Hp th

CBHD: Đăng Huỳnh Giao Nhóm Phúc trình TTQTTB MỤC LỤC CÁC ĐẠI LƯỢNG TÍNH TỐN: 1.1 Hiệu suất hấp thụ: 1.2 Nhiệt hấp thụ: .2 1.3 Vận tốc đảo pha Vg: 2 XỬ LÝ SỐ LIỆU: 2.1 Bảng số liệu: 2.2 Xử lý số liệu: 2.2.1 Thành phần khí: 2.2.2 Tính hiệu suất tháp: .6 2.2.3 Tính nhiệt hấp thụ: 2.2.4 Tính vận tốc đảo pha: NHẬN XÉT-BÀN LUẬN: TÀI LIỆU THAM KHẢO 13 CBHD: Đăng Huỳnh Giao Nhóm Phúc trình TTQTTB HẤP THỤ CÁC ĐẠI LƯỢNG TÍNH TỐN: 1.1 Hiệu suất hấp thụ: H Yđ  Yc Yđ (1) Trong đó: Yđ,Yc : Nồng độ đầu cuối khí bị hấp thụ tính lượng khí trơ pha trộn, (kmol/kmol khí trơ) Liên hệ qua phương trình cân vật liệu: Gtr Yđ  L X đ  Gtr Yc  L X c (2) Trong đó: Gtr : Lượng khí trơ khơng đổi vận hành, kmol/h L : Lượng dung môi không đổi vận hành, kmol/h Yđ,Yc: Nồng độ đầu cuối khí bị hấp thụ tính lượng khí trơ pha trộn, kmol/kmol khí trơ Xđ,Xc: Nồng độ đầu cuối khí bị hấp thụ dung mơi, kmol/kmol dung mơi 1.2 Nhiệt hấp thụ: Ta có: Tc  Tđ   q q (X c  X đ ) C C.(Tc  Tđ ) (X c  X đ ) (3) Trong đó: Tc, Tđ : nhiệt độ dung dịch trước sau hấp thụ(oC) q: nhiệt phát sinh mol cấu tử bị hấp thụ (cal/mol) C : Nhiệt dung riêng dung môi(cal/mol độ) 1.3 Vận tốc đảo pha Vg:  1     1    dP  H k  g Vg  H b Vg  g 100Z  3 2 (4) CBHD: Đăng Huỳnh Giao Nhóm Phúc trình TTQTTB Trong đó: dP : độ giảm áp suất (tổn thất áp suất) (Pa) Hk : số KOZENY – CARMAN (= 6.36) Z : chiều cao cột đệm (= 0.4 m) Hb : số BURKE – PLUMER (=0.3) Vg : vận tốc khí (m/s) g : khối lượng riêng khí (kg/m3) d : diện tích bề mặt riêng đệm (= 1000 m2/m3)  : độ rỗng đệm khơ (= 0.62 %) g : độ nhớt khí (Pa.s) XỬ LÝ SỐ LIỆU: 2.1 Bảng số liệu: Thí nghiệm 1: Hấp thụ liên tục Lưu lượng Lưu lượng dung mơi (l/h) Lưu lượng khí trơ (Nl/h) Lưu lượng khí CO2 (Nl/h) Áp suất Áp suất khí trơ vào (bar) Áp suất CO2 vào (bar) Độ chênh áp ống chữ U (mmH2O) Nhiệt độ(0C) TE1 TE2 TE3 TE4 TE5 TE6 Nhiệt độ(0C) TE7 TE8 TE9 TE10 50 2500 450 1.5 1.6 250 29 28.5 25.9 24.2 27.9 27.6 27.6 27.5 27.5 27 CBHD: Đăng Huỳnh Giao Nhóm Phúc trình TTQTTB Thể tích dung dịch HCl 0.1N (ml) Lần Lần Lần3 10.8 10.6 10.8 2.2 Xử lý số liệu: 2.2.1 Thành phần khí: Tính Yđ: Yđ  GCO2 Gtr Theo cơng thức: Q(m / h)  Q( N m / h) T T  Q( N l / h) *10 3 269.33 * P 269.33 * ( Pkq  Pđo ) Đối với CO2: Q = 450 (Nl/h) TE3 = 25.90C = 25.9 +273 = 298.9 (K) PCO2 = 1.6 + = 2.6 (bar) = 2.65122 (at) Tra bảng : Khối lượng riêng chất khí điều kiện tiêu chuẩn (00C,1at) ta được:  0CO  1.9768(kg / m )  Ở 25.90C : Suy ra: Đối với khí trơ (khơng khí): Qtr = 2500 (Nl/h) TE2= 28.5 + 273 = 301.5 (K) Ptr = 1.5 + = 2.5 (bar) = 2.54925 (at) CBHD: Đăng Huỳnh Giao Nhóm Phúc trình TTQTTB Tra bảng: Khối lượng riêng chất khí điều kiện tiêu chuẩn (00C,1at) ta được:  0tr  1.293(kg / m ) Ở 28.5 0C : ta Vậy được: Yđ = 0.182 (kmolCO2/kmolkk) Tính Xđ: Giả sử ban đầu dung mơi (H2O) ngun chất khơng lẫn CO2: Xđ = Tính Xc: Xc  nCO2 n H 2O Từ kết chuẩn độ mẫu ta được: VHCl = 10.7 ml Theo kết chuẩn độ mẫu nước dùng để hấp thụ ta có : VHCl = 11.1 ml Suy : lượng HCl tác dụng với tạp chất nước VHCl = 1.1 ml Vậy lượng HCl tác dụng với lượng dư NaOH mẫu là: VHCl = 9.6 ml Phương trình phản ứng: 2NaOH + CO2  Na2CO3 + - Thể tích NaOH phản ứng với CO2: VNaOH = 10 – 9.6 = 0.4 (ml)  nNaOH = V*CN = 0.4*10-3 *0.1 = 0.4*10-4 (mol) Từ phương trình phản ứng ta được: nCO2 = nNaOH /2= 0.4*10-4 /2 = 2*10-5 (mol) H2 O CBHD: Đăng Huỳnh Giao Nhóm Phúc trình TTQTTB Vì lượng CO2 hấp thụ nên cách gần coi dung dịch sau hấp thụ có nước để tính số mol nước 10 ml dung dịch mẫu: Ở TE1 = 29oC khối lượng riêng nước 995.98 (kg/m3) Tính lưu lượng dung mơi L: Ta có: G = 50 (l/h) Ở nhiệt độ TE1 = 290C, H2O = 995.98 (kg/m3) L G 50  995,98   2.767(kmol / h) 1000  M H 2O 1000  18 Tính Yc: Dựa vào phương trình cân vật liệu: Gtr Yđ  L X đ  Gtr Yc  L X c 2.2.2 Tính hiệu suất tháp: Với Yđ = 0.182 Yc = 0.181 Từ (1) ta được: Vậy hiệu suất q trình hấp thụ thí nghiệm 0.5495 % CBHD: Đăng Huỳnh Giao Nhóm Phúc trình TTQTTB 2.2.3 Tính nhiệt hấp thụ: Ta có: Tđ = TE1 = 29 oC Tc = TE10 = 27 oC C = 4.18 (kcal/kmol dung môi.oC) Xđ = Xc = 3.617x10-5 (kmolCO2/kmol dung môi.) Theo công thức (3) ta được: 2.2.4 Tính vận tốc đảo pha: Ta có: dP = 250 mmH2O = 250*9.81 = 2452.5 (Pa) Ở 28.5oC : tr = 2.9846 (kg/m3) Từ bảng độ nhớt phụ thuộc vào nhiệt độ áp suất nội suy 28.50C ta có tr = 1855.77 (Pa.s ) Theo công thức (4) ta được: =>Vậy vận tốc đảo pha điều kiện 0.184 (m/s) NHẬN XÉT-BÀN LUẬN:  Nhận xét kết quả: - Theo lý thuyết, trình hấp thụ trình tỏa nhiệt Nhưng thực nghiệm nhiệt độ sau hấp thụ nhỏ hươn nhiệt độ ban đầu Do ảnh hưởng nhiệt độ môi trường làm nhiệt độ thiết bị hấp thụ giảm CBHD: Đăng Huỳnh Giao Nhóm Phúc trình TTQTTB - Do dung mơi hấp thụ không tinh khiết, nên gây sai số trình thí nghiệm - Do miếng đệm bị lật gây xáo trộn vật chêm làm ảnh hưởng đến trình thí nghiệm - Vật chêm bị đóng rong làm ảnh hưởng đến pH dung môi hiệu suất hấp thụ - Do ảnh hưởng nhiệt độ môi trường làm nhiệt độ tháp hấp thụ không ổn định dẫn tới sai số q trình thí nghiệm - Luồng khí từ bình khí nén khơng đều, đường ống dẫn khí CO2 bị rị rỉ dẫn đến lưu lượng không ổn định Các yếu tố làm ảnh hưởng đến kết chuẩn độ làm ta thu giá trị thể tích HCl lớn lượng thể tích NaOH ?  