Cân bằng năng lượng pha hơi:.
Trang 1CSTR AkB
Cân bằng vật chất:
Tổng quát:
( V)
in in out out
dM d
dt dt
Cấu tử:
A: A ( A)
in Ain out Aout
dN d VC
B: B ( B)
in Bin out Bout
dN d VC
Cân bằng năng lượng:
( )
in in in out out out
dH
Cân bằng cấu tử:
1
2
( )
( )
( )
o
o
A
B
C
d VC
F C FC V k C dt
d VC
F C FC V k C k C dt
d VC
F C FC V k C dt
CSTR _Thiết bị giải nhiệt
Phương trình cân bằng năng lượng tổng quát:
t
1) E =(U+K+ ) k k : Năng lượng (Nôi năng + Động năng + Thế năng)
CSTR_A B catalyst C
1
2
B B
r
k C m s
Hai dòng nhập liệu:
Trang 22) W FP F P o o: Công chuyển hóa
( P,Po: Áp suất dòng ra và áp suất dòng vào)
3) [( V) E]
t
: Năng lượng tích tụ
4) F oo E o;F E : Năng lượng dòng vào và dòng ra
5) (Q r Q): Nhiệt phản ứng + Nhiệt cấp
Các giả thuyết:
1) W=0
2) ( +K) <<
o
P
t
1
v
VU
t
liquid gas
h H U Pv
Q VkC
VU
t
Các công thức liên quan:
( ) 1) h U Pv U Pv Vh F o o h o F h ( VkC A Q)
t
p
v
2) ( , , ) ( ) ;
P v
H H x T P H T
H
P const
T U
V const
T
Dòng 1(đậm đặc): F1 m3 ; CB1 mol3
Dòng 2(loãng):
3
F
Dòng sản phẩm:
3
3
; C
F
Chất A được cho dư
1
k : hằng số tốc độ phản ứng
2
k : hằng số cân bằng hấp phụ T=const, const
Cân bằng vật chất:
Tổng quát: dV F1 F2 F o
dt
( B)
d VC
CSTR_Không đẳng nhiệt
Trang 3-1 o
3) , C (KJ.Kg C),
( )
VT
t
Nhiệt cấp: Q(UA) (j T M T)
Suất lượng thông thường của dòng ra: Fout k P1P o gh
Hằng số tốc độ phản ứng:
E RT o
k k e
Thiết bị khuấy trộn
Khuấy trộn hai dung dịch 1 và 2 chứa hai chất A và B
Dòng 1: F1 m3 ; 1 kg3 ; T1 K ; CA1 mol3 ; CB1 mol3
Dòng 2: F2 m3 ; 2 kg3 ; T2 K ; CA2 mol3 ; CB2 mol3
Dòng ra: F o m3 ; o kg3 ; To K ; CAo mol3 ; CBo mol3
Bồn chứa có khuấy trôn:
Dòng lõng nhập liệu:
3
3
;
F
Dòng lỏng tháo liệu:
3
3
;
F
Cân bằng vật chất:
3 2
,L=L( ) t
( )
V V t
T const V
f f o o
A
m A m cons
L m t
d V
dt dV
F F dt
AdL
F F dt
Chú ý: F out k P1 P o gh
CSTR_pha Gas pressurized
Trang 4Quá trình tỏa ra môi trường: Q J
s
Thiết bị khuấy trộn lý tưởng:
+ Khối lượng riêng: 1 2 o
+ Nhiệt dung riêng: C p C p1 C p2 C po
Cân bằng vật chất:
Tổng quát:
( )
o o
d V
dt
const
dV
dt
Cấu tử:
( o Ao )
d C V
dt
( o Bo )
d C V
dt
Cân bằng năng lượng:
( )
o o o
d Vh
F h F h F h Q dt
, A, B
hh T C C : Enthalpy của hỗn hợp
1
n
i i p mix ref i
h T C h C T T
Reaction: A2B
Dòng nhập liệu:
3
3
; ; y
