Hấp thụ thực tập quá trình và thiết bị

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CƠNG NGHỆ PHÚC TRÌNH THỰC TẬP Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CƠNG NGHỆ HĨA HỌC HẤP THỤ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN HỌ TÊN SINH VIÊN Cao Luu Ngọc Hạnh Lê Thị Ái Ni B1706402 Phạm Thị Hông Quyên B1706409 Nguyễn Chí Thành B1706416 Nguyễn Thị Anh Thư B1706422 Vương Thị Ngọc Tuyết B1706431 Nguyễn Thị Phương Uyên B1706433 Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật hóa học K43 Tháng 06/2020 Kết thí nghiệm: − Lưu lượng dung mơi: 50(L/h) − Lưu lượng khơng khí: 700 (NL/h) − Lưu lượng khí CO2: 200 (NL/h) − Độ chênh áp ống chữ U: 25(mmH2O) Nhiệt độ (oC): TE1 30.5 TE2 30.4 TE3 30.0 TE4 28.3 TE5 30.6 TE6 30.5 TE7 30.5 TE8 30.5 TE9 30.6 TE10 30.4 Áp suất: Áp suất khí trơ vào (bar) 1.08 Áp suất khí CO2 vào (bar) 0.97 Độ chênh áp (mmH2O) 25 Thể tích HCl (ml): V1 V2 V3 Vtb 9.8 9.7 9.5 Tính tốn: a) Tính thành phần khí:  Đối với khí trơ Lưu lượng khí trơ: Q = 700NL/h Nhiệt độ khí: TE2 = 30.4oC =>T = 303.4K Áp suất khí: p = po+pdư =1bar +1.08bar = 2.08bar (với po = 1bar) Lưu lượng khí trơ tính theo L/h: Q( L/h ) = Q( NL / h ) × T 303.4 = 700 × = 379( L / h ) 269.33 × p 269.33 × 2.08 Tra bảng 5-4 Khối lượng riêng số chất khí điều kiện tiêu chuẩn (0 oC, 1at): khối lượng riêng tiêu chuẩn khơng khí ρo = 1.293kg/m3 Khối lượng riêng chất khí: ρ = ρo × To × P 273 × 2.08 = 1.293 × = 2.5 kg / m T × Po 303.4 × 0.981 ( ) Lượng khí nạp vào tháp: ρ ( kg / m ) × Q( m / h ) 2.5 × 0.379 Ghh ( kmol / h ) = = = 0.033( kmol / h ) M kk 29 Lượng khí trơ nạp vào tháp: Gtr = Ghh − GCO ( kk ) = 0.033 − 0.033× 0.03 × 10 −2 = 0.033kmol / h  Đối với khí CO2 Lưu lượng khí CO2: Q = 200NL/h Nhiệt độ khí CO2: TE2 = 30.4oC =>T = 303.4K Áp suất khí: p = po+pdư =1bar + 0.97bar = 1.97bar (với po = 1bar) Lưu lượng khí trơ tính theo L/h: Q( L/h ) = Q( NL / h ) × T 303.4 = 200 × = 114 4( L / h ) 269.33× p 269.33 × 1.97 Tra bảng 5-4 Khối lượng riêng số chất khí điều kiện tiêu chuẩn (0 oC, 1at): khối lượng riêng tiêu chuẩn khí CO2 ρo = 1.9768kg/m3 Khối lượng riêng khí CO2: ρ = ρo × To × P 273 × 1.97 = 1.9768 × = 3.57 kg / m T × Po 303.4 × 0.981 ( ) Lượng khí CO2 nạp vào tháp: G * CO ( kmol / h ) = ρ ( kg / m ) × Q( m / h ) 3.57 × 0.1144 = = 9.3 × 10 −3 ( kmol / h ) M CO 44.01 Tổng lượng khí CO2 nạp vào tháp: GCO = G * CO + GCO ( kk ) = 9.3 × 10 −3 + 0.033 × 0.03 × 10 −2 = 9.31× 10 −3 kmol / h Nồng độ đầu của pha khí: GCO 9.31× 10 −3 Yđ = = = 0.282 Gtr 0.033 (kmol khí CO2/kmol khí trơ) Giả thuyết lượng nước vào tháp tinh khiết không lẫn CO 2, nồng độ đầu pha lỏng Xđ = (kmol/kmol dung môi) Tra bảng 5-3 Một số tính chất nước, TE10 = 30.4 oC nội suy tìm ρH2O=995.556 (kg/m3) Với VH2O=10ml n H 2O = ρV 995.556 × 10 −5 = = 5.53 × 10 − (kmol) = 0.553 mol M 18 Phương trình phản ứng: 2NaOH + CO2→ Na2CO3 + H2O Thể tích HCl chuẩn độ: 9.5ml Thể tích NaOH phản ứng với CO2 0.5ml =>nNaOH phản ứng với CO2=5 x 10-5mol =>nCO2=2.5 x 10-5 mol Xc = nCO 2.5 × 10 −5 = = 4.52 × 10 −5 n dm 0.553 (kmol/kmol dung môi) Tra bảng 5-3 Một số tính chất nước, TE1=30.5 oC, nội suy ρH2O=995.525kg/m3 L= Lượng dung mơi: ρG 995.525 × 0.05 = = 2.765( kmol / h ) M 18 Từ phương trình cân đường nhập liệu: Gtr Yđ + LX đ = Gtr Yc + LX c Gtr Yđ + LX đ − LX c 0.033 × 0.282 + 2.765 × − 2.765 × 4.52 × 10 −5 ⇒ Yc = = Gtr 0.033 = 0.278 (kmol/kmol khí trơ) b) Tính hiệu suất tháp H= c) Yđ − Yc 0.282 − 0.278 = = % Yđ 0.282 Tính nhiệt hấp thụ Ta có: Tc=30.4oC, Td=30.5oC Nhiệt dung riêng nước: C=4.186J/kg.độ=17.9cal/mol.