Truyền khối - chương 2 hấp thụ

Truyền khối - chương 2

Chương Hấp Thụ Giới thiệu Trong công nghiệp hóa chất có nhiều nguyên liệu và sản phẩm ở dạng khí hỗn hợp Muốn tiếp tục gia công, chế biến các hỗn hợp khí ta cần làm sạch chúng khỏi các tạp chất hoặc tách chúng thành các cấu tử riêng biệt Ví dụ: sau hóa than ta thu đuợc hỗn hợp khí các chất N2 , H2, H2S, NH3, CO, CO2 … muốn dùng hỗn hợp để tổng hợp NH để sản xuất phân đạm (Urê) ta phải tách chúng Các phương pháp tách hổn hợp khí Có nhiều phương pháp để tách hổn hợp khí thành cấu tử – Phương pháp hóa học – Phương pháp lý (dưa tính chất hóa lỏng nhiệt độ khác nhau) – Phuơng pháp hút: dùng chất lỏng hay chất rắn xốp để hút Nếu dùng chất lỏng gọi là qúa trình hấp thụ, nếu dùng chất rắn qúa trình gọi là hấp phụ Khái niệm hấp thu Hấp thụ qúa trình hấp khí chất lỏng, khí hút gọi chất bị hấp thụ, chất lỏng dùng để hút gọi dung mơi (Cịn gọi chất hấp thụ), khí khơng bị hấp thụ gọi khí trơ MEA Ứng dụng Qúa trình hấp thụ đóng vai trò quan trọng sản xuất hóa học, nó ứng dụng để: – Thu hồi cấu tử qúy – Làm khí – Tách hỗn hợp thành cấu tử riêng – Tạo thành sản phẩm cuối Dung môi và tính chất dung mơi Qúa trình hấp thu thực tớt hay xấu phần lớn là tính chất dung môi quyết định Các tính chất cần thiết dung môi: Có tính chất hòa tan chọn lọc Nghĩa là chỉ hòa tan với hoặc nhóm cấu tử, cịn những cấu tử khác khơng có khả hịa tan hoặc hòa tan ít Độ nhớt dung môi bé Để giảm trở lực và tăng hệ số chuyển khối Nhiệt dung riêng bé Để tiết kiệm nhiệt hoàn nguyên dung môi Có nhiệt độ sôi khác xa với nhiệt độ sơi cấu tử hịa tan Để dễ dàng phân riêng chúng qua chưng luyện 10 Lượng dung môi tiêu hao riêng L tr Yd − Yc l= = G tr X c − X d 22 Phương trình cân vật liệu đối với khoảng thể tích thiết bị kể từ tiết diện nào đó với phần thiết bị LY tr c ) = Ltr ( X L trXd ) GtrY (Y = X + Yc - X d G G tr tr Suy ra: 23 2.2 Các thiết bị hấp thụ tính tốn Thiết bị hấp thụ loại bề mặt Thiết bị hấp thụ loại ống Thiết bị hấp thụ loại Thiết bị hấp thụ loại phun Thiết bị hấp thụ loại đệm Thiết bị hấp thụ loại đĩa 24 THIẾT BỊ HẤP THỤ LOẠI BỀ MẶT Thiết bị hấp thụ loại bề mặt kiểu vỏ 25 THIẾT BỊ HẤP THỤ LOẠI BỀ MẶT Thiết bị hấp thụ loại bề mặt kiểu ống 26 THIẾT BỊ HẤP THỤ LOẠI BỀ MẶT Đặc điểm: Cấu tạo đơn giản nhất, bề mặt tiếp xúc nhỏ Dùng cho khí có độ hòa tan lớn 27 THIẾT BỊ HẤP THỤ LOẠI MÀNG Thiết bị hấp thụ loại màng kiểu ống kiểu 28 THIẾT BỊ HẤP THỤ LOẠI MÀNG Đặc điểm thiết bị hấp thụ loại màng kiểu tấm:  Trở lực nhỏ  Vận tốc chất lỏng đến 5m/s  Hiệu suất thấp chiều cao lớn  Khó phân phối đều chất lỏng  Ứng dụng nhiều, đặc biệt là chưng và hấp thụ ở áp suất chân không 29 THÁP ĐỆM Tháp đệm loại đệm 30 THÁP ĐỆM Vật liệu đệm: Tăng bề mặt tiếp xúc pha → Tăng tốc độ truyền khối → Tăng tổn thất áp suất Chế độ làm việc: Chất lỏng chảy từ xuống theo bề mặt đệm, khí từ lên tiếp xúc với pha lỏng màng nước bề mặt đệm  Theo vận tốc khí có chế độ dòng, quá độ và xoáy  Hiện tượng đảo pha (ngập lụt – khí sủi bọt lỏng): tốc độ truyền khối lớn, không ổn định → Làm việc thực tế ở chế độ màng 31 THÁP ĐỆM Yêu cầu với vật liệu đệm:  Bề mặt riêng lớn (bề mặt đơn vị thể tích đệm)  Thể tích tự lớn  Khối lượng riêng bé, bền hóa học  Ưu điểm:  Hiệu suất cao bề mặt tiếp xúc lớn  Cấu tạo đơn giản, trở lực tháp không lớn  Giới hạn làm việc tương đối rộng  Nhược điểm: Khó làm ướt nhiều đệm → Tháp cao: phải có phận phân phối lại chất lỏng 32 THÁP ĐĨA (MÂM) Tháp mâm chóp THÁP ĐĨA (MÂM) Tháp mâm xuyên lỗ 34 THÁP ĐĨA (MÂM) Đặc điểm:  Sự tiếp xúc pha diễn các mâm  Chất khí xuyên qua lỗ (chóp), sủi bọt chất lỏng đĩa  Chất lỏng chảy từ mâm xuống mâm ống chảy chuyền  Cấu tạo phức tạp và tốn nhiều vật liệu tháp đệm  Ứng dụng hấp thụ, chưng cất 35 SƠ ĐỒ HỆ THỐNG HẤP THỤ 36 ... tách chúng thành các cấu tử riêng biệt Ví dụ: sau hóa than ta thu đuợc hỗn hợp khí các chất N2 , H2, H2S, NH3, CO, CO2 … muốn dùng hỗn hợp để tổng hợp NH để sản xuất phân đạm (Urê)... thiết bị và dễ thu hồi dung môi 12 Ít bay Để tránh tổn thất 13 Khơng độc và ăn mịn thiết bị An toàn cho người và bảo vệ thiết bị 14 2. 1 Cơ sở vật lý trình hấp thu 2. 1.1 Độ hịa tan... d cực đại: 20 Xcmax -nồng độ cân ứng với nồng độ đầu hỗn hợp khí Xác định Xcmax Dựa vào đường cân lỏng 21 Lượng dung môi tiêu hao riêng L tr Yd − Yc l= = G tr X c − X d 22 Phương trình