chemistry

TCT PHÂN BÓN VÀ HÓA CHẤT DẦU KHÍ - CTCP

CN TCT PHÂN BÓN VÀ HÓA CHẤT DẦU KHÍ – CTCP

NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ

ĐƠN VỊ: P.CNSX

GIÁO TRÌNH LÝ THUYẾT

HÓA HỌC CƠ BẢN

(DÙNG CHO CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO NỘI BỘ ĐỘI NGŨ VẬN HÀNH NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ)

PHÚ MỸ, THÁNG 6/2012

1

MỤC LỤC

Chương I: CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ VÀ ĐƠN VỊ ĐO - MỘT SỐ ĐỊNH

LUẬT CƠ BẢN

I.1 Các đại lượng vật lý và đơn vị đo . ………………………………………….....6

I.1.1 Áp suất …………………………………………………………………....6

a. Định nghĩa áp suất …………………………………………………........6

b. Áp suất tương đối : ……………………………………………………....6

c. Áp suất chân không: ……………………………………………………..6

I.1.2 Nhiệt độ …………………………………………………………………..7

I.1.3 Thể tích …………………………………………………………………...7

I.1.4 Khối lượng và khối lượng riêng. …………………………………………7

I.1.5 Công Suất ………………………………………………………………...8

I.1.6 Năng suất …………………………………………………………………9

I.1.7 Lưu lượng ………………………………………………………………....9

I.1.8 Vận tốc …………………………………………………………………....9

I.1.9 Hiệu suất…………………………………………………………………...9

I.2 Hệ Thống nhiệt động …………………………………………………………10

I.2.1 Nội Năng …………………………………………………………………10

I.2.2 Entanpy …………………………………………………………………..10

I.2.3 Entrôpi …………………………………………………………………...11

I.3 Một số định luật cơ bản ………………………………………………………11

I.3.1 Định luật Avôgadrô…….………………………………………………...11

I.3.2 Định luật ĐanTơn ..................................................................................... 11

I.3.3 Định luật Gayluyxac (Quá trình đẳng áp) .................................................. 11

I.3.4 Định luật Saclơ (Quá trình đẳng tích) ........................................................ 12

I.3.5 Định luật Bôimariốt .................................................................................. 13

I.3.6 Phương trình trạng thái khí lý tưởng ......................................................... 13

I.3.7 Nguyên lý Lechatelier ............................................................................... 14

I.3.8 Ứng dụng của các định luật về trạng thái khí ............................................. 15

I.3.9 Một số lưu ý khi áp dụng công thức trong tính toán .................................. 16

Câu hỏi và Bài tập ứng dụng Chương I ................................................................ 17

Chương II. CHUYỂN ĐỔI TRẠNG THÁI CỦA VẬT CHẤT. ……………….....18

II.1Sự chuyển thể từ rắn sang lỏng và ngược lại: ………………............................18

II.1.1 Nhiệt độ nóng chảy ……………….................………………....................18

II.1.2 Nhiệt nóng chảy……………….................………………..........................18

II.2 Sự chuyển thể từ pha lỏng sang pha khí (hơi)................... ………………...19

II. 2.1 Sự bay hơi……………….................………………..................................19

2

II.2.2 Áp suất hơi bảo hòa (Pbh) ……………….................………………..........19

II.2.3 Quá trình sôi của chất lỏng…………….................………………............19

a Định nghĩa ……………….................………………................................19

b Tính chất của quá trình sôi……………….................……………….......20

c Nhiệt hoá hơi……………….................………………............................20

II.2.4 Hơi quá nhiệt……………….................………………..............................20

Câu hỏi và bài tập ứng dụng Chương II…………………………………………..24

Chương III. ĐỘNG HÓA HỌC CÂN BẰNG PHẢN ỨNG. ............................... 26

III.1 Động hóa học ................................................................................................ 26

III.1.1.Vận tốc trung bình và vận tốc tức thời…………………………………..26

III.1.2.Ảnh hưởng của nồng độ chất tham gia phản ứng đến vận tốc phản ứng...26

III.1.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến vận tốc phản ứng…………………………26

III.1.4 Ảnh hưởng của xúc tác đến tốc độ phản ứng …………………………...27

III.2 Cân bằng hóa học .......................................................................................... 28

III.2.1 Phản ứng một chiều, phản ứng thuận nghịch, trạng thái cân bằng………28

III.2.2 Phương trình hằng số cân bằng………………………………………….28

III.2.3 Sự chuyển dịch cân bằng – Nguyên lý Lơsatơlie………………………..29

III.2.4 Đồ thị đường cân bằng và đường nhiệt độ thích hợp……………………31

Câu hỏi và bài tập ứng dụng Chương III ............................................................... 32

Chương IV. THỦY ĐỘNG LỰC HỌC .............................................................. ..34

IV.1 Thủy tĩnh học ...... .......................................................................................... ...34

IV.1.1 Phương trình cân bằng Euler ...................................................................... 34

IV.1.2 ứng dụng của phương trình cơ bản ............................................................. 35

IV.1.3 Điều kiện cân bằng giữa 02 bình thông nhau ............................................. 36

IV.1.4 Áp lực của chất lỏng lên thành bình và đáy bình ........................................ 37

IV.2 Thủy động lực học........ ............................................................................. .......38

IV.2.1 Độ nhớt của chất lỏng và các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhớt. ..................... 38

IV.2.2 Chế độ chuyển động của chất lỏng. ............................................................ 38

IV.2.3 Lưu lượng, vận tốc của chất lỏng chuyển động........................................... 39

IV.2.4 Phương trình cơ bản về chuyển động. ........................................................ 39

IV.2.5 Trở lực của thủy lực trong ống dẫn chất lỏng. ............................................ 40

Câu hỏi và Bài tập ứng dụng Chương IV .................................................................. 42

Chương V: VẬN CHUYỂN CHẤT LỎNG ........................................................... 44

V.1 Các thông số cơ bản của bơm ......................................................................... 44

V.1.1 Năng suất ............................................................................................... 44

3

V.1.2 Áp suất toàn phần của bơm ..................................................................... 44

V.1.3 Công suất của bơm ................................................................................. 44

V.1.4 Hiệu suất của bơm .................................................................................. 44

V.2 Áp suất toàn phần, chiều cao hút và NPSH của bơm ...................................... 44

V.2.1 Áp suất toàn phần của bơm ..................................................................... 44

V.2.2 Chiều cao hút của bơm ..... .................................................................... .47

V.2.3 NPSH và NPSHa của bơm ...................................................................... 47

V.2.4 Hiện tượng xâm thực của bơm chất lỏng ................................................. 47

V.3 Bơm ly tâm. ................................................................................................... 48

V.3.1 Nguyên lý làm việc của bơm ly tâm......................................................... 48

V.3.2 Định luật tỷ lệ của bơm ly tâm ................................................................. 48

V.3.3 Đường đặc tuyến của bơm ly tâm ............................................................ 49

V.4 Bơm piston ..................................................................................................... 49

V.4.1 Nguyên lý làm việc của bơm Piston ......................................................... 49

V.4.2 Đặc điểm của bơm piston ........................................................................ 50

V.4.3 Một số chú ý khi vận hành bơm piston ................................................... 50

Câu hỏi và Bài tập ứng dụng Chương V ............................................................... 50

Chương VI: MÁY NÉN KHÍ ................................................................................ 52

VI.1 Một số khái niệm cơ bản về máy nén khí ..................................................... 52

VI.1.1 Khái niệm cơ bản .................................................................................. 52

VI.1.2 Đồ thị công năng của quá trình nén…………………………………….. 52

VI.1.3 Ba quá trình nén…………………………………………………………53

VI.1.4 Máy nén nhiều cấp………………………………….. ………………….55

VI.1.5 Chọn số đoạn cho máy nén nhiều cấp………………………………….. 56

VI.2 Máy nén li tâm ......................................................................... ………. ……56

VI.2.1 Nguyên lí làm việc và đặc điểm………………………………………... 56

VI.2.2 Đường đặc tuyến, năng suất, công suất của máy nén li tâm……………. 57

VI.2.3 Hiện tượng surging của máy nén ly tâm………………………………...58

VI.3 Máy nén piston ...................................................................................... … ..59

VI.3.1 Nguyên lý………………………………………………………………. 59

VI.3.2 Đặc điểm của máy nén piston………………………………….. …….....59

VI.3.3 Năng suất, công suất của máy nén piston………………………………. 59

VI.4 Một số điểm cần chú ý khi vận hành máy nén piston.............................. …. 59

Câu hỏi và Bài tập ứng dụng Chương VI ........................................................... .. 60

4

Chương VII: CÁC QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT. ........................................... 61

VII.1 Khái niệm chung ................................................................................ …….61

VII.2 Dẫn nhiệt………………………………………………………………... 62

VII.2.1 Định luật dẫn nhiệt Phuriê..................................................................... 62

VII.2.2 Độ dẫn nhiệt của các chất rắn, lỏng , khí: .............................................. 62

VII.3 Nhiệt đối lưu ................................................................................................ 62

VII.3.1 Định luật về cấp nhiệt ........................................................................... 63

VII.3.2 Cấp nhiệt khi hơi ngưng tụ .................................................................... 63

VII.4 Truyền nhiệt ................................................................................................ 64

VII.4.1 Khái niệm ............................................................................................. 64

VII.4.2 Truyền nhiệt qua tường phẳng .............................................................. 64

VII.4.3 Truyền nhiệt biến nhiệt ......................................................................... 65

VII.4.4 Phương pháp chung để tính thiết bị truyền nhiệt ................................... 67

VII.5 Một số điểm cần lưu ý trong vận hành các thiết bị trao đổi nhiệt. ................. 68

Câu hỏi và Bài t

ập ứng dụng Chương VII ..................................................................................... 68

Chương VIII: TRUYỂN KHỐI

VIII.1 Đinh nghĩa và Phân loại ............................................................................. 70

VIII.1.1 Định nghĩa ........................................................................................... 70

VIII.1.2 Phân loại .............................................................................................. 70

VIII.2 Các phương pháp thực hiện quá trình truyền khối ....................................... 71

VIII.2.1.Thu hồi dung chất và phân đoạn .......................................................... 71

VIII.2.2 Quá trình gián đoạn và quá trình ổn định ............................................. 71

VIII.2.3 Quá trình tiếp xúc theo đoạn và quá trình tiếp xúc liên tục ................... 71

VIII.2.4 Hệ số truyền khối ................................................................................ 71

VIII.3 Truyền khối giữa 2 pha ............................................................................... 71

VIII.3.1 Khái niệm về cân bằng pha và đường cân bằng.................................... 71

VIII.3.2 Các định luật cân bằng pha: ................................................................. 72

VIII.4 Quá trình hấp thụ. ...................................................................................... 74

VIII.4.1 Khái niệm ............................................................................................ 73

VIII.4.2 Yêu cầu đối với chất hấp thụ................................................................ 74

VIII.4.3 Hấp thụ vật lý và hấp thụ hóa học ........................................................ 74

VIII.4.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ ........................................ 74

VIII.5 Thiết bị hấp thụ và chế độ làm việc ........................................................... 77

5

VIII.5.1 Thiết bị hấp thụ ................................................................................. 716

VIII.5.2 Chế độ làm việc của tháp đệm ........................................................... 726

VIII.5.3 Một số điểm cần chú ý khi vận hành tháp hấp thụ .............................. 727

VIII.6 Quá trình chưng luyện ............................................................................... 78

VIII.6.1 Định nghĩa ........................................................................................ 717

VIII.6.2 Phân loại các phương pháp chưng...................................................... 727

VIII.6.3 Phân loại hỗn hợp 2 cấu tử................................................................. 728

VIII.6.4 Cân bằng lỏng hơi của hỗn hợp 2 cấu tử ............................................ 729

VIII.6.5 Tháp chưng luyện: ............................................................................... 80

Câu hỏi và Bài tập ứng dụng Chương VIII ........................................................... 83

6

Chương I: CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ VÀ ĐƠN VỊ ĐO - MỘT SỐ ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN

I.1 Các đại lượng vật lý và đơn vị đo.

I.1.1 Áp suất:

a. Định nghĩa áp suất

Áp suất (thường được ký hiệu là P) là đại lượng vật lý thể hiện cường độ thành phần

lực tác động vuông góc lên 1 đơn vị diện tích bề mặt của vật chất

Công thức : � =�

� đơn vị cơ bản là N/m2

Trong đó :

F – là lực tác dụng (N).

S- diện tích bề mặt lực tác dụng (m2).

Bảng chuyển đổi các đơn vị đo áp suất

1N/m2=1Pa=0,001KPa. 1At=1kg/cm2=0,9678Atm.

b. Áp suất tương đối:

Áp suất tương đối còn gọi là áp suất đồng hồ đo, hay áp suất dư thường được ký hiệu

là Pdư.

Công thức : Pdư= P-Pa

Trong đó :

P : là áp suất tuyệt đối.

Pa: là áp suất khí quyển bình thường Pa= 1 at = 1 kg/cm2.

Trong tính toán ta thường dùng giá trị áp suất tuyệt đối P

Áp suất chỉ thị của đồng hồ đo là áp suất tương đối Pdu

c. Áp suất chân không:

7

Khi môi trường đang khảo sát có áp suất nhỏ hơn áp suất của khí quyển thì ta gọi độ

chênh lệch giữa áp suất khí quyển Pa và áp suất môi trường đó là độ chân không Pck.

Áp suất chân không = áp suất khí quyển – áp suất tuyệt đối

Pck = Pa - P

Ví dụ: áp suất chân không tại thiết bị cô đặc 20V-1015 xưởng urea là 0.97 at hỏi áp

suất tuyệt đối P của thiết bị 20V-1015 là bao nhiêu?

Giải: áp suất tuyệt đối trong thiết bị 20V-1015 là

P = Pa - Pck = 1-0.97 = 0.03 at

I.1.2 Nhiệt độ

Định nghĩa

Nhiệt độ (thường được ký hiệu T) là đại lượng vật lý đo độ nóng và lạnh của vật

chất. Vật chất có nhiệt độ cao hơn khi nóng hơn.

Nhiệt độ là đại lượng vật lý đặc trưng cho trạng thái nhiệt của vật chất.

Đơn vị thường dùng cho thang đo nhiệt độ bách phân là 0C được biểu thị bằng chữ C

Đơn vị thang đo Kenvil: đơn vị dùng là 0K được biểu thị bằng chữ K, còn thường

được gọi là nhiệt độ tuyệt đối, dùng trong tính toán công thức chuyển đổi :

T = 273 + t

Ngoài ra theo hệ đo lường của Anh, Mỹ dùng thang đo độ Độ Fahrenheit, ký hiệu

(độ F hay °F), là một thang nhiệt độ được đặt theo tên nhà vật lý người Đức Gabriel

Fahrenheit (1686–1736) - người đã đề xuất ra nó năm 1724.

F = t*1.8 + 32

I.1.3 Thể tích

Định nghĩa: Thể tích của một vật là lượng không gian mà vật ấy chiếm, thường được

ký hiệu là V, đơn vị là m3, cm3

Ngoài ra còn dùng đơn vị là lit 1m3 = 1000l .1 cm3 = 1 ml

Hệ anh thường dùng là feet , galong …

Trong tính toán thường dùng đơn vị là m3.

Chuyển đổi đơn vị 1 m3 = 6.11 thùng = 219.98 galong.

I.1.4 Khối lượng và khối lượng riêng

Khối lượng được hiểu phổ thông nhất là sức nặng của vật trên mặt đất hay là thước

đo về lượng (nhiều hay ít) của vật chất. Thường được ký hiệu là M, m đơn vị đo cơ bản (kg)

hoặc (Pao – đơn vị Anh, Mỹ), 1kg = 2.2046 Pao.

8

Khối lượng riêng của một vật là khối lượng của một đơn vị thể tích vật đó.

V

m

Trong đó:

m – khối lượng của vật, [kg] ;

V – thể tích của vật, [m3];

I.1.5 Công Suất

Công suất P (Power) là một đại lượng cho biết công do máy móc thiết bị tiêu thụ

hay sản ra ΔW hay năng lượng biến đổi ΔE trong một khoảng thời gian T = Δt.

Đơn vị: W.

Công suất cơ

Trong chuyển động đều, thời gian Δt, khoảng cách ΔS, chuyển dộng với vận tốc v

dưới tác dụng của lực F thì công suất được tính:

Trong chuyển động quay, thời gian Δt, góc quay Δφ, vận tốc góc ω dưới tác dụng

của mômen M thì công suất là:

Bảng chuyển đổi đơn vị đo công, năng lượng:

Đơn vị của J = N.m = kg.m2/s2.Btu = 1,055j = 0,252 calo.

9

Chuyển đổi đơn vị đo độ dài

Đơn vị

Tương đương

1 m 1inch 1 foot 1 mile 1 nautical

mile

1m 1 39,37 3,28 621,37.10-6 539,95.10-

6

1 inch 25,4.10-3 1 8,33.10-3 15,78.10-6 13,71.10-6

1 foot 3,048 12 1 1,894.10-4 1,646.10-4

1 mile 1609,344 63360 5280 1 0,869

1 nautical mile (

hải lý)

1852 72913 6076 1,15 1

I.1.6 Năng suất

Năng suất (phụ tải) là đại lượng đặc trưng chỉ rõ lượng vật liệu vào hoặc sản phẩm ra

khỏi hệ thống thiết bị, dây truyền sản xuất trong một đơn vị thời gian. Đơn vị thường

là m3/h, tấn/h …

I.1.7 Lưu lượng (đối với hợp khí thường được gọi là tốc độ không gian)

Lưu lượng (tốc độ không gian) là lượng vật chất ( khối lượng hoặc thể tích ) chuyển

động qua tiết diện ngang của đường ống, thiết bị trong một đơn vị thời gian thường

ký hiệu là v, đơn vị đo là m3/h, …

I.1.8 Vận tốc

Là lượng vật chất (khối lượng hoặc thể tích) chuyển động qua đơn vị diện tích đường

ống thiết bị trong một đơn vị thời gian ký hiệu W , đơn vị là m/s, m/h, kg/m2s..

Công thức:

� =�

�

Trong đó :

V là lưu lượng, m3/s …

F : tiết diện ngang của đường ống, thiết bị, m2

I.1.9 Hiệu suất

10

Hiệu suất là tỷ lệ phần trăm giữa lượng sản phẩm thu được so với nguyên liệu vào.

I.2 Hệ Thống nhiệt động

Hệ thống nhiệt động được xem như là khoảng không gian trong đó có chứa một

lượng nhất định chất môi giới đang được khảo sát bằng các biện pháp nhiệt động.

Những gì không nằm trong hệ thống và không thuộc phạm vi khảo sát được gọi là

môi trường.

Ở bất kỳ hệ thống nào luôn luôn tồn tại bề mặt ranh giới ngăn cách giữa chất môi

giới và môi trường.

Chất môi giới là chất trung gian thực hiện sự biến đổi và chuyển tải năng lượng trong

các hệ thống nhiệt động. Chất môi giới có thể ở trạng thái rắn, lỏng, khí, hơi. Nhưng

thường gặp nhất là ở dạng khí và hơi.

I.2.1 Nội Năng

Là lượng biến đổi năng lượng của hệ thống nhiệt động khi không xét đến các biến

đổi động năng và thế năng của toàn bộ hệ thống.

Nội năng phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích riêng U = f (T,v). Nội năng của khí lý

tưởng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ.

Nội năng là thông số trạng thái không trực tiếp đo được mà phải tính toán.

Đơn vị: kJ, kcal và kWh.

Nếu trạng thái của chất môi giới là cân bằng, ta luôn luôn có:

U = G.u

Trong đó:

U (kJ) – Nội năng tương ứng với khối chất môi giới có khối lượng G (kg).

u (kJ/kg) – Nội năng tính theo 1kg chất môi giới.

I.2.2 Entanpy

Ký hiệu entanpi là i khi khối lượng chất môi giới là 1kg và I nếu khối lượng chất môi

giới là G kg.

i = u + p.v

Ở trạng thái cân bằng ta có:

I = G.i = G.(u+p.v)

Entanpi của khí lý tưởng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ.

Tương tự nội năng, ta không đo được entanpi mà phải tính toán.

11

Đơn vị của entanpi giống đơn vị của nội năng.

I.2.3 Entrôpi

Entrôpi là loại thông số trạng thái mà giá trị của nó được giữ không đổi khi chất môi

giới tiến hành quá trình đoạn nhiệt thuận nghịch.

Entrôpi là loại thông số trạng thái mà lượng biến đổi của nó trong một quá trình

thuận nghịch nào đó có giá trị bằng δQ/T

ds = δq/T ; dS = G.ds = δQ/T

Đơn vị : kJ/kg.K đối với s ; kJ/K đối với S

I.3 Một số định luật cơ bản

I.3.1 Định luật Avôgadrô

Ở cùng một nhiệt độ và cùng một áp suất, các thể tích như nhau của các chất khí lí

tưởng chứa cùng một số phân tử. Số phân tử trong 22.4 lít chất khí lí tưởng ở điều

kiện chuẩn (T = 00 C, P= 760mmHg) bằng số Avôgađrô .

Số Avogadro: (thường kí hiệu NA) bằng số phân tử, nguyên tử hoặc ion trong một

mol vật chất: NA = 6.02298,1023 /mol.

Và 1kmol chứa thể thích là v = 22.4 m3, thường ký hiệu thể tích khí ở điều kiện tiêu

chuẩn là Vo đơn vị là Hm3 (ở Po = 760 mmHg) hoặc Nm3 (điều kiện chuẩn quy

định).

Hệ quả: Nồng độ thể tích của các cấu tử trong hỗn hợp khí chính là nồng độ mol của

các cấu tử đó trong hỗn hợp khí.

I.3.2 Định luật ĐanTơn

Trong điều kiện không có phản ứng hóa học xảy ra, áp suất của một hỗn hợp khí

bằng tổng áp suất riêng phần của các cấu tử trong hỗn hợp khí đó.

Ptổng = Pa + Pb + Pc +…+ Pn (1.1)

Trong đó Pa, Pb, … Pn là áp suất riêng phần của các cấu tử a,b,c…n trong hỗn hợp

khí đó.

* Ở đây áp suất riêng phần là áp suất của cấu tử tác dụng lên thành thiết bị khi rút hết

toàn bộ số cấu tử khác ra khỏi thiết bị đó.

Ví dụ : Trong bình thủy tinh kín P = 1at có chứa hỗn hợp khí H2 và NH3 có thành

phần về thể thích lần lượt là 70% và 30% dùng nước hấp thụ hết NH3 trong bình khi

đó áp suất trong bình là P = 0.7 bara đó chính là áp suất riêng phần của H2 là 0.7

bara.

I.3.3 Định luật Gayluyxac (chỉ áp dụng với khí lý tưởng)

12

Quá trình đẳng áp: (P=const)

Trong quá trình đẳng áp thể tích của một khối khí tỷ lệ với nhiệt độ tuyệt đối của nó.

Từ đồ thị ta có hệ thức: 2

2

1

1

T

V

T

V

Hay: Vt= o

o

T

TV .

Hoặc V/T= const (1.2)

Vt , V0 : thể tích của khối khí ở t0 C va 00 C

T, T0 : Nhiệt độ của khối khí.(T = t+2730 K, T0 = 2730 K)

I.3.4 Định luật Sac lơ

Quá trình đẳng tích: (V=const): trong quá trình đẳng tích, áp suất của một khối khí

tỷ lệ thuận với nhiệt độ.

Từ đồ thị ta có: constT

P

T

P

2

2

1

1

(1.3)

Hay: o

ot

T

TPP

.

T

P

T1 T2

P2

V=const

T2

T1

V1 V2

P=const

V

T

13

Pt và P0 - áp suất của khối khí ở t oC và 0 oC.

T và T0 - nhiệt độ của khối khí (T = t+2730 K, T0 = 2730 K)

I.3.5 Định luật Bôimariốt (Chỉ áp dụng cho khí lý tưởng)

Với một lượng khí không đổi ở nhiệt độ không đổi, áp suất của một khối khí tỉ lệ

nghịch với thể tích của nó.

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa áp suất và thể tích khí khi nhiệt độ không đổi:

Từ đồ thị ta có:

P1.V1 = P2.V2 = const (1.4)

Hay: 1

2

2

1

V

V

P

P

1

2

2

1

V

V

P

P =

��

��= ⋯

��

��

Trong đó P1, P2..Pn là áp suất hỗn hợp khí tương ứng với các thể tích V1, V2…Vn.

I.3.6 Phương trình trạng thái khí lý tưởng

Các định luật Bôimariốt, Gayluyxắc, Saclơ chỉ áp dụng với khí lý tưởng. Khí lý

tưởng được quy ước như sau: kích thước phân tử không đáng kể có thể bỏ qua,

không có lực liên kết giữa các phân tử khí.

Trong thực tế thường cả 3 thông số P, V, T đều thay đổi vì vậy kết hợp cả ba định

luật ta có: ��

��=��

��= ��

Trong đó :

P1, V1, T1 ; là áp suất, thể tích, nhiệt độ của hỗn hợp khí ở trạng thái 1.

P2, V2, T2; là áp suất, thể tích, nhiệt độ của hỗn hợp khí ở trạng thái 2.

P

V

P2

V2 V1

T=const

14

Tổng quát với 1 mol khí ta có P.V/T = R = hằng số khí lý tưởng.

Đối với hỗn hợp khí n mol ta có P.V/T = n.R ,

P.V = nR.T (1.5)

phương trình 1.5 là phương trình trạng thái khí lý tưởng. trong đó

R – là hằng số khí, thứ nguyên đơn vị và giá trị của R tùy thuộc vào thứ

nguyên (đơn vị) của P,V,T giá trị của nó như sau : R= 8.315 (m3.Pa/mol.K)

khi đơn vị của P, V,T thay đổi ta phải tính toán chuyển đổi để xác định giá trị

của R.

Ví dụ: khi đơn vị P là at, V là l, T là K và đơn vị đo n là mol khi đó R =

0.0821 (l.at /mol.K).

Như vậy ta chỉ cần nhớ giá trị của R = 8.315 (m3.Pa/mol.K) khi thứ nguyên của P,

V, T mà thay đổi ta tính được R tương ứng với thứ nguyên thay đổi bằng chuyển đổi

đơn vị.

Phương trình (1.5) chỉ gần đúng cho khí thực, nó chỉ chính xác hơn nếu khi thực nằm

trong trạng thái gần với khí lí tưởng tức là ở nhiệt độ thấp và áp suất thấp trong vận

hành có thể dùng nó để tính toán gần đúng với khí thực.

Đối với tính toán thiết kế cần độ chính xác cao hơn đối với khí thực người ta dùng

phương trình Vandecvan.

Đối với 1 mol khí:

(P + a/v2).(V-b) = R.T

Đối với n mol khí:

� + � ��

��(� − �.�)= �.�.� (1.6)

Trong đó: a, b là các hằng số phản ánh tính chất của từng loại khí, nó là những giá trị

có được bằng nghiên cứu thực nghiệm, thường được tra từ các bảng, các đồ thị có

sẵn trong sổ tay hóa học.

I.3.7 Nguyên lý Lechatelier

Khi một phản ứng hóa học thiết lập trạng thái cân bằng động, nếu ta tác động một

yếu tố từ bên ngoài vào (thay đổi nồng độ, nhiệt độ, áp suất, thể tích) thì phản ứng sẽ

dịch chuyển theo chiều để chống lại sự tác động đó.

Ví dụ:

1. Thay đổi nồng độ:

2NH3 + CO2 NH4COONH2

Nếu ta đưa thêm NH3 vào thì phản ứng sẽ dịch chuyển theo chiều hướng tạo Cacbamat.

15

Nếu ta đưa thêm Cacbamat vào thì phản ứng có xu hướng dịch chuyển theo chiều tạo NH3

và CO2.

2. Thay đổi nhiệt độ:

N2 + 3 H2 ⇌ 2 NH3 ΔH = − 92kJ (1)

Đây là phản ứng tỏa nhiệt. Khi giảm nhiệt độ thì phản ứng sẽ dịch chuyển theo chiều sinh

nhiệt tức là dịch chuyển sang phải, theo chiều tạo NH3.

3. Thay đổi áp suất:

Xét phản ứng cân bằng (1)

Giả sử khi tăng áp suất của hệ thì theo nguyên lý Le Chatelier phản ứng sẽ dịch chuyển theo

chiều giảm áp tức là theo chiều giảm số mol khí, theo chiều tạo NH3.

4. Ảnh hưởng của việc thêm khí trơ:

Giả sử thêm khí He vào bình chứa mà xảy ra phản ứng (1). Mặc dù nó không liên quan trực tiếp đến phản ứng, nhưng làm tăng áp suất của hệ hoặc tăng thể tích.

- Nếu thể tích được giữ không đổi, thì áp suất riêng phần cũng không đổi mặc dù áp

suất của hệ đã tăng khi thêm He vào. Điều này có nghĩa là hằng số cân bằng cũng

không đổi vì vậy cân bằng vẫn được duy trì không xảy ra sự dịch chuyển.

- Nếu thể tích được phép tăng, nồng độ cũng như áp suất riêng phần của các cấu tử

đều giảm. Phản ứng sẽ dịch chuyển sang trái cho đến khi cân bằng được thiết lập trở

lại.

I.3.8 Ứng dụng của các định luật về trạng thái khí

Trong tính toán thiết kế dây chuyền sản xuất, vì hỗn hợp khí luôn thay đổi áp suất,

thể tích, nhiệt độ, nên để thể hiện cân bằng vật chất giữa các thiết bị và các công đoạn trong

dây chuyền một cách thống nhất, người ta quy hỗn hợp khí về điều kiện chuẩn P0 = 760

mmHg và t0= 00c (T = 2730 K) ký hiệu thể tích là Nm3, Hm3 ,song trong tính toán thiết kế

thiết bị máy móc và chế độ hoạt động của nó phụ thuộc trạng thái P,V,T thực tế. Vì vậy,

chúng ta phải nắm vững cách tính chuyển đổi từ số liệu ở điều kiện chuẩn sang điều kiện

thực tế để có cơ sở đánh giá thực trạng công nghệ ở điều kiện đó. Dựa vào các công thức

chuyển đổi như sau :

Ta tính theo V theo V0 (thường có sẵn trong PFD):

�

�=��

��→ � =

��.(�� + �)

��= ��(1 +

�

273)

t là nhiệt độ bách phân của khí ở điều kiện thực tế .

Tính thể tích lưu lượng ở điều kiện áp suất và t thực tế , từ phương trình (1.6)

Ta có � =��

��(1 +

�

��)

16

Như vậy nếu biết được P, V0, t ta có thể tính được thể tích ,lưu lượng ở điều kiện

thực tế.

Ví dụ: căn cứ vào số liệu thực tế PFD tính tốc độ không gian của hỗn hợp khí qua

tháp 10T-3002 tại xưởng NH3 khi áp suất vận hành giảm còn P = 20 barg tốc độ không gian

tăng bao nhiêu phần trăm?

