Tài liệu Bài tập về nhiệt độ áp suất ppt

Thiết lập phương trình đường làm việc phần luyện và trình bày cách xácđịnh số đoạn lý thuyết : Benzene C6H6 có khối lượng phân tử là MB = 78 Toluene C7H8 có khối lượng phân tử là MT = 92

Trang 1

Đề 1

Câu 1

Xác định thành phần pha lỏng và pha hơi của hổn hợp benzene - toluene ởnhiệt độ 950C và áp suất 760 mmHg Cho biết áp suất hơi của benzene và toluene phụthuộc vào nhiệt độ theo phương trình sau :

P benzene = 10 6,90565 - 1211,033/(220,79 + t)

P toluene = 10 6,95464 - 1344,8/(219,482 + t)

Pbenzene : áp suất hơi của benzene tính bằng mmHg

Ptoluene : áp suất hơi của toluene tính bằng mmHg

Câu 3

Một thiết bị làm việc ở áp suất thường để tách hổn hợp benzene - toluene cóthành phần benzene (cấu tử dễ bay hơi) là 37,5% (theo % khối lượng) Sản phẩmđỉnh có thành phần benzene là 96% (theo % khối lượng), sản phẩm đáy có thànhphần benzene là 8% (theo % khối lượng) Nhập liệu vào hệ thống ở nhiệt độ sôi

3.1 Thiết lập phương trình đường làm việc phần luyện và trình bày cách xácđịnh số đoạn lý thuyết, cho biết tỉ số hoàn lưu thích hợp là R = 1,5 Rmin, số liệu cânbằng của hệ benzene - toluene được cho trong bảng sau :

ybenzene 0 0,118 0,214 0,380 0,511 0,619 0,712 0,790 0,854 0,910 0,959 1

xbenzene 0 0,05 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1Nhiệt độ

xB, xT là phân mol tương ứng của benzene và toluene trong pha lỏng

yB, yT là phân mol tương ứng của benzene và toluene trong pha hơi

PB, PT là áp suất hơi tương ứng của benzene và toluene ở 950C

pB, pT là áp suất riêng phần của benzene và toluene trong hổn hợp

P là áp suất tổng cộng của hổn hợp P = 760 mmHg

Ở 950C áp suất hơi của benzene và toluene là :

PB = 106,90565 - 1211,033/(220,79 + t) = 106,90565 -  1211,033/(220,79 + 95) 

Trang 2

Câu 2 (3 điểm)

Gọi :

xB, xT là phân mol tương ứng của benzene và toluene trong pha lỏng

yB, yT là phân mol tương ứng của benzene và toluene trong pha hơi

PB, PT là áp suất hơi tương ứng của benzene và toluene ở 950C

Trang 3

Câu 3 (4 điểm)

3.1 Thiết lập phương trình đường làm việc phần luyện và trình bày cách xácđịnh số đoạn lý thuyết :

Benzene (C6H6) có khối lượng phân tử là MB = 78

Toluene (C7H8) có khối lượng phân tử là MT = 92

Gọi xF, xW, xD là phân mol tương ứng của cấu tử dễ bay hơi (benzene) trongnhập liệu, sản phẩm đáy và sản phẩm đỉnh

Gọi wF, wW, wD là phần trăm khối lượng tương ứng của cấu tử dễ bay hơi(benzene) trong nhập liệu, sản phẩm đáy và sản phẩm đỉnh :

Theo đề bài wF = 37,5% = 0,375, wW = 8% = 0,08 và wD = 96% = 0,96

Đổi thành phần phần trăm khối lượng thành phân mol theo công thức :

B F

F ( w / M ) ( 1 w ) / M

) M / w ( x

− +

=Tương tự đối với xD và xW⇒ xF = 0,4144, xW = 0,093, xD = 0,966

Sử dụng phép nội suy từ bảng dử liệu cân bằng ⇒ y*F = 0,632

Vì nhập liệu vào tháp ở nhiệt độ sôi nên tỉ số hoàn lưu tối thiểu được xác địnhtheo công thức :

532 , 1 4144 , 0 632 , 0

632 , 0 966 , 0 x y

y x R

F

* F

* F D

Theo đề bài tỉ số hoàn lưu thích hợp là R = 1,5*Rmin = 1,5 * 1,532 = 2,3

⇒ Phương trình đường làm việc của đoạn luyện là :

Thiết

bị chưng cất

Sản phẩm đáy W? ww = 0,08 (8% khối lượng)

Sản phẩm đỉnh D? wD = 0,96 (96% khối lượng)

Hoàn lưu L

Thiết bị ngưng tụ

Thiết bị đun sôi đáy tháp

(1)

