DISSOLVER THIẾT BỊ HÒA TAN

GVHD: Trịnh Hoài Thanh
PHẦN 1:

DISSOLVER
LÝ THUYẾT TỔNG QUAN

A. LÝ THUYẾT VỀ DISSOLVER
Là một trong các đơn vị tổ chức xử lý chất rắn: DISSOLVER,…
DISSOLVER- THIẾT BỊ HÒA TAN
 Những thông tin chung.
 Các mô hình phát triển của dissolver.
 Hệ số truyền khối tương quan.
 Phân phối theo kích thước hạt.
 Phương trình cân bằng vật chất và năng lượng. Đồ thị cân bằng pha.
 Quá trình giải quyết.
Keywords: dissolver, dissolution, solvent, solution, crytal
I. THÔNG TIN CHUNG:
Sự hòa tan chất rắn vào trong dung dịch lỏng là một quá trình truyền khối được sử
dụng rộng rãi trong công nghệ hóa học, cả trong quá trình hữu cơ lẫn vô cơ. Mục đích
của thiết bị thùng khuấy hòa tan là trộn đều các chất bằng bộ phận khuấy, và khi thiết bị
hoạt động liên tục thì được gọi là thùng khuấy hòa tan liên tục hay CSTD ( continuous
stirred tank dissolver). Thiết bị khuấy hòa tan trong phần mềm PRO/II là thiết bị liên tục
CSTD. Dòng cấp nhiệt có thể được sử dụng trong thiết bị nếu có yêu cầu.

Hình 1. Thiết bị khuấy hòa tan liên tục ( CSTD).
-1-


GVHD: Trịnh Hoài Thanh

DISSOLVER

II. PHÁT TRIỂN CÁC MÔ HÌNH DISSOLVER:
Sự hòa tan chất tan từ các phần tử rắn vào môi trường lỏng xung quanh có thể được mô
hình hóa thành mức độ giảm thể tích của các phần tử rắn theo công thức sau:
 p V p t  V p t t  Ap k L   L S  C  t
(1)
trong đó:
ρp = khối lượng riêng của phần tử rắn, kg/m3
Vp = thể tích của phần tử rắn, m3
Ap = diện tích bề mặt của phần tử, m2
kL = hệ số truyền khối pha lỏng, kg/ m2.sec
ρL = khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m3
S = độ hòa tan, kg chất tan/ kg chất lỏng
C = nồng độ chất tan trong pha lỏng, kg/m3
 = thời gian, sec
 Ý nghĩa của phương trình:
Khi t  0 , phương trình (1) trở thành:
dV
(2)
 p p  A p k L   L S  C  
dt
4
V p  r 3 , Ap 4r 2
(3)
3
với r= bán kính phần tử rắn, m
dr
p
 k L   L S  C  
(4)

dt





Phương trình (4) mô tả mức độ truyền khối trên một đơn vị diện tích thì phụ thuộc vào
hai yếu tố; hệ số truyền khối và sự khác biệt nồng độ. Hệ số truyền khối ở đây là hệ số
pha lỏng, kể từ lúc phân tán chất tan bề mặt phần tử qua màng phin chất lỏng tới lúc
chiếm phần lớn trong dung dịch lỏng là chiếm ưu thế hay các bước mức độ điều khiển.
Sự khác biệt nồng độ là sự khác biệt giữa nồng độ cân bằng tại đường cân bằng lỏng- rắn
và nồng độ chất tan trong chất lỏng hòa tan.
Tích phân phương trình (4) với hằng số kL:
k
r  L (  L S  C )
(5)
p
Thấy rằng sự thay đổi kích thước của phần tử rắn phụ thuộc vào quá trình hòa tan.
Sau đây là những giả thiết đơn giản được dùng để phát triển mô hình dissolver:
- Phần tử rắn có dạng hình cầu.
- Không có sự lắng cặn (settling), nứt vỡ, hay sự kết tụ của các phần tử rắn.
- Chất lỏng trong thiết bị dissolver phải là loại dòng liên tục trong thùng khuấy, cho dù
phần tử rắn có thể là dòng ngắt quãng (plug flow). Như là tất yếu, nhiệt độ và nồng độ
pha lỏng trong dissolver thì không đổi, và tất cả phần tử rắn thì có cùng thời gian lưu.
- Sự hòa tan một cấu tử rắn đơn lẻ chỉ là được mô hình hóa, và sự hiện diện của cấu tử trơ
thì không tác động đến quá trình hòa tan.

