chương trình đào tạo trình độ đại học bài giảng môn học truyền khối

- 1 -
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐH LẠC HỒNG Độc lập – Tự do – Hạnh phúc


CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO TRÌNH ĐỘ ĐẠI HỌC
BÀI GIẢNG
MÔN HỌC: TRUYỀN KHỐI

CHƯƠNG 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

MỤC ĐÍCH:
Nội dung bài giảng này giúp sinh viên nắm được các khái niệm ban đầu về bản chất của
các quá trình truyền khối, phân loại được các quá trình, tạo nền tảng khái niệm cho những nội dung
trong quá trình học tiếp theo.
SỐ TIẾT: 8
BẢNG PHÂN CHIA THỜI LƯỢNG
STT NỘI DUNG SỐ TIẾT
1 Khái niệm và phân loại các quá trình truyền khối. 0.5
2 Biểu diễn thành phần pha. 0.5
3 Cân bằng pha. 0.5
4 Quá trình khuếch tán. 0.75
5 Cân bằng vật chất và phương trình truyền khối. 1
6 Phương pháp tính thiết bị truyền khối. 0.75
7 Bài tập và thảo luận. 4
Tổng 8
Bài tập và thảo luận sẽ được phân phối vào từng mục nhỏ của chương
TRỌNG TÂM BÀI GIẢNG
- Tập trung khái quát hóa các khái niệm cơ bản của môn học truyền khối.
- Nắm bắt các ký hiệu, nguyên tắc chung.
- 2 -

NỘI DUNG
1. Khái niệm và phân loại các quá trình truyền khối ([1] trang 5, [5] trang 9)
Quá trình di chuyển vật chất từ pha này sang pha khác khi hai pha tiếp xúc trực tiếp
với nhau gọi là quá trình truyền khối hay là quá trình khuếch tán, quá trình này đóng vai trò quan
trọng trong công nghiệp hóa học, thực phẩm và các ngành công nghiệp khác.
2. Biểu diễn thành phần pha: ([1] trang 6, [5] trang 14)


Pha lỏng Pha hơi (khí)
1. Phần khối lượng
i
i
L
x
L
=
i
i
G
y
G
=

2. Phần mol
i
i
L
x
L
=

i
i
G
y
G
=

3. Tỉ số khối lượng
i
i
i
L
X
L L
=
−

i
i
i
G
Y
G G
=
−

4. Tỉ số mol
i
i

i
L
X
L L
=
−

i
i
i
G
Y
G G
=
−


Trong đó:
L,G
: suất lượng mol pha lỏng, pha hơi, kmol/h
GL, : su
ấ
t l
ượ
ng kh
ố
i l
ượ
ng pha l
ỏ

ng, pha h
ơ
i, kg/h
i: c
ấ
u t
ử
b
ấ
t k
ỳ
c
ủ
a h
ỗ
n h
ợ
p
VD1.1. Một hỗn hợp rượu ethanol và nước có thành phần khối lượng ethanol là 30%.
Xác định thành phần mol và tỉ số mol của hỗn hợp
Giải:
Thành ph
ầ
n kh
ố
i l
ượ
ng c
ủ
a ethanol c

ủ
a h
ỗ
n h
ợ
p ethanol – n
ướ
c là 30% nên ta có
0,3
e
x =
. Áp d
ụ
ng công th
ứ
c ta có thành ph
ầ
n mol c
ủ
a ethanol là
0,3
46
0,144
0,3 1 0,3
46 46
e
e
e
e n
e n

x
M
x
x x
M M
= = =
−
+
+

Và tỉ số mol của ethanol sẽ là

0,144
0,168
1 1 0,144
e
e
e
x
X
x
= = =
− −

- 3 -
VD1.2. Xác định phần khối lượng và tỉ số khối lượng của hỗn hợp benzen – toluen, biết tỉ
lệ mol benzen trong hỗn hợp là 0,4.
Giải:
Theo
đầ

u bài ta có
0,4
b
X =
, áp d
ụ
ng công th
ứ
c
0,4
1
b
b
b
x
X
x
= =
−
ta suy ra thành
ph
ầ
n mol c
ủ
a benzen trong h
ỗ
n h
ợ
p là
0,4

0,286
1 1 0,4
b
b
b
X
x
X
= = =
+ +

Khi
đ
ó ta tính
đượ
c thành ph
ầ
n kh
ố
i l
ượ
ng c
ủ
a benzen trong h
ỗ
n h
ợ
p là
.
0,286.78

0,253
. . 0,286.78 (1 0,286).92
b b
b
b b t t
x M
x
x M x M
= = =
+ + −

T
ỉ
s
ố
kh
ố
i l
ượ
ng c
ủ
a benzen là
0,253
0,339
1 0,253
1
b
b
b
x

X
x
= = =
−
−

3. Cân bằng pha:
([1] trang 10, [5] trang 71)

3.1. Khái niệm về cân bằng pha:
M
ộ
t h
ệ

đạ
t tr
ạ
ng thái cân b
ằ
ng pha thì th
ỏ
a mãn nh
ữ
ng nguyên t
ắ
c sau:
- T
ạ
i m

ỗ
i
đ
i
ề
u ki
ệ
n nhi
ệ
t
độ
và áp su
ấ
t xác
đị
nh, t
ồ
n t
ạ
i m
ộ
t m
ố
i quan h
ệ
cân b
ằ
ng gi
ữ
a

n
ồ
ng
độ
c
ủ
a dung ch
ấ
t trong hai pha và
đượ
c bi
ể
u di
ễ
n b
ằ
ng
đườ
ng cân b
ằ
ng.
- Khi h
ệ

đạ
t tr
ạ
ng thái cân b
ằ
ng thì không có khu

ế
ch tán t
ổ
ng c
ộ
ng gi
ữ
a hai pha.
- Khi h
ệ
ch
ư
a
đạ
t cân b
ằ
ng, quá trình khu
ế
ch tán c
ủ
a dung ch
ấ
t gi
ữ
a hai pha s
ẽ
di
ễ
n ra nh
ư

th
ế
nào
để

đư
a h
ệ

đế
n
đ
i
ề
u ki
ệ
n cân b
ằ
ng.
3.2. Quy tắc pha Gibbs:
B
ậ
c t
ự
do
C
c
ủ
a m

ộ
t h
ệ
là s
ố
thông s
ố
nhi
ệ
t
độ
ng
độ
c l
ậ
p
đủ

để
xác
đị
nh h
ệ

ở
tr
ạ
ng thái cân
b
ằ

ng.
Để
tìm
đượ
c b
ậ
c t
ự
do, ta s
ử
d
ụ
ng quy t
ắ
c pha Gibbs, công th
ứ
c nh
ư
sau:
C = k - f + n
Trong
đ
ó:
f
: s
ố
pha trong h
ệ

k

: s
ố
c
ấ
u t
ử

độ
c l
ậ
p c
ủ
a h
ệ

n
: s
ố
y
ế
u t
ố
bên ngoài
ả
nh h
ưở
ng lên cân b
ằ
ng c
ủ

a h
ệ

3.3. Các định luật về cân bằng pha:
3.3.1. Định luật Henry:

Đố
i v
ớ
i dung d
ị
ch lý t
ưở
ng áp su
ấ
t riêng ph
ầ
n
p
c
ủ
a khí trên ch
ấ
t l
ỏ
ng t
ỷ
l
ệ
v

ớ
i ph
ầ
n mol
x

c
ủ
a nó trong dung d
ị
ch
p
i
= H.x
i

- 4 -
Suy ra:
*
. .
i i
H x y P
=
hay
*
.
i i i
P
y x mx
H

= =

V
ớ
i
P
- áp su
ấ
t t
ổ
ng c
ộ
ng,
i
P p
=
∑

m
- h
ệ
s
ố
phân ph
ố
i hay h
ằ
ng s
ố
cân b

ằ
ng
H
- h
ằ
ng s
ố
Henry
3.3.2. Định luật Raoult
:
Áp su
ấ
t riêng ph
ầ
n c
ủ
a m
ộ
t c
ấ
u t
ử
trên dung d
ị
ch b
ằ
ng áp su
ấ
t h
ơ

i bão hòa c
ủ
a c
ấ
u t
ử

đ
ó (
ở

cùng nhi
ệ
t
độ
) nhân v
ớ
i n
ồ
ng
độ
ph
ầ
n mol c
ủ
a c
ấ
u t
ử

đ
ó trong dung d
ị
ch
.
o
i i i
p P x
=

Trong
đ
ó:
p
i
: áp su
ấ
t h
ơ
i riêng ph
ầ
n c
ủ
a c
ấ
u t
ử
i trong h
ỗ
n h

ợ
p h
ơ
i.
o
i
P
:
áp su
ấ
t h
ơ
i bão hòa c
ủ
a c
ấ
u t
ử
i
ở
cùng nhi
ệ
t
độ
.
x
i
: ph
ầ
n mol x c

ủ
a c
ấ
u t
ử
i trong dung d
ị
ch
4. Quá trình khuếch tán:
([1] trang 15, [5] trang 15)
4.1. Định nghĩa:
Khi hai pha chuy
ể
n
độ
ng ti
ế
p xúc v
ớ
i nhau do s
ự
c
ả
n tr
ở
c
ủ
a pha này
đố
i v

ớ
i pha kia, ngh
ĩ
a là
trên b
ề
m
ặ
t phân chia pha t
ạ
o thành hai l
ớ
p màng. Trong màng là chuy
ể
n
độ
ng dòng vì th
ế
g
ọ
i là
khu
ế
ch tán phân t
ử
còn nhân chuy
ể
n
độ
ng xóay và g

ọ
i là khu
ế
ch tán
đố
i l
ư
u. Khu
ế
ch tán trong
màng r
ấ
t ch
ậ
m so v
ớ
i trong nhân nên nó quy
ế
t
đị
nh
đế
n quá trình khu
ế
ch tán.
4.2. Động lực quá trình:
Quá trình truy
ề
n kh
ố

i gi
ữ
a các pha x
ả
y ra m
ộ
t cách t
ự
nhiên khi n
ồ
ng
độ
làm vi
ệ
c và n
ồ
ng
độ
cân b
ằ
ng c
ủ
a các c
ấ
u t
ử
phân b
ố
trong m
ỗ

i pha khác nhau.