(2)

Trang 4

293 , 0 x 697 , 0 1 3 , 2

966 , 0 x 1 3 , 2

3 , 2 1 R

x x 1 R

R

+

+ +

= +

+ +

=

Để xác định số đoạn lý thuyết cần thực hiện những bước sau :

- Vẽ giản đồ cân bằng x-y theo số liệu cân bằng trong đề bài

- Vẽ đường làm việc của đoạn luyện là phương trình đường thẳng điqua điểm (xD = 0,966; y = 0,966) và đi qua điểm (x = 0; y = 0,293)

- Vẽ đường trạng thái nhập liệu là đường thẳng đứng song song vớitrục tung và có toạ độ x = xF = 0,414

- Vẽ đường làm việc phần chưng là đường thẳng qua điểm (xW = 0,093;

y = 0,093) và giao điểm của đường làm việc phần luyện và đường trạng thái nhậpliệu

- Vẽ số bậc thay đỗi nồng độ ⇒ số đoạn lý thuyết

3.2 Tính lượng khối lượng sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy và khối lượnghơi ra khỏi đỉnh tháp, nếu khối lượng nhập liệu vào hệ thống là 1000 kg/giờ

Chọn căn bản tính 1 giờ

Gọi F, W, D lần lượt là khối lượng nhập liệu, sản phẩm đáy và sản phẩm đỉnh,

F = 1000 kg/giờ; wF, wW, wD là phần trăm khối lượng tương ứng của cấu tử dễ bayhơi (benzene) tương ứng trong nhập liệu, sản phẩm đáy và sản phẩm đỉnh

L là khối lượng hoàn lưu và G là khối lượng lượng hơi ra khỏi đỉnh tháp.Cân bằng vật chất tổng quát toàn hệ thống theo đường biên (1) trong hình vẽ

F = D +W =1000 (1)Cân bằng đối với cấu tử dễ bay hơi :

F*wF = DwD + WwB = 0,96D + 0,08W =1000*0,375 = 375 (2)Giải hệ thống phương trình (1) và (2)

⇒ G = 335 * 3,3 = 1105,5Vậy :

Khối lượng sản phẩm đỉnh là 335 kg/giờ Khối lượng sản phẩm đáy là 665 kg/giờ Khối lượng hơi thoát ra khỏi đỉnh tháp là 1105,5 kg/giờ.

Trang 5

Đề 2

Câu 1

Xác định nhiệt độ điểm sương của hổn hợp hơi gồm có 40% (theo % khốilượng) acetone (C3H6O), 40% (theo % khối lượng) ethanol (C2H6O) và 20% (theo %khối lượng) methanol (CH4O) Áp suất tổng cộng của hổn hợp là 750 mmHg Chobiết áp suất hơi của acetone, ethanol và methanol phụ thuộc vào nhiệt độ theo phươngtrình như sau :

P acetone = 10 7,02447 - 1161/(224 + t)

P ethanol = 10 8,04494 - 1554,3/(222,65 + t)

P methanol = 10 7,87863 - 1473,11/(230 + t)

Pacetone : áp suất hơi của acetone tính bằng mmHg

Pethanol : áp suất hơi của ethanol tính bằng mmHg

Pmethanol : áp suất hơi của methanol tính bằng mmHg

ybenzene 0 0,118 0,214 0,380 0,511 0,619 0,712 0,790 0,854 0,910 0,959 1

xbenzene 0 0,05 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1Nhiệt độ

sôi (0C)

110,6 108,3 106,1 102,2 98,6 95,2 92,1 89,1 86,8 84,4 82,3 80,2

Cho biết khối lượng nhập liệu vào hệ thống là 1200 kg/giờ?

Khối lượng hơi thoát ra khỏi đỉnh tháp là 1080 kg/giờ

Tỉ số hoàn lưu được định nghĩa là R = L/D L là khối lượng hổn hợp hoàn lưu

và D là khối lượng sản phẩm đỉnh

Trang 6

PA, PE và PM là áp suất hơi tương ứng của acetone, ethanol và methanol

P là áp suất tổng cộng của hổn hợp hơi P = 750 mmHg

Đổi % khối lượng hổn hợp hơi sang % mol (phân mol) theo công thức :

)M/w()M/w()M/w(

)M/w(y

M M E

E A A

A A

Ở mổi nhiệt độ sẽ tồn tại áp suất hơi tương ứng của acetone (PA), ethanol (PE)

và methanol (PM), nhiệt độ điểm sương của hổn hợp là nhiệt độ ứng với áp suất hơiđáp ứng phương trình (237/ PA) + (298,5/ PE) + (214,5/ PM) =1 Do đó để tìm nhiệt

