2 vi du tinh toan qua trinh hap phu

Bài tập hấp phụ - QTCN MT2

VÍ DỤ TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ
Ví dụ 1. Hãy xác định lượng nhiệt sinh ra trong một chu kỳ hấp phụ (τ = 133ph) hơi
etylic bằng than. Đường kính tháp 2m, cao L = 1m; vận tốc ω = 25 m/ph; C 0 =0,029
kg/m3; C c = 0,0002 kg/m3; ρt = 500 kg/m3.
Giải
Lượng khí cần xử lý trong một chu kỳ:
V = ϖ Sτ = 25 . 0,785 . D2 . 133 = 10440 m3.
Lượng hơi được hấp phụ: G = 10400 ( 0,029 – 0,0002 ) = 300 kg
Lượng than Gt = S H ρt = 0,785 . D .1 . 500 = 1570 kg
q = m an
Lượng hơi hấp phụ treân 1 kg than l/kg
a=

300 22,4
1000 = 93 l / kg
1570 46

m = 3,65.103 ; n = 0,928
q = 245 kJ/kg
Lượng nhiệt phát sinh trong cả chu kỳ :
Q = qGt = 245 .1570 = 385000 KJ.
Lượng nhiệt này sẽ tiêu hao cho việc làm nóng than, thiết bị thất thoát và chủ yếu
làm nóng hỗn hợp khí. Nếu giả sử rằng toàn bộ lượng nhiệt này chỉ tiêu hao cho
làm nóng than thì nhiệt độ của hỗn hợp sẽ tăng lên:
ΔT =

Q
385000.10 3
=

= 30,5 0 C
3
Vρ C 10400.1,2.1,1.10

ρ = 1,2 kg/m3 ; C = 1,01.103 [ J/kg.độ]
Ví dụ 2. Thí nghiệm cho thấy khi cho hỗn hợp khí hơi chứa 15g/m3 hơi CCL4 với
vận tốc 5m/ph qua lớp than hoạt tính đường kính 3mm, thời gian hấp phụ như sau;
-

Nếu chiều dày lớp than là 0,1 m – 220 ph

-

Nếu chiều dày lớp than là 0,2 m – 505 ph

Hãy xác định:
a. hệ số làm việc an toàn của lớp than
b. thời gian thất thoát
Du Mỹ Lệ - Khoa Môi trường, ĐHBK TpHCM

1


Bài tập hấp phụ - QTCN MT2

c. đặc tính động học B1 và B2
Giải
Công thức tính thời gian làm việc an toàn
τ = K.L - τo
ta có 2 cặp số liệu thực nhiệm τ - K, do đó

220 = K. 0,1 - τo
505 = K . 0,2 - τo
suy ra K = 2850 ph/m
τo = 65 ph
Đặc tính động học
B1 = K.w = 2850 x 5 = 14250
B2 =

τ0

ω

d

=

65 5
= 48533
0,003

Ví dụ 3. Với các dữ liệu ở bài 1, cho vận tốc hỗn hợp khí hơi là 10 m/ph, hãy xác
định
a. Hệ số làm việc an toàn
b. Thời gian mất
c. Thời gian làm việc an toàn của lớp than dày 1m
Giải
Ta có đặc tính động học của hấp phụ:
B1 = K.w = const = 14250
K = B1/w = 14250 / 10 = 1425ph/m
B2 =

τ0 =

τ0

ω

d

B2 d

ω

= const

=

48533 ∗ 0,003
10

= 46 ph

τ = K.L -τo = 1425 x 1 – 46 = 1379ph
Nếu vận tốc là 5m/ph thì thời gian làm việc an toàn là: τ = 2850 x1 – 65 = 2785 ph
Du Mỹ Lệ - Khoa Môi trường, ÑHBK TpHCM