độ Xc=4.52 x 10-5 kmol/kmol dung môi, Xd=0 q: Nhiệt phát sinh mol cấu tử bị hấp thụ (cal/mol) Tc = Tđ + C (Tc − Tđ ) 17.9( 30.4 − 30.5) q (X c − X đ ) ⇒ q = = = −39602( cal / mol ) C Xc − Xđ 4.52 × 10 −5 d) Tính vận tốc đảo pha dP σ (1 − ε )2 σ (1 − ε ) × Z = H k ×η g × × Vg + H b × × Vg2 × ρ g 3 100 ε ε Tại TE2=30.4oC, 1.1at 0.99at tra bảng 5-5, 5-6 Độ nhớt không khí CO2 phụ thuộc vào nhiệt độ áp suất, nội suy được: ηkk=1862x10-8(Pa.s), ηCO2=152x108(Pa.s) Nồng độ phần thể tích CO2 ν1 = 700 × 0.0003 + 200 = 0.22 700 + 200 Nồng độ thể tích khơng khí: ν2=0.78 ν ×ηCO × 115 + ν × η kk × 61.9 ν 1× 115 + ν × 61.9 0.22 × 152 × 10 −8 × 115 + 0.78 × 1862 × 10−8 × 61.9 = 0.22 × 115 + 0.78 × 61.9 −8 = 1272.4 × 10 ( Pa.s ) η hh = Khối lượng riêng CO2 khơng khí TE2 là: 1.76kg/m3 1.28kg/m3 ρhh=ν1.ρCO2 + ν2.ρkk = 0.22x1.76 + 0.78x1.28 = 1.3856kg/m3 245 1000 (1 − 0.62) 1000(1 − 0.62) × 0.4 = 6.36 × 1272.4 × 10 −8 × × V g + 0.3 × × V g2 × 1.3856 3 100 0.62 0.62 ⇔ 0.98 = 49V g + 662.8V g ⇔ V g = 0.0164(m / s) ⇒ *Nhận xét - Nhiệt độ chênh lệch không lớn sensor đo nhiệt độ (0.1 đến 0.6 oC) Tuy nhiên, nhiệt độ TE2 lại chênh lệch lớn so với sensor khác - Độ chênh áp không lớn (25mmH2O) Nghĩa độ chênh lệch áp suất đỉnh đáp tháp không lớn Nếu độ chênh áp tăng cao gây nên tượng ngập lụt làm tăng hiệu suất, suất thấp - Hiệu suất thấp lượng khí CO2 cung cấp vào tháp khơng cao, xa lượng khí cung cấp để xảy ngập lụt, đạt hiệu suất cao - Thể tích HCl dùng có chênh lệch lớn lần chuẩn độ đầu cuối trình chuẩn độ, lượng CO2 bị thất mơi trường (q trình nhả hấp thụ) Thêm vào đó, thao tác thực người chuẩn độ không chuẩn xác trình lấy mẫu cho mẫu vào bình tam giác pipet lần đo 3 Bàn luận (Lê Thị Ái Ni –B1706402) Câu 1: Hiệu suất q trình hấp thụ thấp Giải thích: - Sự tương tác hai pha lỏng pha khí chưa tốt Thời gian tiếp xúc ngắn - Do dung môi khơng tinh khiết, làm sai số q trình làm thí nghiệm - Do vật chêm bị đóng rong, đường ống dẫn khí CO2 hở làm ảnh hưởng đến trình tiếp xúc hai pha dẫn đến sai số thí nghiệm - Sai số thao tác: thao tác cho NaOH vào sản phẩm chậm làm cho CO dễ dàng phân ly lại thành khí bay ngồi Sai số trình chuẩn độ - Ảnh hưởng áp suất nhiệt độ: Do nhiều nhóm thực hành liên tiếp tháp, q trình đóng mở van chưa hợp lý q trình làm thí nghiệm dẫn đến áp suất, nhiệt độ tháp bị thay đổi, không ổn định Làm ảnh hưởng đến hiệu suất hấp thụ - Khả hòa tan CO2 dung môi hấp thụ nước thấp Câu 2: Một số giải pháp nhằm tăng hiệu suất hấp thụ - Thay đổi dung mơi có tính hấp thụ tốt - Thay đổi điều kiện vận hành cách: + Tăng áp suất điều kiện cho phép thiết bị + Hạ thấp nhiệt độ dung môi trước đưa vào tháp + Hạ nhiệt độ dòng hồn lưu - Tuy nhiên, hai thơng số nhiệt độ áp suất hai thông số phụ thuộc vào cần chọn điều kiện tối ưu cho q trình Câu 3:Kích thướt vật chêm có ảnh hưởng đến q trình hấp thụ? - - Kích thướt vật chêm có vai trò quan trọng, ảnh hưởng đến q trình hấp thụ: ảnh hưởng đến diện tích bề mặt tiếp xúc pha + Hình dạng: Hình trụ trò + Kích thướt tỉ lệ tương đối so với tháp: đường kính vật chêm phải thõa mãn điều kiện: d/ø= 1/15 → 1/8 Tốt 1/10 để giảm hiệu ứng chảy thành làm giảm hiệu suất Nên sử dụng vật chêm có kích thướt khác để tránh trường hợp cản khí, dung mơi Bên cạnh xếp vật chêm có kích thướt lớn dưới, tránh rớt vật chêm mà thiết kế lưới đỡ đệm vừa phải khơng q khích làm cản khí dung mơi Câu 4: Việc sử dụng khơng khí có nhiều loại khí khác nhau, có hàm lượng khí CO2, mục đích gì? - Để kiểm chứng dung mơi nước có đạt u cầu độ chọn lọc cao dung môi thông qua hiệu suất nâng suất trình Câu 5: Tại lấy sản phẩm chuẩn độ ta cho NaOH vào lấy? - Do H2CO3 acid yếu nên bị phân hủy trở lại theo phương trình: - Cho NaOH vào, NaOH giữ CO lại dung dịch, giảm tối đa lượng CO ngồi làm giảm hiệu suất phản ứng Câu 6: Trên phần thân thiết bị có cặp van khóa, chúng có ý nghĩa gì? - Hai van đối xứng để dự phòng trường hợp có van bị hỏng - Kiểm tra nồng độ sản phẩn đoạn xem q trình hấp thụ có diễn tốt khơng Dễ điều chỉnh, tìm chổ khơng ổn q trình - Thu sản phẩm với nồng độ mong muốn