Hình 1.1. Sơ đồ biểu diễn quá trình truyền khối
- 5 -
Hi
ệ
u s
ố
gi
ữ
a n
ồ
ng
độ
làm vi
ệ
c và n
ồ
ng
độ
cân b
ằ
ng g
ọ
i là
độ
ng l
ự
c khu

ế
ch tán hay
độ
ng
l
ự
c truy
ề
n kh
ố
i, có th
ể
bi
ể
u di
ễ
n b
ằ
ng
đồ
th
ị
(Hình 1.1)
N
ế
u tính theo pha
Φ
y
ta có
độ

ng l
ự
c:
yyy
cb
−=∆
hay là
cb
yyy −=∆

N
ế
u tính theo pha
Φ
x
ta có
độ
ng l
ự
c:
xxx
cb
−=∆
hay là
cb
xxx −=∆
4.3. Khuếch tán phân tử
([1] trang 16, [5] trang 16)

4.3.1. Vận tốc khuếch tán

Là l
ượ
ng v
ậ
t ch
ấ
t khu
ế
ch tán qua m
ộ
t d
ơ
n v
ị
di
ệ
n tích màng trong m
ộ
t
đơ
n v
ị
th
ờ
i gian
.
dG dc
v D
F d dx
τ

= = −

Trong
đ
ó

F
: di
ệ
n tích b
ề
m
ặ
t, vuông góc v
ớ
i h
ướ
ng khu
ế
ch tán

τ

: th
ờ
i gian khu
ế
ch tán

G

: l
ượ
ng v
ậ
t ch
ấ
t khu
ế
ch tán

D
: h
ệ
s
ố
khu
ế
ch tán

4.3.2. Công thức tính hệ số khuếch tán
4.3.2.1. Khuếch tán trong pha khí
H
ệ
s
ố
khu
ế
ch tán gi
ữ
a hai khí A và B

ở
nhi
ệ
t
độ

T
và áp su
ấ
t
P

đượ
c xác
đị
nh theo
công th
ứ
c
3
3
2
1 1
2
3 3
4,3.10 . 1 1
.
.( )
k
A B

A B
T
D
M M
P V V
−
= +
+
, m
2
/s
Trong
đ
ó

T
: nhi
ệ
t
độ
tuy
ệ
t
đố
i, K

P
: áp su
ấ
t tuy

ệ
t
đố
i, atm

M
A
, M
B
: kh
ố
i l
ượ
ng mol c
ủ
a khí A và khí B, g/mol

V
A
, V
B
: th
ể
tích mol c
ủ
a khí A và khí B
4.3.2.2. Khuếch tán trong pha lỏng
H
ệ
s

ố
khu
ế
ch tán gi
ữ
a l
ỏ
ng A và l
ỏ
ng B
ở
nhi
ệ
t
độ

T
và áp su
ấ
t
P

đượ
c xác
đị
nh theo
công th
ứ
c
6

1 1
2
3 3
10 1 1
.
. . .( )
l
A B
A B
D
M M
A B V V
µ
−
= +
+
, m
2
/s
Trong
đ
ó

M
A
, M
B
: kh
ố
i l

ượ
ng mol c
ủ
a khí A và khí B, g/mol
- 6 -

V
A
, V
B
: th
ể
tích mol c
ủ
a khí A và khí B

µ
:
độ
nh
ớ
t c
ủ
a pha l
ỏ
ng, mPa.s

A, B
: h
ệ

s
ố
ph
ụ
thu
ộ
c theo tính ch
ấ
t c
ủ
a ch
ấ
t tan và dung môi
VD1.3. Tính hệ số khuếch tán của khí A vào khí B ở 20
0
C, áp suất tuyệt đối 2 atm. Biết
khối lượng mol của A và B lần lượt là 16 và 18; thể tích mol của A và B lần lượt là 24,2 và
14,8.
Giải:
Áp d
ụ
ng công th
ứ
c tính h
ệ
s
ố
khu
ế
ch tán gi

ữ
a hai pha khí
3
3
2
1 1
2
3 3
4,3.10 . 1 1
.
.( )
k
A B
A B
T
D
M M
P V V
−
= +
+

Th
ế
s
ố
li
ệ
u ta
đượ

c

3
3
2
1 1
2
3 3
4,3.10 .(20 273) 1 1
.
16 18
2.(24,2 14,8 )
k
D
−
+
= +
+

= 0,693 m
2
/s
VD1.4. Tính hệ số khuếch tán của khí sulfur hidrogen trong nước ở 20
0
C. Cho biết
Với sulfur hidro

Với nước
A = 1
V

A
= 33
B = 4,7
V
B
= 14,8
µ
= 1 mPa.s

Giải:
Khí sulfur hidrogen khu
ế
ch tán trong n
ướ
c là quá trình khu
ế
ch tán pha khí vào pha
l
ỏ
ng nên h
ệ
s
ố
khu
ế
ch tán c
ủ
a quá trình này
đượ
c tính theo công th

ứ
c:
6
1 1
2
3 3
10 1 1
.
. . .( )
l
A B
A B
D
M M
A B V V
µ
−
= +
+

Trong
đ
ó A là khí sulfur hidrogen có
M
A
= 34 và B là n
ướ
c,
M
B

= 18
Th
ế
các giá tr
ị
vào công th
ứ
c ta
đượ
c
6
1 1
2
3 3
10 1 1
.
34 18
1.4,7. 1.(33 14,8 )
l
D
−
= +
+

= 1,93.10
-9
m
2
/s

- 7 -
4.4. Khuếch tán đối lưu ([1] trang 20, [5] trang 39)
Trong dòng chảy rối các dòng xoáy chuyển động sẽ truyền vận vật chất từ vị trí này
đến vị trí khác như trong trường hợp truyền vận moment và nhiệt lượng, phương trình
truyền khối có dạng sau:
.
N
dc
v
dx
ε
= −
Với
ε
là hệ số khuếch tán dòng xoáy
5. Cân bằng vật chất và phương trình truyền khối ([1] trang 23, [5] trang 83)
5.1. Cân bằng vật chất trong thiết bị truyền khối
Xét quá trình truyền khối nghịch dòng như hình 1.2


Hình 1.2. Quá trình truyền khối nghịch chiều
Gọi:
G
1
, G
2
: suất lượng mol tổng cộng của pha khí vào và ra khỏi thiết bị
L
1
, L

2
: suất lượng mol tổng cộng của pha lỏng ra và vào thiết bị
L
tr
, G
tr
: suất lượng mol của cấu tử không khuếch tán (trơ) trong pha lỏng và pha khí
x
1
, x
2
: phần mol của dung chất trong pha lỏng ra và vào thiết bị
y
1
, y
2
: phần mol của dung chất trong pha khí vào và ra khỏi thiết bị
X
1
, X
2
: tỉ số mol của dung chất trong pha lỏng ra và vào thiết bị
Y
1
, Y
2
: tỉ số mol của dung chất trong pha khí vào và ra khỏi thiết bị

L
2

x
2


L
tr
x
2

G
2
G
tr


y
2
y
2

L x

L
tr
x
L
2
x
1

L
tr
x
1

G
1
y
1


G
tr
x
1

G y

G
tr
y
- 8 -
Phương trình cân bằng vật liệu đối với khoảng thể tích thiết bị kể từ một tiết diện bất kì nào
đó với phần trên của thiết bị:
1 1
( ) ( )
tr tr
G Y Y L X X
− = −

Từ đây ta rút ra:
1 1
tr tr
tr tr
L L
Y X Y X
G G
= + −


5.2. Hệ số truyền khối tổng quát: ([1] trang 27, [5] trang 42)
Gọi K
y
và K
x
lần lượt là hệ số truyền khối tổng quát biểu diễn của quá trình truyền khối
giữa hai pha tính theo pha khí và pha lỏng. Ta có
1 1
y y x
m
K k k
= +

