CH NGƯ
I. Khái ni mệ
Ch ng c t là qua trình phân tách h n h p l ng (ho c khí l ng) thành các c u t riêngư ấ ỗ ợ ỏ ặ ỏ ấ ử
bi t d a vào s khác nhau v đ bay h i c a chúng ( hay nhi t đ sôi khác nhau cùngệ ự ự ề ộ ơ ủ ệ ộ ở
áp su t), b ng cách l p đi l p l i nhi u l n quá trình bay h i - ng ng t , trong đó v t ch tấ ằ ặ ặ ạ ề ầ ơ ư ụ ậ ấ
đi t pha l ng vào pha h i ho c ng c l i. ừ ỏ ơ ặ ượ ạ
Khác v i cô đ c, ch ng c t là quá trình trong đó c dung môi và ch t tan đ u bay h i,ớ ặ ư ấ ả ấ ề ơ
còn cô đ c là quá trình trong đó ch có dung môi bay h i.ặ ỉ ơ
ng d ng đ tách các h n h p:Ứ ụ ể ỗ ợ
•D u mầ ỏ
•Không khí hóa l ng đ c ch ng c t nhi t đ -190ỏ ượ ư ấ ở ệ ộ oC đ s n xu t Oxi và Nitể ả ấ ơ
•T o s n ph m d ng h n h p ch t l ngạ ả ẩ ở ạ ỗ ợ ấ ỏ
•Thu đ c h n h p nhi u s n ph m( Khi ch ng c t ta thu đ c nhi u c u t vàượ ỗ ợ ề ả ẩ ư ấ ượ ề ấ ử
th ng thì bao nhiêu c u t s thu đ c b y nhiêu s n ph m)ườ ấ ử ẽ ượ ấ ả ẩ
•S n ph m đ nh g m nhi u c u t d bay h i và m t ph n c u t khó bay h iả ẩ ỉ ồ ề ấ ử ễ ơ ộ ầ ấ ử ơ
•S n ph m đáy g m ch y u c u t khó bay h i và m t ph n c u t d bay h iả ẩ ồ ủ ế ấ ử ơ ộ ầ ấ ử ễ ơ
Đ đ t đ c ch t l ng s n ph m đ nh tinh khi t c n ph i ti n hành ch ng c t nhi uể ạ ượ ấ ượ ả ẩ ỉ ế ầ ả ế ư ấ ề
l n.ầ
Khi ti n hành ch ng c t c n chú ý:ế ư ấ ầ
•Áp s t làm vi c: chân không, áp su t cao ho c áp su t th ng. Nguyên t c c aấ ệ ấ ặ ấ ườ ắ ủ
ph ng pháp này là d a vào nhi t đ sôi c a các c u t , n u nhi t đ sôi c a cácươ ự ệ ộ ủ ấ ử ế ệ ộ ủ
c u t quá cao thì ta gi m áp su t làm vi c đ gi m nhi t đ sôi c a các c u t .ấ ử ả ấ ệ ể ả ệ ộ ủ ấ ử
•S c u t trong h n h p: h hai c u t , h có ba ho c s c u t ít h n m i vàố ấ ử ỗ ợ ệ ấ ử ệ ặ ố ấ ử ơ ườ
h nhi u c u t .ệ ề ấ ử
•Ph ng th c làm vi c: liên t c hay gián đo n( ch ng c t đ n gi n). ươ ứ ệ ụ ạ ư ấ ơ ả
Ph ng pháp ch ng c t đ n gi n( gián đo n) đ c s d ng trong các tr ng h p sau:ươ ư ấ ơ ả ạ ượ ử ụ ườ ợ
•Khi nhi t đệ ộ sôi c a các c u t khác xa nhau.ủ ấ ử
•Không đòi h i s n ph m có đ tinh khi t cao.ỏ ả ẩ ộ ế
•Tách h n h p l ng ra kh i t p ch t không bay h i.ỗ ợ ỏ ỏ ạ ấ ơ
•Tách s b h n h p nhi u c u t .ơ ộ ỗ ợ ề ấ ử
