Môn học kỹ thuật thực phẩm 3 các quá trình truyền khối

MÔN HỌC
KỸ THUẬT THỰC PHẨM 3
CÁC QUÁ TRÌNH
TRUYỀN KHỐI




I. Định nghĩa và Phân loại
I. Định nghĩa và Phân loại
1.1. Định nghĩa
1.1. Định nghĩa
1.2. Phân loại
1.2. Phân loại
II. Cách biểu diễn thành phần pha
II. Cách biểu diễn thành phần pha
2.1. Phần khối lượng
2.1. Phần khối lượng
2.2. Phần trăm khối lượng
2.2. Phần trăm khối lượng
2.3. Phần mol
2.3. Phần mol
2.4. Tỷ số mol
2.4. Tỷ số mol
2.5. Phần thể tích
2.5. Phần thể tích
Chương I. Những Kiến Thức Cơ Bản Của Quá
Chương I. Những Kiến Thức Cơ Bản Của Quá
Trình Truyền Khối
Trình Truyền Khối

A. Khái niệm cơ bản
A. Khái niệm cơ bản




Chương I. Những kiến thức cơ bản của quá
Chương I. Những kiến thức cơ bản của quá
trình truyền khối
trình truyền khối


III. Cân bằng pha
III. Cân bằng pha
3.1. Khái niệm về cân bằng pha
3.1. Khái niệm về cân bằng pha
3.2. Quy tắc pha
3.2. Quy tắc pha
3.3. Các định luật cân bằng pha
3.3. Các định luật cân bằng pha
3.3.1. Định luật Hăngri
3.3.1. Định luật Hăngri
3.3.2. Định luật Raun
3.3.2. Định luật Raun
A. Khái niệm cơ bản
A. Khái niệm cơ bản

Chương I. Những kiến thức cơ bản của quá
Chương I. Những kiến thức cơ bản của quá
trình truyền khối
trình truyền khối


B. Các định luật khuếch tán
B. Các định luật khuếch tán


I. Khuếch tán phân tử
I. Khuếch tán phân tử
1.1. Vận tốc khuếch tán
1.1. Vận tốc khuếch tán
1.2. Công thức tính hệ số khuếch tán
1.2. Công thức tính hệ số khuếch tán
(Tham khảo)
(Tham khảo)
II. Khuếch tán đối lưu
II. Khuếch tán đối lưu




Chương I. Những kiến thức cơ bản của quá
Chương I. Những kiến thức cơ bản của quá
trình truyền khối
trình truyền khối

C. Cân bằng vật liệu và động lực quá trình
C. Cân bằng vật liệu và động lực quá trình


I.Phương trình cân bằng vật liệu
I.Phương trình cân bằng vật liệu
II. Động lực khuếch tán
II. Động lực khuếch tán
III. Phương trình truyền khối và động lực trung bình
III. Phương trình truyền khối và động lực trung bình
3.1. Phương trình truyền khối
3.1. Phương trình truyền khối
Vận tốc của một quá trình nào cũng tỷ lệ
Vận tốc của một quá trình nào cũng tỷ lệ
thuận với động lực và tỷ lệ nghịch với trở lực. Trong
thuận với động lực và tỷ lệ nghịch với trở lực. Trong
quá trình truyền khối động lực là hiệu số nồng độ
quá trình truyền khối động lực là hiệu số nồng độ
và trở lực là sự cản trở chất khuếch tán chuyển
và trở lực là sự cản trở chất khuếch tán chuyển
động qua lưu thể
động qua lưu thể
y
bg
R
yy
ddF
dG
−
=

τ
.




Chương I. Những kiến thức cơ bản của quá
Chương I. Những kiến thức cơ bản của quá
trình truyền khối
trình truyền khối


C. Cân bằng vật liệu và động lực quá trình
C. Cân bằng vật liệu và động lực quá trình


Dựa theo định luật phân bố và tính toán ta có
Dựa theo định luật phân bố và tính toán ta có
phương trình truyền khối:
phương trình truyền khối:


G = k
G = k
y
y
F
F
τ∆
τ∆

y
y
tb
tb
Hoặc G = k
Hoặc G = k
x
x
F
F
τ∆
τ∆
x
x
tb
tb
Trong đó: k
Trong đó: k
y
y
và k
và k
x
x
là hệ số truyền khối trong pha
là hệ số truyền khối trong pha
y và pha x
y và pha x
xy
y

m
k
ββ
+
=
1
1
yx
x
m
k
ββ
11
1
+
=




Chương I. Những kiến thức cơ bản của quá
Chương I. Những kiến thức cơ bản của quá
trình truyền khối
trình truyền khối


