Tài liệu ôn tập học phần: Chuyển khối - Hóa đại cương | Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng

1.Chuyển khối Bài số CK-1
Tính thành phần cân bằng của pha hơi ở 50 trên hỗn hợp lỏng Hecxan – nước hoàn
toàn không tan lẫn vào nhau. Biết ở 50C áp suất hơi bão hoà của hecxan P =400 H
mmHg và của nướcP =92,5mmHg nước Giải
Khi hỗn hợp hoàn toàn không tan lẫn vào nhau thì áp suất hơi riêng phần bằng áp
suất hơi bão hoà ở cùng một nhiệt độ.
áp suất chung của hỗn hợp là: P = p = 400 + 92,5=492,5mmHg H + pH20 = PH + PH20
Phần mol của Hecxan trong hỗn hợp hơi: y = pH/P = 400/492,5 = 0,812 H
Phần mol của nước trong hỗn hợp hơi:
y = pH20 /P = (1- yH )= 0,188. H2O Bài số CK-2
Hãy xác định thành phần pha hơi ở 60 C trên hỗn hợp lỏng gồm 40% Benzen và
60% Toluen. Coi hỗn hợp này tuân theo định luật Raul.
Biết : ở 60C áp suất hơi bão hoà của Benzen P = B=385mmHg và của Toluen PT 140mmHg Giải
áp suất hơi riêng phần của benzen và của Toluen : p = P . x B B= 385.0,4 = 154mmHg B p = P . x T T= 140.0,6 = 84 mmHg T
áp suất chung của hỗn hợp hơi: P = pB + pT= 1545 + 84 = 238mmHg
Thành phần của pha hơi được xác định như sau : y = pB/ P =154/ 238 = 0,648 B y = 1- y – 0,648 = 0,352. B= 1 T Bài số CK-3
Hãy xác định thành phần của hỗn hợp Benzen-Toluen sôi ở nhiệt độ 90 C dưới áp
suất P=760mmHg. Biết ở 90C áp suất hơi bão hoà của Benzen P =1013 mmHg và B của Toluen P = 408mmHg. T Giải
Xác định thành phần của hỗn hợp Benzen–Toluen sôi ở nhiệt độ 90C dưới áp suất
P=760mmHg theo phương trình : P = P X x ↔ x B B + PT T 760 = 1013xB + 408 T
hay : 760 = 1013XB + 408(1- XB) XB = 58,3%mol XT = 41,7% mol Bài số CK-4.
Một hỗn hợp lỏng chứa 58,8% mol Toluen và 41,2% mol CCl 4. Hãy xác định nồng
độ phần trăm khối lượng và nồng độ phần khối lượng tương đối của hỗn hợp này.
Cho biết khối lượng phân tử của Toluen là 92Kg/Kmol và khối lượng phân tử của CCl là 154 Kg/Kmol. 4 Giải
Nồng độ % khối lượng của cấu tử K trong hỗn hợp : , % Với M - - K
khối lượng phân tử của cấu tử K; xK nồng độ % mol của cấu tử K. Vậy a = (1- aToluen) = 53,98% CCl4
• Nồng độ phần khối lượng tương đối : Ta có : Bài số CK-5.
ở 25 C không khí ở áp suất P=760mmHg chứa 14% thể tích khí Axetylen (C H ). 2 2
Tiếp xúc trực tiếp với dung dịch nước chứa 0,29.10-3 Kg C H . Hãy xác 2 2/Kg Nước
định Axêtylen sẽ di chuyển từ pha nào sang pha nào.
Biết : Hệ này tuân theo định luật Henry, ở t=25C. Hệ số Henry =1,01.106mmHg ; MC = 26 ; M H2O= 18. 2H2 Giải Định luật Henry p= x
áp suất riêng phần của Axetylen trong hỗn hợp khí :
p= y.P = 0,14.760 = 106,4mmHg.
