Sách truyền khối tập 3 ĐHBK

Sách truyền khối tập 3 đại học bách khoa dành cho các bạn thuộc chuyên ngành công nghệ thực phẩm, công nghệ hóa học, công nghệ sinh học, tài liệu mô tả về các quá trình truyền khối, cách tính toán, đây là một trong những tài liệu tham khảo quan trọng khi làm đồ án quá trình thiết bị

VÕ VĂN BANG - VŨ BÁ MINH (Chủ biên : v ũ BÁ MINH) QI TRÌNH VÃ THICT BỊ CƠNG NGHệ Hôn HỌC & THỰC PHflM ĐẠI HỌC QUỐC GIA T P H CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA V ũ B M in h - V õ V a n B a n g QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT B| CÔNG NGHỆ HÚA HQC VÀ THựC PHẨM TẬP * TRUYỀN KHỐI (Tái lần thứ bảy) 00.258 40 , NHÀ XUẤT BẲN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHl MINH - 2013 MỤC LỤC Lời nói đầu Chương CÁC Q TRÌNH TRUYỀN KHỐI 1.1 Phân loại trình truyền khối 1.2 Lựa chọn phương pháp phân riêng 1.3 Các phương pháp thực trình truyền khối 1.4 Nguyên tẩc thiết kế 1.5 Biểu diễn thành phần pha 10 12 13 13 14 Chương KHUẾCH TÁN PHÂN TỬ 2.1 Khuếch tán phân tử 2.2 Khuếch tán phân tữ theo chiều lưu chất đứng yên chảy dòng trạng thái ổn định 2.3 Khuếch tán đối lưu 2.4 Áp dụng khuếch tán phân tử Bài tập 15 16 39 40 40 Chương HỆ SỐ TRUYỀN KHỐI 3.1 Hệ số truyền khối dòng chảy tầng 42 43 21 3.2 Hệ sô' truyền khối đối lưu 47 3.3 Xác định thực nghiệm hệ sô' truyền khối 59 3.4 Hệ số truyền khối qua diện tích bề mặt tiếp xúc pha xác định 61 Bài tập Chương TRUYỀN KHỐI GIỮA HAI PHA 68 71 4.1 Cân pha 4.2 Truyền khối hai pha 71 75 4.3 Cân vật chất 4.4 Quá trình nhiều bậc Bài tập 83 Chương THẮP CHƯNG CẤT - HẤP THU 88 99 101 5.1 Tháp mâm 102 5.2 Tháp chêm Bài tập 127 134 Chương HẤP THƯ 6.1 Độ hịa tan cân chất khí chất lỏng 6.2 Cân vật chất cho trình hấp thu 6.3 Ảnh hưởng nhiệt độ áp suất lên trình hấp thu 6.4 Tháp hấp thu Bài tập Chương CHƯNG CẤT 7.1 Định nghĩa 7.2 Cân lỏng - hỗn hợp hai cấu tử 7.3 Hệ nhiều cấu tử lỵ tưởng 7.4 Chưng cất liên tục hỗn hợp hai cấu tử 7.5 Tính trình chưng cất tháp chêm 7.6 Chưng cất đơn giản Bài tập Chương TRÍCH LY CHẤT l ỏ n g 8.1 Cân pha cho hệ ba cấu tử 8.2 Lựa chọn dung môi 8.3 Các phương pháp trích ly theo bậc 8.4 Q trình tiếp xúc pha liên tục 8.5 Thiết bị trích ly Bài tập Chương SẤY 136 138 141 146 147 164 167 167 168 180 182 208 210 222 224 226 233 234 257 260 267 269 A TỈNH L ự c HỌC Q TRÌNH SẤY 9.1 Khái niệm hỗn hợp khơng khí ẩm 270 270 9.2 Giản đồ H - Y hỗn hợp khơng khí ẩm 272 9.3 Cân vật chất lượng thiết bị sấy khơng khí 9.4 Các phương thức sấy 277 284 B ĐỘNG L ự c HỌC Q TRÌNH SẤY 9.5 Tơc độ sấy trình sấy gián đoạn 290 292 c THIẾT BỊ SẤY 9.6 Thiết bị sấy đôi lưu 9.7 Thiêt bị sấy tiếp xúc; tủ sấy chân không 9.8 Các phương pháp sây đặc biệt 9.9 So sánh lựa chọn thiết bị sấy Bài tập 301 302 307 308 309 310 Chương 10 HẤP PHỤ VÀTRAO ĐỔI ION 10.1 Khái niệm 10.2 Cân bàng cho trình hấp phụ 10.3 Quá trình hấp phụ theo bậc 10.4 Quá trình tiếp xúc pha liên tục - hoạt động không ổn định tầng cô' định 10.5 Trao đổi ion Bài tập 346 357 363 Chương 11 TRÍCH LY CHẤT RẮN 11.1 Khái niệm 11.2 Q trình khơng ổn định 11.3 Quá trình liên tục (ổn định) 11.4 Phương pháp tính tốn 366 366 367 368 372 Bài tập Tài liệu tham khảo 313 313 317 329 387 390 Chương 11 TRÍCH LY CHẤT RẮN 364 11.1 Khái niệm 364 11.2 Q trình khơng Ơn định 365 11.3 Q trình liên tục (ổn định) 366 11.4 Phương pháp tính tốn 370 Bài tập 385 Tài liệu tham kháo 388 Lời nói đầu TRUYEN KHƠI Tập sách 12 tập Q uá tr ìn h T h iế t bị C ơng nghệ H óa học Thực p h ẩ m Bộ môn Máy thiêt bị, Khoa Cơng nghệ Hóa học, Trường Đại học Bách khoa - Đại học Quốc gia TPHCM ỵ T ập biên soạn theo đề cương môn học “Các q trình thiết bị truyền khối cơng nghệ thực phẩm ” gồm sở lý thuyết tính tốn q trình thiết bị truyền khối, chủ yếu hệ hai cấu tử lỏng - khí, lỏng - lỏng, (khí) lỏng - rắn Q uá tr ìn h th iế t bị tru y ền k h ố i vốn lãnh vực quan trọng cơng nghệ hóa học mà tất kỹ sư ngành hóa thực phẩm có lỉêrt quan hoạt động khoa học • câng nghệ mình, Với kinh nghiệm giảng dạy nhiều năm mình, tád giả giới thiệu vấn đề cách ngắn gọn, rõ ràng, khúc chiết với đầy đủ dẫn ví dụ, phụ phục vụ tốt cho việc học sinh viên ngành hóa chất, thực phẩm, chế biến nông sản, dược phẩm, dầu khí Ngồi sách cịn dùng làm tài liệu tham khảo cho kỹ sư cán kỹ thuật ngành ngành có liên quan Xin cám ơn bạn nghiệp cổ vũ, góp ý kiến q trình biên soạn Tác giả mong nhận nhiều ý kiến đóng góp, xây dựng đồng nghiệp bạn đọc đế' sách hồn thiện Địa chỉ: Bộ mơn Máy Thiết bị Khoa Câng nghệ Hóa học uà Dầu khí Trường Đại học Bách khoa • Đại học Quốc gia TPHCM; 268 Lý Thường Kiệt] Q.10 ĐT: (08)8.650.484 - 8647256 (5680) CÁC TÁC GIẲ Chương CÁC QUÁ TRÌNH TRUYỀN KHỐI Trong cơng nghiệp hóa học, nhiều q trình có mơi liên hệ đến biến đổi nồng độ dung dịch hỗn hợp, bầng phương pháp khơng dùng đến phản ứng hóa học, mà dựa tiếp xúc trực tiếp pha để tạo nên di chuyển vật chất từ pha sang pha khác Ví dụ: 1- Q trình điều chế oleum cốch cho H2 SC>4 đậm đặc hấp thụ khí S Một bên pha lỏng, bên pha khí 2- Q trình sấy khơ vật liệu cách cho bốc nước từ vật liệu ẩm vào dịng khí Một bên pha rắn bên pha khí Cũng có trường hợp hai pha pha lỏng pha lỏng pha rắn Quá trình truyền vật chất qui mô phân tử từ pha sang pha khác hai pha tiếp xúc trực tiếp với gọi trình truyền khối trình khuếch tán Động lực trình sai biệt nồng độ làm cho chất khuếch tán di chuyển từ nơi có nồng độ cao tới nơi có nồng độ thấp Quá trìn h truyền khối (phân riêng phương pháp hóa lý) đóng vai trị chủ yếu cơng nghiệp hóa học, thực phẩm ngành cơng nghiệp khác để tách chất khỏi nguyên liệu, thu hồi làm tính khiết sản phẩm chính, giảm thiểu chất gây nhiễm dịng nước khí thầi (H l.l) CHƯƠNG 10 Khơng khí Ị Phân riêng I cChất h ấ thải hoàn lưu \ \ ' Chất thải Nguyên liệu ~j- Phân riêng Khí thải ' Phản ứng r í Sản phẩm phụ Phân riêng ~| -Ị Phân riêng — Sản phầm Ị