F
Dòng sản phẩm sau thiết bị phản ứng:
3
3
; ; y
F
Trong thiết bị phản ứng: T=const, V=const, P=const
Cân bằng vật chất:
Cân bằng cấu tử:
A
dC
Áp suất tổng: P
M y M y P
Van tiết lưu:
g
P P
F C
v
C : Hệ số kích thước của van; P g: Áp suất đầu ra của van tiết
lưu
Trang 5Lưu chất chạy trong ống_không có phản ứng
2
(m); A(m )
v
s
Cân bằng vật chất:
(v A) ( V)
v A v A dz
( ) ( )
0
( ) ( )
0
A const v
Bình phản ứng dạng ống
k
AB
A
z m s
Cân bằng vật chất:
A
A
; A=const
; r
0
k
A
A
A B kC
kC
A
A A
A
Fick s D
z
A
C D
kC
CSTR_có sự chuyển pha
Reaction: AkB
Cân bằng năng lượng:
t
( ; ; )
H T y P C T; : Heat of vaporization
Thiết bị phản ứng dạng ống có vỏ áo
Reaction: AkB
Cân bằng năng lượng:
Trang 6( ) ( )
t
4
2 4
z
z T
T
Q T
q k
z A
T k
v C T
E RT o
k k e
Thiết bị chứa chất lỏng có van xả điều khiển
Mô hình bồn chứa chất lỏng
Cân bằng vật chất:
+ Pha khí: 0
V
dM
dt ; V
M : khối lượng pha khí MV=const
+ Pha lỏng:
L
in out out
dM
dt ; L
M : khối lượng pha lỏng
Cân bằng năng lượng:
+ Pha khí ( P=const; V=const):
0
d U PV
P
+ Pha lỏng:
( L L)
d U PV
dt dt dt dt
Thiết bị phân tách – equilibrium
Cân bằng cấu tử: i
dN
Fz Lx Vy
dt
Cân bằng năng lượng (V=const): V L
in
dU
Fh Vh Lh
Thiết bị phân tách-non equilibrium
Trang 7Các phương trình:
+ Liên hệ khối lượng và thể tích mỗi pha:
M V
+ Phương trình khí lí tưởng+khuấy lí tưởng:
-1
2
out
; M:kg.mol ( ) ( )
P
; h
v
L
L V
total
out out
M
M
V h m A m
P gh
+ Năng lượng:
, h ( , ) , h ( , )
Mô hình van tiết lưu
in out const F F
in in out out
F h F h
in out
in v
w
P P
F C x
Cv :Hệ số kích thước của van
x: vị trí mở van
: khối lượng riêng của nước
Cân bằng cấu tử pha lỏng:
L i
dN
Fz A Lx
dt
2 1
: mol m s
i
: mật độ mol của cấu tử i từ pha lỏng vào pha hơi
Cân bằng cấu tử pha hơi:
V i
i i
dN
A Vy
dt
Cân bằng năng lượng pha lỏng:
( ).
L
H
(J.m-2.s): mật độ dòng nhiệt từ lỏng vào hơi
Cân bằng năng lượng pha hơi:
( ).
V
H
dt dt
*
*
( ) (y )
L
i i i i V
i i i i
k x x
;
L V
i i
k k : hệ số truyền khối
1
1
( *) ( * )
NC
i NC
i
,
L V
k k : hệ số truyền nhiệt
Trang 8Mâm chưng cất
Total mole balance: 1
p D
dN
dt
Species balances: , ,
( i p p) p i p D D
i p p p i p p i p p i p p i p
Energy balances: dU p L h D p D p V p 1h V p 1 L h p L p V h p V p ; Up P N v p( p L p) N h p p L
( , , , ).
