báo cáo quá trình thuyết bị truyền nhiệt và truyền chất

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM QT & TB TRUYỀN NHIỆT VÀ TRUYỀN CHẤT
BÀI 1: CHƯNG LUYỆN
I. Trả lời câu hỏi:
Câu 1: Tại sao khi nhiệt độ đỉnh đạt 78 0C mới nhập liệu vào?
Vì rượu lúc này bắt đầu sôi và bay hơi lên, khi đó ta mới nhập liệu từ trên tháp vào
để cho quá trình chưng tốt hơn và tránh tiêu hao nguyên liệu, tăng hiệu suất làm việc.
Câu 2: Tại sao phải gia nhiệt nguyên liệu đầu trước khi nhập vào tháp? Vì
Để giảm áp suất trong tháp.
Tăng cường hiệu suất của quá trình chưng luyện, nếu không gia nhiệt cho nguyên
liệu đầu sẽ tốn thời gian gia nhiệt trong tháp, các cấu tử sẽ bay hơi không đồng đều.
Câu 3: Tại sao luôn giữ nhiệt độ đỉnh là 78 0C, mà không thấp hơn hay cao hơn? Vì:
Nếu nhiệt độ thấp hơn 78 0C thì hơi rượu sẽ không bay lên và cùng với cấu tử khác
đi xuống đáy tháp nên không thu được sản phẩm đỉnh, làm gián đoạn quá trình chưng
luyện dẫn đến hiệu suất thấp.
Nếu nhiệt độ cao hơn 78 0C thì lúc rượu bay hơi hết sẽ kèm theo hơi nước bay hơi,
ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm thu hồi.
Câu 4: Vì sao tốc độ gia nhiệt phải vừa phải và đều đặn, nhập chậm hay nhanh quá thì
hiện tượng gì xảy ra?
Vì tốc độ bay hơi của rượu là tuần hoàn khi ta gia nhiệt với nhiệt vừa và đều sẽ
làm cho quá trình bay hơi được liên tục không bị gián đoạn và làm tăng hiệu suất quá
trình.
Nếu gia nhiệt quá chậm thì lượng nhiệt ít khi nhập liệu mà mang theo nhiệt bên
ngoài vào tháp sẽ không có đủ nhiệt độ để rượu bay hơi.
Nếu gia nhiệt quá nhanh thì nhiệt độ tăng đột ngột lúc này sẽ khó có thể kiểm soát
nhiệt độ, hơi bay lên sẽ không đều và nước sẽ bay hơi theo làm hiệu suất quá trình
giảm, nếu nhiệt độ tăng lên đột ngột có thể có một số chất sẽ bị phân hủy.
Câu 5: Tại sao phải tuần hoàn sản phẩm đỉnh? Hệ số tuần hoàn khác nhau có khác
nhau hay không?
Phải tuần hoàn sản phẩm đỉnh để điều chỉnh nhiệt độ, áp suất và tăng khả năng
tách.
Hệ số tuần hoàn khác nhau là khác nhau:

+ Hệ số tuần hoàn thấp khả năng tách kém.
+ Hệ số tuần hoàn cao khả năng tách cao.
SVTH: Mạc Quốc Vĩ

Trang 1


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM QT & TB TRUYỀN NHIỆT VÀ TRUYỀN CHẤT

SVTH: Mạc Quốc Vĩ

Trang 2


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM QT & TB TRUYỀN NHIỆT VÀ TRUYỀN CHẤT
II. Báo cáo thí nghiệm:
1. Bảng kết quả thí nghiệm:
Bạn được giao các dữ kiện ban đầu như sau:
- Nhiệt độ bảo quản giả định cho nguyên liệu, sp đỉnh, sp đáy là: 31 0C
- Tỷ số hồi lưu là: 1,5
Bảng số liệu số 1: Số liệu nhiệt độ đo được

STT

Khoảng
thời gian
đo, phút

1
2

3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16

0
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75

80

Nhiệt độ
hỗn hợp
đầu vào
tháp, tF,
o
C
31
31
31
31
31
31
31
31
31
31
31
31
31
31
31
31

Nhiệt độ
sản phẩm
đỉnh, tP, oC
25
27

27
27
27
28
79
79
79
79
79
79
79
79
79
79

Nhiệt độ
sản
phẩm
đáy, tW,
o
C
25
46
57
67
77
76
74
72
70

71
71
74
75
78
79
78

Bảng số liệu số 2: Số liệu lưu lượng và nồng độ nguyên liệu và sản phẩm trước và sau
Thí nghiệm

Trước TN
Sau TN

Nguyên liệu đáy
tháp
Nồng
V (ml)
độ
1000
34
740
28

Bình chứa nguyên
Sản phẩm đỉnh
liệu
V
Nồng
V (ml) Nồng độ

(ml)
độ
1000
40
0
0
900
40
100
88

2. Tính toán
2.1. Kết quả tại PTN
SVTH: Mạc Quốc Vĩ

Trang 3

Sản phẩm đáy
V
(ml)
0
260

Nồng
độ
0
28


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM QT & TB TRUYỀN NHIỆT VÀ TRUYỀN CHẤT

Trước TN:

V lượng nguyên liệu đáy tháp Vw, ml|:
Nồng độ %Vw:

1000
34

V lượng nguyên liệu ban đầu trong bình chứa, Vf/ ml:1000
Nồng độ %Vf:
Sau TN:

40

V đỉnh tháp thu được, Vp, ml:

100

Nồng độ %Vp:

88

V đáy tháp thu được, Vw, ml:

260

Nồng độ %Vw:

28

V lượng nguyên liệu còn lại trong bình chứa, Vf, ml: 900
Nồng độ %Vf:

40

V lượng nguyên liệu thực vào tháp, Vf, ml:
Tổng số phút nạp liệu, phút

752

:

80

Tổng số giờ nạp liệu, h:

1,333

Lưu lượng thể tích nguyên liệu đầu vào tháp, Vf, l/h: 0,564
Lưu lượng thể tích sản phẩm đỉnh, Vp, l/h:

0,075

Lưu lượng thể tích sản phẩm đáy, Vw, l/h:

0,195

2.2. Tính toán và bẳng kết quả
2.2.1. Tính khối lượng riêng của rượu, nước nguyên chất và của hỗn hợp
Bảng số liệu khối lượng riêng của rượu etylic và nước nguyên chất theo nhiệt độ

STT
CHẤT
KHỐI LƯỢNG RIÊNG ρ, kg/m3
Nhiệt độ xác định ρ
0
20
40
31
1
Rượu
806
789
772
779,65
2
Nước
1000
998
992
994,70
- Với hỗn hợp, khối lượng riêng tính theo công thức: ρhh = 1/(x1/ρ1 + x2/ρ2)
- Biết khối lượng mol của rượu etylic và nước nguyên chất:
Chất
Khối lượng mol, M, kg/kmol
Rượu etylic có % thể tích là:

SVTH: Mạc Quốc Vĩ

Trang 4

C2H5OH
46
100

H2O
18
0


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM QT & TB TRUYỀN NHIỆT VÀ TRUYỀN CHẤT
2.2.2. Tính cân bằng vật liệu của tháp
a. Nồng độ và lưu lượng
* Nguyên liệu đầu:
NGUYÊN LIỆU ĐẦU F

Thông số

Nồng độ vF, % thể tích
Nồng độ vF, phần thể tích
Lưu lượng thể tích, VF, l/h
Khối lượng riêng ρF, kg/m3
Lưu lượng khối lượng, GF, kg/h
Nồng độ xF, phần khối lượng
Khối lượng mol, M, kg/kmol
Lưu lượng mol, NF, kmol/h
Nồng độ xF, phần mol

C2H5OH

H2O

40
0,4
0,2256
779,65
0,1758890
4
0,3432011
3
46
0,0038236
7

60
0,6
0,3384
994,70
0,336606
5
0,656798
9
18
0,018700
4
0,793103
0,2068966
4

Giá trị của hỗn hợp
F

Tính theo
Tính theo
cấu tử
tính chất
thành
hỗn hợp
phần
100
1
0,564
0,564
895,8585315
0,512495 0,512495
5
5
1
27,60963155
0,022524

0,022524
1

* Sản phẩm đỉnh
SẢN PHẨM ĐỈNH P

Thông số

Nồng độ vP, % thể tích
Nồng độ vP, phần thể tích
Lưu lượng thể tích, VP, l/h

Khối lượng riêng ρP, kg/m3
Lưu lượng khối lượng, GP, kg/h
Nồng độ xP, phần khối lượng
Khối lượng mol, M, kg/kmol
Lưu lượng mol, NP, kmol/h
Nồng độ xP đẳng phí, phần mol
SVTH: Mạc Quốc Vĩ

C2H5OH

H2O

88
0,88
0,066
779,65

12
0,12
0,009
994,70
0,008952
3
0,148194
3
18
0,000497
4
0,106

0,0514569
0,8518056
9
46
0,0011186
3
0,894
Trang 5

Giá trị của hỗn hợp
P
Tính theo
Tính theo
cấu tử
tính chất
thành
hỗn hợp
phần
100
1
0,075
0,075
800,4155821
0,060409 0,060409
2
2
1
41,85055919
0,001616

0,001616
1


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM QT & TB TRUYỀN NHIỆT VÀ TRUYỀN CHẤT

SVTH: Mạc Quốc Vĩ

Trang 6


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM QT & TB TRUYỀN NHIỆT VÀ TRUYỀN CHẤT
*Sản phẩm đáy
SẢN PHẨM ĐÁY W

Thông số

C2H5OH

H2O

Giá trị của hỗn hợp
W
Tính theo
Tính theo
cấu tử
tính chất
thành
hỗn hợp
phần

100
1
0,195
0,195
923,3850421
0,0700865 0,0700865
1
24,54098189
0,00334
0,00334
1

Nồng độ vW, % thể tích
28
72
Nồng độ vW, phần thể tích
0,28
0,72
Lưu lượng thể tích, VW, l/h
0,021
0,054
3
Khối lượng riêng ρW, kg/m
779,65
994,70
Lưu lượng khối lượng, GW, kg/h 0,01637265 0,0537138
Nồng độ xW, phần khối lượng
0,2336065 0,7663935
Khối lượng mol, M, kg/kmol
46

18
Lưu lượng mol, NW, kmol/h
0,00035593 0,0029841
Nồng độ xW, phần mol
0,1320755 0,8679245
b. Tính cân bằng vật liệu theo thể tích
CÂN BẰNG VẬT LIỆU THEO THỂ TÍCH
CBVL theo Sai số LT:
Vị trí tính toán
thể tich
Thông số
F' so với
TT: F
F
P
W
F' = P + W
0,56 0,07 0,19
CBVL toàn phần, l/h
0,270
0,294
4
5
5
1,00 0,13 0,34
Nồng độ vF, phần thể tích
0,479
0,521
0
3

6
0,22 0,06 0,02
CBVL riêng phần cho rượu, l/h
0,087
0,139
6
6
1
0,33 0,00 0,05
CBVL riêng phần cho nước, l/h
0,063
0,275
8
9
4
c. Cân bằng vật liệu theo khối lượng
CÂN BẰNG VẬT LIỆU THEO KHỐI LƯỢNG
CBVL theo Sai số
Vị trí tính toán
khối
LT: F' so
Thông số
lượng
với TT:
F
F
P
W F' = P + W
0,51 0,06 0,07
CBVL toàn phần, kg/h

0,130
0,382
2
0
0
1,00 0,11 0,13
Nồng độ xF, phần khối lượng
0,255
0,745
0
8
7
0,17 0,05 0,01
CBVL riêng phần cho rượu, kg/h
0,068
0,108
6
1
6
0,33 0,00 0,05
CBVL riêng phần cho nước, kg/h
0,063
0,274
7
9
4
d. Tính cân bằng vật liệu theo số mol
CÂN BẰNG VẬT LIỆU THEO SỐ MOL
SVTH: Mạc Quốc Vĩ