Hoàn lưu I ị NƯỚC t hải I T ÍN ỏc i I I ỉ Chất thải hồn lưu Hình 1.1: Vai trị quan trọng trình phân riâng ngành cơng nghiệp 1.1 PHÂN LOẠI CÁC Q TRÌNH TRUYỀN KHỐI Tùy theo dặc trưng di chuyển vật chất tính chất hai pha, q trình truyền khôi (TK) phân loại theo tiếp xúc pha sau: 1.1.1 Khí - L ỏng Chưng cất: Là trình phân riêng hỗn hợp lỏng thành cấu tử riêng biệt, vật chất từ pha lỏng vào pha ngược lại, pha tạo nên từ pha lỏng băng trình bốc ngược lại pha lỏng tạo nên từ pha trình ngưng tụ Các cấu tử diện hai pha với tỷ lệ khác có độ bay khác H ấ p th u : Là q trình hịa tan khí (hay hơi) vào chât lỏng, vật chất (một câu tử hay nhóm cấu tử) từ pha khí vào pha lịng Ngược lại vật chất từ pha lỏng vào pha khí quặ trình gọi nhả khí Sự khác biệt chủ yếu chiều di chuyển vật chất Nếu pha lỏng chất lỏng tinh k h iet (thường nước) pha khí chứa nhiều cấu tử trìn h gọi làm ẩm làm khơ dịng khí tùy thuộc trê n chiều di chuyển nước CÁC QUÁ TRÌNH TRUYỀN KHỐI 11 1.1.2 Khí - R ắn H ấ p p h ụ : Là trình hút khí (hơi) vào chát rắn xốp Nếu pha khí có nhiều cấu tử hấp phụ mức độ khác trình gọi hấp phụ phân đoạn Nếu trình diễn theo chiều ngược lại gọi ỉà giải hấp S ấ y khô: Là trình tách nước khỏi vật liệu ẩm, vật chất (hơi nước) từ pha rắn vào pha khí 1.1.3 L ỏn g - L ỏng T c h ấ t lỏng: Là q trình tách chất hòa tan chất lỏng chất lỏng khác khơng hịa tan với chất lỏng trước Q trinh thực băng cách làm lạnh hỗn hợp xuống nhiệt độ tới hạn dung dịch, hai pha tạo nên có thành phần khác 1.1.4 L ỏn g - Rắn K ết tỉn h : Là trình tách chất rấn khỏi dung dịch vật chất từ pha lỏng vào pha rắn, T c h ấ t rắn: Là q trình hịa tan chọn lựa cấu tử chất rắn dung môi lỏng Vật chất truyền từ pha rắn vào pha lỏng Nếu trình xảy theo chiều ngược lại gọi hấp phụ chất lỏng Trong trình đề cập trên, nói vật chất từ pha sang pha khác tương đơ'i, lúc vật chất luỏn di chuyển thuận nghịch khơng phải theo chiều, nói cãn vào kết cuô'i q trình Ngồi q trìn h phân riêng cịn thực kỹ thuật khác màng thẩm thấu {lọc thẩm thấu ngược, siêu lọc), tiếp xúc hai pha hòa tan, ứng dụng tượng bề mặt Trọng tâm trình phân riêng tác nhân phân riêng Trong chưng cất tác nhân phân riêng nhiệt; trích ly dung môi; hấp phụ chất hấp phụ q trình phân riêng màng vật liộu làm màng Bảng 1.1 trình bày số trình phân riêng, tác nhân phân riêng tương ứng ứng dụng tiêu biểu TRÍCH LY CHẤT RẮN 377 hợp đường cân nhận điều kiện thời gian tiếp xúc pha giống thực tế đối tuyến ExRl cho trực tiếp thành phần dòng *0 x.y = pW (căn bân khơng B) yp 1,0 Hình 11.10: Đồ thị cho q trình trích ly đoạn 11.4.4 Q tr ìn h tríc h ly n h ỉề u b ậ c gỉao d ị n g Phép tính cho q trình nhiều bậc giao dịng lặp lại phép tính' cho bậc với pha rắn từ bậc trước sang bậc sau Áp dụng cấc phương trìn h từ ( 1 ) đến ( 11 ) với thay đổi chĩ số địng cho thích hợp Do sử dụng số liệu cân thực t ế nên số’ bậc trích ly xác định số bậc thực Kết phải diều cách