-2-

GVHD: Trịnh Hoài Thanh

DISSOLVER

III. HỆ SỐ TRUYỀN KHỐI TƯƠNG QUAN:
Hệ số truyền khối pha lỏng có kL là một hàm thay đổi theo biến số lượng như sự phân
tán của chất tan trong dung môi lỏng, công suất và đường kính cánh khuấy, và tính chất
vật lý của cấu tử rắn và lỏng. Đối với những phần tử lớn, hệ số này được thấy là có phụ
thuộc vào kích thước phần tử rắn, dù đối với phần tử nhỏ, thì hệ số này tăng khi kích
thước phần tử giảm. Mối tương quan sau đây được đề nghị bởi Treybal cho truyền khối
pha lỏng trong huyền phù lỏng- rắn:
Khi dp < 2mm,
ShL 2  0.47 Re

0.62
p

 di

 dt





0.17

Sc L0.36

(6)

Khi dp> 2mm,
ShL 0.222 Re 3p/ 4 Sc1L/ 3

(7)

trong đó:
dp = đường kính phần tử rắn, m
ShL= số Sherwood của pha lỏng, không có thứ nguyên
Rep= số Reynolds của phần tử rắn, không thứ nguyên
di = đường kính cánh khuấy, m
dt = đường kính thiết bị dissolver, m
ScL = số Shmidt của pha lỏng, m
Từ ShL ta có thể suy ra được giá trị của kL .
Đó là mối quan hệ mặc định được dùng trong mô hình dissolver để tính toán hệ số truyền
khối. Nếu dữ liệu truyền khối chi tiết thì khả năng, mối quan hệ sau đây có thể được chọn
bởi các thông số đơn giản a,b và dcut
Khi dp < dcut,
a
b
k L   0.1733
(8)
dp dp
Trong đó
a, b = các tham số của hệ số truyền khối
dcut = giới hạn đường kính của phần tử rắn, m
Khi hệ số truyền khối kL là một hàm theo kích thước phần tử rắn, phương trình (4) có thể
lấy tích phân như sau:
r2
dr

   L S  C  /  p
(9)

k
r1 L
dùng trong số cầu phương (numerical quadrature).
Chú ý : cả bán kính r và đường kính dp đều được dùng cho kích thước phần tử rắn ở đây,
nhưng sự chuyển đổi qua lại giữa r và dp được thực hiện trong chương trình.

-3-


GVHD: Trịnh Hoài Thanh

DISSOLVER

IV. PHÂN PHỐI THEO KÍCH THƯỚC HẠT:
Đối với một chất rắn được hiện diện theo phân bố riêng biệt theo kích thước, r1f, r2f,.. rif
và m1f, m2f,.. mif là kích thước phần tử và lưu lượng khối lượng của dòng vào rắn, và r1p,
r2p,.. rip là phân phối theo kích thước phần tử của sản phẩm rắn. Trong trường hợp hằng số
không đổi kL, từ phương trình (5),
k
rip rif  L (  L S  C )
(10)
p
và mức độ hòa tan:
  r 3 
ip
  1    mif


 
r
i 
  if  
3
 
 
k
L
  L S  C     mif
 1  1 
(11)


r

i 
p
if
 
 
V. CÂN BẰNG VẬT CHẤT – NĂNG LƯỢNG. GIẢN ĐỒ CÂN BẰNG PHA:
Cân bằng vật chất và năng lượng xung quanh thiết bị dissolver cũng như cân bằng lỏnghơi cần phải được thỏa mãn. Độ hòa tan cân bằng chất rắn, cũng cần chắc chắn. Có nhiều
phương trình, và nhiều trong số chúng ở dạng đơn giản, được cho dưới đây: Các phương
trình cân bằng vật chất-năng lượng
Tổng quát,
F= E + B
(12)
trong đó
F= lưu lượng dòng vào, kg/s

E= lưu lượng sản phẩm phần đỉnh, kg/s
B= lưu lượng sản phẩm phần đáy, kg/s
Từng cấu tử,
- chất tan: Fsolute= Esolute + Bsolute
(13)
- dung môi : Fsolvent= Esolvent+ Bsolvent
(14)
- chất trơ: Fi= Ei + Bi
(15)
trong đó
solute tượng trưng cho cấu tử tan
solvent tượng trưng cho cấu tử dung môi
i tượng trưng cho cấu tử trơ
Cân bằng chất tan trong lỏng-rắn
liq
Fsolute  Fsolute
 PF
(16)
liq
Bsolute  Bsolute
P

(17)

trong đó:
liq
Fsolute
lưu lượng của cấu tử tan trong dòng lỏng nhập liệu, kg/s
PF = lưu lượng của chất rắn trong dòng nhập liệu, kg/s
liq

Bsolute
lưu lượng của cấu tử tan trong dòng sản phẩm đáy, kg/s
P = lưu lượng của chất rắn trong dòng sản phẩm rắn, kg/s

-4-


GVHD: Trịnh Hoài Thanh

DISSOLVER

Cân bằng hơi chất tan
 E 
 MWsolute
E solute Ysolute 
 MW

vapor 

trong đó:
MWsolute= khối lượng phân tử của cấu tử tan, kg/kgmol
MWvapor= khối lượng phân tử của sản phẩm đỉnh, kg/kgmol
E = lưu lượng của dòng sản phẩm đỉnh, kg/s
Y = tỷ lệ mol trong dòng sản phẩm đỉnh
Phương trình cân bằng năng lượng
Nhiệt cung cấp = Enthalpy sản phẩm – Enthalpy nhập liệu
Các phương trình cân bằng pha
- Cân bằng lỏng-rắn: Xsolute= f1(nhiệt độ)
- Cân bằng lỏng-hơi: Yi= f1(Xi)

