Bài giảng kỹ thuật thực phẩm 2 chương 4 ths trần văn hùng

9/18/2014

MÔN HỌC
KỸ THUẬT THỰC PHẨM II

Giảng viên: ThS. Trần Văn Hùng
Email:

CHƯƠNG 4
TRUYỀN KHỐI-HẤP THU

Tiết 1: Truyền Khối
Nội dung tiết học
1. Phân loại các quá trình truyền khối

2. Nguyên tắc thiết kế thiết bị truyền khối

1


9/18/2014

1.PHÂN LOẠI CÁC QUÁ TRÌNH TRUYỀN KHỐI



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 hoặc quá trình khuếch tán



Tùy theo đặc trưng của sự di chuyển vật chất và
tính chất của hai pha có thể phân ra các quá trình
chuyển khối sau đây.

QT Chưng luyện

QT Trích ly

2


9/18/2014

QT Cô đặc

QT Cô đặc

3


9/18/2014

Mô hình sấy

Sấy phun

TVH

Sấy băng tải

Phòng sấy

Sấy tầng sôi

7 of 32

Bài Giảng Hóa Công

QT Sấy

4


9/18/2014

1.1. HỖN HỢP KHÍ-LỎNG
-

Chưng cất:

là quá trình tách các hỗn hợp
lỏng thành các cấu tử riêng
biệt, trong đó vật chất di
chuyển từ pha lỏng vào pha
hơi và ngược lại

1
2

3
4
Chưng cất lôi cuốn hơi nước
1. Bình cấp hơi nước
3. Lớp tinh dầu
2. Bình chứa nguyên liệu chưng cất

4. Lớp nước.

5


9/18/2014

- Hấp thu
là quá trình hút khí
hoặc hơi bằng chất
lỏng trong đó vật chất
di chuyển từ pha khí
vào pha lỏng

Thiết bị loại bề mặt

-Nhả khí (nhả hấp thụ)
Là quá trình
ngược lại của
hấp thụ, vật
chất đi từ pha
lỏng vào pha
khí

6


9/18/2014

1.2. HỖN HỢP KHÍ RẮN
Hấp phụ

Sấy khô

1.3. HỖN HỢP LỎNG-LỎNG
Trích chất lỏng: là quá trình tách chất hòa tan trong chất
lỏng hay chất rắn bằng một chất lỏng khác

Hình1:Sự phân bố nồng độ trong
các pha của quá trình chuyển khối

Hình2:Sơ đồ hệ thống thiết bị trích ly
chất rắn có cánh khuấy

7


9/18/2014

1.4. HỖN HỢP LỎNG-RẮN
Kết tinh

Trích ly rắn

là quá trình tách
chất rắn trong dung
dịch, trong đó vật
chất di chuyển từ
pha lỏng vào pha
rắn

1.5. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA QUÁ TRÌNH
PHÂN TÁCH

- Hấp thu
- Hấp phụ và trao đổi ion
- Chưng cất
- Sấy
- Cô đặc
- Kết tinh
- Trích ly

8


9/18/2014

1.6. LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÁCH
o

Cơ sở:



Đặc điểm của cấu tử cần tách



Đặc điểm của phương pháp phân tách



Yêu cầu chất lượng sản phẩm



Các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật khác

2. NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ THIẾT BỊ TRUYỀN KHỐI


Số đoạn lý thuyết(chiều cao tương đương)



Thời gian tiếp xúc pha



Năng suất



Nhu cầu về năng lương

9


9/18/2014

2.1. THÀNH PHẦN PHA

1. Các loại nồng độ thành phần
a. Thành phần phần mol (Nồng độ phần mol)
b. Thành phần phần khối lượng (nồng độ phần khối
lượng)
c. Thành phần tỷ số mol
d. Thành phần tỷ số khối lượng