2


Bài tập hấp phụ - QTCN MT2

Ví dụ 4.
Hãy xác định thời gian hấp phụ hơi rượu etilic bằng
than hoạt tính với nồng độ ban đầu Co = 8g/m3,
nồng độ cuối 0,08g/m3, vận tốc hỗn hợp khí w =
12m/ph, chiều cao lớp than L = 0,7 m. Các đặc tính
của than: đường kính d = 3mm, chiều dài l = 5mm,
diện tích bề mặt riêng phần f = 720m2/m3, khối
lượng riêng đổ đống ρt = 0,5 g/cm3. Đường đẳng
nhiệt hấp phụ dạng I được mô tả theo hình bên.
Quá trình làm việc chủ yếu diễn ra trong vùng II
và được tiến hành ở 25oC, áp suất 1at.

a
I

II

III

C

Cho Do = 0,102.10-4 m2/s
μ = 0,018.10-3 Pa.s
ρ = 1,2 kg/m3
Giải
Theo đường đẳng nhiệt hấp phụ

C 0 = 8 g m3 ⇒ a 0 = 0,160 kg kg =

0,16kg 500kg
= 80 kg m3
3
kg
m

naèm trong vùng II

a ∞ = 0,180 kg kg ,
do đó ρ =

τ=
=

a∞
= 0,09 kg kg ⇒ y ∗ = 2,7 g m3
2

C0
8
=
=3
∗
2,7
y
a 0 ⎧⎪
ω
⎨L −
β
ω 0 ⎪⎩

80
12.8.10 −3

⎡ 1 ⎛ C0
⎤ ⎫⎪
⎞
C
− 1⎟⎟ + ln 0 − 1⎥ ⎬
⎢ ln⎜⎜
Cc
⎥⎦ ⎪⎭
⎠
⎣⎢ ρ ⎝ C c

⎧
⎤⎫
12 ⎡ 1 ⎛ 0,008
0,008
⎞
− 1⎟ + ln
− 1⎥ ⎬ = 562 ph
⎨0,7 −
⎢ ln⎜
41.60 ⎣ ρ ⎝ 0,00008 ⎠
0,00008 ⎦ ⎭
⎩

Ví dụ 5.
Hãy xác định lượng than cần thiết, chiều cao lớp hấp phụ và đường kính tháp hoạt

động gián đoạn để hấp phụ hơi xăng trong hỗn hợp không khí. Lưu lượng hỗn hợp
khí là 3450m3/h, nồng độ xăng ban đầu C 0 = 0,02 kg 3 . Vận tốc hỗn hợp hơi w =
m
0,23m/s tính trên toàn bộ diện tích tháp, hoạt tính động của than theo xăng là 7%
Du Mỹ Lệ - Khoa Môi trường, ĐHBK TpHCM

3


Bài tập hấp phụ - QTCN MT2

(khối lượng), hoạt tính dư sau khi nhả hấp chứa 0,8% (khối lượng), khối lượng riêng
đổ đống của than là ρt =500kg/m3. Thời gian nhả hấp, sấy và làm nguội than là
1,45h.
Giải
Để hấp phụ xăng trong 1,45h cần một lượng than là

G=

V .C 0τ
3450.0,02.1,45
=
= 1612kg
ac − a d
0,07 − 0,008

Đường kính thiết bị hấp phụ

D=

V
3450
=
= 2,3 m
ω y .0,785.3600
3600.0,23.0,785

Chiều cao lớp hấp phụ
H =

G
1612
=
= 0,8 m
2
2
ρ t .0,785.D
500.0,785.(2,3)

Ví dụ 6.
Một thiết bị hấp phụ hoạt động gián đoạn với lưu lượng hỗn hợp kí được xử lý trong
1 chu kỳ là 2000m3, có nồng độ dietylete là C0 = 0,006 kg 3 ở nhiệt độ 20oC và áp
m
sấut khí quyển, vận tốc khí là w = 13m/ph. Nồng độ hỗn hợp khí ở đầu ra là
C c = 3.10 −5 kg

