Microsoft Word Ví d? và BT chuong 1 doc Baøi giaûng tóm tắt Quaù trình Hóa học và Hóa lý trong kỹ thuật môi trường DuMyLe Khoa Môi trường, ĐHBK Tp HCM 1 Các Ví dụ và Bài tập Chöông 1 CÔ SÔÛ QUAÙ TRÌNH[.]
Trang 1Các Ví dụ và Bài tập Chương 1
CƠ SỞ QUÁ TRÌNH TRUYỀN KHỐI và PHÂN RIÊNG
Ví dụ 1: Cho hỗn hợp chất lỏng chứa 58,8% (theo mol) Toluen và 41,2% (theo mol)
Tetraclocacbon (CCl4) Hãy xác định tỷ số khối lượng Toluen X ⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
4
kgCCl kgToluen và nồng độ khối
lượng C x ⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
3
m
kg
Cho ρToluen = 870 kg/m3 và ρCCl4 = 1630 kg/m3
Giải
Nồng độ tỷ số khối lượng của Toluen xác định theo công thức:
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
=
−
=
−
=
4 853
, 0 588 , 0 1 154
588 , 0 92 1
kgToluen x
M
x M X
CCl Toluen
Với Mtoluen = 92 (kg/kmol)
MCCl4 = 154 (kg/kmol)
Nồng độ khối lượng tính theo công thức:
x X
X M
x M C
hh
Tol
1
ρ
= +
=
=
+
=
X
X
x
ρ_ khối lượng riêng của hỗn hợp:
4
1 1
CCl toluen
x x
ρ ρ
ρ
− +
= hay:
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
= +
+
= +
+
870
853 , 0 1630 1
853 , 0 1 1
1
4
m
kg X
X
Tol CCl ρ ρ
ρ
Mhh = MTol.x + MCCl4 (1-x) = 92 0,588 + 154 0,412 = 117,544 (kg/kmol)
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=
=
= 1160.0,461 535 3
m
kg x
C x ρ
Trang 2Ví dụ 2:
Cho không khí ở áp suất khí quyển, nhiệt độ 340C bão hòa hơi nước Hãy xác định áp suất riêng phần của không khí, % thể tích, % khối lượng của hơi nước trong hỗn hợp và nồng độ tỷ số khối lượng, cho rằng cả 2 cấu tử đều là khí lý tưởng Áp suất khí quyển 745 mmHg Hãy xác định khối lượng riêng của hỗn hợp và so sánh với không khí khô Cho biết: áp suất hơi nước bão hòa
ở t = 340C là 39,9 mmHg Áp suất không khí: 745 mmHg
Giải:
Aùp suất hơi riêng phần trong hỗn hợp chính là áp suất hơi nước bão hòa ở 340C Khi đó, áp suất riêng phần của không khí là:
Pkk = P – PH2O = 745 – 39,9 = 705,1 (mmHg)
P: áp suất tổng của hỗn hợp
Nồng độ phần thể tích hay phần mol của hơi nước trong hỗn hợp là:
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
=
=
=
hh
hn O
H
kmol
kmol P
P
745
9 , 39
Khối lượng mol của hỗn hợp:
Mhh = MH2O y + Mkk(1-y) = 18 0,0535 + 29 0,9465 = 28,4 (kg/kmol)
Nồng độ phần khối lượng
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
= +
=
− +
=
hh
O H
kk O
H
O H
kg
kg y
M y M
y M
2
2
0339 , 0 9465 , 0 29 0535 , 0 18
0535 , 0 18 1
Nồng độ tỷ số khối lượng:
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
=
−
=
−
=
kk
O H
kg
kg y
y
0351 , 0 0339 , 0 1
0339 , 0 1
Khối lượng riêng của hỗn hợp :
=
0
0
105 , 1 34 273 760 4 , 22
273 745 4 , 28
4 , 22
m
kg T
P
T P
M hh
hh
ρ
Khối lượng riêng của không khí khô ở 340C
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=
=
0
0
13 , 1 307 760 4 , 22
273 745 29
4 , 22
m
kg T
P
T P
M kk
kk
Kết luận : ρkk > ρhh
Trang 3Ví dụ 3:
Hãy tính hệ số khuếch tán phân tử của H2S vào nước ở 400C Cho độ nhớt vận động của nước ở
200C là:
μ = 1mPa.s = 1 cP
ρ = 1000 kg/m3
Giải:
Trước tiên ta tính hệ số khuếch tán phân tử ở 200C theo công thức:
B A B
A
M M B
A
10 1
2 3 3
6
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
ϑ ϑ μ
Tra bảng:
Đối với H2S
A = 1
ϑA = 2 3,7 + 25,6 = 33,0
(ϑH = 3,7 ; ϑS = 25,6 )
MA = 34
Đối với nước
B = 4,7
ϑB = 2 3,7 + 7,4 = 14,8 (ϑo = 7,4)
MB= 18 (m s)
18
1 34
1 33 8 , 14
1
.