Khi thực thí nghiệm, xuất hiện tượng ngập lụt, làm CO2 tháp chưng cất ngồi với dung mơi  Khi lấy mẫu làm thí nghiệm để lâu lượng CO2 bị thất thoát phần,với hiệu suất hấp thu không cao cộng với lượng CO2 bị làm kết khơng xác  Khả phán đốn chuyển màu dung dịch khơng xác, thao tác thí nghiệm khơng xác sai lệch dung dịch chuẩn độ Một dung mơi tốt cần điều kiện gì? Điều kiện thiếu được?  Những điều kiện để lựa chọn dung mơi tốt cho q trình hấp thụ: o Độ chọn lọc cao: hòa tan tốt cấu tử cần tách o Khơng độc hại: khơng ăn mịn thiết bị,ít bay hơi, khơng độc hại với người vận hành o Chi phí: dung mơi rẻ tiền dễ kiếm o Độ nhớt dung môi : bé trở lực nhỏ, tăng tốc độ hấp thụ CBHD: Đăng Huỳnh Giao Nhóm Phúc trình TTQTTB o Các tính chất khác: dung mơi nên có nhiệt dung riêng thấp để tốn nhiệt hồn ngun dung mơi, nhiệt độ đóng rắn thấp tránh tựơng đóng rắn làm tắc thiết bị, khơng tạo kết tủa, không độc hại…  Điều kiện quan trọng lựa chọn dung mơi tính chọn lọc dung mơi Kích thước vật chêm cần phải thỏa mãn điều kiện gì? Tại sao?  Diện tích bề mặt riêng lớn, độ rỗng lớn để giảm trở lực cho pha khí  Vật liệu chêm phải có khối lượng riêng nhỏ để giảm tải cho tháp  Có độ bền hóa học cao để tránh bị ăn mịn hóa chất Hiện tượng ngập lụt gì? Khi xảy tượng ngập lụt? Hiện tượng ảnh hưởng đến trình? Cách khắc phục?  Hiện tượng ngập lụt xảy trường hợp suất lượng khí lỏng hoặ hai cho vào nhiều, làm cho áp suất đáy lớn áp suất đỉnh, nước di chuyển từ nơi áp suất cao đến áp suất thấp nên nước bị đẩy dâng lên gây nên tượng ngập lụt  Dấu hiệu nhận biết tượng ngập lụt là: xuất hiện tượng sủi bọt khí mạnh đỉnh tháp, độ chênh áp ống chữ U lớn, khí mang nước bị tràn ngồi ( lượng dung mơi khơng đủ để hấp thụ lượng khí tháp,…), mực nước đáy tháp giảm xuống nhanh chóng  Lúc ta xả sản phẩm mực nước đáy tháp không bị giảm xuống mà tăng lên mức ban đầu trước ngập lụt lúc ta xả van ta làm thay đổi lại áp suất tháp, lúc áp suất đáy giảm dần trở mức ban đầu làm cho áp suất đáy nhỏ áp suất đỉnh nên mực nước dâng lên lại bình thường  Ưu điểm: cho hiệu suất cao  Nhược điểm: thay đổi áp suất liên tục nên q trình hấp thu khơng ổn đinh, đồng thời cho suất thấp , chênh lệch áp suất đỉnh tháp đáy lớn khơng an tồn vận hành  Cách khắc phục giảm lưu lượng pha khí tăng lưu lượng dung mơi CBHD: Đăng Huỳnh Giao Nhóm Phúc trình TTQTTB  Trong thực tế để đạt hiệu suất cao người ta cho thiết bị vận hành chế độ gần ngập lụt Ta điều chỉnh lưu lượng dịng khí tăng từ từ đến vừa suất bọt