Và
1 1 1
'
x y x
K m k k
= +

Ở đây k
y
, k
x
là hệ số truyền khối riêng trong pha khí và pha lỏng
VD1.5. Tính hệ số truyền khối tổng quát và so sánh trở lực pha khi hệ số truyền khối
trong mỗi pha lần lượt là k
y
= 8,7 kmol/m
2
.h (∆
∆∆
∆y = 1) và k
x
= 0,2 kmol/m
2
.h (∆
∆∆
∆x =1). Thành
phần cân bằng của pha lỏng và pha khí tuân theo định luật Henry như sau: p
*
= 1,6.10
4
x
(mmHg). Biết thiết bị truyền khối hoạt động ở áp suất thường. Dựa vào tỉ số trở lực hãy biện
luận xem ta nên chọn thiết bịt ruyền khối loại nào cho hiệu quả.
Giải: Trước tiên ta cần phải đổi phương trình ra dạng y
*
= mx
Do thiết bị làm việc ở áp suất thường và thành phần cân bằng của pha khí và pha lỏng tuân

theo định luật Henry nên ta có

* 4
*
1,6.10
. 21,8
735
p
y x x x
P
= = =
Hệ số truyền khối tổng quát đối với pha khí

1 1 1 21,8
8,7 0,2
y y x
m
K k k
= + = +

Ta tính được: K
y
= 9,2.10
-3
kmol/m
2
.h(∆y = 1)
Đối với pha lỏng

1 1 1 1 1

. 21,8.8,7 0,2
x y x
K m k k
= + = +

- 9 -
Ta tính được: K
x
= 0,2 kmol/m
2
.h(∆x = 1)
Tỉ số trở lực khuếch tán giữa pha khí và pha lỏng tính theo pha khí là
1
0,2
. 21,8.8,7
y
x
y
x
k
k
m
m k
k
= = = 0,001
Ta th
ấ
y tr
ở
l

ự
c trong pha khí r
ấ
t nh
ỏ
so v
ớ
i tr
ở
l
ự
c trong pha l
ỏ
ng nên có th
ể
xem quá trình
khu
ế
ch tán trong pha khí không
ả
nh h
ưở
ng
đế
n quá trình truy
ề
n kh
ố
i. Tr
ở

l
ự
c t
ậ
p trung trong
pha l
ỏ
ng nên thi
ế
t b
ị
truy
ề
n kh
ố
i thích h
ợ
p ta c
ầ
n ch
ọ
n là tháp s
ụ
c khí.
VD1.6. Trong một thiết bị truyền khối, tỉ số trở lực truyền khối giữa pha khí và pha
lỏng tính theo pha lỏng là 2. Hệ số truyền khối tổng quát trong pha lỏng là K
x
= 1,62
kmol/h.m
2

.(
∆
∆∆
∆
y =1). Hãy xác định hệ số truyền khối trong mỗi pha và hệ số truyền khối tổng
quát trong pha khí. Biết phương trình cân bằng khí – lỏng có dạng y
*
= 1,22x
Giải:

T
ỉ
s
ố
tr
ở
l
ự
c c
ủ
a pha khí và pha l
ỏ
ng tính theo pha l
ỏ
ng là 2 nên ta có

1
.
2
1

.
y
x
y
x
m k
k
m k
k
= =
(1)
H
ệ
s
ố
truy
ề
n kh
ố
i t
ổ
ng quát trong pha l
ỏ
ng là

1
1,62
1 1
.
x

y x
K
m k k
= =
+

Suy ra
1 1 1
0,617
. 1,62
y x
m k k
+ = =
(2)
T
ừ
(1) và (2) ta có h
ệ
ph
ươ
ng trình
2
.
1 1
0,617
.
x
y
y x
k

m k
m k k
=
+ =






Gi
ả
i h
ệ
ph
ươ
ng trình trên ta tìm
đượ
c
2,43
. 4,86
x
y
k
m k
=
=

- 10 -
T

ừ
ph
ươ
ng trình cân b
ằ
ng khí – l
ỏ
ng c
ủ
a h
ệ
y
*
= 1,22x, ta suy ra m = 1,22
H
ệ
s
ố
truy
ề
n kh
ố
i trong pha l
ỏ
ng k
x
= 2,43 kmol/m
2
.h
H

ệ
s
ố
truy
ề
n kh
ố
i trong pha khí k
y
=
4,86
1,22
= 3,98 kmol/m
2
.h
H
ệ
s
ố
truy
ề
n kh
ố
i t
ổ
ng quát trong pha khí
1 1
1 1 1,22
3,98 2,43
y

y x
K
m
k k
= =
+ +
= 1,22 kmol/m
2
.h
5.3. Phương trình truyền khối và động lực trung bình:
([1] trang 26)
V
ậ
n t
ố
c c
ủ
a quá trình nào c
ũ
ng t
ỷ
l
ệ
thu
ậ
n v
ớ
i
độ
ng l

ự
c và t
ỉ
l
ệ
ngh
ị
ch v
ớ
i tr
ở
l
ự
c. Ph
ươ
ng
trình truy
ề
n kh
ố
i có th
ể
bi
ể
u di
ễ
n nh
ư
sau:
G = k

y
.
τ
.F.
∆
y
tb
= k
x
.
τ
.F.
∆
x
tb

Trong
đ
ó:
k
y
, k
x
: h
ệ
s
ố
truy
ề
n kh

ố
i tính theo n
ồ
ng
độ
pha Φ
y
và Φ
x

∆
y
tb
,
∆
x
tb
:
độ
ng l
ự
c trung bình c
ủ
a quá trình.
F : di
ệ
n tích b
ề
m
ặ

t ti
ế
p xúc pha.
τ
: th
ờ
i gian truy
ề
n kh
ố
i.

Khi
đườ
ng cân b
ằ
ng là
đườ
ng th
ẳ
ng thì
độ
ng l
ự
c trung bình theo lôgarit theo pha Φ
y
và Φ
x

nh

ư
sau:

2
1
21
ln
y
y
yy
y
tb
∆
∆
∆
−
∆
=∆
2
1
21
ln
x
x
xx
x
tb
∆
∆
∆

−
∆
=∆
∆
y
1
,
∆
y
2
,
∆
x
1
,
∆
x
2
là động lực cuối và đầu theo pha Φ
y
và Φ
x
6. Phương pháp tính thiết bị truyền khối: ([1] trang 33, [5] trang 101)
6.1. Tính đường kính thiết bị
0
785,0
ω
V
D =

Trong đó:
V : lưu lượng pha Φ
y
, m
3
/s
ω
0
: vận tốc pha Φ
y
đi qua toàn bộ tiết diện thiết bị, m/s
6.2. Tính chiều cao thiết bị
- Theo phương trình chuyển khối:
- 11 -
Muốn tính theo phương trình truyền khối trước hết phải xác định hệ số truyền khối k
y
, k
x
và
động lực trung bình sau đó tính bề mặt tiếp xúc pha

tby
yk
G
F
∆
=
Hay
tbx
xk

G
F
∆
=
Từ đó tính chiều cao thiết bị H. Nếu là tháp đệm thì:
F =
σ
V , m
2
Hay là F =
σ
Hf , m
2

Từ đó rút ra:
fyk
G
H
tby

σ
∆
=
, m
fxk
G
H
tbx

σ

∆
= , m
Trong đó: V - thể tích làm việc của thiết bị, m
3


σ
- bề mặt riêng của đệm, m
2
/m
3

f – tiết diện ngang của thiết bị, m
2

- Theo số bậc thay đổi nồng độ:

Hình 1.3. Đồ thị mô tả số bậc thay đổi nồng độ
Trước hết phải xác định được đường cân bằng và đường làm việc. Từ đó chúng ta xác định
số bậc lý thuyết trên đồ thị N
lt
(được biểu diễn trên đồ thị Hình 1.3) sau đó xác định số mâm thực
tế N
tt

lt
tt
N
N
η

=
η
- hệ số hiệu chỉnh (hiệu suất ngăn) lấy từ 0,2 ÷ 0,9
Chiều cao thiết bị được xác định như sau:
- Đối với tháp mâm (đĩa):
( 1)
tt
H h N
= −
,m
h – khoảng cách giữa hai ngăn, m
- Đối với tháp đệm (chêm):
0
tt
H h N
= ,m
h
0
– chiều cao tương đương một bậc thay đổi nồng độ.
- 12 -
VD1.7. Thiết kế tháp mâm chóp để chưng cất với khoảng cách mâm là 300 mm. Lưu lượng
hơi qua tháp là 3200 m
3
/h và khối lượng riêng của pha hơi là 1,25 kg/m
3
(lấy ở điều kiện
chuẩn), khối lượng riêng của pha lỏng là 430 kg/m
3
. Xác định đường kính của tháp nếu
áp suất tuyệt đối trong tháp là 1,2 at, nhiệt độ trung bình 40

0
C.
Giải:
Để xác định được đường kính của thiết bị, trước tiên ta phải xác định vận tốc làm việc cho
phép đi trong thiết bị
Khối lượng riêng của pha hơi ở điều kiện làm việc là
1,25.273.1, 2
. (40 273).1
o o
H
o
T P
T P
ρ
ρ
= =
+

= 1,31 kg/m
3

Vận tốc hơi đi trong thiết bị được tính theo công thức

430
. 0,0315.
1,31
L
H
v C
ρ

ρ
= =
= 0,57 m/s
Ở đây C = 0,0315 được ta từ giản đồ H.2.2 trang 42 tài liệu [2]
Lưu lượng hơi đi qua tháp ở điều kiện làm việc

3200.(40 273).1
3600. 3600.273.1, 2
o o
H
o
Q TP
Q
T P
+
= = = 0,85 m
3
/s
Đường kính thiết bị được tính

0,85
0,785. 0,785.0,57
H
Q
D
v
= = = 1,38 m

Để
d

ễ
dàng trong thi
ế
t k
ế
, ta ch
ọ
n quy chu
ẩ
n
đườ
ng kính là D = 1,4 m
- 13 -
CHƯƠNG 2: HẤP THỤ
MỤC ĐÍCH:
N
ộ
i dung bài gi
ả
ng này giúp sinh viên n
ắ
m
đượ
c các khái ni
ệ
m, ki
ế
n th
ứ
c c

ơ
b
ả
n v
ề
quá
trình h
ấ
p th
ụ
, phân lo
ạ
i và
ứ
ng d
ụ
ng c
ũ
ng nh
ư
xác
đị
nh các thông s
ố
c
ơ
b
ả
n c
ủ

a quá trình và tính
toán thi
ế
t k
ế
thi
ế
t b
ị
h
ấ
p th
ụ
.

