Ôn tập cuối kì truyền khối

LDDT – TYB

Mass transfer

Mass Transfer
LDDT – TYB

Page | 1


LDDT – TYB

Mass transfer

Lời nói đầu
Tập tài liệu truyền khối này được soạn ra nhằm giúp cho việc ôn thi cuối kì. Trong phần bài soạn
này có một số nội dung mang tính chun sâu và có thể sẽ khơng có ra thi. Ngồi ra, có thể cịn một số nội
dung có thể ra thi mà chưa được đề cập trong tài liệu này. Vì thế tập tài liệu này chỉ mang tính chất tham
khảo cho kì thi cuối kì, các bạn nên đọc thêm sách để nắm rõ hơn về các quá trình cũng như thiết bị.
Trong bộ tại liệu ôn này gồm ba phần trong bốn nội dung ơn thi cuối kì đó là, Chưng Cất, Trích
Ly, Sấy. Cịn nội dung Hấp Thụ khơng được đề cập tới do trong nó đã được đề cập tới trong nội dung ơn
thi giữa kì được biên soạn của cùng nhóm tác giả. Nên mong các bạn tham khảo thêm phần Hấp Thụ ở
trong sách. Ngoài ra ở phần Chưng Cất và Sấy , phần bài tập cũng được đưa ra hướng giải cũng như những
điều cần lưu ý.
Tuy nhiên trong q trình chuẩn bị cũng khơng thể nào tránh khỏi thiếu sót, mong các bạn đóng
góp cho chúng mình để hồn thiện bộ tài liệu hơn.
Chúc các bạn có một kỳ thi cuối kì như ý.
Xin cảm ơn!

Nhóm tác giả

Page | 2


Mass transfer

LDDT – TYB

Tài liệu tham khảo
[1] Vũ Bá Minh, “Q trình và thiết bị cơng nghệ hóa học và thưc phẩm, tập 3: Truyền khối”, Đại học
Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, 2018.
[2] Trịnh Văn Dũng, “ Tóm tắt bài giảng các quá trình và thiết bị truyền khối”, TpHCM, 2003.
[3] Trịnh Văn Dũng, “Quá trình và thiết bị cơng nghệ hóa học và thực phẩm: Bài tập truyền khối”, Nhà
xuất bản Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, 2012.
[4] Warren L. McCabe, “ Unit operatión of Chemical Engineering, fifth edition”, 1993.

Page | 3


LDDT – TYB

Mass transfer

Chưng cất
1. Chưng là gì? Cho ví dụ? Chưng được dùng khi nào?
Chưng là quá trình tách hỗn hợp lỏng thành các cấu tử riêng biệt bằng cách đun sôi hỗn hợp, tách
hơi tạo thành ngưng tụ.
- Cơ sở của quá trình chưng là dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp- Ở cùng
một nhiệt độ thì cấu tử nào có áp suất hơi lớn hơn sẽ dễ bay hơi hơn; hay ở cùng một áp suất cấu
tử nào có nhiệt độ sôi thấp hơn sẽ dễ bay hơi hơn.
# Quá trình chưng khác q trình cơ đặc ở điểm: Q trình chưng gồm cả hai cấu tử - dung mơi và chất tan

– đều bay hơi. Cịn trong q trình cơ đặc chỉ có mỗi dung mơi bay hơi.
-

Phân loại


-

Theo áp suất: (Áp suất thường, áp suất thấp, áp suất cao)
Áp suất thường: Hay được sử dùng vì đơn giản – chưng rượu, axit, dầu mỏ
Áp suất thấp: Dùng cho các hỗn hợp dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao như tinh dầu vitamin; hoặc có
nhiệt độ sơi q cao như cặn mazut của dầu mỏ…
Áp suất cao được tiến hành khi hỗn hợp khơng hóa lỏng ở nhiệt độ thường: Sản xuất O2 và N2 từ
khơng khí
Theo tính phức tạp
Chưng đơn giản ( chưng một bậc, chưng lôi cuốn theo hơi nước, chưng phân tử…)
Chưng phức tạp ( chưng nhiều bậc)

2. Chưng luyện là gì ? Tại sao phải có dịng hồn lưu trong q trình chưng lun ?
Chưng luyện là quá trình phân tách hỗn hợp lỏng xảy ra ở nhiều bậc lặp lại quá trình bay hơi và ngưng tụ
riêng phần các hỗn hợp được phân tách trên bề mặt tiếp xúc pha. (Thực hiện lặp lại chưng đơn giản nhiều
lần và có cải tiến)
Dịng hồn lưu là dịng sản phẩm đỉnh khơng được lấy ra ngoài mà được hoàn lưu ngược lại trong tháp
tránh trường hợp mâm hoặc nồi bị khô do mất cân bằng vật chất.
3. Sơ đồ chưng luyện và cách khắc phục ưu nhược điểm ?
 Chưng đơn giản
Sơ đồ nguyên lý chưng đơn giản

1- Đun sôi đấy tháp
2- Ngưng tụ

3- Thùng chứa

Page | 4
Figure 1: Chưng đơn giản


LDDT – TYB

Mass transfer

Hỗn hơp lỏng được cho vào nồi đun 1, đun bốc hơi, hơi bay lên được ngưng tụ trong thiết bị ngưng
tụ, sản phẩm đỉnh có nồng độ cấu tử dễ bay hơi cao hơn. Nồng độ cấu tử dễ bay hơi ở chất lỏng
còn lại giảm dần nên thành phần của hơi bay lên cũng giảm dần. Chưng đến khi đạt nồng độ yêu
cầu thì dừng lại, nên thường được tiến hành gián đoạn, cũng có thể tiên hành liên tục ( khi đó nồng
độ sản phẩm đỉnh xD không đổi).
Ứng dụng: Chưng đơn giản được dùng để tách 2 cấu tử có nhiệt độ sơi khá xa nhau, khi độ sạch của sản
phẩm không cần cao lắm, và được dùng chủ yếu để tách sơ bộ các hỗn hợp nhiều cấu tử. Dùng cho các
trường hợp yêu cầu năng suất nhỏ.
-

Ưu điểm: Chưng đởn giản dễ thực hiện, đơn giản, công nghệ linh động, vốn đầu tư thấp
Nhược điểm: Nồng độ chất tách được thấp, Hiệu suất không cao, năng suất không lớn, sản phẩm không
đều, tốn năng lượng, tốn nhiều thời gian và công suất, khó cơ giới hóa, tự động hóa.
Để tăng nồng độ sản phẩm đỉnh người ta có thể tiến hành chưng đơn giản có hồi lưu nhờ thiết bị ngưng tụ
hồi lưu được gắn ở đầu thiết bị

1234-

Đun sôi đấy tháp
Ngưng tụ

Thùng chứa
Ngưng tụ hồi lưu

Figure 2: Chưng đơn giản có thiết bị hồi lưu.

Page | 5


Mass transfer

LDDT – TYB

 Chưng nhiều lần
Cải tiến: Có thiết bị ngưng tụ ở mỗi thiết bị
-

-

Chưng đơn giản không cho phép thu được sản phẩm có độ tinh khiết cao. Để thu được sản phẩm
có độ tinh khiết cao ta cho hỗn hợp đầu vào nồi chưng thứ nhất, hơi bay lên được ngưng tụ (hơi
có nồng độ cao hơn) cho vào nồi chưng thứ hai và cứ tiếp tục như vậy tiến hành chưng nhiều nồi.
Ưu Điểm Ta thu được các sản phẩm ngưng tụ có độ tinh khiết càng cao
Nhược điểm: Tốn thiết bị, tốn hơi, tốn nước, sinh ra nhiều sản phẩm trung gian ( mỗi nồi cho ra

một sản phâm chung gian), dễ bị mât cân bằng vật chất, bị khô mâm.
Cải tiến: Lược bỏ thiết bị ngưng tụ, dùng hơi nồi trước đun cho nồi sau

Để tiết kiệm lượng nước và tiết kiệm lượng hơi ta cho hơi ở nồi trước sục thẳng vào dung dịch ở
nồi sau. Trong đó ta dùng hơi của nồi trước để đun nóng dung địch của nồi sau và dùng dung dịch
ở nồi sau để ngưng tụ hơi ở nồi trước. => Ta chỉ dùng hơi đốt ở nồi đầu tiên. Ngoài ra để giảm đi

lượng sản phâm trung gian ta cho sản phẩm đáy của nồi sau trở về nồi trước thì ta cũng thu được
hai sản phẩm: sản phẩm đỉnh có nồng độ cấu tử bay hơi cao và sản phẩm đáy có nồng độ cấu tử
khó bay hơi.
- Ưu điểm: Giảm được sản phẩm trung gian trong quá trình, tiết kiệm được lượng hơi đốt phải dùng,
cũng như tiết kiệm được lượng nước dùng để ngưng tụ.
- Nhược điểm: Nồi cuối cùng sẽ dễ dàng bị khơ do, chỉ có một dịng hơi đi vào tuy nhiên lại có hai
dịng đi ra là một dịng lỏng và một dịng hơi. Ngồi ra việc sử dụng nhiều nồi làm tốn thiết bị và
diện tích.
Cải tiến: Thêm dịng hồi lưu tránh khơ mâm.
-

-

Để tránh hiện tương khơ nồi cuối, lượng lỏng ngưng tụ ở nồi cuối cùng chỉ được lấy ra làm sản
phẩm một phần, phần còn lại cho quay trở lại gọi là hôi lưu.
Ưu điểm: Tiết kiệm được lương hơi, lượng nước, tránh được hiện tượng khô mâm.

