Đề 1
Câu 1
Xác định thành phần pha lỏng và pha hơi của hổn hợp benzene - toluene ở
nhiệt độ 95
0
C và áp suất 760 mmHg. Cho biết áp suất hơi của benzene và toluene phụ
thuộc vào nhiệt độ theo phương trình sau :
P
benzene
= 10
6,90565 -

1211,033/(220,79 + t)


P
toluene
= 10
6,95464 -

1344,8/(219,482 + t)


P
benzene
: áp suất hơi của benzene tính bằng mmHg
P
toluene
: áp suất hơi của toluene tính bằng mmHg
t : nhiệt độ (
0

Gọi :
x
B
, x
T
là phân mol tương ứng của benzene và toluene trong pha lỏng.
y
B
, y
T
là phân mol tương ứng của benzene và toluene trong pha hơi.
P
B
, P
T
là áp suất hơi tương ứng của benzene và toluene ở 95
0
C.
p
B
, p
T
là áp suất riêng phần của benzene và toluene trong hổn hợp.
P là áp suất tổng cộng của hổn hợp P = 760 mmHg.
Ở 95
0
C áp suất hơi của benzene và toluene là :
P
B
= 10

6,95464
= 476,8718 mmHg
Áp dụng định luật Raoult
p
B
= P
B
*x
B
= 1176,843*x
B
p
T
= P
T
*x
T
= 476,8718*x
T
= 476,8718*(1- x
B
) (vì x
B
+ x
T
=1)
P = p
B
+ p
T

⇒ y
T
= 1- y
B
= 1- 0,6263 = 0,3736.
Vậy :
Thành phần của pha lỏng là : x
B
= 0,4045 = 40,45%, x
T
= 0,5955 = 59,55%
Thành phần của pha hơi là : y
B
= 0,6263 = 62,63%, y
T
= 0,3737 = 37,37%
Câu 2 (3 điểm)
Gọi :
x
B
, x
T
là phân mol tương ứng của benzene và toluene trong pha lỏng.
y
B
, y
T
là phân mol tương ứng của benzene và toluene trong pha hơi.
P
B

T
= (P
T
*x
T
)/P = 0,3737 ⇒ x
T
= (P/P
T
)*0,3737 = (780 *0,3737)/P
T
⇒ x
T
= 291,4573/ P
T

Vì hệ thống có 2 cấu tử nên x
B
+ x
T
=1 ⇒ (488,514/ P
B
) + (291,4573/ P
T
) =1
Ở mổi nhiệt độ sẽ tồn tại áp suất hơi tương ứng của benzene (P
B
) và toluene
(P
T

100 1350,491 556,3219 0,3617 + 0,5233 = 0,8850
96 1210,108 491,99 0,4037 + 0,5918 = 0,9955
95,8 1203,398 488,936 0,4059 + 0,5954 = 1,0013
Vậy nhiệt độ điểm sương của hổn hợp là 95,8
0
C

Câu 3 (4 điểm)
3.1. Thiết lập phương trình đường làm việc phần luyện và trình bày cách xác
định số đoạn lý thuyết :
Benzene (C
6
H
6
) có khối lượng phân tử là M
B
= 78
Toluene (C
7
H
8
) có khối lượng phân tử là M
T
= 92
Gọi x
F
, x
W
, x
D

W
⇒ x
F
= 0,4144, x
W
= 0,093, x
D
= 0,966
Sử dụng phép nội suy từ bảng dử liệu cân bằng ⇒ y*
F
= 0,632
Vì nhập liệu vào tháp ở nhiệt độ sôi nên tỉ số hoàn lưu tối thiểu được xác định
theo công thức :
532,1
4144,0632,0
632,0966,0
xy
yx
R
F
*
F
*
FD
min
=
−
−
=
−

ngưng tụ
Thiết bị đun sôi
đáy tháp
(1)
(2)
293,0x697,0
13,2
966,0
x
13,2
3,2
1R
x
x
1R
R
y
D
+=
+
+
+
=
+
+
+
=
Để xác định số đoạn lý thuyết cần thực hiện những bước sau :
- Vẽ giản đồ cân bằng x-y theo số liệu cân bằng trong đề bài.
- Vẽ đường làm việc của đoạn luyện là phương trình đường thẳng đi

