Ứng dụng các nguyên lý vào kỹ thuật tách đối với hỗn hợp nhiều cấu tử (Tập 1 - Tái bản lần thứ 2): Phần 1

NGUYỄN HỮU TÙNG

KỸ THUẬT TÁCH
HỖN HỢP NHIÊU CẤU TỬ
■


NGUYỄN H Ữ U TÙ N G

KỸ THUẬT TÁCH
■

HỖN HỢP NHIỀU CẤU TỬ
«

TẬP 1
CÁC NGUYÊN LÝ VÀ ỨNG DỤNG
(Xuất bản lần thứ hai, có chỉnh sửa và bỗ sung)
{Giáo trình dùng cho sinh viên và học viên cao học
ngành Kỹ thuật Hổa học của các trường Đại học kỹ thuật)

N H À X U Ấ T BẢN BÁCH K H O A - H À N Ộ I


Bản quyến thuộc vỗ Trường đại học Bách Khoa - Hà Nội.
Mọi hình thức xuất bản, sao chép m à khơng có sự cho phép bâng vãn bản của nhà xuất bản là
vi phạm pháp luật.

Mã số: 446-20ỉ2/CXB/01 -23/BKHN

Biên mục trên xuất bản phẩm của Thư viện Quốc gia Việt Nam

N guyễn H ữ u T ùng
K ỹ th u ậ t tá c h h ỗ n h ợ p n h iề u cấu tử : G iáo tr ìn h d ù n g c h o sin h v iên và h ọ c
v iên cao h ọ c n g à n h K ỹ th u ậ t H ó a h ọ c c ù a các trư ờ n g Đ ại h ọ c k ỹ th u ậ t / N g u y ễn
H ữ u T ù n g . - X u ấ t b ả n lấ n th ứ 2, có c h ỉn h sử a v à b ổ su n g . - H. : B ách k h o a
H à N ộ i. - 2 7 cm
T h ư m ục: tr. 393
T .l : C ác n g u y ê n lý v à ứ n g d ụ n g . - 2012. - 4 0 0 t r .: h ìn h vẽ, b ả n g
ISB N 9786049111228

1.

C ống nghệ h o á học

2.

T ách h ổ n h ợ p

3.

N g uyên lí

4.

ứ n g dụng

5. G iáo trìn h
660 - d c !4
B KH001 lp -C IP

2

LỜI ĐÈ TỰA
(C ho lần x u ấ t bản th ứ hai)

Kể từ lấn xuất bản thứ nhất đến nay, bộ sách “Kỹ thuật tách hỗn hợp nhiéu cấu tử ” đâ được độc
giả tiếp nhận và trở thành giáo trình được sử dụng nhiểu cho m ục đích giảng dạy cũng như mục đích
tính tốn, thiết kế các quá trìn h và các thiết b | chuyển khổi khác nhau. Theo phản hổi của độc giả, cuốn
tập 1 ”Các nguyên lý và ứng dụng" đã giúp bạn đọc hiểu rõ hơn bản chất của các quá trình tách thực
hiện trong các hệ thống thiết bị quy m ô công nghiệp và vi vậy được các kỹ sư và các cán bộ kỹ thuật rất
quan tâm và sử dụng nhiểu trong quá trinh làm việc.
T rong lấn xuất bản thứ hai, tác giả vẫn duy trì triết lý và phương pháp trình bày như trong lần
xuất bản thứ nhất. Các để m ục háu như vẵn được giữ nguyên, nhưng các chương đã được chình sửa, bổ
sung và cập nhật.
Đặc biệt, do các quá trình tách là các quá trình tiêu tốn nhiểu năng lượng và có ảnh hưởng lớn
đến giá th ành sản phẩm nên trong lấn xuất bản này, ở chương 6 “Tiết kiệm năng lượng trong chưng cất”
tác giả đã bổ sung phẩn 6.4 "Thiết kế m ạng thiết bị trao đổi n h iệ t" . T rong phẫn này, ở góc độ sù dụng
năng lượng, các tháp chưng cất đã được thiết kế như m ột bộ phận không th ể tách rời của tồn bộ sơ đổ
cơng nghệ. Q uan điểm này cho phép thiết kế được các sơ đổ công nghệ với hiệu suất sử dụng năng
lượng cao.
Tuy cuốn sách đã được chỉnh sửa kỹ lưỡng và bổ sung trong lẩn xuất bản thứ hai, nhưng chắc
chắn khó tránh hết được các thiếu sót. Rất m ong tiếp tục nhận được các nhận xét, góp ý và dể xuất của
bạn đọc để lẩn xuất bản tiếp theo được hoàn thiện hơn.

H à N ội, tháng 5/20L2
Tác giả

3

LỜI GIỚI THIỆU
V

Tách h ỗn hợp nhiếu cấu tử trở thành các sản phẩm tinh khiết cao luôn là nhiệm vụ quan trọng và
khó khăn cẩn phải được giải quyết của kỷ thuật và cơng nghiệp. Q trìn h tách này thường tiêu tốn
nhiéu năng lượng, gặp nhiều khó khăn (đặc biệt trong các trường hợp thường gặp tro n g thực tẽ khi các
cấu tử của hỗ n hợp có nhiệt độ sơi nằm trong m ột khoảng hẹp và do đó có khả năng tạo các hỗn hợp
đẳng phí cao) và cần có đẩu tư lớn cho hệ thống thiết bị.
Đ ể có th ể điểu khiển được các quá trình tách hỗn hợp nhiểu cấu tữ trong cơng nghiệp, cũng như
để tính tốn, thiết kế và tối ưu hóa hệ thống thiết bị cịng nghiệp cẩn phải hiểu rõ được các nguyên lý và
bàn chất hóa - lý của các quá trình này. N hằm đáp ứng được phẩn nào các m ục đích trên, N hà xuất bản
Bách Khoa - H à Nội xin trân trọng giới thiệu bộ giáo trỉnh "Kỹ thuật tách hỗn hợp nhiều cấu từ ' của
PGS.TS. Nguyễn H ữu Tùng. Bộ giáo trình gám 2 tập dùng cho sinh viên đại học và sau đại học ngành
Kỹ thuật hóa học của trư ờ ng Đại học Bách Khoa H à Nội, đổng thời củng có thể sử dụng làm tài liệu học
tập và nghiên cứu cho sinh viên và các cán bộ nghiên cứu các ngành kỹ thuật liên quan {Hóa chất, Mơi
trường, Dấu khí, Sinh học, Thực phẩm , Điểu khiển, Tự động hóa q trình ...). Đặc biệt trong nhiẽu
phần của bộ sách, các cơ sở lý thuyết của các quá trình tách các hỗn hợp đã được th ể hiện trên các V! dụ
ỉà các quá trình tách đang được ứng dụng trong công nghiệp, nhằm tạo điếu kiện thuận lợi đ ề giúp
người đọc hiểu rõ hơn các nguyên lý và bản chất của các quá trình cũng như dễ dàng hơn trong việc tiếp
cận thực tế cơng nghiệp. Ngồi ra, bộ sách đã cập nhật m ột số lượng lớn các kết quả lý thuyết và thực tế,
cùng nhiổu tài liệu tham khảo hữu ích é ể giúp bạn đọc trong việc tra cứu.
Bộ sách được biên soạn dựa trên kinh nghiêm nhiểu năm giảng dạy m ơn học kỹ thuật cơ sở “Q
trìn h và T h iết bị C ông nghệ H óa học” cũng như m ôn học chuyên ngành “Kỹ th u ậ t tách h ỗ n hợp
n h iêu cáu tử ” tại Khoa Cơng nghệ H óa học trong trưởng Đại học Bách Khoa H à Nội, cũng như các lớp
đào tạo nâng cao năng lực chuyên m ôn cho các cơ sở thực tế.
Tập 1 “Các nguyên lý và ứ n g d ụ n g ” trình bày các cơ sở lý thuyết của các quá trìn h tách hốn hợp
nhiéu cấu tử và các ứng dụng của kỹ thuật tách hỗn hợp nhiểu cấu tử tro n g cơng nghiệp hóa chất, dắu
khí và các ngành liên quan.Các nội dung được trình bày trong lập này có th ể được sử đụng làm cơ sỏ để
tiến hành m ơ phỏng các q trình và thiết bị của cơng nghiệp hóa chất nhằm m ục tiếu tối ưu hóa các
q trình và hệ thống thiết bị và giảm năng lượng tiêu ton để thực hiện các q trình.

