Tinh chat cua khi va hoi

Trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM

Chương 6

1


Chương 6: Tính chất của khí và hơi
 Tính

chất của khí và hơi

6.1. Giới thiệu
6.2. Nồng độ
6.3. Áp suất hơi bão hòa

6.4. Độ nhớt
6.5. Tính khuếch tán
6.6. Tính tan

2


6.1. Giới thiệu
 Khí

3

(gases)

 Khác xa trạng thái lỏng

 Nhiệt độ >> điểm tới hạn
 SO2, NO, NO2, CO, H2S
 Methane, ethane, ethylene và các VOCs có nhiệt độ
sôi thấp
 Hơi (vapors)

 Trạng thái gần với trạng thái lỏng
 Nhiệt độ gần nhiệt độ điểm sương
 Hơi nước
 Hầu hết các VOCs


6.1. Giới thiệu
 Tính

chất vật lý và hóa học của khí thải

 Tính tan trong acid/base
 Khí có tính acid và base (ví dụ?)
 Sử dụng trong hấp thụ (ví dụ?)

 Tính phân cực
 Sử dụng trong hấp phụ (VOCs, NH3, CO2…)
 Để chọn đúng chất phấp phụ

 Áp suất hơi bão hòa
 Sử dụng trong ngưng tụ (VOCs) và hấp phụ

4

6.1. Giới thiệu
 Tính

5

chất vật lý và hóa học của khí thải

 Enthalpy, entropy, tính nhiệt động học
 Sử dụng trong đốt và xúc tác
 Ví dụ: VOCs, NOx, CO

 Phản ứng hóa học và tính chất động học
 Sử dụng trong xúc tác (NOx và VOCs), hấp thụ/hấp
phụ hóa học (NOx và CO2), oxy hóa (VOCs,
PCDD/PCDFs…)

 Giới hạn cháy nổ thấp
 Sử dụng cho quá trình oxy hóa VOCs
 Vận hành ở nồng độ ≤ 25% giá trị LEL


6.2. Nồng độ
Nồng độ

6

Đơn vị

Phần mol

kmol A/ kmol
(A+B)
Phần khối lượng kg A/ kg (A+B)
Tỉ số mol

kmol A/ kmol B

Tỉ số khối
lượng
Nồng độ mol

kg A/ kg B

Nồng độ khối
lượng

kmol A/ m3
(A+B)
kg A/ m3 (A+B)

Pha khí

Pha lỏng

𝑦

𝑥

𝑦

𝑥

𝑌

𝑋

𝑌

𝑋

𝐶𝑦

𝐶𝑥

𝐶𝑦

𝐶𝑥


6.2. Nồng độ
 Trong

pha khí (ppm = ppmv)

thể tích chất ô nhiễm
𝑝𝑝𝑚 =
× 106
thể tích hỗn hợp khí
 Chuyển đổi từ mg/m3 sang ppm

𝐶 𝑚𝑔 𝑚3 × 22.4 𝑡 + 273.15
𝐶(𝑝𝑝𝑚) =
×
𝑀
273.15
 Trong đó:
 t: nhiệt độ (oC)

 M: khối lượng phân tử (kg/kmol)

7


6.2. Nồng độ
 Trong

pha lỏng (ppm = ppmm)

khối lượng chất ô nhiễm
𝑝𝑝𝑚 =
× 106
khối lượng dung dịch

 1 ppm ≈ 1 mg/L = 1 g/m3

8


6.3. Áp suất hơi bão hòa
 Định

9

nghĩa

 Là áp suất gây ra do hơi của một cấu tử nguyên
chất ở trạng thái cân bằng trên bề mặt chất lỏng
tinh khiết của nó ở một nhiệt độ nhất định.
 Áp

dụng

 Rất quan trọng trong xử lý khí bằng phương pháp
ngưng tụ hoặc hấp phụ


6.3. Áp suất hơi bão hòa
 Định

10

nghĩa

 Là áp suất gây ra do hơi của một cấu tử nguyên
chất ở trạng thái cân bằng trên bề mặt chất lỏng
tinh khiết của nó ở một nhiệt độ nhất định.
 Phương

trình Antoine

𝐵
log 𝑃𝑣 = 𝐴 +
𝐶+𝑇
 Trong đó: Pv (áp suất hơi bão hòa), T (nhiệt độ), A, B,
C (hằng số từ đường cong)
 Áp

dụng

 Rất quan trọng trong xử lý khí bằng phương pháp
ngưng tụ hoặc hấp phụ


6.3. Áp suất hơi bão hòa
 Áp

suất hơi bão hòa

11


6.4. Độ nhớt
 Độ

12

nhớt chất khí

𝜇 = 𝜇0

𝑇0 + 𝐶
𝑇+𝐶

𝑇
𝑇0

1.5

 Trong đó:
 μo: độ nhớt của khí ở nhiệt độ To (oK),
 T: nhiệt độ (oK)
 C: hằng số Sutherland (phụ thuộc từng loại khí)