Ch ng c t h n h p hai c u t ( dùng thi t b ho t đ ng liên t c) là quá trình đ c th c hi nư ấ ỗ ợ ấ ử ế ị ạ ộ ụ ượ ự ệ
liên t c, ngh ch dòng, nhi u đo n.ụ ị ề ạ
Ph ng pháp c t nhi t đáy tháp: C p nhi t tr c ti p b ng h i n c, th ng đ c áp d ngươ ấ ệ ở ấ ệ ự ế ằ ơ ướ ườ ượ ụ
tr ng h p ch t đ c tách không tan trong n c( Ch ng b ng h i n c tr c ti p)ườ ợ ấ ượ ướ ư ằ ơ ướ ự ế
Ngoài ra còn có m t s ph ng pháp ch ng c t khác nh :ộ ố ươ ư ấ ư
•Ch ng trích lyư
•Ch ng đ ng phíư ẳ
II. H n h p l ng hai c u tỗ ợ ỏ ấ ử
1. Khái ni mệ
Hỗn h p hai c u t A, B đ c bi u th qua các đ i l ng sau:ợ ấ ử ượ ể ị ạ ượ
Kh i l ng: m, kg ho c l u l ng kh i l ng: Kg/hố ượ ặ ư ượ ố ượ
Th tích: V, mể3 ho c l u l ng th tích mặ ư ượ ể 3/h
S mol: n, kmol ho c l u l ng mol: Kmol/hố ặ ư ượ
M t s bi u th c liên h :ộ ố ể ứ ệ
Đ i v i pha khí ho c pha h i:ố ớ ặ ơ
ρ= n=
=const( v i khí lí t ng)ớ ưở n= ( đi u ki n tiêu chu n)ở ề ệ ẩ
Th tích đi u ki n nhiêt đ áp su t b t kì đ c tính:ể ở ề ệ ộ ấ ấ ượ
V= n.22,4 , m3
Ch s “o” ch các đ i l ng đi u ki n tiêu chu n( 0ỉ ố ỉ ạ ượ ở ề ệ ẩ 0C và 760mmHg)
Đ i v i ch t l ng:ố ớ ấ ỏ
PA= aAPbh.XA và PB= aB.Pbh.XB
α = ≥ 1
α bi u th cho kh năng bay h i c a các c u t trong h n h p.ể ị ả ơ ủ ấ ử ỗ ợ
α càng l n thì A càng d tách ra kh i B. Khi α =1 không th tách A và B b ngớ ễ ỏ ể ằ
ph ng pháp thông th ng( c u t A, B cùng áp su t cùng m t nhi t đ ).ươ ườ ấ ử ở ấ ộ ệ ộ
H n h p hai c u t , ví d benzen-toluen, etanol- n c thì c u t đ ng ỗ ợ ấ ử ụ ướ ấ ử ứ tr c ướ luôn
có nhi t đ sôi bé h n và thành ph n c a nó đ c dùng d bi u th va tính toán,ệ ộ ơ ầ ủ ượ ể ể ị
c u t còn l i( khó bay h i h n) đ c bi u th qua (1-x) ho c (1-y).ấ ử ạ ơ ơ ượ ể ị ặ
2. Cân b ng h i l ng c a h n h p hai c u t ằ ơ ỏ ủ ỗ ợ ấ ử
2.1. Phân lo i h n h p hai c u tạ ỗ ợ ấ ử
H n h p l ng hai c u t đ c phân lo i d a trên đ hòa tan, nhi t hòa tan và cácỗ ợ ỏ ấ ử ượ ạ ự ộ ệ
tính ch t nhi t đ ng c a nó, c th đ c phân thành.ấ ệ ộ ủ ụ ể ượ
a. H n h p lý t ngỗ ợ ưở
H n h p lí t ng là h n h p mà l c liên k t gi a cá phân t cùng lo i vàỗ ợ ưở ỗ ợ ự ế ữ ử ạ
l c liên k t gi a các phân t khác lo i b ng nhau và chúng hòa tan hoànự ế ữ ử ạ ằ
toàn vào nhau theo b t kì t l nào.ấ ỉ ệ
b. H n h p th cỗ ợ ự