Page | 6


Mass transfer

LDDT – TYB

- Nhược điểm: Tốn diện tích tốn thiết bị.
Cải tiến: Tiết kiệm diện tích và nguyên vật liệu, tạo thành các tháp.

-

Để tiết kiệm nguyên vật liệu người ta thường thiết kế các nồi chồng lên nhau từ đó ta thu được một

tháp gọi là tháp chưng luyện

-

Ưu điệm: Tiết kiệm được lượng hơi, lượng nước, tránh được hiện tương khơ mâm, tiết kiệm diện
tích, làm việc liên tục có khả năng cơ giới hóa tự động hóa, năng suất, hiệu suất cao, sản phẩm
đều…
Nhược điểm: Thiết bị đắt tiền, khó chế tạo.

-

Page | 7


Mass transfer

LDDT – TYB

4. Sơ đồ thiết bị tháp chưng luyện:
 Tháp chưng luyện gồm hai phần:
Từ vị trí nhập liệu lên đỉnh là xảy ra quá trình nhằm làm tăng nồng độ cảu cấu tử dể bay hơi hơi
còn gọi là đoạn cất.
- Đoạn từ vị trí nhập liệu xuống đáy và làm tăng nồng độ của cấu tử khó bay hơi gọi là đoạn chưng.
- Vị trí cho ngun liệu vào tháp gọi là vị trí nhập liệu.
Ngồi ra cụ thể hơn, ngoài việc sử dụng tháp đĩa, người ta cịn sử dụng tháp đệm trong q trình chưng cất.
-

Các thiết bị phụ trợ:
- Nồi đun đáy tháp: để tạo dòng hơi đi lên trong tháp, cấp năng lượng cho dòng bay hơi.
- Thiết bị ngưng tụ hồi lưu: Để tạo dịng hồi lưu tránh hiện tượng khơ cạn và thu sản phẩm đỉnh.

- Bơm: Tạo động lựu cho nhập liệu vào tháp.
- Thiết bị đun nóng dung dịch đầu, thiết bị làm lạnh sản phẩm
- Thùng và bể chứa
# Thùng cao vị trong hệ thống có ống chảy tràng nhằm duy trì mực nước trong thùng, nhằm cho mục địch
cho bơm hoạt động với lưu lượng ổn định.
# Thiết bị ngưng tụ hồi lưu có thể dùng thiết bị nhưng tụ bazomet tuy nhiên nó chỉ được sử dụng khi sản
phẩm đỉnh là nước ví dụ hệ ( H2O – CH3COOH)
# Nến lắp lưu lượng kế trước thiết bị trao đổi nhiệt vì khi lỏng sơi sẽ xuất hiện bọt => Phao đo trong lưu
lượng kế bị làm cho dao động và từ đó kết quả khơng chính xác.
# Ở nồi dùn, có thể thực hiện đun trược tiếp bằng cách sục thẳng hơi nước vào đấy tuy nhiên nó chỉ được
áp dụng khi sản phẩm đấy là nước.
# Trong hệ thống tháo sản phẩm đáy, luôn có van dự phịng để tranh trường hợp van bị kẹt

Page | 8


LDDT – TYB

Mass transfer

# Dòng hồi lưu về tháp phải nằm trên mâm trên cùng, dịng khí quay ngược lại tháp phải được cho vào
dưới mâm cuối cùng.

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.

Lớp đệm
Bộ phân phân phối lại chất lỏng
Lươi đỏ đệm
Vỏ thiết bị
Bộ phân đun sơi đấy tháp
Thiết bị ngưng tụ hồn lưu
Bộ phân phân phối lại chất lỏng

Figure 4: Thap dia
Figure 4: Chưng cất bằng tháp đệm



Sơ đồ toàn bộ hệ thống thiết bị chưng cất liên tục.

Page | 9


Mass transfer

LDDT – TYB

Mô tả:
Thiết bị trao đổi nhiệt số 5 được dùng để tận dụng nhiệt của sản phẩm đáy nhằm gia nhiệt cho dùng
nhập liệu.
- Dòng lỏng đi vào các thiết bị trao đổi nhiệt đặc biệt là thiết bị ngưng tụ, dòng lỏng đi từ dưới lên
để đẩy hết khí ra ngồi, trong khi đó dịng hơi được cho đi từ trên xuống.
- Dòng sản phẩm đấy được chia làm hai dòng:
+ 1 phần đi qua thiết bị trao đổi nhiệt số 5 để dun nóng nguyên liệu.

+ 1 phần đi qua thiết bị đun sôi 9 để được đun sôi tạo hơi quay trở về tháp, dòng hơi đun được dùng ở thiết
bị trao đổi nhiệt 9 được cho đi ở bên ngoài từ trên xuống. Dịng lịng có thể đi vào tháp rồi
mới hóa hơi hoặc hóa hơi ở trong TBTDN ln, vì thế nồi đun cũng được xem là một đĩa lý thuyết. Ngoài
ra với các sản phẩm đấy là nước ta có thể dùng hơi nước sục trực tiếp vào đấy để đun sơi.
- Dịng sản phẩm đỉnh cũng được chia làm hai dòng:
+ Một dòng được tháo ra làm sản phẩm đỉnh
+ Một dòng được cho hồi lưu quay ngược trở lại tháp để tránh hiện tượng tháp bị khô mâm.
+ Thiết bị ngưng tụ ở đỉnh thường được dùng là thiết bị trao đổi nhiệt có bề mặt trao đổi nhiệt ( q trình
ngưng tụ khơng có xảy ra sự tiếp xúc của hai pha). Tuy nhiên, có thể thay thiết bị ngưng tụ trên bằng thiết
bị ngưng tụ bazomet nếu sản phẩm đỉnh là nước ( Ví dụ chưng cất acetic acid và nước)
5. Nêu đặc điểm của các hệ lỏng tan lẫn hồn tồn, tan một phần, khơng tan lẫn? Chúng được
ứng dụng trong chưng luyện để làm gì ?
Xét hệ gồm hai cấu tử, vậy bậc tự do của hệ trong trường hợp này là 2,vậy trong đó 3 thơng số nồng đơ,
nhiệt độ và áp suất có thể thay đổi => từ đây ta có thể xây dựng được 4 loại đồ thị T-xy (P const); P-xy (T
const) ; P-t (y-x const); y-x (P=const)
-

 Hệ tan lẫn hoàn toàn:
Hệ lý tưởng:
Tuân theo định luật raoult và henry
Áp suất của hỗn hợp luôn nằm giữa áp suất hơi bão hịa của hai cấu tử
Nhiệt độ sơi của hỗn hợp luôn nằm giữa nhiệt độ sôi của hai cấu tử tinh khiết.
Độ bay hơi tương đối của hai cấu tử tăng khi giảm áp suất hoặc giảm nhiệt độ, tức là quá trình
chứng cất dễ xẩy ra hơn khi giảm áp suất.
Hệ không lý tưởng:
-

Dung dịch thực được đặc trưng bằng:
- Nhiệt hịa tan
- Sự thay đổi thể tích sau khi trộn

- Trong pha hơi các phân tử tương tác khác nhau khi thay đổi áp suất.
=>Hệ có sai lệch so với hệ lý tưởng được gọi là hệ thực.
Hệ sai lệch dương
Hỗn hợp có áp suất tổng lớn hơn so với áp suất tính theo raoult.
Nếu hệ có điểm cực đại, tại đó có thành phần pha lỏng bằng thành phần pha hơi thì gọi được là hỗn
hợp đẳng phí, điểm cực đại gọi là điểm đẳng phí.
- Điểm đẳng phí là điểm có nhiệt độ sơi thấp nhất trong hệ sai lệch dương cực đại.
Ví dụ: EtOH – H2O
Hệ sai lệch âm
-

-

Hỗn hợp có áp suất tổng nhỏ hơn so với áp suất tính theo raoult.
Page | 10


Mass transfer

LDDT – TYB

Nếu hệ có điểm cực đại, tại đó có thành phần pha lỏng bằng thành phần pha hơi thì gọi được là hỗn
hợp đẳng phí, điểm cực đại gọi là điểm đẳng phí.
- Điểm đẳng phí là điểm có nhiệt độ sơi lớn nhất trong hệ sai lệch dương cực tiểu.
Ví dụ: HCl – H2O
# Đối với các hỗn hợp đẳng phí người ta thường dùng các pp chưng đặc biệt như: Chưng đẳng phí,
chưng trích ly, chưng ở áp suất thấp, thêm cấu tử thứ 3…
-

Vd: Trong quá trình chưng hệ ethanol-nước người ta thường thêm benzen vào để phá điểm đẳng phí.


