24/09/53 1 8.5 5 Mixing and Solution Mixing and Solution 8.5 a Heats of Solution and Mixing (ความรอนของการละลายและการผสม) 1 mole of solute (ตัวถูกละลาย 1 โมล) n mole of solvent (ตัวทําละลาย n โมล) คําถาม ทําไมผมใชคําวา 1 mole กับ n mole ? ถาตัวถูกละลายเปน gas หรือ ของแข็ง เรียกวา heat of solution ถาตัวถูกละลายเปนของเหลว เรียกวา heat of mixing 8.5 5 Mixing and Solution Mixing and Solution 8.5 a Heats of Solution and Mixing (ความรอนของการละลายและการผสม) 1 mole of NaOH n liter of H 2 O คําถามเอามือไปจับที่ Beaker จะรูสึกรอน/เย็น/ เทาเดิม ? ในกรณีนี้ ตัวถูกละลายเปนของแข็ง จึงเรียกวา heat of solution เทาเดม ?
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
24/09/53
1
88..5 5 Mixing and SolutionMixing and Solution
8.5 a Heats of Solution and Mixing (ความรอนของการละลายและการผสม)1 mole of solute
(ตัวถูกละลาย 1 โมล)n mole of solvent
(ตัวทําละลาย n โมล)
คําถาม ทําไมผมใชคําวา 1 mole กับ n mole ?
ถาตัวถูกละลายเปน gas หรือ ของแข็ง เรียกวา heat of solutionถาตัวถูกละลายเปนของเหลว เรียกวา heat of mixing
88..5 5 Mixing and SolutionMixing and Solution
8.5 a Heats of Solution and Mixing (ความรอนของการละลายและการผสม)1 mole of NaOH n liter of H2O
คําถามเอามือไปจับที่ Beaker จะรูสึกรอน/เย็น/เทาเดิม ?
ในกรณีนี้ ตัวถูกละลายเปนของแข็ง จึงเรียกวา heat of solution
เทาเดม ?
24/09/53
2
= H ของสารละลาย – H ตัวถูกละลาย – H น้ํา
1 mole of solute ละลายใน n (r) โมลของ liquid solvent
24/09/53
3
ขอสังเกต จะมีเครื่องหมายติดลบ
24/09/53
4
8.5 b Balances on Dissolution and Mixing Processesเมื่อมีการทําสมดุลพลังงานในกระบวนการที่เกี่ยวกับ Forming, concentrating, or diluting
a solution ดังนั้นแลว heat of mixing and solution ไมสามารถตัดทิ้งได
ขั้นตอนการคํานวณ1 คํานวณ heat of mixing and solution ที่สภาวะอางอิง (25C, 18C) จากตาราง2 จากนั้นคํานวณ enthalpy change ของสารละลายโดยใช heat capacityแต Cp ตองเปนของสารละลายผสม
24/09/53
5
H2O บริสุทธ์ิ
คําถามเอามือไปจับที่ Absorption Unit จะรูสึกรอน/เย็น/เทาเดิม ?
