Định luật bảo toàn trong truyền vận ổn định

ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN TRONG TRUYỀN VẬN ỔN ĐỊNH 6.1 SỰ BẢO TOÀN CÁC THÀNH PHẦN HÓA HỌC. 6.2 SỰ BẢO TOÀN KHỐI LƯỢNG. 6.3 SỰ BẢO TOÀN NĂNG LƯỢNG. 6.3.1 SỰ BẢO TOÀN NĂNG LƯỢNG CHO HỆ KHÔNG XẢY RA PHẢN ỨNG HÓA HỌC 6.3.2 SỰ BẢO TOÀN NĂNG LƯỢNG CHO HỆ XẢY RA PHẢN ỨNG HÓA HỌC. 6.4 CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG TRONG LÒ PHẢN ỨNG KHUẤY LIÊN TỤC. TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ MÔN CHẾ BIẾN DẦU KHÍ TRANSPORT PHENOMENA (Chương 6&7) GVHD: Mai Thanh Phong HVTH: Phan Hồng Phương Đào Thị Thanh Xuân •Sự bảo toàn khối lượng của cấu tử hóa học thứ i dưới điều kiện ổn định được trình bày như sau: •Khối lượng của i có thể vào hoặc ra hệ thống bằng 2 phương tiện: -Bằng những dòng vào hoặc ra, -Bằng trao đổi khối lượng giữa hệ và môi trường quanh nó qua những ranh giới của hệ. ( lưu lượng khối của i vào) – ( lưu lượng khối của i ra) + ( lưu lượng khối i phát sinh) = 0 (6.1-1) 6.1.SỰ BẢO TOÀN CỦA CÁC THÀNH PHẦN HÓA HỌC Phương trình (6.1-1) cho hệ trong hình 6.1 có thể được biểu diễn như sau: lưu lượng khối vào và ra của cấu tử thứ i lưu lượng khối ở bề mặt tiếp xúc chênh lệch nồng độ đặc trưng Lưu lượng khối của cấu tử thứ i: Do đó, phương trình (6.1-2) có dạng: Chia phương trình (6.1-2) và (6.1-5) cho khối lượng phân tử của cấu tử thứ i: lưu lượng mol và nồng độ mol của cấu tử thứ i Tổng của phương trình (6.1-2) cho tất cả các chất thành phần đưa đến cân bằng tổng khối lượng dưới dạng: 6.2 SỰ BẢO TOÀN KHỐI LƯỢNG: Tổng của phương trình (6.1-6) cho tất cả các chất thành phần đưa đến cân bằng mol tổng như sau: 6.3. SỰ BẢO TOÀN NĂNG LƯỢNG: Sự bảo toàn cho năng lượng tổng dưới điều kiện ổn định: Năng lượng có thể vào hoặc ra khỏi hệ bằng 2 con đường: (i) bằng dòng vào hoặc ra, (ii) bằng cách trao đổi năng lượng giữa hệ và môi trường xung quanh qua những ranh giới của hệ . Hình 6.2. Hệ trạng thái ổn định với các ranh giới cố định trao đổi năng lượng dưới dạng nhiệt và công với môi trường Phương trình (6.3-1) có thể được biểu thị như sau: chênh lệch nhiệt độ đặc trưng dương khi năng lượng được thêm vào hệ dương khi công được thực hiện lên hệ Phương trình (6.3-2) trở thành: Một vật thể luôn được cấu thành bởi những vật thể nhỏ hơn, mỗi vật thể nhỏ có thể có nội năng và ngoại năng. Tổng của nội năng và ngoại năng của những vật thể nhỏ hơn luôn luôn hiển thị như nội năng của những vật lớn hơn. Năng lượng tổng trên đơn vị khối lượng có thể được biểu diễn: Trừ phương trình (6.3-8) cho (6.3-7) và sử dụng định nghĩa của entalpi ta được: (Phương trình năng lượng trạng thái ổn định) Entalpi phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất. Biến thiên entalpi được biểu diễn: β là hệ số giãn nở thể tích 6.3.1 Phương trình năng lượng không có phương trình hóa học: 6.3.1.1 Áp suất không đổi và không có sự biến đổi pha: nhận giá trị 0 tại Tref Trừ phương trình (6.3-18) cho (6.3-15) cho: không phụ thuộc nhiệt độ :Nếu 6.3.1.2 Áp suất không đổi với sự thay đổi pha: Nếu ta chọn entalpy của pha γ bằng 0 tại Tref, khi đó entalpy của pha σ và pha γ tại thời điểm bất kì là: tại Tref 6.3.1.3 Áp suất biến đổi và không có sự thay đổi pha: Trong trường hợp của những chất lưu không nén được, phương trình (6.3-12) đơn giản thành: Tại áp suất thấp và trung bình, số hạng thứ 2 phía bên phải của phương trình (6.3-22) thường