Bài giảng quá trình và thiết bị truyền khối

Quá trình & thiết bị truyền khối

Lý thuyết: 30 tiết

Thực hành + bài tập: 90 tiết

Hình thức kiểm tra: trắc nghiệm

Thực hành: thí nghiệm, báo cáo: hệ số 2
Tài liệu tham khảo
•
Võ Văn Bang, Vũ Bá Minh – Truyền khối – Trường đại học Bách Khoa
thành phố Hồ Chí Minh, 2001.
•
Nguyễn Bin – Tính toán quá trình, thiết bị trong công nghệ hóa chất và
thực phẩm. Tập 2 – NXB khoa học kỹ thuật, 1999.
Tài liệu tham khảo
•
Đỗ Trọng Đài, Nguyễn Trọng Khuông, Trần Quang Thảo, Võ Thị Ngọc
Tươi, Trần Xoa – Cơ sở quá trình và thiết bị công nghệ hóa học. Tập 2 –
NXB đại học và trung học chuyên nghiệp, Hà Nội 1974.
•
Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa học. Tập 2 – NXB khoa học kỹ
thuật, Hà Nội, 1992.
Tài liệu tham khảo
•
Phạm Văn Bôn, Hoàng Minh Nam, Vũ Bá Minh – Quá trình và thiết bị công
nghệ hóa học tập 10 – Ví dụ và bài tập – Trường đại học Bách Khoa TP.
Hồ Chí Minh, 2001.
•
R.E.Treybal – Mass transfer operations – Mc Graw Hill, 1996.

Nội dung chương trình
•
Chương 1: Kiến thức cơ bản.
•
Chương 2: Hấp thụ.
•
Chương 3: Chưng cất.
•
Chương 4: Trích ly
•
Chương 5: Hấp phụ
•
Chương 6: Sấy vật liệu
Chương 1: kiến thức cơ bản
•
Định nghĩa và phân loại
•
Biểu diễn thành phần pha
•
Cân bằng pha - Quá trình khuếch tán
•
Động lực quá trình khuếch tán
•
Phương pháp tính thiết bị truyền khối
Định nghĩa và phân loại
•
Quá trình truyền khối là quá trình di chuyển vật chất giữa 2 pha, khi 2 pha
tiếp xúc trực tiếp với nhau.
•
Quá trình truyền khối còn gọi quá trình khuếch tán

Định nghĩa và phân loại
•
Hấp thụ (hấp thu): khí → lỏng
•
Chưng: tách hỗn hợp lỏng thành cấu tử riêng biệt, lỏng → hơi.
•
Hấp phụ: khí, lỏng → rắn.
•
Trích ly: tách chất hòa tan trong lỏng, rắn bằng chất lỏng khác.
Định nghĩa và phân loại
•
Kết tinh: tách chất rắn trong dung dịch, lỏng → rắn.
•
Hòa tan: rắn → lỏng, ngược kết tinh
•
Sấy: tách nước ra khỏi vật liệu ẩm. Rắn, lỏng → khí
•
Trao đổi ion: trao đổi các nhóm ion linh động với ion trong dung dịch.
Biểu diễn thành phần pha.
•
Thành phần mol (phần mol): tỷ số giữa mol cấu tử A trên tổng mol hỗn
hợp.
Ký hiệu: x
A
(kmolA/kmol hỗn hợp)
•
Thành phần phần khối lượng: tỷ số khối lượng cấu tử A trên tổng khối
lượng của hỗn hợp.
Ký hiệu:
Biểu diễn thành phần pha.