SỐ TIẾT: 7
BẢNG PHÂN CHIA THỜI LƯỢNG
STT NỘI DUNG SỐ TIẾT
1
Đị
nh ngh
ĩ
a. 0.25
2 Yêu c
ầ
u l
ự
a ch
ọ
n dung môi. 0.5

3
Độ
hòa tan cân b
ằ
ng c
ủ
a ch
ấ
t khí trong ch
ấ
t l
ỏ
ng. 0.5
4 Cân b
ằ
ng v
ậ
t ch
ấ
t quá trình h
ấ
p th
ụ
. 0.5
5
Ả
nh h
ưở
ng c
ủ

a nhi
ệ
t
độ
và áp su
ấ
t lên quá trình h
ấ
p th
ụ
. 0.5
6 Các y
ế
u t
ố

ả
nh h
ưở
ng
đế
n kích th
ướ
c thi
ế
t b
ị
0.25
7 Thi
ế

t b
ị
h
ấ
p th
ụ
. 0.5
8 Bài t
ậ
p và th
ả
o lu
ậ
n 4
Tổng 7
Bài t
ậ
p và th
ả
o lu
ậ
n s
ẽ

đượ
c phân ph
ố
i vào t
ừ
ng m

ụ
c nh
ỏ
c
ủ
a ch
ươ
ng
TRỌNG TÂM BÀI GIẢNG
-

Nguyên lý c
ủ
a quá trình h
ấ
p th
ụ

-

Quy trình, thi
ế
t b
ị
h
ấ
p th
ụ

NỘI DUNG

1. Định nghĩa:
([1] trang 152, [5] trang 136)
H
ấ
p th
ụ
là quá trình hòa tan ch
ọ
n l
ọ
c m
ộ
t hay nhi
ề
u c
ấ
u t
ử
trong h
ỗ
n h
ợ
p khí vào trong
ch
ấ
t l
ỏ
ng, các c
ấ
u t

ử
khí
đượ
c hòa tan g
ọ
i là ch
ấ
t b
ị
h
ấ
p th
ụ
, ch
ấ
t l
ỏ
ng dùng
để
hòa tan g
ọ
i là dung
môi (hay ch
ấ
t h
ấ
p th
ụ
), khí không b
ị

h
ấ
p th
ụ
g
ọ
i là khí tr
ơ
.
Quá trình h
ấ
p th
ụ

đ
óng m
ộ
t vai trò quan tr
ọ
ng trong s
ả
n xu
ấ
t hóa h
ọ
c, nó
đượ
c
ứ
ng

d
ụ
ng
để
:
-

Thu h
ồ
i các c
ấ
u t
ử
quý
-

Làm s
ạ
ch khí
- 14 -
-

Tách h
ỗ
n h
ợ
p khí thành các c
ấ
u t
ử

riêng bi
ệ
t
-

T
ạ
o thành m
ộ
t dung d
ị
ch s
ả
n ph
ẩ
m mong mu
ố
n.
2. Yêu cầu lựa chọn dung môi:
([5] trang 137)
N
ế
u m
ụ
c
đ
ích c
ủ
a quá trình h
ấ

p th
ụ
là t
ạ
o nên m
ộ
t dung d
ị
ch s
ả
n ph
ẩ
m xác
đị
nh thì
dung môi
đ
ã
đượ
c xác
đị
nh b
ở
i b
ả
n ch
ấ
t c
ủ
a s

ả
n ph
ẩ
m.
N
ế
u m
ụ
c
đ
ích c
ủ
a quá trình h
ấ
p th
ụ
là tách các c
ấ
u t
ử
c
ủ
a h
ỗ
n h
ợ
p khí thì khi l
ự
a chon
dung môi ta chú tr

ọ
ng các tính ch
ấ
t sau:
- Có tính ch
ấ
t hòa tan ch
ọ
n l
ọ
c: ngh
ĩ
a là ch
ỉ
hòa tan t
ố
t c
ấ
u t
ử
c
ầ
n tách ra và không hòa
tan các c
ấ
u t
ử
còn l
ạ
i ho

ặ
c ch
ỉ
hòa tan không
đ
áng k
ể
.
Đ
ây là tính ch
ấ
t ch
ủ
y
ế
u c
ủ
a
dung môi.
-
Độ
bay h
ơ
i t
ươ
ng
đố
i th
ấ
p nh

ằ
m tránh m
ấ
t mát
-

Tính
ă
n mòn c
ủ
a dung môi th
ấ
p
để
d
ễ
dàng trong vi
ệ
c ch
ế
t
ạ
o thi
ế
t b
ị

-

Chi phí th

ấ
p, dung môi d
ễ
tìm, giá thành r
ẻ

-
Độ
nh
ớ
t dung môi bé: giúp t
ă
ng t
ố
c
độ
h
ấ
p th
ụ
, tránh ng
ậ
p l
ụ
t, truy
ề
n nhi
ệ
t t
ố

t
-

Nhi
ệ
t dung riêng bé ít t
ố
n nhi
ệ
t khi hoàn nguyên dung môi
-

Nhi
ệ
t
độ
sôi khác xa v
ớ
i nhi
ệ
t
độ
sôi c
ủ
a ch
ấ
t hòa tan nh
ư
v
ậ

y s
ẽ
d
ễ
tách c
ấ
u t
ử
ra kh
ỏ
i
dung môi.
-

Nhi
ệ
t
độ

đ
óng r
ắ
n th
ấ
p tránh
đượ
c hi
ệ
n t
ượ

ng
đ
óng r
ắ
n làm t
ắ
c thi
ế
t b
ị

-

Không t
ạ
o thành k
ế
t t
ủ
a, khi hòa tan tránh
đượ
c t
ắ
c thi
ế
t b
ị
, và thu h
ồ
i c

ấ
u t
ử

đơ
n gi
ả
n
h
ơ
n
-

Không
độ
c
đố
i v
ớ
i ng
ườ
i và môi tr
ườ
ng
Trong th
ự
c t
ế
, khi ch
ọ

n ta ph
ả
i d
ự
a vào nh
ữ
ng
đ
i
ề
u ki
ệ
n c
ụ
th
ể
c
ủ
a s
ả
n xu
ấ
t. Nh
ư
ng dù sao
đ
i n
ữ
a thì
đ

i
ề
u ki
ệ
n th
ứ
nh
ấ
t c
ũ
ng không th
ể
thi
ế
u
đượ
c trong b
ấ
t c
ứ
tr
ườ
ng h
ợ
p nào.
3. Độ hòa tan cân bằng của chất khí trong chất lỏng
([1] trang 152, [5] trang 138)
S
ự
ph

ụ
thu
ộ
c
đ
ó có th
ể
bi
ể
u th
ị
b
ằ
ng
đị
nh lu
ậ
t Henry - Dalton nh
ư
sau: y
cb
= mx
Khi tính toán h
ấ
p th
ụ
, ng
ườ
i ta th
ườ

ng dùng n
ồ
ng
độ
ph
ầ
n mol t
ươ
ng
đố
i trong tr
ườ
ng h
ợ
p
này ta có :
y =
Y
Y
+
1
và x =
X
X
+
1

Thay giá tr
ị
c

ủ
a y và x vào ph
ươ
ng trình ta có :
Y =
Xm
mX
)1(1 −+

- 15 -
4. Cân bằng vật chất quá trình hấp thụ
([1] trang 154, [5] trang 141)
Khi tính toán h
ấ
p th
ụ
th
ườ
ng ng
ườ
i ta cho bi
ế
t l
ượ
ng h
ỗ
n h
ợ
p khí n
ồ

ng
độ

đầ
u và n
ồ
ng
độ

cu
ố
i c
ủ
a khí b
ị
h
ấ
p th
ụ
trong h
ỗ
n h
ợ
p khí và trong dung môi.
Xét quá trình h
ấ
p th
ụ
ngh
ị

ch dòng nh
ư
hình 2.1
G
ọ
i:
G
1
, G
2
: su
ấ
t l
ượ
ng mol t
ổ
ng c
ộ
ng c
ủ
a pha khí vào và ra kh
ỏ
i thi
ế
t b
ị

