Henry có thứ nguyên là mmHg, và cho biết 1at = 735 mmHg) Xác định:
1/ Hệ số truyền khối tổng quát của quá trình ky và kx
2/ So sánh trở lực khuyếch tán trong pha lỏng và pha khí
Bài tập 2:
Hãy xác định phần khối lượng, phần thể tích và phần mol của hỗn hợp lỏng gồm các 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:
Không khí bão hòa hơi nước ở áp suất thường và nhiệt độ 34 0 C Hãy xác định:
1/ Áp suất riêng phần của không khí khô
2/ Phần thể tích của hơi nước trong hỗn hợp không khí - hơi nước
3/ Phần khối lượng của hơi nước trong hỗn hợp không khí - hơi nước
4/ Thành phần khối lượng tương đối của hơi nước trong hỗn hợp không khí - hơi nước 5/ Khối lượng riêng của hỗn hợp không khí - hơi nước
Cho biết áp suất của hơi nước bão hòa ở nhiệt độ 34 0 C là 40 mmHg Áp suất của khí
quyển là 745 mmHg.
Bài tập 4:
Hãy xác định phần khối lượng và thể tích của các cấu tử trong hỗn hợp khí gồm các cấu
tử có thành phần như sau:
Metan: 0,3 phần mol; etan: 0,45 phần mol; pentan: 0,25 phần mol
ở điều kiện chuẩn (p = 760mmHg, t = 0 0 C) và ở p=10 at và t = 800C
Cho biết trọng lượng phân tử của các cấu tử như sau:
Mmetan = 16 kg/kmol; Metan = 30 kg/kmol; Mpentan = 72 kg/kmol;
Bài tập 5:
1/Chứng minh công thức xác định khối lượng riêng của hỗn hợp không khí ẩm:
) 378 0 1 ( 0
0 0
P
P TP
P
am
Trong đó: o: Khối lượng riêng của không khí ở điều kiện chuẩn
Po, P: áp suất chung của hỗn hợp không khí ẩm (ứng với To, T)
Trang 22/ Xác định áp suất riêng phần của hơi nước, khối lượng riêng và hàm ẩm của hỗn hợp không khí Cho biết:
t = 60 o C, P = 380 mmHg, = 0.4, P bh (ở 60 o C) = 149.4 mmHg, o=1.293kg/m 3
Bài tập 6:
Xác định áp suất riêng phần, nồng độ phần mol của hơi toluen cân bằng với hỗn hợp lỏng toluen-xylen ở 900C, nếu toluen trong pha lỏng chiếm 55,1% khối lượng và áp suất chung của hệ bằng 760mmHg
Cho biết áp suất hơi bão hòa của toluen ở 900C là 985mmHg Trọng lượng phân
tử của toluen MT = 92kg/kmol và của xylen MX=106kg/kmol
Bài tập 7:
Một hỗn hợp hexan-nước không tan lẫn vào nhau Xác định nồng độ phần mol của các cấu tử trong pha hơi ở trạng thái cân bằng với pha lỏng ở 500C
Cho biết áp suất hơi bão hòa của hexan và của hơi nước ở 500C lần lượt là 400mmHg và 92,5mmHg
Bài tập 8:
Xác định nồng độ phần mol của các cấu tử trong pha hơi ở trạng thái cân bằng với pha lỏng khi cho một hỗn hợp lỏng chứa 40% phần mol benzen và 60% phần mol toluen ở
600C Hỗn hợp này tuân theo định luật Raoult
Cho biết áp suất hơi bão hòa của benzen và toluen ở 600C lần lượt là 385mmHg
và 140mmHg
Chương 2: QÚA TRÌNH HẤP THỤ
Bài tập 9:
Một hỗn hợp khí gồm NH3 và không khí chứa 25% khối lượng NH3 được rửa bằng nước
để nồng độ NH3 giảm xuống còn 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: 6 kg/m 2 s; cường độ dòng khí: 4 kg/m 2 s; và phương trình