Câu 7: Van phụ đỉnh tháp có nhiệm vụ gì? - Dùng để cân áp suất bên tháp áp xuất khí - Trường hợp xảy ngập lụt lên đến đỉnh tháp mở van phụ giúp làm giảm trình ngập lụt, tránh bọt khí nước tràn ngược bình cấp liệu Câu 8: Hiện tượng ngập lụt gì? Xảy nào? Ảnh hưởng? Cách khắc phục? - Hiện tượng ngập lụt xảy suất lượng khí lỏng cho vào nhiều Làm cho áp suất đáy lớn áp xuất đỉnh, nước di chuyển từ nơi có áp cao đến nơi áp thấp Nên nước bị đẩy dâng lên gây tượng ngập lụt Dấu hiệu nhận biết tượng ngập lụt xảy ra: + Tại đỉnh tháp lượng khí sủi bọt mạnh + Tại vị trí ống chữ U ta quan sát thấy độ chênh lệch áp suất lớn - Ảnh hưởng tượng ngập lụt xảy ra: + Ưu điểm: tăng hiệu suất q trình hấp thụ Do áp suất tăng, hòa tan khuếch tán khí vào lỏng tăng + Nhược điểm: Hệ thống hoạt động không ổn định Nâng suất thấp Chênh lệch áp suất đỉnh tháp đáy tháp lớn khơng an tồn lúc vận hành - Khắc phục: giảm lưu lượng pha khí pha lỏng hai có lưu lượng lớn, giảm lưu lượng Câu 9: Vận hành thiết bị chế độ hiệu suất hấp thụ cao nhất? - Tháp hoạt động chế độ ngập lụt hiệu suất trình hấp thụ cao Tuy nhiên, áp suất tháp tăng cao, đòi hỏi thiết bị phải có độ bền, độ dày,… đòi hỏi kỹ thuật gia cơng cao làm tăng chi phí thiết bị → Vì vậy, thực tế người ta vận hành tháp chế độ gần ngập lụt, cách tăng lượng khí lên từ từ vừa xuất bọt khí giảm từ từ Bằng cách này, hiệu xuất trình xấp xỉ hiệu xuất ngập lụt Câu 10: Khi thay khơng khí khí trơ (N 2, He, Ar, ) q trình hấp thụ nào? - Khi thay khơng khí khí trơ (N2, He, Ar, ) q trình hấp thụ tốt khí trơ khơng bị nước hấp thụ, đóng vai trò khí mang kéo dòng CO vào tháp Vì CO2 nặng khơng khí nên cần phải có khí trơ mang kéo CO lên để tiếp xúc pha - Khí trơ làm tăng áp suất dẫn đến tăng khả khuếch tán hòa tan CO vào nước tăng mà khơng xuất phản ứng phụ hạn chế ảnh hưởng Câu 11: Tại tháp hấp thụ lại chia thành nhiều đoạn? - Tháp hấp thụ chia thành nhiều đoạn nhằm mục đích: + Dễ lắp đặt sửa chữa, tốn chi phí sửa chữa Khi có hư hỏng cần thay đoạn hư không cần thay tháp chêm + Dễ vệ sinh, dễ cho vật chêm vào, xếp hợp lý + Tăng độ cứng cho tháp + Tăng diện tích tiếp xúc pha, qua mâm đỡ dòng nước phân bố lại (do tính dễ chảy thành hướng tâm nước), để thấm ướt đồng vật chêm, làm tăng diện tích tiếp xúc, tăng hiệu suất hấp thụ Câu 12: Tại ta cho dung môi vào trước? - Cho dung môi vào trước để dung môi điền đầy, thấm ướt đồng vật chêm giúp tăng diện tích bề mặt tiếp xúc hai pha lỏng khí, trạng thái ổn định thiết lập nhanh Câu 13: Tại nước từ xuống mà khí từ lên? - Do nước có xu hướng chảy từ cao xuống thấp, khí nhẹ bay từ lên Bằng cách cho nước khí vừa tăng diện tích tiếp xúc mà giúp tiết kiệm chi phí vận hành, thiết kế Câu 14: Tại không thu dung môi phần đáy tháp hấp thụ qua van mà phải chuyển qua bình chứa sản phẩm hấp thụ? - Nếu lấy sản phẩm đáy tháp vị trí thiết bị trao đổi nhiệt không ổn định Nếu mở van đáy tháp áp suất khí trời dễ dàng thâm nhập vào tháp dẫn đến áp suất bị thay đổi, không ổn định - Khi lấy sản phẩm trực tiếp đáy tháp, sản phẩm dễ dàng bị pha trộn với nước chảy từ xuống → Vậy nên chuyển sản phẩm qua bình chứa tốt không ảnh hưởng đến ổn định tháp hấp thụ Câu 15: Tại phải dùng thiết bị trao đổi nhiệt đáy tháp? - Thiết bị trao đổi nhiệt để điều chỉnh nhiệt độ đầu vào nước thích hợp cho vào tháp - Khi nhiệt độ thiết bị cao làm xảy q trình nhả hấp thụ ta giảm nhiệt độ thông qua thiết bị trao đổi nhiệt - Ngồi có q trình thu nhiệt, cần nhiệt cao phải có thiết bị trao nhiệt tháp Câu 16: Có loại tháp hấp thụ? Tháp sử dụng thí nghiệm tháp gì? - Thiết bị hấp thụ thường dùng thiết bị loại đệm thiết bị loại mâm, thí nghiệm ta sử dụng loại đệm - Ưu nhược điểm tháp chêm: • Ưu điểm: + Cấu tạo đơn giản + Diện tích tiếp xúc pha lớn + Hệ số trở lực hệ thống thấp + Hiệu suất trình hấp thu cao Nhược