L
1
, L

2
: su
ấ
t l
ượ
ng mol t
ổ
ng c
ộ
ng c
ủ
a pha l
ỏ
ng ra và vào thi
ế
t b
ị

L
tr
, G
tr
: su
ấ
t l
ượ
ng mol c
ủ
a c
ấ

u t
ử
không khu
ế
ch tán (tr
ơ
) trong pha l
ỏ
ng và pha khí
x
1
, x
2
: ph
ầ
n mol c
ủ
a dung ch
ấ
t trong pha l
ỏ
ng ra và vào thi
ế
t b
ị

y
1
, y
2

: ph
ầ
n mol c
ủ
a dung ch
ấ
t trong pha khí vào và ra kh
ỏ
i thi
ế
t b
ị

X
1
, X
2
: t
ỉ
s
ố
mol c
ủ
a dung ch
ấ
t trong pha l
ỏ
ng ra và vào thi
ế
t b

ị

Y
1
, Y
2
: t
ỉ
s
ố
mol c
ủ
a dung ch
ấ
t trong pha khí vào và ra kh
ỏ
i thi
ế
t b
ị



Hình 2.1.
Quá trình truy
ề
n kh
ố
i trong thi
ế

t b
ị
h
ấ
p th
ụ

L
ượ
ng khí tr
ơ

đượ
c xác
đị
nh theo công th
ứ
c sau
đ
ây:
1
1
(1 )
1
tr y
G
G G y
Y
= = −
+

Và ph
ươ
ng trình cân b
ằ
ng v
ậ
t li
ệ
u là :

1 2 1 2
( ) ( )
tr tr
G Y Y L X X
− = −
T
ừ

đ
ây ta xác
đị
nh l
ượ
ng dung môi c
ầ
n thi
ế
t
L

2
x
2


L
tr
x
2

G
2
G
tr


y
2
y
2

L x

L
tr
x
L
2
x
1

L
tr
x
1

G
1
y
1


G
tr
x
1

G y

G
tr
y
- 16 -
1 2
1 2
( )
( )
tr
tr

G Y Y
L
X X
−
=
−


L
ượ
ng dung môi t
ố
i thi
ể
u
để
h
ấ
p th
ụ

được xác đị
nh khi n
ồ
ng
độ
cu
ố
i c
ủ

a dung môi
đạ
t
đến
nồng độ cân bằng
, nh
ư
v
ậ
y ta có:
min
max
1 2
1 2
tr tr
Y Y
L G
X X
−
=
−


Trong
đ
ó X
1max
là n
ồ
ng

độ
ra c
ủ
a pha l
ỏ
ng c
ự
c
đạ
i
ứ
ng v
ớ
i l
ượ
ng dung môi t
ố
i thi
ể
u hay
n
ồ
ng
độ
ra c
ủ
a pha l
ỏ
ng cân b
ằ

ng v
ớ
i n
ồ
ng
độ
vào c
ủ
a pha khí
L
ượ
ng dung môi tiêu hao riêng là:

1 2
1 2
tr
tr
L
Y Y
l
G X X
−
= =
−

N
ế
u ta vi
ế
t ph

ươ
ng trình cân b
ằ
ng v
ậ
t li
ệ
u
đố
i v
ớ
i kho
ả
ng th
ể
tích thi
ế
t b
ị
k
ể
t
ừ
m
ộ
t ti
ế
t
di
ệ

n b
ấ
t kì nào
đ
ó v
ớ
i ph
ầ
n trên c
ủ
a thi
ế
t b
ị
. Ta có:
1 1
( ) ( )
tr tr
G Y Y L X X
− = −
VD2.1. Xác định lượng acid sunfuric tiêu hao để làm khô khối không khí có năng suất
500m
3
/h không khí khô ở điều kiện chuẩn. Hàm lượng ẩm ban đầu là 0,016 kg/kg không khí
khô, hàm lượng ẩm cuối là 0,006 kg/kg không khí khô. Hàm lượng nước ban đầu trong acid
là 0,6 kg/kg acid, hàm lượng cuối là 1,4 kg/kg acid, không khí được làm khô ở điều kiện áp
suất khí quyển.
Giải:
Tóm t
ắ

t
đầ
u bài ta có:
Không khí vào tháp v
ớ
i su
ấ
t l
ượ
ng F = 500m
3
/h
N
ồ
ng
độ

ẩ
m (n
ướ
c) trong không khí tr
ướ
c và sau khi ra kh
ỏ
i thi
ế
t b
ị
l
ầ

n l
ượ
t là
0,016
V
Y =
và
0,006
R
Y =

Đố
i v
ớ
i acid sunfuric, n
ồ
ng
độ
n
ướ
c trong acid lúc vào và ra kh
ỏ
i thi
ế
t b
ị
l
ầ
n l
ượ

t là
0,6
V
X =
và
1,4
R
X =

Kh
ố
i l
ượ
ng riêng c
ủ
a không khí
ở

đ
i
ề
u ki
ệ
n chu
ẩ
n là 1,293 kg/m
3
nên su
ấ
t l

ượ
ng c
ủ
a dòng khí là
G = F.
ρ
= 500.1,293 = 646,5 kg/h
Áp d
ụ
ng công th
ứ
c ta tính
đượ
c su
ấ
t l
ượ
ng c
ủ
a dòng acid là:
( )
0,016 0,006
646,5.
1,4 0,6
( )
tr V R
tr
R V
G Y Y
L

X X
−
−
= =
−
−

= 8,08 kg/h
- 17 -
VD2.2. Một tháp dùng để hấp thụ hơi aceton từ không khí bằng dung môi là nước với
suất lượng 3000 kg nước/h. Nồng độ đầu của aceton trong không khí là 0,05 kg/kg không khí
khô, nồng độ cuối mong muốn là 0,005 kg/kg không khí khô. Hãy xác định năng suất thiết bị
tính theo lượng khí chứa aceton ban đầu. Biết nồng độ aceton trong nước lúc trước ra khỏi
thiết bị là 0,03 kg/kg nước.
Giải:
Tóm t
ắ
t
đầ
u bài ta có
L
ượ
ng n
ướ
c vào tháp v
ớ
i su
ấ
t l
ượ

ng L = 500 kg/h
N
ồ
ng
độ
aceton trong n
ướ
c tr
ướ
c và sau khi ra kh
ỏ
i thi
ế
t b
ị
h
ấ
p th
ụ
l
ầ
n l
ượ
t là
0
V
X
=
và
0,03

R
X =

Đố
i v
ớ
i không khí ch
ứ
a aceton, n
ồ
ng
độ
aceton trong không khí lúc vào và ra kh
ỏ
i thi
ế
t b
ị
l
ầ
n l
ượ
t
là
0,05
V
Y =
và
0,005
R

Y =

Cân b
ằ
ng v
ậ
t ch
ấ
t trong thi
ế
t b
ị
h
ấ
p th
ụ
này cho dung ch
ấ
t là aceton ta
đượ
c
( ) ( )
tr R V tr V R
L X X G Y Y
− = −

T
ừ
ph
ươ

ng trình cân b
ằ
ng v
ậ
t ch
ấ
t trên ta có th
ể
tính
đượ
c su
ấ
t l
ượ
ng khí tr
ơ

đ
i vào thi
ế
t b
ị
là

( )
(0,03 0)
3000
(0,05 0,005)
( )
tr R V

tr
V R
L X X
G
Y Y
−
−
= =
−
−

= 2000 kg/h
Su
ấ
t l
ượ
ng pha khí vào thi
ế
t b
ị
s
ẽ
là

(1 )
tr V
G G Y
= +
= 2000.(1 + 0,05) = 2100 kg/h
V

ậ
y n
ă
ng su
ấ
t thi
ế
t b
ị
là 2100 kg không khí/h
VD2.3. Dòng khí thải chứa 0,06 kg NH
3
/ kg không khí khô được cho qua thiết bị hấp thụ
bằng nước để hấp thụ lượng NH
3
. Năng suất nhập liệu của dòng khí 50m
3
/ph ở nhiệt độ
25
0
C, áp suất thường. Lưu lượng nước cho vào thiết bị hấp thụ là 8 m
3
/ph. Nồng độ NH
3

trong nước sau khi ra khỏi thiết bị là 0,015 kg/kg nước. Hãy xác định xem thiết bị có đáp ứng
được yêu cầu xử lý khí thải không nếu nồng độ NH
3
trong dòng khí được phép thải ra môi
trường không được vượt quá 0,03 kg NH

3
/kg không khí khô.
Giải:
Tóm t
ắ
t
đầ
u bài ta có
Đố
i v
ớ
i dung môi là n
ướ
c:
L
ượ
ng n
ướ
c vào tháp v
ớ
i su
ấ
t l
ượ
ng F
1
= 8 m
3
/h
N