-

Hệ hai chất lỏng khơng hịa tan vào nhau
Áp suất riêng phần của cấu tử khơng phụ thuộc vào sự có mặt của các cấu tử khác trong hỗn hợp
và có áp suất bằng với áp suất hơi bão hòa của cấu tử nguyên chất ở cùng nhiệt độ.
- Nhiệt độ sôi của hỗn hợp có nhiệt độ sơi thấp hơn các cấu tử.
Vì thế hệ này được sử dụng với mục đích, để chưng các hỗn hợp có nhiệt độ sơi cao mà các cấu tử khơng
hịa tan vào nước – chưng bằng hơi nước
Chưng lôi cuốn hơi nước – dành cho các chất khơng tan vào nước.
Dễ đun: Chưng dầu mỏ có nhiệt độ sôi rất cao ( 400oC)
Tránh hỏng: trong quá trình chưng cất tinh dầu, nếu nhiệt độ cao sẽ dẫn đến q trình polymer hóa.
(Tinh dầu xã 220 – 230 oC; tinh dầu trầm)
 Chất lỏng hòa tan một phần vào nhau
- Giản đồ pha có hai vùng; Vùng đồng thể và vùng dị thể.
+ Trong vùng đồng thể: hỗn hợp có thể tuân theo định luật raoult.
+ Trong vùng dị thể: 2 chất lỏng không tan lẫn vào nhau.
- Có 3 loại hệ này: ( Giản đồ pha tham khảo trong sách hóa lý).
+ Hệ 1 cặp chất lỏng không tan vào nhau.
+ Hệ 2 cặp chất lỏng không tan vào nhau.
+ Hệ 3 cặp chất lỏng không tan vào nhau.
-

6. Bản chất của chưng cất lôi cuốn hơi nước là gì ? Được ứng dụng thực tế như thế nào? Ví dụ.
 Nguyên lý:
- Khi trộn hai chất lỏng khơng hịa tan vào nhau, mỗi cấu tử sẽ giữ ngun tính chất của mình. Áp
suất của hỗn hợp sẽ nhỏ hơn áp suất của từng cấu tử => Nhiệt độ sôi của hệ thấp hơn so với từng
cấu tử nguyên chất và không phụ thuộc vào thành phần của hỗn hợp, Đây chính là nguyên lý cơ
bản của chưng cất bằng hơi nước.
 Ứng dụng:

- Chưng cất bằng hơi nước, được sử dụng cho các hệ có nhiệt độ sôi cao, nhưng không chịu được
nhiệt độ cao và ngồi ra các chất đó khơng tan vào trong nước.
- Phương pháp này trong thực tế được dùng để tách tinh dầu từ cây cỏ.
 Sơ đồ thiết bị
- Sơ đồ thiết bị chưng cất lôi cuốn hơi nước khá giống với chưng cất đơn giản
+ Hơi nước bốc từ nồi hơi, sục qua lớp lá sẽ lôi cuốn tinh dầu theo pha hơi.
+ Sau đó hơi được ngưng tụ làm lạnh rồi vào thiết bị phân ly để tách tinh dầu và lớp nước.
7. Cân bằn pha trong chưng luyện được xác định như thế nào?
Đối với qua trình chưng luyện hõn hợp được chưng là hỗn hợp tan lẫn hồn tồn vào nhau, ta có thể dựng
đường cân bằng pha vào các cách sau đây.


Dùng các công thức (Hệ lý tưởng)
Page | 11


LDDT – TYB

Mass transfer

Để xây dựng đường cân bằng pha ta cần xác định các thông số (T, P, x,y). Thơng thường q trình ta thực
hiện xảy ra ở q trình đẳng áp ta xây dựng đồ thị T-xy và đồ thị x-y.
Dựa trên các lý thuyết ta có thể thu được các mối quan hệ sau: (dựa trên bật tự do của hệ là 2, nên ta có thể
tùy ý chọn hai thơng số => trong đó ta chọn hai thông số biến đổi là x – thành phần của cấu tử A, và áp suất
tổng cộng của hệ. Ta chọn áp suất của hệ là áp suất khí quyển và thay đổi giá trị của x.
Thh=f(x)
PAo = f(T); PBo = f(T)
y=f(x,PA,PB)
Từ các phương trình trên ta có thể sây dựng được đồ thị.
Ví dụ:

-

Phương trình áp suất được xác định qua phương trình Antoine. (Các giá trị A, B, C được tra trong
sổ tay).
𝐵
log(𝑃) = 𝐴 −
(𝑚𝑚𝐻𝑔)
𝑡+𝐶

-

Nhiệt độ sôi của hỗn hợp được xác định qua việc giải phương trình sau. (Raoult I)
𝑃(𝑡ổ𝑛𝑔) = 𝑃𝐴 × 𝑥𝐴 + 𝑃𝐵 × 𝑥𝐵
760𝑚𝑚𝐻𝑔 = 𝑥𝐴 × 10

-

𝐴𝐴 −

𝐵𝐴
𝑡+𝐶𝐴

+ 𝑥𝐵 × 10

𝐵
𝐴𝐵 − 𝐵
𝑡+𝐶𝐵

=> 𝑡

Thành phân pha hơi được xác định qua định luật Konovalop I.
𝛼𝑥𝐴
𝑃𝐴
𝑦𝑨 =
;𝛼=
1 + 𝑥𝐴 (𝛼 − 1)
𝑃𝐵

Ta sẽ cho biến đổi x chạy từ 0->1 với bước nhảy 0.05=> Từ đó ta sẽ dựng được đồ thị cân bằng
lỏng hơi của hệ lý tưởng dùng cho chưng luyện.
# Đơi với hệ thực ta có thể thay nồng độ trong các phương trình trên bằng hóa thế. Tuy nhiên phương
pháp này rất kho khăn vì xác định hóa thế cần các phương trình rất phức tạp.
-

 Dùng sổ tay
Đối với hệ thực, cách tốt nhất là sử dụng các sổ tay để xác định các thông số và từ đó dựng đồ thị cân bằng.
Các thơng số cần xác định cũng giống như các dựng cho hệ lý tưởng.
Các vấng đề trong tháp chưng luyện.
8. Nêu cách thiết lập các phương trình làm việc trong tháp chưng luyên ? Nếu ý nghĩa của nó ?
Sử dụng phương pháp Mc-Thile, các điều kiện giả sử:
- Nhập liệu ở nhiệt độ sơi.
- Khơng thất thốt nhiệt.
- Đáy tháp được đun sôi gián tiếp.
- Lưu lượng theo mol là không đổi qua các mâm => Đường làm việc theo phần mol là đường thẳng.
Nhập liệu
Cất
Chưng
F: Lưu lượng nhập liệu
D: Lưu lượng sản phẩm đỉnh
W: Lưu lượng sản phẩm đấy

xF: nông độ nhập liệu
XD: nông độ sản phẩm đỉnh
xw: nông độ nhập liệu
TF: Nhiệt độ sôi nhập liệu
TD: Nhiệt độ sôi nhập liệu
Tw: Nhiệt độ sôi nhập liệu
CF: Nhiệt dung riêng
CD: Nhiệt dung riêng
Cw: Nhiệt dung riêng
Page | 12


LDDT – TYB

Mass transfer

R: Chỉ số hồn lưu

 Tính tốn cho toàn tháp: ( Cân bằng vật chất tổng quát, ln phải tiến hành đầu tiên khi tính tốn)
𝐹 = 𝐷 + 𝑊; 𝑥𝐹 𝐹 = 𝑥𝐷 𝐷 + 𝑥𝑤 𝑊 => Biết được 4 dữ kiện ta sẽ tìm ra được 2 dữ kiện cịn lại.
Phương trình cho ta biết được mối quan hệ của các điều kiện biên của bài tốn. Mối quan hệ giữa dịng
nhập liệu và hai dịng sản phẩm .
 Tính tốn cho thiết bị ngưng tụ và đoạn cất:
Thiết bị ngưng tụ:
-