điểm: khó làm ướt vật chêm Vì chiều cao tháp lớn nên đưa dung môi vào đỉnh tháp khó khăn, tạo vùng chết mà chất lỏng khơng thể tới • Phạm Thị Hồng Quyên –B2706409 Tại hiệu suất trình hấp thụ thấp? − Sai số hệ thống: vật chêm bị dính bẩn, đường ống dẫn khí CO bị hở, máy nén − khí hoạt động kém, ảnh hưởng đến tương tác hai pha Ảnh hưởng áp suất: áp suất tăng phân tử CO tương tác với phân tử nước thời gian tiếp xúc hai pha tăng lên dẫn đến động lực trình truyền khối tăng hay trình hấp thụ diễn tốt − Ảnh hưởng nhiệt độ: nhiệt độ tăng phân tử CO2 tương tác với phân − tử nước hơn, mức độ xáo trộn tăng, thời gian tiếp xúc hai pha ngắn, động lực trình truyền khối giảm, ảnh hưởng đến trình hấp thụ (xảy trình nhả hấp thụ nhiệt độ tăng) Sự tương tác pha lỏng pha khí chưa tốt, khả hòa tan khí CO dung mơi hấp thụ nước thấp Kích thước vật chêm cần phải thỏa mãn yêu cầu nào? − − − Diện tích bề mặt riêng lớn → bề mặt tiếp xúc pha lớn Độ rỗng (hay thể tích tự do) lớn → giảm trở lực cho pha khí Đường kính vật chêm phải thỏa điều kiện: Tốt → giảm hiệu ứng thành Hiệu ứng thành tượng chất lỏng có xu hướng chảy từ tâm thành thiết bị, nên khó phân phối chất lỏng theo chiều cao tháp, điều làm giảm tiếp xúc hai pha, dẫn đến giảm hiệu suất truyền khối Hiệu ứng thành thiết bị lớn đường kính thiết bị lớn Vật chêm có kích thước khác (phần kích thước lớn phía nhỏ)? Chịu lực để giữ phần phía cố định, để giảm trở lực dòng chay Đồng thời, để vật chêm có kích thước nhỏ khơng bị rơi xuống đĩa đệm Tháp hấp thụ chia thành nhiều đoạn, sao? − − − Trong q trình dung mơi qua tháp sau đoạn dung mơi khơng phân bố Do đó, tháp chia thành nhiều đoạn khác khoảng trống hai đoạn có lắp vỉ nhằm phân phối lại chất lỏng Vì dung mơi đoạn đường dài chảy xung quanh thành hướng tâm Dễ nhập liệu lấy sản phẩm phân đoạn Khi chia tháp thành nhiều đoạn, tải trọng vật chêm chia làm nhiều phần tương ứng với số đoạn làm giảm bớt tải trọng vật chêm tác dụng lên đáy thiết bị Tăng độ cứng cho cột tháp − Ngồi ra, việc chia đoạn giúp cho trình tháo lắp, vệ sinh dể dàng Tại phải cho dung môi vào trước? Cho dung môi vào trước để dung môi đổ đầy, thấm ướt vật chêm giúp tăng diện tích bề mặt tiếp xúc hai pha lỏng - khí, trạng thái ổn định thiết lập nhanh 6 Tại không 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 Nếu lấy sản phẩm bình chứa khơng thu mẫu thời điểm xét, sản phẩm hòa trộn với lượng nước chay từ đỉnh tháp xuống Như vậy, lấy sản phẩm từ ống nối với đáy thiết bị trao đổi nhiệt cách làm tối ưu nhất, không ảnh hưởng đến độ ổn định tháp Trên phần thân tháp có lắp cặp van khóa, chúng có ý nghĩa gì? − − Để kiểm tra nồng độ sản phẩm xem trình hấp thu diễn thiết bị, có ổn định hay khơng, để điều chỉnh trình thu sản phẩm với nồng độ mong muốn Dùng lấy mẫu mâm để kiểm tra trình hấp thụ tháp Ta thấy có hai van đối xứng để phòng trường hợp có van bị hỏng Máy bơm lắp vào thiết bị nhằm mục đích gì? Khi sản phẩm chưa đạt u cầu bơm hồn lưu đỉnh tháp cho hấp thụ thêm phần nữa, nhằm đạt hiệu suất cao Tại phải trộn CO2 khơng khí vào lúc đưa pha khí vào tháp? − Muốn thiết bị hấp thụ chọn lọc khí CO2 Khí CO2 nặng khơng khí nên cần có khí trơ để kéo CO lên đỉnh tháp − chêm tạo tiếp xúc pha Để tiết kiệm chi phí, dung khơng khí khí trơ − 10 Tại nước từ đỉnh xuống đáy tháp, khí ngược lại? Nước thơng thường chảy từ cao xuống thấp, để tiết kiệm chi phí vận hành Còn khí nhẹ có xu hướng bay từ lên Để tăng diện tích tiếp xúc hai pha làm tăng hiệu suất hấp thụ 11 Áp kế chữ U có chức gì? Áp kế chữ U dung để đo độ chênh lệch áp đỉnh đáy tháp, giúp người vận hành nắm quy trình làm việc có ổn định hay khơng nhận biết tượng ngập lụt 12 Hiện tượng ngập lụt hấp thụ gì? Khi xảy ảnh hưởng nào? Cách khác phục? − Hiện tượng ngập lút xảy suất lượng khí lỏng hai cho vào nhiều, làm cho áp suất đáy