bài giảng quá trình thiết bị truyền khối phần hấp phụ

bài giảng quá trình thiết bị truyền khối phần hấp phụ bài giảng quá trình thiết bị truyền khối phần hấp phụ bài giảng quá trình thiết bị truyền khối phần hấp phụ bài giảng quá trình thiết bị truyền khối phần hấp phụ bài giảng quá trình thiết bị truyền khối phần hấp phụ bài giảng quá trình thiết bị truyền khối phần hấp phụ bài giảng quá trình thiết bị truyền khối phần hấp phụ bài giảng quá trình thiết bị truyền khối phần hấp phụ bài giảng quá trình thiết bị truyền khối phần hấp phụ bài giảng quá trình thiết bị truyền khối phần hấp phụ bài giảng quá trình thiết bị truyền khối phần hấp phụ bài giảng quá trình thiết bị truyền khối phần hấp phụ bài giảng quá trình thiết bị truyền khối phần hấp phụ bài giảng quá trình thiết bị truyền khối phần hấp phụ bài giảng quá trình thiết bị truyền khối phần hấp phụ bài giảng quá trình thiết bị truyền khối phần hấp phụ bài giảng quá trình thiết bị truyền khối phần hấp phụ

CHƯƠNG 4: HẤP PHU

1 Định nghĩa

Hấp phụ là quá trình hút các chất trên bề mặt các vật liệu xốp nhờ các lực bề mặt

 Vật liệu xốp được gọi là chất hấp phụ

 Chất bị hút gọi là chất bị hấp phụ

I KHÁI NIỆM

 Tẩy màu, tẩy mùi

 Xử lý nước thải, khí thải

 Tách không khí: tách O2 được 95%, N2 được 99%

 Sản xuất chất xúc tác

HẤP PHỤ VẬT LÝ

HẤP PHỤ HÓA HỌC

I KHÁI NIỆM

3 Bản chất quá trình hấp phụ

 Là lọai hấp phụ gây ra do tương tác mạnh

giữa các phân tử và tạo ra hợp chất bề mặt

CÁC GIAI ĐOẠN HẤP PHU

Giai đoạn I: khuếch tán từ môi trường lỏng

VẬT LIỆU HẤP PHU

 Vật liệu làm chất hấp phụ là các vật liệu xốp với bề mặt trong lớn, được tạo thành do tổng hợp nhân tạo hay tự nhiên

 Cấu trúc bên trong của các chất hấp phụ công nghiệp được đặc trưng bởi kích thước và hình dạng khác nhau của khỏang trống và lỗ xốp

VẬT LIỆU HẤP PHU

 Yêu cầu đối với chất hấp phụ

 Có bề mặt riêng lớn

 Có các mao quản đủ lớn để các phân tử hấp phụ

được đến bề mặt nhưng cũng cần đủ nhỏ để loại các phân tử khác xâm nhập ⇒ có tính chọn lọc

 Có thể hoàn nguyên dễ dàng

 Tuổi thọ cao (khả năng hấp phụ)

 Bề cơ để chịu được rung động và va đập

VẬT LIỆU HẤP PHU

1 Phân loại

 Mao quản nhỏ: chưa hình thành dạng hình học của

mao quản, chỉ là không gian giữa các phân tử, có kích thước từ 0÷15A

 Mao quản trung bình: loại này chiếm nhiều nhất, tạo

ra thành phần chính bề mặt hấp phụ Loại này diễn ra

cả hấp phụ và ngưng tụ mao quản

 Mao quản lớn: loại này tạo ra hệ thống vận tải chất

rất tốt, làm tăng vận tốc hấp phụ, thường dùng tốt trong các cột sắc ký.

VẬT LIỆU HẤP PHU

Được chế tạo từ các nguyên liệu giàu Cacbon Quá trình sản

xuất gồm 2 giai đoạn: than hóa và hoạt hóa.

•Than hóa nhờ quá trình nhiệt phân

•Hoạt hóa bằng cách oxy hóa chọn lọc ở 800÷1000 o C trong môi trường chứa hơi nước hoặc khí CO2

Than có nhiều loại, trong đó loại giàu mao quản nhỏ dùng tốt

cho các quá trình hấp phụ khí, kèm hiệu quả khi hấp phụ các chất hữu cơ Than giàu mao quản trung bình thường dùng hấp phụ trong dung dịch.

Than hoạt tính thường dùng ở 2 dạng: dạng bột dùng khi năng

suất nhỏ, dạng viên dễ hoàn nguyên nên dùng cho năng suất lớn

Nhược điểm lớn nhất của than là dễ cháy và có thể gây nổ.

2 Than hoạt tính

VẬT LIỆU HẤP PHU

Được chế tạo theo nguyên tắc:

•Tác dụng muối silicat với axit mạnh tạo thành tủa dưới dạng keo polyme tổ hợp từ các hạt rất nhỏ, chứa nhiều nước

•Sấy ở 120÷150 o C làm hết nước tự do, độ ẩm 5÷7%, giải phóng không gian giữa các vi hạt tạo thành các mao quản.

