intTypePromotion=1

QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ CHUYỂN KHỐI - Chương 1 - phần 2

Chia sẻ: Toàn Phong | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:11

0
277
lượt xem
71
download

QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ CHUYỂN KHỐI - Chương 1 - phần 2

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo bài thuyết trình 'quá trình & thiết bị chuyển khối - chương 1 - phần 2', kỹ thuật - công nghệ, hoá học - dầu khí phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ CHUYỂN KHỐI - Chương 1 - phần 2

  1. Quá trình & Thiết bị Công nghệ Hoá học III QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ CHUYỂN KHỐI Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối Giảng viên: Nguyễn Minh Tân Bộ môn QT-TB CN Hóa học & Thực phẩm Trường Đại học Bách khoa Hà Nội nguyen.minhtan@gmail.com Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối Biểu diễn nồng độ hệ hai pha (ví dụ: pha lỏng và pha khí) 1
  2. Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối 8. Các định luật khuếch tán Bề mặt phân pha •  Khi hai pha chuyển động tiếp xúc nhau, do ma sát, trên bề mặt phân chia pha tạo thành hai lớp màng. Nhân Nhân •  Chế độ chuyển động ở màng và trong nhân của dòng khác nhau. Màng Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối 8. Các định luật khuếch tán Bề mặt –  Ở trong màng luôn luôn có chế phân pha độ dòng. Quá trình di chuyển vật chất là quá trình khuếch tán phân tử. –  Ở giữa dòng có thể có chuyển động xoáy. Quá trình di chuyển Nhân vật chất là quá trình khuếch tán Nhân đối lưu. –  Vận tốc khuếch tán trong màng rất nhỏ so với vận tốc khuếch tán trong nhân. Vận tốc quá trình phụ thuộc vào vận tốc trong màng. Màng 2
  3. Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối 8. Các định luật khuếch tán Khuếch tán phân tử Định luật Fick I Vận tốc khuếch tán tỉ dG = −D dc lệ với Fdτ dx gradient Bề mặt nồng độ Thời gian vuông góc với hướng Hệ số khuếch tán khuếch tán Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối 8. Các định luật khuếch tán Hệ số khuếch tán Hệ số khuếch tán là lượng vật chất đi qua một đơn vị bề mặt trong một đơn vị thời gian khi nồng độ vật chất giảm một đơn vị trên một đơn vị chiều dài theo hướng khuếch tán (m2/s) Hệ số khuếch tán của khí trong khí 3 1,55.10 T 1 + 1 , m2 −3 2 D= 2 " 1 1% MA MB h P $VA3 +VB3 ' # & Áp suất chung của Thể tích mol, Khối lượng mol, khí cm3/mol kg/kmol 3
  4. Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối 8. Các định luật khuếch tán Hệ số khuếch tán Hệ số khuếch tán của khí trong lỏng D20 = 0,00360 1 + 1 , m2 2 ! 1 1$ MA MB h ab µ #VA3 +V 3 B & " % Hệ số điều chỉnh của khí và của dung môi Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối 8. Các định luật khuếch tán Khuếch tán đối lưu Định luật Fick II Vật chất khuếch tán trong môi trường chuyển động: nhờ khuếch tán phân tử và nhờ sự chuyển động của các pha Lượng vật chất đi qua các bề mặt thể tích của dV trong khoảng thời gian dt Gz+dGz z Gy theo định luật khuếch tán: ∂c ∂ # ∂c & Gx+dGx Gx+dx = Gx + dGx = −D dydzdτ − D % ( dxdydzdτ ∂x ∂x $ ∂x ' Gx Lượng vật chất còn lại trong dV: Gy Gz x ∂2 c dGx = Gx − Gx+dx = D 2 dxdydzdτ +dGy ∂x y 4