(18)

(19)
(20)
(21)

Thời gian lưu
V

Q
trong đó:
thời gian lưu trong thiết bị dissolver, sec
V= thể tích vận hành của thiết bị, m3
Q= lưu lượng thể tích của dòng sản phẩm đáy, m3/sec

(22)

Nồng độ
C C f 


Q

(23)

VI. QUÁ TRÌNH GIẢI QUYẾT:
Thủ tục hay giải thuật giải quyết là dùng những phương trình trên, thực hiện tính toán
tuần tự các vấn đề lỏng-rắn thông qua động học truyền khối và cân bằng lỏng-hơi, tính
toán dựa vào cân bằng vật chất và năng lượng. Cái vòng lặp này sẽ được lặp đến khi
thành phần dòng sản phẩm không thay đổi và đạt được sự hội tụ, như sau:

 VT phương trình biểu thị khối lượng chất tan hòa tan vào dung dịch, với đại lượng
đặc trưng là độ giảm thể tích của cấu tử rắn, khi nhân với khối lượng riêng cấu tử rắn
ta có khối lượng cấu tử rắn đã hòa tan. Cấu tử rắn ban đầu có thể tích Vp/t, sau đó cấu
tử rắn hòa tan vào dung dịch làm giảm thể tích phần tử rắn xuống còn Vp/t+∆t:
VT 

p

V

p

t  V p t  t



 VP phương trình mô tả quá trình hòa tan theo hệ số tan kL, cũng làm rõ cho độ giảm
thể tích của cấu tử rắn đạt giá trị thể tích V nào thì quá trình hòa tan dừng lại.

-5-


GVHD: Trịnh Hoài Thanh

DISSOLVER

 Như chúng ta biết, mức độ hòa tan cực đại ứng với lượng thể tích dung dịch ban đầu
phụ thuộc vào độ tan của cấu tử rắn đó. Từ độ hòa tan và thể tích dung dịch chúng ta
sẽ tính được hàm lượng cấu tử rắn tan vào bao nhiêu với thể tích dung dịch đó
 Với C là nồng độ chất tan ban đầu trong dung dịch và rLS là nồng độ cực đại mà dung

dịch đạt được, thì đại lượng rLS – C biểu thị lượng cấu tử rắn cần tan vào để đạt giá trị
hòa tan lớn nhất.
VP  Ap k L ( 

L

S  C ) t

 Diễn biến này phụ thuộc vào thời gian t, vì hệ số hòa tan kL được tính trên một đơn vị
thời gian. Khi thời gian tăng lên thì nồng độ chất tan trong dung dich cũng tăng theo
và cuối cùng là đạt giá trị bão hòa.
 Khi t thay đổi thì C, Ap sẽ thay đổi theo. Còn rLS là giá trị không đổi.
 Thời gian t sẽ tăng cho đến khi C đạt giá trị bằng rLS.
 Như vậy, VP biểu hiện mức độ hội tụ.

 V
p

p



t  V p t  t  Ap k L ( 

L

S  C ) t

 Từ đó xác định thể tích Vp/t+∆t mà phần tử rắn đạt được sau quá trình hòa tan.

-6-


GVHD: Trịnh Hoài Thanh

DISSOLVER

B.NHỮNG TÍNH CHẤT CỦA CẤU TỬ RẮN
I. TỔNG QUAN
Cấu tử ở trạng thái rắn được khai báo ở hệ Phase. Chúng có thể là những cấu tử rắn
phân tử đã biết khối lượng phân tử hoặc là những cấu tử rắn không phân tử khi chưa biết
khối lượng phân tử . Dạng cấu tử rắn phân tử có thể tồn tại ở một vài pha, nhưng cần phải
cung cấp đủ tính chất cấu tử phù hợp với cơ sở nhiệt động dùng để dự đoán trạng thái đa
pha. Rắn không phân tử chỉ tồn tại ở một pha duy nhất.
Thuộc tính của cấu tử rắn được khai báo trong Component Data Category. Những dữ
liệu cấu tử rắn trong ngân hàng Process được mặc định ưu tiên tìm trước ( bảng 1.1). Tuy
nhiên, ngân hàng process lại không cung cấp dữ liệu cho cấu tử VLS. Trường hợp này
người dùng nên dùng ngân hàng simsci cho ưu tiên tìm kiếm cấu tử tinh khiết.
Bảng 1.1