7
,
4
10
2 3 3
6 20
−
−
= +
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
=
Hệ số khuếch tán ở 400C tính theo công thức:
20
40 =D +b t−
D
Với hệ số nhiệt độ: 0,02
1000
1 2 , 0
2 ,
=
ρ
μ
b
40 =1,93.10− 1+0,02 40−20 =2,7.10−
Ví dụ 4:
Trong một thiết bị truyền khối làm việc ở áp suất tuyệt đối P = 3,1 kgJ/cm2 có các hệ số truyền
chất là:
⎢
⎡
β
⎢
⎡
=1,07 kmol
β
Trang 4Thành phần cân bằng giữa pha lỏng và pha khí đặc trưng bởi định luật Henry p* = 0,08.106x Hãy xác định:
a Hệ số truyền khối Ky, Kx
b Tỷ lệ giữa trở lực khuếch tán trong pha lỏng và pha khí
Giải:
Chuyển phương trình đường cân bằng về dạng y* = mx
P
P
735 1 , 3
10 08 ,
=
∗
Hệ số chuyển đổi: 1kgJ/cm2 = 735 (mmHg)
a Tìm các hệ số truyền khối:
( )⎥⎦⎤
⎢
⎣
⎡
= Δ
= +
= +
=
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
= Δ
= +
= +
=
1
9 , 13
22
1 07 , 1 1 , 35 1
1 1
1 1
1
396 , 0
22
1 , 35 07 , 1 1
1 1
1
2 2
x h m kmol m
K
y h m
kmol m
K
x y x
x y y
β β
β β
Kiểm tra Kx/Ky = 13,9/0,396 = 35,1 = m
b Tỷ lệ trở lực khuếch tán trong các pha
71 , 1 935 , 0 / 595 , 1 070 , 1 1 22 35
y x
m
β β
Trở lực trong pha lỏng gấp 1,71 lần trở lực trong pha khí
Ví dụ 5:
Trong một thiết bị truyền khối có hệ số truyền khối
⎟
⎟
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎜
⎜
⎝
⎛
=
3 2
4 , 10
m
kmol h m
Kmol
K y , khí trơ là nitơ, áp
suất tuyệt đối P = 760 mmHg, t0= 200C
Hãy xác định hệ số truyền khối Ky ở các đơn vị:
a m2.h.(Δy =1)
mmHg h
m
Kmol
trơ khí kg
kgA h
m
Kg
2
Trang 5Giải:
Phương trình cân bằng vật chất
F K F K F C K
M = yΔ y = y′Δy = y′′ΔP (kmol/h)
1 Ta có:
Ky.ΔCy = K’y.Δy
y
C K
Δ
Δ
=
T P
PT y
M
C
hh
4 ,
0
=
20 273 4 , 22
273
4 , 22
0
+
=
=
Δ
Δ
T P
T P y
C y
( )⎥⎦⎤
⎢
⎣
⎡
= Δ
=
=
′
1
433 , 0 0416 , 0 4 ,
y h m
kmol
K y
b K′Δy =K y′′.ΔP
P P
y P
P y P
p
Δ
Δ
⇒
Δ
= Δ
⇒
=
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
=
= Δ
Δ
′
=
mmHg h
m
kmol P
y K
K y
10
69 , 5 760
433 , 0
2 4
c Phương trình cân bằng vật chất theo khối lượng có dạng:
Y
y K
K
F Y K F y K M M M
W
y y
y y
C C
Δ
Δ
′
=
′′′
Δ
′′′
= Δ
′
=
=
M
y M Y
t
C
−
=
1
Nếu y nhỏ:
t
C
M
y M
⎟
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎜
⎝
⎛
=
=
′
=
′′′
⇒
=
Δ
Δ
kg
kg h m
kg M
K K M
M Y
y
t y y C
t
1 , 12 28 433 , 0
2
Trang 6Ví dụ 6:
Ở 250C, áp suất khí quyển, cho tiếp xúc giữa dòng không khí chứa 14%(thể tích) axetilen (C2H2) và nước chứa C2H2 hoà tan với lượng như sau :
a) 0,29.10-3
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
O
kg
2
2 2
kgH
H
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
O
kg
2
2 2
kgH
H C
Hãy xác định:
1) C2H2 sẽ vận chuyển theo hướng nào?
2) Động lực của quá trình ở thời điểm đầu? (tính theo tỉ số mol)
Cho biết: Áp suất khí quyển là 765 mmHg
Nồng độ cân bằng giữa 2 pha xác định theo định luật Henry:
P* = E.x, mmHg
Ở 250C: E = 1,01 106 mmHg
Giải :
a) Nồng độ phần mol của acetilen trong nước tương ứng ⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
O kgH
H kgC X
2
2 2 3 10 29 ,
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
= +
= +
−
−
hh
H C
O H
H
kmol M
M X
X
2
2 2
3 3
3
10 2 , 0 18
26 10
29 , 0
10 29 , 0
Nồng độ phần mol C2H2 bão hoà tương ứng với nồng độ C2H2 trong pha lỏng x là
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
=
=
=
∗
hh
H C
kmol
kmol x
P
P
264 , 0 10 2 , 0 765
10 01 , 1 765
10 01 ,
6 6
Ta có
y* > y = 0,14 do đó C2H2 sẽ dịch chuyển từ chất lỏng vào khí
Động lực của quá trình là :
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
=
−
=
−
=
hh
kmol
H kmolC y
y
124 , 0 14 , 0 264 , 0
b) Nồng độ phần mol C2H2 bão hòa tương ứng nồng độ C2H2 trong pha khí y = 0,14 là :
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
=
=
=
∗
hh
H C
kmol
kmol E
y P E
P
6 0,106.10 10
06 , 1
14 , 0 765
Trang 7⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
= +
−
−
hh
H C
kmol
kmol
3
3
10 106 , 0 18
26 10
153
,
0
10 153 , 0
Do đó, x = x* Quá trình truyền khối không xảy ra Δx = 0