Giải: Theo PFD ta có V0 = 199980 Nm3/h (ở điều kiện P0 = 750 mm Hg = 1 bar,

to = 00c).

Nhiệt độ khi vào tháp là t = 75 0C , áp suất vận hành Pa = 27.5 barg

Áp dụng công thức � =��

��(1 +

�

��) thay số liệu V0,t,P0 = Pa+1 = 27.5+1=28.5 bar

Ta có V= �

��.�199980 �1 +

��

�� = 8944 ��/�

Nếu vận hành ở Pa = 20 barg P’= 20 + 1= 21 bara.

��=1

21199980(1 +

75

273) = 12138

So với điều kiện vận hành ở 27.5 barg tốc độ không gian tăng là:

� =��

�=

��

��=

��

�=

��.�

��= 1.357 � � tương đương với 35.7%

Nhận xét:

Trong sản xuất vận tốc thực tế ảnh hưởng rất lớn đến trở lực đường ống, thiết bị, đến

chế độ làm việc của thiết bị, đến hiệu suất chuyển hóa của các thiết bị hấp thụ, thiết bị phản

ứng… vì vậy trong thực tế vận hành khi các điều kiện thay đổi phải tính toán xem xét ảnh

hưởng của thay đổi đó đối với hoạt động của máy móc thiết bị.

Thường trong sản xuất khi năng suất ( phụ tải ) thay đổi thì lưu lượng, vận tốc thực tế

thay đổi tỷ lệ thuận lợi với phụ tải; ví dụ khi chạy máy với phụ tải 90% thiết kế, khi các

điều kiện áp suất, nhiệt độ ít thay đổi thì lưu lượng vận tốc thực tế cùng là 90% so với lưu

lượng , tốc độ thiết kế, khi phụ tải sản xuất không đổi , nhiệt độ ít thay đổi thì lưu lượng vận

tốc thực tế tỷ lệ nghịch với sự thay đổi của áp suất vận hành .Ví dụ : khi chạy máy với phụ

tải 100% thiết kế nếu áp suất vận hành chỉ bằng 90% áp suất thiết kế khi đó lưu lượng và

vận tốc thực tế tăng là 1/0.9=1,11 lần .

I.3.9 Một số lưu ý khi áp dụng công thức trong tính toán

Khi tính toán một thông số vật lý nào thường ta phải dùng công thức để áp dụng tính

toán , để tránh sai sót cần chú ý:

Các đơn vị dùng cho các đại lượng dùng trong công thức.

Các thông số của các đại lượng cho trước.

Chuyển đổi các đơn vị của các đại lượng về đơn vị đơn vị dùng trong công

17

thức.

Ví dụ: tính thể tích m3 5 kmol khí H2 ở điều kiện Pdu = 5 barg nhiệt độ t = 300c

Áp dụng công thức:

� =��

��(1 +

�

273)

Trong đó: V là thể tích khi ở điều kiện Pdu= 5barg, m3, P0, P là áp suất ở điều kiện

chuẩn và điều kiện thực tế (bar), t là nhiệt độ khí ở 0C.

V0 = 5.22,4 = 112 Hm3

P0 = 760 mm Hg = 760/750 = 1,0133 bar

� =1,0133

5 + 1.112. �1 +

30

273� = 2,0788 ��

Câu hỏi và Bài tập ứng dụng Chương I

1) Chuyển đổi 500F sang thang đo 0C, 0K?

2) Độ chân không của thiết bị ngưng tụ máy nén là 0.92 barg hỏi áp suất trong thiết bị là

bao nhiêu bar?

3) Tính giá trị của hằng số lý tưởng R khi đơn vị của nó là J/k.mol; cal/mol K :

ml.atm/mol./k; m3.bar/mol.K ?

4) Tính số mol hỗn hợp khi vào tháp hấp thụ 10T3002 xưởng NH3 và tính áp suất riêng

phần của cá khí trong hỗn hợp, số liệu lấy trong PFD của xưởng NH3?

5) Tính lưu lượng (tốc độ không gian) m3/s, vận tốc (m/s) hỗn hợp khí trong đường ống cửa

ra tháp chuyển hóa nhiệt độ cao; số liệu lấy trong PFD xưởng NH3 (đường kính ống ra

là 24 inch)?

18

Chương II. CHUYỂN ĐỔI TRẠNG THÁI CỦA VẬT CHẤT

Khi điều kiện tồn tại (nhiệt độ, áp suất) thay đổi các chất có thể chuyển đổi từ trạng thái này

sang trạng thái khác, sự chuyển đổi đó gọi là sự chuyển pha. Sơ đồ chuyển pha của các chất

như sau:

II.1 Sự chuyển thể từ rắn sang lỏng và ngược lại:

Quá trình chuyển từ thể rắn sang thể lỏng của các chất gọi là sự nóng chảy. Quá trình

chuyển ngược từ thể lỏng sang thể rắn của các chất gọi là sự đông đặc.

II.1.1 Nhiệt độ nóng chảy (đông đặc):

Nhiệt độ nóng chảy là nhiệt độ mà chất rắn chuyển sang dạng lỏng, nó sẽ không thay đổi

trong suốt quá trình nóng chảy của vật chất. Nhiệt độ nóng chảy của các chất thường

tăng khi áp suất bên ngoài tăng. Khi nóng chảy thì thể tích của chất đó tăng. Ngược lại,

đối với các chất có thể tích giảm khi nóng chảy, nhiệt độ nóng chảy của chúng giảm khi

áp suất bên ngoài tăng.

II.1.2 Nhiệt nóng chảy:

Nhiệt lượng cung cấp cho vật rắn trong quá trình nóng chảy gọi là nhiệt nóng chảy của

vật rắn. Nhiệt nóng chảy Q tỉ lệ với khối lượng m của vật rắn:

Q = λm

trong đó:

19

- Hệ số tỉ lệ λ là nhiệt nóng chảy riêng phụ thuộc vào bản chất của chất rắn nóng

chảy, có đơn vị đo là jun trên kilôgam (J/kg).

- Q: Nhiệt nóng chảy (J).

- M: Khối lượng nóng chảy (kg).

Từ công thức trên suy ra: Nhiệt nóng chảy riêng của một chất có độ lớn bằng nhiệt

lượng cần cung cấp để làm nóng 1 kg chất đó ở nhiệt độ nóng chảy.

Nhiệt nóng chảy riêng của 1 chất phụ thuộc vào bản chất của chất đó thường được tra

trong các bảng có sẳn trong các sổ tay hóa lý.

II.2 Sự chuyển thể từ pha lỏng sang pha khí (hơi):

II.2.1 Sự bay hơi:

Sự chuyển từ thể lỏng sang thể khí (hơi) ở mặt thoáng chất lỏng gọi là sự bay hơi. Quá

trình chuyển ngược lại từ thể khí (hơi) sang thể lỏng gọi là sự ngưng tụ.

Nguyên nhân của quá trình bay hơi là do một số phân tử chất lỏng ở mặt thoáng có động

năng chuyển động nhiệt lớn nên chúng có thể thắng được công cản do lực hút của các

phận tử chất lỏng nằm trên mặt thoáng để thoát ra khỏi mặt thoáng và trở thành phân tử

hơi của chính chất ấy. Đồng thời khi đó cũng xảy ra cũng xảy ra quá trình ngưng tụ do

một số phân tử hơi của chất này chuyển động nhiệt hỗn loạn va chạm vào mặt thoáng và

bị các phân tử chất lỏng nằm trên mặt thoáng hút vào pha lỏng.

Như vậy sự ngưng tụ luôn xảy ra kèm theo sự bay hơi. Sau mỗi đơn vị thời gian, nếu số

phân tử chất lỏng thoát khỏi mặt thoáng nhiều hơn thì ta nói chất lỏng bị "bay hơi".

Ngược lại ta nói chất lỏng bị ngưng tụ.

II.2.2 Áp suất hơi bão hòa (Pbh):

a. Định nghĩa:

Áp suất hơi bảo hòa của một chất là áp suất riêng phần của chất đó trên bề mặt thoáng

của chất lỏng ấy mà khi đó xẩy ra quá trình bay hơi và ngưng tụ bằng nhau.

b. Tính chất của áp suất hơi bảo hòa:

- Phụ thuộc vào bản chất của chất đó.

- Phụ thuộc vào nhiệt độ. Khi nhiệt độ thay đổi thì Pbh thay đổi theo và khi nhiệt

độ tăng thì Pbh tăng.

- Không phụ thuộc vào thể tích mặt thoáng.

Áp suất hơi bảo hòa của chất lỏng thường được tra cứu tại bảng số liệu có sẳn trong các

sổ tay hóa học.

II.2.3 Quá trình sôi của chất lỏng

a. Định nghĩa:

Quá trình chuyển từ thể lỏng sang thể khí (hơi) của một chất xảy ra ở cả bên trong lòng

chất lỏng và cả bên trên bề mặt thoáng chất lỏng gọi là sự sôi. Nói khác đi là khi áp suất

hơi bão hoà của chất lỏng bằng áp suất trên bề mặt thoáng của chất lỏng thì xảy ra quá

trình sôi.

Ví dụ: Ở to = 100 oC áp suất hơi bão hoà của nước là Pbh = 1 at bằng với áp suất của khí

20

quyển trên bề mặt thoáng của nước, dẫn đến nước sôi; ở trên núi cao áp suất khí quyển

giảm đi thì nhiệt độ sôi của nước cũng giảm theo.

b. Tính chất của quá trình sôi:

- Ở mỗi điều kiện áp suất, mỗi chất lỏng sôi ở một nhiệt độ xác định và nhiệt độ sôi

không thay đổi trong quá trình sôi.

- Nhiệt độ sôi của chất lỏng phụ thuộc vào bản chất của chất lỏng đó.

- Nhiệt độ sôi phụ thuộc vào áp suất trên bề mặt thoáng của chất lỏng đó, áp suất càng

cao thì nhiệt độ sôi càng cao và ngược lại.

- Nhiệt độ sôi của chất lỏng phụ thuộc vào áp suất thường được tra cứu trong các sổ

tay hoá học.

c. Nhiệt hoá hơi:

Định nghĩa: Nhiệt hoá hơi là nhiệt cung cấp cho khối chất lỏng trong quá trình sôi

của chất lỏng đó ở nhiệt độ sôi.

Công thức: Q = r.m

Trong đó: Q: nhiệt hoá hơi (J);

m: lượng chất lỏng đã biến thành hơi (kg);

r: nhiệt hoá hơi riêng (J/kg); là nhiệt lượng cung cấp để bay hơi 1 kg chất

lỏng ở nhiệt độ sôi.

Tính chất của nhiệt hoá hơi riêng:

- Phụ thuộc vào bản chất của chất lỏng.

- Phụ thuộc vào nhiệt độ. Thường thì khi nhiệt độ tăng thì r giảm. Nhiệt hoá hơi

của các chất có thể được tra cứu ở các bảng có sẵn trong các sổ tay hoá học.

II.2.4 Hơi quá nhiệt

Ở một áp suất nhất định, khi nhiệt độ của hơi lớn hơn nhiệt độ hơi bão hoà của chất đó

thì hơi được gọi là hơi quá nhiệt (hơi khô).

Ví dụ: hơi nước ở điều kiện P = 5 at và nhiệt độ to = 160 oC; tra bảng ta có ở P =5 at,

nhiệt độ hơi bão hoà (nhiệt độ chất lỏng sôi) là tobh = 151 oC; ta có to = 160 oC > to

bh =

151 oC vậy hơi ở đây là hơi quá nhiệt (khô).

Đối với một chất trong quá trình đun nóng hoặc làm nguội nó thì lượng nhiệt cung cấp

(hoặc làm mát) trong quá trình chuyển pha (nóng chảy, bốc hơi, đông kết, ngưng tụ) là

lớn hơn rất nhiều so với khi không có chuyển pha. Điều này rất có ý nghĩa trong thực tế

cần lưu ý.

Ví dụ: Đối với nước và hơi nước, khi cần nâng thêm hoặc nguội đi 1 oC chỉ cần khoảng

1 kcal cho 1 kg, nhưng khi cần đun sôi hoặc ngưng tụ thì cần lượng nhiệt khoảng 500

kcal cho 1 kg; gấp 500 lần.

Nhà máy Đạm Phú Mỹ, trong dây chuyền sản xuất có hai chất dễ bay hơi là H2O và NH3

21

tham gia hầu hết vào các quá trình công nghệ:

Đối với H2O, dùng để làm lạnh, hơi nước quá nhiệt được sản xuất để làm động lực vận

hành các máy nén và các bơm lớn, được dùng làm nguyên liệu để sản xuất NH3 và cấp

nhiệt cho một số thiết bị. Hơi nước bão hoà được dùng cấp nhiệt cho các thiết bị đun sôi

tại xưởng Urea…. Hơi nước bão hoà trong các dòng khí công nghệ có mặt tại hầu hết

các quá trình.

Đối với NH3 là sản phẩm của xưởng NH3, nó cũng có mặt ở rất nhiều thiết bị, và quá

trình công nghệ trong nhà máy…

Vì vậy cần hiểu biết rất sâu về tính chất hoá lý đặc biệt là áp suất hơi bão hoà, hơi quá

nhiệt, các thông số hoá lý như nhiệt dung, áp suất bão hoà, ẩn nhiệt hoá hơi… đối với

H2O và NH3 là rất cần thiết đối với kỹ sư và công nhân vận hành nhà máy. Bảng về các

thông số hoá lý của 2 chất này được đưa ra trong phụ lục đính kèm giáo trình này để học

viên cập nhật, sử dụng khi cần thiết trong công việc vận hành.

Để minh hoạ, chúng ta cùng xét một số vận dụng kiến thức của chương này với công

nghệ của nhà máy.

Minh hoạ 1:

Xem xét ảnh hưởng của nhiệt độ đỉnh thiết bị 10 – T 3001 tại xưởng NH3 đối với hoạt

động của thiết bị 10 – T 3001.

Tháp 10 – T 3001 là tháp tái sinh dung dịch sau hấp thụ CO2. Thông số công nghệ trong

PFD như sau:

- Nhiệt độ đỉnh: t = 90.7 oC

- Áp suất dư ở đỉnh: Pdư đỉnh = 0.34 barg => Ptuyệt đối = 1.34 bar.

- Lưu lượng khí ra khỏi đỉnh: Go = 17826 Nm3/h.

Thực trạng của thiết bị này đã có hiện tượng bung, sập bộ phân ly đỉnh tháp và có hiện

tượng cuốn đệm sang thiết bị 10 V 3001. Nguyên nhân là do lưu lượng dòng khí ra khỏi

đỉnh tháp quá lớn. Thực tế trong thao tác công nghệ có nhiều thời điểm vận hành để

nhiệt độ tao tác tại đỉnh tháp đạt 97 – 98 oC. Ta thử tính toán khi tđo = 97 oC thì khí ra

khỏi đỉnh tháp lớn hơn khi thao tác ở chỉ tiêu tđ = 90.7 oC là bao nhiêu?

Tra sổ tay: áp suất bão hoà của nước ở nhiệt độ 90.7 oC là 0.74 bar; ở 97 oC là 0.93 bar.

Khí ra khỏi đỉnh tháp chỉ có CO2 và H2O nên thành phần của chúng tỉ lệ với áp suất

riêng phần của chúng.

Lượng CO2 là:

G��= 17826 x (1.34 − 0.74)/1.34 = 7982 Nm3/h

Lượng hơi nước ở điều kiện nhiệt độ t = 90.7 oC là:

G�� = 17826 x 0.74/1.34 = 9844 Nm3/h

Ở điều kiện tđỉnh = 97 oC, thì lượng CO2 vẫn không đổi, song vì ở nhiệt độ này áp suất

hơi nước bão hoà của nước tăng lên đáng kể Pbh = 0.93 bar, vì áp suất tại đỉnh chung vẫn

22

không đổi nên áp suất riêng phân của CO2 chỉ còn là:

P��= P - P��

= 1.34 – 0.93 =0.41 bar.

Như vậy lượng hơi nước sẽ là

G�� = G�� x 0.93/0.41 = 18106 Nm3/h

Tổng lượng khí ra khỏi đỉnh tháp 10 – T 3001 ở điều kiện nhiệt độ đỉnh tđỉnh = 97 oC là:

G = 18106 + 7982 = 26088 Nm3/h

So sánh với điều kiện tđỉnh = 90.7 oC:

n = �

�� =

��

�� = 1.46 lần

Nghĩa là lượng khí tăng 46 % so với điều kiện bình thường. Trong thực tế thường chỉ

cho phép tối đa là 20%, vì vậy ở điều kiện tăng 46 % chắc chắn sẽ gây hỏng các chi tiết

trong thiết bị, gây cuốn đệm, cuốn dịch theo khí.

Do ảnh hưởng lớn của nhiệt độ đỉnh 10T3001 khi tăng cao đối với thiết bị, phòng CNSX

đã có bảng tính toán cụ thể cho từng mức nhiệt độ khác nhau để vận hành tại cương vị

này nắm vững để phòng ngừa.

Minh hoạ 2:

Xúc tác chuyển hoá CO nhiệt độ thấp (LTS) sẽ bị hỏng nếu nước ngưng tụ trên bề mặt

xúc tác, vì vậy yêu cầu trong dòng khí công nghệ vào thiết bị 10 R – 2005 phải có nhiệt

độ lớn hơn nhiệt độ bão hoà của hơi nước trong dòng khí công nghệ ít nhất là 10 oC. Để

đảm bảo điều kiện này trong mọi điều kiện sản xuất, người vận hành phải biết được tính

chất của áp suất hơi nước bão hoà và tính toán được nhiệt độ bão hoà của hơi nước trong

dòng khí công nghệ vào 10R2005. Muốn biết nhiệt độ này ta phải biết áp suất riêng

phần của hơi nước trong dòng khí công nghệ. Sau đó tra bảng ta biết được nhiệt độ bão

hoà của hơi nước trong dòng khí công nghệ vào 10R2005.

Công thức tính:

P�� = P .G��

G� + G��

= C�� .P

Trong đó: P�� – là áp suất riêng phần của hơi nước trong dòng khí công nghệ;

G�� – lượng hơi nước trong dòng khí công nghệ

GK – là dòng khí công nghệ khô;

C�� – thành phần của hơi nước trong dòng khí công nghệ vào 10R2005 (%V)

P – áp suất vận hành của 10R2005, bar.

Như vậy P�� (tương ứng tbh của H2O) hoàn toàn phụ thuộc vào áp suất của hệ thống và

tỉ lệ Steam/Cacbon tại đầu dây chuyền sản xuất.

Thử tính toán theo số liệu tại PFD:

23

P = 30.1 bar; GK = 191587 Nm3/h ; G�� = 64720 Nm3/h ;

Nhiệt độ khí vào 10 R2005 là 190 oC ;

Ta có :

P��= 30.1 x

64720

191587 + 64720= 30.1 x 0.2525 = 7.6 bar

Tra bảng: tại P�� = 7.6 bar thì nhiệt độ bão hoà của hơi nước là 167 oC so với nhiệt độ

của dòng khí công nghệ là: 190 – 167 = 23 oC như vậy là an toàn cho xúc tác.

Nhận xét: Trong điều kiện chạy lại máy, tỷ lệ hơi nước lúc thấp tải có thể cao hơn bình

thường, làm tăng Pbh của hơi nước dẫn đến tăng nhiệt độ bão hoà hơi nước, để an toàn

nên vận hành ban đầu ở áp suất thấp hơn thì áp suất riêng phần của hơi nước sẽ giảm,

tức là nhiệt độ hơi bão hoà của hơi nước sẽ giảm.

Minh hoạ 3:

Tính lượng NH3 từ tháp 20T1005 sang tháp hấp thụ 20T1003 xưởng Ure. Điều kiện

theo PFD:

P = 20.5 bar; t = 30 oC; lượng khí trơ: GK = 624 Nm3/h.

Giải: tra bảng tại t = 30 oC, áp suất hơi bão hoà của NH3 là P�� = 11.895 bar.

Ta có: P = P�� + PK trong đó PK là áp suất riêng phần của khí trơ ( N2, O2, H2, CH4, …)

PK = 20.5 – 11.895 = 8.605 bar

G��= G�

P��

P�= 624

11.895

8.605= 862.6

Nm�

h= 862.6

17

22.4= 655 kg/h

Nhận xét: lượng NH3 từ 20T1005 sang 20-T1003 càng lớn thì phải dùng nước hấp thụ

NH3 tại 20-T1003 tăng => nước quay lại hệ thống tổng hợp tăng, không có lợi cho cân

bằng toàn hệ thống => vì vậy trong vận hành giảm lượng NH3 này tương ứng với giảm

lượng nước đưa vào 20-T1003 để hấp thụ NH3 càng thấp càng tốt.

Lượng NH3 từ 20-T1005 sang 20-T1003 giảm trong các trường hợp sau:

- Tăng áp suất vận hành trung áp, khi đó tỷ lệ áp suất riêng phần NH3 trên áp suất

chung sẽ giảm song tăng áp suất hệ trung áp sẽ ảnh hưởng lớn đến hiệu suất phân

giải hệ trung áp, thường trong vận hành giảm áp suất trung áp càng thấp càng tốt.

- Giảm nhiệt độ khí NH3 ra khỏi 20-T1005 là cách tốt nhất để giảm lượng NH3 từ 20-

T1005 sang 20-T1003 bằng cách: giảm nhiệt độ NH3 từ xưởng NH3 cấp sang, tăng

cường hiệu quả làm lạnh ngựng tụ NH3 tại 20-E1009.

Minh hoạ 4:

Xem xét nguyên nhân sự cố ngày 18/02/2012 tại cương vị nồi hơi phụ trợ để xảy ra

nước mang theo vào hệ hơi quá nhiệt trung áp thời giai dài dẫn đến sự cố nghiêm trọng

tại xưởng NH3. Qua sự việc chứng tỏ công nhân và trưởng ca xưởng không hiểu biết về

kiến thức hơi bão hoà và hơi quá nhiệt.

24

Nồi hơi phụ trợ có nhiệm vụ sản xuất hơi trung áp quá nhiệt có P=38 barg và t = 380 oC;

ở áp suất 38 barg (39 bar tuyệt đối) tra bảng ta có nhiệt độ hơi nước bão hoà là 250 oC.

Nguyên lý làm việc của hệ thống này như sau: hơi nước bão hoà ở P = 38 barg, 250 oC

sinh ra tại bộ trao đổi nhiệt tại buồng đốt được đưa về mặt thoáng của thùng

10B8001/V1, tại đây giữ mức nước ổn định để tự chảy xuống trao đổi nhiệt buồng đốt

để sinh hơi. Hơi bão hoà sinh ra được đưa qua 2 trao đổi nhiệt SH1 và SH2 để tiếp tục

gia nhiệt thành hơi quá nhiệt ở nhiệt độ 380 – 390 0C. Khi để mức tại V1 cao quá sẽ có

hiện tượng cuốn nước theo hơi bão hoà sang bộ quá nhiệt SH1, SH2. Trong sản xuất

bình thường nếu nhiệt độ hơi sau bộ quá nhiệt có xu hướng giảm dần không đạt chỉ tiêu

là biểu hiện có mang nước từ V1 theo hơi bão hoà, vì khi đó các bộ quá nhiệt SH1, SH2

không chỉ cấp nhiệt làm quá nhiệt hơi bão hoà mà còn phải làm bay hơi lượng nước mà

hơi bão hoà mang theo do đó không cấp đủ nhiệt để đạt nhiệt độ quá nhiệt theo yêu cầu,

khi có hiện tượng đó người vận hành phải kiểm tra và điều chỉnh mức của V1. Trường

hợp nhiệt độ hơi nước sau bộ quá nhiệt SH2 giảm xuống nhiệt độ bão hoà t = 250 oC,

tức là hiện tượng mạng nước theo hơi bão hoà tại V1 đã rất nghiệm trọng gây nguy hiểm

cho các bộ quá nhiệt SH1, SH2; người vận hành phải ngay lập tức cắt giảm mạnh lượng

nước cấp vào nồi hơi, thậm chí phải ngừng khẩn cấp hệ thống nồi hơi phụ trợ. Sự cố

ngày 18/02/2012 để xảy ra kéo dài 20 phút thật là không đáng có.

Trên đây chỉ là 4 ví dụ minh hoạ, còn rất nhiều vấn đề kỹ thuật trong nhà máy liên quan

đến kiến thức bão hoà và quá nhiệt của H2O và NH3, hiểu biết về vấn đề này sẽ giúp cho

vận hành an toàn và hiệu quả hơn. Phần bài tập sẽ đề cập những vấn đề này.

Câu hỏi và Bài tập ứng dụng Chương II

1. Tại sao các bộ trao đổi nhiệt dùng hơi nước để cấp ngưng tụ nhiệt phải có đường

ven khí trơ?

2. Tại sao khi cấp lại mạng hơi nước phải tiến hành sấy mạng hơi từ từ và phải thải

nước liên tục trong suốt quá trình sấy?

3. NH3 lỏng chứa trong 2 bình có áp suất khác nhau, có nhiệt độ bằng nhau, hỏi áp

suất bão hoà của NH3 lỏng ở hai bình có bằng nhau không? Tại sao lại có sự khác nhau

về áp suất?

Xưởng phụ trợ:

1. Nêu và giải thích các nguyên nhân gây nên áp suất bồn chứa NH3: 40-TK5001 tăng

cao?

2. Áp suất vận hành của thùng chứa nước nồi hơi 10-V-8001 phụ thuộc vào yếu tố nào?

Có nên duy trì áp suất vận hành cao không?

3. Áp suất ngưng tụ NH3 tại 40-PK-5001/E/V2 phụ thuộc vào yếu tố nào?

Xưởng Ure

25

4. Hơi nước cấp cho 20E-1001 là hơi bão hoà hay hơi quá nhiệt? hơi nước lấy từ đỉnh

20-V-1009 là hơi bão hoà hay hơi quá nhiệt?

5. Tính toán lượng NH3 trong pha khí từ 20-E1009 xuống thùng 20-V1005 trong hai

trường hợp:

- Áp suất tại 20E-1009 theo thiết kế là: P=20,5bar nhiệt độ NH3 ngưng tụ tại 20E-

1009 là 42 oC, lượng khí trơ (O2, N2…) là 494 Nm3/h.

- Áp suất tại E-1009 ở điều kiện sản suất hiện tại là P=17,5 bar, nhiệt độ ngưng tụ

NH3 là 37 oC, lượng khí trơ là 494 Nm3/h

So sánh ý nghĩa của hai kết quả đối với sản suất.

6. Khi ngừng máy chạy tuần hoàn bơm 20-P1005, 20-P1001 thời gian dài áp suất tại

20-V1005 tăng và bơm 20-P1005 dễ bị xâm thực? Giải thích.

7. Lượng nước thải tại các phân li máy nén CO2 phụ thuộc vào yếu tố nào? Tính lượng

nước thải từ các phân li tại máy nén CO2, theo các thông số có tại PFD.

Xưởng NH3:

8. Tại sao trong sản phẩm NH3 sản xuất tại xưởng NH3 lại có nước? Tính hàm lượng

nước có trong sản phẩm NH3, theo các số liệu có tròng PFD. Đề xuất biện pháp tăng

chất lượng sản phẩm.

9. Tính lượng nước thải tại các phân li trung gian giữa các đoạn của máy nén 10-

K4021, 10-K4031 theo số liệu có trong PFD.

10. Tính lượng nước trong dòng khí công nghệ vào và ra tháp 10-T3002, các số liệu

theo PFD

11. Giải thích trên PFD công đoạn tổng hợp NH3: Tại sao khi trộn dòng khí từ đoạn 3

máy nén 10K4031 có nhiệt độ là 22 0C với dòng khí công nghệ sau 10-E5007 có

nhiệt độ là 12.7 0C ta lại được dòng khí hỗn hợp có nhiệt độ thấp là 9.2 0C

12. Tại sao cùng nhiệt độ làm lạnh tại phân li 10-V5001 là -5 0C thì khi tăng áp suất hệ

thống tổng hợp thì hàm lượng NH3 vào tháp tổng hợp lại giảm?

Tính cho 02 trường hợp:

+ P =125 bar , to = -5 oC

+ P =135 bar , to = -5 oC

13. Tính toán lượng NH3 ngưng tụ tại: 10-E-5004 xưởng NH3. Số liệu lấy từ PFD. Khi

khí công nghệ ra 10-E5004 giảm từ 41 oC xuống từ 37 oC thì lượng NH3 ngưng tụ

tăng thêm bao nhiêu % ? Công suất của 10-K4041 giảm được bao nhiêu %.

14. Nêu các hiện tượng xảy ra khi có sự cố cuốn NH3 lỏng theo khí NH3 vào máy nén

10-K4031: Áp suất vào ra các đoạn, lưu lượng, nhiệt độ ra vào các đoạn, công suất

máy nén… Giải thích các hiện tượng đó?

15. Tính lượng nước ngưng tụ trong khi công nghệ tại các thiết bị 10-E3002, 10-E3005

số liệu lấy trong PFD.

Phụ lục đính kèm:

1. Bảng số liệu hoá lý của nước (xem chi tiết ở Phụ lục).

2. Bảng số liệu hoá lý của NH3 (xem chi tiết ở Phụ lục).

26

Chương III: ĐỘNG HÓA HỌC – CÂN BẰNG PHẢN ỨNG

III.1 Động hóa học:

Các phản ứng khác nhau, trong những điều kiện nồng độ, nhiệt độ như nhau nhưng lại

tiến hành với những tốc độ khác nhau. Động hóa học nghiên cứu về tốc độ diễn tiễn của

các phản ứng hóa học và nghiên cứu sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào các yếu tố

như nồng độ, nhiệt độ, xúc tác…

III.1.1 Vận tốc trung bình và vận tốc tức thời:

Định nghĩa: Vận tốc của một phản ứng được xác định bằng độ biến thiên nồng độ

của chất phản ứng trong 1 đơn vị thời gian.

- Vận tốc trung bình là sự biến thiên nồng độ của chất phản ứng cho khoảng

thời gian phản ứng xảy ra.

VTB = ± ∆C/∆t

Trong đó:

∆t = t2- t1: biến thiên thời gian từ thời điểm t1 đến thời điểm t2.

∆C = C2- C1: C1, C2 là nồng độ các chất phản ứng tại thời điểm t1 đến

thời điểm t2.

Dấu (+) khi biến thiên đơn vị mol/l của chất tạo thành sản phẩm.

Dấu (-) khi biến thiên của chất tham gia phản ứng.

- Vận tốc thời là vận tốc trung bình tính cho biến thiên thời gian vô cùng nhỏ:

V = lim� →�(±∆�

∆�) = ± dC/dt

III.1.2 Ảnh hưởng của nồng độ chất tham gia phản ứng đến vận tốc (tốc độ) phản

ứng – định luật tác dụng khối lượng:

- Định luật tác dụng khối lượng: Trong một môi trường đồng thể (một pha) ở

nhiệt độ không đổi, vận tốc của một phản ứng tỷ lệ thuận với tích số nồng độ

của chất tham gia phản ứng, nồng độ mỗi chất được lũy thừa lên 1 số lần bằng

hệ số tỷ lượng của các chất trong phương trình phản ứng.

