Tổng hợp các dạng bài tập môn Truyền nhiệt - truyền khối về "Truyền khối"

lOMoARcPSD| 36991220
CÁC DẠNG BÀI TẬP TRUYỀN KHỐI
1. Biểu diễn thành phần hỗn hợp Bài tập 1:
Hãy biểu diễn thành phần hỗn hợp lỏng gồm các cấu tử sau theo phần khối lượng, phần mol, phần thể tích. Stt Cấu tử Mi (kg/kmol) ρi (kg/m3) mi (kg) 1 Metanol 32 792 160 2 Propanol 60 804 225 3 Butanol 74 810 400 4 Octanol 130 130 70 Bài tập 2:
Không khí bão hòa hơi nước ở áp suất thường và nhiệt độ 34oC. Xác định áp suất riêng phần của
không khí, phần thể tích (phần mol) và phần khối lượng của hơi nước trong hỗn hợp không khí_hơi
nước, tỉ số khối lượng. Biết cả hai cấu tử được xem là lý tưởng.
Áp suất khí quyển là 745 mmHg. Xác định khối lượng riêng của hỗn hợp không khí_hơi nước.
Biết áp suất hơi nước bão hòa là 40 mmHg ở 34oC. Bài tập 3:
Hỗn hợp lỏng chứa 58.8% mol toluene và 41.2 % tetracloruacacbon (TCC).
- Xác định tỷ số khối lượng và phần khối lượng của mỗi cấu tử.
- Xác định nồng độ khối lượng- thể tích (kg/m3) của mỗi cấu tử.
Biết khối lượng riêng của toluene (870 kg/m3) và TCC (1630 kg/m3). Giả
sử không có sự biến đổi thể tích khi trộn hai chất này.
2. Các định luật cân bằng pha (Định luật Henry, Định luật Raoult) Bài tập 1:
Một dung dịch lý tưởng tuân theo định luật Henry có hằng số Henry là 950 mmHg, áp suất làm
việc của hệ 860 mmHg, nồng độ pha lỏng bằng 0.28 phần mol. Xác định nồng độ cân bằng của pha khí. Bài tập 2: lOMoARcPSD| 36991220
Một dung dịch lý tưởng tuân theo định luật Raoult có áp suất hơi bão hòa bằng 690 mmHg, áp
suất làm việc của hệ 735 mmHg. Xác định nồng độ cân bằng của pha khí khi nồng độ pha lỏng bằng 0,33 phần mol.
3. Tính toán hệ số khuếch tán, thông lượng khuếch tán, suất lượng khuếch tán Bài tập 1:
Tính hệ số khuếch tán của hơi ethanol (A) qua không khí (B) ở 1 atm,!!"!#, biết thể tích mol của
khí A và khí B như sau: V(C2H5OH) = 59.2 cm3/mol. V(kk) = 29.9 cm3/mol Bài tập 2:
Một ống nghiệm bay hơi CCl4 qua môi trường O2 nhiệt độ 273 K và áp suất tổng 755 mmHg. Tiết
diện ống nghiệm là 0.82 cm2. Chiều dài khuếch tán là 17.1 cm. Nếu 0.0208 cc CCl4 bay hơi trong
10 giờ với dạng khuếch tán ổn định, xác định hệ số khuếch tán của CCl4 qua oxy. Áp suất riêng
phần của CCl4 trong hỗn hợp bay hơi CCl4 và O2 ở 273 K là 33 mmHg. Áp suất riêng phần của
CCl4 bên kia lớp màng khuếch tán là không. Bài tập 3:
Khí oxygen (A) khuếch tán qua monoxide carbon (B) không khuếch tan ở trạng thái ổn định. Áp
suất tổng cộng là 1 atm, nhiệt độ 0oC. Áp suất riêng phần của oxygen tại hai mặt phẳng cách nhau
0.2 cm lần lượng là 100 và 500 mmHg. Hệ số khuếch tán DAB là 0.185 cm2/s. Tính thông lượng
khuếch tán của oxygen (A) theo mol/s.cm2 Bài tập 4:
Khí oxygen (A) khuếch tán ổn định qua hỗn hợp khí không khuếch tán là hỗn hợp metan (B) và
hydrogen (C), tỷ lệ thể tích của khí B và khí C là 2:1. Áp suất tổng cộng là 1 atm, nhiệt độ 0oC.