lớn áp suất đỉnh, mà nước từ nơi có áp − suất cao đến nơi có áp suất thấp nên nước bị đẩy dâng lên gây tượng ngập lụt Dấu hiệu: xuất sủi bọt khí mạnh đỉnh tháp, độ chênh lệch áp ống chữ − U, khí mang nước tràn ra, mực nước đáy giảm xuống nhanh chống Cách khắc phục: giảm lưu lượng nước, tăng lưu lượng khí 13 Giải thích lý xảy tượng ngập lụt hiệu suất hấp thụ cao? Khi tượng ngập lụt xảy áp suất đáy tháp lớn, làm cho nước đỉnh tháp chảy xuống được, lúc đáy tháp lượng khí CO nạp liên tục làm nồng độ CO2 tăng lên, tiếp xúc pha nước khí đáy tháp lúc tăng, dẫn đến hòa tan khuếch tán chất khí vào chất lỏng tăng, giúp hiệu suất tăng 14 Vì cần đặt thiết bị trao đổi nhiệt Vì trình hấp thụ sinh lượng nhiệt, mà nhiệt độ tăng lên hấp thụ giảm dẫn đến q trình nhả hấp thụ, cần có thiết bị trao đổi nhiệt để hạ nhiệt độ cần thiết 15 Tại đỉnh tháp có lắp thêm van phụ? − − Để cân áp suất bên ngồi tháp Khi có tượng ngập lút, lên tới đỉnh mở van để nước làm giảm ngập lụt, khơng cho bọt khí dung dịch tràn ngược ống chất lỏng đầu vào 16 Những yếu tố ảnh hưởng đến kết chuẩn độ − Khi lấy mẫu để chuẩn độ, thao tác chưa đủ nhanh làm CO bị thất thốt, đồng − thời hiệu suất hấp thụ khơng cao nên làm cho kết khơng xác Qúa trình thao tác khả quan sát chuyển màu dung dịch người chuẩn độ, chưa thật chuẩn xác sai lệch dung dịch chuẩn độ 17 Khi lấy sản phẩm đáy phải cho NaOH tiến hành chuẩn độ liền Tại sao? Do thời gian tiếp xúc dung mơi dòng khí ngắn, nên hiệu suất q trình khơng cao, lượng khí CO2 có dung dịch ít, đồng thời CO nước acid yếu nên dễ dàng bị phân ly trở lại thành khí CO bay ngồi Vì cho NaOH vào, NaOH giúp giữ tối đa lượng CO sản phầm bị thoát ngoài, đồng thời phải chuẩn độ liền để đảm bảo kết chuẩn độ xác, sản phẩm để lâu lượng CO bị nhiều, dẫn đến sai lệch kết chuẩn độ, lượng dung dịch HCl dùng để chuẩn cần lượng lớn (Nguyễn Chí Thành –B1706416) Câu Khái niệm hấp thụ, nhả hấp thụ: Hấp thụ q trình hòa tan, khuếch tán vài cấu tử hỗn hợp khí dung mơi Cấu tử thu hồi gọi cấu tử bị hấp thụ ,dung môi sử dụng chất hấp thụ, khí khơng tan gọi khí trơ Hấp thụ phân làm loại: hấp thụ hóa học (hấp thụ có kèm theo phản ứng hóa học, ví dụ: hấp thụ SO2 vào nước có kèm theo phản ứng SO2+H2O=>H2SO3), hấp thụ vật lí (hấp thụ khơng kèm theo phản ứng hóa học, ví dụ: hấp thụ O2 vào H2O) Nhả hấp thụ trình nghịch trình hấp thụ để thu hồi cấu tử bị hấp thụ hồn ngun dung mơi Câu Các yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp thụ: a) Ảnh hưởng nhiệt độ: Khi điều kiện khác không đổi, nhiệt độ tháp tăng số Henry tăng dẫn đến đường cân dịch chuyển phía trục tung, làm động lực trung bình giảm làm cường độ truyền chất giảm theo số đĩa lí thuyết tăng, chiều cao thiết bị tăng Nhiệt độ cao dẫn đến trình nhả hấp thụ làm giảm hiệu suất Tuy nhiên, tăng nhiệt độ đồng thời làm giảm độ nhớt pha lỏng, tăng vận tốc pha khí làm tăng cường độ truyền chất b) Ảnh hưởng áp suất: Khi tăng áp suất, động lực trung bình tăng, trình truyền chất tốt Việc tăng áp suất kèm theo tăng nhiệt độ ảnh hưởng xấu đến q trình hấp thụ Mặt khác, tăng áp suất gây khó khăn trình chế tạo vận hành thiết bị hấp thụ c) Một số yếu tố khác như: tính chất dung môi, chế độ vận hành, cấu tạo thiết bị, độ xác dụng cụ đo,… Câu Đường di chuyển dung mơi khí bị hấp thụ q trình: - Dung mơi từ nguồn qua lưu lượng kế để đo lưu lượng dung môi vào tháp Sau qua thiết bị trao đổi nhiệt lên đỉnh tháp - Khí CO2 từ bình chứa qua lưu lượng kế trộn với khơng khí bơm vào xuống đáy tháp Câu Chia thân tháp làm đoạn vì: - Dễ lắp ráp, vận chuyển vệ sinh thiết bị - Giảm khối lượng vật chêm với lưới đỡ phần - Giảm tượng chảy thành hướng tâm: chất lỏng phân phối lại nhờ mâm phân phối chất lỏng - Dễ trích dung dịch đoạn, từ phân tích độ hấp thụ đoạn, xác định hiệu suất giai đoạn Câu Hiện thượng ngập lụt: Hiện