Là h n h p bao g m các c u t :ỗ ợ ồ ấ ử
•Chúng hòa toàn tan l n vào nhau, nh ng có s sai l ch d ng v iẫ ư ự ệ ươ ớ
đ nh lu t raoult:ị ậ
P= a.x.pbh , v i a>1ớ
Trong tr ng h p này l c liên k t gi a các phân t khác lo i bé h n l cườ ợ ự ế ữ ử ạ ơ ự
liên k t gi a các phân t cùng lo iế ữ ử ạ
•Chúng hoàn toàn tan l n vào nhau, nh ng có sai l ch âm v i đinhẫ ư ệ ớ
lu t raoult:ậ
P= a.x.pbh , v i a<1ớ
Trong tr ng h p này l c liên k t gi a các phân t khác lo i l n h nườ ợ ự ế ữ ử ạ ớ ơ
l c liên k t gi a các phân t cùng lo iự ế ữ ử ạ
•Chúng l n hoàn toàn vào nhau, nh ng có t n t i đi m đ ng phí. T i đó áp su t h iẫ ư ồ ạ ể ẳ ạ ấ ơ
đ t giá tr c c đ i, nh h acol etylic – n c.ạ ị ự ạ ư ệ ướ
•Chúng tan l n hoàn toàn vào nhau, nh ng có t n t i đi m đ ng phí. T i đó áp su t h iẫ ư ồ ạ ể ẳ ạ ấ ơ
đ t giá tr c c ti u, nh h axit nitrit- n c.ạ ị ự ể ư ệ ướ
•Chúng tan l n m t ph n vào nhau, nh h n c và n-butanol.ẫ ộ ầ ư ệ ướ
•Chúng hoàn toàn không l n vào nhau, nh h benzene-n c ho c aniline-n c.ẫ ư ệ ướ ặ ướ
II.2Đ th x-pồ ị
Quan h áp su t v i thành ph n cácệ ấ ớ ầ
c u t c a h n h p l ng hai c u tấ ử ủ ỗ ợ ỏ ấ ử
đ c bi u di n trên hình 2.2 v iượ ể ễ ớ
nhi t đ không đ i, t= const. quan hệ ộ ổ ệ
này tuân theo đ nh lu t roault.ị ậ
Trong h n h p hai c u t A, B thì Aỗ ợ ấ ử
là c u t d bay h i.ấ ử ễ ơ
Sai l ch d ngệ ươ : l c liên k t gi a cácự ế ữ
phân t khác lo i nh h n l c liênử ạ ỏ ơ ự
k t gi a các phân t cùng lo i ế ữ ử ạ
sai l ch âmệ : l c liên k t gi a cácự ế ữ
phân t khác lo i l n h n l c liên k tử ạ ớ ơ ự ế
gi a các phân t cùng lo i.ữ ử ạ
II.3Đ th x,y,tồ ị
a. Tr ng thái cân b ng trên đ th x, y-tạ ằ ồ ị
áp su t không đ i trong s ph thu c c aỞ ấ ổ ự ụ ộ ủ
thành ph n các c u t trong pha l ng và phaầ ấ ử ỏ
h i có đ ng sôi và đ ng ng ng t . ơ ườ ườ ư ụ
Chúng phân không gian thành ba ph m vi: ạ
Có hai pha đ ng nh t là pha l ng và h i bãoồ ấ ỏ ơ
hòa, và pha d th l ng-h i. Nhi t đ sôi c aị ể ỏ ơ ệ ộ ủ
hai c u t A, B là Tấ ử SA và TSB t ng ng v i ápươ ứ ớ
su t c a h ( áp su t làm vi c). ấ ủ ệ ấ ệ
T i nhi t đ tạ ệ ộ 1 có n ng đ xồ ộ 1 trong pha l ngỏ
t ng ng v i n ng đ yươ ứ ớ ồ ộ 1 trong pha h i ơ ở
tr ng thái cân b ng nhi t đ ng. V i h n h p líạ ằ ệ ộ ớ ỗ ợ