Trang 7


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM QT & TB TRUYỀN NHIỆT VÀ TRUYỀN CHẤT
Vị trí tính toán

Thông số

F
P
0,02 0,00
CBVL toàn phần, kmol/h
3
2
1,00 0,07
Nồng độ vF, phần mol
0
2
0,00 0,00
CBVL r.phần cho rượu, kmol/h
4
1
0,01 0,00
CBVL r.phần cho nước, kmol/h
9
0
0,02 0,00
CBVL toàn phần, kmol/h
3
2

2.2.3. Tính số đĩa lý thuyết và hiệu suất của tháp

W
0,00
3
0,14
8
0,00
0
0,00
3
0,00
3

CBVL theo
Sai số
khối lượng LT: F' so
F' = P + W với TT: F
0,005

0,018

0,220

0,780

0,001

0,002

0,003

0,015

0,005

0,018

a. Vẽ đường cong cân bằng x-y và bẳn đồ thị t-x-y theo thực nghiệm
HH
đẳng phí

- Cho hỗn hợp: Rượu Etylic – Nước
t
x, %mol
y, %mol
x, phần
mol
y, phần
mol

100
0
0
0,00
0
0,00
0

90,

5
5
33,
2
0,0
50
0,3
32

86,
5
10
44,2
0,10
0
0,44
2

83,
2
20
53,
1
0,2
00
0,5
31

81,
7

30
57,6
0,30
0
0,57
6

80,
8
40
61,
4
0,4
00
0,6
14

80
50
65,
4
0,5
00
0,6
54

79,
4
60
69,9

0,60
0
0,69
9

79
70
75,
3
0,7
00
0,7
53

78,
6
80

78,
4
90

78,
4
100

78,
15
89,4

81,8
0,80
0
0,81
8

89,8
0,90
0
0,89
8

100
1,0
00
1,0
00

89,4
0,89
4
0,89
4

y (phần mol)

SVTH: Mạc Quốc Vĩ

Trang 8
x (phần mol)

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM QT & TB TRUYỀN NHIỆT VÀ TRUYỀN CHẤT
t, 0C

b. Tính phương trình nồng độ làm việc của đoạn luyện
- Phương trình có dạng: y=(R/R+1))*x+(xP/(R+1))
- Chỉ số hồi lưu thực tế thí nghiệm:

1,1

- Bạn được giao chỉ số hồi lưu giả định là

1,5

- Các thông số tính toàn được là:
R
1,5

xP
0,8518

A
0,6

B
0,3407

Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn luyện theo phần mol có dạng:
y = 0,6x + 0,3407

c. Tính phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng
* Dạng 1
* Phương trình tính y’ theo x’: y’ = ((R+f)/(R+1))*x’-((f-1)/(R+1))*x W
Các thông số tính toán được là:
F
0,564

P
0,075

f = F/P
7,52

R
1,5

xW
0,2336

A'
3,608

B'
0,6092

x-y
(phần mol)

Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng tính y' theo x' có dạng:
y' = 3,6080x' - 0,6092

* Dạng 2
* Phương trình tính x theo y: x=((R+1)/(f+R))*y+((f-1)/(f+R))*x W)
Các thông số tính toán được là:
F

P

f = F/P

R

xW

A'
B'
0,277161
0,564
0,075
7,52
1,5
0,2336
9
0,1689
Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng tính y' theo x' có dạng:
x = 0,2772y + 0,1689
d. Xác định số đĩa lỹ thuyết
x

*Tổng số đĩa lỹ thuyết Nlt bạn xác định được trên đồ thị là
Số đĩa đoạn luyện là: 19 đĩa

e. Xác định hiệu suất tháp
Hiệu suất tháp η được tính theo công thức: η = Nlt/Ntt
SVTH: Mạc Quốc Vĩ

Trang 9
y


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM QT & TB TRUYỀN NHIỆT VÀ TRUYỀN CHẤT
Số đĩa thực tế của tháp là 60 đĩa
Số đĩa lý thuyết của tháp là 20 đĩa
Vậy hiệu suất của toàn tháp chưng luyện thí nghiệm là 20/60 = 0.33

SVTH: Mạc Quốc Vĩ

Trang 10


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM QT & TB TRUYỀN NHIỆT VÀ TRUYỀN CHẤT
BÀI 2: TRÍCH LY
Trả lời câu hỏi:
Câu 1: Định nghĩa trích ly là gì?
Trích ly chất lỏng là quá trình tách một phần hay toàn phần một vài cấu tử hòa
tan trong một hỗn hợp lỏng đồng thể bằng một dung môi lỏng khác có khả năng hào
tan chọn lọc cấu tử cần tách mà không hòa tan (hay hòa tan hạn chế) các cấu tử khác.
Câu 2: Trình bày các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly?
Các yếu tố ảnh hưởng:
Chất lượng và hiệu quả của quá trình trích ly phụ thuộc chủ yếu vào dung môi nên
dung môi phải:
+ Có tính hòa tan chọn lọc ngĩa là chỉ hòa tan cấu tử cần tách, không hòa tan hoặc