HCl(aq) 20%wtHCl(g)
ถารอนตองทําไงถาเย็นตองทําไง
Basis : หลักอางอิงในการคํานวณ12
1000 kg/hr ของ HCl(aq)คํานวณ r เพื่อไปเปดตารางHCl(aq) 20%wt ความหมายคือH2O = 80 kg, มี HCl(g)=20kgสมมติฐาน : HCl ดดซับหมด
H2O บริสุทธ์ิ หรือ HCl(aq) =100 kg มี HCl(g)=20kgทําการเทียบบัญญัตยางHCl(aq) =1000 kg มี HCl(g)=200 kgสรุปวามี H2O= 800 kg
สมมุตฐาน : HCl ดูดซบหมด
HCl(aq) 20%wtHCl(g) อยาลืมนะวาโจทยตองการ
รูวา จะตองดึงความรอนออก หรือใหความรอนเขาไป เพื่อใหได T=40C
24/09/53
6
H2O = 800 kg = 800/18 = 44.44 k moleHCl = 200 kg = 200/(36.5) = 5.48 k moler = mole of solvent / mole of soluter = 44 44/5 48 = 8 11r 44.44/5.48 8.11
H2O บริสุทธ์ิ สมมุติฐาน : HCl ดูดซับหมด H2O เขา @ 25CΔH=0 kJ/mole
HCl(aq) 20%wtHCl(g)
ΔH 0 kJ/mole
24/09/53
7
H2O บริสุทธ์ิ
ΔH=0 kJ/mole
HCl(aq) 20%wtHCl(g)
เนื่องจาก ใหคาเปน ลบ แสดงวาจะตองดึงความรอนออกจากหอ เพื่อรักษาใหอุณหภูมิคงที่ 40C หรือถาไมดึงออกจะมีความรอนมากขึ้น ทําใหการละลายของแกส HCl ไดนอยกวา 20%wt ตามที่ตองการ
สมมุติฐาน : HCl ดูดซับหมดุ ฐ ู H2O เขา @ 25C
สมมุติใหไมมีการระเหยออกของน้ํา
24/09/53
8
8.5 c Enthalpy-concentration charts – single liquid phase จากตัวอยางที่ผานมา ถาไมใชแผนภูมิความเขมขน ถาตองการูทราบ การเปลี่ยนแปลง H ของสารละลายจาก Tref ไปที่ T ใดๆ ก็จะทําไดโดยการ integrate
แตปญหาคือ คา Cp ของป ํ ี่สารละลาย อาจเปนการคํานวณที
ยุงยาก รวมทั้งการเขียน path และการ integrate
Example : ตองการคํานวณหา Specific enthalpy (Btu/lbm) of a 40% wt of สลล H2SO4 at 120F
-55 Btu/lbm
24/09/53
9
คํานวณ r เพื่อไปเปดตาราง H2SO4(aq) 40%wt ความหมายคือBasis : 1 lbm of solutionH2SO4 = 0.4 lbm, มี H2O(l)=0.6 lbm
H2O @ T=32, H=0H2SO4 @ 77 FH2O @ 77 F
H2SO4 @ 120 FH2O @ 120 F
24/09/53
10
Example 8.5-2 Concentrate of an aqueous H2SO4 Solution
H2SO4 @ T=60F
H2O @ T=180F….%wt
ํ ป ิ ี่ ใ ื่ ํ ั
5% wt
H2SO4 @ T=……F40% wt
F=1000 lbm/hr
จงคํานวณ ปริมาณ Q ทีตองใชเพือทําการ concentrate กรดดังกลาว 1000 lbm/hr
Basis : หลักอางอิงในการคํานวณ1 1000 lbm of feed solution23Assumption : สมมุติฐาน1 H2O ที่ระเหยไมมี H2SO4 เปนองคประกอบ2 สลล H2SO4 ในกระแสออก มี T=180F34
24/09/53
11
พิจารณา กระแสปอน (Feed) 1000 lbm of H2SO4 Solution per hourเขมขน 5 % wt => mass fraction = 0.05 at T = 60 F
H2O @ T=180F
F=1000 lbm/hr
H2SO4 @ T=180F40% wt
Overall Balance
H2SO4 Balance
-17 Btu/lbm
+10 Btu/lbm
24/09/53
12
H=2836 kJ/kg
Q 1059 225 Bt /hQ=1059,225 Btu/hr
ดังนั้นตองใสพลังงานเขาไป เพราะได Q เปนบวก
24/09/53
13
Adiabatic Mixing Process m2 mass of pure H2SO4
m1 mass of pure H2O m1+m2 =m3
Total mass of mixture
24/09/53
14
Adiabatic Mixing Process m2 mass of pure H2SO4 @T=32 F
m1 mass of pure H2O@T = 80 F m1+m2 =m3
Total mass of mixture
ของผสมมี T>200Fมี H= 0 Btu/lbm
24/09/53
15
Adiabatic Mixing Process x2 mass fraction of H2SO4 @ H2 or T2
x1 mass fraction of H2OSO4 @ H1 or T1 mass of mixture
ใชสัญลักษ x แทน mass fraction นะครับ
ถาหา mass fraction ของ mixture ได
จะบอกไดวา T=?, H=?