Nồng độ phần khối lượng tương đối của C H 2 2 trong nước : =0,29.10-3 Kg C H /KgH2O 2 2
Nồng độ phần mol của C H 2 2 trong nước :
Vậy ở điều kiện cân bằng, áp suất riêng phần của C H trong pha khí : 2 2 p*= .
x = 1,01.106.2.10-4 = 202 mmHg
Như vậy p < p* , vậy thì để hệ đạt trạng thái cân bằng, C H phải di chuyển ( khuyếch 2 2
tán) từ pha lỏng vào pha khí.
Chú ý : có thể giải theo cách tính : Vậy x > x* nên C H2 2
sẽ khuyếch tán từ nước vào hỗn hợp khí.
Bài số CK-6: Không khí ở 25C áp suất P=765mmHg chứa 14% thể tích khí C H . 2 2
Tiếp xúc trực tiếp với dung dịch nước chứa 0,153.10-3 KgC H /Kg nước. Hãy xác 2 2
định động lực của quá trình chuyển khối ở thời điểm ban đầu. Biết hệ tuân theo định
luật Henry, ở 25C, hệ số Henry = 1,01.106 mmHg; MC2H2= 26 ; M H2O= 18
Giải: Theo định luật Henry p= x
Trong pha khí thì nồng độ phần trăm thể tích chính là % mol, áp suất riêng phần của
Axetylen trong hỗn hợp khí : p= y.P = 0,14.765 = 107mmHg.
Theo định luật Henry, nồng độ C H trong dung dịch cân bằng với pha khí có áp suất 2 2
riêng phần của C H p= 107mmHg là : 2 2
Nồng độ phần mol của C H 2 2 trong dung dịch :
Vậy động lực của quá trình ở thời điểm ban đầu :
x=x-x* = 0,106.10-3 – 1,06.10-4 = 0
Tức là hệ ở trạng thái cân bằng động. Bài số CK-7
Trong một thiết bị chuyển khối làm việc ở áp suất tuyệt đối 3,1ata. hệ số cấp khối
trong pha lỏng  = 22 Kmol/m2h (x=1); trong pha khí  = 1,07 Kmol/m2h (y=1). x y
Thành phần cân bằng tuân theo định luật Henri p*= 0,08.106 mmHg. Hãy xác định :
• Hệ số chuyển khối Kx, Ky ?
• Trở lực khuyếch tán trong pha lỏng khác với trở lực khuyếch tán trong pha khí bao nhiêu lần ? Giải
• Hệ số chuyển khối Kx, Ky :
Sử dụng phương trình cân bằng ở dạng : Hệ số chuyển khối :
• Quan hệ giữa tro lực khuyếch tán trong pha lỏng và trong pha khí khi động
lực của quá trình là y :
Cũng tương tự như vậy khi trở lực của quá trình là x. 2.Chưng cất Bài Chưng-1:
một hỗn hợp nước - Glycol được chưng trong bình chưng đơn giản với năng suất
tính theo hỗn hợp đầu F = 2000 kg/h. Xác định phần khối lượng của sản phẩm đỉnh,
nếu 0,35 phần khối lượng của hỗn hợp đầu bốc hơi, thì nồng độ phần khối lượng của
sản phẩm đáy là 0,2. Biết hỗn hợp đầu có nồng độ phần khối lượng là 0,45. Giải
Lượng sản phẩm đỉnh : P = 0,35 . 2000= 700kg/h Lượng sản phẩm đáy :
W= F - P = 2000-700 = 1300kg/h
Phương trình cân bằng vật liệu viết cho cấu tử dễ bay hơi : F. xF = P.xP + W. xW. Rút ra : với x = 0,2 ta có : W Bài số Chưng-2:
Dùng hơi nước bão hoà để tách 250 Kg Benzen khỏi tạp chất khó bay hơi bằng
phương pháp chưng trực tiếp ở áp suất 500 mmHg. Xác định thành phần của hơi
Benzen và lượng hơi nước được dùng, nếu hệ số bão hoà khi chưng = 0,75. Biết :
• Khối lượng phân tử của Benzen M = 18
B= 78 kg/Kmol và của nước MH2O kg/Kmol
• Benzen không hoà tan trong nước.