Chỉ số hồi lưu:
𝐿𝑜 + 𝐷 = 𝐺1 ; 𝑅 =

𝐿𝑜

=> 𝐺 = 𝐷(𝑅 + 1)
𝐷

- Xác định giá trị hoàn lưu tối thiểu:
+ Dựng đường cân bằng.
+ Dựng đường nhâp liệu (y=xF) cắt đường cân bằng tại điểm y* ra được giá trị nồng độ của pha hơi cân
bằng với nhập liệu yF*
𝑥𝐷 − 𝑦𝐹∗
𝑅𝑚 = ∗
𝑦𝐹 − 𝑥𝐹
- Xác định giá trị hoàn lưu: ( Giá trị này đề sẽ cho hoặc xác định từ chỉ số hoàn lưu tối thiểu)
+ Dựa vào các công thức kinh nghiệm.
𝑅 = 1.3𝑅𝑚 + 0.3 ℎ𝑜ặ𝑐 𝑅 = (1.1 ÷ 3)𝑅𝑚
Đoạn cất:
-

Cân bằng vật chất cho đoạn cất.
𝐺𝑛 + 𝐿𝑛 = 𝐺𝑛+1 + 𝐿𝑛−1 => 𝐺𝑛 − 𝐿𝑛−1 = 𝐺𝑛+1 − 𝐿𝑛
=> 𝐺𝑛+1 − 𝐿𝑛 = 𝐺1 − 𝐿𝑜 ; 𝑦𝑛+1 𝐺𝑛+1 − 𝑥𝑛 𝐿𝑛 = 𝑦1 𝐺1 − 𝑥𝑜 𝐿𝑜

Phương trình làm việc.
𝑦𝑛+1 = 𝑥𝑛 ×

-

𝐿𝑛
𝑦1 𝐺1 − 𝑥𝑜 𝐿𝑜
+
𝐺𝑛+1
𝐺𝑛+1

Với giả sử: L= const; G= const, quá trình ngưng tụ ở TBNT diễn ra hồn tồn y1=xo=xD
𝑅
𝑥𝐷
𝑦𝑛+1 = 𝑥𝑛 ×
+
𝑅+1 𝑅+1

Phương trình trên cho ta biết:


Đường làm việc biểu diễn nồng độ pha khí đi vào mâm và nồng độ pha lỏng nằm ở trên mâm.
Khi chỉ số hồi lưu bằng vô cùng (không thao sản phẩm đỉnh) => Đường làm việc trùng với đường
y=x và khi đó số mâm là ít nhất.
Đường làm việc đi qua điểm (xD;yD) nằm trên đường 45o
Đường làm việc đi qua trục tung tại điểm (0, xD/(R+1)); hệ số gốc của đường thẳng là R/(R+1)
Tính tốn cho mâm nhập liệu
Page | 13


LDDT – TYB

Mass transfer

𝑓=
Cân bằng vật chất đĩa nhập liệu:

𝐹
𝐷

𝐿′ = 𝐿 + 𝐹 = 𝐷(𝑅 + 𝑓)
𝐺 ′ = 𝐺 = 𝐷(𝑅 + 1)
 Tính tốn cho đoạn chưng
Thiết bị đun sôi
𝑊 + 𝐺𝑛+1 = 𝐿𝑛
𝐺𝑛+1 𝑦 + 𝑊𝑥𝑤 = 𝐿𝑛+1 𝑥
Đoạn chưng
𝑦 = 𝑦𝑤 +

𝐿′
𝑅+𝑓
𝑓−1
(𝑥 − 𝑥𝑤 ) =
𝑥−
𝑥
′
𝐺
𝑅+1
𝑅+1 𝑤

Phường trình cho ta biết
- Mối quan hệ của pha hơi đi vào mâm với pha lỏng nằm ở trên mâm trong phần chưng
- Đường làm việc cắt đường 45 tại điểm (xw,yw)
- Đường chưng cắt đường cất tại điểm nhập liệu (mâm nhập liệu).
9. Hãy thiết lập cân bằng nhiệt của tháp chưng luyên hai cấu tử ? Nó cho ta biết những gì?
Thiết bị ngưng tụ:
-

Q trình ngưng tụ được xem như là ngưng tụ hoàn toàn và không làm nhiệt độ của pha lỏng thu
được thấp hơn nhiệt độ điểm sôi.

𝑄𝑛𝑡 = 𝐺𝑟𝐺 = 𝐷(𝑅 + 1)𝑟𝐺 = 𝐶𝐻2 𝑂 𝑚𝐻2 𝑂 (𝑡𝑟 − 𝑡𝑣 )

- Phương trình trên cho ra biết:
+ Lượng nhiệt bị lấy đi ở thiết bị ngưng tụ
+ Lưu lượng nước cần sư dụng vào thiết bị ngưng tụ.
Thiết bị đun sôi:
𝑄𝐹 + 𝑄𝐶 = 𝑄𝑛𝑡 + 𝑄𝐷 + 𝑄𝑊 + 𝑄𝐿
Trong đó:
+ 𝑄𝐶 nhiệt cần cung cấp cho lị đun
+ 𝑄𝐹 = ℎ𝐹 𝐹 = 𝐹𝐶𝐹 𝑡𝐹
+𝑄𝑛𝑡 = 𝐷(𝑅 + 1)𝑟𝐷
+𝑄𝐷 = ℎ𝐷 𝐷 = 𝐷𝐶𝐷 𝑡𝐷
+𝑄𝑊 = ℎ𝑤 𝑊 = 𝑊𝐶𝑤 𝑡𝑤
+𝑄𝐿 = (5 ÷ 10%)𝑄𝐶
Thế vào ta được
-

𝑄𝐶 = (𝑅 + 1)𝐷(ℎ𝐺1 − ℎ𝐿𝑜 ) + 𝐷(ℎ𝐷 − ℎ𝐹 ) + 𝑊(ℎ𝑤 − ℎ𝐹 ) + 𝑄𝐿
- Số hạng đầu tiên: bốc hơi sản phẩm đỉnh. (𝑅 + 1)𝐷(ℎ𝐺1 − ℎ𝐿𝑜 )
- Số hạng thứ hai: đun nóng sản phẩm đỉnh. 𝐷(ℎ𝐷 − ℎ𝐹 )
- Số hạng thứ ba: đun nóng sản phâm đáy. 𝑊(ℎ𝑤 − ℎ𝐹 )
- Phương trình trên cho ta biết được:
+ Khi tăng chỉ số hồi lưu, thì lượng nhiệt dùng sẽ tăng lền và lượng mất mát sẽ tăng lên
Page | 14


LDDT – TYB

Mass transfer

+ Giải pháp là tận dụng nguồn nhiệt ngưng tụ và giảm chỉ số hồi lưu.
10. Quá trình chưng luyện phụ thuộc vào những yếu tố nào ? Chúng có ảnh hưởng ra sao đến
q trình ?
- Trạng thái của dòng nhập liệu => Quyết định vị trí và thành phần của mâm nhập liệu
- Chỉ sơ hoàn lưu và độ bay hơi tương đối: Ảnh hưởng đến chi phí vận hành và lắp đặt của thiết bị.
11. Nêu cách xác định thông số nhập liệu q khi tính tốn chưng cất hệ hai câu tử? Nó thay đổi
như thế nào?
Dòng nhập liệu

-

Trạng thái của dòng nhập liệu:
Thông số nhập liệu q:
𝑞=

𝐿′ − 𝐿 ℎ𝐺 − ℎ𝐹
=
𝐹
ℎ𝐺 − ℎ𝐿

+Thông số nhập liệu là biến đổi lưu lượng lỏng khi đi qua đĩa nhập liệu ứng với 1kmol nhập liệu
Thông sô ngưng tụ 𝜺: lượng hơi bị ngưng tụ ứng với 1Kmol nhập liệu F.
𝐺′ − 𝐺
𝜀=
𝐹

-

𝑥𝐿
𝐹 + 𝐿 + 𝐺 ′ = 𝐿′ + 𝐺

𝑦
𝐺
Phương trình đường nhập liêu:{ 𝑥𝐹 𝐹 + 𝑥𝐿 𝐿 + 𝑦𝐺′ 𝐺 ′ = 𝑥𝐿′ 𝐿′ + 𝑥𝐺 𝐺 với giả sử { ℎ
𝐿
ℎ𝐹 𝐹 + ℎ𝐿 𝐿 + ℎ𝐺′ 𝐺 ′ = ℎ𝐿′ 𝐿′ + ℎ𝐺 𝐺
ℎ

-

𝐺

( Giả sử thành phần các dịng thay đổi khơng đáng kể)
𝑦=

≈ 𝑥𝐿′
≈ 𝑦𝐺′
≈ ℎ𝐿′
≈ ℎ𝐺′

𝑞
𝑥𝐹
𝐿′ − 𝐿 ℎ𝐺 − ℎ𝐹
𝑥−
;𝑞=
=
𝑞−1
𝑞−1
𝐹
ℎ𝐺 − ℎ𝐿

+ Phương trình đường nhập liệu là quỹ tích giao điểm của 2 đường làm việc.
𝑞

+ Phương trình đường thẳng đi qua điểm (xF,yF) nằm trên đường 45o với hệ số gốc là 𝑞−1
+ Cho biết trạng thái của đường nhập liệu
Bảng dươi đây biểu thị sư thay đổi nồng độ các dòng thay đổi tương ứng với các trạng thái nhập liệu.
Trạng
thái L,L’
nhập liệu
Lỏng chưa sôi 𝐿 = 𝑅𝐷
𝐿′ = 𝐿 + 𝐹(1 + 𝜀)
Lỏng bão hòa 𝐿 = 𝑅𝐷
𝐿′ = 𝐿 + 𝐹
Hỗn hợp lỏng 𝐿 = 𝑅𝐷
hơi
𝐿′ = 𝐿 + 𝐹(1 + 𝜀)