đường cân bằng Y = X (trong đó Y, X là phần khối lượng tương đối của NH3 trong pha
khí và pha lỏng)
Bài tập 10:
Để tách một hỗn hợp khí gồm 20% thể tích C2H2 và 80% thể tích H2 Người ta dùng aceton để rửa hỗn hợp khí trên trong tháp hấp thụ loại đĩa, sao cho hỗn hợp khí sau rửa còn lại 0,2% thể tch C2H2 Quá trình rửa được tiến hành ở 250C, áp suất 1atm Hãy xác định:
1/ Phương trình đường cân bằng
2/ Phương trình đường nồng độ làm việc của hệ khí – lỏng Giả sử rằng quá trình tách chỉ đạt được 70% giá trị cực đại
3/ Xác định số đĩa lý thuyết của thiết bị hấp thụ tách chất ở trên
Cho biết hệ số Henry của aceton ở 250C là: Ψ = 9,6(atm)
Trang 3Bài 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 đi vào tháp hấp thụ, tiếp xúc ngược chiều với dung môi nguyên chất Biết phương trình đường nồng độ cân bằng lỏng hơi là y* = 2x (x, y nồng độ phần mol) 1/ Tính lượng dung môi tối thiểu Gxmin, nếu nồng độ của khí A sau hấp thụ yc = 0,01 (nồng độ phần mol)
2/ Viết phương trình đường nồng độ làm việc và tính nồng độ ra của dung dịch, nếu lượng dung môi thực tế Gx=1,5Gxmin
3/ Xác định số đĩa lý thuyết của tháp hấp thụ tách chất ở trên
Bài tập 12:
Hấp thụ NH3 trong không khí bằng nước Nồng độ đầu của NH3 trong không khí là 5% thể tích, lúc cuối 0,27% thể tích Lượng khí đi vào tháp hấp thụ là 10000m3/h (ở đktc)
Áp suất chung của không khí là 760mmHg, khối lượng riêng của không khí là 1,29 kg/m3 Nồng độ đầu của NH3 trong nước là 0,2% khối lượng Lượng dung môi tiêu hao riêng là 1,18kg/kg
1/ Xác định lượng NH3 hấp thụ được (kg/h)
2/ Nồng độ NH3 trong nước (kg/kg)
3/ Viết phương trình đường nồng độ làm việc
Bài tập 13:
Một tháp hấp thụ hơi aceton từ không khí bằng dung môi là nước với lưu lượng 3000 kg nước/h Hỗn hợp không khí - aceton có nồng độ aceton là 6% theo thể tích được đưa qua tháp ở nhiệt độ và áp suất thường Pha khí cho vào tháp có lưu lượng 1400 m3/h không khí tinh khiết (ở điều kiện chuẩn) Tháp hấp thụ được 98% aceton
Hãy xác định:
1/ Nồng độ aceton có trong pha khí (kmol aceton/kmol không khí) trước khi vào tháp và sau khi ra khỏi tháp hấp thụ
2/ Lượng aceton được hấp thụ (kmol/h)
3/ Nồng độ aceton trong nước đi ra khỏi tháp hấp thụ (kmol aceton/kmol nước)
Bài tập 14:
Một hỗn hợp khí gồm NH3 - không khí, chứa 30% kg NH3, được rửa bằng nước ở áp suất thường để nồng độ NH3 giảm xuống còn 3% kg Xác định số đĩa lí thuyết cần thiết của
tháp hấp thụ để đáp ứng yêu cầu tách nói trên Cho biết cường độ nước rửa là 10 kg/h; cường độ dòng khí vào tháp là 4 kg/h và phương trình đường cân bằng của hệ : Y=X
(trong đó Y, X tính theo nồng độ phần khối lượng tương đối)
Bài tập 15:
Một tháp hấp thụ hơi aceton từ không khí bằng dung môi là nước với lưu lượng 3000 kg nước/h Hỗn hợp không khí - aceton có nồng độ aceton là 6% theo thể tích được đưa qua tháp ở nhiệt độ và áp suất thường Pha khí cho vào tháp có lưu lượng 1400 m3/h không khí tinh khiết (ở điều kiện chuẩn) Tháp hấp thụ được 98% aceton
Hãy xác định:
Trang 41/ Nồng độ aceton có trong pha khí (kmol aceton/kmol không khí) trước khi vào tháp và sau khi ra khỏi tháp hấp thụ
2/ Lượng aceton được hấp thụ (kmol/h)
3/ Nồng độ aceton trong nước đi ra khỏi tháp hấp thụ (kmol aceton/kmol nước)
Bài tập 16:
Hấp thụ NH3 bằng nước trong tháp đệm Nồng độ đầu của NH3 trong khí là 8% thể tích Áp suất tuyệt đối trong tháp là 2at Độ hòa tan của NH3 trong nước ở điều kiện này tuân theo định luật Henry: p = 2000x (mmHg) (x là phần mol của NH3 trong dung dịch) Tính nồng độ lớn nhất của NH3 trong nước có thể thu được (biết 1at = 735,6 mmHg)
Bài tập 17:
Một hỗn hợp gồm khí A có nồng độ đầu yđ = 0,2 phần mol và khí B (khí trơ) với lưu lượng pha khí Gy = 1000 mol/h đi vào tháp hấp thụ, tiếp xúc tực tiếp và ngược chiều với một dung môi nguyên chất Biết phương trình nồng độ cân bằng lỏng – hơi là y* = 2x
1/ Tính lượng dung môi tối thiểu Gxmin, nếu nồng độ ra của khí A sau hấp thụ là y
= 0,01 phần mol
2/ Viết phương trình đường nồng độ làm việc và tính nồng độ ra của dung dung dịch, nếu lượng dung môi thực tế sử dụng là Gx = 1,5Gxmin
Bài tập 18:
Hấp thụ NH3 trong không khí bằng nước được tiến hành trong thiết bị loại tháp Nồng độ NH3 trong không khí là 5% thể tích, lúc ra khỏi tháp là 0,27% thể tích Lượng khí vào tháp là 10000m3/h (ở đktc) Áp chung của không khí là 760mmHg, khối lượng riêng của khí là 1,29kg/m3 Nồng độ đầu của NH3 trong nước là 0,2% khối lượng Lượng dung môi tiêu hao riêng là 1,18kg/kg
Xác định:
1/ Lượng NH3 hấp thụ được (kg/h)
2/ Nồng độ NH3 trong nước ra khỏi tháp (kg/kg)
3/ Viết phương trình đường nồng độ làm việc của quá trình hấp thụ
Bài tập 19:
Xác định lượng nước (m3/h) cần thiết để hấp thụ được1500 kg/h SO2 từ không khí, biết lượng nước (nguyên chất) cung cấp lớn hơn lượng nước tối thiểu là 65% Nồng
độ SO2 trong không khí lúc đầu là 18% khối lượng Phương trình đường cân bằng có dạng ycb = 26,7 X Trong đó: ycb là phần thể tích SO2 trong không khí và X là phần mol tương đối của SO2 (kmol SO2/kmol nước)
Cho biết trọng lượng phân tử của SO2, không khí và của nước lần lượt là:
kmol kg M
kmol kg M
kmol kg
Bài tập 20:
Trong quá trình sản xuất C2H2 bằng phương pháp hồ quang người ta thu được một hỗn hợp chứa 20% thể tích C2H2 và 80% thể tích H2 Cần phải tách khí C2H2 ra khỏi hỗn hợp này sao cho phần khí còn lại không chứa quá 0,2% thể tích C2H2 Quá trình tách được thực hiện trong thiết bị hấp thụ loại tháp với áp suất 1atm và nhiệt độ 250C Các
Trang 5dung môi được lựa chọn cho quá trình này là nước, aceton và dimetyl formamit (DMF).