• Tạp chất không bay hơi.
• áp suất riêng phần của Benzen và nước trong hỗn hợp hơi là : P = 365 B mmHg, PH2O= 135 mHg. Giải
- Nồng độ của hơi Benzen trong hỗn hợp : Ph= pB = y.P
y = p /P = 365/500 = 0,73 (phần mol) B
• Lượng hơi nước được dùng :
Bài Chưng-3 (ĐÃ XEM LẠI)
Dùng hơi nước bão hoà có áp suất 4 at để làm bay hơi 250 kg Benzen khỏi tạp chất
ở 25 C bằng hơi nước trực tiếp, hỗn hợp sôi ở 58C. Xác định khối lượng hơi nước
dùng để đun sôi và làm bốc hơi Benzen (Kg).
Biết rằng : - Lượng hơi nước để chưng (lôi cuốn) Benzen là 28,5 Kg.
• Hàm nhiệt của hơi nước ở 4 at : i” = 27,4.105J/Kg. 4 at
• Hàm nhiệt của hơi nước ở 58C : i” = 26.105J/Kg. 58C
• Hàm nhiệt của benzen ở 58C: i’ = 2,4.105J/Kg. 58C
• ẩn nhiệt hóa hơi của Benzen r = 4.105 J/Kg
• Nhiệt dung riêng của Benzen Cp= 1815 J/Kg.độ
• Lượng nhiệt đun sôi tạp chất đến 58C là Q 5 T = 95,5 .10 J
Giải: Lượng nhiệt để đun sôi và bốc hơi Benzen : Q  (t –  B= GB r + Cp s tđ) Q  5  5
B= 250 4.10 + 1815 (58-25 ) = 1149,7.10 (J)
Lượng nhiệt do hơi nước mang vào chia làm hai phần : Q
Lượng nhiệt chưng Benzen H2O= Q1 + Q2 - Q (i” i’
Lượng nhiệt dùng đun sôi và làm bốc hơi Benzen 1= GH2O 4- 58) - Vậy : Q +Q = Q1 + Q B T 2
• (1419,7.105+95,5.105)=28,5 (27,4.105- 26.105)+G 5 5 H2O(27,4.10 - 2,4.10 ) • G =48,2 (Kg) H2O
Bài số: Chưng-4: Xác định nồng độ hơi của đoạn chưng trong tháp chưng luyện khi
chưng hỗn hợp hai cấu tử A,B tương ứng với nồng độ lỏng x= 0,50. Cho biết :
- Nồng độ của sản phẩm đáy xw = 0,002 phần mol
• Chỉ số hồi lưu R = 2,5 X
• Lượng hỗn hợp đầu F= 2500 Kmol/h
• Lượng sản phẩm đỉnh P= 1800Kmol/h Giải
Phương trình đường làm việc của đoạn chưng : Với Bài số : Chưng-5
Xác định nồng độ của pha hơi trong đoạn luyện (%mol) ở tháp chưng luyện của hỗn
hợp hai cấu tử A,B tương ứng với nồng độ làm việc ở pha lỏng x= 0,56. Biết :
• Chỉ số hồi lưu R =3,5 x
• Nồng độ sản phẩm đỉnh x = 0,98 P Giải Bài số: Chưng-6
Xác định đường làm việc của đoạn luyện ở tháp chưng luyện liên tục. Cho biết:
• Nồng độ của sản phẩm đỉnh x = 0,965 P
• Nồng độ hỗn hợp đầu x = 0,44 F
• Nồng độ cân bằng tương ứng với nồng độ hỗn hợp đầu y* =0,66 F
• Chỉ số hồi lưu thích hợp : R = 2,5 Rmin. x Giải Rxth=2,5.1,39 = 3,48 Bài số : Chưng-7
Đường làm việc của đọan luyện ở tháp chưng luyện liên tục dùng tách hỗn hợp metylalkohol-nước là : y= 0,73x+0,264 Cho biết :