10


9/18/2014

Gọi
•G: lưu lượng mol của pha y (pha khí), kmol/h
•L: lưu lượng mok của pha x (pha lỏng), kmol/h
•Gi: lưu lượng mol của cấu tử đang xét trong pha y, kmol/h
•Li: lưu lượng mol của cấu tử đang xét trong pha x, kmol/h
y: nồng độ phần mol của cấu tử đang xét trong pha y
x: nồng độ phần mol của cấu tử đang xét trong pha x
Y: nồng độ tỷ số mol của cấu tử đang xét trong pha y
X: nồng độ tỷ số mol của cấu tử đang xét trong pha X

G

: lưu lượng k/lượng của pha y (pha khí), kmol/h

L

: lưu lượng k/lượng của pha x (pha lỏng), kmol/h

G i : lưu lượng k/lượng của cấu tử đang xét trong pha y, kmol/h
Li

: lưu lượng k/lượng của cấu tử đang xét trong pha x, kmol/h

y

: nồng độ phần k/lượng của cấu tử đang xét trong pha y

x

: nồng độ phần k/lượng của cấu tử đang xét trong pha x

Y

: nồng độ tỷ số k/lượng của cấu tử đang xét trong pha y

X

: nồng độ tỷ số k/lượng của cấu tử đang xét trong pha x

11


9/18/2014

1. Các loại nồng độ thành phần
Nồng độ phần mol của cấu tử trong pha x, pha y

x

Li
L

y

Gi
G

Nồng độ phần khối lượng của cấu tử trong pha x, pha y

x

Li
L

y

Gi
G

1. Các loại nồng độ thành phần pha
Nồng độ tỷ số mol của cấu tử trong pha x, pha y

X

Li
L  Li

Y

Gi
G  Gi

Nồng độ tỷ số khối lượng của cấu tử trong pha x, pha y

X

Li
L  Li

Y

Gi
G  Gi

12


9/18/2014

2. Quan hệ giữa các nồng độ thành phần pha

2. Quan hệ giữa các nồng độ thành phần pha

13


9/18/2014

2. Quan hệ giữa các nồng độ thành phần pha

2.2. HỆ SỐ TRUYỀN KHỐI
-

Hệ số truyền khối K là lượng vật chất truyền qua
1 đơn vị diện tích bề mặt tiếp xúc pha trong một
đơn vị thời gian khi sai biệt nồng độ là 1 đơn vị.

- Tốc độ truyền khối = HSTK * (Sai biệt nồng độ)

14


9/18/2014

2.2.1. Cấu tử A truyền qua B đứng yên

NA 

D AB

.(C A1  C A2 )
z

Hệ số khuếch tán trong pha khí
3

D AB 

1,55.10 .T

3
2

P (3 V A  3 V B )

.

1
1

MA MB

[m2/h]

Trong đó: - MA, MB - Khối lượng phân tử của khí A và B,
kg/kmol.
-T - Nhiệt độ tuyệt đối của khí, 0K.
- P - Áp suất chung của khí, at.
- VA, VB - Thể tích mol của khí A và B, cm3/mol.

2.2.2. Cấu tử A và B truyền đẳng mol nghịch chiều
NA 

D AB 

Trong đó:



D AB C
.
.(C A1  C A 2 )
z C BM

7,4.10 8.  .M B .T

 '.V 0,6 A
0,2 
3



- μ: Độ nhớt của dung môi ở 200C, cP.
- ρ : Khối lượng riêng của dung môi ở 200C, kg/m3.

15


9/18/2014

2.3. HẤP THỤ

2.3.1.Khái niệm
a. 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.

16


9/18/2014

b. 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

c. 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.

17


9/18/2014

c. 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

c. 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.