Tập 2 “T ín h to á n v à T h iết kế” trình bày các phương pháp m ởi nhất, có độ tin cậy cao nhất {ở
thời điểm hiện tại) dùng đ ể tính tốn và thiết kể các hệ thống thiết bị tách hôn hợp nhiểu cấu tử. Đây là
những kiến thức rất cẩn thiết và hữu ích trong tính tốn, thiết kế và vận hành các quá trình và thiết bị
tách các hỗn hợp nhiều cấu tử (Ví dụ: các q trình và thiết bị lọc dầu, các hệ thổng tách hỗn hợp khí đã
hóa lỏ n g ...).

5


Sau lấn xuất bản thứ nhất, bộ sách đã được sự quan tâm và đánh giá cao cùa nhiểu bạn đọc, đặc
biệt đã được H ội X uất b ản Việt N am xét đạt giải Ba sách hay - Giải thưởng Sách Việt N am năm 2011.
T rong lấn xuất bản thứ hai này, cuốn sách tuy đã được sửa chữa và bổ sung như ng chắc chắn khó tránh
khỏi các thiếu sót. Rất m ong nhận được các nhận xét và góp ý đ ể giúp lẩn xuất bản sau được hồn thiện
hơn. Mọi th ơ n g tin xin được gửi theo địa chi:
PGS. TS. N guyễn H ữ u T ùng
Bộ m ôn Quá trỉnh - T hiết bị Cơng nghệ Hóa chẩt và Thực phẩm
Viện Cơng nghệ H óa học - T rường Đại h ọc Bách Khoa H à N ội
Số 1 Đại Cổ Việt, H ả Nội
Email: tungnguyenhu@ yahoo.com .vn

H à N ội, tháng 5/2012

6


Chương 1
CÂN BẰNG PHA LỎNG - HƠI

1.1. ĐIẾU KIỆN CÂN BẢNG PHA
Khi hai pha lỏng - hơi tiếp xúc trực tiếp với nhau trong khoảng thời gian dài thì cân bằng pha

lỏng - hơi sẽ được thiết lập giữa các pha. Điểu này có nghĩa là sẽ khơng cỏ dịng nhiệt thực tế, dòng khổi
lượng thực tế và dòng m ôm en động lượng thực tế đi qua bể m ặt phân chia giữa hai pha. Ở trạng thái
cân bằng pha, các điếu kiện sau đây phải được thỏa mãn:
- Cân bằng nhiệt: Tv = Tv,
- Cân bằng cơ học: pn = ptL\
- Cân bằng vể nóng độ: y \ - f ( X ị , ...).
Ở đẫy: T - nhiệt độ tuyệt đối, °K; pt= áp suất tổng; ỵ ‘ - nổng độ phẩn m ol của cấu tử i trong pha
hơi ở trạng thái cân bằng pha; Xi - nổng độ phẩn moi của cấu tử i trong pha lỏng.
Ký hiệu dưới hàng (L) - của pha lỏng và ( V) - của pha hơi.
Khi tách hỗn hợp bằng phương pháp chưng cất, cân bằng pha lỏng - hơi đóng vai trị đặc biệt
quan trọng.

1.2. CẢC ĐỊNH LUẬT DALTON, RAOULT VÀ HENRY
Đ ể hiểu rõ ràng hơn vể cân bằng pha lỏng - hơi có thể sử dụng các địn h luật kinh nghiệm và đơn
giản vé cân bằng pha lỏng - hơi. Các định luật này chỉ có thể áp dụng tro n g m ộ t phạm vi giới hạn cho
cân bằng pha lỏng - hơi.
Đ ịnh lu ật D alton được áp dụng cho pha hơi và có dạng như sau:
P iv = Ptvy<

0 -1 )

Ở đây:
p.v - áp suất riêng phẩn của cấu tử i trong pha hơi;
p íV - áp suất tổng của hơi;
y. - n ố n g độ phẩn m ol của cấu tử i trong pha hơi.

7


Đ ịn h lu ậ t D alton chỉ áp dụng được cho pha hơi ở áp suất thấp ( p, < p ơ - áp suất tới hạn).

Ở áp suất cao hơn, phương trình Dalton được cải biên và được viết lại ở dạng sau:
ĩiV - f\v-y>

( 1.2)

Ở đây: f y - Fugát của cấu tử i; f tv - Fugát tổng của pha hơi.
Đ ịn h ĩu ậ t R a o u ỉt được áp dụng cho pha lỏng và có dạng sau:
(1.3)
Ở đây p° - áp suất hơi của cấu tử i tinh khiết và có th ể tính theo phư ơng trìn h của Antoine. Các
thông số của phương trinh Antoine cho m ột số hợp chất xem bàng (1.1);
p-L - áp suất riêng ph ần của cấu tử i ở phía trên bể m ặt dung dịch;
X - nổng độ ph ần m ol của cáu tử i ở trong dung dịch.
Theo phương trình trên, áp suất riêng phẩn p jL chỉ phụ thuộc vào áp suất p° của cấu tử i tinh khiết
và nồng độ phấn mol của cấu tử này ở trong dung dịch và không phụ thuộc vào bản chất của dung dịch
cũng như nống độ của các cấu tử khác trong dung dịch. Định luật Raoult vì vậy chi đúng trong trường hợp
lực tương tác giữa các phân tử khác nhau ở trong dung dịch là bằng nhau (dung dịch lý tưởng).
Đối với pha lỏng có hành vi khơng lý tưởng (dung dịch thực), khi lực tương tác giữa các phân tử
khác nhau sẽ khác nhau, bằng cách sủ dụng hệ sổ hoạt độ Ỵị của cẩu tử i, phương trình cho dung dịch
khơng lý tưởng có th ể được viết ở dạng sau đây:
PiL = PĨ-Yi-Xi

(1.4)