hòa tan rất ít các cấu tử khác.
+ Không độc, không ăn mòn kim loại.
+ Rẻ và dễ tìm.
Đối với trích ly lỏng – lỏng yêu cầu dung môi phải có khối lượng riêng khác xa khối
lượng riêng của dung dịch.
Nhiệt độ ảnh hưởng đến kích thước của vùng dị thể. Khi nhiệt độ càng tăng thì
kích thước của vùng dị thể đó càng bé. Khi giảm nhiệt độ thì độ nhớt của dung dịch
tăng, làm giảm nhiệt độ khuếch tán.
Hệ số phân bố (m): Quá trình trích ly càng có hiệu quả khi m càng lớn hơn 1, nếu m
nhỏ hơn hay bằng 1 thì không thể tiến hành quá trình trích ly (ảnh hưởng của bản
chất đến quá trình).
Độ nhớt của dung môi phải bé để giảm trở lực và tăng hệ số chuyển đổi
Câu 3: Nêu những tính chất thuận lợi của hỗn hợp nguyên liệu cần cho quá trình trích
ly ngược dòng lỏng – lỏng?
Có nhiệt độ sôi và độ hòa tan vào dung môi khác nhau.
Không độc và không ăn mòn thiết bị
Câu 4: Định nghĩa pha lọc là gì? Pha trích là gì? Pha raphinat là gì? Tại sao phải hoàn
nguyên dung môi?
Pha lọc là pha có chứa dung dịch đầu (gồm dung môi đầu và cấu tử M) và dung
môi thứ G.
Pha trích là pha gồm dung môi thứ G, và cấu tử phân bố M.
SVTH: Mạc Quốc Vĩ

Trang 11


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM QT & TB TRUYỀN NHIỆT VÀ TRUYỀN CHẤT
Pha raphinat là pha gồm dung môi đầu L và một ít cấu tử phân bố còn lại.
Ta cần phải hoàn nguyên dung môi để thu được cấu tử cần tách ở dạng nguyên
chất hoặc thu hồi dung môi nếu dung môi đó là dung môi quý.

Câu 5: Phương pháp chuẩn độ axit – bazơ là gì? Tại sao phải dùng phương pháp
chuẩn độ axit – bazơ để chuẩn độ sản phẩm trích ly?
Phương pháp chuẩn dộ axit – bazơ và phương pháp dùng dung môi đổ xác định
chất có tính axit – bazơ.
Dùng phương pháp chuẩn độ axit – bazơ để chuẩn độ sản phẩm trích ly vì sản
phẩm có tính axit.
Câu 6: Định nghĩa khối lượng riêng? Trình bày phương pháp tính khối lượng riêng
của hỗn hợp 2 cấu tử mà khối lượng riêng của mỗi cấu tử được tính bằng phương
pháp nội suy?
Khối lượng riêng là khối lượng chất đó trên một đơn vị thể tích.
Phương pháp tính khối lượng riêng của hỗn hợp 2 cấu tử và khối lượng riêng của
mỗi cấu tử được tính bằng phương pháp nội suy:
+ Theo phương pháp nội suy tính khối lượng riêng của 1 cấu tử theo nhiệt độ t là:
+ Khi tính được khối lượng riêng của từng chất ta sẽ tính được khối lượng riêng
của hỗn hợp:
Câu 7: Trong đồ thị tam giác, muốn xác định tọa độ của 1 điểm ta cần có những điều
kiện nào?
Trong đồ thì tam giác, muốn xác định tọa độ của 1 điểm ta cần có những điều kiện:
- Trên mỗi đỉnh của tam giác biểu diễn các cấu tử phân bố (cấu tử cần tách M),
dung môi L, dung môi thứ G tinh khiết 100%.
- Trên mỗi điểm nằm trên các cạnh của tam giác đều biểu diễn thành phần của
dung dịch 3 cấu tử.
Câu 8: Tính cân bằng vật liệu dựa trên nguyên tắc nào? Và vì sao phải dựa trên
nguyên tắc đó?
Tính cân bằng vật liệu dựa trên nguyên tắc: Vật chất và năng lượng không tạo ra
hay mất đi mà chuyển từ dạng này sang dạng khác.
SVTH: Mạc Quốc Vĩ

Trang 12

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM QT & TB TRUYỀN NHIỆT VÀ TRUYỀN CHẤT
Phải dựa trên nguyên tắc này vì cân bằng vật liệu sẽ là một kỹ thuật sử dụng để
xác định vật liệu kết thúc ở đâu. Bên cạnh đó còn dùng để xác định lượng chất tham
gia bao nhiêu, lượng chất cần tìm là bao nhiêu. Hơn nữa trong thí nghiệm nguyên liệu
sẽ không thất thoát nên từ đó dựa trên nguyên tắc này để xác định lượng sản phẩm
đỉnh hoặc đáy tháp.
Câu 9: Nguyên nhân sai số khi tính cân bằng vật liệu và hiệu suất tháp phần lớn do
đâu?
Nguyên nhân sai số:
Các bước tiến hành thí nghiệm trích ly và hoàn nguyên dung môi thực hiện không
chính xác
Nồng độ dung dịch chuẩn độ chưa pha chính xác một cách tuyệt đối
Các thao tác thí nghiệm chưa đạt yêu cầu
Sản phẩm còn sót lại trong tháp, trong đường ống và một phần nguyên liệu chưa
trích ly hết.
Câu 10: Nêu cấu tạo tháp trích ly tại phòng thí nghiệm?
Gồm:

- Tháp trích bằng kim loại.
- Các đĩa trong tháp.
- Van thu hồi sản phẩm đỉnh và đáy
- Kính quan sát.
- Lưu lượng kế.
- Cánh khuấy.

Câu 11: Sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy được lấy ra bằng cách nào (theo thực tế thí
nghiệm)? Vì sao lại lấy theo cách đó?
Theo thực tế thí nghiệm, sau khi xảy ra quá trình trích ly ta nhìn bằng mắt thường
thấy được sự phân pha và phân lớp của 2 sảm phẩm.