Chương trình cung cấp hai lớp thuộc tính của chất rắn.
i. Phân phối theo kích thước phần tử (PSD). Người dùng có thể khai báo khoảng kích
thước theo nhóm phần tử. Ví dụ, khoảng kích thước đầu cho nhóm phần tử có thể từ 00.02 mm, nhóm thứ hai từ 0.02-0.1 mm, … Trong Stream Data Category, tỷ lệ thành
phần của từng cấu tử sẽ được phân phối cho tương ứng với kích thước. Cả hai loại cấu tử
rắn trên đều có thuộc tính PSD.
ii. Người dùng khai báo thuộc tính genaral. Nhưng sẽ không được dùng trong các thiết bị
chuẩn của Pro/II hay tiến hành các quá trình, chỉ được dùng để tiếp cận theo hướng thêm
thủ tục của người dùng hoặc các thủ tục nội tuyến. Tối đa là 100 thuộc tính general được
khai báo cho một cấu tử.
II. MÔ TẢ NHẬP LIỆU

Solid Attributes (optional)
ATTR
COMP= i, j, {PSD(unit)= s0, s1,...,}
GENERAL= 10, {GNAME=text1, text2,...}

-7-


GVHD: Trịnh Hoài Thanh

DISSOLVER

Thuộc tính của cấu tử rắn được gán sang cho mỗi cấu tử khi khai báo trong hệ thống
phase. Chương trình cung cấp các thuộc tính sau: phân phối theo kích thước phần tử và
general- thuộc tính người dùng định nghĩa.
COMP=i,j

PSD

GENERAL
GNAME

Số lượng cấu tử hay dãy cấu tử sẽ được khai báo thuộc tính trong hệ
ATTR, nếu i và j đều được khai báo thì tất cả các cấu tử có tính từ i đến j
đều có thuộc tính. Nếu j không được khai báo thì chỉ có i có thuộc tính
đó.
Phân phối kích thước phần tử, được mặc định theo chiều dài. Dãy đầu
tiên có những phần tử có đường kính từ s0 đến s1. Dãy thứ hai có các
phân tử từ s1 đến s2,… Dãy cuối là từ sn-1 đến sn, với n là số kích thước
được khai báo cho cấu tử.

Số thuộc tính do người dùng định nghĩa. Mặc định là 10, tối đa là 100.
Tên được người dùng định nghĩa cho mỗi thuộc tính general. Tối đa là 4
kí tự alpha. Tên mặc định được gán là AT01, AT02...

III. TÍNH CHẤT CẤU TỬ TINH KHIẾT
Bảng 1.2 sắp xếp những tính chất cấu tử tinh khiết được yêu cầu tới các lớp mẫu khác
nhau của cấu tử rắn. Xem thêm về “Component Definition”, để biết thông tin về nhập các
lớp pha khác nhau. Xem thêm về thông tin cách nhập tính chất đặc trưng của cấu tử rắn.
Khi có sự thay đổi trong mặc định của chương trình, người dùng cần phải khai báo
thêm tính chất của cấu tử khi phương trình nhiệt động không giải quyết và cũng không có
dữ liệu trong thư viện chương trình. Việc nhập thêm tính chất của cấu tử là bắt buộc để
quá trình có thể hoạt động.
Bảng 1.2

-8-


GVHD: Trịnh Hoài Thanh

DISSOLVER

C. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP NHIỆT ĐỘNG
I. LÝ THUYẾT NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC HỌC
Các lý thuyết nhiệt động là cơ sở dữ liệu quan trọng nhất cho việc tính toán quá trình
phân tách, hoạt động của toàn hệ thống.
Có nhiều phương pháp tính toán các tính chất này, trong đó, quan
trọng nhất là hai phương pháp:
- Phương pháp tương quan: API và Rackett.
- Phương pháp phương trình trạng thái: phương trình bậc ba tổng quát,
công thức Alpha, các quy luật tổng hợp, phương trình SRK, phương

trình PR, phương trình SRKP, SRKM, SRKS…
Phương pháp API và Rackett tính toán khá chính xác tỉ trọng của pha
lỏng, còn các tính chất nhiệt động khác như: enthalpy, entropy lỏng và
hơi, tỷ trọng pha hơi… thì được tính toán rất chính xác bằng các
phương trình trạng thái như: SRK, SRKM…
Lựa chọn mô hình nhiệt động:
Lựa chọn mô hình nhiệt động thích hợp một ứng dụng cụ thể đóng một vai trò rất quan
trọng, ảnh hưởng lớn đến độ chính xác của kết quả mô phỏng.
Mỗi phương pháp nhiệt động cho phép tính các thông số sau:
- Hằng số cân bằng pha K: thể hiện sự phân bố cấu tử giữa các pha ở
điều kiện cân bằng.
- Enthapy của các pha lỏng và pha hơi: xác định năng lượng cần thiết
để chuyển một hệ từ trạng thái nhiệt động này sang trạng thái khác.
- Entropy của các pha lỏng và hơi: xác định năng lượng tự do tối thiểu
trong các quá trình hoạt động.
- Tỷ trọng của pha lỏng và pha hơi: tính toán trong các quá trình truyền
nhiệt, truyền khối.
Để lựa chọn mô hình nhiệt động thích hợp, nên dựa vào các yếu tố
sau:
- Bản chất của các đặc trưng nhiệt động của hệ: Hằng số cân bằng
lỏng-hơi (VLE: Vapor Liquid Equilibrium) của các quá trình như chưng
cất, cô đặc, trích ly…
- Thành phần hỗn hợp.
- Phạm vi nhiệt độ và áp suất.
- Các thông số hoạt động sẵn có của thiết bị.
Bảng 1.3: Các phương pháp nhiệt động trong Pro/II