C. Cân bằng vật liệu và động lực quá trình
C. Cân bằng vật liệu và động lực quá trình

III. Phương trình truyền khối và động lực
III. Phương trình truyền khối và động lực
trung bình
trung bình
3.2. Động lực trung bình
3.2. Động lực trung bình
Động lực của quá trình thay đồi từ đầu đến
Động lực của quá trình thay đồi từ đầu đến
cuối nên khi tính toán phải dùng động lực trung
cuối nên khi tính toán phải dùng động lực trung
bình. Khi đường cân bằng là đường cong thì
bình. Khi đường cân bằng là đường cong thì
tính theo động lực trung bình tích phân. Khi
tính theo động lực trung bình tích phân. Khi
đường cân bằng là đường thẳng thì tính theo
đường cân bằng là đường thẳng thì tính theo
động lực trung bình logarit.
động lực trung bình logarit.




Chương I. Những kiến thức cơ bản của quá
Chương I. Những kiến thức cơ bản của quá
trình truyền khối
trình truyền khối


C. Cân bằng vật liệu và động lực quá trình
C. Cân bằng vật liệu và động lực quá trình

III. Phương trình truyền khối và động lực trung bình
III. Phương trình truyền khối và động lực trung bình
3.2. Động lực trung bình
3.2. Động lực trung bình
3.2.1. Động lực trung bình tích phân
3.2.1. Động lực trung bình tích phân
Dựa vào phương trình truyền khối và
Dựa vào phương trình truyền khối và
phương trình cân bằng vật liệu, động lực trung
phương trình cân bằng vật liệu, động lực trung
bình tích phân được xác định theo công thức:
bình tích phân được xác định theo công thức:
∫
−
−
=∆
d
c
y
y
cb
cd
tb
yy
dy
yy
y

Chương I. Những kiến thức cơ bản của quá
Chương I. Những kiến thức cơ bản của quá
trình truyền khối
trình truyền khối


C. Cân bằng vật liệu và động lực quá trình
C. Cân bằng vật liệu và động lực quá trình


III. Phương trình truyền khối và động lực trung bình
III. Phương trình truyền khối và động lực trung bình
3.2. Động lực trung bình
3.2. Động lực trung bình


3.2.1. Động lực trung bình logarit
3.2.1. Động lực trung bình logarit
Dựa vào phương trình truyền khối khi
Dựa vào phương trình truyền khối khi
đường cân bằng là đường thẳng và phương
đường cân bằng là đường thẳng và phương
trình cân bằng vật liệu, động lực trung bình
trình cân bằng vật liệu, động lực trung bình
logarit ta xác định theo công thức:
logarit ta xác định theo công thức:
d

c
dc
tb
y
y
yy
y
∆
∆
∆−∆
=∆
lg3,2




Chương I. Những kiến thức cơ bản của quá
Chương I. Những kiến thức cơ bản của quá
trình truyền khối
trình truyền khối


D. Phương pháp tính thiết bị truyền khối
D. Phương pháp tính thiết bị truyền khối
Tính thiết bị truyền khối gồm tính kích thước
Tính thiết bị truyền khối gồm tính kích thước
thiết bị (đường kính, chiều cao và các kích
thiết bị (đường kính, chiều cao và các kích
thước khác), tính trở lực, công suất của bơm,
thước khác), tính trở lực, công suất của bơm,

quạt cần thiết,…
quạt cần thiết,…
I. Tính đường kính thiết bị
I. Tính đường kính thiết bị
II. Tính chiều cao thiết bị
II. Tính chiều cao thiết bị
Là phần chiều cao làm việc của tháp, kích thước
Là phần chiều cao làm việc của tháp, kích thước
phần trên và dưới tùy thuộc những bộ phận
phần trên và dưới tùy thuộc những bộ phận
được lắp ở đó.
được lắp ở đó.