tượng ngập lụt xảy trường hợp suất lượng khí lỏng hai cho vào nhiều, làm cho áp suất đáy lớn áp suất đỉnh, nước di chuyển từ nơi áp suất cao đến nơi áp suất thấp nên nước bị đẩy daangg lên gây nên tượng ngập lụt Dấu hiệu nhận biết tượng ngập lụt là: xuất hiện tượng sủi bọt, độ chênh áp ống chữ U lớn, mực nước đáy tháp giảm xuống Hiện tượng ngập lụt xảy cho hiệu suất cao xảy tượng ngập lụt nước khơng thể chảy xuống được, lượng khí CO2 nạp vào liên tục, tiếp xúc pha lỏng pha khí đáy tháp tăng cao đãn đến hòa tan khuếch tán khí CO2 vào nước tăng cao từ làm tăng hiệu suất Tuy nhiên tượng làm trình hấp thụ không ổn định thay đổi áp suất liên tục, suất thấp Cách khắc phục: giảm lượng khí lượng nước hai cung cấp vào tháp Câu Hiệu suất trình thấp vì: - Thời gian thí nghiệm ngắn thời gian tiếp xúc nước khí CO2 ngắn - Sai số đọc số liệu thiết bị chưa ổn định - Thiết bị bẩn sử dụng lâu ngày - Khi lấy mẫu để chuẩn độ thao tác không nhanh xác dẫn đến lượng khí CO2 bị thất mơi trường Câu Vai trò thiết bị trao đổi nhiệt: Quá trình hấp thụ CO2 vào nước trình tỏa nhiệt, lượng nhiệt tỏa làm tăng nhiệt độ thiết bị dẫn đến trình nhả hấp thụ xảy làm giảm hiệu suất Vì vậy, cần có thiết bị trao đổi nhiệt để ngăn q trình nhả hấp xảy ra, từ làm tăng hiệu suất trình (Nguyễn Thị Anh Thư –B1706422) Sau tìm hiểu thực tập hấp thụ ta rút số nhận xét sau:  Đầu tiên: quan sát trực tiếp thiết bị hấp thụ phòng thí nghiệm ta thấy cấu tạo:  Trong cột đệm có lưới đỡ đệm, lưới đỡ đệm khơng nên q khít hay q thưa khít q làm tăng trở lực khí gây tượng ngập lụt, thưa q khó giữ vật chêm nằm cột  Ngoài cột đệm có vật chêm, vật chêm thường có hình trụ tròn, vòng raschig, vật chêm nằm có kích thước to vật chêm nằm kích thước to giữ cố định vật chêm phía ngăn trở lực Bên cạnh đó, q trình hấp thụ xảy bề mật vật chêm nên vật chêm lớn diện tích tiếp xúc khí dung mơi nhiều, thuận lợi cho q trình hấp thụ  Trên phần thân thiết bị có cặp van khóa dùng để lấy mẫu mâm để kiểm tra q trình hấp thụ, ngồi có tượng ngập lụt xảy van có nhiệm vụ thông áp, xã bớt dung môi  Tháp hấp thụ chia thành nhiều đoạn vì: chia tháp thành nhiều đoạn tải trọng vật chêm chia thành nhiều phần tương ứng với số đoạn từ làm giảm bớt tải trọng vật chêm lên đáy thiết bị, giúp tăng độ cứng cho cột tháp, giảm tượng chảy thành, hướng tâm( dung mơi sau qua lưới đỡ đệm phân phối lại), trình nhập liệu lấy sản phẩm phân đoạn dễ dàng hơn, bên cạnh dễ cho việc tháo lắp di chuyển hay vệ sinh  Thứ hai: tượng ngập lụt tượng suất lượng khí lỏng hai cho vào nhiều, làm cho áp suất đáy lớn đỉnh mà nước di chuyển từ nơi có áp suất cao đến nơi có áp suất thấp nên nước bị đẩy dâng lên gây tượng ngập lụt…  Dấu hiệu nhận biết tượng ngập lụt xảy là: đỉnh tháp khí sủi bọt mạnh( gây tượng đảo pha), cột nước đáy tháp hạ xuống thấp, áp kế chữ U có độ chênh áp lớn  Hiện tượng ngập lụt giúp tăng hiệu suất trình hấp thụ nhiên độ chênh áp đỉnh tháp đáy tháp lớn khơng an tồn cho người vận hành, hệ thống hoạt động không ổn định  Để khắc phục tượng ngập lụt ta tăng lưu lượng pha lỏng( dung mơi) giảm lưu lượng pha khí  Thứ ba: sau tính tốn thấy hiệu suất q trình hấp thụ thấp:  Nguyên nhân tương tác hai pha khí lỏng chưa tốt, ảnh hưởng nhiệt độ( nhiệt độ tăng phân tử CO tương tác với phân tử nước hơn, mức độ xáo trộn tăng, thời gian tiếp xúc hai pha ngắn, động lực trình truyền khối giảm), ảnh hưởng áp suất, sai số hệ thống( vật chêm bị bẩn, đường dẫn khí CO2 hở…)  Một số giải pháp làm tăng hiệu suất hấp thụ: thay đổi dung mơi có độ chọn lọc cao hơn, tính hấp thụ tốt hơn( thay nước nước vơi trong), thay đổi điều kiện vận hành( tăng áp suất điều kiện cho phép thiết bị, hạ thấp nhiệt độ dung môi trước đưa vào tháp, hạ nhiệt độ dòng hồn lưu)  Thứ tư: thay khơng khí khí trơ(N 2, He, Ar) q trình hấp thụ tốt khí trơ khơng