Tài liệu Bài giảng kỹ thuật thực phẩm 2 chương 4 - ths. trần văn hùng

9/18/2014 MÔN HỌC KỸ THUẬT THỰC PHẨM II Giảng viên: ThS. Trần Văn Hùng Email: [email protected] CHƯƠNG 4 TRUYỀN KHỐI-HẤP THU Tiết 1: Truyền Khối Nội dung tiết học 1. Phân loại các quá trình truyền khối 2. Nguyên tắc thiết kế thiết bị truyền khối 1 9/18/2014 1.PHÂN LOẠI CÁC QUÁ TRÌNH TRUYỀN KHỐI  Quá trình di chuyển vật chất từ pha này sang pha khác khi hai pha tiếp xúc trực tiếp với nhau gọi là quá trình truyền khối hoặc quá trình khuếch tán  Tùy theo đặc trưng của sự di chuyển vật chất và tính chất của hai pha có thể phân ra các quá trình chuyển khối sau đây. QT Chưng luyện QT Trích ly 2 9/18/2014 QT Cô đặc QT Cô đặc 3 9/18/2014 Mô hình sấy Sấy phun TVH Sấy băng tải Phòng sấy Sấy tầng sôi 7 of 32 Bài Giảng Hóa Công QT Sấy 4 9/18/2014 1.1. HỖN HỢP KHÍ-LỎNG - Chưng cất: là quá trình tách các hỗn hợp lỏng thành các cấu tử riêng biệt, trong đó vật chất di chuyển từ pha lỏng vào pha hơi và ngược lại 1 2 3 4 Chưng cất lôi cuốn hơi nước 1. Bình cấp hơi nước 3. Lớp tinh dầu 2. Bình chứa nguyên liệu chưng cất 4. Lớp nước. 5 9/18/2014 - Hấp thu là quá trình hút khí hoặc hơi bằng chất lỏng trong đó vật chất di chuyển từ pha khí vào pha lỏng Thiết bị loại bề mặt -Nhả khí (nhả hấp thụ) Là quá trình ngược lại của hấp thụ, vật chất đi từ pha lỏng vào pha khí 6 9/18/2014 1.2. HỖN HỢP KHÍ RẮN Hấp phụ Sấy khô 1.3. HỖN HỢP LỎNG-LỎNG Trích chất lỏng: là quá trình tách chất hòa tan trong chất lỏng hay chất rắn bằng một chất lỏng khác Hình1:Sự phân bố nồng độ trong các pha của quá trình chuyển khối Hình2:Sơ đồ hệ thống thiết bị trích ly chất rắn có cánh khuấy 7 9/18/2014 1.4. HỖN HỢP LỎNG-RẮN Kết tinh Trích ly rắn là quá trình tách chất rắn trong dung dịch, trong đó vật chất di chuyển từ pha lỏng vào pha rắn 1.5. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA QUÁ TRÌNH PHÂN TÁCH - Hấp thu - Hấp phụ và trao đổi ion - Chưng cất - Sấy - Cô đặc - Kết tinh - Trích ly 8 9/18/2014 1.6. LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÁCH o Cơ sở:  Đặc điểm của cấu tử cần tách  Đặc điểm của phương pháp phân tách  Yêu cầu chất lượng sản phẩm  Các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật khác 2. NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ THIẾT BỊ TRUYỀN KHỐI  Số đoạn lý thuyết(chiều cao tương đương)  Thời gian tiếp xúc pha  Năng suất  Nhu cầu về năng lương 9 9/18/2014 2.1. THÀNH PHẦN PHA 1. Các loại nồng độ thành phần a. Thành phần phần mol (Nồng độ phần mol) b. Thành phần phần khối lượng (nồng độ phần khối lượng) c. Thành phần tỷ số mol d. Thành phần tỷ số khối lượng 10 9/18/2014 Gọi •G: lưu lượng mol của pha y (pha khí), kmol/h •L: lưu lượng mok của pha x (pha lỏng), kmol/h •Gi: lưu lượng mol của cấu tử đang xét trong pha y, kmol/h •Li: lưu lượng mol của cấu tử đang xét trong pha x, kmol/h y: nồng độ phần mol của cấu tử đang xét trong pha y x: nồng độ phần mol của cấu tử đang xét trong pha x Y: nồng độ tỷ số mol của cấu tử đang xét trong pha y X: nồng độ tỷ số mol của cấu tử đang xét trong pha X G : lưu lượng k/lượng của pha y (pha khí), kmol/h L : lưu lượng k/lượng của pha x (pha lỏng), kmol/h G i : lưu lượng k/lượng của cấu tử đang xét trong pha y, kmol/h Li : lưu lượng k/lượng của cấu tử đang xét trong pha x, kmol/h y : nồng độ phần k/lượng của cấu tử đang xét trong pha y x : nồng độ phần k/lượng của cấu tử đang xét trong pha x Y : nồng độ tỷ số k/lượng của cấu tử đang xét trong pha y X : nồng độ tỷ số k/lượng của cấu tử đang xét trong pha x 11 9/18/2014 1. Các loại nồng độ thành phần Nồng độ phần mol của cấu tử trong pha x, pha y x Li L y Gi G Nồng độ phần khối lượng của cấu tử trong pha x, pha y x Li L y