Hệ số Henry ở 250C được cho trong bảng sau:
a/ Xác định nồng độ hấp thụ cực đại của C2H2 trong ba dung môi trên
b/ So sánh lượng dung môi tiêu tốn (cho nhận xét khi sử dụng từng loại dung môi tính trên một đơn vị C2H2 bị hấp thụ) Giả sử rằng quá trình tách chỉ đạt được 90% giá trị cực đại và lưu lượng dòng khí cho vào tháp hấp thụ là không đổi
Bài tập 21:
Một hỗn hợp khí gồm NH3 và N2 (khí trơ) có lưu lượng là 1000 (kmol/h), được rữa bằng nước trong một tháp hấp thụ ngược chiều
a/ Tính lượng nước tối thiểu được sử dụng, nếu nồng độ của khí NH3 đi vào tháp
và ra khỏi tháp hấp thụ là lần lượt là 0,2 và 0,01 (phần mol)
b/Tính lượng khí NH3 bị hấp thụ
c/ Viết phương trình đường nồng độ làm việc của quá trình hấp thụ
d/ Tính nồng độ NH3 trong nước khi ra khỏi tháp
Cho biết phương trình nồng độ cân bằng lỏng hơi là: y* = 2x (y, x là nồng độ phần mol); lượng nước thực tế sử dụng lớn hơn lượng nước tối thiểu là 1,5 lần
Bài tập 22:
Cho không khí ở 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) ở 250C Hỏi C2H2 sẽ chuyển từ pha nào sang pha nào? Tại sao? Cho biết nồng độ cân bằng C2H2 trong pha lỏng và pha khí được xác định theo định luật Henry Hệ số Henry của C2H2 ở 250C là 1,01106mmHg;
MC2H2=26(kg/kmol); MH2O= 18(kg/kmol)
Bài tập 23:
Xác định hệ số truyền chất KP (kg/h.m2.mmHg) trong tháp hấp thụ loại đệm để hấp thụ CO2 trong pha khí với dung môi là nước Hỗn hợp khí cho vào đáy tháp với lưu lượng 5000(m3/h) trong đó CO2 chiếm 28,4% (theo thể tích); hàm lượng cuối tại đỉnh của CO2 trong pha khí là 0,2% (theo thể tích) Nước tinh khiết cho vào đỉnh tháp với lưu lượng 650(m3/h) Áp suất tuyệt đối trong tháp là 16,5 at, nhiệt độ là 150C Tháp có hai tầng đệm (loại đệm vòng) có tổng diện tích bề mặt đệm là 5212 m2 và giả sử bề mặt đệm được thấm ướt hoàn toàn Cho biết khối lượng riêng của CO2 là 1,97(kg/m3) và của nước
là 1000(kg/m3); MCO2 = 44(kg/kmol); Hệ số Henry của CO2 ở 150C là 0,93106mmHg; 1at=735mmHg
(Gợi ý: động lực trung bình (Ptb) cho toàn quá 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 và 40% khối lượng nước Sau khi chưng trong nồi còn lại 5% khối lượng rượu và nồng độ rượu thu được là 75% khối lượng Tính:
a/ Lượng sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy thu được
Trang 6b/ Tính lượng nhiệt cần tiêu tốn để thực hiện quá trình chưng ở trên (bỏ qua lượng nhiệt dùng để gia nhiệt sản phẩm đáy và nhiệt tổn thất ra môi trường) Cho biết nhiệt độ sôi trung bình của hỗn hợp là 88oC Hỗn hợp đầu đưa và nồi chưng có nhiệt độ 81oC Nhiệt dung riêng của rượu và của nước lần lượt là 3,35.103 và 4,19.103 J/kg.oC Nhiệt hóa hơi của rượu và của của nước ở 88oC lần lượt là 855.103 và 2290.103 J/kg