bị nước hấp thụ đóng vai trò khí mang kéo dòng CO2 vào tháp, khí trơ làm tăng áp suất dẫn đến động lực truyền khối tăng (tuy nhiên việc sử dụng khí trơ tốn chi phí so với sử dụng khơng khí) (Vương Thị Ngọc Tuyết –B1706431) Mục đích thí nghiệm khảo sát trở lực tháp đệm hiệu suất hấp thụ, Khảo sát ảnh hưởng vận tốc khí lỏng lên tổn thất áp suất (độ giảm áp) qua cột Hấp thụ q trình hòa tan, khuếch tán một vài cấu tử hỗn hợp khí dung mơi Cấu tử thu hồi gọi cấu tử bị hấp thụ, dung mơi sử dụng gọi chất hấp thụ, khí khơng tan gọi khí trơ Hấp thụ q trình thuận nghịch tiến hành q trình ngược (nhả hấp thụ) để thu hồi cấu tử bị hấp thụ hồn ngun dung mơi Đối với hấp thụ, chất khí khuếch tán (hòa tan) sâu vào bên lòng chất lỏng Bề mặt phân chia pha lỏng – khí Chất hấp thụ chất lỏng (dung môi), chất bị hấp thụ cấu tử khí Còn hấp phụ phân tử tự tập lên bề mặt vật rắn không sâu vào bên hấp thụ Giữa chất hấp phụ chất bị hấp phụ xảy tương tác yếu tương tác tĩnh điện Chất hấp phụ chất răn, chất bị hấp phụ phân tử khí, phân tử, ion chất tan bề mặt phân chia pha rắn – khí rắn – lỏng Ứng dụng hấp thụ làm khí, thu hồi cấu tử quí pha khí, tạo thành dung dịch sản phẩm, tách hỗn hợp thành cấu tử riêng biệt Trong thí nghiệm: dung mơi nước cất, chất bị hấp thụ HCl, khí trơ CO Điều kiện dung mơi tốt tính chọn lọc cao (hòa tan tốt cấu tử cần tách, tính chất thiếu dung môi), không độc hại (khơng ăn mòn thiết bị, khơng độc hại với người vận hành), dung mơi phải có giá phù hợp dễ tìm kiếm, độ nhớt dung mơi phải có độ nhớt thấp, tăng độ hấp thụ cải thiện tượng ngập lụt, độ giảm áp thấp truyền khối tốt Các yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp thụ: tính chất chất khí dung mơi, diện tích tiếp xúc pha, thiết bị hấp thụ, cụng cụ thiết bị phân tích ản phẩm, người vận hành thiết bị, điều kiện mơi trường bên ngồi Có loại vật đệm : vật đệm vòng Rasching, vật đệm hình n ngựa, vật đệm vòng xoắn Trong thí nghiệm ta sử dụng đệm vòng Rasching 5×5mm, diện tích bề mặt riêng đệm = 1000 (m2/m3), độ rỗng đệm khô = 0.62% Nếu vật đệm lớn giảm diện tích tiếp xúc pha Vật đệm to nằm phía vật đệm nhỏ nằm phía Đệm giữ lưới đỡ đệm Nếu lưới đỡ đệm q khít gây cản trở dòng khí bay lên cản trở dòng nước xuống Nếu lưới đỡ đệm thưa, vật đệm bị rơi xuống Tháp chia làm nhiều đoạn dễ dàng vận chuyển vật liệu làm tháp, công việc gia công, lắp ghép, sữa chữa vệ sinh dễ dàng thuận tiện Bên cạnh đó, chia nhiều đoạn giảm khối lượng vật chêm so với lưới đỡ vật chêm bên Ngoài ra, dung mơi thường chảy theo xu hướng dòng khí lại hướng tâm, ta phân thành nhiều đoạn giúp giảm chảy thành hướng tâm dẫn đến tiếp xúc pha khí pha lỏng tăng, đoạn có mâm mâm có nhiệm vụ phân chia dòng chảy Van đoạn tháp đệm dùng để trích lấy dung dịch để phân tích độ hấp thụ tính hiệu suất đoạn Hiệu suất đoạn lớn hiệu suất đoạn tượng nhã hấp thụ Hiện tượng ngập lụt tượng áp suất khí phía tăng nhanh, nước bị trữ lại đỉnh tháp không chảy xuống đáy Hiện tượng ngập lụt xảy suất lượng pha lỏng pha khí vượt giới hạn cho trước, chất lỏng không chảy xuống tạo nên cột chất lỏng tháp, độ giảm áp dao động mạnh Tùy vào suất lượng nhập liệu mà ta khống chế tượng ngập lụt cách giảm giá trị thông số đầu vào trình: lưu lượng nước, nhiệt độ, áp suất,…sao cho phù hợp Thông thường ta giảm lưu lượng nước giảm vận tốc khơng khí Khi ngập lụt xảy → thu sản phẩm → suất thấp → hiệu suất cao Ta nên khống chế cho tháp làm việc chế độ trước ngập lụt cho hiệu suất cao ổn định Nhiệt độ áp suất yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến trình hấp thụ, mà chủ yếu ảnh hưởng lên trạng thái cân động lực trình Nhiệt độ tăng (ta có H~T) số m=H/P tăng => Ycb tăng nên đường cân dịch chuyển phía trục tung, có xu hướng cắt đường làm việc nên q trình khơng đạt nồng độ cuối Xc => hiệu suất hấp thụ giảm Ngoài