Hệ số hoạt độ ỵ. thường được gọi là hệ số hiệu chỉnh của định luật Raoult và hệ số này phụ thuộc
nhiểu vào nổng độ. N hư vậy, hệ số hoạt độ Yi sẽ đặc tn ín g cho m ức độ khơng lý tưởng của dung dịch và
các phương pháp d ùng đ ể xác địn h hệ số Ỵị sẽ được trìn h bày ở phẩn tiếp theo.
Các phương trình của Raoult viết cho dung dịch lý tưởng và dung dịch thực chi áp đụng được
ở vùng nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ tới hạn (T < Tcr) vì tại các nhiệt độ T > Tcrj các chất sẽ khơng có áp
suất hơi.
Ở nh iệt độ cao, địn h luật H enry được dùng thay cho định luật Raoult:

(1-5)
Ở đây: Hj. - H ệ số H enry của cấu tử i tro n g dung m ô i;.
Biểu thứ c của địn h luật H enry tương tự n h ư biểu thức cùa định luật Raoult, nhưng hệ số tỳ ỉệ ở
đây không phải là áp suất của cấu từ i tinh khiết p° m à là hệ số Henry. Tương tự cho dung dịch không
lý tưởng bằng cách sử dụng hệ số hoạt độ Ỵị cùa cấu tử i, phương trinh H enry sê có dạng:
P ìL= H iy rrx i

8

(1.6 )


Bảng 1.1. Nhiệt độ sôỉ thường (tại p= 1,013 bar)
và áp suất hơi của một só chất
Phương trình A ntoine để tính áp suất hơi có dạng:
p°

= exp(A.

bar

R
-—2 )

(1.6')

- + C,
K
'

(Ở đây, áp suất có đơn vị là bar, nhiệt độ có đơn vị °K).

Cơng thức

Tên chất

Ar

argon

CCỈ 4

N hiệt độ sơi,
°K

P hạm ví
A,

B,

Q

ứng dụng,
°K

87,3

9,31039

832,778

2,361

73-133

tetrachlorom ethane

349,70

9,22001

2790,781

-46,741

287-350

CH Cb

chloroform

334,40

9,39360

2696,249

-46,918

263-333

C H 2CI2

dichlorom ethane

313,20

10,44014

3053,085

-20,53

233-313

c h 2o

form aldehyde

254,00

9,94883

2234,878

-29,026

164-373

c h 2o 2

formic acid

373,70

9,37044

2982,446

-55,150

299-381

C H 3N O 2

nitrom ethane

374,30

10,14657

3331,696

-45,550

329-409

C H 4O

m ethanol

337,80

11,98705

3643,314

-33,424

288-357

CO

carbon m onoxide

81,60

9,26679

769,935

1,637

52-121

co2

carbon dioxide

185,50

10,77151

1956,255

- 2 ,1 1 2

146-285

c 2h 3n

acetonitrile

354,80

10,28058

3413,099

-22,627

246-355

c 2h , 0

acetaldehyde

293,70

9,97724

2532,406

-39,205

191-293

c 2h 4o 2

acetic acid

391,10

11,84896

4457,828

-14,699

291-391

C 2H«

ethane

184,50

9,27428

1582,178

-13,762

145-284

c 2h 6o

ethanol

351,50

12,05896

3667,705

-46,966

293-366

C 2H 7N

ethylam ine

289,70

10,38728

2618,730

-37,300

215-316

c 3h 6o

acetone

329,40

9,76775

2787,498

-43,486

260-328

c 3h

propane

231,10

9,10434

1872,824

-25,101

192-331

1-p ro p an o l

370,40

11,21152

3310,394

-74,687

333-378

,

c 3h 8o

9


c 3h 8o

2 -p ro p a n o l

355,40

13,82295

4628,956

-20,514

247-356

C j H s02

2 -m e th o x y - eth a n ol

397,60

11,45476

4130,796

-36,273

290-447

c 4h 8o

2 -b u tan o n e

352,80

9,64438

2904,340

-51,181

316-361

c 4h « o

tetrahydrofuran

339,10

9,48686

2768,375

-46,896

296-373

q h 8o 2

1 ,4-dioxane

374,50

10,49171

3579,781

-32,813

293-378

c 4h 8o 2

butyric acid

436,40

13,43588

5602,222

-17,961

293-423

c 4h bo 2

ethylacetate

350,30

9,73241

2866,606

-55,269

289-349

C 4H 9NO

m orpholine

401,40

9,86713

3333,452

-63,150

317-443

C 4H 10

n -b u ta n e

272,70

9,05814

2154,897

-34,420

196-292

c 4h 10

isobutane

261,40

9,15169

2133,243

-28,162

165-345

c 4H)0o

diethylether

307,70

9,91763

2847,722

- 2 0 ,1 1 0

308-432

C 4H I 0O 2

2 -ethoxyethanol

408,30

11,38407

4149,028

-43,150

336-407

CsHsN

pyridine

388,40

9,52860

3124,447

-60,495

254-388

c 5h 12

pentane

309,15

9,21312

2477,075

-39,945

223-331

c 6h 5c]

chJorobenzene

404,90

9,77659

3485,354

-48,327

260-335

c 6h 5n o 2

nitrobenzene

484,00

9,79835

4032,655

-71,814

317-484

c 6h 6

benzene

353,20

9,22142

2755,642

-53,989

281-353

CéHôO

phenol

455,00

9,33802

3183,669

-113.657

336-455

CsH 12

cyclohexane

353,90

9,15600

2778,000

-50,014

280-354

c 6h 12o

cyclohexanol

434,30

12,61197

5200,527

-21,526

317-434

C íH | 2ơ 2

butylacetate

399,20

9,79073

3293,659

-62,405

333-399

C ốH u

hexane

341,90

9,29213

2738,418

-46,870

243-443

c 7h 8

toluene

383,80

9,38490

3090,783

-53,963

246-384

C 7H ,6

heptane

371,60

9,25363

2911,320

-56,510

270-400

C rH jo

ethylbenzene

409,30

9,41928

3291,661

-59,383

263-409

CgHis

octane

399,15

9,34011

3128,752

-63,295

259-399

10


h 20

w ater (nước)

373,10

11,96481

3984,923

-39,724

274-373

NHj

am m onia

239,80

10,88865

2363,237

-22,621

200-379

n2

nitrogen

77,40

8,74393

648,592

-2,976

65-115

O2

oxygen

90,20

8,43907

674,588

-10,093

60-125

1.2.1. Nhiệt độ sôi và nhiệt độ điềm sương của các hỗn hợp
Đ ể xác định nhiệt độ sơi của hỗn hợp lỏng có thể sử dụng các định luật Raoult và Dalton. Hôn
hợp lỏng bắt đ ẩu sôi khi tổng áp suất riêng phẩn của các cắu tử ở phía trên bể m ặt của dung dịch bằng
áp suất tổng của pha hơi:

z Pii = Ptv ho?c

p,v

=1

(1-7)

Áp d ụ n g định luật Raoult sẽ nhận được:

£ P Ĩ-h x i = Ptv h ° ặ c

=1
Ptv

Do áp suất hơi của các cấu tử tinh khiết p° là hàm số phức tạp của nhiệt độ nên phương trình
trên chỉ có thể giải gắn đúng bằng phương pháp lặp. Phương pháp này sẽ được thể hiện bằng ví dụ 1.1
cho hổn hợp lỏng lý tưởng ba cấu tử.
Tương tự, nhiệt độ điểm sương của hỗn hợp có thể xác định dựa vào các cơng thức sau đây:
Do

2 > ,=
Pt

R ú tra đ ư ợ c : £ * , = £ ^ - = 1

hoặc

— =

( L9)

Áp dụng các phương trình (1.8) và (1.9) cho hỗn hợp lỏng lý tưởng hai cấu tử { ỵ i = 1) sẽ nhận
được kết quả n h ư trên hìn h 1.1A. Cả hai đường lỏng sơi và đường hơi đéu là các đường cong trong
khoảng nổng độ 3C= 0 + 1.
Đối với quá trình chưng cất, sự khác nhau giữa các nống ả ộ x - y c ó ý nghĩa quan trọng bậc nhất.
Sự khác n h au giữa các nổng độ X và y được thể hiện rõ ràng hơn trên đổ thị ỵ - X (đổ thị M cCabe Thiele).
Phương pháp xác định nhiệt độ điểm sương của hỗn hợp lý tưởng ba cấu từ được thể hiện trong
ví dụ 1 .2 .

11

(1.8


xa— ►

a

b

X,

'T Ĩ

b

X,

B
Hình 1.1. Cản bằng pha lỗng - hơi của ba trường hạp glởí hạn cùa hỗn hợp hai cắu từ
A - hai pha tỏng và khl đểu lý tuởng; B - Pha khí lý lường và các pha lỏng hồn tồn khơng tan lẫn vào nhau- c ■

Pha khi lý tưởng và trong pha lỏng xảy ra phàn ứng hôa học.

12


V ỉ đụ 1.1. Xác định nhiệt độ sơì (điểm sôi) của hỗn hợp lỏng lý tưởng ba cáu tử.
H ãy xác định nhiệt độ sơi của hỗn hợp lịng góm 17% (khói lượng) i-b u tan (a), 39% khối lượng
n -b u ta n (b), và 44% (khối lượng) n -p e n ta n (c) tại áp su ấ tp = 0,7 bar.
Bài giải:
1. Đổi đơn vị đo nống độ từ % (KL) sang phẩn mol:
Khối lượng phân tử của i-b u tan và n-butan: Aíbuian = 58
Khối lượng phân tử của n-pentan:

Mpectan = 72

0,17
V = ----------- 58___----- = 0,186
a 0 J7 039 M 4
58

58

72

Xb = 0,426
Xc = 0,388
2. T ra cứu nhiệt độ sôi của các cấu tử tại áp suất/? = 0,7 bar;
ta = -20,5°c, tb= - 1 0 °c, u = 25UC.
2.1. Đ ánh giá nhiệt độ sôi của hỗn hợp lỏng:
f

= -20,5.0,186 + c-10).0,426+ 25.0,388 = 1,63° c

Chọn t - 1ĐC
2.2. Áp suất hơi của cấu tử tinh khiết (tra cứu) tại t = l°c .
p° =1,60 bar, p ị =1,06 bar, p° =0,25 bar.
2.3. Áp suất hơi của hỗn hợp hơi được tính theo còng thức:
p m = Ỵ j p ũi .yi.xi = 1,60.1.0,186 + 1,06.1.0,426 + 0,25.1.0,388 = 0,848 bar.
Do áp suất p

^ 0,7 bar, vậy đánh giá áp suất ở đây không đúng.

2 .la. Đ ánh giá lại nhiệt độ sơi của hỗn hợp: Trên hình 1.2 đánh đấu điểm có tọa độ (l° c , 0,848
bar). Qua điểm này vẽ đường song song với đường áp suất hơi, Giao điểm của đường nảy với đường p ~
0,7 bar cỏ tọa độ (-4 ° c , 0,7 bar). N hư vậy t = - 4 ° c là giá trị gẩn đúng tốt hơn của nhiệt độ sôi của hỗn
hợp lỏng.
2.2a. A p suất hơi của các cấu tử tinh khiết tại t = ~4°c sẽ bằng:
p°a =1,36 bar, p l = 0,88 bar, p°e = 0 ,2 bar.
2.3a. Áp suất cùa hỗn hợp hơi tại t = -4°C:
p

= 0,186.1,36 + 0,426.0,88 + 0,388.0,20 = 0,7036 bar

Giá trị này xấp xỉ bằng 0,7 bar, vì vậy nhiệt độ sơi của hỗn hợp lỏng i = -4 °c .

13


2.4. Thành phẩn của bọt hơi xuất hiện đáu tiên khi lỏng sôi:
=

,0 .1 8 6 -1 .3 6
pm

y.
6

0.7036

0,426.0,88
----- ———- - 0,533
0,7036

0,388.0,20
y - 0,7036

-= 0,110

3. Giải ví d ụ trên dựa vào phương trình của A ntoine (phương trình 1.6 ):
f
bar

{ A i.

^
ị+ C i
K

T ra cứu các hằng số trong phương trìn h A ntoine cho các cấu tử (bảng 1.1):
Cấu tử i

A,

B,

c,

i-b u ta n (a)

9,15169

2133,243

-28,162

n -b u ta n (b)

9,05814

2154,897

-34,420

n -p e n ta n (c)

9,21312

2477,075

-39,945

3.1. C họn giá trị gán đúng của nhiệt độ sôi cùa hổn hợp lỏng t = l ° c = 274,15°K.
3.2. Áp suất hơi bâo hòa của các cấu tử (0 tinh khiết tại t ~ 1°C:
- ~ = exp(9,15169---------— '3 ,243------ ) = 1,6153 bar.
bar
r
274,15 + (-28,162)
p°a = 1,6153bar;

= l,0 7 1 7 b a r; p° = 0 ,2 5 5 8 bar.

3.3. Áp suất của hỗn hợ p hơi tại í = l ° c = 274,15°K:
p m =0,186.1,6153 + 0,426.1,0717+ 0,388.0,2558 = 0,8563 bar
3.la. Đ ánh giá có đ ộ chính xác cao hơn: Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của áp suát p m có thể biểu
diên bằng p h ư ơng trìn h A ntoine cho cấu tử b (cấu tử có nơng độ cao n h ất tro n g p h a hơi) bằng cách sử
d ụ n g hệ số hiệu ch ỉnh ^ - = ọ b.exp (A b - 7 - ^ - ) với bar
-L -C „
Pl
K
b
0.8563
ỘV =
= 0,7990 .
h 1,0717

14

Từ đây rút ra được:
K

Bb
r
2154,897
^
; 7....... - {“'A = ~— --------— — —?---------1- 34,420 = 26,892 K
A b -]n{p!9,05814-ln{0’^/
/ 0 >7990)

Vậy t =268,982° K = -4 ,2 5 ° c
3.2a. Áp suẵt hơi bão hòa cùa các cấu tử (i) tại nhiệt độ t = - 4 , 2 5 ^
p°a =1,3370 bar; p l =0,8764 bar và p°c =0,2007 bar.
3,3a,p m = 0,186.1,3370 + 0,426.0,8764 + 0,388.0,2007 = 0,6999 bar « 0,7 bar.
Đây là kết quả có độ chính xác tốt. Vậy t = -4,25°c.
3.4. T hành phẩn của bọt hơi xuất hiện đẩu tiên khi lỏng sôi:
0,186.1,3370 _
y = ---- — = 0,355
0,6999
_ 0,3733
yh= = 0,533
b 0,6999

