ĐỀ CƯƠNG cơ sở NGÀNH MÔI TRƯỜNG

ĐỀ CƯƠNG CƠ SỞ NGÀNH
Câu 1: Định nghĩa quá trình chuyển khối ?
Quá trình chuyển khối là quá trình di chuyển vật chất từ pha này sang
pha khác khi hai pha tiếp xúc trực tiếp vơi nhau.
Định nghĩa về cân bằng pha ?
Một hệ đạt trạng thái cân bằng pha thì thỏa mãn những nguyên tắc sau:
Tại mỗi điều kiện nhiệt độ và áp xuất xác định, tồn tại một mối quan
hệ cân bằng giữa nồng độ của dung chất trong hai pha và được biểu diễn
bằng đường cân bằng.
Khi hẹ đạt đạt trạng thái cân bằng thì không có khuếch tán tổng cộng
giữa hai pha.
Khi hệ chưa đạt cân bằng, quá trình khuếch tán của dung chất giữa hai
pha sẻ diễn ra như thế nào để đưa hệ đến điều kiện cân bằng.
Định nghĩa về quá trình khuếch tán ?
Khi hai pha chuyển động tiếp xúc với nhau do sự cản trở của pha này
đối với pha kia, nghĩa là trên bề mặt phân chia pha tạo thành hai lớp
màng. Trong màng là chuyển động dòng vì thế gọi là khuếch tán phân tử
còn nhân chuyển động xoáy gọi là khuếch tán đối lưu. Khuếch tán trong
màng rất chậm so với trong nhân nên nó quyết định đến quá trình
khuếch tán.
Định luật về cân bằng pha ?
a. Định luật Henry:
Đối với dung dịch lý tưởng áp xuất riêng phần p của khí trên chất lỏng
tỷ lệ thuận với phân mol x của nó trong dung dich
p
i
= H.x
i

Suy ra: H.x
i

= y
i
*
.P hay y
i
*
=
P
.x
i
= mx
i

H
Với P - áp suất tổng cộng, P
=
∑ p
i
m - hệ số phân phối hay hằng
số cân bằng
H - hằng số Henry
b. Định luật raoult:
Áp suất riêng phần của một cấu tử trên dung dịch bằng áp suất hơi
bão hòa của cấu tử đó (ở cùng nhiệt độ) nhân với nồng độ phần
mol của cấu tử đó trong dung dịch
Trong
đó:
p
i
= P

i
o
.x
i

p
i
:
áp suất hơi riêng phần của cấu tử i
trong hỗn hợp hơi.
Pio :
áp suất hơi bão hòa của cấu tử i ở
cùng nhiệt độ.
x
i
:
phần mol x của cấu tử i trong dung
dịch
Câu 2: Hấp thụ :
a. Định nghĩa:
Hấp thụ là quá trình hòa tan chọn lọc một hay nhiều cấu tử trong
hỗn hợp khí vào trong chất lỏng, các cấu tử khí được hòa tan gọi là
chất bị hấp thụ, chất lỏng dùng để hòa tan gọi là dung môi (hay
chất hấp thụ), khí không bị hấp thụ gọi là khí trơ.
b. Ứng dụng :
Quá trình hấp thụ đóng một vai trò quan trọng trong sản xuất hóa học,
nó được ứng
dụng để:
- Thu hồi các cấu tử quý
- Làm sạch khí