Ví dụ ta xét phản ứng:

mA + nB + pC = nD + qE

A, B, C là chất tham gia phản ứng có nồng độ là CA, CB, CC (mol/l)

D, E là chất tạo thành sau phản ứng

M, n, p, n, q là hệ số tỷ lượng của các chất

Theo định luật tác dụng khối lượng ta có công thức tính vận tốc V như sau:

V= k. CAm. CB

n. CCp (1)

Trong đó k gọi là hằng số tốc độ, k phụ thuộc vào từng loại phản ứng và chỉ

phụ thuộc vào nhiệt độ phản ứng, hằng số k thường được tra trong các bảng,

đồ thị có sẵn trong các sổ tay.

Công thức (1) thể hiện tốc độ phản ứng phụ thuộc vào nồng độ của các chất

tham gia phản ứng.

27

III.1.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến vận tốc phản ứng

Khi tăng nhiệt độ tốc độ phản ứng tăng lên rất nhiều, tức là theo công thức (1) thì

khi nhiệt độ tăng thì hằng số tốc độ tăng rất cao.

Qua nghiên cứu người ta thấy rằng khi tăng thêm 100C thì vận tốc phản ứng tăng

từ 2 - 4 lần. Số lần vận tốc phản ứng tăng khi nhiệt độ tăng lên 100C người ta gọi

là hệ số nhiệt độ, thường ký hiệu là ω .

Ta có công thức: �� = �đ.�� đ��

Trong đó:

vc, vđ là vận tốc phản ứng với nhiệt độ tc, tđ

ω là hệ số nhiệt độ, nó tùy thuộc vào từng loại phản ứng, được xác định bằng

nghiên cứu thực nghiệm.

III.1.4 Ảnh hưởng của xúc tác đến tốc độ phản ứng:

Chất xúc tác là chất khi nó có mặt trong phản ứng thì làm biến đổi vận tốc phản

ứng (tăng hoặc giảm) hoặc nó kích thích phản ứng, sau khi phản ứng đã kết thúc

thì nó vẫn không bị thay đổi về lượng và về phương diện hóa học.

Chất xúc tác có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình phản ứng, nó có thể làm tăng

hoặc giảm vận tốc phản ứng đến hàng trăm, hàng nghìn thậm chí hằng triệu lần.

Nó cũng có thế kích thích nhiều phản ứng mà nếu không có nó thì thực tế phản

ứng không xảy ra trong điều kiện khảo sát. Mức độ làm tăng vận tốc phản ứng

của chất xúc tác người ta gọi là hoạt tính của xúc tác.

Hoạt tính của xúc tác dị thể phụ thuộc vào:

- Thành phần, cấu tạo của xúc tác.

- Độ lớn của bề mặt xúc tác: bề mặt càng lớn hoạt tính càng cao, thường thì hạt

xúc tác có nhiều lỗ nhỏ (mao quản) để tăng bề mặt xúc tác.

- Tính chất của bề mặt xúc tác: thành phần hóa học của bề mặt, cấu tạo và trạng

thái của bề mặt xúc tác.

Trong quá trình sử dụng, hoạt tính của xúc tác thường bị suy giảm do những

nguyên nhân sau:

- Xúc tác bị ngộ độc do có chất lạ trong hỗn hợp chất tham gia phản ứng, chất lạ

được hấp phụ hoặc phản ứng với chất xúc tác làm biến đổi cấu tạo, hoặc giảm bề

mặt của xúc tác.

Ví dụ : như xúc tác tổng hợp NH3, khi có mặt của hợp chất có lưu huỳnh nó sẽ

hấp thụ và phản ứng với Fe trong xúc tác tạo thành hợp chất trên xúc tác gây ngộ

độc vĩnh viễn xúc tác. Khi có mặt của O2, xúc tác sẽ phản ứng với Fe trong xúc

tác tạo thành Fe2O3 không có tác dụng hoạt tính. Khi không có mặt của O2, oxit

sắt sẽ được hoàn nguyên dần thành Fe hoạt tính,trường hợp này gọi là ngộ độc

tạm thời. Đối với mỗi loại xúc tác, có 1 số chất lại gây ngộ độc khác nhau, được

nhà chế tạo xúc tác khuyến cáo.

Xúc tác bị già cỗi bị kết khối do nhiệt độ vận hành cao gây giảm bề mặt của xúc

28

tác hoặc do bụi sản phẩm phụ nào đó tích tụ trên bề mặt, bịt các mao quản dẫn

đến làm giảm bề mặt tiếp xúc của xúc tác.

III.2 Cân Bằng Hóa Học

III.2.1 Phản ứng 1 chiều, phản ứng thuận nghịch, trạng thái cân bằng

a. Phản ứng 1 chiều: phản ứng 1 chiều là phản ứng tiến hành cho đến lúc một

hoặc tất cả các chất ban đầu (chất phản ứng) đã tác dụng hết.

Ví dụ: 2H2 + O2 = 2 H2O + Q

Nó sẽ tiến hành đến lúc hết O2, hoặc hết H2 hoặc hết cả hai.

Trong phản ứng 1 chiều 2 vế của phương trình phản ứng được nối với nhau

bằng dấu = Phản ứng 1chiều còn được gọi là phản ứng hoàn toàn.

b. Phản ứng thuận nghịch (Phản ứng không hoàn toàn): là phản ứng tiến hành

đồng thời theo hai chiều ngược nhau.

Ví dụ: CO + H2O ⇌ CO2 + H2 + Q

N2 +3 H2 ⇌ 2 NH3 + Q

Hai vế của phương trình phản ứng thuận nghịch được nối liền bằng 2 mũi tên

ngược chiều nhau.

Phản ứng theo chiều từ trái sang phải gọi là phản ứng thuận, phản ứng theo

chiều ngược lại gọi là phản ứng nghịch.

c. Trạng thái cân bằng: Phản ứng thuận nghịch gồm 2 phản ứng tiến hành đồng

thời ngược nhau nên vận tốc v của phản ứng thuận nghịc được xác định bằng

hiệu số giữa vận tốc vth của phản ứng thuận và vng của phản ứng nghịch.

Ví dụ: tại thời điểm t nồng độ của các chất tham gia phản ứng:

mA + nB = pC + qD

Lần lượt là CA, CB, CC, CD hằng số tốc độ của phản ứng thuận là k1 của phản

ứng nghịch là k2 thì ta có:

V = vth – vng = k1.CAm. CB

n = k2.CCp. CD

q

Trong quá trình phản ứng nồng độ của các chất A, B ngày càng giảm, nồng độ

các chất sản phẩm C, D ngày càng tăng, do đó vth ngày càng giảm và vng ngày

càng tăng đến 1 lúc nào đó vận tốc thuận và vận tốc nghịch bằng nhau:

Vth = vng

V = vth – vng = 0

Lúc đó ta gọi phản ứng đạt đến trạng thái cân bằng.

Trạng thái cân bằng của phản ứng thuận nghịch là trạng thái cân bằng động, vì

lúc đó phản ứng không phải đã dừng hẳn mà trái lại vẫn tiến hành liên tục

theo hai chiều ngược nhau nhưng vận tốc bằng nhau, nồng độ các chất ngừng

biến đổi nên bên ngoài ta tưởng như phản ứng đã kết thúc.

III.2.2 Phương trình hằng số cân bằng

Đối với phản ứng thuận nghịch ta có:

V = vth – vng = k1.CAm. CB

n - k2.CCp. CD

q

Khi ở trạng thái cân bằng v = 0 thì

k1.CAm. CB

n - k2.CCp. CD

q = 0

29

��

��=

��

��

�

k1, k2 là hằng số nên K = k1/k2 = hằng số và K được gọi là hằng số cân bằng của

phản ứng:

� = ��

��

� (II)

Phương trình (II) được gọi là phương trình hằng số cân bằng.

Vì hằng số tốc độ k1, k2 chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ, không phụ thuộc vào nồng

độ của các chất tham gia và tạo thành sau phản ứng nên hằng số cân bằng K

không phụ thuộc vào nồng độ các chất tham gia và tạo thành sau phản ứng và K

chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ. Đối với phản ứng tỏa nhiệt K giảm khi nhiệt độ tăng,

đối với phản ứng thu nhiệt thì K tăng khi nhiệt tăng. Hằng số cân bằng theo nhiệt

độ của các phản ứng hóa học thường được tra cứu trong các sổ tay hóa học hoặc

tài liệu chuyên ngành.

Chú ý: Khi chất tạo thành là chất rắn, thì trong phương trình hằng số cân bằng

không có mặt nồng độ chất rắn.

III.2.3 Sự chuyển dịch cân bằng – nguyên lý Lơsatơliê

Hiện tượng do tác động của bên ngoài, trang thái cân bằng cũ bị phá vỡ để

chuyển đến một trạng thái cân bằng mới gọi là sự chuyển dịch cân bằng.

Chiều chuyển dịch cân bằng của một hệ cân bằng khi có tác động của bên ngoài

(như nhiệt độ, áp suất, nồng độ) được gọi là nguyên lý Lơsatơlie, được phát biểu

như sau: “khi một hệ đang ở trạng thái cân bằng, nếu ta thay đổi nồng độ, hoặc

thay đổi nhiệt độ, áp suất của hệ thì cân bằng sẽ bị chuyển dịch theo chiều có tác

dụng chống lại sự thay đổi vừa nói trên”.

Áp dụng nguyên lý Lơsatơlie khi có các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển dịch cân

bằng:

a) Nồng độ các chất: Khi tăng nồng độ của một chất trong hệ phản ứng sẽ làm

cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm chất đó, ngược lại sự giảm nồng độ

của một chất trong hệ phản ứng sẽ làm cho cân bằng chuyển dịch theo hướng

tăng nồng độ chất đó. Vì vậy:

- Muốn phản ứng cho nhiều sản phẩm có thể tăng nồng độ chất ban đầu hoặc

giảm nồng độ chất sản phẩm.

- Muốn ngăn ngừa không cho phản ứng xảy ra có thể thêm vào hệ phản ứng

một lượng dư chất sản phẩm.

- Khi muốn một chất ban đầu tham gia phản ứng một cách tối đa phải dùng

thật dư chất ban đầu khác.

b) Nhiệt độ của phản ứng:

- Đối với phản ứng toả nhiệt, khi nhiệt độ tăng phản ứng chuyển dịch theo

chiều nghịch (hằng số cân bằng phản ứng giảm).

- Đối với phản ứng thu nhiệt, khi nhiệt độ tăng cân bằng chuyển dịch theo

30

chiều thuận (hằng số cân bằng phản ứng tăng).

c) Áp suất:

- Một sự tăng áp suất bất kỳ sẽ làm chuyển dịch cân bằng theo chiều làm

giảm áp suất nghĩa là theo chiều làm giảm số phần tử khí. Có nghĩa là đối

với các phản ứng tăng thể tích thì khi tăng áp suất phản ứng sẽ xảy ra theo

chiều nghịch để giảm thể tích, chống lại sự tăng áp suất.

- Một sự giảm áp suất bất kỳ sẽ chuyển dịch cân bằng theo chiều làm tăng áp

suất, nghĩa là theo hướng làm tăng số phân tử khí. Có nghĩa là đối với phản

ứng tăng thể tích thì khi tăng áp suất phản ứng sẽ xảy ra theo chiều thuận

để tăng thể tích chống lại sự giảm áp suất.

- Đối với phản ứng không thay đổi thể tích, thì sự tăng hay giảm áp suất

không làm chuyển dịch cân bằng.

Ghi chú: phản ứng tăng thể tích là phản ứng có số mol chất tạo thành nhiều

hơn số mol chất tham gia phản ứng. Ví dụ:

N2 + 3H2 ⇄ 2 NH3 (là phản ứng giảm thể tích).

CH4 + 2H2O ⇄ CO2 + 4H2 (là phản ứng giảm thể tích).

Ví dụ: minh hoạ các nhân tố ảnh hưởng đến chuyển dịch cân bằng:

Xét phản ứng tổng hợp NH3 :

N2 + 3H2 ⇄ 2 NH3 + Q

Đặc điểm của phản ứng này là:

- Phản ứng toả nhiệt;

- Giảm thể tích: số mol chất tham gia là 4, số mol sản phẩm là 2.

Xét về sự thay đổi nồng độ của các chất: giả sử ở cùng nhiệt độ không thay đổi, phản

ứng đang ở trạng thái cân bằng vth = vng ; nếu ta tăng nồng độ của N2 hoặc H2 ta có

v�� = k�� . C��

� . C�� sẽ tăng, tức là vth > vng => phản ứng xảy ra theo chiều thuận tức

là nồng độ N2 hoặc H2 sẽ giảm để chống lại việc tăng nồng độ H2 hay N2 ban đầu.

Xét về sự thay đổi áp suất: Giả sử phản ứng đang ở trạng thái cân bằng, ta có:

vth = vng hay k�� . C��

� . C��= k�� . C��

�

ta tăng áp suất lên 2 lần khi đó nồng độ mol/l của các chất đều tăng thêm 2 lần, do

vậy ta có:

v�� = k�� .(2C��)� .(2C��

) = k�� .8.C��

� .2 .C��= 16 . k�� .C��

� . C��

v�� = k�� .(2C��)� = 4. k�� . C��

�

Như vậy tốc độ phản ứng thuận tăng 16 lần, phản ứng nghịch tăng 4 lần, như vậy vth

không bằng vng nữa, trạng thái cân bằng bị phá vỡ, phản ứng xảy ra theo chiều tạo

thành sản phẩm, tức là theo chiều giảm thể tích để chống lại sự tăng áp suất.

Xét về sự thay đổi nhiệt độ: phản ứng tổng hợp NH3 là phản ứng toả nhiệt, nên phản

31

ứng nghịch tạo thành H2 và N2 là phản ứng thu nhiệt. Khi tăng nhiệt độ thì tốc độ vth

và vng đều tăng, song đối với phản ứng toả nhiệt thì vận tốc tăng thấp hơn, và vận tốc

của phản ứng thu nhiệt tăng nhanh hơn, do vậy cân bằng chuyển dịch theo chiều thu

nhiệt tức là phản ứng nghịch để chống lại sự tăng nhiệt độ.

Nắm vững nguyên lý Lơsatơlie có một ý nghĩa rất thiết thực trong thực tiễn cuộc

sống, nó không chỉ áp dụng cho trạng thái cân bằng của các phản ứng hoá học thuận

nghịch mà cho rất nhiều quá trình thuận nghịch khác như sự nóng chảy, bay hơi, hoà

tan, sự cân bằng của chất lỏng trong hai bình kín thông nhau có áp suất trên mặt

thoáng khác nhau, trong quá trình hấp thụ, hấp phụ, chưng luyện … Nắm vững

nguyên lý này ta có thể biết được chiều chuyển dịch cân bằng của nhiều quá trình khi

có tác động từ bên ngoài vào hệ cân bằng.

III.2.4 Đồ thị đường cân bằng và đường nhiệt độ thích hợp

a) Đường cân bằng

Đối với phản ứng thuận nghịch tỏa nhiệt, khi tăng nhiệt độ để tăng tốc độ phản

ứng thì cân bằng lại chuyển dịch theo chiều nghịch làm giảm nồng độ chất sản

phẩm, tức là làm giảm hiệu suất chuyển hóa của phản ứng. Để giải quyết được

vấn đề hiệu suất chuyển hóa người ta phải nghiên cứu sản xuất xúc tác đáp ứng

phản ứng xảy ra ở tốc độ lớn ở nhiệt độ càng thấp càng tốt.

Như phần trên đã đề cập, hằng số cân bằng K không phụ thuộc vào nồng độ các

chất tham gia và tạo thành của phản ứng mà chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ phản ứng.

Vì vậy đối với mỗi phản ứng thuận nghịch, bằng nghiên cứu thực nghiệm người

ta xây dựng được công thức tính hằng số cân bằng K theo nhiệt độ, dựa vào đó ta

có thể tính được hằng số cân bằng K theo các nhiệt độ khác nhau. Căn cứ vào

hằng số cân bằng K và nồng độ phối liệu ban đầu ta tính được nồng độ của các

chất ở trạng thái cân bằng và hiệu suất phản ứng ở các nhiệt độ khác nhau. Vì vậy

ta có thể lập được đồ thị biểu diễn quan hệ giữa nhiệt độ với nồng độ sản phẩm

tạo thành hoặc với hiệu suất phản ứng ở trạng thái cân bằng. Đường cong đó

được gọi là đường cong cân bằng của phản ứng.

b) Đường cong nhiệt độ thích hợp:

Đối với một phản ứng thuận nghịch, hệ số tốc độ thuận k1 và hệ số tốc độ phản

ứng nghịch k2 phụ thuộc vào nhiệt độ. Bằng nghiên cứu thực nghiệm, với các

điều kiện xúc tác, áp suất và nồng độ phối liệu ban đầu của các chất người ta tính

toán được đối với một hiệu suất chuyển hóa hay nồng độ của chất sản phẩm sẽ có

1 giá trị nhiệt mà ở đó vận tốc phản ứng v = vth-vng là lớn nhất, nhiệt độ đó gọi là

nhiệt độ thích hợp. Thay đổi hiệu suất chuyển hóa hay nồng độ chất sản phẩm ta

có các giá trị nhiệt độ thích hợp tương ứng.

Đồ thị đường cong biểu diễn quan hệ giữa hiệu suất phản ứng hay nồng độ chất

sản phẩm với nhiệt độ có tốc độ phản ứng cao nhất gọi là đường cong nhiệt độ

thích hợp. Đường cong nhiệt độ thích hợp thường nằm phía dưới đường cân

bằng.

32

Ý nghĩa của đồ thị biểu diễn đường cân bằng và đường cong nhiệt độ thích hợp:

Căn cứ vào đường cân bằng ta sẽ xác định được nồng độ của các chất ở trạng thái

phản ứng cân bằng.

Ví dụ: đối với phản ứng chuyển hóa CO

CO + H2O ⇄ H2 + CO2 + Q

Ở to = 432oC ta xác định được C*CO = 2.95% (C*

CO là nồng độ cân bằng của CO) tức

là không thể đạt được mức chuyển hóa cao hơn để Cco< 2.95% ở tại nhiệt độ phản

ứng là 432oC dù chạy máy ở phụ tải thấp, muốn đạt được Cco< 2.95% ta phải vận

hành ở nhiệt độ thấp hơn. Đối với công đoạn chuyển hóa CO xưởng NH3, để đạt

được hiệu suất chuyển hóa cao, nồng độ Cco thấp khoảng <0.23%, sau khi qua

chuyển hóa nhiệt độ cao nồng độ Cco <3.23% ta phải tiến hành hạ nhiệt độ khí

xuống khoảng 190oC, sử dụng xúc tác có hoạt tính ở nhiệt độ thấp để chuyển hóa

tiếp CO để đạt được nồng độ Cco < 0.23% (nhiệt độ đầu ra của LTS khi t=213oC,

Cco=0.18%).

Căn cứ vào đường cong nhiệt độ thích hợp người ta tính toán thiết kế kích thước thiết

bị, lượng xúc tác, giải pháp rút nhiệt phản ứng… sao cho nhiệt độ thao tác gần với

đường cong nhiệt độ thích hợp nhất để có tốc độ phản ứng tối ưu nhất. Đối với công

tác vận hành căn cứ vào đường cong nhiệt độ thích hợp ta có thể tham khảo để điều

chỉnh nhiệt độ thao tác sao cho hiệu suất chuyển hóa là cao nhất có thể.

Ví dụ: ta có thể điều chỉnh nhiệt độ vào tầng xúc tác từ 340 - 370oC, căn cứ vào

deltaT (nhiệt độ ra - nhiệt độ vào 10R2004), giá trị delta T nào lớn nhất tức là ta

đang thao tác ở nhiệt độ thích hợp nhất.

Câu hỏi và Bài tập Ứng Dụng Chương III

Câu 1: Áp dụng nguyên lý chuyển dịch cân bằng Lơsatơlie giải thích các hiện tượng sau:

1 Trong 2 bình kín có chứa chất lỏng thông nhau, có áp suất mặt thoáng là p1, p2 (p1 >

p2). Độ chênh lệch mặt thoáng của 2 bình sẽ thay đổi như thế nào khi:

- Tăng P1

- Tăng P2

% nồng độ sản phẩm hoặc

hiệu suất chuyển hóa

1: Đường cong cân bằng

2: Đường cong nhiệt độ thích hợp

1

2

0

T

33

2 Giải thích hiện tượng khi tăng nhiệt độ thì áp suất hơi bão hoà của chất lỏng tăng.

3 Khí nén khí thì áp suất tăng.

4 Hằng số vận tốc K phụ thuộc vào yếu tố nào? Đối với phản ứng thuận nghịch toả

nhiệt, có phải cứ tăng nhiệt độ thì tốc độ phản ứng sẽ tăng không? Giải thích.

Câu 2: Xưởng NH3:

1- Xét ảnh hưởng của áp suất và nhiệt độ đến cân bằng các phản ứng sau:

- Công đoạn Reforming:

CH� + H�O ⇌ CO + 3H� − 49.3 kcal/kmol

CH� + 2H�O ⇌ CO� + 4H� − 39.5 kcal/kmol

- Công đoạn chuyển hoá:

CO + H �O ⇌ H� + CO� + 9.8 kcal/kmol

- Công đoạn metan hoá:

CO + 3H� ⇌ CH� + H�O + 44.2 kcal/kmol

CO� + 4H� ⇌ CH� + 2H�O + 44.2 kcal/kmol

- Công đoạn tổng hợp NH3:

N2 + 3H2 ⇄ 2 NH3 + 11.6 kcal/kmol

2- Giải thích tại sao công đoạn chuyển hoá CO lại phải chia là 2 công đoạn HTS và

LTS, đối với công đoạn LTS tăng cao nhiệt độ vận hành có tốt không?

3- Công đoạn tổng hợp NH3: tại sao cùng một phụ tải, tăng lưu lượng khí tuần hoàn

qua tháp tổng hợp áp suất tháp tổng hợp sẽ có xu hướng giảm (các điều kiện khác

không thay đổi)?

4- Đối với công đoạn reforming và chuyển hoá CO, tăng tỷ lện S/C sẽ tăng hiệu suất

chuyển hoá CH4 và CO ? Giải thích.

5- Đối với công đoạn Reforming: để có hàm lượng CH4 ra khỏi 10R2003 thấp nhất, cần

phải quan tâm đến các yếu tố gì trong vận hành?

Câu 3: Xưởng Urê:

1- Nhiệt độ, áp suất có ảnh hưởng như thế nào đến hiệu suất phân giải tại hệ trung áp và

thấp áp? Giải thích?

2- Độ chân không tại công đoạn cô đặc ảnh hưởng như thế nào đến hiệu quả cô đặc?

giải thích?

34

Equilibrium of Ammonia Synthesis

Chương IV: THỦY ĐỘNG LỰC HỌC

Trong quá trình sản xuất của ngành hóa chất có quan hệ nhiều đến sự chuyển động của các

chất lỏng, khí, hơi,..vận tốc chuyển động của các chất này được quyết định bởi các định luật

về thủy cơ học. Vì vậy, đối tượng của thủy lực học là nghiên cứu về chất lỏng và các quy

luật tác động lên chất lỏng. Thủy lực học gồm hai phần chính:

- Thủy tĩnh học: nghiên cứu các định luật cân bằng của chất lỏng và tác dụng của

chất lỏng lên vật tiếp xúc với nó ở trạng thái tĩnh.

- Thủy động lực học chất lỏng: nghiên cứu các định luật chuyển động và tác động

của chất lỏng đang chuyển động lên các vật rắn tiếp xúc với nó khi vật rắn đứng

yên hoặc cùng chuyển động với nó.

IV.1 Thủy tĩnh học

Khi vận tốc chuyển động nhỏ hơn vận tốc âm thanh (khoảng 344 m/s) thì sự chuyển động

của các chất lỏng, hơi và khí cùng tuân theo một quy luật. Vì vậy trong thủy lực học dùng

danh từ chất lỏng là bao gồm chất lỏng, chất khí hoặc hơi.

IV.1.1 Phương trình cân bằng Euler (Ơ le)

Qua nghiên cứu và giải phương trình toán, nhà bác học Euler đã thiết lập được phương trình

cơ bản của thủy tĩnh học như sau: (xem hình IV-01)

35

. .

A B

A B

p pz z

g g

(IV-1)

Trong đó:

+ zA, zB : chiều cao hình học của hai điểm A, B so với mặt chuẩn O-O, [m].

+ pA, pB : áp suất tác dụng lên chất lỏng tương ứng với điểm A, B, [N/m2].

+ ρ: khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3).

+ g: gia tốc trọng trường: g = 9.81 (m/s2).

+ ,. .

A Bp p

g g : chiều cao áp suất hay chiều cao “pazômét” tại hai điểm A, B, [m].

+ p

z

: gọi là cột áp tĩnh.

IV.1.2. Ứng dụng của phương trình cơ bản

Định luật Pascal (Định luật truyền áp suất)

Từ phương trình (IV-1) suy ra: PB = PA + ρ.g(ZA – ZB)

Định luật Pascal: Trong chất lỏng không bị nén ép ở trạng thái đứng yên, nếu tăng áp suất

PA tại điểm A thêm một lượng nào đó thì áp suất PB tại điểm B nào đó trong chất lỏng cũng

tăng thêm một lượng đúng bằng như vậy.

Định luật Pascal được ứng dụng để chế tạo các máy nén thủy lực. Nếu tác dụng lên piston 1

(xem hình IV- 02) có tiết diện là f1 một lực là F1 nó sẽ truyền vào chất lỏng một áp suất

11

1

Fp

f , áp suất p1 sẽ truyền trong chất lỏng sang piston 2 có tiết diện f2 >> f1 tạo nên một

lực F2 tác dụng lên piston 2.

36

Ta có: F2 = P2*f2 = P1*f2 = F1/f1 *f2 F2/F1 = f2/f1.

Nhận xét: nếu ta tác động một lực F1 tương đối nhỏ lên piston 01, sẽ nhận được lực F2 rất

lớn so với lực F1 tác động lên piston 02. Tỉ lệ giữa F2 và F1 càng lớn khi tỉ lệ giữa f2 và f1

càng lớn. Lực F2 sẽ nén ép vật cần nén giữa piston 02 và giá cố định.

IV.1.3. Điều kiện cân bằng giữa 02 bình thông nhau

a. Đối với 02 bình hở

Xét hình IV-03 gồm hai bình hở thông nhau và thông với khí quyển, áp suất tác động lên mặt thoáng 02 bình là áp suất khí quyển Pa. Xét 01 điểm C bất kỳ trong lòng chất lỏng. Lấy bề mặt chuẩn O-O qua điểm C. Gọi chiều cao 02 mặt thoáng đến mặt chuẩn O-O là ZA và ZB. Áp suất tại điểm C sẽ là:

Do tác dụng của bình A tại điểm C, ta có: PA = Pa + ρ.g.ZA.

Do tác dụng của bình B tại điểm C, ta có: PB = Pb + ρ.g.ZB.

Do chất lỏng ở trạng thái đứng yên nên ta có: PA = PB

Pa + ρ.g.ZA = Pa + ρ.g.ZB

ZA = ZB

Kết luận: trong 02 bình thông nhau để hở cùng chứa một chất lỏng đồng nhất thì mức chất

lỏng trong 02 bình chứa hở cùng nằm trên cùng một mặt phẳng ngang.

37

b. Đối với 02 bình thông nhau kín (Xem hình IV-04)

Hai bình cùng chứa một chất lỏng đồng nhất, áp suất trên mặt thoáng của 02 bình là khác

nhau.

Gọi áp suất tác dụng lên mặt thoáng bình A, B lần lượt là PA, PB giả thiết PA < PB.

Tương tự như phần a) xét điểm C trong lòng chất lỏng, ta có:

PA = Pa + ρ.g.ZA

PB = Pa + ρ.g.ZB

Vì chất lỏng ở trạng thái đứng yên nên ta có:

PA= PB

Pa + ρ.g.ZA = Pa + ρ.g.ZB

ZA - ZB = (PB – PA)/(ρ.g)

Kết luận: trong hai bình thông nhau cùng chứa một chất lỏng đồng nhất nhưng áp suất trên

mặt thoáng là khác nhau thì độ chênh lệch mức chất lỏng trong hai bình đó tỉ lệ thuận với

độ chênh lệch áp suất trên mặt thoáng của 02 bình đó.

IV.1.4. Áp lực của chất lỏng lên thành bình và đáy bình

Áp dụng phương trình cơ bản Euler (IV-1) ta tính được:

38

Áp suất tại đáy bình : PA = P0 + ρ.g.H

Trong đó:

+ PA: là áp suất thủy tĩnh tại điểm A đáy bình (N/m2)

+ H: chiều cao từ mặt thoáng đến đáy (m)

+ Po: áp suất trên bề mặt chất lỏng (N/m2)

+ρ: là khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3)

+ g: gia tốc trọng trường (g = 9.81 m/s2)

Áp suất thủy tĩnh lên thành bình tại vị trí B có chiều cao so với mặt chất lỏng là Z.

PB = Po + ρ.g.Z

Trong đó: PB là áp suất thủy tĩnh lên thành bình tại vị trí B có chiều cao so với bề mặt

thoáng là Z (m).

Nhận xét: áp suất thủy tĩnh lên đáy bình và thành bình chỉ phụ thuộc vào chiều cao của cột

chất lỏng tính từ mặt thoáng chất lỏng đến đáy bình hoặc thành bình, nó không phụ thuộc và

hình dạng và độ nghiêng của thành bình.

IV.2 Thủy động lực học

IV.2.1. Độ nhớt của chất lỏng và các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhớt

Ký hiệu độ nhớt:

Định nghĩa: độ nhớt của chất lỏng là một đại lượng vật lý của chất đó và nó đặc trưng cho

lực ma sát giữa các lớp chất lỏng với nhau.

Đơn vị đo độ nhớt: 2

.

m

sN, P (poa)

2

.1 100 ( )

N scP centipoa

m

Ví dụ: 2

1H O cP ; 1500glyxerin cP

Độ nhớt của chất khí thường nhỏ hơn độ nhớt của chất lỏng rất nhiều.

Đối với chất lỏng thì khi nhiệt độ tăng thì độ nhớt giảm. Khi thay đổi áp suất thì độ

nhớt của chất lỏng thay đổi không đáng kể, đặc biệt trong điều kiện áp suất thường

và áp suất thấp.

Đối với chất khí thì khi nhiệt độ tăng thì độ nhớt tăng; khi thay đổi áp suất thì độ

nhớt thay đổi đáng kể, khi áp suất tăng thì độ nhớt tăng.