y K T P x y x
; y
N N x N N
H N h H N h
V V L L total
V N v N v
1 ; 1
( , , ) ( , , x) ( , , ) ( , , x)
V V V
L L L
V V V
L L L
h h T P y
T P y
T P
Trang 9Phase equilibrium: y i p, k i p, (T P x p, p, p,y p).x i p,
Summation of mole fractions:
1 ; 1
Flow: ( , L) ; V p+1 ( , 1 , )
L f N v f P P N
Physical properties:
( , , )
( , , x )
( , , x )
V V
L L
L L
h h T P y
h h T P
v v T P
Chưng cất hệ nhiều cấu tử
Stage Cân bằng vật chất tổng
n+1
(Thiết bị ngưng tụ)
R=L n+1
D n
dM
D D j
d M x
d M h
n
n
dM
( n n j)
n n j D j n n j n n j
d M x
( n n)
d M h
Trang 10i
i
dM
1 1, 1 i 1, i, i,
d M x
( i i)
d M h
Stage f(Feed )
q: Thành phần lỏng có trong dòng nhập liệu
Cân bằng vật chất tổng quát: dM f V f 1 L f 1 V f (1 q F) L f qF
dt
f f j
dM x
dt
( )
(1 )
f f
d M h
dt
Stage 1
Trang 11Cân bằng vật chất tổng quát: 1
B bottom
dM
Cân bằng cấu tử: 1 1,
( j)
d M x
V y L x V y L x
Cân bằng năng lượng: 1 1
B B
d M h
V H L h V H L h
Stage 0 (Thiết bị gia nhiệt)
L o =B Cân bằng vật chất tổng quát: B 1
B
dM
dt
Cân bằng cấu tử: ,
( B j B)
j B B j B j
d x M
L x V y Bx
Cân bằng năng lượng: ( B B) 1 1
d M h
L h V H Bh Q
Tháp hấp thụ
Dòng lỏng A từ trên xuống với L mol2 ; XAf mol
mol
m s
Phân tách hệ nhiều cấu tử
Cân bằng vật chất : +Tổng quát: ( L L)
f f L L V V
d V
dt
Trang 12Dòng hơi chảy từ dưới lên với G mol2 ; YAf mol
mol
m s
Cân bằng lỏng_hơi: Y A H X A
Henry’s law constant: H (phân mol của khí/phân mol của lỏng)
Mật độ dòng:
+ Lỏng – hơi: * *
N K Y Y K X X
2
Y
kmol
K
m s
: hệ số truyền khối tổng quát trong pha hơi
2
X
kmol
K
m s
: hệ số truyền khối tổng quát trong pha lỏng
;
A
Y H X Y H X
Tháp hấp thụ có chiều cao z(L) và tiết diện A
HL(kg/m3): Lượng lỏng tích tụ
Cân bằng vật chất:
Thành phần cấu tử thay đổi theo z,t (tương tự bình ống)
Dòng vào (z): A X L( A )ANA
Dòng ra (z+dz): A X L( A ) ANA A X L( A ) ANAdz
z
Lượng tích tụ: H X L AA
t
Phương trình cân bằng vật chất thu được:
N
H X A A X L A
dz
+Cấu tử: ( L L x )i
f f i L L i V V i
d V
F z F x F y dt
Cân bằng năng lượng;
( L Lh)
f f f L L L V V V
d V
dt
Cân bằng lỏng_hơi:
s i
P
P
1
1
1
1
1; 1 ; (x , , ); (y , , )
( , )
(y , )
n
i i avg
i V
n
i n
i n
m i i i
y M P
M P
h f x T x C T T
y
Thiết bị phản ứng có sự chuyển pha
Dòng vào:
+ Khí A: F A mol
s
Trang 13Tương tự trong pha hơi:
N
Quan hệ cân bằng: Y A f X( A)
+ Lỏng B: B mol
F s
A khuếch tán trong pha lỏng với mật độ khuếch tán
NA(mol/m3.s) và xảy ra phản ứng:
A+BC, R=kCACB
C tạo thành khuếch tán trong pha hơi với mật độ khuếch tán
NC(mol/m3.s)
B không bay hơi, C đi ra theo dòng hơi
Pha hơi:
Cân bằng vật chất: V
dN
Cấu tử: ( A V)
d y N
dt
A
dy
Pha lỏng:
Cân bằng vật chất: L
dN
Cấu tử: ( A L)
A L A
d x N
N F x RV
A
dx
B
dx
Chú ý các công thức:
Trang 14( L L) ( L) ( L) (T) ( L)
dT
Cân bằng lỏng-hơi:
0
.
S
A A A
S
toltal L V
L V
y P x P
N P nRT N RT
N RT N V
P