18


9/18/2014

Gc; Yc
Lđ; Xđ
Gđ; Yđ

Lc; Xc

2.3.2. Cân bằng vật chất cho quá trình hấp thu
Gđ:

Gc:
Yđ:
Yc:
Ltr:
Xđ:
Xc :
Gtr:

lượng hỗn hợp khí đi vào thiết bị hấp thụ, kmol/h.
lượng hỗn hợp khí đi ra thiết bị hấp thụ, kmol/h.
nồng độ của pha khí đi vào TB, kmol/kmol ktrơ.
nồng độ của pha khí đi ra TB, kmol/kmol ktrơ.
lượng dung môi đi vào thiết bị, kmol/h.
nồng độ đầu của dung môi, kmol/kmol dung môi.
nồng độ cuối của dung môi, kmol/kmol dung môi.
lượng khí trơ đi trong thiết bị kmol/h.

19


9/18/2014

1. Cân bằng vật chất
Lượng khí trơ đi trong thiết bị:
Gtr  Gđ

1
1
Gc
 Gđ (1  yđ )  Gc (1  yc )

1  Yd
1  Yc

Cân bằng vật liệu:
Gtr (Yđ  Yc )  Ltr ( X c  X đ )

Lượng dung môi cần thiết cho quá trình
Ltr  Gtr

Yd  Yc
Xc  Xd

Lượng dung môi tối thiểu để hấp thụ được xác định khi
nồng độ cuối của dung môi đạt đến nồng độ cân bằng:
Yđ  Yc
Ltr min  Gtr
X c max  X đ
Xcmax - nồng độ pha lỏng cân bằng ứng với nồng độ đầu
của pha khí. Xcmax được xác định từ phương trình cân
bằng hoặc số liệu cân bằng ứng với Yđ
Ltr  b.Ltr min

(b  1  1,4)

20


9/18/2014

2. Phương trình đường làm việc

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
Gtr (Y  Yc )  Ltr ( X  X đ )
Y 

Ltr
L
X  Yc  tr X đ
Gtr
Gtr

3. Số mâm lý thuyết

21


9/18/2014

4. Sự liên hệ giữa lượng dung môi và kích thước TB
Trong điều kiện làm việc nhất định thì lượng khí bị hấp
thụ không đổi và xem hệ số truyền khối là không đổi.
Như vậy bề mặt tiếp xúc chỉ thay đổi tương ứng với sự
thay đổi của Ytb sao cho tích số F.Ytb là không đổi
Ta có thể khảo sát sự thay đổi động lực trung bình Ytb
trên đồ thị Y-X. Khi Yđ, Yc và Xd cố định thì giá trị nồng
độ cuối của dung môi Xc quyết định động lực trung bình
của quá trình

4. Sự liên hệ giữa lượng dung môi và kích thước TB

Nồng độ cuối của
dung môi Xc là
điểm
cuối
của
đường làm việc chỉ
được dịch chuyển từ
A đến A4

22


9/18/2014

4. Sự liên hệ giữa lượng dung môi và kích thước TB
Đường OA và OA4 là hai đường giới hạn. Nếu chọn
lượng dung môi ít nhất thì thiết bị sẽ vô cùng cao nhưng
nếu chọn lượng dung môi lớn quá để cho bề mặt F nhỏ thì
sẽ không kinh tế hoặc là chẳng thu được gì vì nồng độ
dung dịch quá loãng

5. Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất

Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất lên quá trình hấp thụ (t1
23


9/18/2014

2.3.3. THIẾT BỊ HẤP THỤ

2.3.3.1. Sơ đồ hệ thống hấp thu

24


9/18/2014



Thiết bị loại bề mặt



Thiết bị loại màng.



Cột chêm (tháp đệm).



Tháp mâm (tháp đĩa).



Thiết bị phun.
Thiết bị có bề mặt tiếp xúc pha lớn



Tháp đệm: tháp hình trụ, nhiều đoạn
nối với nhau (mặt bích/hàn). Trong
tháp được đổ đầy đệm.



Yêu cầu chung cho đệm:

• Diện tích bề mặt riêng lớn (a: m2/m3)
• Thể tích tự do lớn (Vtd: m3/m3)
• Khối lượng riêng bé
• Bền hóa học.

25