IV.2.2 Chế độ chuyển động của chất lỏng

Các chế độ chuyển động của chất lỏng:

39

- Chế độ chảy màng: các phân tử chất lỏng chuyển động song song với dòng chảy.

- Chế độ chảy xoáy: các phần tử chất lỏng chuyển động hỗn độn với nhau.

- Chế độ chảy quá độ: là chế độ chuyển động trung gian giữa 02 chế độ chảy trên.

Để đặc trưng cho chế độ chảy người ta đưa ra đại lượng Re (Reynold: chuẩn số

Râynon). Nó là một đại lượng không đơn vị thứ nguyên.

Công thức: .w.

Red

Trong đó:

o w – vận tốc chuyển động của chất lỏng, [m/s].

o d – đường kính trong của ống dẫn, [m].

o - khối lượng riêng của chất lỏng, [kg/m3].

o - độ nhớt của chất lỏng, [Ns/m2].

Bằng nghiên cứu thực nghiệm, người ta xác định:

o Re < 2300: chất lỏng ở chế độ chảy dòng.

o Re > 10000: chất lỏng ở chế độ chảy xoáy.

o 2300 < Re < 10000: chất lỏng ở chế độ chảy quá độ.

Ghi chú: khái niệm về chuẩn số. Chuẩn số là một đại lượng không thứ nguyên, nó được đặc

trưng cho một quá trình nào đó.

Ví dụ:

+ Chuẩn số Reynold: .w.

Red

: đặc trưng cho chế độ chuyển động của chất lỏng.

+ Chuẩn số Nuxen: .L

Nu

: đặc trưng cho quá trình cấp nhiệt.

Trong đó:

o là hệ số cấp nhiệt (J/m2.s.độ)

o là Độ dẫn nhiệt (W

.m K)

o L: kích thước hình học (m).

IV.2.3 Lưu lượng, vận tốc của chất lỏng chuyển động

- Lưu lượng của chất lỏng: là lượng của chất lỏng chảy qua tiết diện ngang của ống

dẫn trong một đơn vị thời gian.

Ký hiệu lưu lượng: V

Đơn vị tính: m3/h, kg/h,...

40

- Vận tốc chuyển động của chất lỏng: là lượng chất lỏng chảy qua một đơn vị diện

tích tiết diện ngang của ống dẫn trong một đơn vị thời gian.

Ký hiệu vận tốc là: W

Công thức: WV

f

Trong đó:

o W: là tốc độ: 3 3

2 2 2; ; ;...

. . .

m m kg

m h m s m h

o V: là lưu lượng: m3/s, kg/h, m3/h,...

o f: tiết diện ngang của ống dẫn (m2)

IV.2.4 Phương trình cơ bản về chuyển động

a) Qua nghiên cứu và giải phương trình toán, người ta đã tìm ra được phương trình cơ bản

về chất lỏng chuyển động qua đoạn dòng chảy ổn định nằm giữa 2 mặt cắt ướt 1-1 và 2-2

như sau:

2 21 1 2 2

1 2W W

. 2. . 2. .mPp p

z zg g g g g

(IV-2)

Trong đó:

o P1, P2: là áp suất thủy tĩnh tại 02 điểm A, B tương ứng với 02 mặt cắt 1-1 và 2-2.

o Z1, Z2: chiều cao hình học của 02 điểm A, B so với mặt chuẩn O-O.

o W1, W2: là vận tốc chuyển động của chất lỏng tại vị trí A, B.

o ∆Pm: là năng lượng mất mát để thắng trở lực.

o g: gia tốc trọng trường.

o ρ: khối lượng riêng của chất lỏng.

Phương trình (IV-2) còn được gọi là phương trình Bernoulli.

b) Ứng dụng của phương trình cơ bản Bernoulli

41

o Dùng để tính toán thiết kế các loại bơm vận chuyển chất lỏng.

o Dùng để tính toán vận tốc chất lỏng chảy ra từ các thùng chứa chất lỏng.

o Dùng để thiết kế các dụng cụ đo vận tốc, lưu lượng chất lỏng trong ống dẫn.

IV.2.5. Trở lực của thủy lực trong ống dẫn chất lỏng

Chất lỏng chuyển động trong ống dẫn, thiết bị luôn có tổn hao năng lượng để khắc phục trở

lực trên đường ống, thiết bị. Trở lực của chất lỏng hợp bởi:

a) Trở lực ma sát: trở lực ma sát xảy ra trên suốt chiều dài của ống dẫn. Giá trị của trở lực

ma sát phụ thuộc vào các yếu tố sau:

Chế độ của dòng chảy chất lỏng trong ống dẫn: chuẩn số Reynold

Tính chất vật lý của chất lỏng như nhiệt độ, độ nhớt,...

Kích thước, hình dạng của ống dẫn.

Bề mặt tiếp xúc của ống dẫn: độ nhám của thành ống.

Ký hiệu: trở lực ma sát thường được ký hiệu là hm, Hm, DPm (∆Pm = hm.g.ρ)

Qua nghiên cứu người ta đưa ra công thức tính trở lực ma sát như sau:

2w

2m

lh

d g

(VI-3)

Trong đó:

o : là hệ số ma sát, nó phụ thuộc vào tính chất vật lý của chất lỏng, độ nhám của ống

dẫn và chế độ dòng chảy. Re

Trong

đó là hệ số thực nghiệm, là hệ số không có thứ nguyên. Trong tính toán thiết

kế người ta thường tính toán và tra cứu các kết quả nghiên cứu thực nghiệm.

- l: chiều dài đường ống dẫn, m.

- d: đường kính ống dẫn, m.

- w: vận tốc chuyển động của chất lỏng, m/s.

- g: gia tốc trọng trường, m/s2.

Để thể hiện rõ ảnh hưởng của trở lực đối với vận tốc người ta thường sử dụng công thức:

2w

2m mh

g

Trong đó .m

l

d gọi là hệ số trở lực ma sát.

b) Trở lực cục bộ: trở lực cục bộ xảy ra khi chất lỏng thay đổi dòng chuyển động hoặc chảy qua các chỗ đột thu, đột mở của đường ống, qua các van, khóa, chỗ vào, ra thiết bị,...tức là qua những điểm trên dòng chảy làm thay đổi chế độ dòng của chất lỏng gây nên tăng trở lực của hệ thống.

Ký hiệu: thông thường là hcb.

42

Công thức: 2w

2cb cbh

g

Trong đó cb : là hệ số trở lực cục bộ, là một đại lượng không thứ nguyên, phụ thuộc vào

đặc tính cấu tạo của các bộ phận gây ra trở lực do sự thay đổi chế độ của dòng chảy. Nó

được xác định bằng thực nghiệm và được tra cứu trong các sổ tay hóa công.

c) Trở lực thủy lực của chất lỏng trong ống dẫn: ký hiệu là Hm.

Ta có:

2 2 2w w w

. . .2. 2. 2.

m m cb m cbH h hg g g

(IV-4)

Trong đó: m cb gọi là hệ số trở lực chung.

d) Ứng dụng của việc nghiên cứu trở lực đối với người vận hành:

Trở lực hệ thống gắn liền với tiêu hao năng lượng và nhiều trường hợp ảnh hưởng đến chế

độ vận hành của máy móc, thiết bị. Vì vậy, người vận hành cần nắm vững và biết ảnh

hưởng của nó để có hành động ứng xử hợp lý hiệu quả.

- Theo công thức (IV-4), trở lực chung tỉ lệ thuận bình phương với vận tốc chuyển

động của chất lỏng. Vì vậy khi tăng phụ tải của thiết bị, hệ thống trở lực sẽ tăng

bằng bình phương cuả tăng phụ tải.

- Đối với hỗn hợp khí, cùng một phụ tải khi giảm áp suất vận hành, tốc độ khí tăng tỉ

lệ thuận với độ giảm của áp suất. Nên khi giảm áp suất vận hành trở lực của hệ

thống tăng tỉ lệ nghịch với độ giảm của áp suất.

- Trong trở lực chung trở lực cục bộ đóng góp đáng kể. Trở lực cục bộ phụ thuộc rất

lớn vào độ mở các van và độ sạch của các bộ lọc. Vì vậy, trong vận hành để giảm

trở lực cục bộ luôn lưu ý: trong vận hành bình thường các van block (van chặn) nên

mở to, van điều khiển chỉnh dòng nên mở càng lớn càng tốt, các bộ lọc phải chú ý

cho vệ sinh định kỳ, tránh để bẩn làm tăng trở lực cục bộ.

- Hệ số trở lực ξ: phụ thuộc nhiều vào độ nhớt của chất lỏng. ξ tăng khi độ nhớt tăng.

Đối với chất lỏng thì khi nhiệt độ giảm làm độ nhớt tăng đáng kể. Vì vậy, phải chú

ý đến nhiệt độ vận hành của chất lỏng không để thấp quá (nhất là đối với các chất

lỏng có độ nhớt cao, nó sẽ thay đổi nhiều khi thay đổi nhiệt độ).

Câu hỏi và Bài tập ứng dụng Chương IV

1. Áp suất thủy tĩnh của chất lỏng ở đáy bồn chứa phụ thuộc vào những yếu tố nào?

2. Một bồn chứa chất lỏng đặt ở sát mặt đất, sau đó ta di chuyển bồn chứa lên độ cao

cách mặt đất 20m, hỏi áp suất thủy tĩnh của chất lỏng tại đáy bồn chứa tại 02 trường

43

hợp đó có thay đổi không? Giải thích?

3. Giải thích tại sao trong một máy nén nhiều cấp, khối lượng khi qua các đoạn như

nhau, mà các đoạn sau đường ống dẫn khí lại có đường kính nhỏ hơn các đoạn trước.

4. Khi chạy phụ tải 100% công suất, ∆� của R2004 là 0.42 bar. Tính toán gần đúng ∆�

của R2004 khi chạy ở phụ tải 80%, 108% biết rằng các điều kiện vận hành t0, P,

thành phần khí tại các phụ tải là như nhau.

5. Xưởng NH3 chạy máy ở phụ tải 100% công suất. So sánh ∆� của thiết bị R2004

trong 02 trường hợp:

- P = 28barr

- P=30 bar

Các điều kiện công nghệ khác như nhau.

6. Tính vận tốc nước chảy ra tại A và

B biết: hệ số trở lực khi chất lỏng

chảy tại miệng A là ε�=0.05, tại B

là ε�=0.15, ZA=3m, ZB=10m.

(Hình A)

7. Tính vận tốc nước chảy ra tại

miệng ống B biết:

- Mức bồn không đổi.

- Hệ số trở lực chảy trong ống là ε

= 0.15

- Chiều cao Z=10m.

- Tính áp suất thủy tĩnh tại đỉnh

ống (chữ U) vị trí A.

- Tính lưu lượng nước chảy qua

miệng B biết đường kính ống là 2

inches.

8. Sự cố ngày 18-2-2012 tại xưởng NH3: chênh áp của thiết bị 10-H2001 tăng từ 2.6

barg lên 6.3 barg trong thời gian ngắn.Hãy nêu các nguyên nhân có thể gây nên hiện

tượng trên, cách nhận biết các nguyên nhân đó, giải thích?

44

Chương V: VẬN CHUYỂN CHẤT LỎNG

V.1 Các Thông Số Cơ Bản Của Bơm.

V.1.1 Năng suất: ký hiệu Q, đơn vị m3/h

Năng suất của bơm là thể tích chất lỏng được bơm vận chuyển trong 01 đơn vị thời

gian.

V.1.2 Áp suất toàn phần của bơm (chiều cao đẩy của bơm):

Áp suất toàn phần của bơm (chiều cao đẩy của bơm) là đại lượng đặc trưng cho năng

lượng riêng do bơm truyền cho 01 đơn vị trọng lượng của chất lỏng, được xác định

bằng phương trình Becnuli.

Áp suất toàn phần của bơm là chiều cao 1 kg chất lỏng cần bơm có thể đẩy lên được

nhờ năng lượng mà bơm cung cấp.

V.1.3 Công suất của bơm:

Công suất của bơm là lượng năng lượng tiêu thụ của động cơ, hoặc tua bin để bơm

hoạt động trong 01 đơn vị thời gian. Ký hiệu N, đơn vị là W, Kwh

� =��

=��

(W)

Trong đó:

Q: năng suất bơm (��

�)

�: Khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3).

�: là gia tốc trọng trường: � = 9.81�/�2

H: áp suất toàn phần của bơm (m).

45

��: công suất hữu ích của bơm, tức là năng lượng mà bơm truyền cho chất

lỏng. �� = �� (�).

: hiệu suất chung của bơm.

V.1.4 Hiệu suất của bơm:

Hiệu suất của bơm là đại lượng biểu thị mức độ sử dụng hữu ích năng lượng tiêu thụ

của bơm, kí hiệu

=��

�

(%)

là hiệu suất của bơm thường được xác định từ các đường đặc tuyến của bơm và được xác

định bằng thực nghiệm rong tài liệu được cung cấp bởi nhà chế tạo bơm.

Thông thường = 0.72 − 0.93

V.2 Áp suất toàn phần, chiều cao hút và NPSH của bơm

V.2.1 Áp suất toàn phần của bơm

Dựa vào hình V-01 ta xem xét trong hình vẽ:

- Ph, Pđ: là áp suất được đo tại cửa vào và cửa ra của bơm.

- P1, P2 là áp suất tác động lên mặt thoáng của bể hút và bể đẩy.

- H1, H2 là chiều cao hình học từ 1-1 (qua tâm bơm) đến mức 2-2 (mặt thoáng bể hút) và

mức 3-3 (mặt thoáng của bể đẩy).

- H0 là chiều cao tính từ mức của 02 mặt thoáng 2-2 và 3-3.

Thiết lập phương trình Becnuli cho mặt cắt 1-1 và 2-2 ta có:

mh

hh hg

P

g

wH

g

w

g

P

22

2

1

2

11 (V-1)

Trong đó: 1w là vận tốc của chất lỏng trong bể hút

hw là vận tốc của chất lỏng trong ống hút

Ho

46

mhh là năng lượng tổn thất trong ống hút

Từ phương trình (V.1) suy ra:

mh

hh hg

wH

g

w

g

P

g

P

22

2

111

(V-2)

Tương tự thiết lập phương trình Becnuli cho mặt cắt 1-1 và 3-3 ta có:

mđđđ h

g

P

g

wH

g

w

g

P

2

2

22

2

22

Suy ra:

g

wh

g

P

g

wH

g

P đmđ

đ

22

22

2

22

(V-3)

Trong đó: 2w là vận tốc chất lỏng trong bể chứa

đw là vận tốc chất lỏng trong ống đẩy

mđh là năng lượng tổn thất trong ống đẩy

Từ phương trình (V-2 và V-3) ta có:

Áp suất toàn phần của bơm: mhmđđhhđ hhHH

g

ww

g

PP

g

PPH

21

2212

2

Vì tiết diện các bể chứa lớn so với ống nên coi 21, ww 0

Thường thì đường kính ống đẩy và đường kính ống hút của bơm chất lỏng bằng nhau nên

hđ ww

Ta có:

mhHg

PPH 0

12

(trong đó mđmhm hhh ) (V-4)

Nếu áp suất bể chứa hút và đẩy bằng nhau thì ta có:

mhHH 0

Phương trình (V-4) là phương trình cơ bản để tính áp suất toàn phần của bơm.

V.2.2 Chiều cao hút của bơm

Về nguyên tắc bơm có thể đặt cao hơn mặt thoáng của bể hút mà bơm vẫn hoạt động được,

đó là nhờ tác dụng của hiệu số áp suất của bể hút và áp suất cửa vào bơm Ph, tức là nhờ giá

47

trị g

PP h

1 mà chất lỏng được hút từ bể hút lên bơm. Chiều cao hút H1 được xác định dựa

vào phương trình:

mh

hh hg

ww

g

P

g

PH

2

21

21

1

Do 0w

=> ��

��− �

��

��+

��

��+ ℎ�� (V-5)

Từ phương trình (V-5) ta rút ra nhận xét:

- Chiều cao hút �� của bơm tăng khi áp suất bể hút �� tăng, áp suất cửa hút �� giảm vận

tốc chất lỏng đầu hút giảm và trở lực ℎ�� giảm.

- Khi giảm �� tới áp suất bão hòa �� của chất lỏng ở nhiệt độ cửa hút , chất lỏng sẽ ở

trạng thái sôi và bơm không thể làm việc được. Vì vậy �� phải nhỏ hơn ��.

- Vì vậy chiều cao hút của bơm:

��

��− �

��

��+��

�

2�+ ℎ��

Giá trị lớn nhất của chiều cao hút �� khi �� = ��

- Áp suất bão hòa của chất lỏng tăng khi nhiệt độ của chất lỏng tại đầu hút tăng. Như vậy

khi nhiệt độ tăng thì chiều cao hút của bơm giảm dần. Do vậy đối với bơm chất lỏng ở

điều kiện sôi ở áp suất �� thì bể hút thường đặt ở vị trí cao hơn vị trí đặt bơm một giá trị

thích hợp, ít nhất là độ cao đó phải lớn hơn chiều cao ℎ =��

��+ ℎ��(m) thì bơm mới

vận hành ổn định, không bị xâm thực.

V.2.3 NPSH và NPSHa của bơm.

Trong các thông số cơ bản của bơm chất lỏng, có đại lượng ghi là NPSH, đơn vị là m vì vậy

người vận hành cần hiểu NPSH là gì, giá trị của nó có ý nghĩa như thế nào?

Trong thực tế chế tạo và vận hành bơm, áp suất đầu hút của bơm �� được đo tại cửa vào của

bơm, sau van cửa vào của bơm (tính theo chiều của chất lỏng). Vì vậy khi bơm vận hành sẽ

có tổn thất áp suất từ điểm đo áp suất đầu hút đến buồng hút tại tâm cánh guồng, hoặc

buồng xilanh của bơm piston cột áp tương ứng với tổn thất áp suất này được gọi là NPSH

của bơm. Để bơm vận hành được, không bị xâm thực thì tối thiểu �� của bơm phải lớn hơn

áp suất hơi bão hòa của chất lỏng ở nhiệt độ cửa hút bằng giá trị của NPSH, có nghĩa là

�� − �� ≥ ��.

Vậy NPSH ghi trên bơm chính là cột áp hút thể hiện giá trị tổn thất áp suất đầu vào thực tế

của bơm thường gọi là cột áp hút yêu cầu của bơm. NPSH từng loại bơm phụ thuộc vào cấu

tạo của ống cửa vào thân bơm, cấu tạo của cánh guồng, vận tốc chất lỏng thiết kế, tính chất

của chất lỏng. Thông số NPSH được nhà chế tạo tính toán, thực nghiệm và được ghi trong

48

bảng giá trị của bơm.

NPSHa là cột áp hút thực của bơm tại điều kiện vận hành:

�� =��

��(m)

�� là áp suất bão hòa của chất lỏng tại nhiệt độ đầu hút

Để bơm vận hành được thì: �� > �� (Cột áp hút thực > cột áp yêu cầu)

V.2.4 Hiện tượng xâm thực của bơm chất lỏng

Khi �� ≤ ��, chất lỏng vào cửa hút bơm sẽ sôi và hóa hơi, hơi này sẽ tạo thành các

túi khí trong chất lỏng, khi ra buồng đẩy vùng có áp suất cao, hơi này sẽ ngưng tụ và tạo

nên những khoảng trống, chất lỏng xung quanh sẽ dồn vào, dẫn đến giảm nhanh chiều cao

đẩy của bơm và gây nên va đập thủy lực rất lớn gây ra tiếng ồn, rung chuyển mạnh có thể

phá hủy bơm. Hiện tượng này gọi là hiện tượng xâm thực bơm. Ngoài ra hiện tượng xâm

thực bơm còn kèm theo ăn mòn hóa học thì bơm sẽ bị phá hủy nhanh chóng, nhiều khi chỉ

qua vài giờ làm việc.

Để ngăn ngừa hiện tượng xâm thực, phải quan tâm đến áp suất đầu hút và nhiệt độ của chất

lỏng tại đầu hút đảm bảo �� lớn hơn NPSH yêu cầu càng nhiều thì càng tốt.

V.3 Bơm Ly Tâm

V.3.1 Nguyên lý làm việc của bơm ly tâm

- Năng lượng vận chuyển chất lỏng là nhờ lực li tâm

cho cánh guồng quay.

- Chất lỏng được hút đi vào theo hướng thẳng với

trục cánh guồng và dưới tác dụng của lực ly tâm,

chất lỏng nhận được năng lượng và tăng áp suất,

đẩy chất lỏng xả theo ống đẩy của bơm.

- Đặc điểm của bơm ly tâm:

Chất lỏng được vận chuyển liên tục, ổn định.

Bơm ly tâm không có khả năng tự hút chất lỏng

lên bơm, vì thế trước khi chạy bơm phải tiến hành mồi chất lỏng đầy bơm.

Áp suất tạo ra phụ thuộc tốc độ quay của cánh guồng, tốc độ quay của cánh guồng

càng lớn thì tạo ra áp suất đẩy càng cao, song nếu tốc độ quay cao sẽ giảm hiệu

suất gây tiêu hao động lực lớn, khi cần áp suất đầu đẩy cao phải dùng bơm nhiều

cấp.

Trên đường ống đẩy của bơm phải có van 01 chiều để ngăn chặn chất lỏng chảy

ngược khi bơm ngừng đột xuất không kịp đóng van ngắt, gây cánh guồng quay

ngược dễ hỏng bơm. Trong trường hợp đặc biệt do đặc tính của dòng chất lỏng

không được lắp van một chiều cửa đẩy, phải thiết kế cánh guồng chịu được hiện

tượng quay ngược.

49

V.3.2 Định luật tỷ lệ của bơm ly tâm

Định luật tỷ lệ của bơm ly tâm thể hiện qua năng suất Q, áp suất toàn phần H, công suất N

của bơm với số vòng quay của cánh guồng. Quan hệ đó gọi là định luật tỷ lệ của bơm ly tâm

và được thể hiện như sau:

a) Sự biến đổi năng suất của bơm ly tâm tỷ lệ thuận với số vòng quay: ��

��=��

��

b) Áp suất toàn phần của bơm ly tâm tạo ra tỷ lệ thuận với bình phương của số vòng

quay: ��

��

= (��

��)�

c) Công suất của bơm tỷ lệ thuận với năng suất và áp suất toàn phần vì vậy công suất

của bơm ly tâm tỷ lệ thuận với lũy thừa bậc 3 của số vòng quay:

��

��= (

��

��)�

V.3.3 Đường đặc tuyến của bơm ly tâm

Đặc tuyến của bơm ly tâm là các

đường cong thực nghiệm được thiết

lập bởi nhà chế tạo bơm, biểu diễn

mối quan hệ giữa năng suất Q của

bơm với các đại lượng áp suất toàn

phần H, công suất tiêu thụ N và

hiệu suất của bơm khi số vòng

quay n của bơm không thay đổi căn

cứ vào đường đặc tuyến người ta

chọn được năng suất vận hành của

bơm ở điểm có sử dụng năng

lượng cao nhất. Qua các đường đặc tuyến của bơm ly tâm ta có một số nhận xét:

- Năng suất của bơm có thể thay đổi được khi tăng áp suất toàn phần H của bơm bằng

cách điều chỉnh độ mở của van trên đầu đẩy.

- Vận hành bơm trong điều kiện năng suất lớn hay nhỏ hơn năng suất thiết kế, hiệu suất

năng lượng của bơm không tối ưu.

- Khi tăng năng suất của bơm thì công suất của bơm tăng nhanh hơn, dễ dẫn đến quá tải

động cơ dẫn động.

V.4 Bơm piston

V.4.1 Nguyên lý làm việc của bơm Piston

50

Bơm piston hoạt động theo nguyên lý biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến

qua piston nén và truyền năng lượng cho chất lỏng để tạo áp suất và vận chuyển chất lỏng.

Khi piston chuyển động từ trái sang phải, áp suất trong buồng xilanh giảm, van đầu đẩy

đóng, van đầu hút mở, chất lỏng được hút đầy vào xilanh, khi piston chuyển động từ phải

sang trái, áp suất trong xilanh tăng lên, van đầu hút đóng và van đầu đẩy mở (khi áp suất

trong xilanh lớn hơn áp suất trong ống đẩy), chất lỏng được đẩy từ xi lanh sang ống đẩy,

mỗi vòng quay thực hiện một hành trình hút và đẩy chất lỏng.

V.4.2 Đặc điểm của bơm piston.

- Tạo được áp suất cao theo mong muốn.

- Năng suất chất lỏng qua bơm không thay đổi được khi vòng quay của động cơ không

thay đổi. Khi cần cấp lượng chất lỏng thấp hơn năng suất của bơm người ta phải tuần

hoàn một lượng từ cửa đẩy về cửa hút gây lãng phí năng lượng.

- Chất lỏng được vận chuyển không đều, để hạn chế người ta thường sử dụng bơm có

nhiều xi lanh, sắp xếp hành trình của các xilanh lệch nhau, cửa đẩy của bơm thường

thiết kê thêm thiết bị giãn nở để ổn định áp suất và dòng chảy.

- Bơm thường cồng kềnh, năng suất thấp vì vậy người ta thường chỉ sử dụng bơm piston

trong trường hợp cần áp suất cao và năng suất thấp.

V.4.3 Một số chú ý khi vận hành bơm piston.

- Trước khi khởi động bơm phải mở van đường gần hoặc mở sẵn van đầu đẩy, tránh

trường hợp khi bơm khởi động, đầu đẩy không có lối thoát, áp suất sẽ tăng nhanh gây

nhảy van an toàn, hoặc nổ đường ống hoặc phá hỏng bơm.

- Van hút và van đẩy của xilanh là van 01 chiều, khi 01 trong 02 van này bị rò, bơm sẽ

mất hoặc giảm năng suất, khi có hiện tượng giảm năng suất bơm phải cho khắc phục rò

của van 01 chiều này.

- Tổn thất năng suất bơm piston thường gặp lượng chất lỏng rò qua vòng bịt kín khe hở

giữa piston và thành xilanh do lực ma sát trong quá trình vận hành, khi lượng rò đáng

kể phải ngừng bơm để xử lý bộ phận bịt kín.

Câu hỏi và Bài tập ứng dụng Chương V

51

1) Áp suất toàn phần (chiều cao đẩy) của bơm ly tâm phụ thuộc vào những yếu tố nào?

2) Tại sao đường hút của bơm chất lỏng thường được thiết kế có đường kính lớn hơn

đường đẩy của bơm?

3) Tại sao trong khi vận hành các van trên đường hút phải mở to nhất có thể và bộ lọc

cửa vào bơm phải đảm bảo sạch?

4) NPSH ghi trên bơm là gì, ý nghĩa của nó như thế nào?

5) NPSH phụ thuộc vào những yếu tố nào? Khi vận hành NPSH có thay đổi không?

6) NPSHa là gì? Ý nghĩa của nó?

7) Biết 10-P-5052A/B xưởng amonia có thông số kỹ thuật như sau:

Q = 1.5m3/h, H = 150m, NPSH = 1m, N =1Kw, khối lượng riêng của dịch � =

900kg/m3 bơm dịch từ 10T5052 có P =15.7 bar đến 10T5053 có P = 26 bar.

Tính:

- Hiệu suất chung của bơm.

- Khi 10T5053 làm việc bình thường P = 26 bar nhưng 10T5053 phải hạ áp xuống

còn P = 10 bar, bơm 10P5052 có vận hành được không? Tại sao?

8) Bơm 30-P-3002A có thông số kỹ thuật như sau: Q = 7590m3/h, H = 40m, công suất

tiêu thụ N = 1000Kw, � = 1000kg/m3, số vòng quay của tua bin n = 4500 vòng/phút

Tính:

- Hiệu suất của bơm.

- Năng suất của bơm khi số vòng quay của tuabin tăng 2%, 3%, 5% biết rằng đầu

hút và đầu đẩy của mạng chung không thay đổi.

9) NPSH của bơm 10P8001 là 5.9m, nhiệt độ nước vào của bơm là 120 độ C, áp suất

đồng hồ cửa hút chỉ là P=1.5 barg. Hỏi bơm có vận hành được không? Tại sao? Đề

xuất các giải pháp khắc phục để bơm vận hành được.

10) Bơm 20-P1001 xưởng urê có: H=3495m, Áp xuất cửa hút:P = 23,5 barg, nhiệt độ

cửa hút t = 35 oC, dùng để bơm NH3 lỏng.

- Tính áp xuất cửa ra của bơm.

- Có thể thay NH3 lỏng bằng nước được không? giải thích.

52

Chương VI: MÁY NÉN KHÍ

VI.1 Một số khái niệm cơ bản về máy nén khí

VI.1.1 Khái niệm cơ bản

a. Tỷ số nén: là tỉ lệ giữa áp suất khí sau khi nén và áp suất trước khi nén của mỗi đoạn

(mỗi cấp) của quá trình nén.

Ký hiệu là Z

Z = ��

�� (VI-1)

Trong đó: P1 là áp suất trước khi nén

P2 là áp suất sau khi nén

b. Thể tích riêng

Thể tích riêng là thể tích của 1 kg chất khí ở điều kiện khảo sát.

Ký hiệu: ν, đơn vị là m3/kg

ν =��

�.22.4

�.(1 +

�

273)

Trong đó:

M: khối lượng phân tử của 1 mol hỗn hợp khí, kg/kmol.

Đối với hỗn hợp khí: � = ∑ C�.M��

Ci: là phần trăm mol của chất i

n: là số chất trong hỗn hợp

Mi: là khối lượng phân tử của chất i

Ví dụ: Tính thể tích riêng của khí vào máy nén tổng hợp 10K4031 biết P = 26

53

barg; to = 43oC; CH2 = 0.7241; CN2 = 0.2628; CAr = 0.0032; CCH4 = 0.0099;

Tính M của hỗn hợp khí:

M=0.7241x2 + 0.2628x28 + 0.0099x16 + 0.0032x40 = 9.1 kg/kmol

Tính thể tích riêng:

ν =��

�.22.4

�.�1 +

�

273� =

1.0133

27.22.4

9.1. �1 +

43

273� = 0.107��/��

VI.1.2 Đồ thị công năng của quá trình nén

Khi thực hiện quá trình nén khí, ta phải sử dụng một công thông qua lực li tâm hoặc

lực nén ép để thay đổi trạng thái khí từ trạng thái A (P1, V1) đến trạng thái B (P2,

V2; P2>P1, V2<V1). Sự thay đổi đó được biểu diễn trên đồ thị quan hệ giữa áp suất

và thể tích của chất khí. Đồ thị này được gọi là đồ thị công năng của quá trình nén

khí. Về lí thuyết: công năng tiêu thụ cho quá trình nén khistuwf trạng thái A đến

trạng thái B chính bằng diện tích của hình ABCD.