G,G’

4

Hơi bão hòa

5

Hơi quá nhiệt

𝐺 = (𝑅 + 1)𝐷
𝐺′ = 𝐺 + 𝐹
𝐺 = (𝑅 + 1)𝐷

𝐺 ′ = 𝐺 + 𝜀𝐹

Stt
1
2
3

𝐿 = 𝑅𝐷
𝐿′ = 𝐿
𝐿 = 𝑅𝐷
𝐿′ = 𝐿+ 𝐹(1 + 𝜀)

𝐺 = (𝑅 + 1)𝐷
𝐺 ′ = 𝐺 + 𝜀𝐹
𝐺 = (𝑅 + 1)𝐷
𝐺′ = 𝐺
𝐺 = (𝑅 + 1)𝐷
𝐺 ′ = 𝐺 + 𝜀𝐹

𝑞
𝑞−1

𝑞 =𝜀+1
𝑞 > 1; 𝜀 > 0
Hơi bị làm ngưng tụ
𝑞 = 1; 𝜀 = 0
Nhập liệu bão hòa
0 < 𝑞 < 1; 𝜀 < 0
Nhập liệu có hơi và
lỏng

𝑞 = 0; 𝜀 = −1
Nhập liệu hơi
𝑞 < 0; 𝜀 < −1
Nhập liệu làm bốc
hơi lỏng

>1
∞
<0

0
𝑞

0 < 𝑞−1 < 1
Page | 15


LDDT – TYB

Mass transfer

 Vị trí của mâm nhập liệu: (Không cân phải học, xem cho biết)
- Vẽ đường làm việc phần cất.
- Vẽ đường nhập liệu.
- Vẽ đường làm việc phần chưng.
Nếu mâm nhập liệu được thiết kế tai đúng mâm giao điểm của ba đường thì, xác
định số bậc truyền khối như bình thường, nếu khác vị trí đó phải xác định số mâm
theo cách khác.

a)

b)
c)

Figure 6: Chỉ số hồn lưu ảnh hưởng tới chi phí
Mâm nhập liệu q
dướitrình.
vị trí thích hợp
Mâm nhập liệu trên vị trí thích hợp
Mâm nhập liệu ở vị trí thích hợp

Figure 5: Vị trí mâm nhập liệu

12. Nêu các phương pháp xác định chỉ số hồi lưu tối thiểu và tối ưu trong chưng luyện? Chỉ số
hồi lưu ảnh hưởng đến quá trình như thế nào ?
 Chỉ số hoàn lưu tối thiểu:
- Vẽ đường cân bằng của hệ
- Vẽ đường nhập liệu của hệ
- Từ điểm đỉnh (xw, yw) vẽ đường thẳng đi qua giao điểm của đường cân bằng và đường nhập liệu.
Cắt trục tung tại điểm (xw/(Rm+1)). Từ đó suy ra được Rm.
- Nếu đường làm việc khi nối với giao điểm của đường cân bằng và đường nhập liệu cắt đường cân
bằng nhiều hơn 1 điểm. Thì phải tiến hành vẽ tiếp tuyến của đường làm việc với đường cân bằng
cắt trục tung tại điểm (xw/(Rm+1))
 Chỉ số hoàn lưu tối ưu:
- Để xác định chỉ số hoàn lưu tối ưu ta dùng các phương trình kinh nghiệm như là
𝑅 = 1.3𝑅𝑚 + 0.3 ℎ𝑜ặ𝑐 𝑅 = (1.1 ÷ 3)𝑅𝑚
- Hoặc tính tốn dựa trên các chỉ tiêu kinh tế, theo thể tích tháp nhỏ nhất.
 Ảnh hưởng của dịng hồn lưu và dịng hồn lưu thích hợp:
- Rm
+ Khi R là Rm thì số mâm lý thuyết là vơ cùng và do đó chi phí cố định là vơ cùng nhưng chi phí vận hành
là tối thiểu.

- R tăng
+ Hệ số góc của đường làm việc tăng nên động lực của quá trình tăng, số đĩa lý thuyết giảm.
+ R tăng đến vô cùng, đường làm việc trùng với đường 45o, lúc này số đĩa lý thuyết sẽ là cực tiểu.
+ Tuy nhiên khi tăng R, số mâm sẽ giảm nhưng đường kính tháp sẽ tăng, thiết bị ngưng tụ, nồi đun, và công
của máy bơm cũng tăng theo do lưu lượng pha khí tăng, năng lượng cần để đun sôi và nhiệt ngưng tụ cũng
tăng => năng lượng vậng hành và chi phí tăng.
Page | 16


Mass transfer

LDDT – TYB

13. Thiết bị chưng luyện có gì khác với thiết bị hấp thụ? Nếu các loại thiết bị này (Cấu tạo, nguyên
lý hoạt động, ưu nhược điểm).
Về nguyên tắc có thể sử dụng các loại thiết bị như, tháp màng, tháp đệm, tháp đĩa để làm tháp cho quá trình
chưng cất. Điểm khác nhau cơ bản giữa thiết bị hấp thụ và thiết bị chưng luyện là:
Thiết bị chưng luyện có hai đoạn (chưng và cất) và mỗi đoạn được xem như là một tháp riêng, được
tính tốn độc lập với nhau => Đường kính của đoạn chưng và đoạn luyện có thể khác biệt nhau.
- Độ dóc của đường cân bằng, đường làm việc ở mỗi đoạn là khác nhau.
- Tháp chưng luyện hoạt động bắt buộc phải có thiết bị trao đổi nhiệt để đun sơi đấy tháp.
- Phải có thiết bị ngưng tụ được đặt cao hơn tháp để tạo dòng hồi lưu tự chảy về tháp.
Để chọn thiết bị cho quá trình chưng cất ta dựa trên các yếu tố sau:
-

- Năng suất, hiệu suất.
- Đặc điểm của hỗn hợp.
- Tài chính, nhân công.
- Khả năng đáp ứng của thiết bị.
Các thiết bị truyền khối, ưu nhược điểm của các tháp xem lại tài liệu 1. Tuy nhiên cái này đã thi rồi nên

khơng ra thi lại.
14. Chưng luyện nhiều cấu tử có đặc điểm gì khác với chưng luyện hai cấu tử ?
Trong chưng luyện hệ có k cấu tử về nguyên tắc cơ bản ta cần phải có k-1 tháp chưng cất, và q trình được
tính tốn như hệ hai cấu tử.
Nếu u cầu độ phân tách khơng cao thì người ta có thể tiến hành chưng cất phân đoạn. Chỉ có một tháp
chưng cất duy nhất. Ngồi sản phẩm đỉnh và đấy, trên thân tháp người ta con có một số vị trí trích ngan
tách phân đoạn.
Tính tốn chưng cất hệ nhiều cấu tử cũng dựa trên cân bằng vật chất, cân bằng pha, cân bằng nhiệt, và động
học của q trình. Khác nhau cơ bản khi tính tốn hệ nhiều cấu tử là mọi tính tốn ở đây ta chỉ so sánh của
cấu tử đang xét và cấu tử được chọn làm chhuẩn gọi là cấu tử khóa. Ngồi ra tính tốn hệ đa cấu tử cịn
phức tạp hơn nhiều với hệ một cấu tử, do các cấu tử còn tương tác qua lại với nhau.
15. Chưng luyện đẳng phí, chưng trích ly, chưng muối?
Đối với hỗn hợp đẳng phí, hay có nhiệt độ sơi gần nhau, dung dịch lỗng. Khơng thể tiến hành chưng bình
thường vì nó khơng kính tế và khơng hiệu quả. Vì thế người ta thưởng sử dụng các phương pháp chưng đặc
biệt khác:
- Chưng chân khơng
- Chưng đẳng phí
- Chưng muối
- Chưng trích ly
Ngun lý chung của các phương pháp này là thay đổi áp suất hơi hay thành phân pha bằng cách thêm một
cấu tử phân tách vào để thay đổi cân bằng pha tạo điều kiện chưng cất dể hơn.
Giảm áp suất
Chưng áp suất thấp, giảm áp suất: Sẽ làm tăng độ bay hơi tương đối của các cấu tử nên làm đường
cân bằng tách xa đương y=x, làm mất điểm đẳng phí và làm tăng động lực của q trình chưng cất.
Vd: Để sản xuất cồn tuyệt đối người ta tiến hành chưng cất ở áp suất thấp dưới 35mmHg.
Thêm cấu tử thứ ba
-

