Báo cáo tiểu luận môn nhiệt đông học HYDROCACBON CÂN BẰNG LỎNG HƠI

THERMODYNAMICS

Chương 6

CÂN BẰNG LỎNG HƠI
GV: TS. Huỳnh Quyền
HV: Phan Thị Dạ Thảo


Nội dung chính:
6.4- Các dạng bài tốn trong cân
bằng lỏng hơi
6.5- Giải thuật tính tốn
6.6- Độ hồ tan của thành phần hơi
trong pha lỏng

2


6.4- Các dạng
bài toán
trong
cân bằng
lỏng hơi


6.4- Các dạng bài toán cân bằng lỏng hơi
1. Xác định các đại lượng mơ tả đặc tính của hỗn
hợp sau khi đã tách thành 2 pha: lỏng và hơi
2. Xác định mối quan hệ giữa các đại lượng để từ
đó xác định số bậc tự do của hệ.

Xét một hỗn hợp gồm n cấu tử, số mol mỗi cấu
tử là Ni
 Thành phần mol của mỗi cấu tử trong hỗn
hợp zi

4


6.4- Các dạng bài toán cân bằng lỏng hơi
Để xác định các tính chất của hỗn hợp, ta cần biết
các giá trị:
•
•
•
•

Áp suất
Nhiệt độ
Số mol của mỗi pha (NL, NV)
Thành phần của các cấu tử (xi, yi)

 Tổng cộng 2N + 4 đại lượng
 Dựa vào điều kiện cân bằng để tính tốn các
tính chất nhiệt động
5


6.4- Các dạng bài tốn cân bằng lỏng hơi
• Cân bằng vật chất cho mỗi cấu tử:
Ni = NLxi + NVyi

(6.1)

• Điều kiện cân bằng dựa theo hố thế và hoạt áp:
μiV = μiL hay fiV = fiL

(6.2)

hay theo hệ số cân bằng:

• Phương trình viết theo phần mol:
 Tổng cộng ta có 2n+2 phương trình.

6


6.4- Các dạng bài toán cân bằng lỏng hơi
Áp dụng quy tắc pha Gibbs:
Số thông số độc lập = Số cấu tử + 2 – số phase
Ví dụ: đối với hệ 2 cấu tử, và dung dịch nằm cân
bằng với pha hơi, số thông số độc lập của hệ:
2+2–2=2
 Trong 4 thông số nhiệt động: nhiệt độ, áp suất,
thành phần pha lỏng và thành phần pha hơi thì chỉ
có 2 thông số là độc lập.
7


6.4.1- Cho biết T/P và phần bay hơi
• Từ phần bay hơi tính số mol mỗi pha NL và NV

(do đã biết tổng số mol)
• Các giá trị cần tính: P/T và thành phần của mỗi
pha (xi, yi)

8


6.4.2- Cho biết T và P
• Các giá trị cần tính: số mol và thành phần của
mỗi pha NL và NV , xi, yi
• Cách tính: dựa vào cân bằng vật chất và điều
kiện cân bằng
• Khơng áp dụng cho hệ đẳng phí

9


6.4.3- Cho biết tính chất nhiệt động
• Ngồi thơng số về nhiệt độ/áp suất, dữ liệu bài
tốn có thể được bổ sung bằng các tính chất
nhiệt động của hệ.
• Tương tự như bài tốn u cầu tính áp suất
trong bình đã biết thể tích, chứa khí hố lỏng đã
biết thành phần, trong điều kiện nhiệt độ cho
trước.

10


6.5- Một số

phương
pháp
tính tốn


• Hệ số cân bằng được viết dưới dạng hàm số của
nhiệt độ, áp suất, tính chất của các cấu tử, thành
phần pha lỏng và pha hơi:

• Tuy nhiên, có khá nhiều ẩn số nên phương pháp
tính tốn chủ yếu là tính lặp.