VI.1.3 Ba quá trình nén

Căn cứ vào trạng thái thay đổi của thể tích khí không giống nhau trong quá trình nén

người ta chia quá trình nén thành ba loại:

a. Quá trình nén đẳng nhiệt (t= const)

Trong quá tình nén do ngoại lực đã tác động một công đối với thể khí làm cho thể

tích khí giảm, áp suất tăng đồng thời làm cho nhiệt độ khí tăng. Nếu trong quá trình

nén, bằng cách nào đó rút được toàn bộ lượng nhiệt do quá trình nén sinh ra làm cho

nhiệt độ của khí không thay đổi. Quá trình nén như vậy gọi là quá trình nén đẳng

nhiệt.

Công của quá trình nén đẳng nhiệt được xác định như sau:

Lđ = RTln��

�� = RTln

��

�� = 2.303RTlg

��

�� = 2.303RTlg

��

�� (VI-2)

Trong đó:

R: hằng số khí; R=8314/M (J/Kg.K)

T: nhiệt độ khí (K)

P1, P2: Áp suất khí trước và sau khi nén (N/m2)

V1, V2: thể tích riêng của khí trước và sau khi nén (m3/kg)

b. Quá trình nén đoạn nhiệt

Khác với quá trình nén đẳng nhiệt, trong quá trình nén đoạn nhiệt không có sự trao

đổi nhiệt với bên ngoài, nghĩa là không có tỏa nhiệt ra bên ngoài và cũng không có

thu nhiệt ở môi trường xung quanh. Toàn bộ lượng nhiệt sinh ra trong quá trình nén

làm nhiệt độ của khí tăng lên.

Công trong quá trình nén đoạn nhiệt được xác định theo công thức sau:

P

P2

P1

V V1 V2

C B

A D

54

Lđo = �

��. P1V1.��

��

��

��

�− 1� (J/kg) (VI-3)

Nhiệt độ cuối của quá trình nén: T2 = T1. ��

��

��

� (oK) (VI-4)

Trong đó:

P1, P2: Áp suất khí trước và sau khi nén (N/m2)

T1, T2: Nhiệt độ của khí trước và sau khi nén (oK)

k: Hệ số đoạn nhiệt của khí phụ thuộc vào từng loại khí (tra trong sổ tay

hóa học).

Đối với không khí: k=1.4; H2: k=1.407; N2: k=1.4; NH3: k=1.29; CO2

k=1.3

V1: thể tích riêng của khí ở điều kiện hút, nghĩa là ở trạng thái áp suất là

P1, nhiệt độ là T1 (m3/kg).

Nhiệt độ của khí sau khi nén:

T2 = T1��

��

��

�= �1(�)

��

� Trong đó: Z =��

�� gọi là tỉ số nén.

c. Quá trình nén đa biến

Trong thực tế, quá trình nén đẳng nhiệt và đoạn nhiệt hoàn toàn là không thể thực

hiện được. Vì thực tế lượng nhiệt phát sinh ra trong quá trình nén không thể giữ lại

toàn bộ và cũng không có biện pháp nào để rút được hết nhiệt sinh ra trong quá trình

nén ra ngoài. Quá trình nén mà lượng nhiệt được rút ra một phần gọi là quá trình nén

đa biến.

Công thực hiện và nhiệt độ khí sau khi nén cũng áp dụng công thức như nén đoạn

nhiệt.

Lđa = �

��. P1V1.��

��

��

��

�− 1� (J/kg) (VI-5)

T2=T1��

��

��

�= �1(�)

��

� (VI-6)

m: Hệ số đa biến, phụ thuộc vào từng loại khí và hiệu quả quá trình rút nhiệt: m<k

d. So sánh 3 quá trình nén

Đồ thị công năng (hình VI-2) thể hiện 3 quá trình nén:

P

P2

P1

V V1 V2

C B1

A D

B2 B3

55

Đường AB1: biểu diễn quá trình nén đẳng nhiệt.

Đường AB2: đường nén đa biến.

Đường AB3: đường nén đoạn nhiệt.

Ta có diện tích: SAB1CD<SAB2CD<SAB3CD

Điều đó có nghĩa là công tiêu hao cho quá trình nén đẳng nhiệt là thấp nhất, công tiêu

hao cho quá trình đoạn nhiệt là cao nhất. Thực tế người ta thường thiết kế để đường

cong quá trình nén đa biến càng gần đường đẳng nhiệt càng tốt. Muốn vậy cần phải

rút được nhiệt sinh ra trong quá trình nén. Để thực hiện được điều này người ta

thường dùng nước để làm lạnh xi lanh (máy nén piston) và làm lạnh khí thể sau khi

nén trước khi sang cấp nén tiếp theo. Hiệu quả làm lạnh rút nhiệt càng cao thì công

tiêu hao cho quá trình nén càng nhỏ, rất có lợi về kinh tế.

VI.1.4 Máy nén nhiều cấp

a. Cơ sở của việc nén nhiều cấp

Muốn nén khí lên cao, khi số cấp nén (đoạn nén) càng ít thì tỷ số nén z mỗi cấp sẽ

càng lớn, theo công thức (VI-4), (VI-6) thì nhiệt độ sau mỗi cấp nén sẽ tăng cao, điều

đó rất không có lợi.

Tỷ số nén cao sinh ra lượng nhiệt lớn, hiệu suất làm lạnh không đáp ứng được làm

cho đương cong đa biến càng gần đường cong đoạn nhiệt dẫn đến công tiêu hao cho

quá trình nén rất lớn.

Nhiệt độ khí sau nén cao làm cho dầu bôi trơn biến chất (máy nén piston), giảm tuổi

thọ của các chi tiết trong máy nén.

Tỷ số nén lớn làm giảm hiệu suất nén, làm giảm năng suất của máy nén.

Để khắc phục những nhược điểm trên, khi cần nén đến áp suất cao ta phải dùng máy

nén nhiều cấp, sau mỗi cấp nén tiến hành làm lạnh khí trước khi vào cấp tiếp theo.

b. Đồ thị công năng của máy nén nhiều cấp

Xét đồ thị công năng của máy nén nhiều cấp (hình VI-3):

1

5

3

P

P5

P1

P2

P3

P4

0 V

A D

C B3 B2 B1 7

6

4

2 Đoạn 1

Đoạn 2

Đoạn 3

Đoạn 4

Hình VI-3

56

AB1, AB2, AB3 lần lượt là đường cong thể hiện quá trình nén đẳng nhiệt, đa biến và

đoạn nhiệt khi thực hiện quá trình nén 1 cấp từ áp suất P1 đến P5.

Các đường A1, 23, 45, 67 là đường cong đa biến của quá trình nén của các cấp 1, 2,

3, 4.

Các đoạn 12, 34, 56, 78 thể hiện quá trình làm lạnh khí sau khi nén của các đoạn về

nhiệt độ ban đầu, thể tích khí giảm, áp suất không đổi.

Như vậy đường nén đa biến của máy nén đa cấp (4 cấp) sẽ là đường gấp khúc

A1234567, phần diện tích gạch chéo giữa đường gấp khúc này với đường nén đa

biến 1 cấp AB2 chính là lượng công giảm được khi máy nén đa cấp có làm lạnh trung

gian với khi nén đa biến 1 cấp. Nếu số cấp càng tăng thì diện tích thể hiện tiết kiệm

công nén càng tăng.

Tóm lại, qua nghiên cứu những phần nêu trên, ta thấy rằng dùng máy nén nhiều cấp

có thể khắc phục được các nhược điểm của máy nén 1 cấp, làm cho quá trình nén gần

với quá trình nén đẳng nhiệt hơn và công tiêu hao giảm đi. Nhưng nếu tăng số cấp

nhiều thì tổn thất năng lượng giữa các cấp khi khí qua đường ống, thiết bị làm lạnh

trung gian sẽ tăng. Mặt khác tăng nhiều cấp cũng gây chi phí đầu tư chế tạo, lắp đặt

máy nén tăng đáng kể. Vì vậy cần phải chọn số cấp một cách hợp lí và kinh tế nhất.

VI.1.5 Chọn số đoạn cho máy nén nhiều cấp

Qua nghiên cứu và tính toán người ta thấy rằng tỷ số nén của mỗi cấp nén nên nằm

trong khoảng từ 2.5 - 3.5 là hợp lí. Để lựa chọn số cấp của quá trình nén từ áp suất P1

đến áp suất cuối là Pn, ta áp dụng công thức sau:

Z = k.��

��

� n =

��

�� (VI-7)

Trong đó:

z: tỉ số nén của 1 cấp, thường chọn z = 2.5 - 3.5

k: Hệ số thể hiện tổn thất áp suất các cấp, thường chọn k = 1.1 - 1.15

P1, P2: áp suất đầu và áp suất cuối của quá trình nén.

n: số cấp nén.

Cách tính để chọn số đoạn như sau: chọn z trong khoảng 2.5 - 3.5, chọn k = 1.1-1.15;

Thay các giá trị: z, k, Pn, P1 vào công thức (VI-7) tính được giá trị n, vì n là số

nguyên dương nên ta phải làm tròn số (ví dụ tính được n = 3.7 ta sẽ làm tròn là n = 4

cấp nén).

Từ số cấp đã xác định làm tròn của n, thay vào công thức ta sẽ tính được tỷ số nén

thực của các đoạn.

VI.2 Máy nén li tâm

VI.2.1 Nguyên lí làm việc và đặc điểm

a. Nguyên lí làm việc: nguyên lí làm việc của máy nén li tâm về cơ bản giống như

bơm li tâm, năng lượng vận chuyển và nâng áp khí là nhờ vào lực li tâm do cánh

guồng quay, có điểm khác là do chất khí chịu sự nén ép nên khối lượng riêng của

khí bị thay đổi theo sự thay đổi của áp suất trong quá trình nén.

57

b. Đặc điểm của máy nén li tâm:

Chất khí được nén và vận chuyển liên tục, áp suất ổn định.

Năng suất vận chuyển khí lớn và dễ điều chỉnh năng suất đặc biệt là khi sử

dụng turbine hơi nước để dẫn động, chỉ cần thay đổi tốc độ sẽ thay đổi được

lưu lượng mà không làm giảm hiệu suất sử dụng năng lượng của máy nén.

Áp suất tạo ra sau mỗi cấp nén phụ thuộc vào cấu tạo của cánh guồng và tốc độ

vòng quay của cánh guồng. Song không thể tăng tốc độ vòng quay quá lớn vì khi đó

trở lực của khí qua cánh guồng sẽ tăng nhanh gây tiêu hao động lực lớn. Vì vậy khi

cần nén khí đến áp suất cao người ta thường chia máy nén thành nhiều cấp, sau mỗi

cấp tiến hành làm lạnh trung gian bằng nước. Trong mỗi cấp nén thường có nhiểu

cánh guồng lắp nối tiếp, để với số vòng quay hợp vẫn đạt được áp suất các đoạn

theo mong muốn

VI.2.2 Đường đặc tuyến, năng suất, công suất của máy nén li tâm:

a. Đường đặc tuyến của máy nén ly tâm: cũng như bơm ly tâm, các đường đặc tuyến

của máy nén ly tâm là các đường cong thực nghiệm được thiết lập bởi nhà sản xuất

máy nén. Biểu diễn mối quan hệ giữa năng suất Q với các đại lượng chiều cao đẩy H,

với công suất tiêu thụ năng lượng N và hiệu suất sử dụng năng lượng η, tốc độ vòng

quay n thiết kế và một số tốc độ vòng quay gần với số vòng quay thiết kế. Đối với

mỗi cấp nén người ta xây dựng một đường đặc tuyến riêng.

b. Năng suất của máy nén li tâm: Qua quan hệ trên đường đặc tuyến Q-H- n ta nhận

thấy để thay đổi công suất của máy nén có 2 cách:

- Thay đổi chiều cao đẩy bằng cách điều chỉnh van đầu ra của máy nén, khi đó

điểm vận hành dịch chuyển ra khỏi điểm cực đại của hiệu suất η, nên không kinh

tế.

H, ,

Q- Q-N

Đường giới hạn surging

Q vận hành Q, m3/h

Q-H-n

Hình VI-4: Đường đặc tuyến của máy nén li tâm

58

- Thay đổi bằng cách điều chỉnh số vòng quay thích hợp; cách này ít làm thay đổi

hiệu suất sử dụng năng lượng nên kinh tế hơn.

c. Công suất của máy nén ly tâm: có 2 cách xác định công suát tiêu thụ năng lượng của

máy nén ly tâm:

- Xác định trên đường đặc tính: Q-N

- Xác định bằng công thác tính toán:

N = �.�

��.� (VI-9) (KW)

Trong đó: N – là công suất tiêu thụ năng lượng của máy nén ly tâm (KW).

Q – Năng suất của máy nén (kg/s).

L – công lý thuyế để nén 1 kg được tính theo công suất (VI-3), (VI-5)

(J/kg).

η: Hiệu suất chung của máy nén η = 0.6-0.7

VI.2.3 Hiện tượng surging của máy nén ly tâm:

a. Surge là gì: Surge là hiện tượng máy nén bị rung nặng đặc biệt là theo chiều dọc trục

khi máy nén vận hành ở lưu lượng thấp và áp suất đầu đẩy cao. Đây là hiện tượng

đặc thù của máy nén ly tâm.

b. Nguyên nhân xảy ra surge

Xem hình VI-5: giả sử máy nén đang vận hành ổn định tại điểm 1, nếu ta giảm năng

suất Q điểm vận hành sẽ chuyển dịch đến điểm 2, áp suất đẩy sẽ tăng. Khi đến điểm

2 lưu lượng giảm sẽ không đủ khí để điền đầy và tại thời điểm nhất định sẽ có

khoảng trống và sẽ xuất hiện dòng khí từ phía đầu ra ngược lại và ngay sau đó khí sẽ

được điền đầy vào khoang hút và tạo ra dòng khí mới tiếp theo và đập với dòng khí

quay trờ ngược lại nói trên gây nên sự xung động lớn.

n2

n1 n

2

3

H

Hình VI-5

Đường giới hạn surging

Q vận hành Q, m3/h

H vận

Vùng surge

Vùng quá tải

3’

3’’

2”

2”’

59

Hơn nữa khi giảm lưu lượng H sẽ tăng, chênh lệch áp suất giữa đầu vào và đầu ra

tăng, cũng là nguyên nhân làm cho dòng khí cửa ra dội ngược trở lại gây nên xung

động.

Trên đường đặc tính Q-H, ở mỗi tốc độ quay n, có điểm gây nên hiện tượng surge

được xác định bằng thựcnghiệm, thường điểm này xảy ra khi lưu lượng Q giảm còn

khoảng 75% lưu lượng thiết kế, các điểm 2, 2’, 2” gọi là đường giới hạn surge của

máy nén.

c. Tác hại của hiện tượng surging:

- Làm cho các thông số: lưu lượng, áp suất bị giảm và mất ổn định.

- Nhiệt độ trong máy tăng cao do sự va đập của dòng khí gây nên.

- Độ rung tăng cao, làm hư hỏng các chi tiết đặc biệt là các ổ đỡ và các bộ phận bịt

kín của máy nén.

d. Các biện pháp khắc phục surging trong vận hành:

- Khi áp suất vận hành (đầu ra của máy nén) tăng, lưu lượng qua máy nén giảm phải

kịp thời tăng tốc độ của máy nén phù hợp để giữ ổn định lưu lượng vận hành.

- Khi cần giảm lưu lượng vận hành, tiến hành giảm tốc độ vòng quay thích hợp,

không nên sử dụng điều chỉnh độ mở van cửa ra để điều chỉnh lưu lượng máy nén

ly tâm. Nếu giảm lưu lượng nhiều phải tiến hành mở van đường gần để đảm bảo

lưu lượng qua máy nén tương thích với chênh lệch áp suất cửa vào và ra của máy

nén đảm bảo điểm vận hành của máy không gần điểm surging.

- Trong quá trình khởi động tăng áp máy nén đến áp suất vận hành phải tiến hành

tăng tốc độ, kết hợp với điều chỉnh độ mở van đường gần (anti-surge valve) phù

hợp đảm bảo độ lệch surge không quá nhỏ.

VI.3 Máy nén piston

VI.3.1 Nguyên lý: giống như nguyên lý của bơm piston.

VI.3.2 Đặc điểm của máy nén piston:

- Tạo được áp suất cao mà không phụ thuộc vào vòng quay của động cơ.

- Dòng khí không ổn định về lưu lượng và áp suất.

- Năng suất của máy hạn chế, vì nó phụ thuộc vào thể tích của xilanh và số vòng

quay của động cơ, song nếu vòng quay lớn các chi tiết dễ bị mài mòn, dễ hỏng hóc

- Việc thay đổi năng suất phải sử dụng đường tuần hoàn, làm giảm hiệu suất sử

dụng năng lượng.

- Máy nén piston cồng kềnh, cấu tạo phức tạp, nhiều chi tiết chuyển động, dễ hỏng

hóc. Vì vậy máy nén piston thường chỉ sử dụng khi cần năng suất nhỏ.

VI.3.3 Năng suất, công suất của máy nén piston.

a. Năng suất: phụ thuộc vào thể tích xilanh và số vòng quay của động cơ

Q = λ.v0.n (m3/h)

Trong đó: λ – hệ số thể tích của máy nén

V0 – thể tích xilanh: v0 = π.d2.s/4

60

(trong đó d – đường kính xilanh (m), s – là hành trình của piston (m))

N – số vòng quay của động cơ

b. Công suất: giống cách tính công suất của máy nén li tâm

N = �.�

��.� (VI-9) (KW)

η: hiệu suất chung của máy nén η = 0.45 - 0.62

VI.4 Một số điểm cần chú ý khi vận hành máy nén piston:

- Máy nén piston phải dung dầu để bôi trơn mặt tiếp xúc giữa piston và xilanhh vì

vậy trong khi nén có dầu mang theo được tách tại thiết bị phân ly, cần phải chú ý

định kỳ thải dầu tại thiết bị phân ly.

- Các xilanh sử dụng van 1 chiều cả van hút vào và van nén ra, tần số đóng mở của

các van 01 chiều xilanh đóng mở liên tục nên rất dễ bị rò. Khi van xilanh bị rò sẽ

dẫn đến các hiện tượng sau:

+ Van xilanh đầu ra đoạn 1 bị rò sẽ làm giảm năng suất của máy nén; van vào rò

áp suất ra đoạn 1 sẽ giảm, nhiệt độ khí vào đoạn 1 sẽ tăng, nhiệt độ khí ra đoạn 1

giảm. Khi van ra đoạn 1 bị rò, áp suất ra đoạn 1 giảm, song nhiệt độ ra đoạn 1 vẫn

cao, và áp suất vào ra các đoạn sau giảm.

+ Van xilanh vào các đoạn sau rò dẫn đến áp suất ra đoạn trước tăng cao, nhiệt độ

khí vào các van xilanh đó tăng cao, áp suất cửa ra các đoạn sau giảm. Van đoạn ra

trung gian rò dẫn đến áp suất ra đoạn trước tăng cao áp suất ra đoạn đó và các

đoạn sau giảm, nhiệt độ ra đoạn đó vẫn cao.

Câu hỏi và Bài Tập ứng dụng Chương VI

1. Công suất của máy nén phụ thuộc vào các yếu tố nào? Giải thích?

2. So sánh công nén cùng 01 lượng khí G (kg) trong 2 trường hợp:

- Từ áp suất 1 at lên áp suất 3 at.

- Nén từ 15 at lên 45 at.

- Nhiệt độ khí nén cửa vào của 2 trường hợp là như nhau.

3. Tại sao phải tiến hành làm lạnh khí sau mỗi cấp nén? Nhiệt độ khí sau làm lạnh

tăng thì áp suất của và đoạn đó có thay đổi như thế nào? Giải thích?

4. Tính % năng lượng tiết kiệm được khi áp suất của vào của 10-K-4031 là 26.5 barg

và 25.5 barg khi máy chạy 100% phụ tải, áp suất tổng hợp không đổi, nhiệt độ khí

vào giống nhau, các điều kiện khí không đổi.

5. Trong cùng 1 phụ tại khi vận hành áp suất của vào 10-K-4031 tăng cao thì áp suất

chu trình tổng hợp thay đổi như thế nào? Giải thích?

6. Tại sao điều chỉnh lưu lượng không khí vào 10-K-4021 vào hệ thống bằng cách

thay đổi tốc độ của Turbine tốt hơn là điều chỉnh van 10-PV-2011?

7. Giải thích tại sao đối với máy nén piston rò van xilanh vào hoặc ra đoạn đầu tiên

đều làm giảm năng suất của máy nén?

8. Giải thích tại sao trong vận hành máy nén không khí 20-K-1002 khi máy nén có

hiện tượng suy giảm năng suất nhiệt độ khí ra đoạn cuối lại tăng cao?

9. Tính toán kiểm tra công suất các đoạn và của cả máy nén của máy nén 10-K-

61

4031/4021/4041 máy nén CO2. Số liệu lấy tại PFD và tài liệu máy nén.

10. Tính nhiệt độ ra đoạn 1 của máy nén không khí 10-K-4021 trong 2 trường hợp t =

290C và t = 320C, biết Pv = 0 barg, Pra = 2 barg.

11. Tại sao máy nén khí NH3 10-K-5001 của bồn chứa NH3 mặc dù áp cuối P = 16

barg, áp suất đầu P = 1.01 barg, vẫn chỉ dùng 1 cấp nén?

Chương VII: CÁC QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT

VII.1 Khái niệm chung.

Trong công nghiệp hoá học, có nhiều quá trình cần được tiến hành ở một điều kiện xác định. Để thực hiện được điều đó, người ta phải tiến hành cấp nhiệt thêm hoặc rút nhiệt ra khỏi quá trình. Những quá trình nào mà cường độ quá trình, vận tốc tiến hành quá trình phụ thuộc chủ yếu vào sự cấp nhiệt hay lấy nhiệt đi gọi là quá trình truyền nhiệt. Các quá trình truyền nhiệt thường gặp là các quá trình: Đun nóng, làm nguội, ngưng tụ, cô đặc… Quá trình truyền nhiệt là quá trình một chiều, nghĩa là nhiệt chỉ có thể truyền từ vật có nhiệt độ cao sang vật có nhiệt độ thấp. Nhiệt được truyền từ vật này sang vật khác theo các phương thức sau:

- Dẫn nhiệt: dẫn nhiệt là quá trình truyền nhiệt từ phần tử này sang phần tử khác khi chúng tiếp xúc với nhau và có nhiệt độ khác nhau. Thường quá trình này chỉ xảy ra trong vật rắn. Dẫn nhiệt cũng có thể xảy ra trong môi trường khí và lỏng khi chất khí và chất lỏng ở trạng thái đứng yên hay chuyển động dòng.

- Nhiệt đối lưu: là hiện tượng truyền nhiệt do các phần tử chất lỏng hay chất khí đổi chỗ cho nhau. Hiện tượng đổi chỗ cho nhau của các phần tử xảy ra là do chúng có nhiệt độ khác nhau, gây nên khối lượng riêng khác nhau, hoặc do tác động cơ học như bơm, máy khuấy, quạt …

- Bức xạ nhiệt là quá trình truyền nhiệt bằng dạng sóng điện từ, nghĩa là nhiệt năng biến thành các tia bức xạ rồi phát đi. Khi gặp một vật thể nào đó thì một phần năng lượng của tia bức xạ đó sẽ biến thành nhiệt năng, một phần thì phản chiếu lại, phần khác xuyên qua vật thể.

62

VII.2 Dẫn nhiệt

1. Định luật dẫn nhiệt Phuriê

Qua quá trình nghiên cứu Phuriê đã đưa ra định luật sau: lượng nhiệt Q truyền qua bề mặt: tỉ lệ với tiết diện F của bề mặt (vuông góc với phương truyền nhiệt); khoảng thời gian và tỉ lệ với gradient nhiệt độ:

Q = λ.F. τ.dt

dn= λ.F. τ.Δt (VII − 1)

Gradient nhiệt độ ��

�� là biến thiên nhiệt độ giữa hai mặt phẳng cạnh nhau có khoảng

cách giữa chúng là dn. – hệ số dẫn nhiệt (độ dẫn nhiệt), W/m2.độ; Q – lượng nhiệt truyền đi, J; F – tiết diện bề mặt truyền nhiệt, m2; – thời gian truyền nhiệt đi qua, s.

Ý nghĩa vật lý của hệ số dẫn nhiệt : Biểu thị khả năng dẫn nhiệt của vật chất,thường được tra trong sổ tay hóa.

2. Độ dẫn nhiệt của các chất rắn, lỏng , khí:

Đối với thể rắn, độ dẫn nhiệt của các chất khác nhau nhiều, ví dụ:

Chất Cu Al Thép C Pb Thép không gỉ

(W/m2.độ)

384 203.5 46.5 34.9 23.2

Nói chung, độ dẫn nhiệt của vật rắn phụ thuộc vào nhiệt độ, khi nhiệt độ tăng thì hệ số dẫn nhiệt tăng.

t = o . (1 + b.t); t - độ dẫn nhiệt tại nhiệt độ t; o - độ dẫn nhiệt tại 0 oC; b - hệ số nhiệt độ; t – nhiệt độ làm việc;

Độ dẫn nhiệt của khí, lỏng nhỏ hơn độ dẫn nhiệt của chất rắn nhiều. Ví dụ: ở nhiệt độ thường:

λ��= 0.543 W/m�.đ

λ��ô�� í= 0.023 W/m�.đ

Khác với chất rắn, độ dẫn nhiệt của chất lỏng, khí giảm khi nhiệt độ tăng.

VII.3 Nhiệt đối lưu

Trong môi trường lỏng, hiện tượng vận chuyển bằng nhiệt lượng chủ yếu bằng đối lưu. Quá trình vận chuyển nhiệt từ chất lỏng hay khí đến thành thiết bị hay ngược lại gọi là quá trình cấp nhiệt. Quá trình cấp nhiệt, lượng nhiệt trao đổi chủ yếu bằng đối lưu. Có hai loại đối lưu: đối lưu tự nhiên, đối lưu cưỡng bức. Đối lưu tự nhiên là do có sự chênh lệch khối lượng riêng, đối lưu cưỡng bức là do bơm, cánh khuấy, quạt … tạo nên.

63

VII.3.1 Định luật về cấp nhiệt

Nhiệt lượng Q do bề mặt có diện tích F của vật thể có nhiệt độ tT cấp cho môi trường xung quanh trong khoảng thời gian tỷ lệ thuận với hiệu số nhiệt độ của vật thể và môi trường, với F, với τ :

Q = α ( tT – t1) F ; W ( VII -2) Trong đó:

tT – nhiệt độ của vật thể t1 – nhiệt độ của môi trường; α – hệ số tỷ lệ, hệ số cấp nhiệt, thường được xác định bằng thực nghiệm, W/m2.độ.

Hệ số α là một đại lượng phức tạp, nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhưng chủ yếu là các yếu tố sau:

- Phụ thuộc vào loại chất tải nhiệt: khí, lỏng, hơi; - Phụ thuộc vào tính chất vật lý chất tải nhiệt như: độ nhớt, khối lượng riêng, nhiệt

dung riêng, áp suất; nếu độ nhớt giảm, độ dẫn nhiệt, kối lượng riêng tăng, nhiệt dung riêng tăng thì α tăng. Vì các tính chất vật lý phụ thuộc nhiệt độ do đó hệ số α cũng phụ thuộc vào nhiệt độ.

- Phụ thuộc vào đặc tính chuyển động của chất tải nhiệt (chảy dòng hay xoáy) và tốc độ chuyển động. Nếu tốc độ của chất tải nhiệt tăng thì chiều dày của lớp mạng giảm do đố nhiệt trở cũng giảm và hệ số cấp nhiệt α cũng tăng theo.

- Phụ thuộc vào kích thước, hình dạng, tính chất của bề mặt trao đổi nhiệt.

VII.3.2 Cấp nhiệt khi hơi ngưng tụ

Nếu dùng hơi nước bão hoà để đun nóng thiết bị, thì trong quá trình cấp nhiệt, hơi nước sẽ ngưng tụ lại trên thành ống thiết bị. Nước ngưng tụ thành giọt trên thành ống gọi lại ngưng tụ giọt. Nếu tạo thành màng chảy dọc theo thành ống thì gọi là ngưng tụ màng.

Hiện tượng ngưng tụ giọt xảy ra trong trường hợp mặt thành ống không thấm ướt nước ngưng tụ, tức là bề mặt được phủ một lợp dầu mỡ, thì thành ống cũng không bị thấm ướt. Hiện tượng ngưng tụ màng xảy ra trong trường hợp bề mặt ngưng tụ hoàn toàn bị thấm ướt.

Khi ngưng tụ trên thành ống đứng, nước ngưng sẽ tạo ra một màng chất lỏng bao phủ trên thành và chảy dọc từ trên xuống, bề dày của màng nước ngưng σ tăng dần từ trên xuống do lượng nước ngưng mới bổ xung vào.

Hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ màng có giá trị nhỏ hơn ngưng tụ giọt rất nhiều, thực tế người ta thường tính đối với ngưng tụ màng.

Lượng nhiệt được tính như sau: Dẫn nhiệt qua màng:

Q = λ ��

� F. τ (J)

Cấp nhiệt từ hơi vào màng: Q = α (tbh - ttường ) F. τ

Trong đó: tbh - nhiệt độ của hơi bay hơi; tt - nhiệt độ thành ống σ – chiều dày lớp màng.

Từ hai công thức trên ta suy ra α = λ / σ - như vậy hệ số cấp nhiệt α hoàn toàn phụ thuộc vào bề dày lớp màng, σ càng lớn thì α càng giảm.

Mặt khác sự cấp nhiệt khi hơi ngưng tụ còn phụ thuộc vào tốc độ và chiều chuyển động của hơi, phụ thuộc vào trạng thái của bề mặt ngưng tụ, thành phần của hơi.

64

Đối với hơi chuyển động, hệ số cấp nhiệt có trị số lớn hơn hoặc nhỏ hơn khi hơi đứng yên. Nếu như hơi nước chuyển động cùng chiều chuyển động của màng lỏng thì do ma sát, tốc độ chảy của màng nước ngưng sẽ tăng, như thế chiều dày lớp màng σ sẽ giảm → hệ số cấp nhiệt tăng. Nếu hơi đi ngược chiều với chiều chuyển động của màng lỏng thì ngăn cản chuyển động của màng → độ dày của màng nước ngưng σ sẽ tăng → hệ số α giảm.

Trạng thái bề mặt ngưng tụ cũng ảnh hưởng nhiều đến quá trình cấp nhiệt, nếu bề mặt xù sì thì hệ số cấp nhiệt α sẽ nhỏ hơn khi bề mặt nhẵn vì nó sẽ làm tăng trở lực chuyển động của màng nước ngưng, do đó tốc độ chảy của màng nước ngưng bị giảm → σ tăng → α giảm.