Chương I. Những kiến thức cơ bản của quá
Chương I. Những kiến thức cơ bản của quá
trình truyền khối
trình truyền khối


D. Phương pháp tính thiết bị truyền khối
D. Phương pháp tính thiết bị truyền khối
II. Tính chiều cao thiết bị
II. Tính chiều cao thiết bị
Là phần chiều cao làm việc của tháp, kích thước
Là phần chiều cao làm việc của tháp, kích thước
phần trên và dưới tùy thuộc những bộ phận được
phần trên và dưới tùy thuộc những bộ phận được

lắp ở đó.
lắp ở đó.
2.1. Tính chiều cao theo phương trình truyền khối
2.1. Tính chiều cao theo phương trình truyền khối
2.2. Tính chiều cao theo số bậc thay đổi nồng độ
2.2. Tính chiều cao theo số bậc thay đổi nồng độ
2.3. Tính chiều cao theo số đơn vị truyền khối
2.3. Tính chiều cao theo số đơn vị truyền khối
2.4. Tính chiều cao theo cách vẽ đường cong động học
2.4. Tính chiều cao theo cách vẽ đường cong động học

CHƯƠNG II. HẤP THỤ
CHƯƠNG II. HẤP THỤ
I. Các khái niệm
II. Cơ sở vật lý của quá trình hấp thụ
III. Quy trình công nghệ
IV. Thiết bò hấp thụ

I. Các khái niệm
I. Các khái niệm


1. Đònh nghóa
1. Đònh nghóa
Hấp thụ là quá trình hút khí bằng chất
lỏng, khí được hút gọi là chất bò hấp
thụ, chất lỏng dùng để hút gọi là dung
môi, hay còn gọi là chất hấp thụ, khí
không bò hấp thụ gọi là khí trơ.

I. Các khái niệm
I. Các khái niệm


2. Ý nghóa
2. Ý nghóa
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 thành cấu tử riêng

Tạo thành sản phẩm cuối cùng

I. Các khái niệm
I. Các khái niệm


3. Tính chất của dung môi
3. Tính chất của dung môi
1. Có tính chất hòa tan chọn lọc
nghóa là chỉ hòa tan tốt cấu tử
cần tách ra và không hòa tan
các cấu tử còn lại hoặc chỉ hòa
tan không đáng kể. Đây là tính
chất chủ yếu của dung môi

2. Độ nhớt dung môi bé. Độ nhớt
càng bé chất lỏng chuyển động
càng dễ trở lực sẽ nhỏ hơn và
hệ số chuyển khối sẽ lớn hơn.

I. Các khái niệm
I. Các khái niệm


3. Tính chất của dung môi
3. Tính chất của dung môi
3. Nhiệt dung riêng bé, ít tốn nhiệt
khi hoàn nguyên dung môi
4. Nhiệt độ sôi khác xa với nhiệt độ
sôi của chất hòa tan như vậy sẽ dễ
tách cấu tử ra khỏi dung môi
5. Nhiệt độ đóng rắn thấp tránh được
hiện tượng đóng rắn làm tắc thiết
bò

I. Các khái niệm
I. Các khái niệm


3. Tính chất của dung môi
3. Tính chất của dung môi
6. Không tạo thành kết tủa, khi hòa
tan tránh được tắc thiết bò, và thu
hồi cấu tử đơn giản hơn
7. Ít bay hơi, mất mát ít

8. Không độc đối với người, không ăn
mòn thiết bò.

II. Cơ sở vật lý của quá trình hấp thụ
II. Cơ sở vật lý của quá trình hấp thụ


1. Độ hòa tan khí trong lỏng
1. Độ hòa tan khí trong lỏng

Độ hòa tan của khí trong chất lỏng là
lượng khí hòa tan trong một đơn vò chất lỏng.
Độ hòa tan có thể biểu thò bằng kg/kg, kg/m
3
,
g/lít…

Độ hòa tan của khí trong chất lỏng phụ
thuộc vào tính chất của khí và chất lỏng, phụ
thuộc vào nhiệt độ môi trường và áp suất riêng
phần của khí trong hỗn hợp.

Sự phụ thuộc có thể biểu thò bằng đònh
luật Henry – Dalton như sau:
y
cb
= m.x

II. Cơ sở vật lý của quá trình hấp thụ
II. Cơ sở vật lý của quá trình hấp thụ

1. Độ hòa tan khí trong lỏng
1. Độ hòa tan khí trong lỏng

Đối với khí lý tưởng phương trình có dạng
đường thẳng, phù hợp với khí thực khi nồng độ của khí
không lớn lắm và độ hòa tan nhỏ.