- Tách hỗn hợp khí thành các cấu tử riêng biệt
- Tạo thành một dung dịch sản phẩm mong muốn.
c. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình:
Nhiệt độ và áp suất
Nhiệt độ và áp suất là những yếu tố có ảnh hưởng quan trọng lên quá
trình hấp thụ, chúng ảnh hưởng trực tiếp lên trạng thái cân bằng và động
lực của quá trình.
Nếu nhiệt độ tăng thì động lực truyền khối sẽ giảm, khi nhiệt độ nhiệt
tăng đến một điểm giới hạn nào đó thì quá trình không còn xảy ra được
nữa.
Tuy nhiên, nhiệt độ cao cũng có ảnh hưởng tốt vì độ nhớt của dung
môi giảm rất có lợi trong trường hợp trở lực khuếch tán nằm trong pha
lỏng.
Nếu tăng áp suất thì thì động lực quá trình truyền khối sẽ tăng.
Tuy nhiên khi ta tăng áp suất thì nhiệt độ cũng tăng theo và khi áp
suất cao sẽ gây khó khăn khi ta thiết kế chế tạo thiết bị hấp thụ.
Ngoài ra : còn một số yếu tố ảnh hưởng đến kích thước thiết bị
trong quá trình hấp thụ.
d. Yêu cầu lựa chọn dung môi:
Nếu mục đích của quá trình hấp thụ là tạo nên một dung dịch sản
phẩm xác định thì
dung môi đã được xác định bởi bản chất của sản phẩm.
Nếu mục đích của quá trình hấp thụ là tách các cấu tử của hỗn hợp khí
thì khi lựa chon
dung môi ta chú trọng các tính chất sau:
- Có tính chất hòa tan chọn lọc:
- Độ bay hơi tương đối thấp nhằm tránh mất mát
- Tính ăn mòn của dung môi thấp để dễ dàng trong việc chế tạo thiết bị
- Chi phí thấp, dung môi dễ tìm, giá thành rẻ
- Độ nhớt dung môi bé: giúp tăng tốc độ hấp thụ, tránh ngập lụt, truyền

nhiệt tốt
- Nhiệt dung riêng bé ít tốn nhiệt khi hoàn nguyên dung môi
- Nhiệt độ sôi khác xa với nhiệt độ sôi của chất hòa tan như vậy sẽ dễ
tách cấu tử ra khỏi dung môi.
- Nhiệt độ đóng rắn thấp tránh được hiện tượng đóng rắn làm tắc thiết bị
- Không tạo thành kết tủa, khi hòa tan tránh được tắc thiết bị, và thu hồi
cấu tử đơn giản hơn
- Không độc đối với người và môi trường
Trong thực tế, khi chọn ta phải dựa vào những điều kiện cụ thể
của sản xuất. Nhưng dù sao đi nữa thì điều kiện thứ nhất cũng
không thể thiếu được trong bất cứ trường hợp nào
e. Sơ đồ hoạt động:


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
f. Cân bằng vật chất quá trình hấp thụ:
Khi tính toán hấp thụ thường người ta cho biết lượng hỗn hợp
khí nồng độ đầu và nồng độ cuối của khí bị hấp thụ trong hỗn
hợp khí và trong dung môi. Xét quá trình hấp thụ nghịch dòng
như hình 2.1 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
Ltr, :suất lượng mol của cấu tử không khuếch tán (trơ)
Gtr 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
Lượng khí trơ được xác định theo công thức sau đây:

G
G
tr
= =G
y
(1− y
1
)
1 +Y
1
Và phương trình cân bằng vật liệu là :
G
tr
(Y
1
−Y
2
) = L
tr
(X
1
− X
2
)
Từ đây ta xác định lượng dung môi cần thiết
L tr = Gtr (Y1 − Y2 )
(X
1
− X
2

)
Lượng dung môi tối thiểu để hấp thụ được xác định khi nồng độ
cuối của dung môi đạt đến nồng độ cân bằng, như vậy ta có:
Y1 − Y2
Ltr min = G tr

X1max − X 2
Trong đó X
1max
là nồng độ ra của pha lỏng cực đại ứng với lượng
dung môi tối thiểu hay nồng độ ra của pha lỏng cân bằng với nồng độ
vào của pha khí Lượng dung môi tiêu hao riêng là:
l = Ltr = Y1 −Y2
Gtr X1 − X 2
Nếu ta viết 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. Ta có:
G
tr
(Y
1
−Y) = L
tr
(X
1
− X)
g. Thiết bị hấp thụ:
a. Tháp đệm
Chế độ làm việc của tháp đệm.
Trong tháp đệm chất lỏng chảy từ trên xuống theo bề mặt đệm và
khí đi từ dưới lên phân tán đều trong chất lỏng .

