Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CƠNG NGHỆ MƠI TRƯỜNG CÂN BẰNG VẬT CHẤT CÂN BẰNG KHỐI LƯỢNG Mass Balance NỒNG ĐỘ • ĐỊNH NGHĨA: Nồng độ chất “lượng” “lượng” vật chất mang (chứa – khơng khí, nước, đất…) • Nồng độ biểu diễn đơn vị khác Ví dụ, mơi trường chứa khơng khí:  CA = mass of A / volume of air  [A] = moles of A / volume of air  XA = mass of A / mass of air  YA = moles of A / moles of air  PA = partial pressure of A / atmospheric pressure CHUYỂN ĐỔI ĐƠN VỊ • Thực tế tính tốn cần thiết phải chuyển đổi đơn vị Ví dụ: chuyển từ phản ứng hóa học (mol) sang dự trù khối lượng (g, kg…) • QUI TẮC 1: Mass in grams = Molecular weight x Number of moles đó: Molecular weight = Σ Atomic weights • Ví dụ:    H2O: MW = 2x1 + 1x16 = + 16 = 18 grams per mole  CO2: MW = 1x12 + 2x16 = 12 + 32 = 44 grams per mole  H2SO4: MW = 2x1 + 1x32 + 4x16 = + 32 + 64 = 98 grams per mole  NGUYÊN TỬ KHỐI (Thường dùng kỹ thuật mơi trường) • • Hydrogen • • • • • • Nitrogen N 14 Oxygen O 16  H Carbon C 12 (14 is for radioactive form of C !) Phosphorus P 31 Sulfur S 32 Chlorine Cl 35.5 Calcium Ca 40 QUI TẮC 2: • Áp suất chất khí xác định từ định luật khí lý tưởng: • Áp suất tồn phần hỗnhợp khí: TÍNH CHẤT CỦA KHƠNG KHÍ • Áp dụng định luật khí lý tưởng khơng khí: TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC Summary of unit conversion CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT 3.1 VẬT LiỆU LỌC BỔ SUNG • • • Đất diatomic (diatomaceous earth, kieselguhr) sử dụng rộng rãi để cải thiện tốc độ lọc Dạng hạt có độ xốp cao: Phần đặc chiếm 15% thể tích tồn phần Có cách sử dụng:  Tẩm trước lên môi trường lọc  Trộn với hỗn hợp cần xử lý 3.2 THIẾT BỊ LỌC • • Thiết bị lọc phẳng: Qui mô nhỏ Thiết bị lọc quay chân không liên tục: Quy mô lớn (Rotary-drum vacuum filters) - Trống quay: φ = 0,5 – m -Tốc độ quay: 0,1 – rpm Continuous rotary-drum vacuum filter (From G.G Brown, A.S Foust, D.L Katz, R Schneidewind, R.R White, W.P Wood, G.M Brown, L.E Brownell, J.J Martin, G.B Williams, J.T Banchero and J.L York, 1950, Unit Operations, John Wiley, New York.) 3.3 LÝ THUYẾT LỌC • Phương trình lọc: Vf … Thể tích dịch lọc t … Thời gian lọc A … Diện tích màng lọc (Bề mặt lọc) Mc … Khối lượng chất rắn toàn phần bánh lọc α … Trở kháng riêng trung bình bánh lọc rm … Trở kháng môi trường lọc dVf /dt …Tốc độ lọc μf … Độ nhớt dịch lọc c… Khối lượng hạt rắn tích lũy màng lọc đơn vị thể tích dịch lọc, liên quan với nồng độ chất rắn nguyên liệu đem lọc TRỞ KHÁNG RIÊNG CỦA BÁNH LỌC • • Nếu bánh lọc khơng nén, α không đổi với áp suất giọt qua màng lọc Loại bánh lọc nén làm giảm tốc độ lọc:  S … hệ số nén  α, … số (phụ thuộc mạnh vào kích thước hình dạng hạt rắn TRỞ KHÁNG RIÊNG CỦA BÁNH LỌC • K … hệ số phụ thuộc hình dạng hạt rắn v • • a … diện tích bề mặt riêng hạt • ρ …tỉ trọng hạt p ε … độ xốp bánh lọc GiẢI PHÁP CẢI THIỆN TỐC ĐỘ LỌC • • • • • Tăng diện tích bề mặt lọc A Tăng áp suất giọt ΔP Giảm khối lượng bánh lọc M c Giảm độ nhớt chất lỏng μ f Giảm trở kháng riêng bánh lọc α  Tăng độ xốp ε (sử dụng vật liệu lọc bổ sung)  Giảm hệ số hình dạng hạt Kv (khống chế điều kiện lên men)  Giảm diện tích bề mặt riêng hạt a (thay đổi điều kiện lên men, sử lý sơ dịch lên men) TÍCH PHÂN PHƯƠNG TRÌNH LỌC BÀI TẬP ÁP DỤNG • 30-ml mẫu nước thải lọc điều kiện phòng thí nghiệm với diện tích bề mặt lọc cm2 áp suất giọt psi Thời gian lọc 4,5 phút Các nghiên cứu thực nghiệm trước chứng tỏ bánh lọc có khả nén cao với s = 0,5 Nếu 500 lit nước thải cần lọc Hãy xác định diện tích bề mặt lọc áp suất giọt: (a) 10 psi (b) psi http://www.csgnetwork.com/converttable.html Pressure bar bar 1e5 N/m^2   Pascal Pa N/m^2   Pounds per sq inch psi lb/in^2   Pounds per sq ft psf lb/ft^2   kilo psi ksi 1000.0 psi   atmospheres atm 1.01325e5 N/m^2   inches of Mercury inHg 3.387 kPa   millimeters Mercury mmHg 0.1333 kPa   Torr torr 1.333224 Pa   Pressure Units     technical atmosph ere     pound-force per pascal bar (at) atmosphere torr square inch (Pa) (bar)   (atm) (Torr) (psi) ≡ N/m2 10−5 1.0197×10−5 9.8692×10−6 7.5006×10−3 145.04×10−6 100,000 ≡ 106 dyn/cm2 1.0197 0.98692 750.06 14.50377 98,066.50 0.980665 ≡ kgf/cm2 0.96784 735.56 14.223 101,325 1.01325 1.0332 ≡ atm 760 14.696 133.322 1.3332×10−3 1.3595×10−3 1.3158×10−3 ≡ Torr; ≈ 1 mmH g 19.337×10−3 6.894×103 68.948×10−3 70.307×10−3 68.046×10−3 51.715 ≡ lbf/in2   Pa bar at atm torr psi HƯỚNG DẪN GiẢI (a) (b) ... TRONG THIẾT BỊ PHẢN ỨNG MÔI TRƯỜNG ÁP DỤNG CÂN BẰNG VẬT CHẤT TRONG THIẾT BỊ PHẢN ỨNG MƠI TRƯỜNG PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT • Đối với phản ứng hóa học xảy khơng gian phản ứng: PHƯƠNG TRÌNH... phương trình cho Δt • Lấy giới hạn vế phương trình Δt  Một cân khối lượng có nghĩa khơng gian phản ứng với biên xác định, gọi thể tích khống chế CMFR (CSTR) CSTR • Vì m = V.C: • Trong phần lớn trường. .. MW = 2x1 + 1x32 + 4x16 = + 32 + 64 = 98 grams per mole  NGUYÊN TỬ KHỐI (Thường dùng kỹ thuật môi trường) • • Hydrogen • • • • • • Nitrogen N 14 Oxygen O 16  H Carbon C 12 (14 is for radioactive