-9-

GVHD: Trịnh Hoài Thanh

DISSOLVER

- 10 -


GVHD: Trịnh Hoài Thanh

DISSOLVER

Như trên ta thấy để lựa chọn một phương pháp nhiệt động nào, ta cần phải biết phương
pháp nhiệt động đó có thỏa mãn được tính chất của hệ hay không=> nắm rõ tính chất của
hệ để chọn phương trình nhiệt động thích hợp.
II. LÝ THUYẾT NHIỆT ĐỘNG CHO DISSOLVER
Cân bằng rắn-lỏng cho hầu hết các hệ thống có thể được miêu tả trong PRO/II bởi
phương pháp hòa tan Van’t Hoff ( Ideal ) hoặc Solubility Data.
Nhìn chung, phương pháp Van’t Hoff là phương pháp gần chính xác cho dung dịch lí
tưởng. Dung dịch không lí tưởng nên dùng “Solubility Data ”.
2.1. Phương trình Van’t Hoff:
Mô tả đơn giản nhất cho sự hòa tan của chất rắn vào pha lỏng là giả sử hệ số hoạt độ
của chất tan trong pha lỏng bằng một. Khả năng hòa tan được quyết định bởi tỉ số : rắn
tan/ toàn bộ rắn trong pha lỏng, pha lỏng được làm lạnh (pure solid's fugacity /standardstate fugacity in the liquid phase, which is that of a pure subcooled liquid).
Tỉ số bằng 1 nếu chất tan ở điểm ba ,khả năng hòa tan cũng bằng 1. Ở nhiệt độ thấp, nó
có thể tính chính xác nhiệt độ nóng chảy nhiệt nóng chảy, càng chính xác nếu ước lượng
được sự thay đổi nhiệt dung nóng chảy. Từ phương trình van't Hoff , Prausnitz et al đã
rút ra :
 C p  Tt
H m  T
 C p Tt

ln xi 

1
  1 
  R ln T
RT  Tt
R  T


Với :
ΔHm = biến thiên enthalpy trong quá trình tan chảy
ΔCp = biến thiên nhiệt dung riêng (heat capacity change of melting)
Tt = nhiệt độ điểm ba
Trong thực tế,nhiệt độ tan chảy được sử dụng thay vì dùng nhiệt độ điểm ba.Sự khác
nhau là không đáng kể.
2.2. Solubility Data:
Thay thế cho hệ thống dữ liệu đủ tồn tại,khả năng hòa tan có thể được nhập bởi user
trong mối tương quan khả năng hòa tan theo nhiệt độ, được rút ra từ phương trình Van’t
Hoff :
ln xij  Aij  Bij / T  Cij lnT 
Với :
xij = độ tan cân bằng của chất tan i trong dung môi j ở nhiệt độ xác định
Aij, Bij, Cij là các hệ số tương ứng với trong phương trình của chất tan i trong dung
môi j.
Khả năng hòa tan của chất tan trong hỗn hợp dung môi :
ln xi  Z j ln  xij 
j

Zj là phân mol của dung môi j ,được tiêu chuẩn hóa .Vơi z là phân mol , ta có :
zj

Zj 
1 z j

- 11 -


GVHD: Trịnh Hoài Thanh
PHẦN 2:


DISSOLVER

TÌM HIỂU ỨNG DỤNG DISSOLVER TRONG PRO/II

Icon

Hình 2.1: Icon Dissolver trong PRO/II
Dissolver có 2 ứng dụng lớn là: Design và Rating
-Trong Design : cho biết hàm lượng cấu tử rắn hòa tan từ số liệu ban đầu là kích thước
phần tử rắn, từ độ hòa tan như vậy ta tính được thể tích hoạt động
của thiết bị.
Đây là bài toán tính kích thước thiết bị khi biết các thông số đầu vào.Dữ liệu của bài
toán cung cấp giá trị của VT phương trình (*) từ đó tính toán các giá trị của VP