Tháp đệm có những ưu điểm sau:
- Hiệu suất cao vì bề mặt tiếp xúc khá lớn
- Cấu tạo đơn giản
- Trợ lực trong tháp không lớn lắm
- Giới hạn làm việc tương đối rộng
Nhưng tháp đệm có nhược điểm quan
trọng là khó làm ướt nhiều đệm.
Nếu tháp cao quá thì phân phối chất
lỏng không đều. Để khắc phục nhược
điểm đó, nếu tháp cao quá thì người ta
chia đệm ra nhiều tầng và có đặt thêm bộ
phận phân phối chất lỏng đối với mỗi tầng
đệm.
b. Tháp đĩa (tháp mâm)
Tháp đĩa được ứng dụng rất nhiều trong kỹ
thuật hóa học. Trong tháp đĩa khí hơi phân
tán qua các lớp chất lỏng chuyển động chậm
từ trên xuống dưới, sự tiếp xúc pha riêng biệt
trên các đĩa. So với tháp đệm thì tháp đĩa
ph ức tạp hơn do khó làm hơn và tốn kim lọai
hơ n.
Chia tháp đĩa (mâm) ra làm hai lọai có ống
ch ảy chuyền, khí và lỏng chuyển động riêng
bi ệt từ đĩa nọ sang đĩa kia và không có ống
ch ảy chuyền, khí và lỏng chuyển động từ đĩa nọ
sang đĩa kia theo cùng một lỗ hay rãnh. Trong tháp đĩa có thể phân ra
như sau tháp chóp, tháp đĩa lưới
Câu 3: Chưng
a. Định nghĩa và phân loại
Chưng là phương pháp dùng để tách các hỗn hợp chất lỏng cũng

như các hỗn hợp khí lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi
khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp (nghĩa là khi ở cùng một nhiệt
độ, áp suất hơi của các cấu tử khác nhau).
Trong sản xuất ta thường gặp các phương pháp chưng sau đây:
- Chưng đơn giản: Dùng để tách các hỗn hợp gồm có các cấu tử có độ bay
hơi rất khác
nhau. Phương pháp này thường dùng để tách sơ bộ và làm sạch các cấu
tử khỏi tạp chất.
- Chưng bằng hơi nước trực tiếp: Dùng để tách các hỗn hợp gồm các chất
khó bay hơi
và tạp chất không bay hơi, thường được ứng dụng trong trường hợp chất
được tách không tan vào nước.
F = W + P
Fx
F
= Wx
W
+ Px
p

Trong đó:
F, W, P - suất lượng nhập liệu, sản phẩm đáy và đỉnh,
kmol/h
x
F
, x
W
, x
p
- phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong nhập liệu, sản

phẩm đáy và đỉnh.
vậy có 6 đại lượng ta ta cần biết 4, 2 đại lượng còn lại tìm theo pt sau đó
ta sẻ viết được pt của đoạn chưng và đoạn luyện.
câu 4 : Hấp phụ
a. Khái niệm hấp phụ
Hấp phụ là quá trình hút lựa chọn các cấu tử trong pha khí hay pha lỏng
lên bề mặt chất rắn. Cấu tử pha khí hay pha lỏng bị hút được gọi là chất
bị hấp phụ hay dung chất, chất rắn dùng để hút dung chất gọi là chất hấp
phụ và những cấu tử không bị hấp phụ gọi là chất trơ.
b. Phân loại
Tùy theo đặc trưng của quá trình mà chúng ta phân biệt các loại hấp
phụ sau đây:
Hấp phụ vật lý: hay hấp phụ Van der Walls là hiện tượng hấp phụ
thuận nghịch, hiện tượng này kèm theo phản ứng tỏa nhiệt, lượng nhiệt
tỏa ra luôn lớn hơi ẩn nhiệt hóa hơi và gần bằng nhiệt thăng hoa của chất
khí.
Hấp phụ hóa học: là hấp phụ có kèm theo phản ứng hoá học giữa
chất hấp phụ và chất bị hấp phụ. Trong phạm vi giáo trình này chúng ta
không xét đến hấp phụ hoá học.
Chú ý rằng trong thực tế tất cả các loại hấp phụ trên đều có thể xảy
ra đồng thời, nhưng tùy điều kiện thực tế mà loại này hay loại khác
chiếm ưu thế hơn.
c. ứng dụng
Làm sạch và sấy khí
Tách những hỗn hợp khí bay hơi thành những cấu tử
Tiến hành quá trình xúc tác không thể trên bề mặt phân chia pha
d. tính chất cơ bản của chất hấp phụ