ra, nhiệt độ tiếp tục tăng trình nhả hấp thụ xảy nên thực tế người ta thường lắp thêm thiết bị trao đổi nhiệt (chủ yếu làm lạnh) để ổn định nhiệt độ dung mơi tháp hấp thụ Trong q trình thực chuẩn độ với dung dịch HCl, kết thu có chếnh lệch (9.8, 9.7, 9.0) Có chênh lệch xuất phát từ nguyên nhân sau lấy sản phẩm không đậy kín, làm thất CO2 Bên cạnh đó, thao tác chuẩn độ dẫn đến sai số chênh lệch Bên cạnh ảnh hưởng xấu, nhiệt độ tăng mang đến nhiều lợi ích cho q trình hấp thụ Khi nhiệt độ tăng độ nhớt dung dịch giảm=> trở lực pha lỏng giảm=> vận tốc khí tăng, cường độ trao đổi vật chất pha tăng Trong trường hợp áp suất tăng m=H/P giảm, dẫn đến phương trình Ycb có giá trị giảm, cân chuyển dịch tăng Xc (nghĩa đường cân chuyển dần phía trục hồnh), q trình truyền khối diễn tốt Về mặt động lực học, áp suất tăng cấu tử dung dịch tăng cường hoạt động (DS>0), khí tan nhiều lỏng Tuy nhiên, tăng áp dẫn đến gia tăng nhiệt độ_quá trình tỏa nhiệt (DH Na2CO3 + H2O Vật đệm (vật chiêm) sử dụng thí nghệm: Có loại vật đệm : vật đệm vòng Rasching, vật đệm hình n ngựa, vật đệm vòng xoắn Trong thí nghiệm ta sử dụng đệm vòng Rasching 5×5mm, diện tích bề mặt riêng đệm = 1000 (m2/m3), độ rỗng đệm khô = 0.62% Nếu vật đệm lớn giảm diện tích tiếp xúc pha Vật đệm to nằm phía vật đệm nhỏ nằm phía Đệm giữ lưới đỡ đệm Nếu lưới đỡ đệm khít gây cản trở dòng khí bay lên cản trở dòng nước xuống Nếu lưới đỡ đệm thưa, vật đệm bị rơi xuống Tại tháp đệm chia làm nhiều đoạn? Van đoạn tháp đệm dùng để làm gì? Tháp chia làm nhiều đoạn dễ dàng vận chuyển vật liệu làm tháp, công việc gia công, lắp ghép, sữa chữa vệ sinh dễ dàng thuận tiện Bên cạnh đó, chia nhiều đoạn giảm khối lượng vật chêm so với lưới đỡ vật chêm bên Ngồi ra, dung mơi thường chảy theo xu hướng dòng khí lại hướng tâm, ta phân thành nhiều đoạn giúp giảm chảy thành hướng tâm dẫn đến tiếp xúc pha khí pha lỏng tăng, đoạn có mâm mâm có nhiệm vụ phân chia dòng chảy Van đoạn tháp đệm dùng để trích lấy dung dịch để phân tích độ hấp thụ tính hiệu suất đoạn Hiệu suất đoạn lớn hiệu suất đoạn tượng nhã hấp thụ Mục đích việc trộn khơng khí khí CO2 tạo hỗn hợp khí: Tăng nồng độ CO2 dòng khí để quan sát tượng hấp thụ rõ ràng Đường dung môi hấp thụ (H2O) đường dòng khí? Tại cho nước chảy trước? Nước từ nguồn đưa qua lưu lượng kế (để đo lưu lượng trước vào thiết bị), qua thiết bị trao đổi nhiệt (để điều chỉnh nhiệt độ nước đầu vào dung mơi cho phù hợp), sau qua ống lên đỉnh tháp Khí CO2 khơng khí đưa qua đồng hồ đo áp đo lưu lượng, sau trộn lại với đưa vào thiết bị từ đáy tháp Hiện tượng ngập lụt cách khắc phục: Hiện tượng ngập lụt tượng áp suất khí phía tăng nhanh, nước bị trữ lại đỉnh tháp không chảy xuống đáy Hiện tượng ngập lụt xảy suất lượng pha lỏng pha khí vượt giới hạn cho trước, chất lỏng không chảy xuống tạo nên cột chất lỏng tháp, độ giảm áp dao động mạnh Tùy vào suất lượng nhập liệu mà ta khống chế tượng ngập lụt cách giảm giá trị thơng số đầu vào q trình: lưu lượng nước, nhiệt độ, áp suất,… cho phù hợp Thông thường ta giảm lưu lượng nước giảm vận tốc khơng khí Khi ngập lụt xảy → thu sản phẩm → suất thấp → hiệu suất cao Ta nên khống chế cho tháp làm việc chế độ trước ngập lụt cho hiệu suất cao ổn định ... ứng SO2+H2O=>H2SO3), hấp thụ vật lí (hấp thụ khơng kèm theo phản ứng hóa học, ví dụ: hấp thụ O2 vào H2O) Nhả hấp thụ trình nghịch trình hấp thụ để thu hồi cấu tử bị hấp thụ hồn ngun dung mơi... hồi gọi cấu tử bị hấp thụ ,dung môi sử dụng chất hấp thụ, khí khơng tan gọi khí trơ Hấp thụ phân làm loại: hấp thụ hóa học (hấp thụ có kèm theo phản ứng hóa học, ví dụ: hấp thụ SO2 vào nước có kèm... khí vào chất lỏng tăng, giúp hiệu suất tăng 14 Vì cần đặt thiết bị trao đổi nhiệt Vì trình hấp thụ sinh lượng nhiệt, mà nhiệt độ tăng lên hấp thụ giảm dẫn đến q trình nhả hấp thụ, cần có thiết bị