độ điểm sương của hổn hợp sử dụng phương pháp thử sai, giả sử một nhiệt độ sẽ cómột áp suất hơi tương ứng của acetone (PA), ethanol (PE) và methanol (PM)nhiệt độnào đáp ứng phương trình (237/ PA) + (298,5/ PE) + (214,5/ PM) =1 là nhiệt độ điểmsương của hổn hợp Kết quả trình bày ở bảng sau:

Trang 7

Câu 2

2.1 Tính lượng khối lượng sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy, tính khối lượng

hoàn lưu và tỉ số hoàn lưu (3 điểm).

Chọn căn bản tính 1 giờ

Gọi F, W, D lần lượt là khối lượng nhập liệu, sản phẩm đáy và sản phẩm đỉnh,

F = 1200 kg/giờ; wF, wW, wD là phần trăm khối lượng tương ứng của cấu tử dễ bayhơi (benzene) tương ứng trong nhập liệu, sản phẩm đáy và sản phẩm đỉnh

F*wF = DwD + WwB = 0,90D + 0,10W =1200*0,30 = 360 (2)Giải hệ thống phương trình (1) và (2)

Vậy : Khối lượng sản phẩm đỉnh là 300 kg/giờ.

Khối lượng sản phẩm đáy là 900 kg/giờ.

Thiết

bị chưng cất

Sản phẩm đáy W? ww = 0,10 (10% khối lượng)

Sản phẩm đỉnh D? wD = 0,90 (90% khối lượng)

(1)

(2)

Trang 8

Khối lượng hổn hợp hoàn lưu là 780 kg/giờ.

Tỉ số hoàn lưu R = 2,6

2.2 Thiết lập phương trình đường làm việc phần luyện và trình bày cách xác

định số đoạn lý thuyết (3 điểm):

Gọi xF, xW, xD là phân mol tương ứng của cấu tử dễ bay hơi (benzene) trongnhập liệu, sản phẩm đáy và sản phẩm đỉnh

Gọi wF, wW, wD là phần trăm khối lượng tương ứng của cấu tử dễ bay hơi(benzene) trong nhập liệu, sản phẩm đáy và sản phẩm đỉnh :

Theo đề bài wF = 30% = 0,30, wW = 10% = 0,10 và wD = 90% = 0,90

Đổi thành phần phần trăm khối lượng thành phân mol theo công thức :

B F

F ( w / M ) ( 1 w ) / M

) M / w ( x

− +

=Tương tự đối với xD và xW⇒ xF = 0,336, xW = 0,116, xD = 0,914

Từ kết quả phần 2.1 ⇒ R = 2,6

⇒ Phương trình đường làm việc của đoạn luyện là :

254 , 0 x 722 , 0 1 6 , 2

914 , 0 x 1 6 , 2

6 , 2 1 R

x x 1 R

R

+

+ +

= +

+ +

=

- Vẽ đường trạng thái nhập liệu là đường thẳng đứng song song vớitrục tung và có toạ độ x = xF = 0,336

- Vẽ đường làm việc phần chưng là đường thẳng qua điểm (xW = 0,116; y =0,116) và giao điểm của đường làm việc phần luyện và đường trạng thái nhập liệu

Trang 9

Hổn hợp tuân theo định luật Raoult

Áp suất hơi của các chất phụ thuộc vào nhiệt độ theo phương trình như sau :

P = 10 A - B/(C + t)

Với : P : Áp suất hơi tính bằng đơn vị mmHg

t : nhiệt độ 0CA,B,C : Hằng số tùy thuộc từng chất tìm trong bảng như sauHợp chất Công thức Nhiệt độ áp dụng A B C

1 Tính lượng khối lượng sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy, tính khối lượng hoàn lưu và

tỉ số hoàn lưu? Tỉ số hoàn lưu R được định nghĩa là tỉ số giữa tổng số mol hoàn lưu với tổng

số mol sản phẩm đỉnh (R = L/D).

Cho biết khối lượng nhập liệu vào hệ thống là 1053,6 kg/giờ?