/c

0,6999

Hình 1.2. Xác định nhiệt độ sổ/ của hỗn họp lý tường ba cấu từ

íso butan-n-butan-n-ponton tại p = 0,7 bar

15


V i d ụ 1.2. Xác địn h điểm sương của hỗn hợp iý tưởng ba cấu tử.
Hãy xác định nhiệt độ điểm sương của hôn hợp hơi bao gỗm 17% (khối lượng) i-b u ta n (a), 39%
(khối lượng) n -b u ta n (b) và 44% (khối lượng) n -p e n ta n (c) tại áp suất p = 0,7 bar.
Bài giải:
1. Đổi đơn vị đo của nổng độ từ % khối lượng sang phẩn mol (xem ví dụ 1.1).
y a - 0,186; /b = 0 ,4 2 6 ;^ = 0,388.
2. Giải bài toán bằng cách sử dụng giản đơ p - t (hình 1.3). Tại áp suẫt p = 0,7 bar, nhiệt độ điểm
sương của các cấu tử tinh khiết: ta = -20,5°C; tb = -10°C; tc = 25°c.
2.1. Đ ánh giá nhiệt độ điểm sương t của hỗn hợp:
f

= “ 20,5.0,186 + (-10).0,426 + 25.0,388 = l,6 3 °c a l ° c .

2.2. Áp suất hơí bão hịa của các cấu tử tinh khiết tại t = 1°C:
p° = 1,60 bar; p ị = 1,06 bar; p° = 0,255 bar.
2.3. Tính nhiệt độ điểm sương của hỗn hợp hơi từ công thức (1.9):
Y ự ± - ) . p = \ hoặc y A = l .
^ p°
p
Rút ra: p m = p = 0,4903 b ar 5*0,7 bar.
2.1a. Đ ánh giá lại nhiệt độ điểm sương: Đ ánh dấu điêm có tọa độ ( l° c , 0,4903 bar) trên giản đố p
- t và sau đó qua điểm này vẽ đường song song với đường áp suất. Giao điểm của đường này với đường
p = 0,7 bar sẽ cho đánh giá tố t hơn của điểm sương t : t = 9,5°c.
2,2a. Áp suất hơi bão hòa của các cấu tử tinh khiết tại nhiệt độ t = 9,5°C:
p" = 2 ,1 5 bar; p ị =1,45 bar; p ac -0 ,3 7 5 bar.

2.3a. T ính nhiệt độ điểm sương cùa hỗn hợp theo công thức (1.9):
A =I
Pĩ

p

1
1 0,186 0,426
— = —■= ———+
pm p
2,15
1,45

0,388 ,
-— — = 1,415
0,375

T ìm được p m = 0,706 b ar a 0,7 bar (với sai số < 1%).
Vậy nhiệt độ điểm sương của hỗn hợp hơi t = 9,5°c.

16


2.4. Tính thành phẫn của giọt lỏng đẩu tiên:
Từ phương trinh cân bằng pha lỏng - hơi của hệ lý tưởng

ỵ{

tl°
=—

p

X,

Rút ra:
PĨ
Vậy

X. =

0 ,1 8 6 .^ ^
2,15

=

0,0611

x b = 0 , 4 2 6 . ^ ^ = 0,2076
6
1,45
xc = 0 , 3 8 8 . ^ ^ = 0,7312
0,375
Và
3. Giải ví dụ trên dựa vào phương trình Antoine (phuơng trình 1.6’):
^ - = exp ( A i-------- ---- )
bar
t / K + Ci
Tra cứu các hằng số tro n g phương trình Antoine cho các chất (bảng 1.1):

Ai

Cấu tử i

Bi

c,

i-b u ta n

9,15169

2133,243

-28,162

n -b u ta n

9,05814

2154,897

-34,420

n -p e n ta n

9,21312

2477,075

-39,945

3.1. Đ ánh giá nhiệt độ của điểm sương t = l ° c - 274,15°K.
3.2. Áp suất hới bão hòa của các cấu từ tinh khiết tại t = 1°C:
- ^ - = exp(9,15169----- 2133,243 ) = 1,6153
bar
274,1528,162
p° =1,6153 bar;

= 1 ,0717bar; p ; =0,2558 bar.

3.3. T ính áp suất của hỗn hợp hơi tại giá trị đánh giá của điểm sương t = 1“C theo công thức (1.9):
J _ = A L Ẽ l + :^
+ :^
p
1,6153 1,0717 0,2558
Và

2)0215

p m = 0,4927 b ar * 0,7 bar.

N hư vậy đánh giá t = l°c không phù hợp.

17


3.1a. Đ ánh giá lại nhiệt độ điểm sương.
Sự ph ụ thuộc của nhiệt độ vào áp suất p m có th ể mơ tả bằng phương trìn h A ntoine của hợp chất c
(cẫu tử có nơng độ cao n h ất trong hỗn hợp hơi) bằng cách sử dụng hệ số hiệu chỉnh (pc:
^

= m .e x p (A c -------^ -----)
bar
v c t ỉ K + Cc
V ói

< P c= ^t =
= 1,9261
c p°
0,2558

Từ phương trìn h trên rú t ra được:
L = -------- ầc-----------Cc = ---------- 2477,075----------+ 39 945 = 282 20
K A c ~ \n {.P !ọ c )
c 9,2131- l n ( 0 ,7/1.9261)
Vậy

t = 282,2 °K = 9,05 °c.

3.2a. Ấp suất hơi bão hòa của các cấu tử tinh khiết tại t = 9,05°C:
paũ = 2,1261 b a r ; pb° = 1,4352 bar ;pt° = 0,3635 bar
3.3a. Ấp suất của h ỗ n hợp hơi pm tại t = 9,05°C:
1/pm = 0,186/2,1262 + 0,426/1,4352 + 0,388/0,3635 - 1,4517
Và pm = 0,6889 b ar ^ 0,7 bar. Đ ánh giá có độ chính xác thấp.
3.1b. Đ ánh giá lại nhiệt độ điểm sương (lẩn 2):
Hệ số hiệu chỉnh Ọc = p jp c a = 0,6889/ 0,3635 =1,8952
Khi đỏ:
t
K

Vậy:

............................