24/09/53
16
Example: Adiabatic Mixing Process 80% wt of aq H2SO4 @ T=60 F
1. If 250 g H2O is mixed with the acid, what the final sol temperature will be?T = 100 F อานไดจากกราฟเลบ
Pure H2Om1=250 g @ 60F Solution
2. What is the maximum attainable solution temperature and how much water must be added to achieve it?
T = 150 F, x3 = 0.55, m H2O = 45.5 g
24/09/53
17
Basis: 100 g of aq H2SO4
Mixture B ประกอบดวย H2SO4 = 80 gH2O = 20 g
Mixture A ประกอบดวย H2O = 250 g
Total mass = 350 gx3 = 80/350 = 0.23
m total = 145.5
8.5 Using enthalpy – Concentration charts for vapor – liquid equilibrium calculations2 component system เชน เหลา ประกอบดวย แอลกอฮอลละลายในน้ํา
จาก Gibb-Phase rule; No of degree of freedom = C – P + 2
= 2 – 2 + 2 = 2
24/09/53
18
Tie line
ิ ี ํวิธีทําBasis : มวลไอ + มวลของเหลว = 1 lbm
โจทยบอก มวลของเหลวเทากับ 95% = 0.95 lbm แสดงวามีมวลไอเทากับ 5 % = 0.05 lbmที่สมดุล และ T = 160 F จะไดวา
24/09/53
19
Tie lineในเฟสของเหลว ปกด NH3 = 0.8%, H2O = 92%ในเฟสของแกส ปกด ไอ NH3 = 64%, ไไอ H2O = 36%
Lever Rule : กฎคานงัด
24/09/53
20
(1)
(2)
แทน (1) ในสมการ (2)xF(L+V) = xLL + xVVxF(L V) xLL xVVxFL- xLL = xVV- xFV(xF- xL)L =( xV - xF)V
24/09/53
21
F=100 lbm/hr
V=……… lbm/hrNH3 = 89%wt
F=100 lbm/hrNH3 = 30%wt
Flash Tank
คําถาม1. Determine the temperature of the stream leaving the tank2. Mass fraction in liquid product3. Flow rate of liquid, and Flow rate of vapor4. Q=?
Basis :1. 100 lbm /hr of feed stream2. ..33. ..4. ..Assumption :1.2.3.4.
24/09/53
22
F=100 lbm/hr
V=……… lbm/hrNH3 = 89%wt
F=100 lbm/hrNH3 = 30%wt
Flash Tank
L=……… lbm/hrNH3 = …….%wt
O ll b lOverall balance100 = V + L
NH3 Balance (0.3)(100) = (0.89)V + xLL
จุด A
24/09/53
23
Tie lineในเฟสของเหลว ปกด xL = 0.185=18.5% ในเฟสของแกส ปกด xV = 0.89=89%
F=100 lbm/hr
V=……… lbm/hrNH3 = 89%wt
F=100 lbm/hrNH3 = 30%wt
Flash TankT=120F
L=……… lbm/hrNH3 = …….%wt
O ll b lOverall balance100 = V + L
NH3 Balance (0.3)(100) = (0.89)V + (0.2)L(0.3)(100) = (0.89)V + (0.185)(100-V)
24/09/53
24
ตัวอยาง ในระบบเพิ่มความเขมขนของสารอยางตอเนื่อง กรด H2SO4 เจือจาง 60% ถูกทําใหเขมขนเปน 95% ที่ T=70F ไอน้ําและกรดเขมขนออกจากระบบที่จุดเดือดของกรดเขมขน จงประมาณความรอนที่ตองใชเพื่อใหกรดเจือจางปริมาณ 1000 lbm เขมขนขึ้น
จบบทที่ 8
Related Documents