Thành phần không khí và khí không ngưng ở trong hơi cũng ảnh hưởng đến quá trình cấp nhiệt, lường khí này nhiều thì hệ số α càng giảm vì nó tập trung ở gần thành ống tạo ra một lớp đệm không khí, làm tăng nhiệt trở (khí có hệ số dẫn nhiệt thấp) cho quá trình cấp nhiệt, đồng thời nó cũng ngăn cản sự vận chuyển của hơi đến thành thiết bị để ngưng tụ, do đó trong các thiết bị đun nóng bằng hơi nước bay hơi đều có thiết bị tháo khí không ngưng.

Nếu trong điều kiện làm việc như nhau thì việc ngưng tụ trên ống nằm ngang sẽ có hệ số α lớn hơn khi ngưng tụ trên mặt ống thẳng đứng rất nhiều.

VII.4 Truyền nhiệt

VII.4.1 Khái niệm

Quá trình vận chuyển nhiệt gọi là quá trình truyền nhiệt. Do đó quá trình truyền nhiệt bao gồm cả quá trình dẫn nhiệt, cấp nhiệt, bức xạ nhiệt. Dựa vào nhiệt độ làm việc của lưu thể người ta chia ra làm truyền nhiệt đẳng nhiệt và truyền nhiệt biến nhiệt.

Truyền nhiệt đẳng nhiệt xảy ra trong trường hợp nhiệt độ của hai lưu thể đều không thảy đổi theo vị trí và theo thời gian. Tức là hiệu số nhiệt độ giữa hai lưu thể là một hằng số ở mọi vị trí và thời gian.

Truyền nhiệt biến nhiệt xảy ra khi nhiệt độ lưu thể thay đổi trong quá trình làm việc, do đó hiệu số nhiệt độ giữa hai lưu thể có thay đổi. Thường trong thực tế thiết bị làm việc ổn định thì nhiệt độ chỉ thay đổi theo vị trí mà không thay đổi theo thời gian, được gọi truyền nhiệt biến nhiệt ổn định, hiệu số nhiệt độ trung bình cũng chỉ thay đổi theo vị trí.

VII.4.2 Truyền nhiệt qua tường phẳng

Giả sử có một thành ống có bề dày σ, diện tích thành ống là F, độ dẫn nhiệt của thành ống là λ, một phía của ống là lưu thể nóng có nhiệt độ là t1, một phía là lưu thể lạnh có nhiệt độ t2 (t2 < t1), hệ số cấp nhiệt của lưu thể nóng đến tường là α1, hệ số cấp nhiệt từ tường vào lưu thể nguội là α2. Quá trình truyền nhiệt từ lưu thể nóng vào lưu thể nguội gồm 3 giai đoạn:

- Quá trình truyền nhiệt từ lưu thể nóng đến tường (cấp nhiệt) - Quá trình dẫn nhiệt qua tường - Quá trình truyền nhiệt từ tường vào lưu thể nguội (cấp nhiệt)

Theo các phương trình (VII – 1) và (VII – 2) ta có: - Cấp nhiệt từ lưu thể nóng vào tường : Q = α1 (t1 – tT1).F (a)

- Dẫn nhiệt qua tường: Q = �

� (tT1 – tT1). F (b)

- Cấp nhiệt từ tường vào lưu thể nguội: Q = α2 (tT2 – t2) (c) Từ (a), (b), (c) ta có:

Q = �

�

��

��

�

�� .(t� − t�).F = K (t1 – t2) (VII – 3a)

65

Với K là hệ số truyền nhiệt của quá trình :

Hình 1: Chiều chuyển động của lưu thể

Vậy : Q = K.F. Δt; với Δt hiệu số nhiệt độ là động lực của quá trình truyền nhiệt.

VII.4.3 Truyền nhiệt biến nhiệt

a) Chiều chuyển động của lưu thể

Chiều chuyển động của lưu thể ở hai phía của bề mặt trao đổi nhiệt có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình truyền nhiệt, qua thực tế người ta phân loại như sau:

- Chảy xuôi chiều: lưu thể 1 và 2 chảy song song và cùng chiều (hình 1.a); - Chảy ngược chiều: lưu thể 1 và 2 chảy song song nhưng ngược chiều nhau (hình 1.b) - Chảy chéo nhau: lưu thể 1 và 2 chảy theo phương vuông góc với nhau (hình 1.c)

Trong tất cả các trường hợp trên, nhiệt độ của hai lưu thể cùng thay đổi. Lưu thể nóng sẽ giảm nhiệt độ từ t1đ đến nhiệt độ t1c. Lưu thể nguội sẽ tăng nhiệt độ từ t2đ đến t2c. Do đó hiệu số nhiệt độ giữa hai lưu thể cũng thay đổi từ trị số đầu tđ đến trị số tc. Vì vậy để tính truyền nhiệt người ta phải tính hiệu số nhiệt độ trung bình của quá trình Δttb.

b) Hiệu số nhiệt độ trung bình

Trường hợp xuôi chiều: Bằng phương pháp toán học người ta đã tính được hiệu số nhiệt độ trung bình theo

hiệu số nhiệt độ đầu và cuối:

và: Q = K.F. Δttb

Trường hợp ngược chiều: Bằng phương pháp tương tự người ta cũng đưa ra được phương trình tính Δttb cho trường hợp ngược chiều như công thức (VII – 4) nhưng:

Δtđ là hiệu số nhiệt độ lớn hơn; Δtc là hiệu số nhiệt độ nhỏ hơn.

c) Chọn chiều lưu thể

Trong quá trình truyền nhiệt biến nhiệt ổn định nhiệt độ của hai lưu thể có thể biến

66

thiên theo các trường hợp sau: - Cả hai lưu thể đều không biến đổi nhiệt độ theo vị trí cũng như theo thời gian.

Tức là trường hợp nhiệt đẳng nhiệt. Ví dụ một lưu thể là hơi bão hoà, một lưu thể là chất lỏng sôi, như quá trình cô đặc.

- Một trong hai lưu thể không thay đổi nhiệt độ trong quá trình trao đổi nhiệt, còn lưu thể kia biến nhiệt độ từ tđ đến tc nhưng không thay đổi theo thời gian.

- Cả hai lưu thể đều có nhiệt độ biến đổi theo vị trí.

Trong hai trường hợp đầu, chiều lưu thể không ảnh hưởng tới quá trình truyền nhiệt, vì nó không ảnh hưởng đến hệ số nhiệt độ trung bình và lượng chất tải nhiệt.

Trường hợp thứ ba, cả hai lưu thể đều biến đổi nhiệt độ, chiều của lưu thể ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt. Trước tiên ảnh hưởng đến nhiệt độ cuối của lưu thể để cụ thể ta xét hai trường hợp xuôi chiều và ngược chiều.

Đặt: G1, G2 – lượng chất lỏng nóng và nguội, kg/h; C1, C2 – nhiệt dung riêng của chất tải nhiệt nóng và nguội, J/kg.độ; t1đ, t1c – nhiệt độ đầu và cuối của chất tải nhiệt nóng, độ; t2đ, t2c – nhiệt độ đầu và cuối của chất tải nhiệt nguội, độ;

Ta có phương trình cân bằng nhiệt sau (bỏ qua tổn thất):

Q = G1C1 (t1đ – t1c) = G2C2 ( t2c – t2đ) (VII – 5)

=>

G� = G�C� (t�� − t�đ)

C�(t�đ − t��) (VII − 5a)

G� = G�C� (t�đ − t��)

C�(t�� − t�đ) (VII − 5b)

Giả sử đây là quá trình làm nguội thì các đại lượng G1, t1đ, t1c và t2đ là đại lượng cho trước. Theo đồ thị trên thì khi truyền nhiệt ngược chiều, nhiệt độ t2c lớn hơn so với khi truyền nhiệt xuôi chiều. Nếu t2c tăng thì theo đẳng thức (VII – 5b) thì có lượng làm lạnh G2 sẽ giảm – tức là khi hai lưu thể chảy ngược chiều thì lượng làm lạnh sẽ tốn ít hơn so với khi

Hình 11: Thay đổi nhiệt độ của lưu thể khi truyền nhiệt ổn định:

a) Trường hợp xuôi chiều;

b) Trường hợp ngược chiều.

67

chảy xuôi chiều.

Xét về mặt hiệu số nhiệt độ trung bình Δttb thì khi chất lỏng chảy ngược chiều hiệu số nhiệt độ trung bình nhỏ hơn khi chảy xuôi chiều một ít do đó bề mặt truyền nhiệt có tăng lên đôi chút.

Khi so sánh tổng hợp người ta thấy khi hai lưu thể vận chuyển ngược chiều vẫn có lợi nhiều hơn khi chảy xuôi chiều vì vậy trong thực tế làm việc thường theo nguyên tắc ngược chiều trừ trường hợp do điều kiện kỹ thuật không cho phép.

VII.4.4 Phương pháp chung để tính thiết bị truyền nhiệt

Ta có công thức: Q = K.F.Δt

Q – lượng nhiệt truyền đi; F – bề mặt truyền nhiệt; Δt – hiệu số nhiệt độ.

Mục đích của việc tính toán truyền nhiệt là tính bề mặt truyền nhiệt F

F = Q

K Δt

Muốn tính được F ta phải tìm các đại lượng Q, K, Δt dựa vào các điều kiện và chỉ tiêu kỹ thuật đã cho.

a) Tính Q Dựa vào yêu cầu kỹ thuật công nghệ của quá trình làm nóng hay làm nguội, ta chọn

chất tải nhiệt, giả thiết nhiệt độ đầu vào và ra chất tải nhiệt. Từ phương trình (VII – 5) ta dễ dàng tính được nhiệt Q.

b) Tính hệ số truyền nhiệt K - Dựa vào vật liệu, cấu tạo thiết bị tra hệ số dẫn nhiệt λ . - Chọn nhiệt độ đầu và cuối chất tải nhiệt từ đó tính được lượng chất tải nhiệt của

từng lưu thể qua công thức (VII – 5a) và (VII – 5b). - Chọn chiều lưu thể, dựa vào đặc tính cảu các chất tải nhiêt, chọn lưu thể nào đi

trong ống, lưu thể nào đi ngoài ống cho hợp lý. - Giả thiết chế độ chuyển động của từng lưu thể. - Dựa vào đặc điểm và quá trình truyền nhiệt cụ thể, tìm phương trình thực nghiệm

(tra sách) để tính hệ số cấp nhiệt của từng lưu thể. - Dựa vào các đại lượng hệ số dẫn nhiệt λ, các hệ số cấp nhiệt α1, α2 tìm được ta

tính được K theo công thức:

� = 1

1��

+ ��+

1��

c) Tính hiệu số nhiệt độ trung bình

Dựa vào chiều lưu thể đã chọn, xác định Δtđ, Δtc từ đó tính được hiệu số nhiệt độ trung bình theo công thức:

Δt�� = Δtđ − Δt�

2,3 lgΔtđΔt�

68

VII.5 Một số điểm cần lưu ý trong vận hành các thiết bị trao đổi nhiệt.

Người thao tác vận hành cần nắm rõ công thức cơ bản (VII – 3a), (VII – 3b) của quá trình truyền nhiệt để suy xét trong quá trình vận hành thiết bị trao đổi nhiệt.

Công thức (VII – 3a): Q = K.F.Δttb

Công thức (VII – 3b): �

�=

�

��+

�

�+

�

��

Đối với một thiết bị trao đổi nhiệt: Hệ số truyền nhiệt K đã được nhà chế tạo tính toán và đưa ra trong tài liệu về thiết bị, giá trị K này được xác định trong điều kiện thiết kế về lưu lượng của các lưu thể, nhiệt độ vào ra của các lưu thể theo số liệu PFD. Song trong thực tế vận hành hệ số K có thể thay đổi trong các trường hợp sau:

- Bề mặt truyền nhiệt bị bám bẩn dẫn đến bề dày σ tăng và hệ số dẫn nhiệt λ giảm → hệ số K giảm, Q giảm. Trong trường hợp này cần tính toán kiểm tra lại hệ số K theo các điều kiện thông số thực tế, nếu thấy giảm phải cho kiểm tra độ sạch của mb truyền nhiệt của thiết bị, cho vệ sinh nếu cần.

- Khi thay đổi lưu lượng của các lưu thể dẫn đến chế độ dòng chảy của vật chất thay đổi → các hệ số α1, α2 thay đổi → hệ số K thay đổi → Q thay đổi. Vì vậy khi thực tế thay đổi các dòng lưu thể phải có sự suy đoán sự thay đổi của hệ số K và lượng nhiệt Q của thiết bị trao đổi nhiệt.

Đối với hiệu số nhiệt độ Δttb – động lực của quá trình truyền nhiệt, là thông số luôn thay đổi trong quá trình vận hành, sự thay đổi này có ảnh hưởng lớn đến lượng nhiệt truyền Q, sự thay đổi nhiệt truyền Q nhiều ảnh hưởng nghiêm trọng đến công nghệ. Ví dụ: lượng nhiệt cấp cho các tháp chưng 10T-5053, tháp tái sinh 10T-3001 (xưởng Amonia), tháp 20T-1002 (xưởng Urea) nếu lớn quá có thể gây cuốn dịch khỏi tháp. Vì vậy trong vận hành cần quan tâm đến sự thay đổi của Δttb đối với thiết bị trao đổi nhiệt. Thường thì Δttb thay đổi khi nhiệt độ đầu vào của các lưu thể thay đổi, hoặc lưu lượng của các lưu thể vào thiết bị thay đổi, đối với lưu thể là hơi bão hoà thì khi áp suất thay đổi sẽ dẫn đến Δttb thay đổi.

Bề mặt truyền nhiệt F: Đối với mỗi thiết bị bề mặt truyền nhiệt F đã được xác định. Song trong vận hành, có nhiều trường hợp bề mặt F không được sử dụng toàn bộ nên ảnh hưởng lớn đến lượng nhiệt truyền Q. Ví dụ trong thiết bị truyền nhiệt cả hai lưu thể là chất lỏng, khi có mặt của khí, túi khí có thể giảm đáng kể bề mặt F. Trong thiết bị trao đổi nhiệt có chất lỏng ngưng tụ nếu mức chất lỏng ngưng tụ tràn ngập ống truyền nhiệt cũng làm giảm bề mặt trao đổi nhiệt F … Câu hỏi và Bài tập ứng dụng Chương VII

1) Hệ số truyền nhiệt K phụ thuộc vào những yếu tố nào? Nêu ảnh hưởng của các yếu tố đó?

2) Trong vận hành Δttb phụ thuộc vào các yếu tố nào? Giải thích? 3) Tính kiểm tra hệ số truyền nhiệt K của các thiết bị sau:

- 30 E – 3001 (xưởng Phụ trợ) - 10 E – 3012 (xưởng Amonia) - 20 E – 1030 (xưởng Urê) Các số liệu lấy trong PFD, tra trong các sổ tay hoá công.

4) Giải thích tại sao khi thay đổi lượng hơi nước vào thiết bị đun sôi 10 E – 5053 (xưởng Amonia) thì lượng nhiệt cấp cho tháp chưng thay đổi theo?

69

Nhiệt độ của dung dịch đáy tháp chưng là 220 oC, áp suất làm việc là P = 26 bar. Có thể dùng hơi nước quá nhiệt có nhiệt độ t = 380 oC, P = 20 bar để gia nhiệt cho bộ đun sôi 10 E – 5053 được không? Tại sao.

5) Van điều tiết dịch điện tháp 20 T – 1002 (xưởng Urê) là 20 LV – 1031 có thể đặt trước 20 E -1013 được không? Giải thích tại sao?

6) Tại sao van điều tiết lượng hơi 20 TV – 1021 vào gia nhiệt cho 20 E -1002 A (xưởng Urê) mở 100%, mà nhiệt độ dịch ra 20 Z – 1002 không đạt nhiệt độ thiết kế? Đề xuất các giải pháp khắc phục hạn chế này?

7) Giải thích tại sao thiết bị đo mức các thùng chứa nước hoặc NH3 ngưng tụ đều có lắp báo cảnh dịch điện cao? Và luôn có đường cân bằng nối các thùng chứa này với thiết bị ngưng tụ? Giải thích?

8) Tại sao các thiết bị làm lạnh bằng nước bao giờ cũng có đường thải khí tại vị trí cao nhất của thiết bị?

9) Giải thích tại sao khi nhiệt độ nước làm lạnh (nước Fresh, nước River) có nhiệt độ càng thấp thì định mức tiêu hao năng lượng cho sản xuất NH3, Urê càng giảm.

70

Chương VIII: TRUYỀN KHỐI

VIII.1 Định nghĩa và Phân Loại

VIII.1.1 Định nghĩa:

Các quá trình công nghệ mà đặc trưng cho sự chuyển vật chất từ pha này đến pha khác, các

quá trình này gọi chung là quá trình chuyển khối (trao đổi chất).

Khi hai pha tiếp xúc với nhau vật thể sẽ chuyển từ pha này sang pha khác nó được tiến hành

cho đến khi một pha mất đi hoặc đến khi giữa hai pha thực hiện được cân bằng nhiệt động.

VIII.1.2 Phân loại:

Các quá trình được phân loại dựa trên sự so sánh tương đối trạng thái của hệ và vận chuyển

của vật chất:

- Chưng luyện: là quá trình phân tách các hỗn hợp lỏng thành các cấu tử riêng biệt, trong đó vật chất đi từ pha lỏng vào pha hơi và ngược lại.

- Hấp phụ: là quá trình hút khí (hơi) vào chất rắn xốp. Nếu pha khí có nhiều cấu tử được hấp phụ ở những mức độ khác nhau thì quá trình được gọi là quá trình hấp phụ phân đoạn.

- Hấp thụ: là quá trình hòa tan khí (hay hơi) vào chất lỏng, trong đó vật chất (một cấu tử hay một nhóm cấu tử) đi từ pha khí vào pha lỏng. Ngược lại nếu vật chất đi từ pha lỏng vào pha khí thì gọi là quá trình nhả khí.

- Sấy khô: là quá trình tách nước ra khỏi vật liệu ẩm, trong đó vật chất (nước) đi từ pha rắn vào pha khí.

- Kết tinh: là quá trình tách chất rắn ra khỏi dung dịch trong đó vật chất sẽ đi từ pha lỏng vào pha rắn.

Các quá trình luôn xảy ra sự chuyển động tương đối của một số cấu tử toàn hỗn hợp. Sự

chuyển động này gọi là quá trình khuyếch tán.

Động lực của quá trình này là sự chênh lệch trạng thái , ở trạng thái đang làm việc với trạng

thái cân bằng nhiệt động.

Mục đích của quá trình chuyển khối là để tách một hoặc vài cấu tử ra khỏi hỗn hợp hoặc

ngược lại.

Phương trình tổng quát đối với quá trình chuyển khối

��

�.��=∆�

��=∆�

��= ��∆� = ��∆�

M là lượng vật chất được chuyền từ pha này sang pha khác. F bề mặt tiếp xúc giữa 2 pha. Kc,Kp hệ số tốc độ chuyển khối , hay hệ số chuyển khối. ∆�, ∆� hiệu nồng độ hoặc áp suất của vật chất di chuyển giữa các pha còn

71

gọi là động lực của quá trình. VIII.2 Các Phương Pháp Thực Hiện Quá Trình Chuyển Khối. VIII.2.1 Thu hồi dung chất và phân đoạn

- Thu hồi dung chất: khi các cấu tử trong hỗn hợp thuộc về hai nhóm có tính chất rất khác nhau thì ta có thể xem một nhóm là dung môi và một nhóm là dung chất. Sự phân tách hai nhóm này tương đối là dễ dàng.

- Phân đoạn: khi hỗn hợp gồm các cấu tử có tính chất gần giống nhau thì sự phân tách ra thành từng cấu tử riêng biệt sẽ rất khó khăn.

VIII.2.2 Quá trình gián đoạn (không ổn định) và quá trình ổn định

- Gián đoạn: đặc trưng là nồng độ tại một điểm bất kỳ trong thiết bị thay đổi theo thời gian, điều này làm thay đổi các thông số điều hành thiết bị.

- Ổn định: đặc trưng là nồng độ tại một điểm bất kỳ trong thiết bị không thay đổi theo thời gian. Chế độ ổn định đạt được khi các thông số điều hành thiết bị không đổi.

VIII.2.3 Quá trình tiếp xúc theo đoạn và quá trình tiếp xúc liên tục.

- Theo đoạn: khi hai pha tiếp xúc với nhau để thực hiện quá trình truyền khối rồi sau đó được tách riêng ra hoàn toàn – nghĩa là quá trình đã tạo nên một đoạn. Nếu quá trình đươc thực hiện nhiều lần như vậy thì gọi là quá trình nhiều đoạn.

- Liên tục: khi hai pha cho tiếp xúc và thực hiện quá trình truyền khối liên tục trong thiết bị từ lúc vào cho đến lúc ra khỏi thiết bị.

VIII.2.4 Hệ số truyền khối

Định nghĩa: là lượng vật chất truyền qua một đơn vị diện tích bề mặt tiếp xúc pha trong một

đơn vị thời gian khi sai biệt nồng độ là một đơn vị.

Hệ số truyền khối là một đại lượng phức tạp. Nó phụ thuộc vào tính chất vật lý của các pha

(hệ số khuếch 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 khối.

VIII.3 Truyền Khối Giữa 2 Pha VIII.3.1 Khái niệm về cân bằng pha và đường cân bằng

Xét quá trình hấp thu hỗn hợp amoniac-không khí vào trong nước.

Giả sử có một lượng nước cố định đặt trong một bình kín tiếp xúc với hỗn hợp amoniac-

không khí, hệ được duy trì ở áp suất và nhiệt độ không đổi. Vì amoniac hòa tan trong nước

nên một số phân tử amoniac sẽ truyền từ pha khí vào pha lỏng xuyên qua bề mặt ngăn cách

giữa hai pha. Một số phần tử amoniac trong pha lỏng sẽ đi ngược lại ra pha khí với tốc độ tỷ

lệ với nồng độ của nó trong pha lỏng. Càng nhiều phân tử amoniac vào pha lỏng thì nồng độ

của nó trong pha lỏng càng tăng và tốc độ amoniac trở ra pha khí cũng tăng theo. Cùng lúc

đó, bằng cơ chế khuyếch tán trong mỗi pha, nồng độ amoniac trong mỗi pha trở nên đồng

nhất.

Cân bằng động học của hệ được thiết lập cùng lúc các phân tử amoniac truyền vào và ra

khỏi mỗi pha với tốc độ bằng nhau, tốc độ truyền khối chung bằng không. Nồng độ NH3

trong mỗi pha không còn thay đổi. Lúc đó ta có nồng độ cấu tử NH3 trong pha lỏng đạt đến

72

cân bằng (nồng độ cân bằng là nồng độ lớn nhất của cấu tử NH3 mà pha lỏng có thể chứa

được tại một điều kiện nhiệt độ nhất định).

- Gọi A là biểu diễn cấu tử khuyếch tán giữa hai pha (NH3).

- xA: nồng độ của A trong pha lỏng ở trạng thái cân bằng.

- yA: nồng độ của A trong pha khí ở trạng thái cân bằng.

Nếu bây giờ ta thêm NH3 vào thùng chứa thì một cặp (xA,yA) trong hai pha cân bằng mới sẽ

được thiết lập với các giá trị nồng độ cao hơn cho mỗi pha. Bằng cách này ta sẽ có các cặp

nồng độ NH3 (xA,yA) khác nhau tại một điều kiện nhiệt độ và áp suất không đổi. Mối quan

hệ giữa (xA,yA) được biểu diễn trên đồ thị bằng một đường cong gọi là đường cân bằng.

Đường cân bằng không phụ thuộc vào lượng khí và lượng nước có trong hệ lúc ban đầu mà

nó chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất tác động lên hệ.

Tại cân bằng, nồng độ của dung chất trong hai pha là không bằng nhau hay đúng hơn là

hóa thế của dung chất trong hai pha là bằng nhau.

Kết luận:

Bất cứ khi nào có một chất phân bố giữa hai pha thì sẽ có một mối quan hệ cân bằng động

học được thiết lập. Các mối quan hệ cân bằng này sẽ có các nguyên tắc sau:

- Tại mỗi điều kiện nhiệt độ và áp suất xác định, tồn tại một mối quan hệ cân bằng giữa nồng độ của dung chất trong hai pha và được biểu diễn bởi đường cân bằng.

- Khi hệ đạt cân bằng thì không có sự khuyếch tán tổng cộng giữa hai pha.

- Khi hệ chưa đạt cân bằng, quá trình khuếch tán của dung chất giữa hai pha sẽ như thế nào để đưa hệ đến trạng thái cân bằng. Nếu đủ thời gian tiếp xúc giữa hai pha, nồng độ cân bằng giữa hai pha cuối cùng sẽ đạt được.

VIII.3.2 Các định luật cân bằng pha.

1) Định luật Herry

Đối với dung dịch lý tưởng áp suất riêng phần Pi của khí i trên chất lỏng tỉ lệ với nồng độ

phần mol xi của nó trong dung dịch được xác định như sau:

Pi= ψ.xi ( 2.1)

Pi là áp suất riêng phần của cấu tử i trên chất lỏng. xi là nồng độ phần mol của cấu tử i trong dung dịch. Ψ là hằng số Herry đơn vị của nó là đơn vị áp suất nó phụ thuộc vào bản

chất của chất khí và phụ thuộc và nhiệt độ. Khi nhiệt độ tăng thì hằng số Ψ tăng.

Đối với khí lý tưởng thì phương trình (2.1) là đường thẳng. Đối với khí thực thì hằng số

herry còn phụ thuộc vào nồng độ nên đường biểu diễn thường là đường cong. Hăng số

Herry Ψ được xác định bằng thực nghiệm được tra cứu trong sổ tay hóa học.

Nếu ta gọi y*i là nồng độ cấu tử i cân bằng khi dung dịch có nồng độ là xi và áp suất chung

73

y (%mol)

y*=f(xi) đối với dung dịch

thực

y*= mxi đối dung dịch lý tưởng

x (% mol)

của hỗn hợp là P thì ta có

Pi= y*i.P thay vào phương trình (2.1) ta có

y*i.P= Ψ.xi y*

i=Ψ

��.�� → � �

∗ = �. ��

� =Ψ

� gọi là hằng số cân bằng không thứ nguyên

Đồ thì biểu diễn quan hệ giữa yi* và xi định luật Herry chỉ đúng với chất khí

thường được ứng dụng để tính toán và khảo sát quá trình hấp thụ khí.

Đường cân bằng của hệ khí- lỏng

2) Định luật Raul

Áp suất riêng phần của một cấu tử trên dung dịch bằng áp suất hơi bão

hòa của cấu tử đó (ở cùng nhiệt độ) nhân với nồng độ phân mol của cấu tử đó trong

dung dịch.

Pi = Pbhixi (2.2)

Trong đó:

Pi – áp suất hơi riêng phần của cấu tử i trong hỗn hợp hơi.

Pbhi – áp suất hơi bão hòa của cấu tử i ở cùng nhiệt độ.

xi- nồng độ của cấu tử i trong dung dịch.

Gọi yi* là nồng độ của cấu tử I trong pha hơi ta có yi

*=(Pi/P)=(Pbhi/P).xi , trong đó P

là áp suất chung. Đối với hệ dung dịch 2 cấu tử ta có:

P = P1 + P2 = Pbh1.x1 + Pbh2x2 = Pbh2(1-x1) + Pbh1x1

��∗ =

��

�� =

��

��(��)� �� .

74

P1, P2 áp suất riêng phần của cấu tử 1, 2 Pbh1, Pbh2 là áp suất bão hòa của cấu tử 1, 2. x1, (1-x1) là nồng độ cấu tử 1, 2 trong dung dịch. Đặt (Pbh1/Pbh2)=α , α là độ bay hơi tương đối của cấu tử 1 trong

hỗn hợp dung dịch.

Ta có:

��∗ =

��

��

∝(��)

=∝.��

��(∝��)�� (2.3)

Phương trình (2.3) gọi là phương trình cân bằng, đường biểu diễn củả nó gọi là đường

cân bằng. Nó đúng với dung dịch lý tưởng, đối với dung dịch thực thường người ta xây

dựng bằng thực nghiệm. Định luật Raoult thường được ứng dụng để tính toán và khảo sát

quá trình chưng luyện.

VIII.4 Quá trình hấp thụ.

VIII.4.1 Khái niệm.

Định nghĩa quá trình hấp thụ: là quá trình hút một hoặc vài cấu tử từ hỗn hợp khí bằng

dung môi gọi là quá trình hấp thụ. Dung môi được gọi là dung môi hấp thụ, chất bị hút

được gọi là chất bị hấp thụ các cấu tử không bị hút gọi là các cấu tử trơ.

Đường cân bằng là đường cong biểu diễn nồng độ ( áp suất ) cân bằng của cấu tử bị hấp

thụ chứa trong dung môi ( hay cân bằng với dung môi). Đường cân bằng phụ thuộc vào

nhiệt độ, nó được xây dựng trên cơ sở thực nghiệm.

a - Đường cân bằng và b- đường làm việc

Đường làm việc là đường biểu diễn quan hệ giữa nồng độ (áp suất) của cấu tử bị hấp thụ

trong pha khí trong điều kiện làm việc với nồng độ cấu tử bị hấp thụ trong dung môi.

b

Ck,Pk

a

t2

t1

t2>t1

x

75

VIII.4.2 Yêu cầu đối với chất hấp thụ

Quá trình hấp thụ được thực hiện tốt hay xấu là do tính chất của dung môi. Dung môi cần

có những tính chất sau:

Có tính chất hòa tan chọn lọc chỉ hòa tan tốt cấu tử cần tách và không hòa tan cấu tử còn lại . Đây là tính chất chủ yếu.

Năng lực hấp thụ lớn, tiết kiệm được dung môi, năng lực sử dụng Độ nhớt dung môi nhỏ để chất lỏng dễ vận chuyển , trở lực bé. Nhiệt dung riêng bé: tiết kiệm năng lượng tái sinh và hoàn nguyên, Nhiệt độ sôi cao: tránh tổn thất dung môi khi tái sinh. Nhiệt độ đóng rắn thấp : tránh hiện tượng đóng rắn làm tắc thiết bị Không tạo kết tủa khi hòa tan khí: tránh tắc thiết bị và dễ thu hồi. Ít bay hơi để giảm tổn thất dung môi. Dung môi rẻ, dễ kiếm.

Nói chung trong thực tế không có dung môi nào thỏa mãn tất cả các tính chất trên khi

chọn ta phải dựa vào điều kiện thực tế của sản xuất.

VIII.4.3 Hấp thụ vật lý và hấp thụ hóa học

a) Hấp thụ vậy lý

Là quá trình hấp thụ không kèm theo phản ứng hóa học. Trong quá trình hấp thụ vật lý

quá trình truyền chất là quá trình khuyếch tán khi từ pha khí vào pha lỏng giai đoạn nào

chậm nhất sẽ quyết định tốc độ của quá trình.

b) Hấp thụ hóa học

Là quá trình truyền chất từ pha khí và pha lỏng có kèm theo phản ứng hóa học thường

phản ứng hóa học là thuận nghịch. Trong quá trình hấp thụ hóa học nếu phản ứng hóa

học chậm hơn tốc độ khuyếch tán thì tốc độ phản ứng sẽ quyết định quá trình. Lúc đó

chế độ chuyển động của lỏng khí không ảnh hưởng đên tốc độ quá trình, nếu tộc độ phản

ứng nhanh thì quá trình truyền chất sẽ quyết định quá trình.