thử lại với lượng dung chất trích vđí lượng dung mơi cho vào bậc Vi dụ 11.1: Xút tạo nên bầng cách rửa sữa vôi với dung dịch carbonat sodium Huyền phù tạo nên gổm cố h ạt carbonat calci, lơ lửng dung dịch xút 10%, có 0t125 kg chất rắn lơ lững /kg dung dịch Huyền phù để lắng, dung dịch xút lấy thay khối lượng nước với khối lượng dung địch lấy hỗn hợp khuáy hoàn toàn Sau thực hai lần trình rửa CHƯƠNG 11 378 với nước, xác định nồng độ NáOH lại chất rắn Đặc trứng lắng hệ xác định theo điều kiện thực tế cho thấy có hấp phụ đung chất chất rắn sau: X = p h ả n k.ì.NaOH N = kg C a C /k g dung dịch Y' = p h n k I.NaOH dung dịch trong c h ấ t rán d u n g dịch c h ấ t rán ,0 0 ,4 ,0 ,0 0 ,5 ,0 ,0 ,5 ,0 0,0 3 0 ,6 0 ,0 0,0 ,6 0 ,0 0,0 1 ,6 0 ,0 0,0 0 ,6 ,0 0,00450 ,6 6 0,01015 Gỉảỉ: Số liệu cân vẽ hình 11.11 0,8 0,6 I I9» I 0,4 Ổ N 0,2 f 0 r3 ,0 R2 0,01 ,0 0,08 x,y = p h â n wlổ? lượng NaOH p h a lỏng Hình 11.11: Lời giải cho vi dụ 11.1 0,10 0,12 TRÍCH LY CHẤT RẮN 379 Trên sở kg dung địch hỗn hợp ban đầu chứa 0,1 kg NaOH(C) 0,9 k g ĩí20(A)M = 0,125 kg Hỗn hợp ban đầu tương ứng với điểm Mỵ với: N Mi = 0,125 kgCaCOỵ/kg dung dịch; yM = 0,10 kgNaOH/kg dung dịch Mx xác định hình vẽ, sau vẽ đơi tuyến qua M ị Tại điểm biểu diễn pha rắn: Nỵ - 0,47; y1 = 0,100 (11.1): vậy: Eỵ= ~ 0,47 ss 0,266 kg dung dich chất rắn - 0,266 = 0,734 kg dung dịch lấy Bậc 2: Lượng nước thêm vào iỉ0= 0,734 kg nước; xa= kgNaOH/kgdd (11.4) cho bậc 2: M2 = Eị+ R0 =E2 +R% = 0,266 + 0,734 =1,0 kg chất lỏng MI ^ ,1L5): Tvr _ ? 0,125„ y T = ' 125 B M2 nằm đối tuyến R0E1 điểm có tung độ N Mỉ Tại điểm Ez có: N = 0,62; y2 - 0,035 (11.1): Eo = — = ^1?® = 0,202 kg N 0,62 vậy: - 0,202 = 0,798 kg dung dịch lấy Bậc 3: R0 = 0,798 kg nước thêm vào, xa = (11.4): Ma = E2 + R0 = 0,202 + 0,798 N = = 1,0 = 125 Đối tuyến # 2^3 qua M3 có tung độ N Mă Ez có: JV3 = 0,662, y3 = ,0 (11.1): Eo = — = - 0,189 kg dung dìch pha rân cuối N3 0,662 E3ỵ3 = 0,189x0,012 = 0,00227kg NaOH chất rắn hay (0,00227/0,l)x 100 ss 2,27% lượng NaOH ban đầu Quá trìn h để lại lượng xút đáng kể tạo nên ba dung dịch NaOH, hai số dung dịch loãng (R i?3 ) CHƯƠNG 11 380 11.4.5 Q uá trin h tríc h ly n h ỉề u b ậ c n g h ịch d ị n g Sơ đồ q trình trích ly nhiều bậc nghịch dịng biểu diễn hình 11.12 Quá trình thiết phải hoạt động liên tục để đạt đến trạng thái cân Trên sơ đồ giả sử chất rắn B không tan không bị m ất vào pha lỏng, nhiên phép tính điều chỉnh cho trường hợp chất rắn bị lôi theo pha lỏng N h ập liộu rắn, E Chất rắn trích, EN F Dung mơi vào, RNJ+ P h a trích *1 H ìn h 11.12: Q trình trích ly nghịch dịng Cân dung mơi cho tồn q trình: F + R nị+1 = Ri + &Nt - M (11.7) Cân cho dung dịch (A + C): EyF + R ni+ixn,+i = Rixĩ + ENtyNị = MyM ( 11.8 ) M biểu diễn hỗn hợp không B giả định cách trộn chất rắn với đung mơi Trên hình 11.13 biểu diễn cho q trình nhiều bậc nghịch dịng Tọa độ điểm M là: (11.9) Vm = FyF +Rfỉt+Ixỉỉt+1 Các