2477,075

— = ---------------

-------------+ 3 9 , 9 4 5 = 2 8 2 , 5 7 9

9,2131-111(0,7/1,8952)

t= 282,579 °K = 9,43 “C

3.2b. Á p suất hơi bão hòa của các cấu tử tinh khiết tại t - 9,43°C:
p ẵ = 2,1530 b a r ; pbữ = 1,4544 b a r ; p(ữ = 0,3694 bar
3.3b. Ấp suất của hỗn hợp hơi p m tại giá trị đánh giá cùa nhiệt độ điểm
t = 9,43°C:
1
Vậy

ìpm = 0,186/2,1530 + 0,426/1,4544 + 0,388/0,3694 = 1,4298

pm = 0,6994 b ar « 0,7 bar

Giá trị f = 9,43°c là đán h giá có độ chính xác đủ tốt.
3.4. T h àn h phẩn cùa giọt lỏng đẩu tiên
Xa = 0 , 1 8 6 .0 , 6 9 9 4 / 2 , 1 5 3 0 = 0 ,0 6 0 4
X b = 0 ,4 2 6 .0 , 6 9 9 4 / 1 , 4 5 4 4 = 0 ,0 4 9
= 0 ,3 8 8 .0 , 6 9 9 4 / 0 , 3 6 9 4 = 0 ,7 3 4 6

18

sương


2.0

bar

1.0
ị

0.8


0.4

0.2
•30

-20

‘10

0

10

20

30 ° c

Hlnh 1.3. Xác định nhiệt độ điềm sương của hỗn hợp lý tuởng ba cáu từ
i-butan-n-butan-n-pentan tại áp suất p = 0,7 bar

1.2.2. Các trường hợp cân bằng pha lỏng - hơi đặc biệt
Dưới đây sẽ áp dụng các định luật Dalton và định luật Raoult để th ể hiện hành vi của ba trưởng
hợp đặc biệt của các hỗn hợp hai cấu tử.
Trường hợp thứ nhất là trưòng hợp hỗn hợp lý tưởng khi lực tương tác giữa các phân tử cùng
m ột loại a -a hoặc b -b và giữa các phỊỊn tử khác nhau a -b là như nhau. N hư vậy các phân từ sẽ không
phân biệt đâu ỉà các va chạm với các phân tử cùng loại hay khác loại.
Ở trường hợp thứ hai sẽ giả thiết là các phản tử khác nhau sẽ đẩy nhau rát m ạnh ở trong pha lỏng
và vì vậy chúng khơng thể trộn lẫn với nhau ở trong pha lỏng (lỏng hồn tồn khơng tan lẫn vào nhau).
Kết quả là lỏng sẽ bị phân lớp thành hai pha lỏng, mỗi pha chứa m ột chất duy nhất.
Ở trường hợp thứ ba, trường hợp ngược lại với trường hợp thứ hai, các phần từ khác nhau sẽ
h ú t nhau rất m ạnh và giữa chúng xây ra phản ứng hóa học để Ịtạo thành hợp chất m ới c (phản ứng bát
th uận nghịch).
T rong tất cả các trư ờ ng hợp trên, chất a luồn được coi là cẵu tử nhẹ (cấu tử có áp suất hơi cao và
nhiệt độ sôi thấp), và chất b là cấu từ nặng (có áp suất hơi thấp và nhiệt độ sôi cao).
H ành vi của h ỗn hợp lý tưởng (trường hợp thứ nhất) được thể hiện trên hình 1.1A. Theo định
luật Raouh, áp suất riêng ph ần của cáu tử a, pi sẽ là hàm tuyến tính của nóng độ x a trong tồn bộ
khoảng x a = 0 -r 1,0. T ương tự, áp suất riêng phẩn của phần tử b,pbCŨng sẽ là đường thẳng trong khoảng
Xb = 0 -f 1,0. T heo định luật D alton, áp suất chung của hệ bằng tổng áp suất riêng phẩn của các cấu tử (pa
+ pb). Ấp suất chung của hệ lý tưởng cúng sẽ là m ột đưởng thẳng chạy từ pa° đến pbũ.
Trường h ợ p hai được th ể hiện trên hlnh 1.1 B. T rong p h a hơi, các cấu tử a và b được giả thiết có
hành vi lý tưởng, như ng ở tro n g pha lỏng chúng hồn tồn khơng tan lẫn vào nhau. N h ư vậy ở trường
h ợ p này, áp suất riêng phẩn của các cấu tử sẽ luốn bằng áp suất hơi bão hòa của chính các phẩn tử

19

đó {p. = p ữ) vì ở trong hệ chúng ln tổn tại ở dạng lỏng tinh khiết. C hính vì vậy, trên giản đơ p -x
của hình 1.1B, áp suất riêng phẩn của cấu tử a và cùa cấu tử b là các đường thang nằm ngang
(p = p° = c o n s t.p 6 = p ị - c o n st). Áp suất của h ệ trong phương trìn h này sẽ cao h ơ n áp suẵt hơi báo
hòa của các cấu tử tinh khiết. Trong trường hợp, này do áp suất của p h a hơi tăng lên nên nhiệt độ sỏi
của hỗn hợp hai p h a lỏng sẽ giảm xuống. T hành phẩn của p h a hơi sẽ luôn bằng ỵ a = paiipa + pb) và như
vậy sẽ khòng ph ụ th uộc vào nỗng độ của pha lỏng. N hận xét này có thể tháy rõ ràng trên đố thị y - X cùa
hình 1.1B. Đ ường điểm sương sẽ là m ột phẫn của đường áp suất hơi của các cấu tử tinh khiết. Đường
cân bằng p h a sẽ cắt đường chéo của đổ thị y - x và tại giao điểm này nóng độ của các cấu tử ở trong pha
hơi và trong pha lỏng sẽ bằng nhau (điểm đẳng phí).
Cho các hỗ n hợp lỏng hồn tồn khơng tan lẫn vào nhau sẽ dễ dàng thiết lập được phương trình
cho hệ số h o ạt độ Yí. Do áp suẫt riêng phẩn của cẫu tử (i) trong trường hợp này lu ồ n bằng áp suất hơi
bão hòa của cấu tử này n ên phương trinh Raoult cho dung dịch khơng lý tưởng có dạng:
Pi = p ! = p f M

hoặc

( u °)

N hư vậy, do Xi < 1,0 nên hệ số hoạt độ Yi >1 và sẽ nằm trong khoảng từ y, = 1,0 (nếu Xi = 1,0) đến
Ỵi - co (nếu Xi = 0).
Đối với các hỗn hợp lỏng thực, các cấu tử a và b ln có m ột lượng nhỏ tan lẫn vào nhau, nên hệ
SỐ hoạt độ cùa d u n g dịch vơ cùng lỗng y" (tại Xi = 0) sẽ là m ột đại lượng hữ u hạn, Hệ số hoạt độ vơ
cùng lỗng y " sẽ p h ụ thuộc vào ]ực tương tác giữa các cấu tử của hỗn hợp. Độ lớn của hệ số này 7 °° sẽ
cho biết m ức độ khòng lý tưởng của hỗn hợp tỏng, N hững thông tin vé hệ sổ hoạt độ Ỵ°° sẽ rất hữu ích
ở n hũng bước đẩu tiên của quá trình thiết kẽ,
T rường hợp 3 được th ể hiện trên hình 1.1C. Ở trường hợp này, hai cấu tử a và b được giả thiết
hút nhau rất m ạnh và giữa chúng xảy ra phản ứng hóa học. Ở đây cũng giả thiết sản phẩm c tạo thành
sau phản ứng có áp suất hơi rất thấp {pũc = 0). N ếu như hỗn hợp chứa nhiểu cấu tử a thì tồn bộ chất b