•
Thành phần tỷ số mol: tỷ số giữa mol cấu tử A trên số mol cấu tử B.
Ký hiệu: X
A
(kmolA/kmolB)
•
Thành phần tỷ số khối lượng: tỷ số giữa khối lượng cấu tử A trên khối
lượng cấu tử B.
Ký hiệu:
Biểu diễn thành phần pha.
•
Nồng độ mol: tỷ số giữa mol cấu tử A trên tổng thể tích của hỗn hợp.
Ký hiệu: C
A
(kmolA/m
3
hỗn hợp)
•
Nồng độ khối lượng: tỷ số giữa khối lượng cấu tử A trên tổng thể tích hỗn
hợp.
Ký hiệu:
Biểu diễn thành phần pha.
•
Ngoài ra đối với hỗn hợp khí, trên cơ sở định luật Clapeyron và Dalton,
phần mol bằng phần thể tích, hoặc phần áp suất.
•
Nghĩa là:
Biểu diễn thành phần pha.
Pha lỏng Pha hơi (khí)
Phần khối lượng

Phần mol
Tỷ số khối lượng
Biểu diễn thành phần pha.
Pha lỏng Pha hơi (khí)
Tỷ số mol
Nồng độ mol
Nồng độ khối
lượng
Biểu diễn thành phần pha.
•
L,G: suất lượng mol pha lỏng, hơi (kmol/h)
•
: suất lượng khối lượng pha lỏng, hơi (kg/h)
•
V
x
, V
y
: suất lượng thể tích pha lỏng, hơi (m
3
/h).
•
P
A
: áp suất hơi riêng phần cấu tử A trong pha khí.
•
P: áp suất tổng cộng của hệ
Cân bằng pha – khuếch tán

Quá trình khuếch tán: thuận

nghịch
Cân bằng pha – khuếch tán

Cân bằng động : thuận =
nghịch
Quá trình đạt cân
bằng
X
cb
= f(y)

Tại cân bằng nồng độ hai
pha không bằng nhau.
Cân bằng pha – khuếch tán
•
Tại điều kiện t,P xác định, tồn tại mối quan hệ cân bằng giữa nồng độ cấu
tử hai pha, và được biểu diễn bởi đường cân bằng.
•
Chưa đạt cân bằng: xảy ra khuếch tán. Nếu có đủ thời gian → đạt cân
bằng.
•
Đạt cân bằng: không còn khuếch tán tổng cộng giữa hai pha.
Cân bằng pha – khuếch tán
•
Định luật Henry: với dung dịch lý tưởng, áp suất riêng phần (p) của hơi trên
dung dịch tỷ lệ với phần mol (x) của chất tan trong dung dịch:
p*
A
= H.x
A

•
H: hằng số Henry, có đơn vị của áp suất.
•
H tăng khi nhiệt độ tăng
Cân bằng pha – khuếch tán
•
Định luật Raoult: áp suất riêng phần (p) của một cấu tử trên dung dịch
bằng áp suất hơi bão hòa cấu tử đó (ở cùng nhiệt độ) nhân với phần mol
(x) của cấu tử đó trong dung dịch.
P*
A
= P
bhA
.x
A
Cân bằng pha – khuếch tán
•
Theo Dalton: p = P.y
•
Khi quá trình đạt cân bằng: y
cb
= y*
p* = P.y*
→ y* = p*/P = (H.x)/P = (H/P).x
Hoặc y* = p*/P = (P
bh
.x)/P = (P
bh
/P).x
•

Hai phương trình trên: phương trình đường cân bằng.
Động lực quá trình truyền khối
•
Động lực QTTK giữa hai pha là hiệu số giữa nồng độ làm việc (hiện tại) và
nồng độ cân bằng ở trong cùng một pha.
•
Nếu y > y* → Δy = y – y*
↔ Δx = x* – x
•
Vật chất di chuyển từ pha y sang pha x, hay vật chất di chuyển từ pha khí
sang pha lỏng.
Động lực quá trình truyền khối
•
Khi đó: đường làm việc nằm trên đường cân bằng
y
y*
x*
x
Δy
Δx
Đường làm việc
Đường cân bằng
y* = f(x)
Động lực quá trình truyền khối
•
Nếu y < y* → Δy = y* – y
↔ Δx = x – x*
•
Vật chất di chuyển từ pha x sang pha y, hay vật chất di chuyển từ pha lỏng
sang pha hơi.