ồ
ng
độ
NH
3
trong n
ướ
c tr
ướ
c và sau khi ra kh
ỏ
i thi
ế
t b
ị
h
ấ
p th
ụ
l
ầ
n l
ượ
t là
0
V
X
=
và
0,015

R
X =

- 18 -
Đố
i v
ớ
i khí th
ả
i ch
ứ
a NH
3
: Su
ấ
t l
ượ
ng nh
ậ
p li
ệ
u c
ủ
a dòng khí là F
2
= 50 m
3
/ph
N
ồ

ng
độ
NH
3
trong khí th
ả
i lúc vào và ra kh
ỏ
i thi
ế
t b
ị
l
ầ
n l
ượ
t là
0,06
V
Y =
và
?
R
Y
=

Ở
25
0
C và áp su

ấ
t th
ườ
ng ta có kh
ố
i l
ượ
ng riêng c
ủ
a không khí và n
ướ
c l
ầ
n l
ượ
t là:

ρ
k
= 1,293 kg/m
3
và
ρ
n
= 1000 kg/m
3
.
Su
ấ
t l

ượ
ng c
ủ
a dòng khí G = F
2
.
ρ
k
= 50.1,293 = 64,65 kg/ph = 3879 kg/h
Su
ấ
t l
ượ
ng khí tr
ơ
nh
ậ
p li
ệ
u
3879
1 1 0,06
tr
V
G
G
Y
= = =
+ +
3659,4 kg/h

Su
ấ
t l
ượ
ng c
ủ
a dòng n
ướ
c L = L
tr
= F
1
.
ρ
n
= 8.1000 = 8000 kg/h
Cân b
ằ
ng v
ậ
t ch
ấ
t trong thi
ế
t b
ị
h
ấ
p th
ụ

này cho dung ch
ấ
t là NH
3
ta
đượ
c
( ) ( )
tr R V tr V R
L X X G Y Y
− = −

Suy ra n
ồ
ng
độ
NH
3
trong dòng khí sau khi ra kh
ỏ
i thi
ế
t b
ị
h
ấ
p th
ụ

8000
.( ) 0,06 (0,015 0)
3659,4
tr
R V R V
tr
L
Y Y X X
G
= − − = − −

= 0,027 kg/kg không khí khô
Ta th
ấ
y n
ồ
ng
độ
trên nh
ỏ
h
ơ
n n
ồ
ng
độ
cho phép c
ủ
a NH
3

trong khí th
ả
i nên thi
ế
t b
ị
h
ấ
p th
ụ

này
đ
áp
ứ
ng yêu c
ầ
u.
5. Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất lên quá trình hấp thụ
([1] trang 157, [5] trang 146)
Nhi
ệ
t
độ
và áp su
ấ
t là nh
ữ
ng y
ế

u t
ố
có
ả
nh h
ưở
ng quan tr
ọ
ng lên quá trình h
ấ
p th
ụ
, chúng
ả
nh
h
ưở
ng tr
ự
c ti
ế
p lên tr
ạ
ng thái cân b
ằ
ng và
độ
ng l
ự
c c

ủ
a quá trình.
N
ế
u nhi
ệ
t
độ
t
ă
ng thì
độ
ng l
ự
c truy
ề
n kh
ố
i s
ẽ
gi
ả
m, khi nhi
ệ
t
độ
nhi
ệ
t t
ă

ng
đế
n m
ộ
t
đ
i
ể
m gi
ớ
i
h
ạ
n nào
đ
ó thì quá trình không còn x
ả
y ra
đượ
c n
ữ
a.
Tuy nhiên, nhi
ệ
t
độ
cao c
ũ
ng có
ả

nh h
ưở
ng t
ố
t vì
độ
nh
ớ
t c
ủ
a dung môi gi
ả
m r
ấ
t có l
ợ
i trong
tr
ườ
ng h
ợ
p tr
ở
l
ự
c khu
ế
ch tán n
ằ
m trong pha l

ỏ
ng.
N
ế
u t
ă
ng áp su
ấ
t thì thì
độ
ng l
ự
c quá trình truy
ề
n kh
ố
i s
ẽ
t
ă
ng.
Tuy nhiên khi ta t
ă
ng áp su
ấ
t thì nhi
ệ
t
độ
c

ũ
ng t
ă
ng theo và khi áp su
ấ
t cao s
ẽ
gây khó kh
ă
n khi
ta thi
ế
t k
ế
ch
ế
t
ạ
o thi
ế
t b
ị
h
ấ
p th
ụ
.
6. Các yếu tố ảnh hưởng đến kích thước thiết bị trong quá trình hấp thụ
([1] trang 157,
[5] trang 146)

Khi ch
ọ
n l
ượ
ng dung môi s
ử
d
ụ
ng và các thông s
ố
v
ậ
n hành thi
ế
t b
ị
, ta ph
ả
i ch
ọ
n sao cho thích
h
ợ
p nh
ấ
t theo các ch
ỉ
tiêu k
ỹ
thu

ậ
t c
ũ
ng nh
ư
kinh t
ế
.
- 19 -
7. Thiết bị hấp thụ
([1] trang 160, [5] trang 147)

7.1. Tháp đệm
Ch
ế

độ
làm vi
ệ
c c
ủ
a tháp
đệ
m.
Trong tháp
đệ
m ch
ấ
t l
ỏ

ng ch
ả
y t
ừ
trên xu
ố
ng theo
b
ề
m
ặ
t
đệ
m và khí
đ
i t
ừ
d
ướ
i lên phân tán
đề
u trong ch
ấ
t
l
ỏ
ng .
Tháp
đệ
m có nh

ữ
ng
ư
u
đ
i
ể
m sau:
-

Hi
ệ
u su
ấ
t cao vì b
ề
m
ặ
t ti
ế
p xúc khá l
ớ
n
-

C
ấ
u t
ạ
o

đơ
n gi
ả
n
-

Tr
ợ
l
ự
c trong tháp không l
ớ
n l
ắ
m
-

Gi
ớ
i h
ạ
n làm vi
ệ
c t
ươ
ng
đố
i r
ộ
ng

Nh
ư
ng tháp
đệ
m có nh
ượ
c
đ
i
ể
m quan tr
ọ
ng là khó
làm
ướ
t nhi
ề
u
đệ
m.
N
ế
u tháp cao quá thì phân ph
ố
i ch
ấ
t l
ỏ
ng không
đề

u.
Để
kh
ắ
c ph
ụ
c nh
ượ
c
đ
i
ể
m
đ
ó, n
ế
u tháp cao quá thì
ng
ườ
i ta chia
đệ
m ra nhi
ề
u t
ầ
ng và có
đặ
t thêm b
ộ
ph

ậ
n
phân ph
ố
i ch
ấ
t l
ỏ
ng
đố
i v
ớ
i m
ỗ
i t
ầ
ng
đệ
m.
7.2. Tháp đĩa (tháp mâm)
Tháp
đĩ
a
đượ
c
ứ
ng d
ụ
ng r
ấ

t nhi
ề
u trong k
ỹ
thu
ậ
t hóa
h
ọ
c. Trong tháp
đĩ
a khí h
ơ
i phân tán qua các l
ớ
p ch
ấ
t l
ỏ
ng
chuy
ể
n
độ
ng ch
ậ
m t
ừ
trên xu
ố

ng d
ướ
i, s
ự
ti
ế
p xúc pha riêng
bi
ệ
t trên các
đĩ
a. So v
ớ
i tháp
đệ
m thì tháp
đĩ
a ph
ứ
c t
ạ
p h
ơ
n
do khó làm h
ơ
n và t
ố
n kim l
ọ

ai h
ơ
n.
Chia tháp
đĩ
a (mâm) ra làm hai l
ọ
ai có
ố
ng ch
ả
y
chuy
ề
n, khí và l
ỏ
ng chuy
ể
n
độ
ng riêng bi
ệ
t t
ừ

đĩ
a n
ọ
sang
đĩ

a
kia và không có
ố
ng ch
ả
y chuy
ề
n, khí và l
ỏ
ng chuy
ể
n
độ
ng
t
ừ

đĩ
a n
ọ
sang
đĩ
a kia theo cùng m
ộ
t l
ỗ
hay rãnh. Trong tháp
đĩ
a có th
ể

phân ra nh
ư
sau tháp chóp, tháp
đĩ
a l
ướ
i

Hình 2.3.
C
ấ
u t
ạ
o tháp
đĩ
a

Hình 2.2.
C
ấ
u t
ạ
o tháp
đệ
m
- 20 -
CHƯƠNG 3: CHƯNG CẤT

MỤC ĐÍCH:
N

ộ
i dung bài gi
ả
ng này giúp sinh viên n
ắ
m
đượ
c các khái ni
ệ
m, ki
ế
n th
ứ
c c
ơ
b
ả
n v
ề
quá
trình ch
ư
ng c
ấ
t, phân lo
ạ
i và
ứ
ng d
ụ

ng c
ũ
ng nh
ư
xác
đị
nh các thông s
ố
c
ơ
b
ả
n c
ủ
a quá trình và
tính toán thi
ế
t k
ế
thi
ế
t b
ị
ch
ư
ng c
ấ
t.