 V
p

p



t  V p t  t  Ap k L ( 

L

S  C ) t

Trong Design :dữ liệu nhập vào
 Solute Dissolution Rate- Mức độ hòa tan chất tan: nhập vào mức độ hòa tan của tinh
thể theo đơn vị khối lượng, đơn vị lb/hr
 Biết và kích thước phần tử rắn đầu rif ta tính được kích thước phần tử rắn rip sau hòa
tan từ đó tính thể tích thiết bị để hòa tan lượng cấu tử rắn ấy.
 Fraction of Solute Dissolved- Tỉ lệ chất tan hòa tan: nhập vào tỉ lệ của tổng các chất
tan trong dòng hỗn hợp nhập liệu sẽ được hòa tan.
 Biết tỉ số rif/rip và kích thước phần tử rắn đầu rif ta biết được mức độ hòa tan phần tử
rắn  và tính thể tích thiết bị để hòa tan lượng cấu tử rắn ấy.
-Trong Rating :thể tích bình chứa được định nghĩa và với kích thước phần tử rắn ban đầu
ta tính được mức độ hòa tan của cấu tử rắn.
Đây là bài toán khảo sát sự hoạt động của thiết bị. Thể tích hoạt động của Dissolver
được xác định, dữ liệu về độ hòa tan VP phương trình(*) đã biết, từ đấy với dữ liệu dòng
nhập vào ta tính được kích thước của phần tử rắn sau quá trình hòa tan trong thiết bị, xác
định các tính chất dòng huyền phù (cấu tử rắn còn lại không thể hòa tan tiếp).
Chú ý:
- Dissolver là một thiết bị thực hiện quá trình trung gian, là quá trình hòa tan trong một
quy trình lớn hơn như để tinh sạch tinh thể muối, p-xylene… Cho nên việc xác định các
tính chất cấu tử đều đã được tính từ các quá trình trước. Việc khai báo tính chất cấu tử
cho thiết bị dissolver cần phải được tính toán kỹ khi thiết bị dissolver hoạt động độc lập,
- 12 -

GVHD: Trịnh Hoài Thanh

DISSOLVER

trạng thái pha, các thông sô nhiệt động người dùng cần thực nghiệm để khai báo thêm khi
phương trình nhiệt động không đáp ứng đủ.
- Dissolver trong Pro/II chỉ hoạt động khi cấu tử ở trạng thái rắn -lỏng LS hay rắn-lỏnghơi VLS.
- Với phần mềm Pro/II, mỗi thiết bị đóng vai trò như là 1 công cụ trung gian để qua đó
thông qua khả năng xây dựng mô phỏng của mình, nó giúp ta tính toán được rất nhiều
thông số đầu ra của quá trình công nghệ.
I. THIẾT BỊ DISSOLVER TRONG PRO/II- NHỮNG THÔNG TIN KỸ THUẬT
1.1. Phương pháp tính toán
Phương pháp cân bằng lỏng-rắn cần được định nghĩa trong thuật ngữ về khả năng hòa
tan, được tính toán từ phương trình Van’t Hoff hoặc từ dữ liệu cho sẵn về tính hòa tan.
Chúng ta cần chọn tính toán là Design hoặc Rating trong cửa sổ Calculation Mode.
Trong Design mode, bảng liệt kê thông số được yêu cầu và thể tích được tính toán cho
việc nhập dòng nhập liệu phân bố theo kích thước phần tử và điều kiện vận hành. Trong
Rating mode, thể tích bình chứa được định nghĩa và phân bố kích thước phần tử ra cũng
được quyết định.
Hệ số truyền khối có thể được chỉ dẫn trong cửa sổ Dissolver Dissolution Rate. Ngoài
ra, chúng ta có thể chỉ dẫn để hệ số truyền khối được tính toán từ dữ liệu khuếch tán
trong Thermodynamic Data.
Chi tiết đầy đủ của phương pháp tính toán có thể tham khảo thêm trong PRO/II
Reference Manual ( được trình bày tóm tắt trong phần 1).
1.2. Dòng nhập liệu và dòng sản phẩm:

Hình 2.2: Dòng nhập liệu S1 và dòng sản phẩm đỉnh S3 và dòng sản phẩm đáy S2.
Thiết bị dissolver có thể có đến vài dòng nhập liệu. Áp suất ngõ vào được lấy thấp nhất
trong tất cả dòng nhập liệu.
Cả sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy cũng cần được khai báo. Các chỉ định mặc định có

thể được hiệu chỉnh trong cửa sổ Dissolver Products. Phần đáy bao gồm sản phẩm lỏng
với những tinh thể còn sót lại. Phần đỉnh sẽ chứa phần hơi phát sinh trong thiết bị.
II. CỬA SỔ CHÍNH CỦA DISSOLVER
 Cách dùng
2.1. Chất tan- Solute
Chọn các cấu tử là các tinh thể hòa tan từ danh mục drop down. Các cấu tử được định
nghĩa trong cửa sổ Component Selection.
- 13 -


GVHD: Trịnh Hoài Thanh

DISSOLVER

Hình 2.3

Hình 2.4
2.2. Dung môi- Solvent
Chọn các cấu tử của dung môi cũng từ danh mục drop down.


