Đang tải... (xem toàn văn)
NỘI DUNG TRÌNH BÀY HIỆN TƯỢNG BAY HƠI VÀ NGƯNG TỤ ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG LỎNG HƠI CỦA HỖN HỢP THAY ĐỔI CÂN BẰNG HỖN HỢP THEO NHIỆT ĐỘ, ÁP SUẤT, THÀNH PHẦN Để mô tả hỗn hợp đòi hỏi phải có kiến thức về: áp suất, nhiệt độ, thành phần. Để minh hoạ sự chuyển pha, trước hết ta phải xem như hỗn hợp cân bằng tại đẳng áp, sau đó xét tại đẳng nhiệt. Hình 6.1, 6.3 và kết hợp bảng 6.1 diễn tả hỗn hợp propane và npentane
CHƯƠNG HỖN HỢP CÂN BẰNG LỎNG HƠI GVHD: HV: TS.HUỲNH QUYỀN DƯƠNG KIM NGÂN NỘI DUNG TRÌNH BÀY HIỆN TƯỢNG BAY HƠI VÀ NGƯNG TỤ ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG LỎNG HƠI CỦA HỖN HỢP THAY ĐỔI CÂN BẰNG HỖN HỢP THEO NHIỆT ĐỘ, ÁP SUẤT, THÀNH PHẦN 6.1.HIỆN TƯỢNG BAY HƠI VÀ NGƯNG TỤ Để mơ tả hỗn hợp địi hỏi phải có kiến thức về: áp suất, nhiệt độ, thành phần Để minh hoạ chuyển pha, trước hết ta phải xem hỗn hợp cân đẳng áp, sau xét đẳng nhiệt Hình 6.1, 6.3 kết hợp bảng 6.1 diễn tả hỗn hợp propane n-pentane 6.1.HIỆN TƯỢNG BAY HƠI VÀ NGƯNG TỤ Cân tính tốn phương pháp Soave-Redlich-Kwong, nói rỏ chương Tổng hợp giá trị tính tốn bảng 6.1 6.1.HIỆN TƯỢNG BAY HƠI VÀ NGƯNG TỤ 6.1.1.SƠ ĐỒ CÂN BẰNG LỎNG-HƠI TẠI ĐẲNG ÁP Trước hết, xét ví dụ hỗn hợp propane n-pentane áp suất 5bar Sơ đồ 6.1: trục hoành phần mol cấu tử hỗn hợp với z1 nồng độ toàn hỗn hợp, x1 nồng độ pha lỏng, y1 nồng độ pha 6.1.1.SƠ ĐỒ CÂN BẰNG LỎNG-HƠI TẠI ĐẲNG ÁP 6.1.1.SƠ ĐỒ CÂN BẰNG LỎNG-HƠI TẠI ĐẲNG ÁP Khi hỗn hợp đạt trạng thái cân bằng, tổng phần mol thành phần phải Từ đây, phần mol cấu tử thứ dễ dàng suy từ z1 , x1, hay y1 Thông thường, số bị quy cho hầu hết thành phần bay hơi, với điểm sôi thấp nhất, hay áp suất cao 6.1.1.SƠ ĐỒ CÂN BẰNG LỎNG-HƠI TẠI ĐẲNG ÁP Trên trục tung, cột nhiệt độ Cụ thể trục hoành giá trị 0, ta có nhiệt độ sơi cấu tử tương ứng 1.5oC cho propane 92oC cho n-pentane, áp suất xét 6.1.1.SƠ ĐỒ CÂN BẰNG LỎNG-HƠI TẠI ĐẲNG ÁP Nếu nồng độ hỗn hợp z1 (VD z1=0.5), hỗn hợp dạng lỏng đồng nhiệt độ thấp Nếu đẳng áp, ta cung cấp nhiệt độ, tăng dần nhiệt độ từ từ đến đạt “điểm sơi” (tại 26.4oC), có điểm sơi xuất Tại điểm này, rỏ ràng pha lỏng có thành phần tồn hỗn hợp x1=z1 Nhưng pha xuất thành phần khác y1 điểm sơi Nói chung, Pha nhiều thành phần chất bay Trong VD y1=0.915 10 6.3.2.SỰ PHỤ THUỘC ÁP SÚÂT THEO NHIỆT ĐỘ ÁP DỤNG PHƯƠNG TRÌNH CLAPEYRON VÀO HỖN HỢP Nhân phương trình vi phân y, tổng lại, có Theo phương trình Duhem Gibbs (Eq 5,18) Ta được: 41 6.3.2.SỰ PHỤ THUỘC ÁP SÚÂT THEO NHIỆT ĐỘ ÁP DỤNG PHƯƠNG TRÌNH CLAPEYRON VÀO HỖN HỢP Hơn Sự hợp thành (của) pha lỏng khơng đổi Ta Có : Và cuối biểu thị biểu thức: 42 6.3.2.SỰ PHỤ THUỘC ÁP SÚÂT THEO NHIỆT ĐỘ ÁP DỤNG PHƯƠNG TRÌNH CLAPEYRON VÀO HỖN HỢP Có thể giải thích hay thiết lập theo cách sau đây: Cân lỏng-hơi, ngưng tụ mole thành phần bay y1, thành phần pha lỏng x1 thay thành phần không đổi pha lỏng Sự ngưng tụ nghịch đảo thay lượng Gibbs 43 6.3.2.SỰ PHỤ THUỘC ÁP SÚÂT THEO NHIỆT ĐỘ ÁP DỤNG PHƯƠNG TRÌNH CLAPEYRON Từ biến đổi lượng Gibbs zero, ta thay entropy với tỉ số viết thành phương trình 6.16: Bởi có dạng đơn giản phương trình Clapeyron.Tuy nhiên, có đại diện khác biệt thuộc tính mole