  5. Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối 8. Các định luật khuếch tán Khuếch tán đối lưu Tương tự với các trục Oz và Oy: Gz+dGz z Gy ∂2 c dGy = Gy − Gy+dy = D 2 dxdydzdτ ∂y Gx ∂2 c dGz = Gz − Gz+dz = D dxdydzdτ Gz ∂z 2 Gy x +dGy Gx+dGx y Với toàn bộ thể tích dV: " ∂2 c ∂2 c ∂2 c % dG = dGx + dGy + dGz = D $ 2 + 2 + 2 ' dxdydzdτ # ∂x ∂y ∂z & Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối 8. Các định luật khuếch tán Khuếch tán đối lưu Lượng vật chất đi qua các bề mặt dydz của dV trong khoảng thời gian dt với vận z Gz+dGz Gy tốc W nhờ sự chuyển động của dòng: ∂c ∂(Wx c) Gx Gx+dx = Gx + dGx = Wx c dydzdτ − dxdydzdτ ∂x ∂x Gy Gz x Lượng vật chất còn lại trong dV: +dGy Gx+dGx y ∂Wx c dGx = dxdydzdτ ∂x 5
  6. Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối 8. Các định luật khuếch tán Khuếch tán đối lưu Tương tự với Oy và Oz: Gz+dGz ∂Wy c z Gy dGy = dxdydzdτ ∂y Gx ∂Wz c dGz = dxdydzdτ ∂z Gy Gz x Với toàn bộ thể tích nguyên tố dV: +dGy Gx+dGx y ! c∂Wx c∂Wy c∂Wz $ ! ∂c ∂c ∂c $ dG = dGx + dGy + dGz = # + + & dxdydzdτ + #Wx + Wy + Wz & dxdydzdτ " ∂x ∂y ∂z % " ∂x ∂y ∂z % Theo phương trình dòng liên tục và ổn định: ∂Wx ∂Wy ∂Wz + + =0 ∂x ∂y ∂z Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối 8. Các định luật khuếch tán Khuếch tán đối lưu ! ∂c ∂c ∂c $ dG = #Wx + Wy + Wz & dxdydzdτ " ∂x ∂y ∂z % Lượng vật chất tính theo 2 phương pháp phải bằng nhau: " ∂2 c ∂2 c ∂2 c % " ∂c ∂c ∂c % dG = D $ 2 + 2 + 2 ' = $Wx + Wy + Wz ' # ∂x ∂y ∂z & # ∂x ∂y ∂z & Phươn trình khuếch tán trong môi trường chuyển động 6
  7. Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối 8. Động lực khuếch tán •  Quá trình khuếch tán xảy ra tự nhiên khi nồng độ làm việc và nồng độ cân bằng của cấu tử phân bố trong mỗi pha là khác nhau. •  Động lực khuếch tán (động lực truyền chất) là hiệu số giữa nồng độ làm việc và nồng độ cân bằng •  Tính theo pha Φy : Δy = y* - y hay Δy = y – y*. •  Tính theo pha Φx : Δx = x* - x hay Δx = x – x*. •  Động lực của quá trình thay đổi từ đầu đến cuối quá trình. Khi tính toán sử dụng động lực trung bình. •  Chất phân tán sẽ đi vào pha có nồng độ nhỏ hơn nồng độ cân bằng. Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối 9. Phương trình chuyển khối và động lực trung bình Động lực Vận tốc quá trình = Trở lực y Quá trình chuyển vật chất từ pha Φy vào ybg pha Φx : -  nồng độ y, x ở giữa dòng coi như không đổi x* y* -  trong lớp màng Φy nồng độ giảm từ y đến ybg (nồng độ biên giới) -  trong lớp màng Φx nồng độ giảm từ xbg x xbg (nồng độ biên giới) đến x. -  Gọi Ry là trở lực trong pha Φy và Rx là trở lực trong pha Φx Vận tốc khuyếch tán của chất phân bố qua màng Φy: dG y − ybg Sơ đồ quá trình chuyển khối = dFdτ Ry 7
