Yêu cầu của thiết bị truyền khối Diện tích bề mặt trao đổi pha lớn Trở lực thấpYêu cầu của thiết bị truyền khối Diện tích bề mặt trao đổi pha lớn Trở lực thấpYêu cầu của thiết bị truyền khối Diện tích bề mặt trao đổi pha lớn Trở lực thấpYêu cầu của thiết bị truyền khối Diện tích bề mặt trao đổi pha lớn Trở lực thấp
Chương Thiết bị truyền khối Yêu cầu thiết bị truyền khối Diện tích bề mặt trao đổi pha lớn Trở lực thấp Tháp màng Tháp phun Tháp bọt Khí – lỏng Tháp venturi Tháp đệm Tháp mâm Nguyên lý chung Hai pha lỏng tiếp xúc chiều hay ngược chiều Một cấu tử hay nhiều cấu tử di chuyển qua lại hai pha THÁP MÀNG Nguyên lý chung Pha lỏng chảy từ xuống tạo thành màng film ống (hay ngồi ống), pha thổi ngược từ lên (ngược chiều) hay từ xuống (cùng chiều) Nguyên lý chung Lỏng vào Lỏng vào Chất tải nhiệt Màng film Hơi Hơi Hơi Hơi Ưu điểm Sử dụng trình tỏa nhiều nhiệt, giải nhiệt liên tục Đòi hỏi áp lực thấp Thời gian lưu thấp Phù hợp lưu chất nhạy cảm với nhiệt Dễ vệ sinh Nhược điểm Khó kiểm sốt chế độ màng film Có thể xảy tượng bốc Phải kiểm sốt lưu lượng lỏng đặn Phương trình (6.21) lấy tích phân để xác đònh chiều cao tháp chêm: z z o dz y1 y G dy ky 1 y y1 y y1 y G dy K y 1 y ( y* y) (6.22) Nhân tử mẫu số tích phân (6.22) với 1 y lm với 1 y lm trung bình logarit 1 yi vaø (1 – y) 1 ylm z 1 yi 1 y ln 1 yi 1 y y1 y 1 ylm dy G ky 1 y lm 1 y yi y Đònh nghóa chiều cao đơn vò truyền khối: G HtG ky 1 y lm (6.23) (6.24) Đònh nghóa chiều cao đơn vò truyền khoái: G H tG ky 1 y lm (6.24) giá trò thường xem không đổi độ xác cho phép lấy giá trò trung bình điều kiện làm việc đỉnh đáy tháp Do đó: z 1 y lm H tG dy y2 1 y y y i y1 (6.25) 1 y lm Tích phân dy N tG độ đo mức độ khó khăn y2 1 y y y i trình hấp thu, gọi số đơn vò truyền khối pha khí Công thức (6.25) đơn giản hóa cách thay trung bình số học cho trung bình logarit 1 y lm mà y1 không gặp phải sai số lớn 1 y lm NtG 1 yi 1 y y1 y dy 1 y2 ln y y1 y1 (6.26) (6.27) Phương trình đơn giản để lấy tích phân đồ thò Với hỗn hợp có nồng độ dung chất nhỏ, số hạng thứ hai vế phải (6.27) không đáng kể Tương tự, ta chứng minh cho nồng độ dung chất pha lỏng: Tương tự, ta chứng minh cho nồng độ dung chất pha lỏng: z HtL NtL HtL chiều cao đơn vò truyền khối pha loûng: HtL L kx 1 x lm (6.28) với NtL số đơn vò truyền khối pha loûng NtL 1 x lm x2 1 x xi x dx x1 x1 x dx 1 x2 ln xi x x1 với 1 x lm trung bình logarit (1–x) 1 x1 (6.29) Trong trườn g hợp đườ ng câ n bằ ng đườ ng thẳn g tỉ số hệ số