m3

. Chất hấp phụ là than hoạt tính có đường kính hạt de = 0,004m

và khối lượng riêng đổ đống là 500kg/m3. Chiều cao lớp than H = 0,7m, theo đường
đẳng nhiệt hấp phụ của benzen ở 20oC. Hãy tính:
1. Đường đẳng nhiệt hấp phụ của dietylete
2. Lượng than cần thiết cho 1 chu kỳ hấp phụ
3. Đường kính thiết bị hấp phụ
4. Thời gan hấp phụ đến thời điểm trượt
Giải
1. Xác định đường đẳng nhiệt hấp phụ:

a2* = a1*

T
P*
V1
= lg p2 = lg p2* − β 1 lg 1
V2
T2 P1

Du Mỹ Lệ - Khoa Môi trường, ĐHBK TpHCM

4


Bài tập hấp phụ - QTCN MT2

P*1, P*2 là áp suất hơi bão hoà benzen và ete ở nhiệt độ 20oC, mmHg
T1, T2: nhiệt độ hấp phụ benzen và ete T1 = T2 = 293

β=
V1 =

V1
V2
M1

ρ1

=

78
= 0,089
879

P1 = 75mmHg

M2

V2 =

;

P2 = 442mmHg

Đẳng nhiệt hấp phụ benzen

ρ2

=

74

= 0,104
714

;

Đẳng nhiệt hấp phụ ete

a*1 kg/kg

P1, mmHg

a*1, kg/kg

P2, mmHg

0,103

0,105

0,0837

0,0202

0,122

0,223

0,0992

0,1501

0,208

1

0,169

2,2

0,233

3

0,190

10,1

0,262

8

0,212

32,2

0,276

13

0,224

56,9

0,294

19

0,24

88,2

0,308

33

0,258

169,2

0,338

42

0,273

224,5

0,359

50

0,292

275,0

2. Hoạt tính tónh của than đối với ete ở nồng độ hỗn hợp ban đầu C0 = 0,006kg / m 3 .
Xác định từ đồ thị với :
P0 = C 0 ρ y RT = 0,006

848
= 0,0688
74

a0* = 0,132kg / kg

a. Lượng than cần thiết cho một chu kỳ nếu hấp phụ tức thời (vận tốc hấp phụ là
∞)
G1 = V

C0
0,006
= 2000
= 91kg hoặc 0,182 m3
a
0,132

b. Tính đường kính thiết bị :
Du Mỹ Lệ - Khoa Môi trường, ĐHBK TpHCM

5

Bài tập hấp phụ - QTCN MT2

D=

V
=
H .0,785

0,182
= 0,69m
0,7.0,785

Nồng độ C 0 tương ứng vùng 1, thời gian hấp phụ tính theo công thức :
τ =

Her =

H

L=B

ϖ
a0*
C0

= 0,132

H

βY
500
= 11000
0,006

ω = 13 m/ph ; L = 0,7m
C
0,00003
=
= 0,005
0,006
C0

βy = 1,6

Tra baûng ta coù b = 1,84

D yϖ 0,54

ν y0,54 de1, 46

μy = 0,018.10-3Pa.S ;
μy
Vy =
= 0,15.10 − 4 m 2 / s
ρy

ρy = 1,2 kg/m3.

ω = 13 m/ph = 0,217 m/s
de = 0,004 m
P
Dy = D0 0
P

2
⎛ T ⎞3
⎜⎜ ⎟⎟ = 0,0864.10 − 4 m 2 / s
⎝ T0 ⎠

D0 = 0,028 m2/h = 0,0778.10-4 m2/s
T = 273 + 20 = 293 (oK)
βy = 7,75 ( 1/s)
τ =

11000
11000
0,7 − 1,84
= 188,1 − 69,4 = 118,7
0,217
7,75

⇒ τ = 14090 s = 3,9 h = 234,9 ph
Xác định lượng hỗn hợp khí qua tháp trong một chu kỳ tính theo công thức :
V = 0,785 D2 ω τ = 2000 m2.
Do đó : D =

2000
= 0,83 m

0,785.0,217.234,9

Lượng than cần thiết cho một chu kỳ :
G = 0,785 D2 Hρt = 190 kg

Du Mỹ Lệ - Khoa Môi trường, ĐHBK TpHCM

6