Khối lượng hơi thoát ra khỏi đỉnh tháp là 857,52 kg/giờ

2 Thiết lập phương trình đường làm việc phần luyện và trình bày cách xác định sốbậc thay đỗi nồng độ lý thuyết Sử dụng giá trị của tỉ số hoàn lưu trong kết quả của tỉ sốhoàn lưu trong câu 1là giá trị của tỉ số hoàn lưu thích hợp Số liệu cân bằng của hệ benzene -toluene được cho trong bảng sau :

ybenzene 0 0,118 0,214 0,380 0,511 0,619 0,712 0,790 0,854 0,910 0,959 1

xbenzene 0 0,05 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1Nhiệt độ sôi (0C) 110,6 108,3 106,1 102,2 98,6 95,2 92,1 89,1 86,8 84,4 82,3 80,2

Trang 10

Bài giải đề 3

Câu I :

1 Tính áp suất tổng cộng và phân mol của pha hơi cân bằng với pha lỏng trong dung dịch methanol (CH 3 OH), ethanol (C 2 H 5 OH) và acid acetic (CH 3 COOH).

nM, nE và nA là số gmol tương ứng của methanol (CH3OH), ethanol (C2H5OH)

và acid acetic (CH3COOH) trong dung dịch

xM, xE và xA là phân mol tương ứng của methanol (CH3OH), ethanol (C2H5OH)

và acid acetic (CH3COOH) trong dung dịch lỏng (pha lỏng)

yM, yE và yA là phân mol tương ứng của methanol (CH3OH), ethanol (C2H5OH)

và acid acetic (CH3COOH) trong pha hơi cân bằng với pha lỏng

PM, PE và PA là áp suất hơi tương ứng của methanol (CH3OH), ethanol(C2H5OH) và acid acetic (CH3COOH) ở 750C

pM, pE và pA là áp suất riêng phần tương ứng của methanol (CH3OH), ethanol(C2H5OH) và acid acetic (CH3COOH) trong pha hơi cân bằng với pha lỏng ở 750C

⇒ Tổng số gmol của hổn hợp lỏng là : n = 8 + 7 + 5 = 20gmol

Phân mol methanol (CH3OH), ethanol (C2H5OH) và acid acetic (CH3COOH)trong dung dịch là :

Trang 11

yM,yE và yA là phân mol tương ứng của methanol (CH3OH), ethanol (C2H5OH)

và acid acetic (CH3COOH) trong hổn hợp hơi yM = 0,6188, yE = 0,3219 và yA=0,0593 (theo kết quả câu trên)

xM, xE và xA là phân mol tương ứng của methanol (CH3OH), ethanol (C2H5OH)

và acid acetic (CH3COOH) trong pha lỏng cân bằng với yM,yE, yA ở nhiệt độ điểmsương

PM, PE và PA là áp suất hơi tương ứng của methanol (CH3OH), ethanol(C2H5OH) và acid acetic (CH3COOH) ở nhiệt độ điểm sương

Áp dụng định luật Raoult đối với hổn hợp :

độ sẽ có một áp suất hơi tương ứng của acetone (PA), ethanol (PE) và methanol(PM)nhiệt độ nào đáp ứng phương trình (423,2592/PM) + (220,1796/PE)

+ (40,5612/PA) = 1 là nhiệt độ điểm sương của hổn hợp Kết quả trình bày ở bảngsau:

M) + (220,1796/PE) + (40,5612/PA)

Trang 12

Gọi F là số kgmol/giờ hổn hợp nhập liệu, D là số kgmol/giờ hổn hợp sảnphẩm đỉnh và W là số kgmol/giờ hổn hợp sản phẩm đáy.

xF, xW, xD là phân mol tương ứng của cấu tử dễ bay hơi (benzene) trong nhậpliệu, sản phẩm đáy và sản phẩm đỉnh

xF = 0,30 xW =0,10 xD = 0,90 (theo đề bài)

MF là phân tử lượng trung bình của nhập liệu

Phân tử lượng trung bình của nhập liệu là

MF = (xF*MB)+ [(1-xF)*MT] = (0,3*78)+[(1-0,3)*92] = 87,8 g/gmol

Phân tử lượng trung bình của sản phẩm đỉnh

MD= (xDMD) + (1-xD)*MT] = (0,9*78)+[(1-0,9)*92] = 79,4 g/gmol

Số kgmol hổn hợp nhập liệu là : F = 1053,6/87,8 = 12 kgmol/giờ

Số kgmol hơi ra khỏi đỉnh tháp là G = 857,52/79,4 = 10,8 kgmol/giờ

Cân bằng vật chất tổng quát toàn hệ thống theo đường biên (1) :

Cân bằng đối với benzene (cấu tử dễ bay hơi)

0,3F = 0,9D + 0,1W = 0,3*12 = 3,6 (2)Giải hệ thống phương trình (1) và (2):

D + W = 12 (1)0,9D + 0,1W = 3,6 (2)

⇒ D = 3 và W = 9Cân bằng khối lượng hệ thống ngưng tụ d8ường biên (2)

