Chương 8 QUÁ TRÌNH hấp THỤ VÀ THIẾT BỊ hấp THỤ

Như vậy hấp thụ là quá trình hút khí bằng chất lỏng, khí được hút gọi là chất bị hấp thụ , chất lỏng để hút gọi là dung môi, khí không bị hấp thụ gọi là khí trơ... 8.2.2 Phương trình đườ

CHƯƠNG 8 QUÁ TRÌNH HẤP THỤ VÀ THIẾT BỊ HẤP THỤ

8.1 Khái niệm: hấp thụ và quá trình nhả hấp thụ

Ta có thể phân biệt 3 phương pháp tách hỗn hợp khí.

• Phương pháp tách hút

• Phương pháp hóa lý

• Phương pháp hóa học

Phương pháp hút được hiểu là sự tiếp nhận của chất này

vào chất khác qua bề mặt phân chia pha của chúng.

Nếu dùng chất lỏng để hút thì được gọi là hấp thụ.

nếu dùng chất rắn xốp thì gọi là

hấp phụ.

Như vậy hấp thụ là quá trình hút khí bằng chất lỏng, khí được hút gọi là chất bị hấp thụ , chất lỏng để hút gọi là dung môi, khí không bị hấp thụ gọi là khí trơ

8.2 Cân bằng pha trong hấp thụ: hệ khí - lỏng, định luật Henry.

8.2.1 Độ hòa tan của khí trong lỏng định luật Henry

Nếu nhiệt độ không đổi thì độ hòa tan phụ thuộc vào

áp suất Sự phụ thuộc này được biểu thị bằng định luật

Henry.

Đối với khí lý tưởng m là hằng số dùng để biểu thị cân bằng ycb = f(x) là đường thẳng.

Đối với khí thực m phụ thuộc vào x nên đường cân bằng là đường cong hằng số cân bằng được tính

Khi tính toán hấp thụ ta thường dùng phần mol tương đối Y,X qua

hệ giưa phần mol tương đối X , Y và phần mol x,y như sau:

Thay x và y vào phương trình 8.1 ta có quan hệ:

m X

=

+ −

8.2.2 Phương trình đường làm việc của quá trình hấp thụ

Gọi :

•Gy là lượng hỗn hợp khí vào thiết bị ngưng tụ, kmol/h.

•Yđ nồng độ đầu của hỗn hợp khí , kmol/kmol khí trơ

•Yc nồng độ cuối của hỗn hợp khí , kmol/kmol khí trơ

•Gx lượng dung môi vào thiết bị hấp thụ , kmol/h

•Xđ nồng độ đầu của dung môi , kmol/kmol dung môi

•Xc nồng độ cuối của dung môi , kmol/kmol dung môi

•Gtr lượng khí trơ kmol/h

Lượng khí trơ được tính theo công thức :

Phương trình cân bằng vật liệu trong tháp hấp thụ:

Lượng dung môi cần thiết là:

Lượng dung môi tối thiểu dùng cho quá trình hấp thụ là:

* Nếu biểu diễn phương trình cân bằng vật liệu ở tiết diện bất kỳ của tháp ta có:

Hoặc: Y = AX + B (8.9)

Trong đó : A và B là hằng số:

(8.9) là phương trình đường nồng độ làm việc của quá trình hấp thụ Nếu

biểu diễn trên tọa độ Y , X là đường thẳng có hệ số góc tgα = A và cắt trục

8.3 Ảnh hưởng của lượng dung môi nhiệt độ và

áp suất lên quá trình hấp thụ

Ảnh hưởng của lượng dung môi

8.3 Ảnh hưởng của lượng dung môi nhiệt độ và

áp suất lên quá trình hấp thụ

8.4 Cấu tạo các thiết bị hấp thụ và tháp chưng trong công nghiệp:

8.4.2 Thiết bị hấp thụ loại ống và loại tấm:

Hình 8.4a Thiết bị hấp thụ màng kiểu ống

Hình 8.4b Thiết bị hấp thụ màng kiểu tấm

Theo định luật Henry thì:

Nên tiến hành ở áp suất thấp và nhiệt độ cao

P

ψ

=

Nguyên lý làm việc được thể hiện hình bên, chất lỏng cần tách đi từ trên suống còn hơi đi từ

ở đây Có thể coi F = F1 = F2 và G = G1 = G2 vì khi nhả hấp thụ nồng độ thay đổi rất it nên coi

lượng lỏng và lượng hơi trong tháp là không thay đổi

Lượng khí được dùng trong quá trình nhả hấp thụ

Để thực hiện quá trình nhả, tách lượng khí được hấp thụ ra khỏi hỗn hợp lỏng người ta dùng hơi nước , trong thực tế thành phần lỏng x1

và thành phần hơi y1 cho trước, vậy lượng G1 được xác định phụ thuộc vào nồng độ x2

Giả sử tháp vô cùng cao thì quá trình đạt tới trạng thái cân bằng động lực tại đỉnh tháp bằng 0, lượng khí được dùng sẽ bé nhất khi đó đường làm việc sẽ có góc nghiêng lớn nhất tức

Nếu tăng lượng khí, thành phần khí ra tháp sẽ giảm từ y2max đến yopt nhưng lượng khí cần tách vẫn không đổi Hiệu số giũa y2max và yopt là động lực quá trình ở đỉnh tháp theo pha khi tương ứng với điền kiện làm việc của tháp

min

F tg

G

α =

Lượng khí được dùng trong quá trình nhả hấp thụ

Trong quá trình nhả cấu tử được hấp thụ từ hỗn hợp lỏng được tính

Lượng dung môi không thay đổi được tính

Giả sử ở đỉnh tháp đạt trạng thái cân bằng tức là x1 = y2max ở trạng thái này thì

Lượng khí trơ thu được là

Hệ thống hấp thụ

1 – tháp, 2 – bình chứa , 3 – bơm, 4 Thiết bị gia nhiệt

•Hệ thống hấp thụ có tuần hoàn và nhả

1- tháp hấp thụ, 2- Bể chứa, 3 – Bơm, 4- làm lạnh, 5 – Đun nóng, 6- Tháp nhả

8.6.1 Tháp đĩa chóp

8.6 Cấu tạo một số tháp chưng và hấp thụ trong công nghiệp

8.6.2Tháp đệm

8.6 Cấu tạo một số tháp chưng và hấp thụ trong công nghiệp

8.6.2 Tháp đệm

Tháp đệm được dùng rất phổ biến cho quá trình hấp thụ

, hấp phụ và chưng luyện và các quá trình khác Tháp

đệm hình trụ bên trong có đổ đầy đệm, đệm có nhiều

loại nhưng phổ biến nhất là các loại sau đây:

Đệm lưới gỗ thường được dùng trong các tháp làm lạnh hay hấp thụ khí sơ bộ vì đệm lưới gỗ thường có kích thước lớn nên bề mặt riêng của đệm riêng bé Để tăng độ phân tách người ta chọn loại đệm có kích thước bé, tức đệm có bề mặt riêng lớn tạo khả năng tiếp xúc giữa các pha tốt hơn

8.6 Cấu tạo một số tháp chưng và hấp thụ trong công nghiệp

8.6.3 Tháp đĩa lỗ không có ống chảy chuyền.

Trong loại này khí và lỏng cùng chảy qua một lỗ trên đĩa vì vậy khong có hiện tượng giảm chiều cao chất lỏng trên đĩa như trong các loại tháp khác và tất cả bề mặt đĩa đều làm việc nên hiệu quả cao hơn.

