Chương 8 QUÁ TRÌNH hấp THỤ VÀ THIẾT BỊ hấp THỤ

CHƯƠNG QUÁ TRÌNH HẤP THỤ VÀ THIẾT BỊ HẤP THỤ 8.1 Khái niệm: hấp thụ trình nhả hấp thụ Ta phân biệt phương pháp tách hỗn hợp khí •Phương pháp tách hút •Phương pháp hóa lý •Phương pháp hóa học Phương pháp hút hiểu tiếp nhận chất vào chất khác qua bề mặt phân chia pha chúng Nếu dùng chất lỏng để hút gọi hấp thụ dùng chất rắn xốp gọi hấp phụ Như hấp thụ trình hút khí chất lỏng, khí hút gọi chất bị hấp thụ , chất lỏng để hút gọi dung môi, khí không bị hấp thụ gọi khí trơ 8.2 8.2.1 Cân pha hấp thụ: hệ khí - lỏng, định luật Henry Độ hòa tan khí lỏng định luật Henry Nếu nhiệt độ không đổi độ hòa tan phụ thuộc vào áp suất Sự phụ thuộc biểu thị định luật Henry ycb = mx Đối với khí lý tưởng m số dùng để biểu thị cân y cb = f(x) đường thẳng Đối với khí thực m phụ thuộc vào x nên đường cân đường cong số cân tính Ψ m= P Khi tính toán hấp thụ ta thường dùng phần mol tương đối Y,X qua hệ giưa phần mol tương đối X , Y phần mol x,y sau: ( 8.1) Y X y= x = Y +1 X +1 Thay x y vào phương trình 8.1 ta có quan hệ: mX Y= + (1 − m) X ( 8.2 ) 8.2.2 Phương trình đường làm việc trình hấp thụ Gọi : •Gy lượng hỗn hợp khí vào thiết bị ngưng tụ, kmol/h •Yđ nồng độ đầu hỗn hợp khí , kmol/kmol khí trơ •Yc nồng độ cuối hỗn hợp khí , kmol/kmol khí trơ •Gx lượng dung môi vào thiết bị hấp thụ , kmol/h •Xđ nồng độ đầu dung môi , kmol/kmol dung môi •Xc nồng độ cuối dung môi , kmol/kmol dung môi •Gtr lượng khí trơ kmol/h Lượng khí trơ tính theo công thức : Gtr = G y (1 − yd ) = G y , kmol / h + Yd ( 8.1) Phương trình cân vật liệu tháp hấp thụ: Gtr ( Yd − Yc ) = Gx ( X c − X d ) ( 8.2 ) Lượng dung môi cần thiết là: Gx = Gtr Yd − Yc , kmol / h Xc − Xd ( 8.3) Lượng dung môi tối thiểu dùng cho trình hấp thụ là: Gx = Gtr Yd − Yc , kmol / h X cbd − X d ( 8.4 ) * Nếu biểu diễn phương trình cân vật liệu tiết diện tháp ta có: Gtr ( Y − Yc ) = Gx ( X − X d ) ( 8.7 ) Gx Gx ⇔ Y= X + Yc − Xd Gtr Gtr Hoặc: Y = AX + B ( 8.8 ) (8.9) Trong : A B số: A= Gx G , B = Yc − x X d Gtr Gtr (8.9) phương trình đường nồng độ làm việc trình hấp thụ Nếu biểu diễn tọa độ Y , X đường thẳng có hệ số góc tgα = A cắt trục tung B 8.3 Ảnh hưởng lượng dung môi nhiệt độ áp suất lên trình hấp thụ Ảnh hưởng lượng dung môi 8.3 Ảnh hưởng lượng dung môi nhiệt độ áp suất lên trình hấp thụ 8.4 Cấu tạo thiết bị hấp thụ tháp chưng công nghiệp: 8.4.1 Thiết bị hấp thụ loại bề mặt Hình 8.3a Thiết bị hấp thụ bề mặt kiểu vỏ Hình 8.3b Thiết bị hấp thụ bề mặt kiểu ống Loại tiếp xúc có bề mặt tiếp xúc pha bé nên dùng chất khí hòa tan lỏng ( hấp thụ khí HCl nước lạnh ) dạng thiết bị thường lắp nối tiếp với thành dãy 8.4.2 Thiết bị hấp thụ loại ống loại tấm: Hình 8.4b Thiết bị hấp thụ màng kiểu Hình 8.4a Thiết bị hấp thụ màng kiểu ống 8.5 Quá trình nhả hấp thụ: Quá trình nhả sau hấp thụ thực cần thu hồi chất bị hấp tận dụng lại dung môi Nhả hấp thụ trình ngược lại với hấp thụ vân tuân theo định luật chung hấp thụ tức có quan hệ cân giống trình hấp thụ Theo định luật Henry thì: x= y P ψ Nên tiến hành áp suất thấp nhiệt độ cao chất lỏng cần tách Cân vật liệu: F1x1 Nguyên lý làm việc thể hình bên, chất lỏng cần tách từ suống từ G2 y2 lên có thành phần x1 , x2 y1 , y2 •Phương trình cân vật liệu: F1 + G1 = F2 + G2 •Hoặc cho cấu tử cần tách F1x1 + G1 y1 = F2x2 + G2 y2 •Phương trình đường làm việc tính theo quan hệ Fx1 + G y1 = Fx2 + G y2 Suy F y2 − y1 = G x1 − x2 Có thể coi F = F1 = F2 G = G1 = G2 nhả hấp thụ nồng độ thay đổi it nên coi lượng lỏng lượng tháp không thay đổi G1 y1 Hơi nước F2 x 8.7.2 Tính chiều cao thiết bị Tính theo phương trình truyền chất G = k y dF ∆ytb G ⇒F= k y ∆ytb •Đối với tháp đệm chiều cao tính theo thể tích làm việc đệm , thể tích làm việc V m3 bề mặt riêng đệm σ ( m2/m3) bề mặt tiếp xúc F : F = σHf Như chiều cao tháp đệm : k m n Nu = C.Re Pr Gr G H= k yσ f ∆ytb β yl Nu = D 6.3.4 Phương trình cấp chất phương trình truyền chất * Phương trình cấp chất dG = β x dF ( xbg − x ) τ dG = β y dF ( ybg − y ) τ * Phương kx = trình truyền chất G = k x F ∆xtb τ ky = G = k y dF ∆ytb τ Trong động lực trung bình tính : ∆x1 − ∆x2 ∆xtb = ∆x1 ln ∆x2 ∆y − ∆y2 ∆ytb = ∆y1 ln ∆y2 1 + β x m.