Silicagen là chất hấp phụ ưa nước nên ứng dụng lớn nhất là tách

nước trong không khí, nước trong các chất lỏng ít tan trong nước, tách các chất hữu cơ từ dung dịch (trong sắc ký, dầu mỏ, thực phẩm)

Silicagen bền cơ học ở nhiệt độ cao, giữ được hoạt tính ở nhiệt

độ cao (500 o C)

3 Silicagen

VẬT LIỆU HẤP PHU

• Nhược điểm: Tuy nhiên nó bị

phá hủy bởi các giọt ẩm

VẬT LIỆU HẤP PHU

4 Chất dẻo xốp

Được chế tạo từ các polyme tổng hợp nhân tạo

như: styren, divnyl, benzen polyme, copolyme, fenolformaldehyt-amin

Là các vật liệu bề mặt kỵ nước, không có hoặc

có cực, trương trong các dung môi hữu cơ

Ái lực hấp phụ chủ yếu là lực Van de Waals

VẬT LIỆU HẤP PHU

5 Zeolit

 Zeolit là các hợp chất alumosihcat

có cấu trúc tinh thể

 Sản xuất dưới dạng bột hoặc dạng

viên xốp từ cao lanh tự nhiên sẵn

có ở Việt Nam

• Tính chất của zeolit phụ thuộc vào

tỷ lệ Si và Al và mức độ tạo tinh

thể của sản phẩm cuối cùng

• Các zeolit thể hiện tính nhạy cảm

rất rõ đối với nhiệt độ

VẬT LIỆU HẤP PHU

VẬT LIỆU HẤP PHU

6 Nhôm oxyt hoạt tính

Còn được gọi là Alumogen được tạo ra tương tự như

Silicagen bằng cách tạo tủa Al(OH)3 ngậm nước dạng keo, sau đó được sấy và nung theo chế độ kỹ thuật nhất định, các phân tử nước bị đứt ra, các mạng cấu trúc bị đứt đoạn dọc theo các mặt liên kết yếu, tạo ra cấu trúc mao quản và hoạt tính.

 Alumogen thuộc loại ưa nước, bền cơ học nên dùng tốt trong các lớp hấp phụ chuyển động Ngoài ra còn được dùng trong các cột sắc ký, làm chất mang xúc tác

HOẠT ĐỘ HẤP PHU

Hoạt độ hấp phụ là lượng chất bị hấp phụ tối đa trên một đơn vị chất hấp phụ ở trạng thái cân

bằng:

a (g/g hoặc mol/g)Phụ thuộc:

CÁC ĐƯỜNG ĐẲNG NHIỆT HẤP PHU

• Khi một chất rắn để trong môi

• Hiện tượng trễ: Khi khử hấp

phụ sự bay hơi chất lỏng từ mao

quản thường xảy ra ở áp suất

thấp hơn áp suất cân bằng khi

hấp phụ.

CÁC ĐƯỜNG ĐẲNG NHIỆT HẤP PHU

• Loại I: VLMQ không có mao quản hoặc vi mao quản (d < 2 nm)

• Loại II và III: VLMQ có mao quản lớn (d > 50 nm)

• Loại IV và V: VLMQ có mao quản trung bình ( 2 < d < 50 nm)

• Loại VI: VLMQ có nhiều mao quản và mao quản bé, không đồng đều.

THUYẾT HẤP PHU LANGMUIR

Giả thuyết của Langmuir:

• Các chất bị hấp phụ hình thành một lớp đơn phân tử

• Năng lượng hấp phụ các phân tử là đồng

nhất

• Sự hấp phụ là thuận nghịch

• Tương tác giữa các phân tử bị hấp phụ trên

bề mặt chất hấp phụ có thể bỏ qua

THUYẾT HẤP PHU LANGMUIR

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir:

C B

C

B a

1

.

+

=

P B

P

B a

1

THUYẾT HẤP PHU FREUNDLICH

Freundlich đưa ra phương trình thực nghiệm:

Trong đó:

-a: hoạt độ hấp phụ (g/g hoặc mol/g)

-am: khả năng hấp phụ ở bề mặt hoạt động (g/g hoặc mol/g)

-K,n: hằng số thực nghiệm

THUYẾT HẤP PHU ĐẲNG NHIỆT BRUNAUER –

EMMETT - TELLER (BET)

Giả thuyết của BET:

• Enthanpy hấp phụ của các phân tử không thuộc lớp

thứ nhất đều bằng nhau và bằng enthalpy hóa lỏng

Q L .

• Số lớp hấp phụ trở nên vô cùng lớn ở áp suất bão

hòa.

THUYẾT HẤP PHU ĐẲNG NHIỆT BRUNAUER – EMMETT - TELLER (BET)

Phương trình BET:

0 0

.

1

1 )

P C

V

C C

V P

P V

P

m m

− +

P0: áp suất hơi bão hòa của chất bị hấp phụ:

θ = V/Vm là phần bề mặt bị hấp phụ.

C: hằng số thực nghiệm.

THIẾT BỊ HẤP PHU GIÁN ĐOẠN

Loại đứng

THIẾT BỊ HẤP PHU GIÁN ĐOẠN

Loại ngang

THIẾT BỊ HẤP PHU GIÁN ĐOẠN

Loại có máy khuấy

HỆ THỐNG HẤP PHU LIÊN TUC

Hệ thống tháp làm việc luân phiên

HỆ THỐNG HẤP PHU LIÊN TUC

Hệ thống tháp làm việc luân phiên

HỆ THỐNG HẤP PHU LIÊN TUC

Lớp hấp phụ chuyển động

HỆ THỐNG HẤP PHU LIÊN TUC

Thấp hấp phụ tầng sôi

THIẾT BỊ HẤP PHU

THIẾT BỊ HẤP PHU