Page | 17

LDDT – TYB

Mass transfer

Chưng đẳng phí: Sẽ làm thay đổi cân bằng pha của hệ, nếu tác nhân phân tách tan trong hỗn hợp
đầu và có tác dụng tạo thành với những hỗn hợp đẳng phí mới và được tách ra ở đỉnh, thì gọi là
chưng đẳng phí. Ví dụ có thể thêm benzen vào để chưng hỗn hợp EtOH – H2O
- Chưng trích ly: Nếu cấu tử được thêm vào làm tăng độ bay hơi tương đối giữa chúng và không tan
trong hỗn hợp đầu và được tách ra ở đáy tháp.
- Chưng muối: Nếu tác nhân là muối rắn thì gọi là chưng muối, ví dụ để tách acetic acid ra khỏi nước
người ta tiến hành chưng muối với các tác nhân phân tách như CaCl2 hay CH3COONa
16. Hương dẫn tính tốn thiết bị chưng cất:
Bước 1: Tính tốn cân bằng vật chất.
-

Tính tốn cân bằng vật chất cho tháp.
- Từ phương trình cân bằng vật chất, đề sẽ cho ta 4 dữ kiện => ta sẽ tìm được 2 dữ kiện còn lại.
 Xác định được xF,F, xD,D, xw,W
- Xác định giá trị hoàn lưu tối thiểu:
+ Dựng đường cân bằng.
+ Dựng đường nhâp liệu (y=xF) cắt đường cân bằng tại điểm y* ra được giá trị nồng độ của pha hơi cân
bằng với nhập liệu yF*
𝑥𝐷 − 𝑦𝐹∗
𝑅𝑚 = ∗
𝑦𝐹 − 𝑥𝐹
- Xác định giá trị hoàn lưu: ( Giá trị này đề sẽ cho hoặc xác định từ chỉ số hoàn lưu tối thiểu)
+ Dựa vào các công thức kinh nghiệm.
𝑅 = 1.3𝑅𝑚 + 0.3 ℎ𝑜ặ𝑐 𝑅 = (1.1 ÷ 3)𝑅𝑚
Lưu ý: Nếu đường cân bằng có điểm đẳng phí, thì trong q trình tính toán Rm phải cẩn thận. Nếu vẽ đường

làm việc cắt giao điểm của đường nhập liệu và đường cân bằng tại nhiều hơn 1 điểm. Thì lúc này phải xác
định Rm bằng cách từ điểm xD vẽ đường tiếp tuyến với đường cân bằng cắt trục tung tại điểm (xD/(Rm+1))
rồi từ đố tính ra Rm. Những hệ cần lưu ý EtOH – H2O; Acetic acid – H2O.
Bước 2: Tính tốn nhiệt cho tháp
Tính tốn nhiệt cho thiết bị chưng cất.
Sau khi hồn thành tính tốn cân bằng vật chất ta tính tốn nhiệt cho tháp. (R, xF,F, xD,D, xw,W)
- Nhiệt ngưng tụ: 𝑄𝑛𝑡 = 𝐷(𝑅 + 1)𝑟𝐷
- Nhiệt đun:
Trong quá trình tính tốn có thể tính đơn giản như sau:
𝑄𝐶 = (𝑅 + 1)𝑟𝐷 + 𝐷𝐶𝐷 𝑡𝐷 + 𝑊𝐶𝑤 𝑡𝑤 − 𝐹𝐶𝐹 𝑡𝐹 + 𝑄𝐿

Page | 18


LDDT – TYB

Mass transfer

Trong q trình tính tốn cần lưu ý các điểm sau đây
-

Nhiệt dung của hỗn hợp tính gần đúng: 𝐶ℎℎ = 𝐶𝐴 ̅̅̅
𝑥𝐴 + 𝐶𝐵 ̅̅̅
𝑥𝐵 ( 𝑥̅ là phần khối lượng)

Nhập liệu
Đỉnh
Đáy
- Xác định nhiệt độ sôi tF của - Nhiệt độ ở định tD được tra
- Nhiệt đổ ở đáy tw được

dòng nhập liệu theo xF.
theo pha khí y=xD.
tra theo nồng độ pha
- Các giá trị nhiệt dung được tra
lỏng xw.
- Tính nhiệt dung của hỗn hơp
theo nhiệt độ tD và tính theo
- Các giá trị nhiệt dung
theo cơng thức trung bình.
cơng thức nhiệt dung trung
được tra theo nhiệt độ tw
Trong trường hợp có sổ tay
bình
và tính theo cơng thức
để tra thì tra. Các giá trị tra - Nhiệt ngưng tụ của hơi cũng
nhiệt dung của hỗn hợp.
theo nhiệt độ sôi tF
được tra theo nhiệt độ tD và
tính nhiệt ngưng tụ của hỗn
hợp theo cơng thức
𝑟ℎℎ = 𝑟𝐴 ̅̅̅
𝑥𝐴 + 𝑟𝐵 ̅̅̅
𝑥𝐵
- Trong quá trình tính tốn việc tra nhiệt dung ở nhiều nhiệt độ khác nhau khá là phiền phức và
tốn thời gian.
- Do nhiệt dung của một chất không thay đổi đáng kể trong khoảng vài chục độ => ta có thể lấy
nhiệt dung của câu tử A và B tại nhiệt độ trung bình của đỉnh và đấy => sau đó áp dụng vào để
tính nhiệt dung cho các dịng nhập liệu, đỉnh và đáy.
Bước 3: Xác định số mâm, chiều cao tháp, lượng hơi nước cần dùng, và lượng nước cần cho vào thiết
bị ngưng tụ.

Xác định số mâm
Đối với tháp mâm: Ta chỉ cần vẽ đường bậc thang giữa đường cân bằng và đường làm việc (nên
suất phát từ điểm đỉnh). Sau đó đêm số bật thang ta sẽ ra được số mâm của tháp.
- Đối với tháp đệm:
+ Xác đinh phương trình làm việc ở đoạn chưng và đoạn cất. Tiến hành tích phân đồ thị như cách làm ở
hấp thụ
Tich phân đồ thị:
-

-

Đường làm việc: 𝑦 = 𝑓(𝑥) ; đường cân bằng 𝑦 ∗ = 𝑓(𝑥)

-

Số bậc lý thuyết 𝑛𝑜𝑦,𝑐𝑎𝑡 = ∫𝑥 𝐷

-

Đối với mỗi đoạn chia đồ thị thành các đoạn x bằng nhau từ [xF,xD] làm tương tự với đoạn chưng.

𝑥

𝑑𝑦
∗ −𝑦
𝑦
𝐹

𝑥

𝑑𝑦
𝑦
𝑤 ∗ −𝑦

; 𝑛𝑜𝑦,𝑐ℎ𝑢𝑛𝑔 = ∫𝑥 𝐹

𝑥
𝑦
𝑦∗

𝑥𝐹 … … … … … … … … … … … … … . 𝑥𝐷
𝑦𝐹 … … … … … … … … … … … … … . 𝑦𝐷
𝑦𝐹∗ … … … … … … … … … … … … … . 𝑦𝐷∗

1
1
1
=𝑎
…………………………………. ∗
∗
−𝑦
𝑦𝐹 − 𝑦𝐹
𝑦𝐷 − 𝑦𝐷
Tiến hành tính diện tích các hình than vng được tạo thành. (Theo cơng thức tính diện tích hình
than vng.
𝑦∗

-

𝑥𝐷

𝑆 = ∑( 𝑎𝑖 + 𝑎𝑗 ) ×
𝑥𝐹

𝑥𝑖 − 𝑥𝑗
2

Page | 19


LDDT – TYB

Mass transfer

Lưu ý: Khi tiến hành tính tích phân đồ thị phải lưu ý đoạn chia sao cho thuận lợi cho việc tính tốn. Tốt
nhất là nên chia theo tỉ lệ đoạn theo sổ tay để có giá trị y* sẵn khỏi cần nội suy.
Xác định chiều cao tháp
- Tháp đĩa : ℎ = (𝑛đĩ𝑎 − 1)ℎ𝑚â𝑚 + ℎ2 đầ𝑢
- Tháp đệm: ℎ = 𝑛𝑜𝑦,𝑐ℎư𝑛𝑔 ℎ𝑜𝑦,𝑐ℎư𝑛𝑔 + 𝑛𝑜𝑦,𝑐ấ𝑡 ℎ𝑜𝑦,𝑐ấ𝑡
Xác định lượng nước và hơi cần tiêu tốn
𝑄𝑛𝑡
.(𝑇
𝑝 𝑟𝑎 −𝑇𝑣𝑎𝑜 )
𝑄đ𝑢𝑛
; với
𝑟ℎơ𝑖 .(1−𝜑)

𝐾𝐽

-

Lượng nước: 𝑚𝐻2 𝑂 = 𝐶

; 𝑣ớ𝑖 𝐶𝑝 = 4,18 𝐾𝑔 𝑡ℎườ𝑛𝑔 𝑙ấ𝑦 𝑣ậ𝑦

-

Lượng hơi: 𝑚𝐻ơ𝑖 =

r hơi được tra tại áp suất hơi sử dụng, phi là độ âm của hơi.

