2.1 Khái niệm quá trình hấp thụ (hấp thu)
Quá trình hấp thu là quá trình cho một hỗn hợp khí tiếp xúc với dung môi lỏng nhằm mục đích hòa tan chọn lọc một hay nhiều cấu tử của hỗn hợp khí để tạo nên một dung dịch các cấu tử trong chất lỏng, pha khí sau hấp thu gọi là khí sạch, pha lỏng sau hấp thu gọi là dung dịch sau hấp thu.
Vậy quá trình hấp thu là quá trình truyền vận cấu tử vật chất từ pha khí vào pha lỏng. nếu quá trình xảy ra theo chiều ngược lại, nghĩa là truyền vận cấu tử từ pha lỏng sang pha khí, ta có quá trình nhả hấp thu.
Mục đích của quá trình hấp thu là hòa tan chọn lọc một số cấu tử.
2.2 Ứng dụng của quá trình hấp thu
Khi lựa chọn dung môi cho quá trình hấp thu người ta dựa vào các tính chất sau: Độ hòa tan chọn lọc
Đây là những tính chất chủ yếu của dung môi, là tính chất chỉ hòa tan tốt cấu tử cần tách ra khỏi hỗn hợp mà không hòa tan các cấu tử còn lại hoặc hòa tan không đáng kể. Tổng quát, dung môi và dung chất có bản chất tương tự nhau thì cho độ hòa tan tốt. Dung môi và dung chất tạo nên phản ứng hóa học thì làm tăng độ bền hòa tan lên rất nhiều, nhưng nếu dung môi được thu hồi để dùng lại thì phản ứng phải có tính hoàn nguyên.
Độ bay hơi tương đối
Dung môi nên có áp suất hơi thấp vì pha khí sau quá trình hấp thu sẽ bão hòa hơi dung môi do đó dung môi bị mất.
Tính ăn mòn của dung môi
Dung môi nên có tính ăn mòn thấp để vật liệu chế tạo thiết bị dễ tìm và rẻ tiền. Chi phí
Dung môi dễ tìm và rẻ tiền để sự thất thoát không tốn kém nhiều. Độ nhớt
Dung môi có độ nhớt thấp sẽ tăng tốc độ hấp thu, cải thiện điều kiện ngập lụt trong tháp hấp thu, độ giảm áp thấp và truyền nhiệt tốt.
Các tính chất khác
Dung môi nên có nhiệt dung riêng thấp để ít tốn nhiệt khi hoàn nguyên dung môi, nhiệt độ đóng rắn thấp để tránh hiện tượng đóng rắn làm tắc thiết bị, không tạo kết tủa, không độc.
Trong thực tế, không một dung môi nào trong một lúc đáp ứng được tất cả các tính chất trên, do đó khi chọn phải dựa vào những điều kiện cụ thể khi thực hiện quá trình hấp thu. Dù sao tính chất thứ nhất cũng không thể thiếu được trong bất cứ trường hợp nào.
2.4 Phương pháp hấp thu:
Có 2 phương pháp hấp thu nghịch dòng và hấp thu xuôi dòng ở đây ta chỉ xét hấp thu nghịch dòng.
Hấp thu nghịch dòng
Pha khí là hỗn hợp khí G vào chứa nhiều chất: Trong đó
− Các chất trơ Gtr (không hấp thu vào lỏng) − Chất hấp thu vào lỏng gọi là cấu tử A Pha lỏng:
− Lượng dung môi gọi là L
− Cấu tử A đã có sẵn trong pha lỏng L
− Lượng dung môi trơ là Ltr là lượng dung môi tổng cộng L trừ đi cấu tử A.
2.5 Một số định nghĩa
Phần mol của cẩu tử i là số mol (suất lượng mol) của cẩu tử i chia cho tổng số mol hỗn hợp (suất lượng mol hỗn hợp).
Phần khối lượng của cấu tử i là khối lượng (suất lượng khối lượng) của cấu tử i chia cho tổng khối lượng hỗn hợp (suất lượng khối lượng hỗn hợp)
Tỉ số mol của cấu tử i là số mol (suất lượng mol) của cấu tử i chia cho tổng số mol (suất lượng mol) trừ đi số mol (suất lượng mol) của i.
Các đơn vị:
− Suất lượng mol: mol/h; (kmol/h.m2); (mol/h.m2). − Suất lượng khối lượng: kg/h; (kg/h.m2); (g/h.m2). − Phần mol và tỉ số mol không có đơn vị.
2.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất lên quá trình hấp thu
Nhiệt độ và áp suất là những yếu tố có ảnh hưởng quan trọng lên quá trình hấp thu. Chúng ảnh hưởng lên trạng thái cân bằng và động lực của quá trình.
Nếu nhiệt độ tăng thì giá trị hệ số của định luật Henry tăng, đường cân bằng sẽ chuyển dịch về trục tung, động lực truyền khối sẽ giảm. Nếu tăng nhiệt độ lên một giới hạn nào đó thì không những động lực truyền khố giảm mà ngay cả quá trình cũng không thực hiện được. Mặt khác khi nhiệt độ tăng cao cũng ảnh hưởng tốt vì độ nhớt của dung môi giảm (có lợi đối với trường hợp trở lực khếch tán chủ yếu nằm trong pha lỏng).
Thiết bị hấp thu
Trong công nghiệp, thực tế sản xuất người ta có thể dùng nhiều loại thiết bị khác nhau để thực hiện quá trình hấp thu. Tuy nhiên, yêu cầu cơ bản của thiết bị vẫn là diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn để tăng hiệu suất của quá trình hấp thu. Bài thí nghiệm này ta xét loại tháp hấp thu là tháp đệm (cột chiêm).