• Lượng hỗn hợp đầu F= 5000Kg/h
• a = 0,29 (% khối lượng) F
• Lượng sản phẩm đáy W= 3800 Kg/h
Xác định nồng độ sản phẩm đáy a W (% khối lượng)? Giải
Xác định chỉ số hồi lưu :
Theo phương trình cân bằng vật liệu : 5000.0,29=1200.0,98+3800.aW Suy ra: a = 7,2% Khối lượng W Bài số: Chưng-8
Đường làm việc ở đoạn chưng và đoạn luyện của tháp chưng luyên hỗn hợp Benzen- Toluen là:
y= 0,273x + 0,263 (đoạn luyện)
y=1,25x - 0,0188 (đoạn chưng)
Xác định thành phần của sản phẩm đáy (%mol)? Giải Tính chỉ số hồi lưu : Mặt khác: Bài số: Chưng-9
Tháp chưng luyện liên tục dùng để chưng hỗn hợp Benzen-Toluen ở áp suất
thường.Tính lượng hỗn hợp đầu F (Kg/h) ? Cho biết :
• Lượng sản phẩm đỉnh là P=1500Kg/h
• Phương trình đường làm việc của đoạn luyện và đoạn chưng là + Đoạn luyện : y=0,723x +0,263 + Đoạn chưng : y= 1,25x-0,0188 Giải Tính R : X Tính l :
Tính hỗn hợp đầu : F=l.P=1500.1,9=2850 (Kg/h) Bài số: Chưng-10
Hỗn hợp Benzen-Toluen được tách qua tháp chưng luyện liên tục. Tính lượng sản phẩm đáy(Kg/h)? Cho biết:
• Lượng hỗn hợp đầu F= 5000Kg/h
• Lượng hồi lưu ɸ =3132Kg/h
• Đường làm việc của đoạn luyện : y=0,723x+0,263 Giải Tính R: Tính l : Tính W :
F=W + P  W = F-P = 5000-1200= 3800 (Kg/h) Bài số: Chưng-11
Hỗn hợp Benzen-Toluen được tách qua tháp chưng luyện liên tục. Tính lượng hỗn hợp đầu F (Kg/h)? Cho biết:
• Lượng sản phẩm đỉnh P= 1200Kg/h
• Lượng hồi lưu Gx=3000Kg/h
• Đường làm việc của đoạn chưng : y= 1,25x - 0,0188 Giải Tính R : X Tính l :
Tính hỗn hợp đầu : F = l.P = 1200.1,875 = 2250 (Kg/h) Bài số: Chưng-12
Hỗn hợp Benzen-Toluen được tách ở tháp chưng luyện liên tục. Tính lượng sản
phẩm đỉnh P và đáy W (Kg/h)? Cho biết:
• Lượng hỗn hợp đầu F= 6000Kg/h, a F=0,32(% khối lượng)
• a =0,97(% khối lượng) P
• a =0,05(% khối lượng) W Giải
Phương trình cân bằng vật liệu : F = P + W F.aF = P.aP + W.aW Thay số: Tính P :
P = F - W = 6000 - 4239,13 = 1760,87 (Kg/h) Bài số Chưng-13
Một hỗn hợp Hexan- nước không tan lẫn vào nhau. Xác định thành phần hơi ở trạng
thái cân bằng, nếu áp suất hơi bão hoà trong hỗn hợp của Hecxan là 400mmHg, và của nước là 92,5mmHg. Giải
Vì Hexan và nước không tan lẫn nên : p =p Hexan bh.Hexan p =p Nước bh.Nước
áp suất chung : P= P + P = 400 + 92,5 = 492,5 (mmHg) hexan nước
Thành phần cân bằng của Hexan :
Thành phần cân bằng của Nước : ycb.nước= 1-0,812 = 0,188 Bài số: chưng-14.
