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

Biểu diễn nồng độ hệ hai pha (ví dụ: pha lỏng và pha khí)
Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối
2
8. Các định luật khuếch tán
Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối
•  Khi hai pha chuyển
động tiếp xúc nhau, do
ma sát, trên bề mặt
phân chia pha tạo
thành hai lớp màng.
•  Chế độ chuyển động ở
màng và trong nhân
của dòng khác nhau.
Bề mặt
phân pha
Màng

dc
dx
Bề mặt
vuông góc
với hướng
khuếch tán
Hệ số
khuếch tán
Thời gian
Vận tốc
khuếch tán tỉ
lệ với
gradient
nồng độ
8. Các định luật khuếch tán
Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối
Hệ số khuếch tán
D =
1,55.10
−3
T
3
2
P V
A
1
3
+V
B
1

trên một đơn vị chiều dài theo hướng khuếch tán (m
2
/s)
Hệ số khuếch tán của khí trong khí
4
8. Các định luật khuếch tán
Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối
Hệ số khuếch tán
D
20
=
0,00360
ab
µ
V
A
1
3
+V
B
1
3
!
"
#
$
%
&
2
1

G
z
+dG
z
G
x
Gy
+dG
y
G
y
G
x+ dx
= G
x
+ dG
x
= −D
∂c
∂x
dydzd
τ
− D
∂
∂x
∂c
∂x
#
$
%

G
z
x
z
y
G
z
+dG
z
G
x
Gy
+dG
y
G
y
dG
y
= G
y
− G
y+dy
= D
∂
2
c
∂y
2
dxdydzd
τ

c
∂y
2
+
∂
2
c
∂z
2
"
#
$
%
&
'
dxdydzd
τ
8. Các định luật khuếch tán
Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối
Khuếch tán đối lưu
Lượng vật chất đi qua các bề mặt dydz
của dV trong khoảng thời gian dt với vận
tốc W nhờ sự chuyển động của dòng:
G
x
+dG
x
G
z
x

∂x
dxdydzd
τ
Lượng vật chất còn lại trong dV:
dG
x
=
∂W
x
c
∂x
dxdydzd
τ
6
8. Các định luật khuếch tán
Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối
Khuếch tán đối lưu
G
x
+dG
x
G
z
x
z
y
G
z
+dG
z

+
∂W
y
∂y
+
∂W
z
∂z
= 0
dG = dG
x
+ dG
y
+ dG
z
=
c∂W
x
∂x
+
c∂W
y
∂y
+
c∂W
z
∂z
!
"
#

x
∂c
∂x
+W
y
∂c
∂y
+W
z
∂c
∂z
!
"
#
$
%
&
dxdydzd
τ
Lượng vật chất tính theo 2 phương pháp phải bằng nhau:
dG = D
∂
2
c
∂x
2
+
∂
2
c

&
'
Phươn trình khuếch tán trong
môi trường chuyển động
7
8. Động lực khuếch tán
Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối
•  Quá trình khuếch tán xảy ra tự nhiên khi nồng độ làm việc và
nồng độ cân bằng của cấu tử phân bố trong mỗi pha là khác nhau.
•  Động lực khuếch tán (động lực truyền chất) là hiệu số giữa nồng
độ làm việc và nồng độ cân bằng
•  Tính theo pha Φy : Δy = y* - y hay Δy = y – y*.
•  Tính theo pha Φx : Δx = x* - x hay Δx = x – x*.
•  Động lực của quá trình thay đổi từ đầu đến cuối quá trình. Khi tính
toán sử dụng động lực trung bình.
•  Chất phân tán sẽ đi vào pha có nồng độ nhỏ hơn nồng độ cân
bằng.
9. Phương trình chuyển khối và động lực trung bình
Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối
Sơ đồ quá trình chuyển khối
y
x
y*
x*
y
bg

x
bg
Vận tốc quá trình =

y
8
9. Phương trình chuyển khối và động lực trung bình
Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối
Sơ đồ quá trình chuyển khối
y
x
y*
x*
y
bg

x
bg
Vận tốc của chất phân bố qua màng Φx:
dG
dFd
τ
=
x
bg
− x
R
x
β
x
=
1
R
x

x*
y
bg

x
bg
Hệ số cấp chất
Hệ số cấp chất là lượng vật chất chuyển qua một đơn
vị bề mặt trong một đơn vị thời gian khi hiệu số nồng
độ là một đơn vị.
Hệ số cấp chất là một đại lượng phức tạp. Nó phụ
thuộc vào tính chất vật lý của các pha (hệ số khuyếch
tán, độ nhớt, khối lượng riêng), nhiệt độ, áp suất, lưu
lượng, kích thước hình học đặc trưng và cấu tạo của
thiết bị truyền chất.
9
9. Phương trình chuyển khối và động lực trung bình
Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối
Sơ đồ quá trình chuyển khối
y
x
y*
x*
y
bg

x
bg
Phương trình chuyển khối
Theo định luật phân bố vật chất y = mx ta có :


mdG
β
x
=
τ
dF y
bg
− y *
( )

dG
1
β
y
+
m
β
x
!
"
#
#
$
%
&
&
=
τ
dF y − y *

bình của quá trình
Tương tự:
G = k
x
τ
FΔx
tb
k
x
=
1
1
β
x
+
1
m
β
y
Hệ số chuyển khối khi
tính theo nồng độ pha x
k
y
≈
β
y
Cấu tử phân bố dễ hoà tan:
Cấu tử phân bố khó hoà tan:
k
x

Mặt khác lượng vật chất dG có thể xác định theo phương trình bằng vật liệu:
dG =-G
y
dy
dF = −
G
y
dy
τ
K
y
y − y
*
( )
9. Phương trình chuyển khối và động lực trung bình
Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối
Xác định động lực trung bình
Với toàn bộ bề mặt tiếp xúc pha F:
Lấy tích phân
F = −
G
y
τ
k
y
dy
y − y
*
y
d

d
− y
c
G = K
y
τ
F
y
d
− y
c
S
Δy
tb
=
y
d
− y
c
S
Δy
tb
=
y
d
− y
c
dy
y − y*
y

Chương 1: Các kiến thức cơ bản của quá trình chuyển khối
Sơ đồ biểu diễn động lực của quá trình chuyển khối