F
= Dw
D
+ Ww
B
= 0,96D + 0,08W =1000*0,375 = 375 (2)
Giải hệ thống phương trình (1) và (2)
D + W = 1000 (1)
0,96D + 0,08W = 375 (2)
D = 335; W = 665
Cân bằng vật chất đối với thiết bị ngưng tụ theo đường biên (2)
G = L + D = 2,3D + D = 3,3 D
(vì theo định nghĩa R = L/D =2,3 ⇒ L = 2,3D)
⇒ G = 335 * 3,3 = 1105,5
Vậy :
Khối lượng sản phẩm đỉnh là 335 kg/giờ
Khối lượng sản phẩm đáy là 665 kg/giờ
Khối lượng hơi thoát ra khỏi đỉnh tháp là 1105,5 kg/giờ.
Đề 2
Câu 1
Xác định nhiệt độ điểm sương của hổn hợp hơi gồm có 40% (theo % khối
lượng) acetone (C
3
H
6
O), 40% (theo % khối lượng) ethanol (C
2
H
6
O) và 20% (theo %

: áp suất hơi của acetone tính bằng mmHg
P
ethanol
: áp suất hơi của ethanol tính bằng mmHg
P
methanol
: áp suất hơi của methanol tính bằng mmHg
t : nhiệt độ (
0
C)
Hổn hợp tuân theo định luật Raoult.
Câu 2
Một thiết bị làm việc ở áp suất thường để tách hổn hợp benzene - toluene có
thành phần benzene (cấu tử dễ bay hơi) là 30% (theo % khối lượng). Sản phẩm đỉnh
có thành phần benzene là 90% (theo % khối lượng), sản phẩm đáy có thành phần
benzene là 10% (theo % khối lượng). Nhập liệu vào hệ thống ở nhiệt độ sôi.
2.1. Tính lượng khối lượng sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy, tính khối lượng hổn
hợp hoàn lưu và tỉ số hoàn lưu.
2.2 Thiết lập phương trình đường làm việc phần luyện và trình bày cách xác
định số đoạn lý thuyết, số liệu cân bằng của hệ benzene - toluene được cho trong
bảng sau :
y
benzene
0 0,118 0,214 0,380 0,511 0,619 0,712 0,790 0,854 0,910 0,959 1
x
benzene
0 0,05 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1
Nhiệt độ
sôi (
0

= 46 và M
M
= 32
y
A
, y
E
và y
M
là phân mol tương ứng của acetone, ethanol và methanol trong
hổn hợp hơi.
w
A
, w
E
và w
M
là % khối lượng tương ứng của acetone, ethanol và methanol
trong hổn hợp hơi :w
A
= 40%, w
E
= 40% và w
M
= 20%.
x
A
, x
E
và x

M
= 0,286 (28,6 %mol)
Áp dụng định luật Raoult
y
A
= (P
A
*x
A
)/P = 0,316 ⇒ x
A
= (P/P
A
)*0,316 = (750 *0,316)/P
A

⇒ x
A
= 237/ P
A
y
E
= (P
E
*x
E
)/P = 0,398 ⇒ x
E
= (P/P
E

M
=1
⇒ (237/ P
A
) + (298,5/ P
E
) + (214,5/ P
M
) =1
Ở mổi nhiệt độ sẽ tồn tại áp suất hơi tương ứng của acetone (P
A
), ethanol (P
E
)
và methanol (P
M
), nhiệt độ điểm sương của hổn hợp là nhiệt độ ứng với áp suất hơi
đáp ứng phương trình (237/ P
A
) + (298,5/ P
E
) + (214,5/ P
M
) =1. Do đó để tìm nhiệt
độ điểm sương của hổn hợp sử dụng phương pháp thử sai, giả sử một nhiệt độ sẽ có
một áp suất hơi tương ứng của acetone (P
A
), ethanol (P
E
) và methanol (P

Vậy nhiệt độ điểm sương của hổn hợp là 69,5
0
C
Câu 2
2.1. Tính lượng khối lượng sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy, tính khối lượng
hoàn lưu và tỉ số hoàn lưu (3 điểm).
Chọn căn bản tính 1 giờ
Gọi F, W, D lần lượt là khối lượng nhập liệu, sản phẩm đáy và sản phẩm đỉnh,
F = 1200 kg/giờ; w
F
, w
W
, w
D
là phần trăm khối lượng tương ứng của cấu tử dễ bay
hơi (benzene) tương ứng trong nhập liệu, sản phẩm đáy và sản phẩm đỉnh.
Theo đề bài w
F
= 30% = 0,30, w
W
= 10% = 0,10 và w
D
= 90% = 0,90
L là khối lượng hoàn lưu và G là khối lượng lượng hơi ra khỏi đỉnh tháp,
G =1080 kg/giờ.
Cân bằng vật chất tổng quát toàn hệ thống theo đường biên (1) trong hình vẽ
F = D +W =1200 (1)
Cân bằng đối với cấu tử dễ bay hơi :
F*w
F

w
F
= 0,30
(30% khối lượng)
Hơi ra khỏi đỉnh tháp
G =1080 kg/giờ
Hoàn lưu L?
Tỉ số hoàn lưu
R?
Thiết bị
ngưng tụ
Thiết bị đun sôi
đáy tháp
(1)
(2)
Khối lượng hổn hợp hoàn lưu là 780 kg/giờ.
Tỉ số hoàn lưu R = 2,6
2.2. Thiết lập phương trình đường làm việc phần luyện và trình bày cách xác
định số đoạn lý thuyết (3 điểm):
Benzene (C
6
H
6
) có khối lượng phân tử là M
B
= 78
Toluene (C
7
H
8