8.6.3 Tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền và tháp đĩa sóng chữ S

Tháp đĩa lưới hình trụ, bên trong có nhiều đĩa có lỗ tròn hoặc rãnh chất lỏng chảy từ trên

suống qua các ống chảy chuyền khi đi từ dưới lên qua các lỗ hoặc rãnh đĩa chiếm 8 – 15%

tiết diện tháp đường kính lỗ 3 – 8 mm đĩa được lắp cân bằng

Tùy thuộc vào vận tốc dòng khí trong tháp đĩa lưới có

các chế độ chuyển động sau đây:

Ở vận tốc bé ,khí đi qua lỏng ở từng dạng bong bóng riêng lẻ nên tháp làm việc ở chế độ

sủi bọt bong bóng Lúc này chất lỏng vừa đi qua ống chảy chuyền vừa cùng bọt đi qua lỗ đĩa

Nếu tăng vận tốc lên thi khí đi qua lỏng thành tia liên tục khi đó tháp làm việc ở chế độ dòng

chất lỏng không theo bọt qua lỗ đươc

Nếu tăng vận tốc khí cao hơn nữa tháp chuyển sang chế độ bọt tức là khí hòa với lỏng thành bọt lúc này

lớp chất lỏng trên đĩa không còn nữa mà chỉ có bọt linh động và xoáy mạnh vì vậy ở chế độ này đĩa làm việc

tốt nhất

Tháp đĩa sóng chữ S

Đối với tháp đĩa chữ S ở vận tốc khí nhỏ chất lỏng chảy qua rãnh, tháp làm việc kém ổn định Tuy nhiên nếu tăng vận tốc khí quá lớn thì chất lỏng bị chấn động nên tháp làm việc cũng kém bền vững Vì vậy tháp đĩa chữ S làm việc ổn đinh ở giới hạn rất hẹp của vận tốc khí.

Tháp hấp thụ H2S bằng Tananh

8.7 Phương pháp tính đường kính và chiều cao của tháp chưng luyện và hấp thụ

8.7.1 Tính đường kính thiết bị

V là lưu lượng pha lỏng hay khí , m3/s

ω 0 vận tốc của pha đi qua toàn bộ tiết diện của thiết bị

0 0,785.

V D

ω

=

8.7.2 Tính chiều cao thiết bị

1 Tính theo phương trình truyền chất

• Đối với tháp đệm thì chiều cao được tính theo thể tích làm việc của đệm , nếu thể tích làm việc là V m3 và bề mặt riêng của đệm là

k σ f y

=

∆

y l Nu

⇒ =

∆

6.3.4 Phương trình cấp chất và phương trình truyền chất.

y

y y

* 2

* 1

* 1

2 Tính theo số bậc thay đổi nồng độ

Chiều cao của tháp đệm có thể tính theo công thức sau :

h d chiều cao của một bậc thay đổi nồng độ ( Chiều cao 1 đệm )

Chiều cao của tháp đĩa có thể tính theo công thức sau :

htd khoảng cách giữa 2 đĩa có thể chọn theo đường kính của tháp

8.8 Trích ly

8.8.1 Khái niệm

A Trích ly chất lỏng

A.1 Sơ đồ nguyên tắc chích ly chất lỏng

Dung dịch đầu L +M Dung môi thứ G

Trích ly

L pha Raphinat Pha trích : G + M

Hoàn nguyên (Chưng luyện)

Cấu tử cần tách

Dung môi G

Yêu cầu : Khối lượng riêng của dung môi khác xa với khối

lượng riêng của dung dịch

A Trích ly chất lỏng

A.2 Đồ thị tam giác

 Đồ thị tam giác

 Đường cân bằng trong đồ thị tam giác và đường liên hợp

Đường thẳng nối thành phần cân bằng trong raphinat và trong dung dịch trích gọi là đường liên hợp

 ảnh hưởng của nhiệt độ tới đường cân bằng

A.3 Nguyên tắc Trích ly

A.4 Cân bằng vật liệu của quá trình trích ly

A.5 Các phương pháp trích ly

 Trích ly một bậc

 Trích ly nhiều bậc chéo dòng

 Trích ly nhiều bậc ngược chiều

A.6 Thiết bị trích ly Tháp phun

Tháp đệm và tháp đĩa lưới có ống chảy chuyền

A.7 Trích ly rắn – lỏng