Các mục trong cửa sổ chính của Dissolver và cách dùng

- 14 -


GVHD: Trịnh Hoài Thanh

DISSOLVER

Hình 2.5
2.3. Calculation Mode
Nhấn vào nút được chỉ dẫn để mở cửa sổ Dissolver Calculation Mode nơi mà chúng ta
phải khai báo để xem thiết bị vận hành theo mode Design hay Rating và cung cấp các
thông số thích hợp.

Hình 2.6
a. Nếu chọn tính toán theo Rating: cần khai báo thể tích hoạt động của Dissolver.
- 15 -


GVHD: Trịnh Hoài Thanh

DISSOLVER

b. Tính toán theo Design: chúng ta cần phải khai báo và các định nghĩa của nó
- Solute Dissolution Rate- Mức độ hòa tan chất tan: nhập vào mức độ hòa tan của tinh thể
theo đơn vị khối lượng.
-Fraction of Solute Dissolved-Tỉ lệ chất tan hòa tan: nhập vào tỉ lệ của tổng các chất tan
trong dòng hỗn hợp nhập liệu sẽ được hòa tan.
Estimate of Solute Concentration in Bottoms Product: đây là giới hạn nồng độ chất tan
trong sản phẩm đáy, nếu được chúng ta nên cung cấp giá trị này. Phần này có thể làm
tăng độ hội tụ trong tính toán.
c. Mặt khác, thay vì nhập giá trị cho Dissolver Volume trong cửa sổ trên, chúng có thể ưu
tiên dùng hệ thống Define, có liên quan một vài thiết bị hoặc các thông số của dòng vật
chất sẽ được tính toán trong quá trình mô phỏng.
2.4. Dissolution Rates- Mức độ hòa tan
Phương pháp tính hệ số truyền khối được khai báo trong cửa sổ Dissolver- Dissolution
Rate được mở khi nhấn nút chỉ dẫn trong cửa sổ Dissolver (hình 2.5). Có hai cách chính
để tính trong mục Mass Transfer Coefficient Calculation Method

Hình 2.7
a. Calculated from Diffusivity using Treybal’s Correlation: theo mặc định , hệ số truyền
khối sẽ được tính từ sự khuếch tán dùng tương quan Treybal. Có nghĩa là phương pháp
khuếch tán chất lỏng được chọn trong dữ liệu nhiệt động học (Thermodynamic Data).
b. Calculated from Mass Transfer Coefficient Equation: khi mục này được chọn, chúng ta
cần cung cấp thêm hai hệ số Akc (đơn vị m2/s) và Bkc (m). Hệ số Threshold Diameter

- 16 -


GVHD: Trịnh Hoài Thanh

DISSOLVER

Dkc được mặc định bằng 0.002 m. Nếu đường kính phần tử nhỏ hơn Dkc, nó sẽ được làm
mẫu số chung trong phương trình. Mặt khác Dkc được dùng làm mẫu số chung.
c. Mặt khác, thay vì nhập giá trị cho Akc và Bkc trong cửa sổ trên, chúng có thể ưu tiên
dùng hệ thống Define, có liên quan một vài thiết bị hoặc các thông số của dòng vật chất
sẽ được tính toán trong quá trình mô phỏng.
2.5. Operating Conditions-Điều kiện vận hành
Theo mặc định, thiết bị sẽ vận hành tại nhiệt độ và áp suất của dòng nhập liệu hỗn hợp.
Các điều kiện khác có thể được khai báo trong cửa sổ Dissolver Operating Conditions
được mở khi nhấn nút chỉ dẫn ( hình 2.5)

Hình 2.8
Ở mục Pressure Specification chúng ta có hai lựa chọn
- Pressure Drop : khai báo sự giảm áp suất của dòng nhập liệu hỗn hợp hay có thể khai
báo trực tiếp áp suất ở
- Pressure

Mục Second Specification khai báo điều kiện thứ hai. Chúng ta có thể nhập trong các lựa
chọn sau
- Temperature Change: nhiệt độ thay đổi so với dòng nhập liệu hỗn hợp
- Temperature: nhiệt độ vận hành
- Duty: nhiệt lượng cần cung cấp.
2.6. Products
Sản phẩm ra được nối kết ở ngõ sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy trong sơ đồ tiến trình
PFD đã được thừa nhận ban đầu ở overhead và bottoms. Nhưng chúng có thể được thay
đổi trong cửa sổ Dissolver Products.

- 17 -


GVHD: Trịnh Hoài Thanh

DISSOLVER

Hình 2.9

2.7. Print Options
Trong cửa sổ Print Options chúng ta có thể khai báo để giá trị K có thể in ra cùng với kết
quả.

Hình 2.10

- 18 -


GVHD: Trịnh Hoài Thanh
PHẦN 3:




DISSOLVER
VÍ DỤ VỀ DISSOLVER

Chất rắn tan ở đây có thể phân ly trong quá trình hòa tan như muối tan NaCl,
CaCl2… hoặc không phải chất điện ly như đường saccharide, p-xylene…
Ứng dụng của quá trình hòa tan rất rộng trong công nghệ hóa nói chung và hóa
thực phẩm nói riêng, như quá trình hòa tan đường trong sản phẩm các nước giải
khát, hòa tan đường trong sản xuất syrup, hòa tan muối trong quá trình tinh sạch
muối..