truyền khối pha khí, pha lỏn g khô ng đổi biể u thức tính chiề u cao tháp chê m tính theo hệ số truyền khố i tổng quát sau: z = NtOG HtOG Theo pha khí: NtOG y1 y hay NtOG HtOG Y1 Y 1 y *lm dy y( y y* ) dY Y Y * y1 y 1 Y2 ln Y1 G * lm K y 1 y dy y y * 1 y2 ln y1 (6.30) (6.31) (6.32) với NtOG số đơn vò truye àn khố i tổn g quát pha khí, chiề u cao đơn vò truyền khối tổn g quát Côn g thứ c (6.31) tiện lợ i đường làm việ c tọ a độ X, Y đườn g thẳn g Tương tự, theo pha lỏng, Z = NtOL HtOL NtOL = HtOL 1 x *lm dx x2 1 x ( x* x) x1 X1 X dX * X X x1 x 1 x2 ln * x x x1 dx 1 X2 ln X1 (6.33) (6.34) L (6.35) * lm K x 1 x Những phương trình tính Z cho kết Tuy nhiên pha có trở lực truyền khối lớn dùng phương trình tính Z theo pha tiện lợi Với trình nhả khí, động lực hay âm 1- Hỗn hợp có nồng độ lỗng NtOG y1 y dy * y y (6.36) Nếu đường cân xem đường thẳng khoảng nồng độ x1 , x2 phương trình đường cân là: y* = mx + r (6.37) Nếu dung dòch loãng, lượng dung chất truyền hai pha nhỏ đường làm việc tọa độ xy xem đường thẳng có phương trình: y L x x2 y2 G Trừ hai phương trình (6.37) (6.38) ta (6.38) 1- Hỗn hợp có nồng độ lỗng NtOG L G = x1 x ( y y* )1 dx L ln qx s Gq ( y y* )2 y1 y2 * * * * [( y y )1 ( y y )2 ] ln[( y y )1 /( y y )2 ] y1 y2 ( y y )ln (6.40) Nếu áp dụng định luật Henry, r=0, ta kết cho tháp hấp thu: ln[( NtOG với A = L/mG y1 mx1 1 )(1 ) ] y2 mx2 A A 1/ A (6.41) 2-Xác định đồ thị Đường KB vẽ qua trung điểm đoạn thẳng đứng đường cân đường làm việc Bậc JLC CFD đơn vị truyền xác định cách vẽ JK = KL CE = EF, sau từ L F vẽ thẳng đứng lên yG-yH xem động lực trung bình cho biến đổi nồng độ pha khí yD-yF Vì GE = EH nên đường làm việc xem đường thẳng DF = 2GL = GH, bậc CFD đơn vị truyền khối Để xác định NtoL, Đường KB vẽ qua giao điểm đoạn thẳng nằm ngang nối đường làm việc đường cân 3- Chiều cao tổng quát đơn vị truyền khối Khi hệ số góc đường cân không đổi, chiều cao tổng quát đơn vò truyền khối tổng hợp từ đơn vò truyền khối pha theo biểu thức sau: HtOG HtG (1 y)ilm (1 (1 x )ilm mG HtL L (1 y)*lm y)*lm (6.43) Nếu trở lực truyền khối chủ yếu nằm pha khí yi y* vaø: HtOG HtG (1 x )ilm mG HtL L (1 y)*lm với hỗn hợp có nồng độ nhỏ HtOG HtG (1 x )ilm (1 mG HtL L y)*lm (6.44) neân: (6.45) 3- Chiều cao tổng quát đơn vị truyền khối Tương tự chiều cao tổng quát đơn vò truyền khối tính theo pha lỏng xác đònh: HtOL HtL (1 x )ilm (1 x )*lm (1 y)ilm L HtG mG (1 x )*lm (6.46) Nếu trở lực truyền khối chủ yếu nằm pha lỏng, xi x* : HtOL