sẽ tác dụng với chất a để tạo th àn h c. N hư vậy hỗn hợp sau phản ứng chỉ gổm a vả c và khơng có cấu tủ
b ở trong hỗn hợp. Tương tự, nếu hỗn hợp chứa nhiểu cấu tử b, thì hỗn hợp sau p h ản ửng chỉ gổm b và
c và khơng có cấu tử a. N ếu n h ư lượng cấu tử a và b trong hỗn hợp tương ứng với các hệ sổ tỷ lượng
(x") thì hỗ n hợp lỏng sau p h ản ứng chỉ chứa duy nhất cấu tử c.
Giả thiết định luật Raoult đúng cho cả cấu tử a và c. Khi đó áp suất riêng phần pa của cấu tử a sẽ
tuyến tỉnh trong khoảng nổng độ từ Xa = 1 đến x a = x ' (tương ứng tro n g khoảng áp suất p l - p l= 0).
Khi giả thiết p ùc = 0, thì hơi ở trạng thải càn bằng cho trư ờ ng hợp hổn hợ p giàu cấu tử a sẽ chỉ chứa cẩu
tử a. T ương tự, pha hơi ở trạng thái cân bằn g cho trường hợp hỗn hợp giàu cấu tử b, cũng sẽ chỉ chứa
cấu tử b. Tại n ô n g độ tư ơ ng ứng với các hệ số tỷ lượng X nhiệt độ sôi của hổn hợp sẽ rất cao do theo giả
thiết cấu tử c có áp suẩt hơi thấp. Trên đơ thị y - X (hình 1.1C) đường cân bằng sẽ cắt đường chéo của
đô thị. Tại giao điểm này nông độ y = X (hoặc y - X = 0). H ệ số hoạt độ y, của cả hai cấu tử ở trong hỗn
hợp đểu nhỏ hơn ] và nằm tro n g khoảng 0 -ỉ-1.
Ba trư ờ n g h ợ p đặc biệt được m ô tả ở trên là các trường hợp giới hạn và có thể rất ít khi gặp trong
thực tế. T uy nhiên, đây là các trường hợp rất hữu ích cho m ục đích hiểu các nguyên lý cơ sở cùa cân
bẳng pha lỏng - hơi.

20


V í dụ 1.3
N hiệt độ sơi của hỗn hợp lỏng hai cấu tử hồn tồn khơng tan lẫn vào nhau.
Hãy xác định nhiệt độ sôi của hổn hợp lỏng: Nước {à) và Toluen (í>) tại áp suất p = 1 bar.
Bài giải:
H ỗn h ợ p nước - toluen có th ể coi là hỗn hợp lỏng hồn tồn khơng tan lẫn vào nhau. Khi đó
pa - paữ; pb = pb° và
po +pb - P Ĩ+ P Ĩ = p = Ib a r.
Từ hinh 1.4 tìm được t = 83,7°c, p„ = 0,555 bar, p b = 0,445 bar.
Thành p h án của bọ t hơi đầu tiên:
y a = p jp = 0,555/1 = 0,555
yb = pb!p

= 0 ,4 4 5 /1 = 0 ,4 4 5 .

Khi hai chất lỏng hồn tồn khơng tan lãn vào nhau thì các bọt hơi sẽ được tạo thành ở bé mặt
phân chia p h a lỏng - lỏng vỉ chỉ khi đó cả hai pha lỏng m ới có thể cùng góp phẩn tạo ra các bọt hơi.

1.3. XÁC ĐỊNH CẦN BẢNG PHA LỎNỠ - HƠI BẰNG p h ư ơ n g p h á p t h ự c n g h iệ m
N hững phát hiện thực nghiệm liên quan đến cân bằng pha lỏng - hơi của hệ hai và ba cấu từ sẽ
được thảo luận ở ph án dưới đáỵ.

50

60

90
—>

100

110

°c

Hình 1.4. Xổc định nhiệt độ sơì của hỗn hợp lỏng hal cấu tử hồn tồn
khơng pha fin vào nhau Nước - Toluen

1.3.1. Cân bằng pha lỏng - hơi của hỗn hợp hal cẩu tử
Cân bằng pha lỏng - hơi của hỗn hợp hai cấu tử a và b đo tại áp suất trong bin h được thể hiện
trên hình 1.5 (M ersm ann 1980).
Ờ hàng trên cùng, áp suất chung và áp suất riêng phẩn của hé được th ể hiện ở dạng hàm số của

nống độ phân m ol X, của cấu tử a ở tro n g pha lỏng tại nhiệt độ không đổi. D o chất a là chất dễ bay hơi
hơn chẵt b nên sẽ có áp suất hơi cao hơn và nhiệt độ sôi thấp hơn.

21


Ở hàng th ứ hai, nhiệt độ sôi và nhiệt độ điểm sương được thể hiện ở dạng hàm sổ của nông độ
của lỏng hoặc cùa hơi tại áp suất không đổi.
Ở hàng thứ ba> nổng độ cùa cấu tử a trong pha hơi y a được thể hiện ở

dạng hàm số của nổng độ

của cáu từ này tro n g pha lỏng Xa tại áp suất khòng đổi.
Ở hàng thứ tư, các hệ số hoạt độ Ỵa và Ỵb đuợc thể hiện ở dạng các hàm số của nổng độ.
Sự khác n h au đáng k ể tro n g hành vi của các hệ hai cấu tử ở trạng thái cân bằng pha tà do sự khác
nh au của các lực tương tác giữa các loại phân tử a và b. Đõi với các hỗn hợp trong đó các phân tử a và b
đẩy nhau sẽ được thể hiện ở phẩn bên trái của hình 1.5. Ở các trường hợp này, áp suất riêng phẩn cùa cả
hai chất Pi đểu tăng lên. Sự gia tăng áp suất hơi này sẽ làm cho nhiệt độ sôi giảm xuống. Ở hệ 1-ButanoLNưởc, lực đẩy giữa các phân tử tán đến m ức pha lỏng sẽ bị phân thành hai lớp ở vùng nổng độ trung bình.
Các hỗ n hợp lỏng hai cáu tử được thể hiện ở phấn bên phải của hình 1.5 lại có hảnh vi đối lập
hồn tồn với các trường hợp ở phẩn bên trái của hình 1.5. T rong các trườ ng hợp này, các phần từ a và
b hút nhau vả có xu th ế tạo thành các phức chất. Điểu này sẽ dẫn đến việc giảm áp suất riêng phán Pi của
các cấu tử, và vì vậy sẽ làm tăng nhiệt độ sơi. Trong trường hợp hỗn hợp lỏng B enzen-T oluen được thể
hiện ờ phẩn giữa cùa hình 1.5, lực tương tác giữa các phẩn từ a và b là tương tự như lực tương tác giữa
các phân tử â với a và b với b. T rong trường hợp này, các phẩn tử sẽ khòng “nhận thấy” sự khác nhau
khi va chạm với ph ân từ cùng loại hay khác loại. N hững hôn hợp như trên được gọi là các hỗn hợp lý
tưởng và cân bằng p h ^ lỏ n g - hơi của các hệ này sẽ được thể hiện bằng các phương trình rất đơn giản.
Các điểu kiện tại đó nồng độ của pha lỏng và pha hơi bằng nhau (y = x) sẽ rất quan trọng. N hững
hơ n hợp có các điểu kiện trên được gọi là các hổn hợp “đẳng p h í” (tiếng H y Lạp có nghĩa là: các hổn
h ợp khơng thay đổi nống độ khi sơi). Các hỗn hợp đẳng phí có thể có nhiệt độ sối cực tiểu hoặc cực đại.
T rong hỗn hợp đẳng phí có nhiệt độ sơi cực tiểu (hỗn hợp đẳng phí cực tiểu), các phân tử đẩy nhau.