Bài tập 25:
Đem chưng 2500kg dầu thông bẩn bằng hơi nước bão hòa trực tiếp ở áp suất thường (760mmHg) Hỗn hợp ban đầu chứa 80% khối lượng dầu thông và 20% khối lượng nước Hệ thống này đã có gia nhiệt bên ngoài đến nhiệt độ cần chưng Tính:
a/ Lượng hơi nước cần tiêu tốn cho quá trình chưng
b/ Nồng độ phần khối lượng, phần mol và áp suất riêng phần của dầu thông và hơi nước trong pha hơi
Cho biết hơi nước dùng để chưng có áp suất trong ống dẫn là 645mmHg Hệ số bão hòa của hơi nước với dầu thông là =0,7 Khối lượng mọl của dầu thông và của nước lần lượt là 136kg/kmol và 18kg/kmol
Bài tập 26:
Người ta cần tách một khí hydrocacbon trong một loại dầu mỏ có chứa 0,4 phần mol hydrocacbon đó bằng phương pháp rửa bằng hơi nước, sao cho hàm lượng khí hydrocacbon giảm xuống còn 0,1 phần mol hãy xác định:
1/ Phương trình đường nồng độ làm việc của quá trình tách nói trên
2/ Số đĩa lý thuyết đối với thiết bị tách
Giả thiết rằng dầu không bay hơi và nhiệt độ được giữ không đổi để hơi nước không bị ngưng tụ trong thiết bị rữa
Cho biết lượng hơi nước dừng để rửa dầu theo tỷ lệ 1:1 Đường cân bằng lỏng - hơi của quá trình tách là:
Y = X (Y, X tính theo phần mol tương đối)
Bài tập 27:
Một hỗn hợp rượu etylic và nước chứa 25% mol rượu được phân tách trong một tháp chưng cất liên tục ở áp suất thường Nồng độ sản phẩm đỉnh là 80% mol và nồng độ rượu cho phép trong sản phẩm đáy không quá 0.1 phần mol Nguyên liệu cho vào tháp chưng ở
nhiệt độ sôi và đường cong cân bằng lỏng hơi được cho trong sổ tay
1/ Hãy xác định chỉ số hồi lưu thực tế R, nếu R=1.8Rmin+ 0.3
2/ Viết phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn luyện và đoạn chưng
3/ Tính số đĩa thực của tháp chưng luyện khi biết hiệu suất làm việc của tháp là 65%.
Bài tập 28:
Một hỗn hợp đầu chứa 40% etanol và 60% nước với lưu lượng là 1000kmol/h cần được chưng luyện để thu được sản phẩm đỉnh chứa 82% etanol và sản phẩm đáy chỉ còn 4%
etanol Hỗn hợp lỏng cho vào tháp chưng luyện ở nhiệt độ sôi, quá trình chưng luyện được tiến hành ở áp suất 760 mmHg Các số liệu trên cho theo thành phần % khối lượng Đường cong cân bằng lỏng hơi cho trong sổ tay
1/ Hãy xác định chỉ số hồi lưu thực tế R, nếu R=2Rmin
2/ Tính lượng sản phẩm đỉnh P, lượng hồi lưu Gx và lượng sản phẩm đáy W
Trang 73/ Viết phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn luyện và đoạn chưng.
4/ Tính số đĩa thực của tháp chưng luyện khi hiệu suất làm việc của tháp là 70%
Bài tập 29:
Một hỗn hợp đầu chứa 25% CS2 và 75% CCl4 với lưu lượng là 2000kmol/h cần được chưng luyện để thu được sản phẩm đỉnh chứa 66% CS2 và sản phẩm đáy còn 11% CS2.