điểm Efft Ri biểu diễn dòng khỏi hệ phải nằm bậc thẳng quạ M Efti phải nằm đường cân thực Sắp xếp lại (11.7): ~ E Nị ~ R Nt+l = Ar Tương tự, cân dung dịch từ bậc đến bậc bất kỳ, giả sử bậc thứ ba, có dạng: F - R í =Ẹs - R = ùr (11.12) Ar biểu diễn địng sai biệt E - R (thường có giá trị ấm) hai bậc TRÍCH LY CHẤT RẮN 381 CHƯƠNG 11 382 Trên hình 11.13, Afí giao điểm đường Fi?x ENt iỉ W(+1 kéo dài Vì dịng khỏi bậc nôi đối tuyến thực điều kiện cụ thể xác định trước nên El xác định đối tuyến qua Nối Ar với Ex cho i?2 Hoặc xác định số bậc trích đồ thị xy cảch vẽ đường ngẫu nhiên từ đến đường N - X N - y , chiếu giao điểm xy ta dường làm việc, vẽ đường bậc thang xác định số bậc trích ly thực Trong trường hợp đặc biệt khối lượng dòng khơng đổi hay giá trì N khơng đổi cho pha rắn đường làm việc tọa độ xy đường thẳng có hệ sơ' góc khơng đổi RỈE, có thêm đường cân thực t ế đường thẳng có hệ sơ' góc m = y* ỉ X = const th ì tương tự chương ta có: y p -y ^ " yF ~mxNt+t ' (Rỉm E)Ni+1~ R ím E ,_ _ Ịự ,1 (Rỉm E) -1 / 1 ,0 ( n * XtJ J Đồ thị chương dùng để giải nhanh trường hợp Ví dụ 11 : NaOH sản xuất với suất lượng 400 kg/h (khôi lượng khô) cách cho Na 2C0 phản ứng với sữa vôi Ca(OH)2 theo sơ đồ hình 11.2a Khơi lượng tác chất sử dụng theo tỉ lệ lượng hóa học để đơn giản giả sử phản ứng hoàn toàn Nước tinh khiết dùng để rửa trầm CaC0 (hòa tan NaOH) lần rửa đầu tiên, dung địch nước rửa chứa 10% NaOH Áp đụng sơ' liệu cân ví dụ 11.1 a) Nếu rửa trầm ba lần, xác định lượng nước rửa cần thiết tỉ lệ NaOH bị giữ lại trầm b) Để giảm tỉ lệ NaOH bị giừ lại trầm 0,1% cần rửa lần? Giải: a) Phân tử lượng CaC0 (B) = 100 NaOH (C) = 40 Sút sản xuất 400 kg/h hay 400/40 = 10 kmolỉh Do đó, CaC0 tạo nên là: 10/2 = 5,0 kmol/h hay 5,0 (100) = 500 kg/h = B Lượng nưức cần thiết lượng nước dung dịch ỉượng nước bị giữ lại trầm Lượng nước bị giữ lại trầm cuối tùy thuộc nồng độ sút chất rắn, nhiên số liệu chưa biết Sau tính thử, giả sử dung dịch chất rắn cuối TRỈCH LY CHẤT RẮN 383 có 0,01 phân khơi lượng NaOH (3*3 -0,01) số liệu cân cho N = 0,666 kg CaCOg /kg dung dịch chất rắn cuối cùng: E = N3 0,666 = 750 kglh dung dich bi thất thoát NaOH bi th ấ t thoát = E3ỵ3 = 750 (0,01) = 7,s a kg/h Nước chất rắn = 750 - 7,5 = 742,5 kg/h Lượng xút dung dịch 5= 400 —7,5 = 392,5 kg/h Nồng độ dung dịch NaOH 0,1 phân k.l.NaOH R ~ 392,5/0,1 = 3925 kg dung dịch trong/h Lượng nước i?! = 3925 - 392,5 = 3532,5 kg/h Lượng nước tinh khiết cần thiết R n +1 = 3532,5 + 742,5 = 4275 kgỉh Để tiện tính tốn, giả sử bậc thứ hỗn hợp sản phẩm khô, CaCOs NaOH, cho vào với pha lỏng từ bậc thứ hai F = 400 kg NaOH/h; N p= — = — = 1,25kgCaCOs/kgNaOH F 400 yF =1,0 phân k.