t ng áp su t P c a h luôn nh h n áp su tưở ấ ủ ệ ỏ ơ ấ
h i bão hòa c a các các c u t Pơ ủ ấ ử bhi cùng nhi tở ệ
đ sôi. ộ
Ta có:
yA=.xA
y > x ( Thành ph n c a h i trong h lí t ng tr ng thái cân b ng luôn l n h nầ ủ ơ ệ ưở ở ạ ằ ớ ơ
thành ph n c a l ng)ầ ủ ỏ
b. Quá trình bay h iơ
N u đ t đ c nhi t đ sôi tế ạ ượ ệ ộ s ( đi mể
C) s b t đ u quá trình bay h i, cóẽ ắ ầ ơ
thành ph n h i yầ ơ s. Khi tăng nhi t đệ ộ
sôi ts đ n nhi t đ tế ệ ộ i, thành ph n c uầ ấ
t d bay h i trong pha l ng sử ễ ơ ỏ ẽ
gi m, thành ph n pha l ng xả ầ ỏ i và pha
h i yơi, Quá trình ti p t c s làm gi mế ụ ẽ ả
thành ph n c u t d bay h i trongầ ấ ử ễ ơ
pha l ng, nên nhi t đ sôi tăng d n. ỏ ệ ộ ầ
N u tăng nhi t đ đ n nhi t đế ệ ộ ế ệ ộ
tt( đi m H) n ng đ pha l ng s xể ồ ộ ỏ ẽ t,
yt.
Vì v y, quá trình bay h i và ng ng tậ ơ ư ụ
c a h n h p hai c u t áp su tủ ỗ ợ ấ ử ở ấ
không đ i có quan h ch t ch v i s thay đ i c a nhi t đ .ổ ệ ặ ẽ ớ ự ổ ủ ệ ộ
c. Quy t c đòn b y ắ ẩ
Có Z mol h n h p hai c u tỗ ợ ấ ử
trong vùng hai pha s phân thànhẽ
F mol l ng và D mol h i theoỏ ơ
quan h :ệ
Z = F + D
Ph ng trình cân b ng v t li uươ ằ ậ ệ
cho c u t d bay h i là:ấ ử ễ ơ
Z.xt =D.y0 + F.xF
T hai ph ng trình trên ta có:ừ ươ
=
Bi u di n trên đ th x,y-t nh đ thể ễ ồ ị ư ồ ị
bên.
pha l ngỏ
pha h iơ
h n h p hai phaỗ ợ
T hình trên ta có các quan h sau:ừ ệ
=
=
=
d. Bi u di n đ th x, y-t cho h n h p th cể ễ ồ ị ỗ ợ ự
Quan h x,y-t cho h n h p lí t ng và th c. ệ ỗ ợ ưở ự
Trong h n h p t n t i đi m đ ng phí áp su t c c đ i t ng ng v i nhi t đ c c ti u,ỗ ợ ồ ạ ể ẳ ở ấ ự ạ ươ ứ ớ ệ ộ ự ể
bi u đ trên cho th y, phía trái c a đi m đ ng phí cho phép ch ng luy n, vì n ng đ cânể ồ ấ ủ ể ẳ ư ệ ồ ộ
b ng c a h i l n h n c a l ng. T i đi m đ ng phí không có kh năng ch ng luy n vì đ ngằ ủ ơ ớ ơ ủ ỏ ạ ể ẳ ả ư ệ ộ
l c quá trình b ng không. Phía bên ph i đi m đ ng phí không th c hi n đ c quá trình ch ngự ằ ả ể ẳ ự ệ ượ ư
luy n vì n ng đ cân b ng c a h i nh h n n ng đ cân b ng c a l ng.ệ ồ ộ ằ ủ ơ ỏ ơ ồ ộ ằ ủ ỏ
N u h n h p t n t i đi m đ ng phí áp su t c c ti u t ng ng v i nhi t đ c c đ i, thìế ỗ ợ ồ ạ ể ẳ ở ấ ự ể ươ ứ ớ ệ ộ ự ạ
quá trình trên di n ra ng c l i.ễ ượ ạ