12


6.5.1- Xác định điểm sơi (bubble point)
• Thành phần mỗi cấu tử pha lỏng được xem như
bằng với thành phần tương ứng trong hỗn hợp:
xi = zi
• Kết hợp phương trình cân bằng:

và điều kiện cân bằng: ∑ yi = 1
 Để tìm điểm sơi, cần thoả phương trình:
∑ Ki xi = 1
13


6.5.1.1- Xác định áp suất điểm sơi
(đã biết nhiệt độ)
• Với T đã có, giả sử P = 1 bar hoặc tính theo

phương trình:

 Tính hệ số cân bằng, thành phần pha hơi và ∑
Ki xi
 Tiến hành tính lặp đến khi ∑ Ki xi = 1 với

14


6.5.1.2- Xác định nhiệt độ điểm sơi
• Vì hệ số hoạt độ phụ thuộc vào nhiệt độ nên
trong trường hợp này, ta sẽ giả thiết 2 giá trị
nhiệt độ:
o Nhiệt độ sôi của chất dễ bay hơi hơn
giảm 20ºC (để tránh điểm đẳng phí)
o Nhiệt độ sơi của chất khó bay hơi hơn,
cộng thêm 20ºC.
• Ứng mỗi nhiệt độ giả thiết, ta cũng tính lặp ∑
Kixi đến khi nào ∑ Kixi = 1
15


6.5.2- Xác định điểm sương (dew point)
• Thành phần mỗi cấu tử pha hơi được xem như
bằng với thành phần tương ứng trong hỗn hợp:
yi = zi
• Kết hợp phương trình cân bằng:

và điều kiện cân bằng: ∑ xi = 1
 Để tìm điểm sơi, cần thoả phương trình:

∑ yi /Ki = 1
16


6.5.2.1- Xác định áp suất điểm sương
• Giả thiết áp suất ban đầu để tính được hệ số cân
bằng theo phương trình:

• Tính tỷ số yi/Ki
• Tiếp tục tính lặp với

• Kết thúc vịng lặp khi ∑yi/Ki = 1
17


6.5.2.2- Xác định nhiệt độ điểm sương
• Giả thiết 2 giá trị áp suất ban đầu là áp suất hơi
của mỗi cấu tử trong hỗn hợp
• Tính tỷ số yi/Ki
• Tiếp tục tính lặp đến khi ∑yi/Ki = 1

18


6.5.3- Partial Vaporization
• Kết hợp phương trình cân bằng vật chất và điều
kiện cân bằng, ta có thể biểu diễn phần mol mỗi
cấu tử theo hệ số cân bằng và số mol trong pha
lỏng và pha hơi:

• Mặt khác, ta có:

19


6.5.3- Partial Vaporization
• Nếu chia cả tử và mẫu của phương trình trên
cho ∑Ni và sử dụng định nghĩa của phần bay
hơi FV:

Đây chính là điều kiện để dừng vịng lặp.
20


6.5.4- Áp dụng cho khí lý tưởng
• Trong trường hợp khí lý tưởng, hệ số cân bằng
của bất kỳ cấu tử nào trong hỗn hợp đều chỉ phụ
thuộc vào tính chất của bản thân cấu tử đó, nhiệt
độ và áp suất; không phụ thuộc vào cấu tử khác
cũng như thành phần của mỗi pha lúc cân bằng.

• Trong trường hợp áp suất hơi của các cấu tử đều
thấp thì ta có thể viết lại:

21


Các bước giải ví dụ 6.2 (p197)
• Xét hỗn hợp cân bằng mol gồm propane và npentane (bảng 6.1)
• Tính áp suất điểm sôi và điểm sương của hỗn

hợp ở 300K

22


Các bước giải ví dụ 6.2 (p197)
• Tính hệ số cân bằng:

• Trong đó:

23


Các bước giải ví dụ 6.2 (p197)
Áp suất bắt đầu cho vòng lặp đầu tiên được lấy là
P(1) = 1bar:
 Tính K và K.xi cho từng cấu tử
 Tính ∑K.xi
 Kiểm tra điều kiện cân bằng thấy ∑K.xi >1
 Bắt đầu vòng lặp thứ 2 với
P(2) = P(1) x (∑K.xi)(1)
Tiếp tục lặp đến khi thoả điều kiện ∑K.xi =1
24


Thanks all
for
listening!