Đối với các hệ thống không tuân theo đònh luật
Henry khi đó hằng số cân bằng m là một đại lượng
biến đổi phụ thuộc vào nồng độ x và đường cân bằng
là một đường cong

Đối với khí lý tưởng phương trình có dạng
đường thẳng, phù hợp với khí thực khi nồng độ của khí
không lớn lắm và độ hòa tan nhỏ.

Đối với các hệ thống không tuân theo đònh luật
Henry khi đó hằng số cân bằng m là một đại lượng
biến đổi phụ thuộc vào nồng độ x và đường cân bằng
là một đường cong

II. Cơ sở vật lý của quá trình hấp thụ
II. Cơ sở vật lý của quá trình hấp thụ


1. Độ hòa
1. Độ hòa
tan khí trong lỏng

tan khí trong lỏng

Khi tính toán hấp thụ, người ta thường
dùng nồng độ tỷ số mol hay nồng độ phần mol
tương đối, ta có :
y
y
Y
−
=
1
x
x
X
−
=
1
X)m1(1
mX
Y
−+
=

II. Cơ sở vật lý của quá trình hấp thụ
II. Cơ sở vật lý của quá trình hấp thụ


2. Cân bằng vật chất
2. Cân bằng vật chất
Gọi :


G
y
: lượng hỗn hợp khí đi vào thiết bò hấp thụ
kmol/h.

Y
d
: nồng độ đầu của hỗn hợp khí kmol/kmol khí trơ.

Y
c
:nồng độ cuối của hỗn hợp khí kmol/kmol khí trơ.

L
tr
: lượng dung môi đi vào thiết bò kmol/h

X
d
: nồng độ đầu của dung môi kmol/kmol dung môi

X
c
: nồng độ cuối của dung môi kmol/kmol dungmôi

G
tr
: lượng khí trơ vào thiết bò kmol/h

II. Cơ sở vật lý của quá trình hấp thụ
II. Cơ sở vật lý của quá trình hấp thụ


2. Cân bằng vật chất
2. Cân bằng vật chất

Lượng khí trơ được xác đònh theo công thức :

Phương trình cân bằng vật liệu
)y1(G
Y1
1
GG
dy
d
ytr
−=
+
=
)XX(L)YY(G
dctrcdtr
−=−

II. Cơ sở vật lý của quá trình hấp thụ
II. Cơ sở vật lý của quá trình hấp thụ


2. Cân bằng vật chất
2. Cân bằng vật chất


Lượng dung môi tối thiểu để hấp thụ được xác
đònh khi nồng độ cuối của dung môi đạt đến nồng
độ cân bằng, ta có:

Lượng dung môi cần thiết:
dmaxc
cd
trmintr
XX
YY
GL
−
−
=
dc
cd
trtr
XX
YY
GL
−
−
=

II. Cơ sở vật lý của quá trình hấp thụ
II. Cơ sở vật lý của quá trình hấp thụ


2. Cân

2. Cân
bằng vật chất
bằng vật chất
Phương trình cân bằng vật liệu tại vò trí
bất kỳ trong thiết bò:
⇒
)XX(L)YY(G
dtrctr
−=−
cd
tr
tr
Y)XX(
G
L
Y
+−=

II. Cơ sở vật lý của quá trình hấp thụ
II. Cơ sở vật lý của quá trình hấp thụ


3. nh h ng c a nhi t và áp Ả ưở ủ ệ độ
3. nh h ng c a nhi t và áp Ả ưở ủ ệ độ
suất
suất

Nếu nhiệt độ tăng thì hệ số Henry tăng đường cân bằng sẽ
dịch chuyển về trục tung động lực trung bình sẽ giảm do đó
cường độ truyền khối sẽ giảm. Nếu ta tăng nhiệt độ đến một

nhiệt độ tới hạn nào đó thì q trình truyền khối sẽ khơng thực
hiện được. Nhiệt độ tăng cũng có ảnh hưởng tốt do độ nhớt
của dung mơi sẽ giảm, vận tốc khí tăng cường độ truyền khối
cũng tăng.

Nếu ta tăng áp suất của hỗn hợp khí thì hệ số cân bằng m
sẽ giảm do đó đường cân bằng sẽ chuyển gần về trục hồnh.
Động lực trung bình sẽ tăng. Nhưng sự tăng áp suất ln kèm
theo tăng nhiệt độ cho nên nó cũng ảnh hưởng xấu đến q
trình mặt khác tăng áp cũng gây khó khăn cho chế tạo thiết bị.