Dissolver là một thiết bị trung gian, các thông số của của dòng nhập liệu sẽ được các thiết
bị trước nó tính toán, từ các thông số hóa lý, vật lý đến trạng thái pha đều được cung cấp
đầy đủ, nhiệm vụ của dissolver tính các thông số của cấu tử tan ở trạng thái biến đổi.
Ví dụ: Một ví dụ minh họa Rating- đánh giá khả năng hòa tan của thiết bị
Một thiết bị hòa tan để tinh sạch CaCl2 có thể tích hoạt động của thiết bị 2 m3, hãy khảo
sát mức độ hòa tan của thiết bị, từ đó định năng suất dòng nhập liệu hợp lý để huyền phù
tạo ra trong thiết bị là không đáng kể.
Biết: quá trình hòa tan muối CaCl2 trong dung môi là nước. Cho trước các dữ liệu sau
Cấu tử
Calcium chloride
Water

CTCT
CaCl2
H2O

Vai trò

Chất tan
dung môi

Lưu lượng
20 lb-mol/hr
100 lb-mol/hr

- Thông số dòng nhập liệu: nhiệt độ 40oC, áp suất 20 psi
- Phân phối kích thước của CaCl2:
Kích thước, in
Phần mol

0.5-0.7
0.3

0.7-1.0
0.7

BÀI LÀM: Gồm các bước sau
1. Tạo sơ đồ mô phỏng.
2. Khai báo các cấu tử.
3. Khai báo kích thước kích thước cấu tử rắn.
4. Xác định phương pháp nhiệt động.
5. Thiết lập dữ liệu với dòng nhập liệu.
6. Thiết lập dữ liệu đối với thiết bị.
7. Chạy mô phỏng lần 1.
8. Khai báo các tính chất còn thiếu của cấu tử.
9. Chạy lại mô phỏng => xuất kết quả.

- 19 -

GVHD: Trịnh Hoài Thanh

DISSOLVER

3.1. Tạo sơ đồ mô phỏng:

3.2. Khai báo các cấu tử:
- Menu Input / Component select hoặc biểu tượng
- Bảng hộp thoại Component select.

- 20 -

trên Toolbar.


GVHD: Trịnh Hoài Thanh

DISSOLVER

- Chọn button Selection from Lists. Hộp thoại Selct from Lists
- Chọn thành phần\ Add Components \ OK.

Trở lại hộp thoại Component select. Click button Component Phases.Hộp thoại
Component – Phase Selection được mở.Tại phase chọn pha thích hợp cho từng thành
phần( tùy chất rắn mà chọn Liquid- Solid hoặc Vapor-Liquid-Solid .)\OK

- 21 -

GVHD: Trịnh Hoài Thanh

DISSOLVER

3.3. Khai báo kích thước cho thành phần rắn:
- Menu Input \ Component Properties hoặc biểu tượng
trên Toolbar.  Hộp
thoại Component Properties.
- Tại Solid properties\ Button Particle Size Distribution hoặc General Attributes.

- Hộp thoại Particle Size Distribution for Solid

- 22 -


GVHD: Trịnh Hoài Thanh

DISSOLVER

- Tại Component chọn cấu tử rắn.
- Tại Distributin Ranges : From nhập kích thước nhỏ nhất (>= 0)
To form nhập kích thước tiếp theo…
- Nếu muốn nhập thêm Click button Insert.
- Đơn vị kích thước có thể thay đổi trong UOM.
- Nhấn OK để hoàn tất khai báo kích thước hạt rắn.
3.4. Xác định phương pháp nhiệt động:
- Chọn biểu tượng

trên thanh công cụ để khai báo phương pháp nhiệt động.

- 23 -


GVHD: Trịnh Hoài Thanh

DISSOLVER

- Nhấn Add để khai báo phương pháp nhiệt động Ideal.
- Chọn OK để hoàn tất khai báo nhiệt động.
3.5. Thiết lập dữ liệu đối với dòng:
- Click đôi chuột vào dòng S1 trên flowsheet để vào cửa sổ Stream Data.

- Click chuột vào nút Flowrate and Composition, sau đó chọn và nhập dữ liệu tương ứng.

- Chọn OK để hoàn tất khai báo lưu lượng cho dung môi nước.
- Click chuột vào nút Stream Solid Data để khai báo cho dòng cấu tử rắn.
- 24 -


GVHD: Trịnh Hoài Thanh

DISSOLVER

- Chọn Enter Data… ở phần Mole Based Solid và nhập số liệu cho dòng lưu lượng rắn

- Chọn OK để hoàn thành khai báo lưu lượng cho dòng rắn.
- Tiếp tục chọn Enter Data ở phần Solid Attribute tỉ lệ cho nhóm kích thước của cấu tử
rắn.

- 25 -