Ví dụ : Hấp thụ CO2 bằng dung dịch MDEA đây là quá trình hấp thụ hóa học nhưng tốc

độ phản ứng hóa học xảy ra nhanh nên quyết định quá trình vẫn là quá trình truyền chất.

VIII.4.4 Các yếu tố ảnh hửơng đến quá trình hấp thụ

a) Lượng dung môi

Để khảo sát ảnh hưởng đến dung môi hấp thụ

Hình 2

Yđ

Yc

B’’ B’ B

x1 x2’ x2

Yi

x

76

Khi ta tăng lượng dung môi thì nồng độ khí hấp thụ trong dung môi sẽ giảm từ x2 – x2’

khi đó điểm B sẽ chuyển dịch đến điểm B’ lúc đó động lực của quá trình hấp thụ sẽ cao

hơn.

Như vậy khi tăng lượng dung môi thì quá trình hấp thụ sẽ tốt hơn, khí hấp thụ sạch hơn

nhưng đồng thời với việc tăng dung môi dẫn đến sự tiêu tốn năng lượng tuần hoàn tăng

lên , tiêu tốn lượng nhiệt tái sinh cũng tăng lên. Hơn nữa khi đó trở lực của tháp cũng

tăng theo đến một giới hạn nào đó sẽ dẫn đến hiện tượng cuốn lỏng ra khỏi tháp. Vì vậy

cần phải duy trì một tỉ lệ nhất định.

b) Ảnh hưởng của áp suất

Khi áp suất tăng, áp suất riêng phần của cấu tử bị hấp thụ sẽ tăng dần đến động lực của

quá trình hấp thụ sẽ tăng và quá trình hấp thụ tốt hơn. (xem hình 3).

Hình 3 :Ảnh hưởng của áp suất:P1>P2>P3>P4.

a) Ảnh hưởng của nhiệt độ

Khi nhiệt độ tăng thì động lực của quá trình hấp thụ giảm xuống khi nhiệt độ tăng thì

đường cân bằng dịch chuyển lên phía gần đường làm việc dẫn đến động lực hấp thụ

giảm, hấp thụ kém hơn.

Hình 4 Ảnh hưởng của nhiệt độ:t1<t2<t3

77

VIII.5 Thiết bị hấp thụ và chế độ làm việc

VIII.5 1 Thiết bị hấp thụ

Có nhiều loại thiết bị hấp thụ khác nhau, mỗi loại có một ưu nhược điểm khác nhau.

Nhưng thiết bị hay được dùng là tháp đệm

Ưu điểm: bề mặt tiếp xúc pha lớn, kết cấu thiết bị đơn giản hiệu suất làm việc cao trở lực

của tháp nhỏ.

Nhược điểm: thiết bị cồng kềnh, trọng lượng lớn.

VIII.5.2 Chế độ làm việc của tháp đệm

Qua nghiên cứu người ta đã thiết lập được đồ thị quan hệ logarit giữa trở lực của tháp và

tốc độ khí qua thápvà tốc độ khí qua tháp.

Hình 5: Biểu diễn chế độ làm việc của Tháp đệm

Đoạn I-II chất lỏng ở chế độ quá độ bề mặt tiếp xúc lớn hơn. Đoạn II-III chất lỏng ở chế độ chảy xoáy bề mặt tiếp xúc pha càng lớn hơn

nhiều. Đoạn III-IV chất lỏng ở chế độ sủi bọt (giả sôi) khi đó bề mặt tiếp xúc pha là

lớn nhất vận tốc tại điểm III là vận tốc đảo pha. Đoạn IV –V chất lỏng bị sặc khí cuốn lỏng ra khỏi tháp. Vận tốc khí tại IV gọi

là vận tốc sặc.

Như vậy tốc độ khí làm việc trong giai đoạn IV-V là tốt nhất ( hấp thụ tốt nhất) thực tế

trong giai đoạn đó rất khó khống chế tốc độ khí, chất lỏng dễ bị cuốn đi vì vậy trong thực

tế và sản xuất người ta thường khống chế tốc độ khí làm việc nhỏ hơn 10 15% tốc độ

đảo pha.

0 I

II

III

IV

V

Tháp khô (

không hấp thụ)

lg

78

VIII.5.3 Một số điểm cần chú ý khi vận hành tháp hấp thụ

Vận tốc khí thực tế khi đi qua tháp, quyết định đến chế độ làm việc của tháp hấp thụ vì

vậy khi vận hành ở tải thiết kế phải thường xuyên quan tâm đến áp suất vận hành, không

nên vận hành ở áp suất Thấp hơn áp suất thiết kế.

VIII.6 Quá trình chưng luyện.

VIII.6.1 Định nghĩa:

Chưng cất là quá trình tách các cấu tử của một hỗn hợp lỏng cũng như hỗn hợp khí lỏng

thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau (ở cùng một điều kiện nhiệt độ-

áp suất) của các cấu tử trong hỗn hợp.

Trong trường hợp đơn giản nhất thì chưng và cô đặc là gần giống nhau, nhưng giữa

chúng có một ranh giới cơ bản như sau:

Chưng: Dung môi và chất tan bay hơi. Cô đặc: chỉ có dung môi bay hơi còn chất tan không bay hơi.

Khi tiến hành chưng ta thu được nhiều sản phẩm thường thì có bao nhiêu cấu tử thì thu

được bấy nhiêu sản phẩm.

Đối với dung dịch hai cấu tử:

Sản phẩm đỉnh gồm cấu tử có độ bay hơi lớn và một phần nhỏ cấu tử có độ bay hơi bé.

Sản phẩm đáy là cấu tử có độ bay hơi bé và một phần nhỏ cấu tử có độ bay hơi lớn.

VIII.6.2 Phân loại các phương pháp chưng

Trong sản xuất thường gặp các phương pháp chưng khác nhau.

a) Chưng đơn giản

Chưng cất đơn giản: dùng để tách các hỗn hợp gồm các cấu tử có độ bay hơi rất khác

nhau. Dùng để tách sơ bộ hay làm sạch các cấu tử ra khỏi tạp chất, ví dụ như chưng ở

tháp chưng 20T1002 (xưởng Ure), tháp tái sinh 10T3001 (xưởng NH3).

b) Chưng chân không

Dùng trong các trường hợp cần hạ thấp nhiệt độ sôi các cấu tử thường dùng khi các cấu

tử trong hỗn hợp dễ phân hủy ở nhiệt độ cao , hoặc có nhiệt độ sôi quá cao.

79

c) Chưng luyện

Là phương pháp phổ biến nhất dùng để tách hoàn toàn hỗn hợp các cấu tử dễ bay hơi có

tính chất hòa tan một phần hoặc hòa tan hoàn toàn khác nhau ví dụ như dung dịch nước

NH3, dung dịch nước và rượu etanol …

Chưng luyện ở áp suất thấp dùng cho các hỗn hợp dễ phân hủy ở nhiệt độ cao.

Chưng luyện ở áp suất cao dùng các hỗn hợp không hóa lỏng được ở áp suất thường, ví

dụ như NH3 không hóa lỏng ở nhiệt độ và áp suất thường.

VIII.6.3 Phân loại hỗn hợp dung dịch 2 cấu tử

a) Dung dịch lý tưởng

Là dung dịch mà trong đó lực liên kết giữa các phân tử cùng loại và lực liên kết giữa phân tử khác loại bằng nhau.

Khi đó các cấu tử hòa tan vào nhau theo bất cứ tỷ lệ nào. Cân bằng lỏng hơi tuân theo định luật Raun.

b) Dung dịch thực

Là những dung dịch không hoàn toàn tuân theo định luật Raun. Sự sai lệch so với định luật Raun là dương nếu liên kết giữa các phân tử khác

loại nhỏ hơn lực liên kết giữa phân tử cùng loại và ngược lại là sai lệch âm. Trường hợp liên kết giữa các phân tử khác loại rất nhỏ hơn lực liên kết giữa

phân tử cùng loại thì dung dịch sẽ phân lớp, nghĩa là các cấu tử không hòa tan vào nhau.

Sự phân loại dung dịch hỗn hợp được thể hiện tại hình dưới

(hình VII)

Hình VII thể hiện quan hệ giữa áp suất và thành phần của dung dịch 2 cấu tử:

1 . tuân theo định luật Raoult.

2 . sai lệch dương.

3. sai lệch âm.

1

3

2 P

x

80

VIII.6.4 Cân bằng lỏng hơi của hỗn hợp 2 cấu tử

a) Giản đồ đẳng nhiệt : P-x-y.

Trong đó A là cấu tử dễ bay hơi nên PA0 > PB

0 xm, ym: thành phần của cấu tử A trong pha

lỏng và pha hơi ở nhiệt độ T và áp suât Pm thành phần cấu tử B trong pha lỏng là 1-xA và

trong pha hới là 1-ym biểu đồ này ít được xử dụng trong thực tế vì trong sản xuất P ít khi

thay đổi.

Hình VIII: Giản đồ đẳng nhiệt P-x-y

b) Giản đồ đẳng áp : T-x-y

Trong đó : A là cấu tử dễ bay hơi nên TA0 < TB

0 xm, ym là thành phần của cấu tử A trong

pha lỏng và pha hơi ở P và Tm. Thành phần cấu tử B trong pha dịch là 1- xm, trong pha

hơi là 1-ym, áp suất P , nhiệt độ Tm

Lỏng +

T=const

Hơi

P

PM

P0

0 xA yA % mol

1

P0A Lỏng

81

Hình IX: Giản đồ đẳng áp T-x-y

VIII.6.5 Tháp chưng luyện

a) Nguyên tắc hoạt động của tháp chưng luyện

Hình X: Sơ đồ nguyên lý của các hệ thống chưng luyện

% mol

T

xA yA

Hơi nước

Sản phẩm đáy

Dung dịch đi vào

Nước ngưng

2

W

1

5

3

Nước làm lạnh

Hồi lưu

Sản phẩm đỉnh

4

82

Chú thích:

1- Tháp chưng luyện, 2- bộ đun sôi, 3- thùng chứa sản phẩm đỉnh, 4- ngưng tụ sản phẩm

đỉnh, 5- bơm hồi lưu, sản phẩm đỉnh.

Tháp chưng luyện gồm 2 phần:

Đoạn luyện là phần trên tháp chưng luyện từ đĩa tiếp liệu lên đỉnh. Phần chưng là phần dưới kề từ đĩa tiếp liệu.

Tháp chưng gồm có nhiều đĩa. Trên mỗi đĩa diễn ra qúa trình chuyển khối giữa phả lỏng

và pha hơi. Pha hơi đi từ dưới lên qua các lỗ của đĩa xuyên qua pha lỏng đi từ trên xuống

theo các ống (vách) chảy truyền

Vì nhiệt độ ở trong tháp càng lên cao càng giảm nên khi hơi đi qua các đĩa từ dưới lên ,

các cấu tử có nhiệt đồ sôi cao sẽ ngưng tụ và cuối cùng trên đỉnh tháp, ta sẽ thu được hỗn

hợp sản phẩm hầu hết là cấu tử nhẹ (cấu tử dễ bay hơi). Hơi này sẽ đi vào thiết bị làm

lạnh và ngưng tụ thành sản phẩm đỉnh ở dạng lỏng, sản phẩm đỉnh đi qua hồi lưu, còn lại

được đưa về kho chứa sản phẩm.

Ngược lại, pha lỏng đi từ trên xuống, gặp hơi có nhiệt độ cao hơn một phần cấu từ có

nhiệt độ sôi thấp sẽ bay hơi làm cho nồng độ của cấu tử nặng (khó bay hơi) trong pha

lỏng càng tăng và cuối cùng ở đáy ta sẽ thu được hỗn hợp sản phẩm gồm hầu hết là các

cấu tử nặng sản phẩm đáy sẽ được đưa đi sử dụng.

Một phần của sản phẩm đáy sẽ được tuần hoàn đối lưu qua thiết bị đun sôi lại ở đáy tháp

để tạo một lương hơi bốc lên từ đáy tháp đủ để đảm bảo lượng nhiệt cấp cho các đĩa

trong tháp luôn có sự tiếp xúc giữa hai pha ở trạng thái sôi.

Tóm lại, tháp chưng là quá trình bốc hơi và ngưng tụ lặp lại nhiều lần trên các đĩa , pha

hơi cùng đi lên đỉnh càng giàu cấu tử nhẹ, pha lỏng càng đi xuống cũng giàu cấu tử nặng.

Mỗi đĩa là một bậc thay đổi nồng độ, quá trình chuyển khối ở mỗi đĩa thường không đạt

đến trạng thái cân bằng, mức độ chuyển chất phụ thuộc và chế độ làm việc của tháp và

các tầng đĩa.

b) Các yếu tố ảnh hưởng đến chế độ làm việc của tháp

b1. Ảnh hưởng của hồi lưu: R

Để đoạn làm luyện làm việc cần phải hồi lưu 1 phần sản phẩm đỉnh sau khi ngưng tụ

quay trở về đỉnh đoạn luyện để biểu thị mức độ hồi lưu người ta dùng đại lượng R gọi là

chỉ số hồi lưu

� =��

�

Trong đó : L0 là lượng hồi lưu : kmol/h

P là lượng sản phẩn thu được kmol/h

83

Lượng hồi lưu tối thiểu �� =��

∗

��∗��

Trong đó : xp nồng độ mol của cấu tử nhẹ ở trong sản phẩm đỉnh .

xF nồng độ mol của cấu tử nhẹ trong dòng nạp liệu.

y*F nồng độ mol của cấu tử nhẹ trong pha hơi ở dòng nạp vào.

Lượng hồi lưu thực tế R = k.Rmin (thường k = 1,1- 1,5).

Ảnh hưởng của lượng hồi lưu: R

Khi R giảm ảnh hưởng làm giảm nồng độ cấu tử nhẹ trong sản phẩm đặc biệt khi R < Rmin thì nồng độ sản phẩm giảm nhanh, R = 0 thì đoạn luyện không làm việc (không có tác dụng chưng).

Khi R tăng lơn hơn thiết kế , sẽ làm tăng tiêu hao nhiệt cấp cho đun sôi đáy tháp và nhiệt làm lạnh tại ngưng tụ, làm tăng vận tốc hơi và lỏng trong tháp ( đặc biệt là đoạn luyện ) dẫn đến ăn mòn thiết bị và các chi tiết bên trong do tăng lực ma sát nếu tiếp tục tăng đến giới hạn nào đó tháp sẽ cuốn dịch ra khỏi tháp không thể thực hiện quá trình chưng luyện.

b2. Ảnh hưởng của dòng nạp liệu.

Về nguyên tắc dòng nạp liệu (dung dịch đầu vào) được đưa vào đĩa trên cùng của đoạn chưng ở điều kiện nhiệt độ ở điểm sôi của dung dịch hỗn hợp.

Lưu lượng nạp liệu hoặc nồng độ cấu tử dễ bay hơi thay đổi đều ảnh hưởng đến phụ tải làm việc của tháp chưng luyện, nếu tăng làm tăng vận tốc của các lưu thể trong tháp, dẫn đến giảm hiệu quả chưng luyện làm giảm chất lượng của dòng sản phẩm ra đỉnh và đáy thiết bị, nếu tăng nhiều có thể dẫn đến quá tải gây lôi cuốn dịch ra đỉnh tháp, tháp sẽ rối loạn không làm việc được.

Nhiệt độ dòng nạp thấp sẽ làm tăng phụ tải của đoạn chưng, ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm đáy, cần phải tăng lượng nhiệt cấp cho bộ đun sôi một cách thích hợp để đảm bảo chất lượng của sản phẩm đáy. (VD: đối với tháp 10T5053 xưởng NH3, chất lượng sản phẩm đáy ảnh hưởng rất quan trọng đến hiệu suất làm việc của tháp hấp thụ 10T5051, nếu nước ra khỏi đáy 10T5053 còn nhiều NH3 thì hàm lượng NH3 ra khỏi 10T5051 sẽ tăng, nếu > 100ppm thì bộ thu hồi H2 sẽ ngừng hoạt động. Vì vậy phải quan tâm đến chất lượng sản phẩm đáy cao hơn cả chất lượng sản phẩm đỉnh: NH3 tại đỉnh cấp cho sản xuất urea có thể chấp nhận ở 95%).

b3. Ảnh hưởng của lượng nhiệt cấp cho bộ đun sôi đáy tháp và nhiệt độ của tháp chưng

luyện

Về nguyên tắc lượng nhiệt cấp phải đủ cho tất cả các đĩa trong tháp hoạt động ở chế độ sôi tương ứng với nồng độ của cấu tử nhẹ ở các đĩa. Để sản phẩm đáy đạt chất lượng cao nhất thì nhiệt độ đáy phải bằng nhiệt độ sôi của cấu tử nặng ở áp suất vận hành, và nhiệt độ này sẽ không thay đổi khi áp suất vận hành ổn định. Lượng nhiệt cấp thừa hay thiếu phải căn cứ vào nhiệt độ hơi ra khỏi đỉnh tháp (điều này đúng cho cả tháp chưng như 20T1002 (xưởng urea) và 10T3001

84

xưởng NH3 và tháp chưng luyện 10T5053 xưởng NH3). Khi áp suất vận hành ổn định, nếu nhiệt độ đỉnh tăng tức là nhiệt cấp thừa, ngược lại nhiệt độ đỉnh giảm là lượng nhiệt cấp thiếu. Vì vậy, trong vận hành ở mỗi áp suất làm việc phải khống chế lượng nhiệt cấp cho đáy tháp sao cho nhiệt độ hơi ra đỉnh tháp ổn định.

Lượng nhiệt cấp thiếu: nhiệt độ đỉnh giảm nhanh, nhiệt độ đáy có thể giảm nhẹ sẽ làm chất lượng sản phẩm đáy giảm đáng kể, lượng sản phẩm đỉnh giảm.

Lượng cấp nhiệt thừa: chất lượng sản phẩm đáy tăng, chất lượng sản phẩm đỉnh giảm, lượng sản phẩm đỉnh tăng, phụ tải làm việc của tháp tăng, nếu thừa nhiều dẫn đến quá tải gây mang dịch ra khỏi đỉnh tháp.

b4. Ảnh hưởng của áp suất:

Khi thay đổi áp suất vận hành về nguyên tắc việc thay đổi áp suất vận hành ít ảnh hưởng

đến chất lượng sản phẩm đỉnh và đáy. Song đối với tháp đã có sẵn, việc giảm áp suất sẽ

làm tăng vận tốc của hơi và lỏng trong tháp dẫn đến làm giảm hiệu suất làm việc của các

đĩa dẫn đến chất lượng sản phẩm đỉnh và đaý bị suy giảm, mặt khác khi áp suất giảm vận

tốc tăng dễ có nguy cơ mang dịch khỏi tháp. Khi áp suất cao hơn áp suất thiết kế, thì

nhiệt độ vận hành đáy và đỉnh tháp tăng theo gây tổn hao nhiệt và tổn hao về dộng lực

cho các bơm.

Câu hỏi và Bài tập ứng dụng Chương VIII

1) Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ?

2) Khi sản xuất ở phụ tải thiết kế, giảm áp suất vận hành có ảnh hưởng như thế nào

đến quá trình hấp thụ, quá trình chưng ?

3) Phân tích ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm đáy 10T- 3001 và 10T-5053

đối với quá trình hấp thụ ở 10T-3002 và 10T-5051, giải thích?

4) Những yếu tố nào ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm đáy 10T-3001, 10T-5053,

20T-1002? Giải thích?

5) Trình bày các cơ sở để lựa chọn áp suất cho quá trình chưng?

6) Tính gần đúng nhiệt độ sôi của dung dịch H2O-NH3 khi biết P = 26 bara, nồng độ

NH3 là CNH3=16% mol, CNH3 = 20% mol, CNH3= 12 % mol.

7) Làm thế nào để vận hành tháp 10T-5053 ở áp suất ổn định ?

8) Tính chỉ số hồi lưu tối thiểu của tháp 10T-5053 theo các số liệu trong PFD. So

sánh với chỉ số R thiết kế ?

9) Nhiệt đỉnh của tháp chưng luyện bị ảnh hưởng bởi những yếu tố nào? giải thích?

85

PHỤ LỤC

Bảng các đơn vị đo lường cơ bản

Thứ tự

Đại lượng Tên đơn vị Ký hiệu đơn vị

Thể hiện theo đơn vị cơ bản

1 Độ dài mét m 2 Khối lượng kilôgam kg 3 Thời gian giây s 4 Cường độ dòng điện ampe A 5 Nhiệt độ nhiệt động

học kenvin K

6 Lượng vật chất mol mol 7 Cường độ sáng candela Cd 8 Diện tích mét vuông m2 m.m 9 Thể tích (dung tích) mét khối m3 m.m.m 10 Vận tốc mét trên giây m/s m.s-1

11 Gia tốc mét trên giây bình phương

m/s2 m.s-2

12 Khối lượng riêng kilôgam trên mét khối

kg/m3 kg.m-3

13 Lực niutơn N m.kg.s-2

14 Áp suất, ứng suất pascan Pa m-1.kg.s-2

15 Công, năng lượng jun J m2.kg.s-2

16 Công suất oát W m2.kg.s-3

17 Lưu lượng thể tích mét khối trên giây

m3/s m 3.s-1

18 Lưu lượng khối lượng

kilôgam trên giây

kg/s kg.s-1

19 Nhiệt độ Celsius độ Celsius 0C t = T – T0; trong đó t là nhiệt độ Celcius, T là nhiệt độ nhiệt động học và T0=273,15

20 Nhiệt lượng riêng jun trên kilôgam J/kg m2.s-2

21 Nhiệt dung jun trên kenvin J/K m2.kg.s-2.K-1

22 Hệ số truyền nhiệt oát trên mét vuông kenvin

W/(m2.K) kg.s-3.K-1

23 Độ dẫn nhiệt (hệ số dẫn nhiệt)

oát trên mét kenvin W/(m.K) m.kg.s-3.K-1

Bảng hằng số cân bằng của phản ứng tổng hợp NH3

Nhiệt độ

Áp suất (atm)

10 50 100 300 600 1000

200 0.64880 0.69780 0.73680 0.91200 2.49300 10.35000

300 0.06238 0.06654 0.06966 0.08667 0.17330 0.51340

400 0.01282 0.01310 0.01379 0.01717 0.02761 0.06035

500 0.00378 0.00384 0.00409 0.00501 0.00646 0.00978

600 0.00152 0.00146 0.00153 0.00190 0.00200 0.00206

700 0.00071 0.00066 0.00070 0.00087 0.00085 0.00052

720 Tables in SI Units

H2O

TABLE A-2 Properties of Saturated Water (Liquid–Vapor): Temperature Table

Specific Volume Internal Energy Enthalpy Entropym3/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg K

Sat. Sat. Sat. Sat. Sat. Sat. Sat. Sat.Temp. Press. Liquid Vapor Liquid Vapor Liquid Evap. Vapor Liquid Vapor Temp.

�C bar vf � 103 vg uf ug hf hfg hg sf sg �C

.01 0.00611 1.0002 206.136 0.00 2375.3 0.01 2501.3 2501.4 0.0000 9.1562 .014 0.00813 1.0001 157.232 16.77 2380.9 16.78 2491.9 2508.7 0.0610 9.0514 45 0.00872 1.0001 147.120 20.97 2382.3 20.98 2489.6 2510.6 0.0761 9.0257 56 0.00935 1.0001 137.734 25.19 2383.6 25.20 2487.2 2512.4 0.0912 9.0003 68 0.01072 1.0002 120.917 33.59 2386.4 33.60 2482.5 2516.1 0.1212 8.9501 8

10 0.01228 1.0004 106.379 42.00 2389.2 42.01 2477.7 2519.8 0.1510 8.9008 1011 0.01312 1.0004 99.857 46.20 2390.5 46.20 2475.4 2521.6 0.1658 8.8765 1112 0.01402 1.0005 93.784 50.41 2391.9 50.41 2473.0 2523.4 0.1806 8.8524 1213 0.01497 1.0007 88.124 54.60 2393.3 54.60 2470.7 2525.3 0.1953 8.8285 1314 0.01598 1.0008 82.848 58.79 2394.7 58.80 2468.3 2527.1 0.2099 8.8048 14

15 0.01705 1.0009 77.926 62.99 2396.1 62.99 2465.9 2528.9 0.2245 8.7814 1516 0.01818 1.0011 73.333 67.18 2397.4 67.19 2463.6 2530.8 0.2390 8.7582 1617 0.01938 1.0012 69.044 71.38 2398.8 71.38 2461.2 2532.6 0.2535 8.7351 1718 0.02064 1.0014 65.038 75.57 2400.2 75.58 2458.8 2534.4 0.2679 8.7123 1819 0.02198 1.0016 61.293 79.76 2401.6 79.77 2456.5 2536.2 0.2823 8.6897 19

20 0.02339 1.0018 57.791 83.95 2402.9 83.96 2454.1 2538.1 0.2966 8.6672 2021 0.02487 1.0020 54.514 88.14 2404.3 88.14 2451.8 2539.9 0.3109 8.6450 2122 0.02645 1.0022 51.447 92.32 2405.7 92.33 2449.4 2541.7 0.3251 8.6229 2223 0.02810 1.0024 48.574 96.51 2407.0 96.52 2447.0 2543.5 0.3393 8.6011 2324 0.02985 1.0027 45.883 100.70 2408.4 100.70 2444.7 2545.4 0.3534 8.5794 24

25 0.03169 1.0029 43.360 104.88 2409.8 104.89 2442.3 2547.2 0.3674 8.5580 2526 0.03363 1.0032 40.994 109.06 2411.1 109.07 2439.9 2549.0 0.3814 8.5367 2627 0.03567 1.0035 38.774 113.25 2412.5 113.25 2437.6 2550.8 0.3954 8.5156 2728 0.03782 1.0037 36.690 117.42 2413.9 117.43 2435.2 2552.6 0.4093 8.4946 2829 0.04008 1.0040 34.733 121.60 2415.2 121.61 2432.8 2554.5 0.4231 8.4739 29

30 0.04246 1.0043 32.894 125.78 2416.6 125.79 2430.5 2556.3 0.4369 8.4533 3031 0.04496 1.0046 31.165 129.96 2418.0 129.97 2428.1 2558.1 0.4507 8.4329 3132 0.04759 1.0050 29.540 134.14 2419.3 134.15 2425.7 2559.9 0.4644 8.4127 3233 0.05034 1.0053 28.011 138.32 2420.7 138.33 2423.4 2561.7 0.4781 8.3927 3334 0.05324 1.0056 26.571 142.50 2422.0 142.50 2421.0 2563.5 0.4917 8.3728 34

35 0.05628 1.0060 25.216 146.67 2423.4 146.68 2418.6 2565.3 0.5053 8.3531 3536 0.05947 1.0063 23.940 150.85 2424.7 150.86 2416.2 2567.1 0.5188 8.3336 3638 0.06632 1.0071 21.602 159.20 2427.4 159.21 2411.5 2570.7 0.5458 8.2950 3840 0.07384 1.0078 19.523 167.56 2430.1 167.57 2406.7 2574.3 0.5725 8.2570 4045 0.09593 1.0099 15.258 188.44 2436.8 188.45 2394.8 2583.2 0.6387 8.1648 45

#

Tables in SI Units 721

H2O

TABLE A-2 (Continued)


Sat. Sat. Sat. Sat. Sat. Sat. Sat. Sat.Temp. Press. Liquid Vapor Liquid Vapor Liquid Evap. Vapor Liquid Vapor Temp.

�C bar vf � 103 vg uf ug hf hfg hg sf sg �C

50 .1235 1.0121 12.032 209.32 2443.5 209.33 2382.7 2592.1 .7038 8.0763 5055 .1576 1.0146 9.568 230.21 2450.1 230.23 2370.7 2600.9 .7679 7.9913 5560 .1994 1.0172 7.671 251.11 2456.6 251.13 2358.5 2609.6 .8312 7.9096 6065 .2503 1.0199 6.197 272.02 2463.1 272.06 2346.2 2618.3 .8935 7.8310 6570 .3119 1.0228 5.042 292.95 2469.6 292.98 2333.8 2626.8 .9549 7.7553 70

75 .3858 1.0259 4.131 313.90 2475.9 313.93 2321.4 2635.3 1.0155 7.6824 7580 .4739 1.0291 3.407 334.86 2482.2 334.91 2308.8 2643.7 1.0753 7.6122 8085 .5783 1.0325 2.828 355.84 2488.4 355.90 2296.0 2651.9 1.1343 7.5445 8590 .7014 1.0360 2.361 376.85 2494.5 376.92 2283.2 2660.1 1.1925 7.4791 9095 .8455 1.0397 1.982 397.88 2500.6 397.96 2270.2 2668.1 1.2500 7.4159 95

100 1.014 1.0435 1.673 418.94 2506.5 419.04 2257.0 2676.1 1.3069 7.3549 100110 1.433 1.0516 1.210 461.14 2518.1 461.30 2230.2 2691.5 1.4185 7.2387 110120 1.985 1.0603 0.8919 503.50 2529.3 503.71 2202.6 2706.3 1.5276 7.1296 120130 2.701 1.0697 0.6685 546.02 2539.9 546.31 2174.2 2720.5 1.6344 7.0269 130140 3.613 1.0797 0.5089 588.74 2550.0 589.13 2144.7 2733.9 1.7391 6.9299 140

150 4.758 1.0905 0.3928 631.68 2559.5 632.20 2114.3 2746.5 1.8418 6.8379 150160 6.178 1.1020 0.3071 674.86 2568.4 675.55 2082.6 2758.1 1.9427 6.7502 160170 7.917 1.1143 0.2428 718.33 2576.5 719.21 2049.5 2768.7 2.0419 6.6663 170180 10.02 1.1274 0.1941 762.09 2583.7 763.22 2015.0 2778.2 2.1396 6.5857 180190 12.54 1.1414 0.1565 806.19 2590.0 807.62 1978.8 2786.4 2.2359 6.5079 190

200 15.54 1.1565 0.1274 850.65 2595.3 852.45 1940.7 2793.2 2.3309 6.4323 200210 19.06 1.1726 0.1044 895.53 2599.5 897.76 1900.7 2798.5 2.4248 6.3585 210220 23.18 1.1900 0.08619 940.87 2602.4 943.62 1858.5 2802.1 2.5178 6.2861 220230 27.95 1.2088 0.07158 986.74 2603.9 990.12 1813.8 2804.0 2.6099 6.2146 230240 33.44 1.2291 0.05976 1033.2 2604.0 1037.3 1766.5 2803.8 2.7015 6.1437 240

250 39.73 1.2512 0.05013 1080.4 2602.4 1085.4 1716.2 2801.5 2.7927 6.0730 250260 46.88 1.2755 0.04221 1128.4 2599.0 1134.4 1662.5 2796.6 2.8838 6.0019 260270 54.99 1.3023 0.03564 1177.4 2593.7 1184.5 1605.2 2789.7 2.9751 5.9301 270280 64.12 1.3321 0.03017 1227.5 2586.1 1236.0 1543.6 2779.6 3.0668 5.8571 280290 74.36 1.3656 0.02557 1278.9 2576.0 1289.1 1477.1 2766.2 3.1594 5.7821 290

300 85.81 1.4036 0.02167 1332.0 2563.0 1344.0 1404.9 2749.0 3.2534 5.7045 300320 112.7 1.4988 0.01549 1444.6 2525.5 1461.5 1238.6 2700.1 3.4480 5.5362 320340 145.9 1.6379 0.01080 1570.3 2464.6 1594.2 1027.9 2622.0 3.6594 5.3357 340360 186.5 1.8925 0.006945 1725.2 2351.5 1760.5 720.5 2481.0 3.9147 5.0526 360374.14 220.9 3.155 0.003155 2029.6 2029.6 2099.3 0 2099.3 4.4298 4.4298 374.14

Source: Tables A-2 through A-5 are extracted from J. H. Keenan, F. G. Keyes, P. G. Hill, and J. G. Moore, Steam Tables, Wiley, New York, 1969.