khí giảm lại từ từ để tránh xuất hiện tượng ngập lụt Tại cần phải trộn hai dịng khí vào ? - Khí CO2 nặng khơng khí nên cần có chất trơ để kéo theo khí CO2 lên đỉnh tháp chêm tạo tiếp xúc pha - Để tiết kiệm chi phí, dùng khơng khí chất trơ - Trộn khí CO2 khí trơ trước đưa vào tháp để tạo hỗn hợp khí có thành phần đồng Tại đường nước từ xuống, cịn khí từ lên ? Nước có xu hướng chảy từ cao xuống thấp, cho nước chảy từ xuống giúp tiết kiệm chi phí vận hành Cịn khí nhẹ có xu hướng bay lên nên dẫn khí từ lên Tăng diện tích tiếp xúc bề mặt nước khí từ hiệu suất hấp hấp thụ tăng Tại vừa tháo sản phẩm đáy phải cho NaOH vào đem chuẩn độ liền ?  Do thời gian tiếp xúc dung môi dịng khí ngắn, nên hiệu suất q trình khơng cao, lượng khí CO2 có dung dịch ít, đồng thời CO2 nước acid yếu nên dễ dàng bị phân ly trở lại thành khí CO2 bay ngồi CO2 + H2O  H2CO3  Vì cho NaOH vào, NaOH giúp giữ tối đa lượng CO2 sản phẩm bị ngồi, đồng thời phải đem chuẩn độ liền để đảm bảo kết chuẩn độ xác, sản phẩm để lâu lượng CO2 bị thoát nhiều, hiệu suất thay đổi kết chuẩn độ sai lêch, khơng xác 2NaOH + CO2  Na2CO3 + H2O Tại tháp chêm phải chia làm nhiều đoạn ?  Dễ lắp đặt, sửa chữa.Ít tốn chi phí sửa chữa, phần tháp chêm bị hư ta cần thay phần thơi, khơng cần thay tồn tháp chêm 10 CBHD: Đăng Huỳnh Giao Nhóm Phúc trình TTQTTB  Tăng tiếp xúc pha, qua mâm đỡ dịng nước phân bố để thấm ướt đồng vật đệm, làm tăng diện tích tiếp xúc, tăng hiệu suất hấp thụ Trong thực tế dung môi H2O chảy dọc thành ống chảy theo hướng tâm nên đoạn tháp có mâm đỡ nhằm phân phối dung môi chảy vật chêm, tăng tiếp xúc pha  Tăng độ cứng cho tháp Tại lại phải có thiết bị trao đổi nhiệt đáy? - Khi nước hấp thụ khí CO2 tỏa lượng nhiệt mà nhiệt độ tăng lên hấp thụ giảm nhả hấp thụ, phải có thiết bị chao đổi nhiệt để nhiệt độ tăng thiết bị trao đổi nhiệt hạ nhiệt độ xuống - Không thể thiếu thiết bị trao đổi nhiệt số trường hợp đặc biệt sảy phản ứng thu nhiệt, nhiệt độ giảm làm giảm hấp thụ => Vậy thiết bị trao đổi nhiệt quan trọng 10 Tại khơng lấy trực tiếp sản phẩm từ bình thu hồi mà phải lấy đường ống nối với đáy thiết bị trao đổi nhiệt? - Nếu lấy sản phẩm từ đáy tháp vị trí thiết bị trao đổi nhiệt không ổn định, mở van đáy tháp thơng với khí trời dẫn đến áp suất khơng ổn định vị trí mở van - Trong trường hợp ta lấy mẫu bình chứa không thu mẫu thời điểm xét sản phẩm hịa trộn với lượng nước chảy từ đỉnh tháp xuống trước - Như lấy đường ống nối với đáy thiết bị trao đổi nhiệt xác khơng ảnh hưởng đến độ ổn định tháp 11 Tại đoạn bố trí van để lấy sản phẩm ra? Kiểm tra nồng độ sản phẩm để xem trình hấp thu diễn thiết bị, có ổn định khơng Thu lấy sản phẩm với nồng độ mong muốn 11 CBHD: Đăng Huỳnh Giao Nhóm Phúc trình TTQTTB 12 Tại cần có đĩa phân phối chất lỏng?  