Gi G 1. Các loại nồng độ thành phần pha Nồng độ tỷ số mol của cấu tử trong pha x, pha y X Li L  Li Y Gi G  Gi Nồng độ tỷ số khối lượng của cấu tử trong pha x, pha y X Li L  Li Y Gi G  Gi 12 9/18/2014 2. Quan hệ giữa các nồng độ thành phần pha 2. Quan hệ giữa các nồng độ thành phần pha 13 9/18/2014 2. Quan hệ giữa các nồng độ thành phần pha 2.2. HỆ SỐ TRUYỀN KHỐI - Hệ số truyền khối K là lượng vật chất truyền qua 1 đơn vị diện tích bề mặt tiếp xúc pha trong một đơn vị thời gian khi sai biệt nồng độ là 1 đơn vị. - Tốc độ truyền khối = HSTK * (Sai biệt nồng độ) 14 9/18/2014 2.2.1. Cấu tử A truyền qua B đứng yên NA  D AB .(C A1  C A2 ) z Hệ số khuếch tán trong pha khí 3 D AB  1,55.10 .T 3 2 P (3 V A  3 V B ) . 1 1  MA MB [m2/h] Trong đó: - MA, MB - Khối lượng phân tử của khí A và B, kg/kmol. -T - Nhiệt độ tuyệt đối của khí, 0K. - P - Áp suất chung của khí, at. - VA, VB - Thể tích mol của khí A và B, cm3/mol. 2.2.2. Cấu tử A và B truyền đẳng mol nghịch chiều NA  D AB  Trong đó:  D AB C . .(C A1  C A 2 ) z C BM 7,4.10 8.  .M B .T  '.V 0,6 A 0,2  3  - μ: Độ nhớt của dung môi ở 200C, cP. - ρ : Khối lượng riêng của dung môi ở 200C, kg/m3. 15 9/18/2014 2.3. HẤP THỤ 2.3.1.Khaùi nieäm a. Ñònh nghóa Haáp thuï laø quaù trình huùt khí baèng chaát loûng, khí ñöôïc huùt goïi laø chaát bò haáp thuï, chaát loûng duøng ñeå huùt goïi laø dung moâi, hay coøn goïi laø chaát haáp thuï, khí khoâng bò haáp thuï goïi laø khí trô. 16 9/18/2014 b. YÙ nghóa Quaù trình haáp thuï ñoùng moät vai troø quan troïng trong saûn xuaát hoùa hoïc, noù ñöôïc öùng duïng ñeå:  Thu hoài caùc caáu töû quyù  Laøm saïch khí  Taùch hoãn hôïp thaønh caáu töû rieâng  Taïo thaønh saûn phaåm cuoái cuøng c. Tính chaát cuûa dung moâi 1. Coù tính chaát hoøa tan choïn loïc nghóa laø chæ hoøa tan toát caáu töû caàn taùch ra vaø khoâng hoøa tan caùc caáu töû coøn laïi hoaëc chæ hoøa tan khoâng ñaùng keå. Ñaây laø tính chaát chuû yeáu cuûa dung moâi 2. Ñoä nhôùt dung moâi beù. Ñoä nhôùt caøng beù chaát loûng chuyeån ñoäng caøng deã trôû löïc seõ nhoû hôn vaø heä soá chuyeån khoái seõ lôùn hôn. 17 9/18/2014 c. Tính chaát cuûa dung moâi 3. Nhieät dung rieâng beù, ít toán nhieät khi hoaøn nguyeân dung moâi 4. Nhieät ñoä soâi khaùc xa vôùi nhieät ñoä soâi cuûa chaát hoøa tan nhö vaäy seõ deã taùch caáu töû ra khoûi dung moâi 5. Nhieät ñoä ñoùng raén thaáp traùnh ñöôïc hieän töôïng ñoùng raén laøm taéc thieát bò c. Tính chaát cuûa dung moâi 6. Khoâng taïo thaønh keát tuûa, khi hoøa tan traùnh ñöôïc taéc thieát bò, vaø thu hoài caáu töû ñôn giaûn hôn 7. Ít bay hôi, maát maùt ít 8. Khoâng ñoäc ñoái vôùi ngöôøi, khoâng aên moøn thieát bò. 18 9/18/2014 Gc; Yc Lđ; Xđ Gđ; Yđ Lc; Xc 2.3.2. Cân bằng vật chất cho quá trình hấp thu Gđ: Gc: Yđ: Yc: Ltr: Xđ: Xc : Gtr: lượng hỗn hợp khí đi vào thiết bị hấp thụ, kmol/h. lượng hỗn hợp khí đi ra thiết bị hấp thụ, kmol/h. nồng độ của pha khí đi vào TB, kmol/kmol ktrơ. nồng độ của pha khí đi ra TB, kmol/kmol ktrơ. lượng dung môi đi vào thiết bị, kmol/h. nồng độ đầu của dung môi, kmol/kmol dung môi. nồng độ cuối của dung môi, kmol/kmol dung môi. lượng khí trơ đi trong thiết bị kmol/h. 19 9/18/2014 1. Cân bằng vật chất Lượng khí trơ đi trong thiết bị: Gtr  Gđ 1 1 Gc  Gđ (1  yđ )  Gc (1  yc ) 1  Yd 1  Yc Cân bằng vật liệu: Gtr (Yđ  Yc )  Ltr ( X c  X đ ) Lượng dung môi cần thiết cho quá trình Ltr  Gtr Yd  Yc Xc  Xd Lượng dung môi tối thiểu để hấp thụ được xác định khi nồng độ cuối của dung môi đạt đến nồng độ cân bằng: Yđ  Yc Ltr min  Gtr X c max  X đ Xcmax - nồng độ pha lỏng cân bằng ứng với nồng độ đầu của pha khí. Xcmax được xác định từ phương trình cân bằng hoặc số liệu cân bằng ứng với Yđ Ltr  b.Ltr min (b  1  1,4) 20