F
M/)w1()M/w(
)M/w(
x
−+
=
Tương tự đối với x
D
và x
W
⇒ x
F
= 0,336, x
W
= 0,116, x
D
= 0,914
Từ kết quả phần 2.1 ⇒ R = 2,6
⇒ Phương trình đường làm việc của đoạn luyện là :
254,0x722,0
16,2
914,0
x
16,2
6,2
1R
x
x
1R
R

OH), 322g rượu ethanol
(C
2
H
5
OH) và 300g acetic acid (CH
3
COOH) ở nhiệt độ 75
O
C.
1. Tính áp suất tổng cộng và phân mol của pha hơi cân bằng với pha lỏng của dung
dịch trên.
2. Xác định nhiệt độ điểm sương của hổn hợp hơi có thành phần giống như thành
phần pha hơi cân bằng với dung dịch lỏng kể trên (kết quả câu 1) ở áp suất tổng cộng là 0,9
atm.
Hổn hợp tuân theo định luật Raoult
Áp suất hơi của các chất phụ thuộc vào nhiệt độ theo phương trình như sau :
P = 10
A -

B/(C + t)


Với : P : Áp suất hơi tính bằng đơn vị mmHg
t : nhiệt độ
0
C
A,B,C : Hằng số tùy thuộc từng chất tìm trong bảng như sau
Hợp chất Công thức Nhiệt độ áp dụng A B C
Acetic acid C

0
C ÷ 160
0
C 6,85145 1122,500 236,460
Ethyl alcohol C
2
H
5
OH Mọi nhiệt độ 8,04494 1554,300 222,650
Methyl alcohol CH
3
OH -20
0
C ÷ 140
0
C 7,87863 1473,110 230
Toluene C
7
H
8
Mọi nhiệt độ 6,95464 1344,800 219,482

Câu II :
Một thiết bị làm việc ở áp suất thường để tách hổn hợp benzene - toluene có thành
phần benzene (cấu tử dễ bay hơi) là 30% mol. Sản phẩm đỉnh có thành phần benzene là 90%
mol, sản phẩm đáy có thành phần benzene là 10% mol. Nhập liệu vào hệ thống ở nhiệt độ
sôi.
1. Tính lượng khối lượng sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy, tính khối lượng hoàn lưu và
tỉ số hoàn lưu? Tỉ số hoàn lưu R được định nghĩa là tỉ số giữa tổng số mol hoàn lưu với tổng
số mol sản phẩm đỉnh (R = L/D).

M
, M
E
và M
A
là khối lượng phân tử tương ứng của methanol (CH
3
OH),
ethanol (C
2
H
5
OH) và acid acetic (CH
3
COOH) ⇒ M
M
= 32, M
E
= 46 và M
A
= 60
m
M
, m
E
và m
A
là khối lượng tương ứng của methanol (CH
3
OH), ethanol

x
M
, x
E
và x
A
là phân mol tương ứng của methanol (CH
3
OH), ethanol (C
2
H
5
OH)
và acid acetic (CH
3
COOH) trong dung dịch lỏng (pha lỏng)
y
M
, y
E
và y
A
là phân mol tương ứng của methanol (CH
3
OH), ethanol (C
2
H
5
OH)
và acid acetic (CH

2
H
5
OH) và acid acetic (CH
3
COOH) trong pha hơi cân bằng với pha lỏng ở 75
0
C.
P là áp suất tổng cộng của hệ thống P = p
M
+ p
E
+ p
A

Số gmol methanol (CH
3
OH), ethanol (C
2
H
5
OH) và acid acetic (CH
3
COOH)
trong dung dịch là :
n
M
= m
M
/M

M
/n = 8/20 = 0,40
x
E
= n
E
/n = 7/20 = 0,35
x
A
= n
A
/n = 5/20 = 0,25
Áp suất hơi của methanol (CH
3
OH), ethanol (C
2
H
5
OH) và acid acetic
(CH
3
COOH) ở 75
0
C là
P
M
= 10
A-{B/(C + T)}
= 10
7,87683 -{1473,11/(230 + 75)}

M
*x
M
= 1118,822 *0.4 = 447,529 mmHg
p
E
= P
E
*x
E
= 665,237 *0,35 = 232,833 mmHg
p
A
= P
A
*x
A
= 171,622 *0,25 = 42,905 mmHg