ỉ NaOH chất rắn khô (không kể CaC03) CHƯƠNG 11 384 Vẽ điểm Rị, E3, Rtf +1 F hình 11.14 Xác định điểm giao điểm hai đường FRị E3RN +1 kéo dài Tọa độ ÁR N ár = -0,1419, yÁR = -0,00213 (có thể xác định giải tích) Tính tốn thêm để vẽ giản đồ can hình 11.15 Xác định ba bậc = 0,01 để với giá trị giả sử ban đầu Lượng NaOH bị m ất chất rắn (7,5/400)100 = 1,87% b) Lượng sút bị m ất = 0,001 (400) =0,4 kg/h kg CaCOs / kg NaOH pha rấn cuối là: ^ =1 = ^ 0.4 yN, Để xác định lượng chất lỏng chất rắn cuối cùng, đổi số liệu cân dạng sau: N ,6 ,6 6 ,6 7 ,6 ,6 y' ,0 ,0 1 ,0 0,001 ,0 0 N/y’ 45 ,6 ,6 338 679 1360 Nội suy cho Nỉy* = 1250, N ỵ = 0,680 kgCaCO^Ỉkg dung dịch ‘ 1250 = 0,000544 phân k.LNaOH chất lỏng bi giữ lai chất rắn cuối EN = - = -Ẽ22_ - 735 kg/h N‘ N y 0,680 Lượng nước ẼN = 735 - 0,4 = 734,6 kglh Lượng sút dung dịch = 400 - ,4 = 9 ,6 kg/h ỉ?! = 399,6/0,1 = 3966 kgih Lượng nước = 3996 - 399,6 = 3596 kglh Lượng nước ban đầu = RN +1 = 3596 + 734,6 = 4330,6 kgỉh Trên gỉản đồ hình 11.16 điểm xác định giống xác định sơ' bậc trích ly Phương pháp vẽ bậc thứ tư không thực tê, trường hợp sử dụng giản đồ chương để xác định tiếp số bậc TRÍCH LY CHẤT RẮN 385 r\ A ubâc - ti, t / tĩ sô: '' — ^ ^Nt +1 Quá thứVtư En _ _4330,6 R — = 5,90 =_ — 735 E Đây hệ số góc đường làm việc hình 11.16 Hệ số góc đường cân khoảng nồng độ thấp xem không đổi: m = / _ 0.01015 = * 0,00450 _R_ = ^ _ 61 2,26 *fy+l = ^4 = °>007 Do dó: (y4 - 0.0777 0,007 Từ giản đồ (chương 4) xác định đượcthêm 2, bậc Nếu có hai bậc bổ sung: yN /y4 = 0,099 hay yN = 0,099(0,007) - 0,000693,tương ứng với 0,51 kg NaOH bị thất thoât/k Nếu bổ sung, thêm ba bậc (tổng cộng bảy) yN = 0,0365 (0,007) = 0,000255 tương ứng với 0,187 kg NaOH bị thất thốt/h Ví dụ 11.3: Dùng dung mơi hexan đế’ trích dầu đậu nành từ bánh dầu Bánh dầu đặt thành lớp dày 300 mm băng tải có đục lỗ chuyển động chậm bên vịi phun đung mơi hoạt động liên tục Khi lớp chất rắn đến vòi phun, dung môi phun ngập lớp chất rắn, dung địch chảy hứng vào máng bên băng tải dược bơm trở ỉại để phun lên vật liệu Khoảng cách lần phun phút Dung dịch dược bơm từ máng sang máng theo chiều nghịch với chiều chuyển động chất rắn trình xem trình nhiều bậc nghịch chiều lần phun tháo dung dịch xem bậc Thí nghiệm cho thấy mức độ tháo dung dịch khỏi bã phút phụ thuộc vào hàm lượng dầu dung dịch sau: % k.l dâu dung d!ch kg dung dịch b) giữ lạl/kg chất rắn khống tan 20 30 ,6 0,70 Bánh dầu ban đầu chứa % dầu trích cịn 0,5% dẩu (trên không dung môi) Dung môi ban đầu không chứa dầu sử dụng với tỉ lệ kg kexan/kg bánh dầu Dung dịch tháo khỏi bánh dầu nói chung khơng chứa bánh đầu ngoại trừ bậc đầu tiên: dung dịch đậm đặc chứa 10 % chất rắn nhập liệu ban đầu dạng huyền phù Xác định số bậc trích ly cần thiết CHƯƠNG 11 386 Giải: Các đối tuyến trường hợp thẳng đứng cân xếp lại sau: X = y* Số liệu dung dịch k g đ u n g dịch bị g iữ lại _ k g chất rẳn N N kg dẩu _ y kg ch ấ t rẩn ~ N 0 1,725 20 0,66 1,515 ,1 30 ,7 1,429 ,2 % dầu Cân tính: kg bánh đầu ban đầu Bánh dầu: B = 0,8 kg chất rắn không tan; F = 0,2 kg dầu\ N f = 0,8/0,2 = 4,0 kg chất rắnỉkg dầu\ ỵF - 1,0 phân k.