SỐ TIẾT: 8

BẢNG PHÂN CHIA THỜI LƯỢNG
STT NỘI DUNG SỐ TIẾT
1
Đị
nh ngh
ĩ
a và phân lo
ạ
i.
0.5
2 Cân b
ằ
ng pha quá trình ch
ư
ng c
ấ
t. 1
3 Ch
ư
ng
đơ
n gi
ả
n. 0.75
4 Ch
ư
ng c
ấ
t liên t
ụ

c. 0.5
5 Thi
ế
t b
ị
ch
ư
ng c
ấ
t. 0.25
6 Bài t
ậ
p và th
ả
o lu
ậ
n 5
Tổng 8
Bài t
ậ
p và th
ả
o lu
ậ
n s
ẽ

đượ
c phân ph
ố

i vào t
ừ
ng m
ụ
c nh
ỏ
c
ủ
a ch
ươ
ng
TRỌNG TÂM BÀI GIẢNG
-

Nguyên lý c
ủ
a quá trình ch
ư
ng c
ấ
t
-
Đề
xu
ấ
t quy trình, tính toán thi
ế
t k
ế
h

ệ
th
ố
ng thi
ế
t b
ị
ch
ư
ng c
ấ
t.
NỘI DUNG
1. Định nghĩa và phân loại
([1] trang 49, [5] trang 167)
Ch
ư
ng là ph
ươ
ng pháp dùng
để
tách các h
ỗ
n h
ợ
p ch
ấ
t l
ỏ
ng c

ũ
ng nh
ư
các h
ỗ
n h
ợ
p khí l
ỏ
ng
thành các c
ấ
u t
ử
riêng bi
ệ
t d
ự
a vào
độ
bay h
ơ
i khác nhau c
ủ
a các c
ấ
u t
ử
trong h
ỗ

n h
ợ
p (ngh
ĩ
a là
khi
ở
cùng m
ộ
t nhi
ệ
t
độ
, áp su
ấ
t h
ơ
i c
ủ
a các c
ấ
u t
ử
khác nhau).
Trong s
ả
n xu
ấ
t ta th
ườ

ng g
ặ
p các ph
ươ
ng pháp ch
ư
ng sau
đ
ây:
-

Ch
ư
ng
đơ
n gi
ả
n: Dùng
để
tách các h
ỗ
n h
ợ
p g
ồ
m có các c
ấ
u t
ử
có

độ
bay h
ơ
i r
ấ
t khác
nhau. Ph
ươ
ng pháp này th
ườ
ng dùng
để
tách s
ơ
b
ộ
và làm s
ạ
ch các c
ấ
u t
ử
kh
ỏ
i t
ạ
p ch
ấ
t.
- 21 -

-

Ch
ư
ng b
ằ
ng h
ơ
i n
ướ
c tr
ự
c ti
ế
p: Dùng
để
tách các h
ỗ
n h
ợ
p g
ồ
m các ch
ấ
t khó bay h
ơ
i
và t
ạ
p ch

ấ
t không bay h
ơ
i, th
ườ
ng
đượ
c
ứ
ng d
ụ
ng trong tr
ườ
ng h
ợ
p ch
ấ
t
đượ
c tách không tan vào
n
ướ
c.
-

Ch
ư
ng chân không: Dùng trong tr
ườ
ng h

ợ
p c
ầ
n h
ạ
th
ấ
p nhi
ệ
t
độ
sôi c
ủ
a c
ấ
u t
ử
, nh
ư

tr
ườ
ng h
ợ
p các c
ấ
u t
ử
trong h
ỗ

n h
ợ
p d
ễ
b
ị
phân h
ủ
y
ở
nhi
ệ
t
độ
cao hay tr
ườ
ng h
ợ
p các c
ấ
u t
ử
có
nhi
ệ
t
độ
sôi quá cao.
-

Ch
ư
ng c
ấ
t: Ch
ư
ng c
ấ
t là ph
ươ
ng pháp ph
ổ
bi
ế
n nh
ấ
t dùng
để
tách hoàn toàn h
ỗ
n h
ợ
p
các c
ấ
u t
ử
d
ễ
bay h

ơ
i có tính ch
ấ
t hòa tan m
ộ
t ph
ầ
n ho
ặ
c hòa tan hoàn toàn vào nhau.
2. Cân bằng pha quá trình chưng cất:
([1] trang 52, [5] trang 168)

Tr
ườ
ng h
ợ
p ch
ấ
t l
ỏ
ng hòa tan vào nhau theo b
ấ
t c
ứ
t
ỉ
l
ệ
nào thì áp su

ấ
t h
ơ
i c
ủ
a m
ỗ
i c
ấ
u t
ử

s
ẽ
gi
ả
m
đ
i và áp su
ấ
t chung c
ủ
a h
ỗ
n h
ợ
p, nhi
ệ
t
độ

sôi c
ủ
a h
ỗ
n h
ợ
p c
ũ
ng nh
ư
thành ph
ầ
n c
ủ
a c
ấ
u t
ử

trong h
ơ
i không ph
ả
i là m
ộ
t h
ằ
ng s
ố
mà thay

đổ
i theo thành ph
ầ
n c
ủ
a c
ấ
u t
ử
trong dung d
ị
ch.

Hình 3.1.

Đồ
th
ị
nhi
ệ
t
độ
- thành ph
ầ
n
Đườ
ng cong OMD là
đườ
ng n
ố

i li
ề
n các
đ
i
ể
m bi
ể
u di
ễ
n cho thành ph
ầ
n h
ơ
i cân b
ằ
ng v
ớ
i x.
Đườ
ng này g
ọ
i là
đườ
ng ng
ư
ng t
ụ
hay
đườ

ng h
ơ
i b
ả
o hòa.
Đườ
ng cong OND là
đườ
ng n
ố
i li
ề
n các
đ
i
ể
m
ứ
ng v
ớ
i thành ph
ầ
n x,
đườ
ng này g
ọ
i là
đườ
ng cong sôi hay
đườ

ng l
ỏ
ng b
ả
o hòa.
Khu v
ự
c phía trên
đườ
ng OMD là khu v
ự
c h
ơ
i, khu v
ự
c d
ướ
i
đườ
ng cong OND là khu v
ự
c
l
ỏ
ng, khu v
ự
c
ở
gi
ữ

a hai
đườ
ng cong là khu v
ự
c h
ỗ
n h
ợ
p h
ơ
i l
ỏ
ng.
3. Chưng đơn giản
([1] trang 69, [5] trang 210)

3.1. Nguyên tắc
Ch
ư
ng c
ấ
t
đơ
n gi
ả
n là quá trình có 1 giai
đ
o
ạ
n trong

đ
ó pha l
ỏ
ng
đượ
c cho b
ố
c h
ơ
i , pha h
ơ
i
t
ạ
o nên luôn luôn
ở
tr
ạ
ng thái cân b
ằ
ng v
ớ
i pha l
ỏ
ng còn l
ạ
i trong thi
ế
t b
ị

.
- 22 -
Dung d
ị
ch
đượ
c cho vào n
ồ
i ch
ư
ng. H
ơ
i t
ạ
o thành vào thi
ế
t b
ị
ng
ư
ng t
ụ
. Sau khi ng
ư
ng t
ụ
và
làm l
ạ
nh

đế
n nhi
ệ
t
độ
c
ầ
n thi
ế
t ch
ấ
t l
ỏ
ng
đ
i vào các thùng ch
ứ
a. Thành ph
ầ
n ch
ấ
t l
ỏ
ng ng
ư
ng luôn
luôn thay
đổ
i. Sau khi
đ

ã
đạ
t
đượ
c yêu c
ầ
u ch
ư
ng, ch
ấ
t l
ỏ
ng còn l
ạ
i trong n
ồ
i
đượ
c tháo ra. Ch
ư
ng
đơ
n gi
ả
n
đượ
c
ứ
ng d
ụ

ng cho nh
ữ
ng tr
ườ
ng h
ợ
p sau:
-

Khi nhi
ệ
t
độ
sôi c
ủ
a hai c
ấ
u t
ử
khác nhau xa
-

Khi không
đ
òi h
ỏ
i s
ả
n ph
ẩ

m có
độ
tinh khi
ế
t cao
-

Tách h
ỗ
n h
ợ
p l
ỏ
ng ra kh
ỏ
i t
ạ
p ch
ấ
t không bay h
ơ
i
-

Tách s
ơ
b
ộ
h
ỗ

n h
ợ
p nhi
ề
u c
ấ
u t
ử

3.2. Sơ đồ

Hình 3.2.
S
ơ

đồ
quá trình ch
ư
ng
đơ
n gi
ả
n
4. Chưng cất liên tục
([1] trang 71, [5] trang 182)

4.1. Sơ đồ hệ thống và nguyên tắc quá trình chưng luyện:
H
ơ
i

đ
i d
ướ
i lên qua các l
ỗ
c
ủ
a
đĩ
a, ch
ấ
t l
ỏ
ng ch
ả
y t
ừ
trên xu
ố
ng d
ướ
i theo các
ố
ng ch
ả
y
chuy
ề
n. N
ồ

ng
độ
các c
ấ
u t
ử
thay
đổ
i theo chi
ề
u cao c
ủ
a tháp, nhi
ệ
t
độ
sôi c
ũ
ng thay
đổ
i t
ươ
ng
ứ
ng
v
ớ
i s
ự
thay