- Sản phẩm đỉnh: Ở trên ta tháo ra tại vòi bằng cách mở van V6.
- Sản phẩm đáy: Ở dưới ra lấy ra bằng cách mở van V3.
Câu 12: Nêu quá trình di chuyển của nguyên liệu và dung môi đi trong tháp? Tại sao?
Trong tháp có đường kính khoảng 10cm, bên trong được lắp các đĩa để tăng diện
tích tiếp xúc giữa các chất lỏng. Dung môi nước được cho vào đỉnh tháp và lưu lượng
nước vào đây được khống chế sao cho phù hợp với khả năng làm việc của tháp trích ly
bởi lưu lượng kế đặt trên dòng chảy, còn nguyên liệu được cho vào phần dưới tháp.
SVTH: Mạc Quốc Vĩ

Trang 13


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM QT & TB TRUYỀN NHIỆT VÀ TRUYỀN CHẤT
Dung môi đi từ trên xuống và nguyên liệu đi từ dưới lên sẽ tiếp xúc với nhau tại các
đĩa.
Câu 13: Vì sao chọn nguyên liệu là hỗn hợp axit axetic – toluen để trích ly? Dùng hỗn
hợp khác được không? Vì sao? Cho ví dụ?
Vì trong phòng thí nghiệm hỗn hợp axit axetic – toluen là nguyên liệu rẻ và dễ tìm,
hơn nữa 2 nguyên liệu này có nhiệt độ sôi khác xa nhau và độ hòa tan vào dung môi
cũng khác nhau.
Có thể dùng hỗn hợp khác nếu 2 chất đó có những tính chất nêu trên. VD: dd xăng
và rượu etylic trích ly với dung môi là nước
Câu 14: Nước có vai trò gì trong quá trình trích ly hỗn hợp axit axetic – toluen? Có thể
dùng dung môi khác để trích ly hỗn hợp được không? Vì sao? Có phải bao giờ cũng
dùng nước làm dung môi trích ly?
Nước đòng vai trò là dung môi hòa tan axit axetic nhưng không hòa tan trong
toluen.
Có thể dùng dung môi khác để trích ly hỗn hợp, vì chất có khả năng tan trong 1 cấu
tử nhưng không tan (hoặc tan hạn chế) với cấu tử còn lại có thể sử dụng làm dung
môi.

Không phải bao giờ cũng dùng nước làm dung môi trích ly, vì việc chọn dung môi
trích ly phụ thuộc vào bản chất khác nhau của các cấu tử trong nguyên liệu đối với
dung môi, trong bài này ta chọn nước vì nước đảm bảo được các yếu tố trên và cũng là
1 chất rẻ và dễ tìm.

SVTH: Mạc Quốc Vĩ

Trang 14


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM QT & TB TRUYỀN NHIỆT VÀ TRUYỀN CHẤT
BÀI 3: HẤP THỤ
I. Trả lời câu hỏi:
Câu 1: Khi lưu lương CO2 vào thiết bị không đổi, nếu tăng lượng dung môi nước vào
thiết bị thì lượng CO2 bị dung môi hấp thụ sẽ thay đổi như thế nào? Nồng độ CO 2 trong
sản phẩm đáy sẽ thay đổi như thế nào? Giải thích sự thay đổi đó?
Khi lượng CO2 vào thiết bị không đổi nếu tăng lưu lượng dung môi nước vào thiết
bị thì lượng CO2 bị hấp thụ sẽ tăng lên, nồng độ CO 2 trong sản phẩm đáy sẽ tăng lên vì
khi tăng dung môi diện tích bề mặt tiếp xúc giữa CO 2 và nước tăng lên, có nghĩa là CO 2
sẽ bị hấp thụ nhiều.
Câu 2: Khi lưu lượng dung môi vào không đổi, nếu tăng lưu lượng CO 2 vào thiết bị thì
lưu lượng CO2 bị dung môi hấp thụ sẽ thay đổi như thế nào? Nồng độ CO 2 trong sản
phẩm đáy sẽ thay đổi như thế nào? Giải thích sự thay đổi đó?
Khi lượng dung môi vào không đổi, lượng CO 2 tăng lên, khi đó lượng CO2 hấp thụ
sẽ tăng đến giá trị nào đó rồi không đổi, nồng độ CO 2 trong sản phẩm đáy cũng vậy.
Khi lượng CO2 vào nhiều với lượng dung môi không đổi, khi 2 pha tiếp xúc với nhau,
dung môi sẽ hấp thụ CO 2 nhưng khả năng hấp thụ CO 2 của dung môi là có hạn, đến một
thời điểm nào đó thì dung môi sẽ bão hòa và không thể hấp thụ CO 2 được nữa, còn Co2
không hấp thụ sẽ đi ra ngoài dẫn đến tiêu tốn lượng khí CO 2.
Câu 3: Nhận xét hiệu suất quá trình hấp thụ trong 2 nghiên cứu trên. Hiệu suất hấp

thụ phụ thuộc vào những yếu tố nào?
Nghiên cứu 1 : Hiệu suất tăng
Nghiên cứu 2 : Hiệu suất răng
Vì vậy hiệu suất tăng hay giảm đều phụ thuộc vào hàm lượng dung môi, và dộ
nhớt của dung môi.
Câu 4: Nêu phương pháp tính khối lượng riêng của hỗn hợp ở nhiệt độ bảo quản
không đổi cho trước.
Được xác định theo công thức:
Trong đó: x1, x2: Nồng độ các cấu tử
Câu 5: Tại sao số lần bơm khí càng lúc càng giảm?

SVTH: Mạc Quốc Vĩ

Trang 15


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM QT & TB TRUYỀN NHIỆT VÀ TRUYỀN CHẤT
Vì ban đầu máy bắt đầu hoạt động chưa có khí vào thì cần một lượng khí lớn để
thực hiện quá trình hấp thụ. Và nồng độ phần CO 2 hấp thụ sẽ ngày càng nhỏ khi tăng
lượng nước hoặc giảm lượng CO2 ban đầu, vì thế lượng Na2CO3 tạo ra càng ít nên số
lần bơm không khí chứa CO2 vào ngày càng giảm.
Câu 6: Giải thích tại sao hiệu suất quá trình tính theo nồng độ phần mol lại sai khác
với nồng độ phần mol tương đối? Vì 2 công thức tính khác nhau.