β y 1 m + β y βx ∆x1 = xc − xd* Và ∆x2 = xd − xc* ∆y1 = yc − yd* ∆y1 = yd − yc* Tính theo số bậc thay đổi nồng độ Chiều cao tháp đệm tính theo công thức sau : H = N tt htd + ( 0,8 − 1) , m hd chiều cao bậc thay đổi nồng độ ( Chiều cao đệm )  Vd htd = 200  σd   ÷ 0,4 ÷  ω  Chiều cao tháp đĩa tính theo công thức sau : H = N tt (htd + σ ) + ( 0,8 − 1) , m htd khoảng cách đĩa chọn theo đường kính 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 Dung môi G Hoàn nguyên (Chưng luyện) Yêu cầu : Khối lượng riêng dung môi khác xa với khối Cấu tử cần tách lượng riêng dung dịch A Trích ly chất lỏng A.2 Đồ thị tam giác  Đồ thị tam giác  Đường cân đồ thị tam giác đường liên hợp Đường thẳng nối thành phần cân raphinat dung dịch trích gọi đường liên hợp  ảnh hưởng nhiệt độ tới đường cân A.3 Nguyên tắc Trích ly A.4 Cân vật liệu trình trích ly A.5 Các phương pháp trích ly  Trích ly bậc   Trích ly nhiều bậc chéo dòng Trích ly nhiều bậc ngược chiều A.6 Thiết bị trích ly Tháp phun Tháp đệm tháp đĩa lưới có ống chảy chuyền A.7 Trích ly rắn – lỏng [...]... thống hấp thụ •Hệ thống hấp thụ nhiều tháp 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 Cấu tạo một số tháp chưng và hấp thụ trong công nghiệp 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. .. phần khí ra tháp sẽ giảm từ y 2max đến yopt nhưng lượng khí cần tách vẫn không đổi Hiệu số giũa y 2max và yopt là động lực quá trình ở đỉnh tháp theo pha khi tương ứng với điền kiện làm việc của tháp 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 Gnh = F1 x1 − F2 x2 = G2 y2 − G1 y1 Lượng dung môi không thay đổi được tính L = F1 ( 1 − x1...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 x 1 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,... 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... 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 D= 0, 785 .ω0 V là lưu lượng pha lỏng hay khí , m3/s ω0 vận tốc của pha đi qua toàn bộ tiết diện của thiết bị 8. 7.2... nồng độ ( Chiều cao 1 đệm )  Vd htd = 200  σd  1  ÷ 0,4 ÷  ω  Chiều cao của tháp đĩa có thể tính theo công thức sau : H = N tt (htd + σ ) + ( 0 ,8 − 1) , m 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 Dung... theo phương trình truyền chất G = k y dF ∆ytb G ⇒F= k y ∆ytb •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 σ ( m2/m3) thì bề mặt tiếp xúc F là : F = σHf Như vậy chiều cao của tháp đệm là : k m n Nu = C.Re Pr Gr G H= k yσ f ∆ytb β yl Nu = D 6.3.4 Phương trình cấp chất và phương trình truyền chất * Phương trình cấp chất... 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... ) τ * Phương kx = trình truyền chất G = k x F ∆xtb τ ky = G = k y dF ∆ytb τ Trong đó động lực trung bình được tính : ∆x1 − ∆x2 ∆xtb = ∆x1 ln ∆x2 ∆y − ∆y2 ∆ytb = 1 ∆y1 ln ∆y2 1 1 1 + β x m.β y 1 1 m + β y βx ∆x1 = xc − xd* Và ∆x2 = xd − xc* ∆y1 = yc − yd* ∆y1 = yd − yc* 2 Tính theo số bậc thay đổi nồng độ Chiều cao của tháp đệm có thể tính theo công thức sau : H = N tt htd + ( 0 ,8 − 1) , m hd chiều... thước bé, tức đệm có bề mặt riêng lớn tạo khả năng tiếp xúc giữa các pha tốt hơn 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