T rong khi đó, trong hỗn hợp đẳng phí có nhiệt độ sơi cực đại (hỗn hợp đẳng phí cực đại), các phân tử lại
h ú t nhau. Nếu trong khoảng nông độ m à hai chất lỏng khỏng tan lẫn vào nhau xuẵt hiện hỗn hợp đẳng
phí, thì do lỏng sẽ bị phân lớp thành hai pha lỏng nên sẽ tạo thành hỗn hợp đẳng phí dị thể. Hỗn hợp đẳng
phí dị th ể ln là hỗn hợp đẳng phí cực tiểu. Bảng 1.2 dẫn m ột số ví dụ về các hịn hợp hai cấu tử có tạo
thành các h ơn hợp đẳng phí.
H ỗn hợp của các cấu tử có nhiệt độ sơi gẩn nhau ln có xu thế tạo thành hỗn hợp đẳng phí khi
cấu trúc hoá học của các cấu tử khác nhau. H ỗn hợp hai cẵu tử với hai điểm đẳng phí (m ột điếm cực
tiểu và m ộ t điểm cực đại) rất ít gặp trong thực tế (ví dụ, hỗn hợp Perfluorobenzen-B enzene).
Ngoài n ổ n g độ, áp suất cũng có ảnh hưởng nhiểu đến cần bẳng p h a lỏng- hơi cùa các hỗn hợp.
Ả nh hưởng của áp suất đến cân bằng pha lỏng - hơi của hỗn hợp N itơ -M êtan được thể hiện trên hình
1.6A. Ở áp suất cao, sự khác nhau của nổng độ pha hơi y và nổng độ pha lỏng X sẽ giảm đáng kể. Khi áp
suẵt vượt quá áp suất tới h ạn của các chất tinh khiết, thi các chất trên sẽ khơng thể hóa lỏng được nữa
(vùng siéu tới hạn). T uy nhiên, hỗn hợp hơi ờ vùng siêu tới hạn sẽ bị phân lớp thành hai p h a (xem hình
1.6B). V ùng tro n g đó xảy ra sự ph ân lóp thành hai pha hơi được giói hạn bởi đưởng cong áp suất hội tụ.
Đ ường cong này chính là quỹ tích cùa các điểm tới hạn của hồn hợp hai cấu tử. Đ ưòng cong áp suất hội
tụ điển h ln h thư òng có điểm cực đại.

22


1.2

fi6*c \

1,2

acre

06

08

00

V
0ằ

Oi

0.1.

Oc

ot

0

0

0

-

0

b

'ằ

V Sớ*c

iVC

B

dớ.

-

ớ
r

0

0& *a.y. 0

0ôb

xô. yô ằa

6

.yô9-0

Irt
6

2

4

0
'
ã -

z
\
n - butanol

Nirửc

2 • propanol

dliso
propyl

nưỏíc

Xa —»

a

methanol

a
toluene

a
bezen

t>
acetic add

*, —•
acetone

0
chloroform

acetone

nước

eibflL
Hình 1.5. Cân bằng pha lỏng - hơi của bảy hệ hai cấu từ[Mersmann 1980].
Chắt a dễ bay hơi hơn chất b.

Đ ường gạch gạch ở hàng trên cùng: biểu diễn hàn h vi cùa hệ lý tưởng. N hiệt độ và nổng độ cùa pha hơi (các hàng ở
giữa) đo tại áp p - 0,1 MPa. V ùng bịi đen: vùng khơng ta n lẫn của các p ha lòng. Các điểm đẳng phí được thể hiện bằng các

to

vịng trị n “o”. p„ p i - áp suất riêng phán của cấu tử a và b. x ay a~ nống độ phần moi của cẩu tử a trong pha lỏng và pha hơi.

nitric
acid


Báng 1.2. Một sổ hịn hợp hai cấu từ có điểm đẳng phí [Horsley 1973; Gmehlỉng et ai. 1977; Weast et al. 1986]
Số liệu đẳng p h i

C ông thức

h 2o

Tên

Nước

Tsôi, ° c

100

Công thức

Tên
T sô ị ° c

Xa, %mol

Tsoi, ° c

Kiểu

HBr

H ydrobrom íc acid (a)

-6 7

16,7

126

max

HC1

Hydrocloric acid (a)

-85

11.1

108.6

max

HNO,

N itric acid (a)

86

38.3

121

max

CH Clj

C hloroform (a)

61.2

83.9

56.12

hetero

CH2CI2

D ichlorom ethane(a)

40.1

93.3

38.1

hetero

CH3NO2

N itrom ethane(b)

101.2

51.1

83.6

hetero

c 2h 6o

Ethanol (a)

78.3

90.4

78.2

m in

C3H6O2

M ethylacetate(a)

57

87.2

56.4

m in

c3HsO

n -p ro p y l alcohol(a)

97.3

42.2

87.8

min

C jH iO j

M ethyl arcylate (a)

80

72.9

71

m in

c 4h 8o

Tetrahydrofurane (a)

66

81.7

64

m in

c 4h 8o

2 -b u tan o n e (a)

79.6

66.2

73.4

m in

C4H8o

Butyraldehyde (a)

74

79.6

68

m in

D ioxane(b)

101.3

51.7

87.8

m in

c a o

2


CHCU

C H 4O

chloroform

m ethanol

61.2

64.7

c 4h 8o 2

ethvl acetate (a)

77.1

6 8.2

70.4

hetero

C4H10O

butyl alcohol (b)

117.4

75.2

92.7

hetero

C 4H 10O 2

2 -ethoxyethanol (b)

135.1

92.5

99.4

mill

C5H5N

pyridine (b)

115

76.8

94

m in

c 5h 12o

ethyl propyl ether (a)

63.6

83.1

59.5

hetero

CfiHs

benzene (a)

80.2

70.4

69.3

hetero

c 7h 8

toluene (b)

110.7

55.6

84.1

hetero

c h 4o

m ethanol (b)

64.7

65.0

53.4

mill

c 2h 6o

ethanol (b)

78.3

83.7

59.4

m in

CsHiO

acetone (a)

56.1

36.7

64.4

max

C H 2C12

dichlorom ethane (a)

40.1

70.5

37.8

m in

CsHsO

acetone (a)

56.2

80.2

55.5

m in

C4H80

2 -b u tan o n e (b)

79.6

84

63.5

min

C 4H 8o 2

ethyl acetate (b)

77.1

69.9

62.3

m in

C ảh

benzene(b)

80.2

61

57.5

m in

c 7h 8

toluene (b)

110.7

86.5

63.8

min

c 7h 16

n-h ep tan e (b)

98.5

76.5

59.1

min

C sH 18

n -o c ta n e (b)

125.6

90.2

63

min