HtL (1 y)ilm L HtG mG (1 x )*lm (6.47) với hỗn hợp có nồng độ nhỏ: (1 y)ilm (1 x )*lm ; HtOL HtL L HtG mG (6.48) Tháp chê m dùng để hấp thu dung chất dòng khí bằ ng dung môi nước áp suất thườ ng Nồn g độ dung chấ t ban đầu dòn g khí 0,03 mol/mol khí trơ Mức độ hấ p thu đạt 90% Nước rời tháp hấp thu có nồ ng độ 0,02 mol/mol nước Tháp làm nguội để trì nhiệt độ không đổi Xác đònh chiều cao tháp chê m? Cho bieát HtG = 0,205 m, HtL = 0,90 m Dữ kiện cân bằ ng nồ ng độ dung chất pha khí lỏng sau: Ví dụ 6.3: X = mol dung chất/mol nước Y* = mol dung chất/mol khí trơ 0,005 0,010 0,0125 0,015 0,020 0,023 0,0045 0,0102 0,0138 0,0183 0,0273 0,0327 Giaûi: Trong trình hấp thu này, trở lực truyền khối chủ yếu nằm pha khí nên tính chiều cao tháp chêm theo biểu thức Z NtOG HtOG 1- Xác đònh NtOG : Có thể xác đònh theo hai cách a) Bằng đồ thò: Vẽ đường cân đường làm việc hệ trục X,Y Đường làm việc hệ trục X, Y đường thẳng qua hai điểm C [ X = 0; Y2 = 0,03 (1 – 0,9) = 0,003] điểm D ( X1 = 0,02; Y1 = 0,03) Vẽ đường trung bình đường làm việc đường cân Xác đònh số đơn vò truyền khối tổng quát đồ thò 5,5 b) Xác đònh tích phân: Theo (6.31) với nồng độ dung chất pha khí loãng NtOG Y1 dY Y Y* Y Kết để lấy tích phân đồ thò X Y Y 0,0030 0,005 * * Y-Y Y-Y* 0,0030 333 0,0100 0,0045 0,0055 182 0,010 0,0165 0,0102 0,0063 159 0,0125 0,0200 0,0138 0,0062 161 0,015 0,0234 0,0183 0,0051 196 0,020 0,0300 0,0273 0,0027 370 Vẽ đường biểu diễn 1/ ( Y Y * ) theo Y Diện tích giới hạn đường cong trục hoành, đường Y1 = 0,03 Y2 = 0,003 5,83 2- Xác đònh HtOG : Trở lực truyền khối chủ yếu nằm pha khí với hỗn hợp có nồng độ loãng, theo (6.45) HtOG HtG mG HtL L với m hệ số góc đường cân bằng, trường hợp xem đường thẳng ( 0, 0273 0)/( 0, 020 0) = 1,365 Lượng dung chất trao đổi hai pha nhỏ nên theo hình 6.20 ta có: Ltr L 0, 03 0, 003 = 1,35 Gtr G 0, 02 Vaäy: HtOG 1, 365 0, 205 0, 90 = 1,115 m 1, 35 Chiều cao tháp chêm là: z = NtOG HtOG = 5,83 × 1,115 = 6,50 m ... Nhượt điểm Đòi hỏi áp lực bơm lớn phí cao Dễ mát lỏng Khả truyền khối thấp Thời gian lưu thấp Số bậc truyền khối Hạt hình thành kết khối THÁP BỌT Nguyên lý chung Pha lỏng bơm vào tháp từ xuống...2 Yêu cầu thiết bị truyền khối Diện tích bề mặt trao đổi pha lớn Trở lực thấp Tháp màng Tháp phun Tháp bọt Khí –... tốt Chi phí đầu tư chi phí lượng cho vận hành thấp Thời gian lưu pha lỏng cao Diện tích bề mặt truyền khối lớn Nhược điểm Trở lực pha lớn Thời gian lưu pha thấp THÁP VENTURI Nguyên lý chung Pha