ỉ dầu (căn không châ't rắn) Dung môi: Rff +1 = 1,0 kg hexan\ XN +1 = phân k.l.dầu Chất rán sau khỉ trích ly: kg dầulkg chất rắn = 0,005/0,995 = 0,00503 Nội suy từ số liệu cân bàng N n =5 1,718 kg chất rắn/kg dung dịch Lượng chất rắn không tan b ị vào dung dịch = 0,8 X 0,1 = 0,08 kg Lượng chất rắn cịn Ịậi sau trích - ,8 X0,9 = 0,72 kg ENt = Xf I XO = 0,420 kg dung dịch bị giữ lại Khối lượng dầu bị giữ lại chất rắn = 0,00503x0,72 = 0,00362 kg Khối lượng hexan bị giữ lại = 0,420 - 0,00362 = 0,416 kg 0,00362 y ^ t = - A ~ = 0,0086 phân k.l dẩu chất lỏng bị giữ lại Dung dịch: Hexan = - 0,416 = 0,584 kg; dầu = 0,2 - 0,00362 = 0,196kg, = 0,584 + 0,196 = 0,780 kg dung dịch trong', % = 0,196/0,780 = 0,252 phân k.l dầu dung dịch ^ R = 0,08/0,780 = 0,1027 kg chất rắn không tan/kg dung dịch Đồ thị tỉho trình vẽ hình 11.16 Điểm i?! biểu diễn pha lỏng cô lẫn chất rắn nên nằm phịa trục hoành N jị Xác định điểm Aịị số bậc trích đồ thi Số bậc trích bốn năm bậc TRÍCH LY CHẤT RẮN 387 BÀI TẬP 11.1 Một loại quăng chứa 20% lưu huỳnh nguyên tố trích ly loại dung mồi hịa tan lưu huỳnh đến nồng độ 10% khối lượng, Dung môi bơm trà lại lớp quặng, sử đụng lượng dung môi 1,5 kg dung môỉ/kg quặng Sau nồng độ lưu huỳnh dung môi không tãng nữa, dung dỊch tháo thay đung môi 1,5 kg dung môi/kg quặng ban đầu Khi tháo chất lỏng, chất rắn giữ lại chất lỏng với tỷ lệ 1/10 khốỉ lượng chất rắn Không xảy trình hấp phụ a) l ĩn h vẽ số liệu cân b) Xác định lượng lưu huỳnh khơng trích nồng độ lưu huỳnh hỗn hợp lỏng CHƯƠNG 11 388 11.2 Sulfat nhôm, A12 (S0 )3 , sản xuất cách cho aciđ sulfuric H 2SO4 tác dụng lên bauxit hệ bình khuây hình 1 a A120 +H 2S04 — A12 (S0 )3 +3H20 Nhập liệu gồm: 1- 25 banxit/ngàỵ, chứa 50% AI2O3 phần cịn lại khơng tan 2- Dung dịch H2SO4 có nồng độ 60 % H2SO4 Giả sử phản ứng hoàn toàn Dung dịch sản phẩm đậm đặc 22% A12 (S04>3 lượng AỈ2 (SO4 )3 bị m ất chất rấn sau rửa tối đa 2% lượng Al2 (SC>4)3 tạo nên Nước cho vào bình khuấy cuối Pha lỏng vào bình có kg chất ỉỏngỉkg chất rắn Tính số bậc trích ly cần thiết lượng nước rửa cần dùng ngày Chú ý đến lượng nước tạo thành phản ứng lượng nước có acid 11.3 Để sản xuất KNO3 , cho KC1 tác dụng với dung dịch đậm đặc, nóng NaN03 : KC1 + NaN0 — KNO3 + NaCl Do độ hòa tan tương đối thấp, phẩn NaCI trầm lọc Thêm nước vào nước qua lọc để ngăn ngừa NaCl trầm thêm , hỗn hợp làm nguội đến 20 °c để KNO3 k ế t tinh Hỗn hợp huyền phù có: 1Ọ0 kg KNO3 trầm 239 kg dd có thành phần 21,3% KNO3 , 21,6% NaCl, 57,1% nước Huyền phù đưa vào bình lắng thứ hệ bốn bình hoạt động liên tục, 100 kg tình thể rửa nghịch đòng với 75 kg dung dịch bão hòa KNO3 chứa 24%KN03 để loại NaCl khỏi tinh thể KNO3 Tinh thể khỏi bình cịn giữ 25% chất lỏng chất lỏng khỏi mối bình chẵt lỏng Trong "bình chất rắn chẩt lỏng đạt cân chất lỏng cổ th àn h phần với chất ỉống bị giữ lại chất rắn Độ hòa tan KNO3 dung dịch NaCl (KNO pha rắn cân bằng) nhiệt độ cho trước bảng sau TRÍCH LY CHẤT RẮN 389 % NaCI 6,9 12,6 17,8 ,6 % kno3 ,0 ,3 2 ,6 22 ,0 ,3 a) Vẽ đường cân [N = AểKN0 /kg(NaCl+H 20 ) cho chất lỏng tinh thể ướt; X y = k g NaCl/kg (NaCl+H ) b) Tính tỷ lệ NaCl cịn lại tinh thể khơ 11.4 Ethyl ether dùng để trích loại dầu q trình trích ly liên tục nhiều bậc nghịch dòng Lượng dung dịch bị giữ lại chất rắn xác định thực nghiệm hàm số theo thành phần dung dịch sau kg dáu/kg dung dịch, y kg dung địch bi gis lại/kg Chất rin lchdng diu 0,10 0,2D D.30 0,40 0,50 0,60 0,65 0,70 0,72 0,205 0,242 0,286 0.339 0,405 0,489 o.eoo 0,672 0,762 0.810 Chất rắn chứa 25,7% khối lượng dầu Nếu trích 95% dầu chất rắn dung dịch C U Ố I có nồng độ 70% khối lượng dầu Tính: a) Khối lượng ether cần cho 1000 b) Số’ bậc trích lý thuyết kg chất rẳn ban đầu 390 Tài liêu tham khảo w Robert E Treybal, Mass Transfer Operations, Me Graw Hill Book Company, 1968 W.Mc Cabe & J.c Smith, Unit Operations Engineering, Me Graw Hill Book Co., 1985 in Chemical Buford D Smith, Design of Equilibrium Stage Processes, Me Graw Hill Book Co., 1963 Đỗ Văn Đài tác giả, Q trình thiết bị cơng nghệ Hóa học Thực phẩm, Nhà xuất Đại học Trung học chuyên nghiệp Bộ môn Máy thiết bị: Quá trịnh thiết bị cóng nghệ Hóa học Thực phẩm, tập 10: Ví dụ & Bài tập, Trường Đại học Bách khoa TP HỒ Chí Minh c Judson King, Separation processes, Me Graw Hill Co., 1980 J.R Welty, C.E Wicks, R.E Wilson, Fundamentales o f Momentum, Heat and Mass Transfer, Join Wiley, 1973 E L Cussler, Diffusion - Mass Transfer in Fluid Systems, Cambridge Q TRÌNH VÀ THIẾT B| CƠNG NGHỆ HỚA HỌC VÀ THựC PHAM TẬP TRUYỀN KHỐI _ VŨ Bá Minh (cb), Võ Văn Bang _ NHÀ XUẤT BẢN ĐẠ I HỌC QUỐC GIA T P H CH Í MINH KP , P Linh Trung, Q Thủ Đức, TPHCM Số Công trường Quốc tế, Q.3, TPHCM ĐT: 38239172, 38239170 F ax: 38239172; Email: vnuhp@vnuhcm.edu.vn *** Chịu trách nhiệm xuất TS HUỲNH BÁ LÂN TỔ chức thảo chịu trách nhiệm tác quyền TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG TPHCM Biên tập NGUYỀN TIẾN NAM PHẠM THỊ ANH TÚ NGUYỄN HUỲNH Sứa in NGUYỄN TIẾN NAM Trình bày bìa TRƯƠNG NGỌC TUẤN In tái 1.000 cuốn, khổ 16 X 24 cm Sô' đăng ký KHXB: 126-2013/CXB/110-07/ĐHQG-TPHCM Quyết định xuất số: 327/QĐ-ĐHQG-TPHCM/TB ngày 21/6/2013 Nhà xuất bổn ĐHQG TPHCM In Xưởng in Đại học Bách khoa - ĐHQG TP.HCM Nộp lưu chiểu tháng năm 2013 ... khảo 31 3 31 3 31 7 32 9 38 7 39 0 Chương 11 TRÍCH LY CHẤT RẮN 36 4 11.1 Khái niệm 36 4 11.2 Q trình khơng Ơn định 36 5 11 .3 Quá trình liên tục (ổn định) 36 6 11.4 Phương pháp tính tốn 37 0 Bài tập 38 5 Tài... định 2 .3 Khuếch tán đối lưu 2.4 Áp dụng khuếch tán phân tử Bài tập 15 16 39 40 40 Chương HỆ SỐ TRUYỀN KHỐI 3. 1 Hệ số truyền khối dịng chảy tầng 42 43 21 3. 2 Hệ sơ' truyền khối đối lưu 47 3. 3 Xác... đổi ion Bài tập 34 6 35 7 36 3 Chương 11 TRÍCH LY CHẤT RẮN 11.1 Khái niệm 11.2 Quá trình khơng ổn định 11 .3 Q trình liên tục (ổn định) 11.4 Phương pháp tính tốn 36 6 36 6 36 7 36 8 37 2 Bài tập Tài liệu