Chất lỏng mà cụ thể sử dụng nước từ xuống tháp hấp thụ thường theo thành tâm tháp, vùng khơng có nước qua tạo thành vùng chết khơng có tiếp xúc nước khí nên làm giảm hiệu suất hấp thụ  Vì cần có đĩa phân phối để phân phối chất lỏng chảy tháp, nước khí tăng khả tiếp xúc thời gian tiếp xúc 13 Tại đỉnh tháp lại có Van phụ để làm gì?  Dùng để cân áp suất bên tháp với áp suất bên ngồi khí  Khi mà ngập lụt tháp lên tới đỉnh tháp vịi phụ đỉnh mở để giảm tượng ngập lụt, khơng cho bọt khí dung dịch tràn ngược ống cung cấp dung dịch đầu vào 14 Tăng lúc lưu lượng nước lưu lượng khí có ngập lụt khơng? Giải thích Khi tăng đồng thời lưu lượng nước lưu lượng khí đến giới hạn xảy tượng ngập lụt lượng nước tháp cho xuống chảy qua mâm giới hạn lưu lượng với tiết diện định mâm đồng thời lưu lượng khí tăng mà độ hấp thụ đơn vị thời gian không đổi làm cho áp suất khí đáy tháp tăng dần nước không chảy xuống gây tượng ngập lụt 15 Tại xảy tượng ngập lụt hiệu suất sản phẩm lại cao? Khi ngập lụt áp suất đáy tháp lớn làm cho nước từ tháp chảy xuống lúc đáy tháp lượng khí CO2 nạp liên tục làm nồng độ CO2 tăng lên, tiếp xúc nước khí đáy tháp lúc tăng, dẫn đến hịa tan khuếch tán chất khí vào chất lỏng tăng, giúp hiệu suất sản phẩm tăng 12 CBHD: Đăng Huỳnh Giao Nhóm Phúc trình TTQTTB TÀI LIỆU THAM KHẢO Ðỗ Văn Ðài nhiều tác giả, 1975 Cơ sở Quá trình & Thiết bị CNHH Tập NXB Ðại học & THCN Hà Nội Ðỗ Văn Ðài tập thể tác giả, 1975 Cơ sở Quá trình & Thiết bị CNHH Tập NXB Ðại học & THCN Hà Nội Phan Văn Thơm, 2004 Sổ tay thiết kế thiết bị hóa chất chế biến thực phẩm đa dụng NXB Đại học Cần Thơ Vũ Bá Minh Võ Văn Bang, 1999 Quá trình & Thiết bị CNHH&TP- Tập 3: Truyền khối NXB ĐHQG TP.HCM 13 ... xuống th? ?p hấp th? ?? th? ?ờng theo th? ?nh tâm th? ?p, vùng nước qua tạo th? ?nh vùng chết khơng có tiếp xúc nước khí nên làm giảm hiệu suất hấp th? ??  Vì cần có đĩa phân phối để phân phối chất lỏng chảy th? ?p,... thu giá trị th? ?? tích HCl lớn lượng th? ?? tích NaOH ?  Khi th? ??c th? ? nghiệm, xuất hiện tượng ngập lụt, làm CO2 th? ?p chưng cất ngồi với dung mơi  Khi lấy mẫu làm th? ? nghiệm để lâu lượng CO2 bị th? ??t... chữa, phần th? ?p chêm bị hư ta cần thay phần th? ?i, khơng cần thay tồn th? ?p chêm 10 CBHD: Đăng Huỳnh Giao Nhóm Phúc trình TTQTTB  Tăng tiếp xúc pha, qua mâm đỡ dịng nước phân bố để th? ??m ướt đồng