SVTH: Mạc Quốc Vĩ

Trang 16


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM QT & TB TRUYỀN NHIỆT VÀ TRUYỀN CHẤT

II. Báo cáo thí nghiệm:
Nhiệt độ thí nghiệm giả định cho cả 2 lần nghiên cứu là : 31 0C
Gọi : - Vx là lưu lượng thể tích dung môi nước, lít/h
- Vy là lưu lượng thể tích CO2, lít/phút
- V0 là lưu lượng thể tích không khí trơ ở điều kiện tiêu chuẩn, V 0 = constant,
Nm3/h : 50
- V là lưu lượng thể tích không khí trơ ở điều kiện làm việc, V = constant, m 3/h
2.1. Giai đoạn 1: Khảo sát ảnh hưởng của lưu lượng CO 2 trong nguyên liệu đến
hiệu suất của quá trình hấp thụ khi tiến hành thì nghiệm ở giá trị lưu lượng
dung môi nước không đổi.
Ta tiến hành thí nghiệm ở:
- Giá trị lưu lượng dung môi nước Vx constant = 60 lít/h = 0.06 m3/h
- Lưu lượng thể tích không khí trơ ở điều kiện tiêu chuẩn V 0 = 50 Nm3/h không đổi
- Giá trị lưu lượng CO2 Vy tăng dần như sau:
lít/phút
Vy1
4
Vy2
6
Vy3
8
2.1.1. Xác định nống độ CO2 trong hỗn hợp đầu

m3/h
0,24
0,36
0,48

Các thông số tiêu chuẩn và không đổi
Nhiệt độ tiêu chuẩn T0, oK

Nhiệt độ thí nghiệm t, oC
Nhiệt độ thí nghiệm T, oK
Áp suất thí nghiệm P = 1at, N/m2
Áp suất tiêu chuẩn P0 = 1atm, N/m2
Hằng số khí R, J.kmol.K
Thể tích của 1 kmol khí bất kỳ ở ĐKTC V0, m3/kmol
Khối lượng mol của CO2, MCO2, g/mol
Khối lượng mol của không khí, Mkk, g/mol
Khối lượng riêng của CO2, ρCO2, g/l
Khối lượng riêng của không khí ρkk, g/l

SVTH: Mạc Quốc Vĩ

Trang 17

273
31
304
98100
101354
8316,2
22,4
44
29
1,979872
1,188331
7


Bảng 1: Tính lưu lượng và nồng độ hỗn hợp ban đầu theo từng cấu tử thành phần: CO 2 và không khí trơ

STT
TN

0
1
2
3

Lưu lượng thể tích
Lưu
Lưu
Lưu
lượng
lượng
Lưu
lượng thể
thể tích thể tích lượng
tích hỗn
H 2O
CO2
thể tích
hợp
vào
vào
không
không khí
không
thay
khí trơ

+ CO2 vào,
đổi,
đổi,
vào, Vđ
Vhh.đ
Vxđ
Vyđ
m3/h
m3/h
m3/h
m3/h
Vxđ
Vyđ
Vđ
Vhh.đ
1
2
3
4
0,06
0,24
47
47,24
0,06
0,36
47
47,36
0,06
0,48
47

47,48

Lưu lượng khối lượng
Nồng
độ CO2
trong
hỗn
hợp
khí, vđ
phần
thể tích

Lưu
lượng
khối
lượng
CO2
vào, Gyđ
kg/h

Lưu
lượng
khối
lượng
không
khí trơ
vào Gđ
kg/h

Lưu

lượng
khối
lượng
hỗn hợp
không khí
+ CO2 vào
Ghh.đ kg/h

vđ
5
0,005
0,008
0,010

Gyđ
6
0,475
0,713
0,950

Gđ
7
55,85
55,85
55,85

Ghh.đ
8
56,33
56,56

56,80

Nồng
độ CO2
trong
hỗn
hợp
khí ađ
phần
khối
lượng
ađ
9
0,005
0,008
0,010

Lưu
Lưu
lượng
lượng
mol
mol
CO2
không
vào,
khí trơ
Nyđ
vào, Nđ
kmol/

kmol/h
h
Nyđ
10
0,011
0,016
0,022

Nđ
11
1,926
1,926
1,926

Lưu lượng mol
Nồng độ
Nồng
Lưu
CO2
độ
lượng
trong
phần
mol hỗn
hỗn hợp
mol
hợp
không
tương
không khí

khí + CO2 đối của
+ CO2 vào,
vào, yđ
CO2 Yđ
Nhh.đ
phần
kmolA/
kmol/h
mol
kmolB
Nhh.đ
yđ
Yđ
12
13
14
1,937
0,003
0,003
1,942
0,005
0,005
1,948
0,007
0,007


2.1.2. Xác định nồng độ CO2 và lưu lượng trong sản phẩm đỉnh và hiệu suất quá
trình hấp thụ
Các thông số chuẩn độ không đổi:

- Nồng độ dd NaOH dùng để chuẩn độ hỗn hợp khí sp đỉnh, C NaOH, M
- Thể tích dung dịch NaOH không đổi dùng để chuẩn độ, V NaOH, ml
- Số mol NaOH không đổi dùng chuẩn độ sp đỉnh, tương ứng với V NaOH, mol
- Số mol CO2 không đổi trong hỗn hợp khí chuẩn độ, mol
- Nhiệt độ tiêu chuẩn T, oK
- Nhiệt độ thí nghiệm t, oC
- Nhiệt độ thí nghiệm T, oK
- Áp suất thí nghiệm P = 1 at, N/m2
- Áp suất tiêu chuẩn P0 = 1 atm, N/m2
- Hằng số khí R = 82,05 at.ml.K = J/kmol.K
- Thể tích của 1 kmol khí bất kỳ ở điều kiện tiêu chuẩn V 0, m3/kmol
- Khối lượng mol của CO2 MCO2, g/mol
- Khối lượng mol của không khí Mkk, g/mol

0,0015
20
0,0375
1,5.10-5
273
31
304
98100
101354
8316,2
22,4
44
29
1,97987

- Khối lượng mol của nước MH2O, g/mol

- Khối lượng riêng của CO2, ρCO2, kg/m3
- Thể tích mình khí mẫu, ml
Số lần bơm khí vào bình hấp thụ mẫu, lần:

2
1,18833
50

TN1
80

TN2
65

TN3
57


Bảng 2: Tính nồng độ CO2 trong sản phẩm đỉnh theo phân tích chuẩn độ và tính hiệu suất quá trình hấp thụ

STT
TN

0
1
2
3

Lưu
lượng

thể tích
CO2 vào
thay
đổi, Vxđ
m3/h
Vxđ
1
0,06
0,06
0,06

Lưu
lượng
thể tích
CO2 vào
thay
đổi, Vyđ

Thể
tích
khí sử
dụng
để
chuẩn
độ, ml

Số mol CO2
không đổi
trong hỗn
hợp khí

chuẩn độ,
mol

Vyđ
2
0,24
0,36
0,48

Vkhí
3
3760
3055
2679

nCO2
4
1,5.10-5
15.10-5
15.10-5

Nồng độ
Số mol
phần mol của Nồng độ
hỗn
CO2 trong
phần mol
hợp
hỗn hợp khí tương đối
khí

sau hấp thụ của CO2 Yc,
chuẩn
yc ,
kmolA/km
độ,
kmolA/kmol(
olB
mol
A+B)
nkhí
yc
Yc
5
6
7
-5
0,155
9,7.10
9,7.10-5
0,126
1,19.10-4
1,19.10-4
0,110
1,36.10-4
1,36.10-4

Nồng độ
phần mol
của CO2
trong hỗn

hợp khí ban
đầu yđ
kmolA/Kmol
(A+B)
yđ
8
0,0034
0,0050
0,0066

Hiệu suất
Nồng độ
qá trình
phần mol
(hay độ hấp
tương đối
thụ) tính
của CO2 Yđ
theo nồng
kmolA/km
độ phần
olB
mol, %
Yđ
9
0,0034
0,0050
0,0067

H

10
2,892
2,385
2,054

Hiệu suất
quá trình
(hay độ hấp
thụ) tính
theo nồng
độ phần mol
tương đối,
%
H
11
2,883
2,374
2,040

Bảng 3: Tính lưu lượng sản phẩm đỉnh và tính hiệu suất của quá trình hấp thụ theo độ giảm của lưu lượng mol CO2 trong pha khí
Nguyên tắc: Xuất phát từ lưu lượng khí trơ là không đổi trong suốt quá trình hấp thụ, kết hợp với nồng độ phần mol của CO 2 trong hỗn hợp khí
ra phân tích được, ta sẽ tính được khối lượng mol và khối lượng riêng của hỗn hợp, từ đó tính được các loại lưu lượng
Lưu
Hiệu suất
Nồng độ
Lưu lượng
Khối
Lưu
lượng
Lưu

Lưu lượng Khối lượng Lưu lượng
Lưu
quá trình
phần mol
mol hỗn
lượng
lượng
mol
lượng
khối
riêng của
thể tích
lượng
(hay độ hấp
CO2 trong
hợp không mol của
mol CO2
không
mol CO2
lượng hỗn hỗn hợp khí hỗn hợp
mol CO2
thụ) tính
STT
hh khí ra yc,
khí+CO2
hỗn hợp
bị hấp
khí trơ
ra, Nyc
hợp khí ra

ra ở đỉnh, khí ra, Vhh.c
vào,
theo lưu
TN
kmolA/kmo
ra, Nhh.c
khí ra
thụ,
ra Nc,
kmol/h
Ghh.c kg/h
kg.m3
m3/h
kmol/h
lượng mol,
l(A+B)
kmol/h
kg/kmol
kmol/h
kmol/h
%
Nc
yc
Nyc
Nhh.c
Mhhđỉnh
Ghh.c
ρhhđỉnh
Vhh.c
Nyđ

Ny
H
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
-5
-4
1
1,926
9,70210
1,8710
1,926
29,001
55,86
1,188
47,004
0,011
0,011
0,983
-4
2

1,926
0,0001194
2,310
1,926
29,002
55,86
1,188
47,005
0,016
0,016
0,986
-4
3
1,926
0,0001362 2,6210
1,926
29,002
55,86
1,188
47,005
0,022
0,021
0,988


2.1.3. Xác định nồng độ CO2 và lưu lượng sản phẩm đáy theo cân bằng vật liệu
Nguyên tắc: Do việc xác định lượng CO 2 bị hấp thụ trong nước bằng phương pháp
phân tích không chính xác (lượng thu hồi quá nhỏ), vậy ta tính các loại lưu lượng theo
CBVL toàn tháp.
Vì lưu lượng nước là không đổi trong giai đoạn 1, ta tính lưu lượng nước dưới các

dạng đơn vị như sau:
- Lưu lượng thể tích nước vào thiết cmn bị Vxđ, lít/h
- Lưu lượng thể tích nước vào thiết bị Vxđ, m3/h
- Khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ thí nghiệm ρH2O, kg/m3
- Lưu lượng khối lượng nước vào thiết bị, Gxđ, kg/h
- Khối lượng mol của nước: MH2O, g/mol