Áp suất riêng phần của oxygen tại hai mặt phẳng cách nhau 0.2 cm lần lượng là 100 và 500
mmHg. Hệ số khuếch tán DO2-H2 = 0.690 cm2/s, DO2-CH4 = 0.184 cm2/s. Tính thông lượng khuếch
tán của oxygen (A) theo mol/s.cm2 Bài tập 5:
Tính thông lượng khuếch tán của acid acetic (A) qua lớp phim dung dịch với nước B không khuếch
tán có bề dày 0.1 cm ở 17oC khi nồng độ ở hai mặt đối diện của phim lần lượt là 9% và 3% khối
lượng acid. Hệ số khuếch tán của acid acetic trong nước là 0.95 x 10-5 cm2/s. Biết ở 17oC, khối
lượng riêng của dung dịch acid acetic nồng độ 9% là 1.0121 g/cm3, khối lượng riêng của dung dịch
acid acetic nồng độ 3% là 1.0032 g/cm3. Bài tập 6:
Khí H2 ở 17oC và áp suất riêng phần 0.010 atm khuếch tan qua lớp màng cao su neopren đã lưu
hoá có bề dạy 0.5 mm. Áp suất riêng phần của H2 bên kia lớp màng bằng không. Tính tốc độ
khuếch tán qua lớp màng giả sử chỉ có trở lực khuếch tán qua lớp màng. Độ hoàn tan S của khí H2
trong neopren ở 17oC là 0.051 m3 (0oC, 1 atm)/m3 chất rắn.atm và hệ số khuếch tán DAB là 1.03 x 10-10 m2/s ở 17oC. Bài tập 7: lOMoARcPSD| 36991220
Màng polyetylne dày 0.015 cm dùng làm bao bì dược phẩm ở 30oC. Nếu áp suất riêng phần của
O2 bên ngoài là 0.21 atm và bên trong bao bì là 0.01 atm. Tính tốc độ khuếch tán của O2 ở trạng
thái ổn định. Biết độ thẩm thấu là 4.17 x 10-8 (cm3/(s.cm2.atm/cm) .Giả sử rằng trở lực khuếch tán
bên ngoài và bên trong lớp màng là không đáng kể so với trở lực khuếch tán qua lớp màng. Bài tập 8:
Chất rắn xốp Silica thiêu kết có bề dày 2 mm, độ rỗng bằng 0.30, hệ số $ hiệu chỉnh khoảng cách
khuếch tán bằng 4.0. Lỗ xốp chứa đầy nước ở 298 oK. Tại một mặt của Silica nồng độ KCl được
giữ ở 0.10 mol/l, mặt kia là nước tinh khiết chảy qua nhanh. Bỏ qua các trở lực khác, tính tốc độ
khuếch tan của KCl ở trạng thái ổn định. Biết hệ số khuếch tán của KCl trong nước là 1.87 x 10-9 m2/s. Bài tập 9:
Một tinh thể CuSO4.5H2O được cho vào 1 bể chứa nước ở 20oC. Biết khuếch tán phân tử qua màng
nước có chiều dày 0.0305 mm bao quanh tinh thể. Bên trong lớp màng, ngay bề mặt tinh thể, nồng
độ CuSO4 là 0.0229 phần mol (tỷ trọng dung dịch tại vị trí này là 1193 kg/m3. Bên kia lớp màng
là nước tinh khiết, tức là nồng độ CuSO4 là không. Hệ số khuếch tán của CuSO4 là 7.29 x 10-10
m2/s. Nhiệt độ 293 K. Khối lượng mol của CuSO4 là 160 g/mol. a) Tính suất lượng mol của CCl4
b) Hãy ước tính thông lượng khuếch tán của CuSO4 vào nước Bài tập 10:
Hơi cồn khuếch tán qua hơi nước theo dạng khuếch tán ổn định đẳng mol nghịch chiều tại 35oC
và áp suất 1 atm. Phần mol của hơi cồn trong hỗn hợp hơi ở hai bên màng hai bên màng lần lượt
là 80% và 10%, màng dày 0.3 mm. Hệ số khuếch tán là 0.18 cm2/s.
a) Tính suất lượng khối lương khuếch tán qua diện tích 100 cm2 (kg/h) (trường hợp đẳng mol nghịch chiều)
b) Giả sử nước không khuếch tán, hãy tính thông lượng khuếch tán (kmol/m2.s)
4. Tính toán hệ số truyền khối, thông lượng truyền khối, suất lượng truyền khối Bài tập 1:
Trong một thiết bị truyền khối giữa pha khí và pha lỏng hoạt động ở áp súaat 3.1 atm, hệ số truyền
khối trong mỗi pha lần lượt là ky = 1.07 kmol/m2.h. (phân mol), kx = 22 kmol/m2.h.(phân mol).