Xác định thành phần hơi cân bằng với hỗn hợp lỏng lý tưởng chứa 40% phần mol
của Benzen và 60% của Toluen ở 60C Cho biết:
• áp suất hơi bão hoà ở 60C của Benzen là 385mmHg và của Toluen là 140mmHg
Giải • Tính áp suất riêng phần của Benzen p và Toluen pT : B p = 385.0,4 = 154mmHg B p = 140.0,6 = 84 mmHg. T • áp suất chung : P= p +p B T= 154 + 84 = 238 mmHg
• Thành phần hơi cân bằng : yB= 154/238 = 0,647 = 64,7 % • Tính yT: yT= 100-yB= 35,3% Bài số: Chưng-15.
Xác định thành phần của hỗn hợp Benzen- Toluen lỏng có nhiệt độ sôi 90C ở áp
suất 760mmHg. Biết rằng ở 90C áp suất hơi bão hoà của Benzen là 1013mmHg và của Toluen là 408mmHg.
Giải • áp suất của hỗn hợp được tính: P= pB +pT= pBxB +pTxT P= 1013xB + 408xT = 760 xB + xT = 1
Giải hệ phương trình trên ta có : xB = 58,2% xT = 41,8% Bài số: Chưng-16.
Xác định thành phần hơi cân bằng của hỗn hợp lý tưởng Benzen- Toluen có nhiệt độ
sôi 100C ở áp suất 760mmHg. Biết rằng ở 100C áp suất hơi bão hoà của Benzen
là 1344mmHg và của Toluen là 559mmHg. Giải
• áp suất của hỗn hợp được tính: P= pB +pT= pBxB + pT (1 ( -xB) • Quan hệ cân bằng : pB = pB.x - ycb.P Bài số Chưng-17
Năng suất tính theo hỗn hợp đầu của một tháp chưng luyện liên tục hỗn hợp Etylic
– Nước là 1,8 T/h. Nồng độ của cấu tử dễ bay hơi trong hỗn hợp đầu a F= 35% khối
lượng. Nồng độ của cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đáy a = 8% khối lượng. Nồng W
độ đầu của cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đỉnh a P= 92% khối lượng. Hãy xác
định lượng sản phẩm đỉnh P và sản phẩm đáy W là bao nhiêu ? Giải
Ta có phương trình cân bằng vật liệu chung : F = W + P ; T/h
Phương trình CBVL viết cho cấu tử dễ bay hơi : F.xF = WxW + PxP
Từ hai phương trình trên ta có : W = 1,14 T/h P = T/h Bài Chưng-18
Năng suất tính theo hỗn hợp đầu của một tháp chưng luyện liên tục hỗn hợp Benzen -
Toluen là 0,5 T/h. Nồng độ đầu của cấu tử dễ bay hơi trong hỗn hợp đầu aF = 35%
khối lượng. Nồng độ đầu của cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đáy aW = 5% khối
lượng. Nồng độ đầu của cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm didnhr aF = 95% khối
lượng. Hãy xác định năng suất tính theo hỗn hợp đầu F và lượng sản phẩm đáy ? Giải
Ta có phương trình cân bằng vật liệu chung : F = W + P ; T/h
Phương trình CBVL viết cho cấu tử dễ bay hơi : F.xF = WxW + PxP
Từ hai phương trình trên ta có : T/h
W = F - P = 1,5 – 0,5 = 1 T/h Bài số Chưng-19
Viết phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn luyện trong tháp chưng luyện
liên tục làm việc tại áp suất thường, để phân tách hỗn hợp Benzen –Toluen Hỗn hợp
đầu được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi. Năng suất của tháp theo hỗn hợp đầu là F =
500Kmol/h, nồng độ xF= 0,38 phần mol; sản phẩm đỉnh xP= 0,98 phần mol, sản phẩm
đáy xW= 0,02 phần mol. Biết lượng hồi lưu về đỉnh tháp L = 375 Kmol/h. Giải
Phương trình CBVL chung : F = P + W Kmol/h
Phương trình cân bằng vật liệu đối với Benzen : F.xF= WxW + PxP
Từ hai phương trình trên ta có : Vậy P = 187,5 Kmol/h
Phương trình đường nồng độ làm việc :
ở đây : Rx= L/P = 375/185,5 = 2
Vậy ta có đường nồng độ làm việc như sau :