#


TABLE A-3 Properties of Saturated Water (Liquid–Vapor): Pressure Table


Sat. Sat. Sat. Sat. Sat. Sat. Sat. Sat.Press. Temp. Liquid Vapor Liquid Vapor Liquid Evap. Vapor Liquid Vapor Press.

bar �C vf � 103 vg uf ug hf hfg hg sf sg bar

0.04 28.96 1.0040 34.800 121.45 2415.2 121.46 2432.9 2554.4 0.4226 8.4746 0.040.06 36.16 1.0064 23.739 151.53 2425.0 151.53 2415.9 2567.4 0.5210 8.3304 0.060.08 41.51 1.0084 18.103 173.87 2432.2 173.88 2403.1 2577.0 0.5926 8.2287 0.080.10 45.81 1.0102 14.674 191.82 2437.9 191.83 2392.8 2584.7 0.6493 8.1502 0.100.20 60.06 1.0172 7.649 251.38 2456.7 251.40 2358.3 2609.7 0.8320 7.9085 0.20

0.30 69.10 1.0223 5.229 289.20 2468.4 289.23 2336.1 2625.3 0.9439 7.7686 0.300.40 75.87 1.0265 3.993 317.53 2477.0 317.58 2319.2 2636.8 1.0259 7.6700 0.400.50 81.33 1.0300 3.240 340.44 2483.9 340.49 2305.4 2645.9 1.0910 7.5939 0.500.60 85.94 1.0331 2.732 359.79 2489.6 359.86 2293.6 2653.5 1.1453 7.5320 0.600.70 89.95 1.0360 2.365 376.63 2494.5 376.70 2283.3 2660.0 1.1919 7.4797 0.70

0.80 93.50 1.0380 2.087 391.58 2498.8 391.66 2274.1 2665.8 1.2329 7.4346 0.800.90 96.71 1.0410 1.869 405.06 2502.6 405.15 2265.7 2670.9 1.2695 7.3949 0.901.00 99.63 1.0432 1.694 417.36 2506.1 417.46 2258.0 2675.5 1.3026 7.3594 1.001.50 111.4 1.0528 1.159 466.94 2519.7 467.11 2226.5 2693.6 1.4336 7.2233 1.502.00 120.2 1.0605 0.8857 504.49 2529.5 504.70 2201.9 2706.7 1.5301 7.1271 2.00

2.50 127.4 1.0672 0.7187 535.10 2537.2 535.37 2181.5 2716.9 1.6072 7.0527 2.503.00 133.6 1.0732 0.6058 561.15 2543.6 561.47 2163.8 2725.3 1.6718 6.9919 3.003.50 138.9 1.0786 0.5243 583.95 2546.9 584.33 2148.1 2732.4 1.7275 6.9405 3.504.00 143.6 1.0836 0.4625 604.31 2553.6 604.74 2133.8 2738.6 1.7766 6.8959 4.004.50 147.9 1.0882 0.4140 622.25 2557.6 623.25 2120.7 2743.9 1.8207 6.8565 4.50

5.00 151.9 1.0926 0.3749 639.68 2561.2 640.23 2108.5 2748.7 1.8607 6.8212 5.006.00 158.9 1.1006 0.3157 669.90 2567.4 670.56 2086.3 2756.8 1.9312 6.7600 6.007.00 165.0 1.1080 0.2729 696.44 2572.5 697.22 2066.3 2763.5 1.9922 6.7080 7.008.00 170.4 1.1148 0.2404 720.22 2576.8 721.11 2048.0 2769.1 2.0462 6.6628 8.009.00 175.4 1.1212 0.2150 741.83 2580.5 742.83 2031.1 2773.9 2.0946 6.6226 9.00

10.0 179.9 1.1273 0.1944 761.68 2583.6 762.81 2015.3 2778.1 2.1387 6.5863 10.015.0 198.3 1.1539 0.1318 843.16 2594.5 844.84 1947.3 2792.2 2.3150 6.4448 15.020.0 212.4 1.1767 0.09963 906.44 2600.3 908.79 1890.7 2799.5 2.4474 6.3409 20.025.0 224.0 1.1973 0.07998 959.11 2603.1 962.11 1841.0 2803.1 2.5547 6.2575 25.030.0 233.9 1.2165 0.06668 1004.8 2604.1 1008.4 1795.7 2804.2 2.6457 6.1869 30.0

35.0 242.6 1.2347 0.05707 1045.4 2603.7 1049.8 1753.7 2803.4 2.7253 6.1253 35.040.0 250.4 1.2522 0.04978 1082.3 2602.3 1087.3 1714.1 2801.4 2.7964 6.0701 40.045.0 257.5 1.2692 0.04406 1116.2 2600.1 1121.9 1676.4 2798.3 2.8610 6.0199 45.050.0 264.0 1.2859 0.03944 1147.8 2597.1 1154.2 1640.1 2794.3 2.9202 5.9734 50.060.0 275.6 1.3187 0.03244 1205.4 2589.7 1213.4 1571.0 2784.3 3.0267 5.8892 60.0

70.0 285.9 1.3513 0.02737 1257.6 2580.5 1267.0 1505.1 2772.1 3.1211 5.8133 70.080.0 295.1 1.3842 0.02352 1305.6 2569.8 1316.6 1441.3 2758.0 3.2068 5.7432 80.090.0 303.4 1.4178 0.02048 1350.5 2557.8 1363.3 1378.9 2742.1 3.2858 5.6772 90.0

100. 311.1 1.4524 0.01803 1393.0 2544.4 1407.6 1317.1 2724.7 3.3596 5.6141 100.110. 318.2 1.4886 0.01599 1433.7 2529.8 1450.1 1255.5 2705.6 3.4295 5.5527 110.

#

H2O




Sat. Sat. Sat. Sat. Sat. Sat. Sat. Sat.Press. Temp. Liquid Vapor Liquid Vapor Liquid Evap. Vapor Liquid Vapor Press.

bar �C vf � 103 vg uf ug hf hfg hg sf sg bar

120. 324.8 1.5267 0.01426 1473.0 2513.7 1491.3 1193.6 2684.9 3.4962 5.4924 120.130. 330.9 1.5671 0.01278 1511.1 2496.1 1531.5 1130.7 2662.2 3.5606 5.4323 130.140. 336.8 1.6107 0.01149 1548.6 2476.8 1571.1 1066.5 2637.6 3.6232 5.3717 140.150. 342.2 1.6581 0.01034 1585.6 2455.5 1610.5 1000.0 2610.5 3.6848 5.3098 150.160. 347.4 1.7107 0.009306 1622.7 2431.7 1650.1 930.6 2580.6 3.7461 5.2455 160.

170. 352.4 1.7702 0.008364 1660.2 2405.0 1690.3 856.9 2547.2 3.8079 5.1777 170.180. 357.1 1.8397 0.007489 1698.9 2374.3 1732.0 777.1 2509.1 3.8715 5.1044 180.190. 361.5 1.9243 0.006657 1739.9 2338.1 1776.5 688.0 2464.5 3.9388 5.0228 190.200. 365.8 2.036 0.005834 1785.6 2293.0 1826.3 583.4 2409.7 4.0139 4.9269 200.220.9 374.1 3.155 0.003155 2029.6 2029.6 2099.3 0 2099.3 4.4298 4.4298 220.9

#

H2O


TABLE A-4 Properties of Superheated Water Vapor

T v u h s v u h s�C m3/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg K m3/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg K

p � 0.06 bar � 0.006 MPa p � 0.35 bar � 0.035 MPa(Tsat � 36.16�C) (Tsat � 72.69�C)

Sat. 23.739 2425.0 2567.4 8.3304 4.526 2473.0 2631.4 7.715880 27.132 2487.3 2650.1 8.5804 4.625 2483.7 2645.6 7.7564

120 30.219 2544.7 2726.0 8.7840 5.163 2542.4 2723.1 7.9644

160 33.302 2602.7 2802.5 8.9693 5.696 2601.2 2800.6 8.1519200 36.383 2661.4 2879.7 9.1398 6.228 2660.4 2878.4 8.3237240 39.462 2721.0 2957.8 9.2982 6.758 2720.3 2956.8 8.4828

280 42.540 2781.5 3036.8 9.4464 7.287 2780.9 3036.0 8.6314320 45.618 2843.0 3116.7 9.5859 7.815 2842.5 3116.1 8.7712360 48.696 2905.5 3197.7 9.7180 8.344 2905.1 3197.1 8.9034

400 51.774 2969.0 3279.6 9.8435 8.872 2968.6 3279.2 9.0291440 54.851 3033.5 3362.6 9.9633 9.400 3033.2 3362.2 9.1490500 59.467 3132.3 3489.1 10.1336 10.192 3132.1 3488.8 9.3194


Sat. 2.365 2494.5 2660.0 7.4797 1.694 2506.1 2675.5 7.3594100 2.434 2509.7 2680.0 7.5341 1.696 2506.7 2676.2 7.3614120 2.571 2539.7 2719.6 7.6375 1.793 2537.3 2716.6 7.4668

160 2.841 2599.4 2798.2 7.8279 1.984 2597.8 2796.2 7.6597200 3.108 2659.1 2876.7 8.0012 2.172 2658.1 2875.3 7.8343240 3.374 2719.3 2955.5 8.1611 2.359 2718.5 2954.5 7.9949

280 3.640 2780.2 3035.0 8.3162 2.546 2779.6 3034.2 8.1445320 3.905 2842.0 3115.3 8.4504 2.732 2841.5 3114.6 8.2849360 4.170 2904.6 3196.5 8.5828 2.917 2904.2 3195.9 8.4175

400 4.434 2968.2 3278.6 8.7086 3.103 2967.9 3278.2 8.5435440 4.698 3032.9 3361.8 8.8286 3.288 3032.6 3361.4 8.6636500 5.095 3131.8 3488.5 8.9991 3.565 3131.6 3488.1 8.8342


Sat. 1.159 2519.7 2693.6 7.2233 0.606 2543.6 2725.3 6.9919120 1.188 2533.3 2711.4 7.2693160 1.317 2595.2 2792.8 7.4665 0.651 2587.1 2782.3 7.1276

200 1.444 2656.2 2872.9 7.6433 0.716 2650.7 2865.5 7.3115240 1.570 2717.2 2952.7 7.8052 0.781 2713.1 2947.3 7.4774280 1.695 2778.6 3032.8 7.9555 0.844 2775.4 3028.6 7.6299

320 1.819 2840.6 3113.5 8.0964 0.907 2838.1 3110.1 7.7722360 1.943 2903.5 3195.0 8.2293 0.969 2901.4 3192.2 7.9061400 2.067 2967.3 3277.4 8.3555 1.032 2965.6 3275.0 8.0330

440 2.191 3032.1 3360.7 8.4757 1.094 3030.6 3358.7 8.1538500 2.376 3131.2 3487.6 8.6466 1.187 3130.0 3486.0 8.3251600 2.685 3301.7 3704.3 8.9101 1.341 3300.8 3703.2 8.5892

##

H2O





Sat. 0.3749 2561.2 2748.7 6.8213 0.2729 2572.5 2763.5 6.7080180 0.4045 2609.7 2812.0 6.9656 0.2847 2599.8 2799.1 6.7880200 0.4249 2642.9 2855.4 7.0592 0.2999 2634.8 2844.8 6.8865

240 0.4646 2707.6 2939.9 7.2307 0.3292 2701.8 2932.2 7.0641280 0.5034 2771.2 3022.9 7.3865 0.3574 2766.9 3017.1 7.2233320 0.5416 2834.7 3105.6 7.5308 0.3852 2831.3 3100.9 7.3697

360 0.5796 2898.7 3188.4 7.6660 0.4126 2895.8 3184.7 7.5063400 0.6173 2963.2 3271.9 7.7938 0.4397 2960.9 3268.7 7.6350440 0.6548 3028.6 3356.0 7.9152 0.4667 3026.6 3353.3 7.7571

500 0.7109 3128.4 3483.9 8.0873 0.5070 3126.8 3481.7 7.9299600 0.8041 3299.6 3701.7 8.3522 0.5738 3298.5 3700.2 8.1956700 0.8969 3477.5 3925.9 8.5952 0.6403 3476.6 3924.8 8.4391


Sat. 0.1944 2583.6 2778.1 6.5865 0.1318 2594.5 2792.2 6.4448200 0.2060 2621.9 2827.9 6.6940 0.1325 2598.1 2796.8 6.4546240 0.2275 2692.9 2920.4 6.8817 0.1483 2676.9 2899.3 6.6628

280 0.2480 2760.2 3008.2 7.0465 0.1627 2748.6 2992.7 6.8381320 0.2678 2826.1 3093.9 7.1962 0.1765 2817.1 3081.9 6.9938360 0.2873 2891.6 3178.9 7.3349 0.1899 2884.4 3169.2 7.1363

400 0.3066 2957.3 3263.9 7.4651 0.2030 2951.3 3255.8 7.2690440 0.3257 3023.6 3349.3 7.5883 0.2160 3018.5 3342.5 7.3940500 0.3541 3124.4 3478.5 7.7622 0.2352 3120.3 3473.1 7.5698

540 0.3729 3192.6 3565.6 7.8720 0.2478 3189.1 3560.9 7.6805600 0.4011 3296.8 3697.9 8.0290 0.2668 3293.9 3694.0 7.8385640 0.4198 3367.4 3787.2 8.1290 0.2793 3364.8 3783.8 7.9391


Sat. 0.0996 2600.3 2799.5 6.3409 0.0667 2604.1 2804.2 6.1869240 0.1085 2659.6 2876.5 6.4952 0.0682 2619.7 2824.3 6.2265280 0.1200 2736.4 2976.4 6.6828 0.0771 2709.9 2941.3 6.4462

320 0.1308 2807.9 3069.5 6.8452 0.0850 2788.4 3043.4 6.6245360 0.1411 2877.0 3159.3 6.9917 0.0923 2861.7 3138.7 6.7801400 0.1512 2945.2 3247.6 7.1271 0.0994 2932.8 3230.9 6.9212

440 0.1611 3013.4 3335.5 7.2540 0.1062 3002.9 3321.5 7.0520500 0.1757 3116.2 3467.6 7.4317 0.1162 3108.0 3456.5 7.2338540 0.1853 3185.6 3556.1 7.5434 0.1227 3178.4 3546.6 7.3474

600 0.1996 3290.9 3690.1 7.7024 0.1324 3285.0 3682.3 7.5085640 0.2091 3362.2 3780.4 7.8035 0.1388 3357.0 3773.5 7.6106700 0.2232 3470.9 3917.4 7.9487 0.1484 3466.5 3911.7 7.7571

##

H2O




p � 40 bar � 4.0 MPa p � 60 bar � 6.0 MPa(Tsat � 250.4�C) (Tsat � 275.64�C)

Sat. 0.04978 2602.3 2801.4 6.0701 0.03244 2589.7 2784.3 5.8892280 0.05546 2680.0 2901.8 6.2568 0.03317 2605.2 2804.2 5.9252320 0.06199 2767.4 3015.4 6.4553 0.03876 2720.0 2952.6 6.1846

360 0.06788 2845.7 3117.2 6.6215 0.04331 2811.2 3071.1 6.3782400 0.07341 2919.9 3213.6 6.7690 0.04739 2892.9 3177.2 6.5408440 0.07872 2992.2 3307.1 6.9041 0.05122 2970.0 3277.3 6.6853

500 0.08643 3099.5 3445.3 7.0901 0.05665 3082.2 3422.2 6.8803540 0.09145 3171.1 3536.9 7.2056 0.06015 3156.1 3517.0 6.9999600 0.09885 3279.1 3674.4 7.3688 0.06525 3266.9 3658.4 7.1677

640 0.1037 3351.8 3766.6 7.4720 0.06859 3341.0 3752.6 7.2731700 0.1110 3462.1 3905.9 7.6198 0.07352 3453.1 3894.1 7.4234740 0.1157 3536.6 3999.6 7.7141 0.07677 3528.3 3989.2 7.5190


Sat. 0.02352 2569.8 2758.0 5.7432 0.01803 2544.4 2724.7 5.6141320 0.02682 2662.7 2877.2 5.9489 0.01925 2588.8 2781.3 5.7103360 0.03089 2772.7 3019.8 6.1819 0.02331 2729.1 2962.1 6.0060

400 0.03432 2863.8 3138.3 6.3634 0.02641 2832.4 3096.5 6.2120440 0.03742 2946.7 3246.1 6.5190 0.02911 2922.1 3213.2 6.3805480 0.04034 3025.7 3348.4 6.6586 0.03160 3005.4 3321.4 6.5282

520 0.04313 3102.7 3447.7 6.7871 0.03394 3085.6 3425.1 6.6622560 0.04582 3178.7 3545.3 6.9072 0.03619 3164.1 3526.0 6.7864600 0.04845 3254.4 3642.0 7.0206 0.03837 3241.7 3625.3 6.9029

640 0.05102 3330.1 3738.3 7.1283 0.04048 3318.9 3723.7 7.0131700 0.05481 3443.9 3882.4 7.2812 0.04358 3434.7 3870.5 7.1687740 0.05729 3520.4 3978.7 7.3782 0.04560 3512.1 3968.1 7.2670


Sat. 0.01426 2513.7 2684.9 5.4924 0.01149 2476.8 2637.6 5.3717360 0.01811 2678.4 2895.7 5.8361 0.01422 2617.4 2816.5 5.6602400 0.02108 2798.3 3051.3 6.0747 0.01722 2760.9 3001.9 5.9448

440 0.02355 2896.1 3178.7 6.2586 0.01954 2868.6 3142.2 6.1474480 0.02576 2984.4 3293.5 6.4154 0.02157 2962.5 3264.5 6.3143520 0.02781 3068.0 3401.8 6.5555 0.02343 3049.8 3377.8 6.4610

560 0.02977 3149.0 3506.2 6.6840 0.02517 3133.6 3486.0 6.5941600 0.03164 3228.7 3608.3 6.8037 0.02683 3215.4 3591.1 6.7172640 0.03345 3307.5 3709.0 6.9164 0.02843 3296.0 3694.1 6.8326

700 0.03610 3425.2 3858.4 7.0749 0.03075 3415.7 3846.2 6.9939740 0.03781 3503.7 3957.4 7.1746 0.03225 3495.2 3946.7 7.0952

##

H2O





Sat. 0.00931 2431.7 2580.6 5.2455 0.00749 2374.3 2509.1 5.1044360 0.01105 2539.0 2715.8 5.4614 0.00809 2418.9 2564.5 5.1922400 0.01426 2719.4 2947.6 5.8175 0.01190 2672.8 2887.0 5.6887

440 0.01652 2839.4 3103.7 6.0429 0.01414 2808.2 3062.8 5.9428480 0.01842 2939.7 3234.4 6.2215 0.01596 2915.9 3203.2 6.1345520 0.02013 3031.1 3353.3 6.3752 0.01757 3011.8 3378.0 6.2960

560 0.02172 3117.8 3465.4 6.5132 0.01904 3101.7 3444.4 6.4392600 0.02323 3201.8 3573.5 6.6399 0.02042 3188.0 3555.6 6.5696640 0.02467 3284.2 3678.9 6.7580 0.02174 3272.3 3663.6 6.6905

700 0.02674 3406.0 3833.9 6.9224 0.02362 3396.3 3821.5 6.8580740 0.02808 3486.7 3935.9 7.0251 0.02483 3478.0 3925.0 6.9623

p � 200 bar � 20.0 MPa p � 240 bar � 24.0 MPa(Tsat � 365.81�C)

Sat. 0.00583 2293.0 2409.7 4.9269400 0.00994 2619.3 2818.1 5.5540 0.00673 2477.8 2639.4 5.2393440 0.01222 2774.9 3019.4 5.8450 0.00929 2700.6 2923.4 5.6506

480 0.01399 2891.2 3170.8 6.0518 0.01100 2838.3 3102.3 5.8950520 0.01551 2992.0 3302.2 6.2218 0.01241 2950.5 3248.5 6.0842560 0.01689 3085.2 3423.0 6.3705 0.01366 3051.1 3379.0 6.2448

600 0.01818 3174.0 3537.6 6.5048 0.01481 3145.2 3500.7 6.3875640 0.01940 3260.2 3648.1 6.6286 0.01588 3235.5 3616.7 6.5174700 0.02113 3386.4 3809.0 6.7993 0.01739 3366.4 3783.8 6.6947

740 0.02224 3469.3 3914.1 6.9052 0.01835 3451.7 3892.1 6.8038800 0.02385 3592.7 4069.7 7.0544 0.01974 3578.0 4051.6 6.9567

p � 280 bar � 28.0 MPa p � 320 bar � 32.0 MPa

400 0.00383 2223.5 2330.7 4.7494 0.00236 1980.4 2055.9 4.3239440 0.00712 2613.2 2812.6 5.4494 0.00544 2509.0 2683.0 5.2327480 0.00885 2780.8 3028.5 5.7446 0.00722 2718.1 2949.2 5.5968

520 0.01020 2906.8 3192.3 5.9566 0.00853 2860.7 3133.7 5.8357560 0.01136 3015.7 3333.7 6.1307 0.00963 2979.0 3287.2 6.0246600 0.01241 3115.6 3463.0 6.2823 0.01061 3085.3 3424.6 6.1858

640 0.01338 3210.3 3584.8 6.4187 0.01150 3184.5 3552.5 6.3290700 0.01473 3346.1 3758.4 6.6029 0.01273 3325.4 3732.8 6.5203740 0.01558 3433.9 3870.0 6.7153 0.01350 3415.9 3847.8 6.6361

800 0.01680 3563.1 4033.4 6.8720 0.01460 3548.0 4015.1 6.7966900 0.01873 3774.3 4298.8 7.1084 0.01633 3762.7 4285.1 7.0372

##

H2O


H2O

TABLE A-5 Properties of Compressed Liquid Water

T v � 103 u h s v � 103 u h s�C m3/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg K m3/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg K


20 1.0006 83.80 86.30 .2961 .9995 83.65 88.65 .295640 1.0067 167.25 169.77 .5715 1.0056 166.95 171.97 .570580 1.0280 334.29 336.86 1.0737 1.0268 333.72 338.85 1.0720

100 1.0423 418.24 420.85 1.3050 1.0410 417.52 422.72 1.3030140 1.0784 587.82 590.52 1.7369 1.0768 586.76 592.15 1.7343180 1.1261 761.16 763.97 2.1375 1.1240 759.63 765.25 2.1341

200 1.1555 849.9 852.8 2.3294 1.1530 848.1 853.9 2.3255220 1.1898 940.7 943.7 2.5174 1.1866 938.4 944.4 2.5128Sat. 1.1973 959.1 962.1 2.5546 1.2859 1147.8 1154.2 2.9202


20 .9984 83.50 90.99 .2950 .9972 83.36 93.33 .294540 1.0045 166.64 174.18 .5696 1.0034 166.35 176.38 .568680 1.0256 333.15 340.84 1.0704 1.0245 332.59 342.83 1.0688

100 1.0397 416.81 424.62 1.3011 1.0385 416.12 426.50 1.2992140 1.0752 585.72 593.78 1.7317 1.0737 584.68 595.42 1.7292180 1.1219 758.13 766.55 2.1308 1.1199 756.65 767.84 2.1275

220 1.1835 936.2 945.1 2.5083 1.1805 934.1 945.9 2.5039260 1.2696 1124.4 1134.0 2.8763 1.2645 1121.1 1133.7 2.8699Sat. 1.3677 1282.0 1292.2 3.1649 1.4524 1393.0 1407.6 3.3596


20 .9950 83.06 97.99 .2934 .9928 82.77 102.62 .292340 1.0013 165.76 180.78 .5666 .9992 165.17 185.16 .564680 1.0222 331.48 346.81 1.0656 1.0199 330.40 350.80 1.0624

100 1.0361 414.74 430.28 1.2955 1.0337 413.39 434.06 1.2917140 1.0707 582.66 598.72 1.7242 1.0678 580.69 602.04 1.7193180 1.1159 753.76 770.50 2.1210 1.1120 750.95 773.20 2.1147

220 1.1748 929.9 947.5 2.4953 1.1693 925.9 949.3 2.4870260 1.2550 1114.6 1133.4 2.8576 1.2462 1108.6 1133.5 2.8459300 1.3770 1316.6 1337.3 3.2260 1.3596 1306.1 1333.3 3.2071Sat. 1.6581 1585.6 1610.5 3.6848 2.036 1785.6 1826.3 4.0139

p � 250 bar � 25 MPa p � 300 bar � 30.0 MPa

20 .9907 82.47 107.24 .2911 .9886 82.17 111.84 .289940 .9971 164.60 189.52 .5626 .9951 164.04 193.89 .5607

100 1.0313 412.08 437.85 1.2881 1.0290 410.78 441.66 1.2844

200 1.1344 834.5 862.8 2.2961 1.1302 831.4 865.3 2.2893300 1.3442 1296.6 1330.2 3.1900 1.3304 1287.9 1327.8 3.1741

##

H2O

TAB

LE A

-6Pr

oper

ties

of S

atur

ated

Wat

er (

Solid

–Vap

or):

Tem

pera

ture

Tab

le

Spec

ific

Vol

ume

Inte

rnal

Ene

rgy

Ent

halp

yE

ntro

pym

3 /kg

kJ/k

gkJ

/kg

kJ/k

gK

Sat.

Sat.

Sat.

Sat.

Sat.

Sat.

Sat.

Sat.

Tem

p.Pr

essu

reSo

lidV

apor

Solid

Subl

.V

apor

Solid

Subl

.V

apor

Solid

Subl

.V

apor

�CkP

av i

�10

3v g

u iu i

gu g

h ih i

gh g

s is i

gs g

.01

.611

31.

0908

206.

1�

333.

4027

08.7

2375

.3�

333.

4028

34.8

2501

.4�

1.22

110

.378

9.15

60

.610

81.

0908

206.

3�

333.

4327

08.8

2375

.3�

333.

4328

34.8

2501

.3�

1.22

110

.378

9.15

7�

2.5

176

1.09

0424

1.7

�33

7.62

2710

.223

72.6

�33

7.62

2835

.324

97.7

�1.

237

10.4

569.

219

�4

.437

51.

0901

283.

8�

341.

7827

11.6

2369

.8�

341.

7828

35.7

2494

.0�

1.25

310

.536

9.28

3�

6.3

689

1.08

9833

4.2

�34

5.91

2712

.923

67.0

�34

5.91

2836

.224

90.3

�1.

268

10.6

169.

348

�8

.310

21.

0894

394.

4�

350.

0227

14.2

2364

.2�

350.

0228

36.6

2486

.6�

1.28

410

.698

9.41

4

�10

.260

21.

0891

466.

7�

354.

0927

15.5

2361

.4�

354.

0928

37.0

2482

.9�

1.29

910

.781

9.48

1�

12.2

176

1.08

8855

3.7

�35

8.14

2716

.823

58.7

�35

8.14

2837

.324

79.2

�1.

315

10.8

659.

550

�14

.181

51.

0884

658.

8�

362.

1527

18.0

2355

.9�

362.

1528

37.6

2475

.5�

1.33

110

.950

9.61

9

�16

.151

01.

0881

786.

0�

366.

1427

19.2

2353

.1�

366.

1428

37.9

2471

.8�

1.34

611

.036

9.69

0�

18.1

252

1.08

7894

0.5

�37

0.10

2720

.423

50.3

�37

0.10

2838

.224

68.1

�1.

362

11.1

239.

762

�20

.103

51.

0874

1128

.6�

374.

0327

21.6

2347

.5�

374.

0328

38.4

2464

.3�

1.37

711

.212

9.83

5

�22

.085

31.

0871

1358

.4�

377.

9327

22.7

2344

.7�

377.

9328

38.6

2460

.6�

1.39

311

.302

9.90

9�

24.0

701

1.08

6816

40.1

�38

1.80

2723

.723

42.0

�38

1.80

2838

.724

56.9

�1.

408

11.3

949.

985

�26

.057

41.

0864

1986

.4�

385.

6427

24.8

2339

.2�

385.

6428

38.9

2453

.2�

1.42

411

.486

10.0

62

�28

.046

91.

0861

2413

.7�

389.

4527

25.8

2336

.4�

389.

4528

39.0

2449

.5�

1.43

911

.580

10.1

41�

30.0

381

1.08

5829

43�

393.

2327

26.8

2333

.6�

393.

2328

39.0

2445

.8�

1.45

511

.676

10.2

21�

32.0

309

1.08

5436

00�

396.

9827

27.8

2330

.8�

396.

9828

39.1

2442

.1�

1.47

111

.773

10.3

03

�34

.025

01.

0851

4419

�40

0.71

2728

.723

28.0

�40

0.71

2839

.124

38.4

�1.

486

11.8

7210

.386

�36

.020

11.

0848

5444

�40

4.40

2729

.623

25.2

�40

4.40

2839

.124

34.7

�1.

501

11.9

7210

.470

�38

.016

11.

0844

6731

�40

8.06

2730

.523

22.4

�40

8.06

2839

.024

30.9

�1.

517

12.0

7310

.556

�40

.012

91.

0841

8354

�41

1.70

2731

.323

19.6

�41

1.70

2838

.924

27.2

�1.

532

12.1

7610

.644

Sour

ce:

J. H

. K

eena

n,F.

G.

Key

es,

P. G

. H

ill,

and

J. G

. M

oore

,St

eam

Tab

les,

Wile

y,N

ew Y

ork,

1978

.

#

729

chemistry

Documents

thnh sn phm

nn li tm

bn ngoi vo

gi tr ca

tr lc cc

qu trnh hp

lng kh tr

bn ca bm