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

1. Định nghĩa và phân loại
•  Định nghĩa: Quá trình di chuyển vật chất từ vị trí này sang vị
trí khác trong 1 pha hoặc từ pha này sang pha kia, khi có sự
tiếp xúc trực tiếp giữa hai pha gọi là quá trình truyền chất,
hoặc chuyển khối hoặc khuếch tán.
Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối
2
1. Định nghĩa và phân loại
Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối
•  Phân loại các quá trình truyền chất:
–  Hấp thụ: là quá trình hút khí hoặc hơi bằng chất lỏng. Vật
chất di chuyển từ pha khí vào pha lỏng.
1. Định nghĩa và phân loại
Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối
•  Phân loại các quá trình truyền chất:
–  Chưng: là quá trình tách các hỗn hợp lỏng thành các cấu

tục khi trích ly.
Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối
2. Biểu diễn thành phần pha
5
Thống nhất các ký hiệu biểu diễn thành phần:
•  G
y
- Khối lượng pha Φ
y
, kg
•  G
x
- Khối lượng pha Φ
x
, kg
•  n
y
– Số mol của pha Φ
y

•  n
x
- Số mol của pha Φ
x

•  g
k
- Khối lượng của một cấu tử bất kỳ trong pha Φ
x
, kg

– Nồng độ phần khối lượng của một cấu tử bất kỳ trong pha Φ
x

•  - Nồng độ phần khối lượngcủa một cấu tử bất kỳ trong pha Φ
y

•  x
k
– Nồng độ phần mol của một cấu tử bất kỳ trong pha Φ
x

•  y
k
- Nồng độ phần mol của một cấu tử bất kỳ trong pha Φ
yChương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối
2. Biểu diễn thành phần pha
x
k
y
k
6
Thống nhất các ký hiệu biểu diễn thành phần:
•  - Nồng độ phần khối lượng tương đối của một cấu tử bất kỳ trong
pha Φ
x,
kg/kg
•  - Nồng độ phần khối lượng tương đối của một cấu tử bất kỳ trong

k
=
g
k
G
x
y
k
=
g'
k
G
y
Phần trăm khối lượng a
k
= x
k
⋅100%
a '
k
= y
k
⋅100%
Phần mol x

k
=
n
k
n
x
− n
k
Y
k
=
g'
k
G
y
− g'
k
Phần mol tương
đối Y
k
=
n'
k
n
y
− n'
k

X
và Φ
y
tiếp xúc với nhau.
•  M là cấu tử phân bố, có nồng độ ban đầu y
M
, và x
M
= 0.
•  Khi có tiếp xúc pha, cấu tử M di chuyển từ pha khí y vào pha
lỏng x, và ngược lại, nhưng với các vận tốc khác nhau.
•  Quá trình được thực hiện cho đến khi vận tốc chiều thuận và
chiều nghịch bằng nhau. Khi đó, nồng độ cấu tử M trong pha
Φ
X
đạt cân bằng.
Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối
Định nghĩa: Nồng độ cân bằng là nồng độ lớn nhất của cấu
tử M mà pha
Φ
X
có thể chứa được tại một điều kiện nhất
định.
Liên hệ giữa nồng độ cân bằng x*
M
và y
M
: Φ
y
Φ

là thay đổi số pha trong hệ.
•  Quy tắc pha sẽ cho biết có thể thay đổi bao nhiêu yếu tố mà
không phá vỡ cân bằng của một hệ nhất định.
4. Qui tắc pha Gibbs

Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối
Phương trình chung của quy tắc pha:
C = k – Φ + n
C - số bậc tự do
k - số cấu tử độc lập của hệ
Φ - số pha của hệ
n - số yếu tố độc lập bên ngoài ảnh hưởng lên cân bằng
của hệ.
Đối với các quá trình chuyển khối, các yếu tố ảnh hưởng đến
cân bằng pha là nhiệt độ và áp suất:
C = k – Φ + 2
4. Qui tắc pha Gibbs
Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối
10
4. Qui tắc pha Gibbs
Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối
Hệ một cấu tử
•  Nếu hệ tồn tại cả 3 pha rắn,lỏng, hơi, số bậc tự do được xác định:
C = 1 – 3 + 2 = 0
–  Nghĩa là hệ này chỉ tồn tại tại một giá trị nhất định của áp suất
và nhiệt độ.
•  Nếu hệ có hai pha lỏng – hơi bão hoà:
C = 1 – 2 + 2 = 1
–  Có thể thay đổi nhiệt độ hoặc áp suất của hệ mà cân bằng của
hệ không bị phá vỡ.