được bỏ qua. 6.3.2 PHƯƠNG TRÌNH NĂNG LƯỢNG VỚI PHẢN ỨNG HÓA HỌC: •Nhiệt tạo thành của hợp chất. •Nhiệt tạo thành chuẩn. Trạng thái chuẩn thường là dạng bền vững của nguyên tố hoặc hợp chất tại nhiệt độ thích hợp, T, và dưới áp suất 1atm (1.013 bar). Các thành phần ở trạng thái chuẩn được quy ước entalpy bằng 0. Xem sự tạo thành etylbenzen từ các nguyên tố thành phần của nó qua phản ứng: Nhiệt tạo thành chuẩn : Ta có thể tống quát kết quả này dưới dạng: Nhiệt chuẩn của phản ứng có thể được tính như sau: Trừ phương trình (6.3-23) cho (6.3-24) dẫn tới: Giá trị của nhiệt chuẩn của phản ứng tại nhiệt độ khác được tính như sau: CHƯƠNG 7 PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI KHÔNG BỀN VỮNG 1. CÁC GiẢ ĐỊNH GẦN ĐÚNG TRONG LẬP MÔ HÌNH QUÁ TRÌNH KHÔNG BỀN VỮNG • Giả thuyết về trạng thái giả cân bằng - Truyền vận phân tử là QT chậm nhất - Tốc độ tích lũy có thể coi như không đáng kể nếu Tốc độ truyền vận phân tử lớn hơn nhiều tốc độ tích lũy hoặc: 1. CÁC GiẢ ĐỊNH GẦN ĐÚNG Khi đó ta có công thức: Hằng số Furrier, τ VD: Cho: 2cm vật liệu cách nhiệt, cho trước tỷ trọng, độ bức xạ nhiệt, nhiệt dung. Hỏi: Thí nghiệm mất 10 phút thì liệu có coi hệ là hệ giả bền vững được không? Giải: Tính , α là độ dẫn nhiệt α= k/(Cp.ρ) 2 . L t 1. CÁC GiẢ ĐỊNH GẦN ĐÚNG • Giả thiết: Không có sự thay đổi của những biến phụ thuộc trong pha chất đang xem xét Chỉ số Biot (Bi) Khi Bi <<1 thì các biến số phụ thuộc được coi như đồng nhất trong pha rắn Bi trong truyền nhiệt và truyền khối được tính theo mức thời gian như sau: 2. Sự bảo toàn dòng chất hóa học • PT bảo toàn của chất i như sau: • Đối với hệ chỉ có 1 đầu vào và 1 đầu ra, ta có PT: 2. Sự bảo toàn dòng chất hóa học Trong đó tốc độ truyền khối giữa các pha coi như có giá trị dương khi khối lượng được công thêm vào hệ chất: PT viết lại thành: 3. SỰ BẢO TOÀN TỔNG KHỐI LƯỢNG • PT bảo toàn khối lượng của tất cả các dòng chất của hệ: (do =0) • Quy PT dưới dạng mol chất, ta có: 4. SỰ BẢO TOÀN MOMEN • Đối với momen thẳng: Đluật II Niuton có thể hiểu như sau: Tốc độ thay đổi momen của vật chính bằng tổng các lực tác động lên vật. VD: với 1 hạt chất lỏng hình cầu đường kính D, rơi vào 1 chất lỏng với vận tốc , xuất hiện thêm lực nội lỏng (fluid inertia force) ngoài các lực trọng trường, lực kéo, lực nổi (buoyancy), Ta có: Lực nổi chính bằng ½ sự thay đổi mômen của 1 hạt lỏng chuyển động cùng vận tốc như hạt rắn cùng đường kính hạt 4. SỰ BẢO TOÀN MOMEN • Diễn giải công thức cụ thể, ta có: • Thế hằng số renolt Re= D.v/ µ, ta có • Ar: hằng số Asimet • Thời gian cần để hạt rắn đạt vận tốc v như trên là: 5. SỰ BẢO TOÀN NĂNG LƯỢNG • PT bảo toàn năng lượng ở ĐK không bền vững: Tốc độ NL vào – tốc độ NL ra = Tốc độ tích lũy năng lượng Sự co hay giãn đường bao của hệ sinh công W= A+B+C A: công co giãn đường bao B: công của trục (shaft work) C: công của dòng (flow work 5. SỰ BẢO TOÀN NĂNG LƯỢNG • Biểu thức chung: (suy từ H=U+PV) • Nếu thay đổi động năng và thế năng giữa Inlet và out let và nội bộ của hệ không đáng kể thì ta có Cho n mol: 5. SỰ BẢO TOÀN NĂNG LƯỢNG • Cân bằng NL của hệ không bền vững: xung quanh lò phản ứng dạng khuấy liên tục Với lò PƯ cố định (ko có dòng inlet và out let): 6. THIẾT KẾ THÁP PHUN CHO THIẾT BỊ TẠO HẠT PHẤN • Đường kính lò: • Chiều cao tháp lò: H= vt.t vt: terminal velocity Vận tốc tương đối: vr=vt+va • Thời gian làm lạnh = t/g nguội (t1) + t/g đông đặc (t2)