Hỗn hợp lỏng cho vào tháp chưng luyện ở nhiệt độ sôi, quá trình chưng luyện được tiến
hành ở áp suất 760 mmHg Các số liệu trên cho theo thành phần % khối lượng Đường
cong cân bằng lỏng hơi cho trong sổ tay
1/ Hãy xác định chỉ số hồi lưu thực tế R, nếu R=2Rmin
2/ Tính lượng sản phẩm đỉnh P, lượng hồi lưu Gx và lượng sản phẩm đáy W
3/ Viết phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn luyện và đoạn chưng
4/ Tính số đĩa thực của tháp chưng luyện khi hiệu suất làm việc của tháp là 75%
Bài tập 30:
Một hỗn hợp rượu etylic và nước chứa 0.16 phần mol rượu được phân tách trong một tháp chưng cất liên tục ở áp suất thường Nồng độ sản phẩm đỉnh là 0.8 phần mol và nồng
độ rượu cho phép trong sản phẩm đáy là 0.05 phần mol Giả sử rằng 25% rượu được lấy
ra theo một đường phụ và trong dòng này thì rượu chiếm 0.5 phần mol Biết rằng nguyên
liệu được đưa vào tại nhiệt độ sôi và chỉ số hồi lưu của cột là 2 Đường cong cân bằng lỏng hơi cho trong sổ tay
1/ Hãy xác định lượng sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy và lượng rượu lấy ra ở đường phụ 2/ Viết phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn luyện ở phần sản phẩm lấy ra ở đầu cột và ở sản phẩm lấy ra theo đường phụ
3/ Viết phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng
4/ Xác định số đĩa lí thuyết của tháp chưng và vị trí đĩa lấy sản phẩm ra theo đường phụ
Bài tập 31
Một tháp chưng cất được sử dụng để tách một hỗn hợp chứa 0,4 phần mol n-heptan (C7H16) và 0,6 phần mol n-octan (C8H18), để cho sản phẩm đỉnh đạt đến 0,95 phần mol
và sản phẩm đáy còn 0,05 phần mol Nguyên liệu được đưa vào ở trạng thái sôi với tốc
độ nạp liệu là 1,25 kg/s Tốc độ hơi đi trong tháp là 0,6 m/s, nhiệt độ sôi ở đỉnh tháp là
372K
1/ Xác định số đĩa lí thuyết của tháp chưng, khi cho R = 2R min
2/ Xác định đường kính tháp chưng
Đường cân bằng lỏng hơi được cho trong sổ tay, và 1kmol khí lý tưởng ở P = 760 mmHg
và 273K là 22,4 m 3
Bài tập 32:
Một tháp chưng luyện liên tục được thiết kế với năng suất theo lượng sản phẩm đỉnh là
1000 kg/h và nồng độ cấu tử dễ bay hơi là 98% khối lượng, lưu lượng sản phẩm đáy là
3000 kg/h với nồng độ cấu tử khó bay hơi là 95% khối lượng Biết chỉ số hồi lưu R = 3 Xác định:
1/ Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong hỗn hợp đầu (% khối lượng)
Trang 82/ Lượng nước lạnh cần thiết để ngưng tụ toàn bộ hơi đi ra khỏi tháp chưng luyện (kg/h) Biết ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi ở đỉnh tháp là 2000 kJ/kg; nhiệt độ vào, nhiệt độ ra và nhiệt dung riêng của nước làm lạnh tương ứng là 200C, 600C và 4kJ/kg.độ
Bài tập 33:
Dùng tháp chưng luyện để tách hỗn hợp metanol-nước (CH3OH-H2O) với năng suất tính theo hỗn hợp đầu 8,45 tấn/h, chứa lượng metanol là 4,3 tấn/h Biết nồng độ sản phẩm đỉnh là 0,995 phần mol và nồng độ sản phẩm đáy 0,002 phần mol Xác định lượng metanol trong sản phẩm đỉnh và trong 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 ở nhiệt độ sôi Phương trình đường làm việc của đoạn luyện là y = 0,73x + 0,264 Sản phẩm đáy có lưu lượng 3800 kmol/h
Xác định:
1/ Nồng độ phần mol rượu metylic trong sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy
2/ Lượng hơi (kmol/h) ra khỏi tháp chưng (lượng hơi đi vào tháp ngưng tụ) và lượng lỏng hồi lưu (kmol/h)
3/ Lưu lượng nước cần thiết vào thiết bị ngưng tụ nếu nhiệt độ của nước tăng lên 120C (bỏ qua nhiệt tổn thất và quá trình ngưng tụ là hoàn toàn)
Cho biết: ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi ở đỉnh tháp là 2000 kJ/kmol; nhiệt dung
riêng của nước làm lạnh là 4kJ/kmol.độ
Bài tập 35:
Một hỗn hợp lỏng gồm rượu etylic và nước có lưu lượng 2000 kmol/h chứa 0,4 kmol/kmol rượu được phân tách trong một tháp chưng cất liên tục ở áp suất thường Lưu lượng lỏng hồi lưu và hơi đi trong tháp là không đổi Nồng độ sản phẩm đỉnh thu được 0,8 kmol/kmol rượu và nồng độ rượu còn lại trong sản phẩm đáy là 0,2 kmol/kmol Nguyên liệu cho vào tháp chưng ở nhiệt độ sôi
1/ Tính lưu lượng sản phẩm đỉnh và lưu lượng sản phẩm đáy (kmol/h)
2/ Viết phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn luyện và của đoạn chưng
3/ Vẽ sơ đồ hệ thống tháp chưng luyện, nêu nguyên tắc làm việc của hệ thống đó.