Thành phần cân bằng giữa pha lỏng và pha khí được đặc trung bởi định luật Henry P* = 0.08 %
106 x. với P* tính bằng mmHg. Đồ thị đường cân bằng là đường thẳng và khi đó hệ số cân bằng
m tương đương với m’ và m’’ trong công thức tính hệ số truyền khối tổng quát. Xác định:
a) Hệ số truyền khối tổng quát Kx, Ky
b) So sánh trở lực truyền khối của hai pha lOMoARcPSD| 36991220 Bài tập 2:
Quá trình hấp thu NH3 vào nước được thực hiện trong cột thành ướt, giá trị hệ số truyền khối KG
là 1 kmol/h.m2.atm. Tại một vị trí trong cột, pha khí có 8% mol NH3 và pha lỏng có nồng độ là
0.065 kmol NH3/m3. Nhiệt độ 20oC, áp suất 1 atm. 85% trở lực truyền khối tổng quát nằm trong pha khí.
Nếu hằng số Henry ở 20oC là 9.28 x 10-3 atm/kmol/m3. Tính hệ số truyền khối trong mỗi pha và
nồng độ NH3 trong hai pha tại bề mặt tiếp xúc pha. Bài tập 3:
Amoniac được hấp thu từ không khí ở 20oC, 1 atm trong tháp chêm hoạt động cùng chiều, dùng
nước tinh khiết ở 20oC làm dung môi. Suất lượng pha khí đi vào tháp là 41.6 m3/h. Nếu nồng độ
amoniac được giảm từ 3.52 còn 1.29% theo thể tích, lượng nước sử dụng bằng 1.37 lần lượng tối thiểu. Xác định:
a) Tỉ số Ltr/Gtr tối thiểu
b) Suất lượng nước sử dụng
c) Nồng độ ra của pha lỏng.
Cho biết dữ kiện cân bằng của hệ ở 20oC, 1 atm như sau: X, kmol NH3/kmol nước 0.0164 0.0252 0.0349 0.0455 0.0722
Y, kmol NH3/kmol không khí 0.021 0.032 0.042 0.053 0.08 Bài tập 3:
Amoniac được hấp thu từ không khí ở 20oC, 1 atm trong tháp chêm hoạt động nghịch chiều, dùng
nước tinh khiết ở 20oC làm dung môi. Suất lượng pha khí đi vào tháp là 41.6 m3/h. Nếu nồng độ
aminiac được giảm từ 3.52 còn 1.29% theo thể tích. Suất lượng nước sử dụng bằng 34 kg/h. Xác định:
a) Tỉ số Ltr/Gtr tối thiểu
b) Nồng độ ra của pha lỏng.
Cho biết dữ kiện cân bằng của hệ ở 20oC, 1 atm như sau: X, kmol NH3/kmol nước 0.0164 0.0252 0.0349 0.0455 0.0722
Y, kmol NH3/kmol không khí 0.021 0.032 0.042 0.053 0.08 Bài tập 4:
Quá trình hấp thu carbon dioxide vào nước được thực hiện trong cột thành ướt. Áp suất 2 atm và
nhiệt độ 25°C. Hệ số truyền khối &"# ước tính là 6.78 x 10–5 kmol/m2 s (phần mol). Tính tỷ lệ hấp lOMoARcPSD| 36991220
thu nếu áp suất riêng phần của carbon dioxide tại bề mặt phân cách là 0.2 atm và trong nước nồng
độ của carbon dioxide là không, không khí là tinh khiết. Đồng thời xác định ky và kG. Bài tập 5:
Sulphur dioxide được hấp thụ từ không khí vào nước trong tháp hấp thu. Tại một vị trí trong tháp,
thông lượng truyền khối là 0.027 kmol SO2/m2h và nồng độ pha lỏng tính theo phần mol là 0.0025
và 0.0003 tương ứng ở bề mặt hai pha và trong khối chất lỏng. Nếu hệ khuếch tán của SO2 trong
nước là 1,7 10–9 m2/s, xác định hệ số truyền khối, kc và độ dày màng. Bài tập 6:
Trong một nghiên cứu thực nghiệm về sự hấp thụ amoniac của nước trên vách tường ướt, hệ số
truyền khối pha khí tổng thể, KG được ước tính là 2.72 x 10–4 kmol/m2 s atm. Tại một điểm trong
cột khí chứa 10% mol amoniac và nồng độ pha lỏng là 6.42 x 10–2 kmol NH3/m3 dung dịch, nhiệt
độ 293 K và áp suất tổng là 1 atm. 85% lực cản chuyển khối nằm ở pha khí. Nếu định luật Henry
hằng số là 9.35 10–3 atm.m3/kmol, tính hệ số truyền khối trong mỗi pha và nồng độ NH3 trong hai
pha tại bề mặt tiếp xúc pha.