  8. Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối 9. Phương trình chuyển khối và động lực trung bình Vận tốc của chất phân bố qua màng Φx: dG x −x = bg dFdτ Rx y ybg Hệ số cấp chất trong pha x và y 1 1 βx = βy = Rx Ry x* y* Lượng vật chất chuyển qua màng Φy trong thời gian τ là: dG = βyτdF (ybg -y) xbg x Lượng vật chất chuyển qua màng Φx trong thời gian τ là: dG = βxτdF (xbg -x) Sơ đồ quá trình chuyển khối Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối 9. Phương trình chuyển khối và động lực trung bình Hệ số cấp chất y ybg x* y* xbg x Hệ số cấp chất là lượng vật chất chuyển qua một đơn vị bề mặt trong một đơn vị thời gian khi hiệu số nồng độ là một đơn vị. Hệ số cấp chất là một đại lượng phức tạp. Nó phụ thuộc vào tính chất vật lý của các pha (hệ số khuyếch tán, độ nhớt, khối lượng riêng), nhiệt độ, áp suất, lưu Sơ đồ quá trình chuyển khối lượng, kích thước hình học đặc trưng và cấu tạo của thiết bị truyền chất. 8
  9. Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối 9. Phương trình chuyển khối và động lực trung bình Phương trình chuyển khối Theo định luật phân bố vật chất y = mx ta có : y ybg * ybg y xbg = ; x= x* m m y* 1 dG = β xτ dF ( ybg − y ) * m xbg dG x = τ dF ( y − ybg ) βy ! 1 m$ dG # + & = τ dF ( y − y *) #β β & mdG " y x % = τ dF ( ybg − y *) βx dG = kyτ dFΔy Sơ đồ quá trình chuyển khối Hệ số chuyển khối Động lực của quá trình Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối 9. Phương trình chuyển khối và động lực trung bình Phương trình chuyển khối Với toàn bộ bề mặt tiếp xúc pha F: y ybg G = kyτ FΔytb Động lực trung x* y* bình của quá trình Tương tự: G = kxτ FΔxtb xbg x Hệ số chuyển khối khi tính theo nồng độ pha x 1 kx = 1 1 + β x mβ y Cấu tử phân bố dễ hoà tan: k y ≈ β y Sơ đồ quá trình chuyển khối Cấu tử phân bố khó hoà tan: k x ≈ β x 9
  10. ới toàn bộ bề mặt tiếp xúc pha F: Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối 9. Phương trình chuyển khối và động lực trung bình Xác định động lực trung bình Động lực trung bình thay đổi từ đầu đến cuối thiết bị vì thế trong khi tính toán ta phải dùng động lực trung bình. Khi đường cân bằng là đường cong ta dùng động lực trung bình tích phân. Khi đường cân bằng là đường thẳng ta dùng động lực trung bình lôgarit. Động lực trung bình tích phân. Để xác định động lực trung bình tích phân ta dùng phương trình truyền chất cơ bản ở dạng vi phân. Ví dụ để xác định Δytb: dG = kyτdF (y - y*) dG dF = kyτ (y − ycb ) Mặt khác lượng vật chất dG có thể xác định theo phương trình bằng vật liệu: dG =-Gydy Gy dy dF = − τ K y ( y − y* ) ới toàn bộ bề mặt tiếp xúc pha F: Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối 9. Phương trình chuyển khối và động lực trung bình Xác định động lực trung bình yc S: xác định Lấy tích phân F = − Gy dy Gy τ ky ∫ y−y * = τ ky S bằng phương yd pháp đồ thị Thay: G Gy = Đây là trường hợp vật chất khuếch tán từ pha yd − yc Φy vào pha Φx, nghĩa là trường hợp nồng độ G S cấu tử phân bố trong pha Φy giảm và trong pha Có: F= τ K y yd − yc Φx tăng. Đối với trường hợp ngược lại là khi vật chất yd − yc khuếch tán từ pha Φx vào pha Φy, trong công G = K yτ F thức động lực trung bình tích phân cần thay đổi S vị trí của các đại lượng nồng độ trong công thức cho nhau. Tương tự: yd − yc y −y Δytb = Δytb = yd d c x −x S dy Δxtb = xc c d ∫ dx yc y − y * ∫ x * −x xd 10
  11. Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối 8. Động lực khuếch tán Sơ đồ biểu diễn động lực của quá trình chuyển khối 11
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2