1
Quá trình & Thiết bị
Công nghệ Hoá học III
QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ CHUYỂN KHỐI
Chương 2: Quá trình hấp thụ
Giảng viên: Nguyễn Minh Tân
Bộ môn QT-TB CN Hóa học & Thực phẩm
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
nguyen.minhtan@gmail.com
1. Các khái niệm chung
Chương 2: Quá trình hấp thụ
Hấp thụ là quá trình hút khí bằng chất lỏng.
Khí được hút gọi là chất bị hấp thụ, chất
lỏng dùng để hút gọi là dung môi (hay chất
hấp thụ), khí không bị hấp thụ gọi là khí trơ.
Quá trình hấp thụ được
dùng để :
- Thu hồi các cấu tử
quí,
- Làm sạch khí,
- Tách hỗn hợp khí thành
từng cấu tử riêng biệt.
2
3
1. Các khái niệm chung
Chương 2: Quá trình hấp thụ
Ứng dụng điển hình
a) Tách Butadien từ hỗn hợp khí tổng hợp trong hoá dầu (hấp tụ vật lý)
b) Tách CO2 bằng Dung dịch Carbonat (K2CO3)
c) Tách SO2 từ khí thải bằng dung dịch Ca(OH)2
d) Tách CO2 từ khí thải bằng nước rửa có áp suất cao
e) Tách NH3 từ hỗn hợp với không khí bằng nước
4
1. Các khái niệm chung
Chương 2: Quá trình hấp thụ
Yêu cầu đối với dung môi:
• Có tính chất hoà tan chọn lọc, nghĩa là chỉ hoà tan với một số cấu tử,
còn những cấu tử khác không có khả năng hoà tan hoặc hoà tan rất ít,
• Độ nhớt của dung môi phải bé, để giảm trở lực và tăng hệ số chuyển
khối,
• Nhiệt dung riêng bé, để tiết kiệm nhiệt năng khi hoàn nguyên dung
môi,
• Có nhiệt độ sôi khác xa với nhiệt độ sôi của cấu tử hoà tan, để dễ dàng
phân riêng chúng qua chưng luyện,
• Có nhiệt độ đóng rắn thấp, để tránh hiện tượng đón rắn làm tắc thiết
bị,
• Không tạo thành kết tủa khi hoà tan, để tránh tắc thiết bị và dễ thu hồi,
• ít bay hơi, để tránh tổn thất,
• Không đôc và ăn mòn thiết bị
3
5
2. Cơ sở vật lý của quá tình hấp thụ
Chương 2: Quá trình hấp thụ
Độ hoà tan của khí trong lỏng
Khí hoà tan trong lỏng sẽ tạo thành hỗn hợp hai cấu tử, có hai thành
phần và hai pha. Hệ thống như vậy theo định luật pha (φ=2, K=2,
C=2-2+2=2) được coi như hỗn hợp lỏng có hai thành phần. Cân bằng
pha được xác định bởi áp suất, nhiệt độ và nồng độ. Nếu nhiệt độ
không đổi, thì độ hoà tan phụ thuộc vào áp suất.
Định luật Henry:
y* = mx
Đối với khí lý tưởng, m là hằng số, dùng để biểu diễn quan hệ y* =f(x)
là đường thẳng
Đối với khí thực, m phụ thuộc vào x, nên đường cân bằng là đường
cong. Hằng số cân bằng được tính :
m=Ψ/P
Với Ψ- Hệ số Henry, P – Ap suất, at
6
2. Cơ sở vật lý của quá tình hấp thụ
Chương 2: Quá trình hấp thụ
Phương trình đường làm việc của quá trình hấp thụ
Phương trình đường làm việc của
quá trình hấp thụ được lập trên cơ
sở của lý thuyết hai lớp màng. Đó
là lớp màn ngăn cách giữa pha lỏng
và khí. Qua lớp màn khí, khí trong
hỗn hợp sẽ khuyếch tán vào pha
lỏng.
Khi tính cân bằng vật liệu, thường
người ta cho trước lượng hỗn hợp
khí, nồng độ đầu và cuối của khí bị
hấp thụ trong hỗn hợp khí và trong
dung môi.
4
7
2. Cơ sở vật lý của quá tình hấp thụ
Chương 2: Quá trình hấp thụ
Phương trình đường làm việc của quá trình hấp thụ
Gy - Lượng hỗn hợp khí vào thiết bị hấp thụ, Kmol/h,
Gtr - Lượng khí trơ, Kmol/h.
Yđ
Yc
Xc
Xđ
Phương trình cân bằng vật liệu trong tháp hấp thụ:
Gtr(Yđ- Yc) = Gx (Xc-Xđ)
Lượng dung môi cần thiết:
Lượng khí trơ:
l=Gx
Gtr
=Yd−Yc
Xc−Xd
Gx=Gtr
Yd−Yc
Xc−Xd
Lượng dung môi tối thiểu:
Gxmin =Gtr
Yd−Yc
Xcb.d−Xd
Xcb.đ- Nồng độ cân bằng ứng với nồng độ đầu của
hỗn hợp khí
8
2. Cơ sở vật lý của quá tình hấp thụ
Chương 2: Quá trình hấp thụ
Phương trình đường làm việc của quá trình hấp thụ
Yđ
Yc
Xc
Xđ
Trong quá trình hấp thụ, lượng dung môi thực tế
luôn lớn hơn lượng dung môi tối thiểu, thường lớn
hơn 20%. Nếu tính lượng dung môi theo 1 kg khí
trơ, có lượng dung môi tiêu hao riêng:
l=Gx
Gtr
=Yd−Yc
Xc−Xd
Phương trình cân bằng vật liệu ở tiết diện bất kỳ:
Gtr (Y - Yc) = Gx (X – Xđ)
Y=Gx
Gtr
X+Yc−Gx
Gtr
Xd
Y = AX + B
5
9
2. Cơ sở vật lý của quá tình hấp thụ
Chương 2: Quá trình hấp thụ
Phương trình đường làm việc của quá trình hấp thụ
Yđ
Yc
Xc
Xđ
Y = AX + B
Đường cân
bằng
Đường làm
việc
Yđ
Yc
Xc
Xđ
2. Cơ sở vật lý của quá tình hấp thụ
Chương 2: Quá trình hấp thụ
Anh hưởng của lượng dung môi đến quá trình hấp thụ
Theo phương trình chuyển khối, lượng khí bị hấp thụ được tính:
G= KyFΔYtb
- Đường làm việc BA4 cắt đường cân
bằng, lúc này động lực trung bình ΔYtb
nhỏ nhất.
- Đường BA gần song song với trục tung,
nên động lực trung bình là lớn nhất.
Vì F ΔYtb không đổi nên ứng với đường
BA4 cho ra F lớn nhất và ứng với đường
AB có F bé nhất. Tương tự, tại A4 ta có Xc
lớn nhất và tại A có Xc bé nhất
Tương ứng với đường BA4 có A=Gx/Gy bé nhất (lượng dung môi bé nhất,
ứng với đường AB, Gx/Gy lớn nhất vì lượng khí trơ Gtr không đổi.