Cho biết: lưu lượng lỏng hồi lưu đi trong tháp là không đổi và bằng 1040 kmol/h
Bài tập 36:
Một hỗn hợp rượu etylic và nước chứa 25% mol rượu được phân tách trong một tháp chưng cất liên tục ở áp suất thường Nồng độ sản phẩm đỉnh là 80% mol và nồng độ rượu cho phép trong sản phẩm đáy là 5% mol Nguyên liệu cho vào tháp chưng ở nhiệt độ
sôi và đường cong cân bằng lỏng hơi được cho bởi hình dưới
1/ Hãy xác định chỉ số hồi lưu thực tế R, nếu R =1.5Rmin+ 0.3
2/ Viết phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn luyện và đoạn chưng
3/ Tính số đĩa thực của tháp chưng khi biết hiệu suất làm việc của tháp là 65%.
Bài tập 37:
Sử dụng tháp chưng cất liên tục để tách hỗn hợp gồm benzen và toluen Lưu lượng hỗn hợp đầu cho vào tháp là 75 kmol/h ở nhiệt độ sôi
Trang 9Phương trình đường làm việc của đoạn luyện là: y = 0,73x + 0,264
Phương trình đường làm việc của đoạn chưng là: y = 1,25x - 0,0188
Xác định:
1/ Nồng độ phần mol của benzen trong sản phẩm đỉnh; sản phẩm đáy và hỗn hợp đầu 2/ Lưu lượng (kmol/h) của benzen trong sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy
3/ Lưu lượng nước cần thiết (kmol/h) vào thiết bị ngưng tụ nếu nhiệt độ của nước tăng lên 150C (bỏ qua nhiệt tổn thất)
Cho biết: ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi ở đỉnh tháp là 100 kJ/kmol; nhiệt dung riêng
của nước làm lạnh là 0,56 kJ/kmol.độ
Bài tập 38:
Dùng tháp chưng luyện liên tục để tách hỗn hợp metanol-nước (CH3OH-H2O) với năng suất tính theo hỗn hợp đầu 8,45 tấn/h, chứa lượng metanol là 4,3 tấn/h Biết nồng độ sản phẩm đỉnh là 0,995 phần mol và nồng độ sản phẩm đáy 0,002 phần mol Hỗn hợp đầu đưa vào tháp chưng ở nhiệt độ sôi, tháp làm việc với chỉ số hồi lưu không đổi bằng 1,35
1/ Xác định lượng metanol trong sản phẩm đỉnh và trong sản phẩm đáy (kmol/h) 2/ Viết phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng và đoạn luyện 3/ Tính lượng nước làm lạnh để ngưng tụ hoàn toàn lượng hơi ra khỏi tháp chưng Cho biết ẩn nhiệt ngưng tụ của lỏng ở đỉnh tháp bằng 582,520 kJ/kg; nhiệt dung riêng của nước làm lạnh 4181 J/kg.độ; nhiệt độ vào và ra của nước làm lạnh tương ứng là 250C và
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 ở nhiệt độ sôi Phương trình đường làm việc của đoạn luyện là y = 0,73x + 0,264 Sản phẩm đáy có lưu lượng 3800 kmol/h
Xác định:
1/ Nồng độ phần mol rượu metylic trong sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy
2/ Lượng hơi (kmol/h) ra khỏi tháp chưng (lượng hơi đi vào tháp ngưng tụ) và lượng lỏng hồi lưu (kmol/h)
3/ Lưu lượng nước cần thiết vào thiết bị ngưng tụ nếu nhiệt độ của nước tăng lên
120C (bỏ qua nhiệt tổn thất và quá trình ngưng tụ là hoàn toàn)
Cho biết: ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi ở đỉnh tháp là 2000 kJ/kmol; nhiệt dung
riêng của nước làm lạnh là 4kJ/kmol.độ
Bài tập 40:
Một hỗn hợp đầu gồm hai cấu tử benzen và xylen chứa 40% khối lượng benzen, với lưu lượng là 1000 kmol/h, được phân tách nhờ hệ thống chưng luyện liên tục để thu được sản phẩm đỉnh gồm 90% khối lượng benzen và sản phẩm đáy còn 10% khối lượng benzen Hỗn hợp cho vào tháp ở nhiệt độ sôi, quá trình chưng ở áp suất thường với chỉ số hồi lưu R = 2
a Tính lượng sản phẩm đỉnh, lượng hơi ra khỏi tháp và lượng sản phẩm đáy (kmol/h)
b Viết phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn luyện và của đoạn chưng Cho biết: Mbenzen = 78 kg/kmol; Mxylen = 106 kg/kmol
Trang 10Bài tập 41:
Dùng tháp chưng luyện liên tục để tách hỗn hợp metanol-nước (CH3OH-H2O) với năng suất tính theo hỗn hợp đầu 8,45 tấn/h, chứa lượng metanol là 4,3 tấn/h Biết nồng độ sản phẩm đỉnh là 0,995 (phần mol) và nồng độ sản phẩm đáy 0,002 (phần mol) Hỗn hợp đầu đưa vào tháp chưng ở nhiệt độ sôi, tháp làm việc với chỉ số hồi lưu không đổi R=1,35
a Xác định lượng metanol trong sản phẩm đỉnh và trong sản phẩm đáy (kmol/h)
b Viết phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng và đoạn luyện
c Tính lượng nước làm lạnh để ngưng tụ hoàn toàn lượng hơi ra khỏi tháp chưng Cho biết ẩn nhiệt ngưng tụ của lỏng ở đỉnh tháp bằng 582,520 kJ/kg; nhiệt dung riêng của nước làm lạnh 4181 J/kg.độ; nhiệt độ vào và ra của nước làm lạnh tương ứng là 250C và
400C
Bài tập 42:
Một tháp chưng luyện liên tục để tách hỗn hợp gồm axeton và etanol Lưu lượng hỗn hợp đầu cho vào tháp là 75(kmol/h) ở nhiệt độ sôi Nồng độ axeton trong hỗn hợp đầu xF = 0,4 (phần mol), nồng độ sản phẩm đỉnh thu được xP=0,9 (phần mol) và nồng độ axeton còn lại trong sản phẩm đáy xW = 0,05 (phần mol) Tháp chưng làm việc với chỉ số hồi lưu không đổi R=2Rmin
Số liệu về đường cân bằng lỏng hơi (y, x tính bằng phần mol) cho ở bảng sau:
x 0 0,05 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00
y 0 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 của axeton trong sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy và trong hỗn hợp đầu (kmol/h)
b/ Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn luyện và đoạn chưng
Chương 5: QUÁ TRÌNH TRÍCH LY
Bài tập 43:
Dùng benzen để tách phenol ra khỏi hỗn hợp nước thải phenol-nước trong hệ thống trích
li liên tục ngược chiều Thành phần phenol trong nước thải lúc đầu là 8kg/m 3, và lúc cuối
là 1,0kg/m 3 Thành phần phenol trong benzen sau khi trích li là 25kg/m 3 Nhiệt độ làm
việc 250C.
1/ Vẽ sơ đồ hệ thống trích li hỗn hợp trên
2/ Xác định lượng dung môi thứ benzen cần thiết để đảm bảo yêu cầu tách nói trên 3/ Xác định số bậc trích li
Cho biết mỗi giờ có 10m 3 nước thải được sử dụng Số liệu về đường cân bằng của hỗn hợp cho ở hình dưới
Bài tập 44:
Dùng benzen nguyên chất để trích ly dung dịch nước có chứa 20% khối lượng dioxan Cần phải chiết cho đến khi nồng độ của dioxan còn lại trong nước là 4% khối lượng Lượng hỗn hợp đầu đem xử lý là 150 kg Trong mỗi bậc trích ly đều đạt đến cân