60
0,06
994,70
59,682
18
3,315666

- Lưu lượng mol nước vào thiết bị, Nxđ, kmol/h

7

Tính khối lượng riêng của nước theo nhiệt độ bằng phương pháp nội suy:
1
2

Thông số
t, oC
ρ, kg/m3

KHỐI LƯỢNG RIÊNG, ρ, kg/m3
0
20
40

31
1000
998
992
994,70


Bảng 4: Tính lưu lượng và nồng độ sản phẩm đáy
Số liệu thí nghiệm

Số liệu tính toán

Lưu lượng
mol bị
STT
nước hấp
TN
thụ, Ny
kmol/h
Vxđ
Vyđ
Nyđ
Nyc
Ny
0
1
2
3
4
5

1
0,06
0,24
0,011
0,0001869
0,011
2
0,06
0,36
0,016
0,00023
0,016
3
0,06
0,48
0,022
0,0002623
0,021
2.1.4. Tính CBVL và phương trình đường làm việc cho tháp hấp thụ
- Dung môi ban đầu là nước, có nồng độ CO 2 ban đầu Xđ
0
- Lưu lượng mol không khí trơ vào Ntr.đ, kmol/h
3,2087581
- Lưu lượng mol dung môi nước vào Nxđ, kmol/h
3,3156667
- Lưu lượng mol dung môi nước tiêu tốn riêng l, kmol/h
1,0333177
Bảng 5: Xác định CBVL và phương trình đường làm việc
Lưu lượng thể
tích H2O vào

không đổi, Vxđ
m3/h

Lưu lượng
thể tích CO2
vào thay đổi,
Vyđ m3/h

Lưu lượng
mol CO2
vào, Nyđ
kmol/h

Lưu lượng
mol CO2 ra
ở đỉnh Nyc,
kmol/h

Lưu lượng
mol dung
môi nước
Nx, kmol/h

Lưu lượng
mol hh sp
đáy, Nspđáy
kmol/h

Nồng độ phần mol
CO2 trong hỗn hợp

sản phẩm đáy xc
kmolA/kmol(A+B)

Nồng độ phần
mol tương đối
CO2 Xc,
kmolA/kmolB

Nx
6
3,316
3,316
3,316

Nspđáy
7
3,326
3,332
3,337

xc
8
0,0032
0,0048
0,0064

Xc
9
0,0032
0,0048

0,0064

STT TN

Yđ

Yc

Ntr.đ*(Yđ - Yc),
kmol/h

Xđ

Xc

Nxđ*(Xc - Xđ),
kmol/h

0

1

2

3

4

5

6

1
2
3

0,0034
0,0050
0,0067

9,70.10-5
1,19.10-4
1,36.10-4

0,0105
0,0158
0,0211

0
0
0

0,0032
0,0048
0,0064

-0,0108
-0,0163
-0,0218

Các phương trình đường làm việc ở những
lưu lượng CO2 tăng dần
7
Y = l*X + (Yc - l*Xđ)
Y = 1,0333*X - 0,0075
Y = 1,0333*X - 0,0113
Y = 1,0333*X - 0,0151


- Yđ là nồng độ phần mol tương đối của CO2 trong hỗn hợp khí ban đầu.
- Yc là nồng độ phần mol tương đối của CO2 trong hỗn hợp khí ra ở đỉnh.
- Xđ là nồng độ phần mol tương đối của CO 2 trong nước ban đầu.
- Xc là nồng độ phần mol tương đối của CO2 trong hỗn hợp sản phẩm đáy.
2.1.5. Xác định phương trình đường cân bằng hấp thụ CO2 cho tháp hấp thụ
a. Xác định hằng số cân bằng m
Từ bảng 12-1 (Cơ sở các QT & TB CNHH, tập 2, trang 75) ta tra được hệ số Henry cả CO 2 tan vào trong nước:
Số liệu hệ số Henry của dung dịch khí,
No
Thông số
mmHg
o
1
T, C
30
40
31
2
ψ, mmHg
1140000
1770000

1203000
P thí nghiệm, mmHg
Hệ số Henry ψ, mmHg

735,6
1203000
1635,399
Hằng số cân bằng m = ψ/P, mmHg
7
b. Phương trình đường cân bằng viết theo nồng độ phần mol
Thông thường trong QTHT, đặc biệt với các khí khó hấp thụ như CO 2, nồng độ CO2 trong lỏng x là rất nhỏ so với nồng độ CO2 trong hỗn hợp khí
vào y. Do vậy người ta thường tính x theo y cho trước.
y
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0,0001222 0,000183 0,000244 0,000305 0,0003668
0,000489 0,000550 0,00061
-5
x
0
6,115.10

9
4
6
7
8
0,000428
2
3
1
Với các số liệu X, Y tính được trên, hãy vẽ đường cân bằng tính theo nồng độ phần mol của CO 2 trong nước với trục tung là Y và trục hoành là X
c. Phương trình đường cân bằng viết theo nồng độ phần mol tương đối
Tính Y theo X:
Y
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
5,559E- 0,0001019 0,000141 0,000174 0,000203 0,0002293 0,000251 0,000271 0,000289 0,00030
0
X
05
2
1

7
9
5
8
8
7
6


Với các số liệu X, Y tính được trên, hãy vẽ đường cân bằng tính theo nồng độ phần mol tương đối của CO 2 trong nước với trục tung là Y và trục
hoành là X


x

2.2. Giai đoạn 2: Khảo sát ảnh hưởng của việc tăng lưu lượng dung môi nước
đến hiệu suất của quá trình hấp thụ khi tiến hành thí nghiệm ở giá trị lưu
lượng CO2 và khí trơ vào không đổi.
Ta tiến hành thí nghiệm ở t, oC

31

- Giá trị lưu lượng VCO2 Vy = constant (đã xác định được ở gđ 1), lít/phút

4

- Lưu lượng thể tích không khí trơ ở điều kiện tiêu chuẩn V 0 = constant, Nm3/h 30
- Giá trị ưu lượng thể tích dung môi nước V x tăng dần như sau:

lít/h

m3/h
Vx1
140
0,14
Vx2
180
0,18
Vx3
220
0,22
2.2.1. Xác định nồng độ và lưu lượng CO2 trong hỗn hợp đầu
Theo tính toán ở giai đoạn 1
- Nồng độ CO2 trong hỗn hợp khí vào là không đổi yđ, phần mol

0,24

- Lưu lượng mol CO2 vào là không đổi Nyđ, kmol/h

0,0108

y

X

2.2.2. Xác định nồng độ CO2 trong sản phẩm đỉnh và hiệu suất quá trình hấp
thụ
Số lần bơm khí vào bình hấp thụ mẫu, lần:
TN1
35

TN2
68

TN3
70

Y