Xác định diện tích truyền nhiệt ở nồi đun.

𝐹=

𝑄đ𝑢𝑛
; ∆𝑇 = 𝑇ℎơ𝑖 − 𝑇𝑤
𝑘. ∆𝑇

- 𝑇ℎơ𝑖 được xác định tại áp suất hơi sử dụng
Nếu nhập liệu không sôi

-

Cách 1:
Trong trường hợp này đề thường cho ta giá trị 𝑞 ℎ𝑜ặ𝑐 𝜀, dựa vào hai giá trị này để tính tốn lại
đường nhập liệu.
- Xác định lại số mâm lý thuyết, cũng như xác định lại thành phân của đĩa nhập liệu (cho đường nhập
liệu cắt đường cân bằng sẽ tìm được thành phần x lỏng trên mâm nhập liệu và thành phần y hơi đi
vào mâm nhập liệu).

- Để tính tốn nhiệt cho q trình ta cần phải biết HF => Ta tính HL và HG tại mâm nhập liệu thông
qua thành phần của mâm nhập liệu
+ Đối với pha lỏng , từ thành phần xL ta tra ra được nhiệt độ sôi => xác dịnh lại nhiệt dung như phân trên
và tính 𝐻𝐿 = 𝐶𝐿 𝑡𝐿
+ Đối với pha khí , từ thành phần yL ta tra ra được nhiệt độ sôi => xác dịnh lại nhiệt dung như phân trên và
tra thêm nhiệt hóa hơi của pha lỏng tính 𝐻𝐺 = (𝑟𝐴 + 𝐶𝐴 𝑡ℎ𝑜𝑖 )𝑥𝐴 + (𝑟𝐵 + 𝐶𝐵 𝑡ℎ𝑜𝑖 )𝑥𝐵
+ Dùng cơng thức 𝑞 =

-

-

𝐿′ −𝐿
𝐹

ℎ −ℎ

= ℎ𝐺 −ℎ𝐹 để tính lại nhiệt của dịng nhập liệu.
𝐺

𝐿

Các bước tính tốn cịn lại khơng có gì thay đổi.
Cách 2: (Đơn giản cho việc tính tốn hơn, với giả sử hỗn hợp đi qua mâm có nhiệt dung gần giống
nhau)
Đối với dịng nhập liệu là lỏng:
𝐶𝑃,𝐿 (𝑡𝑠 − 𝑡𝐹 )
𝑞 =1+
𝑟𝐹
Dòng nhập liệu là hơi:

𝐶𝑝,𝑉 (𝑇𝐹 − 𝑡𝑛𝑔ư𝑛𝑔 )
𝑟𝐹
+ Trong đó 𝑟𝐹 , 𝑡𝐹 à giá trị nhiệt hóa hơi và nhiệt độ của của hỗn hợp nhập liệu.
+ 𝐶𝑝,𝐿 , 𝐶𝑃,ℎ lần lược là nhiệt dung của hỗn hợp nhập liệu
+ 𝑡𝑠ố𝑖 , 𝑡𝑛𝑔ư𝑛𝑔 lần lược là nhiệt độ sôi và nhiệt độ điểm sương của hỗn hợp lỏng và hơi.
- Dùng cách trên để tính ra lại nhiệt độ cũng như là enthalpy của dịng nhập liệu.
𝑞=

17. Tính tốn thiết bị chưng cất đơn giản
Page | 20


LDDT – TYB

Mass transfer

Bước 1: Tính tốn cân bằng vật chất
- Chỉ cần bảo toàn vật chất và bảo toàn cấu tử
+𝐹 =𝐷+𝑊
+𝐹𝑥𝐹 = 𝐷𝑥𝐷 + 𝑊𝑥𝑤
- Bài toán thường đã cho ta biết được 𝑥𝐹 , 𝑥𝐷 , 𝑥𝑤
𝑥𝐹
𝐹
𝑑𝑥
ln ( ) = ∫
∗
𝑊
𝑥𝑤 𝑦 − 𝑥
+ Tiến hành tích phân đồ thị như tính số đơn vị truyền khối ở tháp đệm.

+ Đơn vị của công thức trên phụ thuộc vào đường cân bằng, thông thường là phần mol với số mol.
Bước 2: Tính nhiệt cho q trình
-

Tiến hành bảo toàn năng lượng như ở tháp chưng cất là được.
𝑡 +𝑡
Nhiệt của hơi được xác định tại nhiệt độ trung bình của tháp: 𝑡𝐷 = 𝐹 2 𝑤; 𝑡𝐹 , 𝑡𝑤 được tra từ giá trị

𝑥𝐹 và 𝑥𝑤 (với điều kiện nhập liệu là sôi)
Tra các giá trị 𝑟𝐴 , 𝑟𝐵 𝐶𝐴 , 𝐶𝐵 tại 𝑡𝐷 đối với sản phẩm đỉnh, còn đối với nhập liệu và sản phâm đấy tra
theo nhiệt độ của nó
𝑄đ𝑢𝑛 = ℎ𝐷 𝐷 + ℎ𝑊 𝑊 − ℎ𝐹 𝐹

+ ℎ𝐷 = (𝑟𝐴 + 𝐶𝐴 𝑡𝐷 )𝑥𝐴 + (𝑟𝐵 + 𝐶𝐵 𝑡𝐷 )𝑥𝐵
+ℎ𝑊 = 𝐶𝑤 𝑡𝑤
+ℎ𝐹 = 𝐶𝐹 𝑡𝐹
Lưu ý: Các giá trị nhiệt dung và nhiệt hóa hơi nếu tra theo khối lượng thì các đơn vị dùng phải là phần
khối lượng và khối lượng. Khi đổi các giá trị nhiệt dung và nhiệt hóa hơi theo mol the có thể dùng phần
mol và số mol để tính.
18. Tính tốn thiết bị chưng cất hơi nước:
Bước 1: Cân bằng vật chất.
- Sử dụng bản tra xác định:
+ Nhiệt độ sôi của hỗn hợp:
+ Áp suất hơi nước và của cấu tử ở nhiệt độ sơi.
Dùng đồ thị trong sổ tay trang 90 hình XXIII hoặc dùng toán đồ trang 86 để xác định áp suất và nhiệt độ
sôi của hỗn hợp.
- Xác định độ bay hơi tương đối, và hệ số khơng bão hịa.
- Tính lượng hơi nước cần dùng.
Bước 2: Tính nhiệt.
𝑄 = 𝑄1 + 𝑄2

-

𝑄1 : Nhiệt cần dùng để gia hỗn hợp đầu tới nhiệt độ sôi.
𝑄1 = (𝐶𝐴 𝐴 + 𝐶𝐻2 𝑂 𝑚𝐻2 𝑂 )(𝑡𝑠ô𝑖 − 𝑡đầ𝑢 )
𝑄2 : Nhiệt cần dùng để hóa hơi lượng chất cần chưng.
𝑄2 = 𝑟𝐴 𝐴

Page | 21


LDDT – TYB

Mass transfer

Trích ly lỏng lỏng
1. Trích ly là gì? Nó được sử dụng khi nào? Có nhược điểm gì?
Trích ly (chiết) là q trình tách 1 hay 1 vài cấu tử từ hỗn hợp lỏng bằng dung môi không tan trong
dung dịch ban đầu.
- Chất lỏng dùng để hòa tan cấu tử cần phân tách gọi là dung môi hay tác nhân.
- Dung dịch thu được sau khi hòa tan cấu tủ cần phân tách gọi là nước cái hay raphinat (R).
- Cấu tử cần tách gọi là cấu tử trích ly.
Ứng dụng: dùng trong cơng nghiệp hóa chất, dầu mổ, thực phẩm … để thu hồi các cáu tử quý, hiếm
hay làm sạch các chất độc hại ra khỏi dung dịch … Trích ly sử dụng trong các trường hợp sau:
- Hỗn hợp không tách được bằng chưng chất:
+ Hỗn hợp đẳng phí. (Etanol – Nước).
+ Hỗn hớp có nhiệt dộ sơi cao tách bằng chưng cất khó hoặc bị hỏng.
- Hỗn hợp tách được bằng chưng cất nhưng chi phí cao:
+ Dung dịch lỗng.
+ Dun dịch có nhiệt độ sơi của các cấu tử gần bằng nhau. (Nước – Acid Acetic).
Nhược điểm:

- Quá trình dùng nhiều dung mơi, tăng chi phí.
- Khó tách hết dung nơi ra khỏi sản phẩm.
- Cơng nghệ phức tạp, trích ly xong vẫn phải dùng chưng cất.
2. Yêu cầu chung của dung mơi dùng trong trích ly là gì?
- Độ chọn lọc cao.
- Dễ hoàn nguyên: 𝜇, 𝐶𝑝 , 𝜌 nhỏ; ∆𝑝 lớn.
- Ít độc hại: an tồn khi làm việc, mơi tường, ít ăn mịn thiết bị.
- Giá thành rẻ, dễ kiếm, ổn định, dễ bảo quản.
3. Hãy nêu nguyên tắc xác định đường đẳng nhiệt trên đồ thị tam giác đều, đồ thị tam giác vuông,
đồ thị y – x?
Cân bằng pha:
- Số pha: 2 chất lỏng.
- Số cấu tử tối thiểu: 3 (A, B, C).
Nên 𝑓 = 3 − 2 + 2 = 3. Thay đổi 3 trong T, C, P. Thường
𝑡 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 và p không ảnh hưởng đáng kể lên lỏng – lỏng, nên
𝑓 = 1. Hệ có một bậc tự do nên có thể thay đổi nồng độ của cấu
tử trích ly mà khơng làm thay đổi cân bằng của hệ.
Hỗn hợp lý tưởng tuân theo định luật phân bố:
𝑦∗
𝑚=
⟹ 𝑦 ∗ = 𝑚𝑥
𝑥
Khi 𝑡 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡, m là hằng số.
Trong tọa độ y – x, ở 𝑡 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡, 𝑝 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡, đường cân bằng
pha L – L là đường thẳng qua gốc tọa độ (số 1). Nhưng 𝑚 =
1. Hệ lý tưởng
𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 chỉ khi hai chất lỏng khơng ran lẫn hồn tồn, điều này rất
2. Dung dich thực khơng điện ly
ít gặp trong thực tế. Có sự sai lệch với định luật phân bố do sự
3. Dung dịch điện ly

phân ly hay liên hợp của cấu tử phân bố trong một hay hai pha
nên thường m phụ thuộc vào nồng độ, thậm chí là nhiệt dộ, nên
Figure 7. Dạng đường đẳng nhiệt
đường cân bằng là đường cong (số 2, 3) (Hình 1).
3.1.
Đồ thị tam giác đều:
Xét đồ thị tam giác đều (Hình 2): các đỉnh A, B, C là các cấu tử nguyên chất; các cạnh AB, BC, AC là
dung dịch 2 cấu tử nối 2 đỉnh; điểm trong tam giác ứng với dung dịch 3 cấu tử mà nồng độ các cấu tử A, B,
C có thể xác đinh theo các cách sau:

Page | 22


LDDT – TYB

Mass transfer

-

Cách 1: biểu diễn theo đường cao (Hình 2):

𝑥𝐴 =

ℎ𝐴
ℎ

𝑥𝐵 =

ℎ𝐵
ℎ

𝑥𝐶 =

ℎ𝐶
ℎ

𝑥𝐴 + 𝑥𝐵 + 𝑥𝐶 = 1
Figure 8. Biểu diễn theo chiều cao

-

Cách 2: biểu diễn theo cạnh (Hình 3):

Figure 9. Biểu diễn theo cạnh

Khi có hai dung dịch của A và C có thành phần ứng với G1, G2, ta
bổ sung cấu tử thứ 3 B sẽ có các dung dịch 3 cấu tử ứng với các điểm
D1D2, E1E2, F1F2…. Các điểm Gi càng gần với nhau vì khi thêm B vào
hệ làm xấu đi tính hịa tan của A và B=C. Các dây cung D1D2, E1E2,
F1F2… ứng với các dung dịch ở trạng thái cân bằng. Nếu tiếp tục thêm
B sẽ tạo ra dung dịch một pha (kể từ K trở đi), đó là điểm tới hạn K.
Đường G1D1E1F1KF2E2D2G2 là đường phân pha (cân bằng) trong đồ
thị tam giác. Ngoài đường cong là hệ một pha 3 cấu tử, trong là hệ 2
pha 3 cấu tử có nồng độ cần bằng được diểu diễn bằng các cặp điểm
liên hợp trên đườn cân bằng (Hình 4)

Figure 10

Page | 23

LDDT – TYB

Mass transfer

Một số đường đáng lưu ý (Hình 5):
Đi qua đỉnh: tỉ số thành phần hai cấu tử ở hai đỉnh cịn lại là
khơng đổi:
𝑥𝐴
= 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡
𝑥𝐶
- Song song với cạnh: thành phần của đỉnh đối diện là không đổi.
𝑥𝐵 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡
- Đường cân bằng (phân pha): gồm 2 vùng, vùng dị (ở dưới) và
vùng đồng thể (ở trên). Để trích ly được cần phải nàm trong vùng dị
thể. Khi nhiệt độ tăng thì độ hịa tan tăng nên vùng đồng thể tăng, dị thể
giảm đến 𝑡𝑡ℎ (nhiệt độ tới hạn) (Hình 6)
-

Figure 11

Figure 12

- Đường nội suy.
Cách xác định lượng và thành phần bằng quy tắc đòn bẩy (Hình 7):
𝑀 = 𝑅+𝐸
𝐸 ̅̅̅̅̅
𝑅𝑀 𝑥𝑀 − 𝑥𝑅
=
=

𝑅 ̅̅̅̅̅
𝐸𝑀 𝑥𝐸 − 𝑥𝑅
3.2.
Đồ thị tam giác vuông:
Khi cần khuếch đại một cạnh thì ta dùng đồ thi tam giac vng với cạnh
huyền là cạnh cần khuếch đại (Hình 8).

3.3.

Đồ thị y – x:

Figure 13. Địn bẩy

Figure 14. Đồ thị tam giác
vng

Page | 24


LDDT – TYB

Mass transfer

Figure 15. Đồ thi y - x

Khi cạnh huyền → ∞ thì ta có đồ thị vuống góc, có nhiều dạng: 𝑦 − 𝑥, 𝑌̅ − 𝑋̅ , 𝑍̅ − 𝑋̅, nhưng hay dùng
hơn cả là 𝑦̅ − 𝑥̅ (Hình 9). Nếu A tan trong C khơng đáng kể ta có thể dùng đồ thị 𝑦̅ − 𝑥̅ sẽ đơn giản hơn.
4. Nêu các phương pháp trích ly (sơ đồ, cách tính, hệ thống thiết bị …): một bậc, nhiều bậc xi
ngược chiều, liên tục ngược chiều?
4.1.

Trích ly 1 bậc:
Nguyên lý: Dung dịch đầu (A+B) và dung mơi C≡S
1. Thiết bị có cánh
(dung mơi tinh khiết) cùng cho vào thiết bị có cánh khuấy
khuấy
1 để khuấy trộn đều. Khi khuấy mạnh và đủ lâu, coi là
2. Thiết bị lắng
q trình đạt cân bằng. Sau đó cho sang thiết bị láng thứ
2 để phân riêng hai pha rafinat (R) và dung dịch chiết (E).
Tiến hành theo mẻ.
Bài toán:
-

Cho: E, xF, xR
Tính: S, E, R, yE
Cân bằng chung:

Figure 16. Sơ đồ trích ly một bậc

-

𝐹+𝑆 =𝑀 =𝑅+𝐸
𝐹∗

Lượng dung mơi:
𝐹
𝑆
𝑀𝐹
=
⟹𝑆=𝐹

𝑀𝑆 𝑀𝐹
𝑀𝑆

𝑥𝐹∗

Lượng dịch chiết:
𝐸
𝑅
𝑀𝑅
=
⟹𝐸=𝑅
𝑀𝑅 𝑀𝐸
𝑀𝐸
Lượng nước cái:

Figure 17. Tính tốn trích ly một bậc bằng đồ thị tam giác

𝑅 =𝑀−𝐸
*

Giới hạn của quá trình:
Trộn F và S sao cho M thuộc M1M2 mới xảy ra phân pha (trích
ly). Khi M dần M2 thì lượng dung mơi tiêu tốn bé hơn, nồng độ B
trong E và R tăng lên. Khi M trùng M1 trên đường cân bằng thì
chỉ tạo ra rafinat (E = 0). Khi đó, lượng dung mơi sẽ là tối thiểu:
𝑆𝑚𝑖𝑛 = 𝐹

̅̅̅̅̅̅1
𝐹𝑀
̅̅̅̅̅̅

𝑀1 𝐶

Tương tự, M trùng M2 trên đường cân bằng thi có lượng dung Figure 18.Tính tốn trích ly một bậc bằng đồ thị y - x
môi cực đại:
Page | 25