 Tra bảng I.113, trang 115 Sổ tay QTTB&CNHC, tập
1, hoặc các sổ tay, hoặc trên internet
(engineeringtoolbox,…)
 Đơn vị: Pa.s, N/s.m2, cP, …


6.4. Độ nhớt
 Độ

13

nhớt hỗn hợp khí

𝑀
=
𝜇

𝑖

𝑚𝑖 𝑀𝑖
𝜇𝑖

 Trong đó:
 M, μ: khối lượng phân tử và độ nhớt hỗn hợp,
 Mi, μi: khối lượng phân tử và độ nhớt chất i,

 mi: nồng độ chất i (% thể tích hoặc % mol)


6.4. Độ nhớt
 Độ

nhớt của nước

𝜇 = 0.02414 × 10247.8/(𝑇−140)

 Trong đó:
 μ: độ nhớt (cP = mPa.s),
 T: nhiệt độ (oK)

14


6.4. Độ nhớt
 Độ

nhớt huyền phù (Ca(OH)2 hoặc CaCO3)

 Nồng độ thấp (< 10% v/v)
𝜇 = 𝜇𝑤 1 + 2.5𝜑
 Nồng độ cao (≥ 10% v/v)
𝜇 = 𝜇𝑤 1 + 2.5𝜑
 Trong đó:
 µw: độ nhớt của nước (cP = mPa.s),
 φ: phần thể tích pha rắn

15


6.4. Độ nhớt
 Độ

nhớt dung dịch

 Từ các bảng tra, đồ thị, và toán đồ
 Perry handbook of chemistry
 Sổ tay QTTB&CNHC, Tập 1

 Nguồn trên internet …

16


6.5. Tính khuếch tán
 Sách

17

tham khảo

 Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học và thực
phẩm, NXB ĐHQG TPHCM
 Vũ Bá Minh, Tập 3, Truyền khối, 2012.
• Trang 25-29

 Trịnh Văn Dũng, Bài tập truyền khối, 2015.
• Trang 13-15

 Perry chemical engineer’s handbook, 1999.
 Pg. 2-370 to 2-372.


6.5. Tính khuếch tán
 Hệ

18

số khuếch tán trong pha khí
−3 1.5

𝐷𝐴𝐵 =

4.3 × 10 𝑇
𝑃

1 3
𝑉𝐴

+

1 3
𝑉𝐵

2

1
1
+
𝑀𝐴 𝑀𝐵

1 2

 Trong đó:
 DAB: hệ số khuếch tán của chất A trong khí B
(cm2/s)
 T:

nhiệt độ (oK)

 MA, MB: khối lượng phân tử của A và B (g/mol)
 VA, VB: tổng thể tích nguyên tử của A và B (cm3/mol)

 P:

áp suất (atm)

6.5. Tính khuếch tán
 Hệ

19

số khuếch tán trong pha lỏng

𝐷𝐴𝐵

7.4 × 10−8 Φ𝑀𝐵
=
𝜇′ 𝑉𝐴0.6

0.5

𝑇

 Where:
 DAB: hệ số khuếch tán của chất A trong dung dịch B
(cm2/s)
 T:

nhiệt độ (oK)

 MB:

phân tử khối của dung môi B (g/mol)

 VA:

tổng thể tích nguyên tử của chất A (cm3/mol)

 Φ = 2.6 cho dung môi là nước
 µ’:

độ nhớt dung dịch (cP = mPa.s)


6.6. Tính tan
 Định

20

luật Henry

𝑝∗ = 𝐻. 𝑥
 Trong đó:
 P*: áp suất chất ô nhiễm trong pha khí ở trạng thái
cân bằng (atm)
 H: hằng số Henry (atm/mol)
 x: phần mol của chất ô nhiễm trong pha lỏng ở trạng
thái cân bằng


6.6. Tính tan
 Định

21

luật Henry

SO2
0.7

 Dạng khác
∗

0.6

∗

𝑦 = 𝑝 𝑃 = 𝑚𝑥

0.5

 H = P×m

y*

 Trong đó:
 m: từ đồ thị

y = 44.247x
R² = 0.9964

0.4
0.3
0.2
0.1
0.0

0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.012 0.014
x