mỗi một chất lỏng.
–  Các số liệu về áp suất và nhiệt
độ của các chất lỏng thường
là các số liệu thực nghiệm và
thường có sẵn trong các tài
liệu chuyên môn.
–  Hoặc có thể xác định từ lý
thuyết
Sự phụ thuộc áp suất và nhiệt độ của
hệ một cấu tử
4. Qui tắc pha Gibbs
Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối
Hệ một cấu tử
4. Qui tắc pha Gibbs
Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối
Hệ hai cấu tử có hai pha:
C = 2 – 2 + 2 = 2
•  Hệ bậc 2, có thể thay đổi đồng thời cả áp suất và nhiệt độ
mà số pha trong hệ không thay đổi.
•  Tuy nhiên với các hệ hai hay nhiều cấu tử, thành phần pha
cũng là một yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng pha.
•  Khi áp suất không đổi thì một thành phần pha sẽ ứng với
một nhiệt độ nhất định và tương tự, khi nhiệt độ không
đổi thì thành phần pha sẽ ứng với một áp suất nhất định.
12
4. Qui tắc pha Gibbs
Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối
Hệ hai cấu tử có hai pha:
C = 2 – 2 + 2 = 2
Cân bằng lỏng – hơi hệ 2 cấu tử

i
= Ψ/P . x
i
y*
i
= m . x
i

–  m - hằng số cân bằng

5. Các định luật cân bằng pha
Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối
Định luật Henry
26
•  Đối với dung dịch lý tưởng,
đường cân bằng là đường
thẳng.
•  Trong trường hợp chung,
đường cân bằng là đường
cong.
•  Định luật Henry chỉ đúng đối
với chất khí nên thường
được sử dụng trong tính toán
quá trình hấp thụ.
y
x
y* = f(x)
y* = m.x
Đường cân bằng của hệ khí -
lỏng

+ p
2
= p
bh
i
.x + p
bh
2
.(1 - x)
5. Các định luật cân bằng pha
Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối
28
•  Thay vào phương trình Raoult, có phương trình đường cân
bằng:
•  Với α = p
bh
1
/p
bh
2
:
–  Phương trình này chỉ đúng với dung dịch lý tưởng. Với các
dung dịch thực, các số liệu cân bằng thường được xác định
bằng thực nghiệm.
–  Định luật Raoult thường được sử dụng để tính toán cho quá
trình chưng luyện.
)1(.
.
y
21

bằng lỏng-hơi hoàn toàn tuân theo định luật Raout;
Dung dịch thực
-  Là những dung dịch hoàn toàn không tuân theo định luật Raout;
-  Sự sai lệch với định luật Raout là dương nếu lực liên kết giữa các
phân tử khác loại < lực liên kết giữa các phân tử cùng loại;
-  Sự sai lệch với định luật Raout là âm nếu lực liên kết giữa các phân tử
khác loại
  lực liên kết giữa các phân tử cùng loại;
- Trường hợp lực liên kết giữa các phân tử khác loại << lực liên kết giữa
các phân tử cùng loại → dung dịch sẽ phân lớp.
30
Định luật Raoult
5. Các định luật cân bằng pha
Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối
Quan hệ giữa áp suất và 2
thành phần của dung dịch 2 cấu tử 1

1. Tuân theo định luật Raout; 3

2. Sai lệch dương

3. Sai lệch âm
16
31
Giản đồ đẳng nhiệt P-x-y t
5. Các định luật cân bằng pha
Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối
0 x
M
y

18
35
Phân bố nồng độ trong thiết bị
X,
Y
Y
đ

Y
c

X
c

X
đ
dF
F
dX
dY
Y
đ

Y
c

X
c

X

làm việc: G
x
(X – X
đ
) = -G
y
. (Y – Y
c
)
Y = G
x
/G
y
. X + Y
c
– G
x
/G
y
. X
đ
•  Trong mỗi trường hợp cụ thể, các đại lượng G
x
, G
y
, X
đ
,
Y
c