đổ
i n
ồ
ng
độ
.
Trên m
ỗ
i
đĩ
a x
ả
y ra quá trình chuy
ể
n kh
ố
i gi
ữ
a pha l
ỏ
ng và pha h
ơ
i. Cu
ố
i cùng
ở
trên
đỉ
nh
tháp ta thu

đượ
c h
ỗ
n h
ợ
p ch
ứ
a nhi
ề
u c
ấ
u t
ử
d
ễ
bay h
ơ
i và
ở

đ
áy tháp ta thu
đượ
c h
ỗ
n h
ợ
p ch
ứ
a

nhi
ề
u c
ấ
u t
ử
khó bay h
ơ
i.
M
ỗ
i
đĩ
a c
ủ
a tháp
đượ
c xem là m
ộ
t b
ậ
c thay
đổ
i n
ồ
ng
độ
hay b
ậ
c lý thuy

ế
t
4.2. Cân bằng vật chất
([1] trang 71, [5] trang 182)


Ph
ươ
ng trình cân b
ằ
ng cho toàn tháp.
F = W + D
Fx
F
= Wx
W
+ Dx
D

F
W
P
- 23 -
Trong
đ
ó:
F, W, D - su
ấ
t l
ượ

ng nh
ậ
p li
ệ
u, s
ả
n ph
ẩ
m
đ
áy và
đỉ
nh, kmol/h
x
F
, x
W
, x
D
- ph
ầ
n mol c
ủ
a c
ấ
u t
ử
d
ễ
bay h

ơ
i trong nh
ậ
p li
ệ
u, s
ả
n ph
ẩ
m
đ
áy và
đỉ
nh.
- Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn cất
.

1
1
+
+
+
=
R
x
x
R
R
y
D

V
ớ
i
o
L
R
D
= - là ch
ỉ
s
ố
h
ồ
i l
ư
u c
ủ
a tháp
L
o
- l
ượ
ng l
ỏ
ng
đượ
c h
ồ
i l

ư
u, kmol/h
- Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng.
1
1 1
W
R f f
y x x
R R
+ −
= −
+ +

F
f
D
=
- l
ượ
ng h
ỗ
n h
ợ
p nh
ậ
p li
ệ
u so v
ớ
i s

ả
n ph
ẩ
m
đỉ
nh
4.3. Xác định chỉ số hồi lưu và số đĩa lý thuyết
- Chỉ số hồi lưu tối thiểu
T
ỉ
s
ố
h
ồ
i l
ư
u t
ố
i thi
ể
u v
ớ
i s
ố
mâm là vô c
ự
c cho m
ộ
t quá trình ch
ư

ng c
ấ
t xác
đị
nh tr
ướ
c
và t
ươ
ng
ứ
ng là nhi
ệ
t t
ả
i c
ủ
a thi
ế
t b
ị
ng
ư
ng t
ụ
và n
ồ
i
đ
un là t

ố
i thi
ể
u.

Hình 3.3.

Đồ
th
ị
xác
đị
nh R
min

T
ỉ
s
ố
h
ồ
i l
ư
u t
ố
i thi
ể
u
đượ
c tính d

ự
a theo
đồ
th
ị
xy:
* *
min
min
1
D F D F
D F D F
R y y x y
A tg
R x x x x
φ
− −
= = = =
+ − −

- 24 -
Suy ra
*
min
*
D F
F F
x y
R
y x

−
=
−

- Chỉ số hồi lưu làm việc
V
ấ
n
đề
là chúng ta xác
đị
nh l
ượ
ng R sao cho thích h
ợ
p v
ớ
i
đ
i
ề
u ki
ệ
n kinh t
ế
và k
ỹ
thu
ậ
t,

n
ế
u l
ượ
ng R quá bé thì tháp vô cùng cao,
đ
i
ề
u này khó th
ự
c hi
ệ
n, n
ế
u l
ượ
ng h
ồ
i l
ư
u l
ớ
n thì thi
ế
t b
ị

có th
ấ
p

đ
i nh
ư
ng
đườ
ng kính l
ạ
i to và s
ả
n ph
ẩ
m
đỉ
nh thu ch
ẳ
ng bao nhiêu.
N
ế
u g
ọ
i R
x
là ch
ỉ
s
ố
h
ồ
i l
ư

u làm vi
ệ
c, ta có : R
x
=
ϕ.
R
min

V
ớ
i
ϕ
là h
ệ
s
ố
h
ồ
i l
ư
u d
ư
.
Trong th
ự
c t
ế
, t
ỉ

s
ố
h
ồ
i l
ư
u làm vi
ệ
c có th
ể
tính
đơ
n gi
ả
n nh
ư
sau:
R
x
= 1,3.R
min
+ 0,3
- Số đĩa lý thuyết
- Xác
đị
nh ch
ỉ
s
ố
h

ồ
i l
ư
u thích h
ợ
p
- V
ẽ

đườ
ng cân b
ằ
ng và các
đườ
ng làm vi
ệ
c.
- Xác
đị
nh s
ố
mâm lý thuy
ế
t
VD3.1. Xác định số mâm thực của tháp chưng cất dùng để phân tách hỗn hợp rượu
metylic và nước ở áp suất thường. Nhập liệu vào tháp chứa 31,5% mol rượu. Thành phần
của sản phẩm đỉnh chứa 97,5% mol rượu, sản phẩm đáy chứa 1,1% mol rượu. Hệ số hoàn
lưu dư
ϕ
ϕϕ

ϕ



= 1,77. Số mâm tương đương với bậc thay đổi nồng độ là 1,7. Tháp được gia nhiệt
gián đoạn bằng hơi nước. Cho bảng cân bằng lỏng hơi của hỗn hợp methanol – nước ở 1 atm
như bảng bên dưới
x 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
y 0 26,8 41,8 57,9 66,5

72,9 77,9 82,5 87 91,5 95,8

100
Gi
ả
i:
T
ừ
s
ố
li
ệ
u trong b
ả
ng cân b
ằ
ng l
ỏ
ng h
ơ

i c
ủ
a h
ỗ
n h
ợ
p methanol – n
ướ
c
ở
1 atm
đề
bài, ta xây
d
ự
ng
đườ
ng cân b
ằ
ng x – y c
ủ
a h
ệ
nh
ư
hình 3.4
Theo
đầ
u bài ta có x
F

= 0,315, t
ừ

đồ
th
ị
cân b
ằ
ng pha bên trên ta xác
đị
nh
đượ
c
*
0,675
F
y =
Áp d
ụ
ng công th
ứ
c ta xác
đị
nh
đượ
c t
ỉ
s
ố
hoàn l

ư
u t
ố
i thi
ể
u R
min
nh
ư
sau:

*
min
*
D F
F F
x y
R
y x
−
=
−

V
ớ
i: x
D
= 0,975 và x
W
= 0,011

Ta tính
đượ
c

min
0,975 0,675
0,675 0,315
R
−
= =
−
0,833
- 25 -


Hình 3.4.

Đồ
th
ị
x – y c
ủ
a h
ệ
methanol – n
ướ
c

T
ỉ

s
ố
hoàn l
ư
u làm vi
ệ
c là

min
1,77.0,833
R R
ϕ
= = = 1,475
Ph
ươ
ng trình làm vi
ệ
c cho ph
ầ
n c
ấ
t c
ủ
a tháp là:

1,475 0,975
1 1 1, 475 1 1, 475 1
D
xR
y x x

R R
= + = +
+ + + +

Hay y = 0,596x + 0,394
T
ừ
ph
ươ
ng trình trên ta xây d
ự
ng
đườ
ng làm vi
ệ
c ph
ầ
n c
ấ
t trên
đồ
th
ị
. Chú ý r
ằ
ng
đườ
ng làm
vi
ệ

c ph
ầ
n c
ấ
t luôn
đ
i qua
đ
i
ể
m có to
ạ
n
độ
(x
D
, y
D
),
đườ
ng làm vi
ệ
c ph
ầ
n ch
ư
ng luôn
đ
i qua
đ

i
ể
m
(x
W
, y
W
).

Để
xây d
ự
ng
đườ
ng làm vi
ệ
c ph
ầ
n c
ấ
t lên
độ
th
ị
thì ta ph
ả
i xác
đị
nh ít nh
ấ

t 2
đ
i
ể
m, nh
ư

đố
i
v
ớ
i bài toán này, ta d
ễ
dàng nh
ậ
n th
ấ
y nó s
ẽ

đ
i qua 2
đ
i
ể
m (0; 0,349) và (0,975; 0,975)

Để
xây d
ự

ng
đườ
ng làm vi
ệ
c ph
ầ
n ch
ư
ng, ta ph
ả
i xác
đị
nh thêm 1
đ
i
ể
m n
ữ
a ngoài
đ
i
ể
m
(0,011; 0,011)
để
có th
ể
n
ố
i thành

đườ
ng th
ẳ
ng. Chú ý r
ằ
ng
đườ
ng làm vi
ệ
c ph
ầ
n c
ấ
t,
đườ
ng làm