hỗn hợp với thành phần y1 pha với thành phần giống vế, pha lỏng với thành phần x1 vế lại, phương trình 6.15 nói 44 6.3.3 KIỂM TRA SỰ GẮN KẾT Các phương trình tổng quát trước thông số điều kiện cân lỏng hơi, nhiệt độ, áp suất, thành phần pha, độc lập Chúng phải đáp ứng kiểm tra gắn kết hệ phương trình Gibbs-Duhem Một cách tổng quát, kiểm tra đưa vào hệ nhị phân điều kiện sử dụng số lượng lớn phép đo đẳng nhiệt mà đánh giá xác 45 6.3.3 KIỂM TRA SỰ GẮN KẾT Nếu ta có phương trình Gibbs-Dem phần mole hỗn hợp cấu tử Sau đó: Phương trình tích hợp giới hạn x1=0 x1=1, tính tốn thực tế 46 6.3.3 KIỂM TRA SỰ GẮN KẾT Điều kiện kiểm tra lại đồ thị cách sử dụng giá trị thực nghiệm hệ số T, P thành phần pha Nếu giá trị chưa đẳng nhiệt, định luật Gibbs-Duhem đưa vào, nhiệt hỗn hợp tra Vidal, 1974 trang 431 47 6.3.4 SỰ ỔN ĐỊNH VÀ CÁC ĐIỀU KIỆN CỦA ĐIỂM TỚI HẠN Sự lõm xúông đồ thị (đẳng nhiệt, đẳng áp) biểu cho biến đổi lượng Gibbs với thành phần G (x1, x2, x3, x4, …) phải hướng enthapi dương tự Xét hệ xem đồng nhất, đặc trưng số mole thành phần Ni, lượng Gibbs G, tách thành hệ 48 6.3.4 SỰ ỔN ĐỊNH VÀ CÁC ĐIỀU KIỆN CỦA ĐIỂM TỚI HẠN Tương tự vậy, Các biến thể là: 49 6.3.4 SỰ ỔN ĐỊNH VÀ CÁC ĐIỀU KIỆN CỦA ĐIỂM TỚI HẠN Sơ đồ 6.10, minh hoạ cho điều kiện Nó quan hệ hexane methanol 298.15K lượng Gibbs tính tốn sử dụng 50 6.3.4 SỰ ỔN ĐỊNH VÀ CÁC ĐIỀU KIỆN CỦA ĐIỂM TỚI HẠN 51 6.3.4 SỰ ỔN ĐỊNH VÀ CÁC ĐIỀU KIỆN CỦA ĐIỂM TỚI HẠN Nhìn sơ đồ ta cần ý đến lượng Gibbs pha trộn từ điểm uốn, A B tương ứng với phương trình Gĩưa điểm uốn, điều kiện lõm xuống bị xâm phạm, hỗn hợp không ổn định, VD điểm M Nếu ta học cong gM (x) với nhiệt độ, ta quan sát nhiệt độ cao với điểm uốn từ từ tiệm cận cuối hợp Bây ta biết điểm tới hạn hỗn hợp mà đặc trưng biểu thức: 52 6.3.4 SỰ ỔN ĐỊNH VÀ CÁC ĐIỀU KIỆN CỦA ĐIỂM TỚI HẠN Trong thực tế, điều kiện ổn định cần thiết khơng đủ Hãy nhìn vào đường tiếp tuyến CD đến đường cong gM (x) điểm Sự giao với x1=0 x2=1, phù hợp với đồ thị mơ tả trước (tại Chương 5, phần 58.1.2) 53 6.3.4 SỰ ỔN ĐỊNH VÀ CÁC ĐIỀU KIỆN CỦA ĐIỂM TỚI HẠN điểm C D có tiếp tuyến đường cong gM (x) , ta thấy thành phần hoạt động bất hoạt động C D 54 6.3.4 SỰ ỔN ĐỊNH VÀ CÁC ĐIỀU KIỆN CỦA ĐIỂM TỚI HẠN Có tương đương cho điểm N hệ đồng N’, ta quan tâm hỗn hợp N, điều kiện lõm xuống nhìn nhận Do đó, điều kiện cần chưa đủ Và phương pháp tính tốn cân lỏnghơi đề cập chương 55 ... 6.2 ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG LỎNGHƠI CỦA HỖN HỢP Ta biết điều kiện cân pha biểu thị cân chất hoá học 26 6.2 ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG LỎNGHƠI CỦA HỖN HỢP Theo tính chất hỗn hợp điều kiện nhiệt độ, áp suất,... 6.2 ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG LỎNGHƠI CỦA HỖN HỢP Trong điều kiện cân viết cách sử dụng ”hệ số cân bằng? ??, tỉ lệ phần mole pha pha lỏng: Do đó, 29 6.2 ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG LỎNGHƠI CỦA HỖN HỢP Tuy nhiên,... HIỆN TƯỢNG BAY HƠI VÀ NGƯNG TỤ ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG LỎNG HƠI CỦA HỖN HỢP THAY ĐỔI CÂN BẰNG HỖN HỢP THEO NHIỆT ĐỘ, ÁP SUẤT, THÀNH PHẦN 6.1.HIỆN TƯỢNG BAY HƠI VÀ NGƯNG TỤ Để mô tả hỗn hợp địi hỏi