Thiết

bị chưng cất

Sản phẩm đáy W? xw = 0,10 (10% mol)

Sản phẩm đỉnh D? xD = 0,90 (90% mol)

G = 857,52 kg/giờ

Hoàn lưu L

(1)

(2)

Trang 13

G = D + L ⇒ L = G - D = 10,8 - 3 = 7,8

Tỉ số hoàn lưu là 7,8/3 = 2,6

Khối lượng sản phẩm đỉnh là D = 3kgmol = 3* 79,4 = 238,2 kg/giờ

Khối lượng sản phẩm đáy là W = 1053,6 - 238,2 = 815,4 kg/giờ

Khối lượng hoàn lưu là 7,8 *79,4 = 619.32 kg/giờ

Tỉ số hoàn lưu là R = 2,6

2 Thiết lập phương trình đường làm việc của đoạn luyện

Phương trình đường làm việc của đoạn luyện là :

25 , 0 x 722 , 0 1 6 , 2

90 , 0 x 1 6 , 2

6 , 2 1 R

x x 1 R

R

+

+ +

= +

+ +

=

- Vẽ đường làm việc của đoạn luyện là phương trình đường thẳng điqua điểm (x = xD = 0,9 ; y = 0,9) và đi qua điểm (x = 0; y = 0,25)

- Vẽ đường trạng thái nhập liệu là đường thẳng đứng song song vớitrục tung và có toạ độ (x = xF = 0,30; y = xF = 0,30) vì nguyên liệu vào hệ thống ởnhiệt độ sôi

- Vẽ đường làm việc phần chưng là đường thẳng qua điểm (x = xW =0,1; y = 0,1) và giao điểm của đường làm việc phần luyện với đường trạng thái nhậpliệu

Đề 4

Một thiết bị làm việc ở áp suất thường để tách hổn hợp benzene - toluene cóthành phần benzene (cấu tử dễ bay hơi) là 30% mol Sản phẩm đỉnh có thành phầnbenzene là 96% mol, sản phẩm đáy có thành phần benzene là 10% mol Nhập liệuvào hệ thống ở nhiệt độ sôi là 98,60C

Thiết lập phương trình đường làm việc phần luyện và trình bày cách xác định

Acetic acid C2H4O2 360C ÷ 1700C 7,18807 1416,7 211Benzene C6H6 Mọi nhiệt độ 6,90565 1211,033 220,790Carbon di sulfide CS2 -100C ÷ 1600C 6,85145 1122,500 236,460Ethyl alcohol C2H5OH Mọi nhiệt độ 8,04494 1554,300 222,650Methyl alcohol CH3OH -200C ÷ 1400C 7,87863 1473,110 230Toluene C7H8 Mọi nhiệt độ 6,95464 1344,800 219,482

Trang 14

R là tỉ số hoàn lưu R = β*Rmin

Vì nguyên liệu vào hệ thống ở nhiệt độ sôi nên tỉ số hoàn lưu tối thiểu đượctính theo công thức như sau Rmin = (xD –yF*)/(yF*-xF) với yF* là phân mol của cấu tử

dễ bay hơi trong pha hơi cân bằng với xF yF* được tìm theo phương trình đường cânbằng như sau : y = αx / [1+ (α – 1)x] Với α = PB/PT là độ bay hơi tương đối

PB là áp suất hơi của benzene

- Vẽ giản đồ cân bằng x-y theo phương trình đường cân bằng

- Vẽ đường trạng thái nhập liệu là đường thẳng đứng song song vớitrục tung và có toạ độ x = xF = 0,30 (vì nguyên liệu vào hệ thống ở nhiệt độ sôi)

- Vẽ đường làm việc phần chưng là đường thẳng qua điểm (xW = 0,10;

y = 0,10) và giao điểm của đường làm việc phần luyện và đường trạng thái nhập liệu

Đề 5

Câu 1 : Một hổn hợp hơi gồm có 112g nitrogen (N2), 24g hydrogen (H2) và 176gcarbon dioxide (CO2) được chứa trong bình chứa kín ở nhiệt độ 00C

 Tính thể tích của bình sao cho áp suất tổng cộng trong bình là 2 atm ?

 Giử thể tích bình chứa không thay đổi (như kết quả câu 1) nếu nhiệt độ củabình được tăng lên đến 1270C nitrogen sẽ tác dụng với hydrogen theo phản ứng nhưsau : N2 + 3H2 2NH3 Tỉ lệ phản ứng là 50% (chỉ 50% số gmole

Tiêu đề	Nhiệt độ áp suất ppt
Thể loại	Bài tập

Định dạng
Số trang	27
Dung lượng	366 KB