bài giảng về hấp phụ

Chương 2: HẤP THỤ

Hấp thụ: quá trình hút khí bằng chất lỏng.

Khí được hút: chất bị hấp thụ.

Chất lỏng dùng để hấp thụ khí: chất hấp
thụ, thường là dung môi.

Khí không bị hấp thụ: khí trơ
Ứng dụng

Thu hồi các cấu tử quý.

Tách hỗn hợp thành các cấu tử riêng biệt.

Làm sạch khí.

Tạo thành sản phẩm cuối cùng.
Lựa chọn dung môi

Có tính chất hòa tan chọn lọc.

Độ nhớt dung môi bé.

Nhiệt dung riêng bé.

Nhiệt độ sôi dung môi khác xa nhiệt
độ sôi của chất tan: dễ tách cấu tử.
Lựa chọn dung môi


Nhiệt độ đóng rắn thấp → tránh đóng
rắn làm tắc thiết bị.

Không tạo thành kết tủa, khi hòa tan
tránh tắc thiết bị, thu hồi cấu tử đơn
giản.

Ít bay hơi.

Không độc đối với người, không ăn mòn
thiết bị.
Độ hòa tan của khí trong lỏng

Độ hòa tan của khí trong lỏng: lượng khí
hòa tan trong một đơn vị chất lỏng. Biểu
thị: kg/kg; kg/m3; kg/lit.

Độ hòa tan:
•
Tính chất của khí
•
Tính chất của lỏng
•
Nhiệt độ, áp suất riêng phần của khí
trong hỗn hợp
Độ hòa tan của khí trong lỏng

Muốn tính toán quá trình hấp thụ, phải
biết mối quan hệ giữa nồng độ của khí
trong hỗn hợp khí và trong hỗn hợp

lỏng.

Theo định luật Henry:
y* = ycb = (H/P)x = mx (2.1)
Độ hòa tan của khí trong lỏng

Trong tính toán hấp thụ, thường dùng
nồng độ tỷ số mol. Khi đó ta tính:

Thay giá trị x,y vào phương trình (2.1):
Sơ đồ hệ thống hấp thu
Gc; Yc
Lc; Xc
Lđ; Xđ
Gđ; Yđ
Cân bằng vật chất

Khi tính toán hấp thụ, thường cho biết
lượng hỗn hợp khí, nồng độ đầu, nồng
độ cuối của khí bị hấp thụ trong hỗn
hợp khí và dung môi
Cân bằng vật chất
•
Gđ: lượng hỗn hợp khí đi vào thiết bị hấp
thụ, kmol/h.
•
Gc: lượng hỗn hợp khí đi ra khỏi thiết bị
hấp thụ, kmol/h.
•
Yđ: nồng độ đầu của hỗn hợp khí vào thiết

bị hấp thụ, kmol/kmol khí trơ.
•
Yc: nồng độ cuối của hỗn hợp khí ra thiết bị
hấp thụ, kmol/kmol khí trơ
Cân bằng vật chất
•
Lđ: lượng hỗn hợp lỏng đi vào thiết bị hấp thụ, kmol/h.
•
Lc: lượng hỗn hợp lỏng đi ra khỏi thiết bị hấp thụ, kmol/h.
•
Xđ: nồng độ đầu của dung môi vào thiết bị hấp thụ,
kmol/kmol dung môi.
•
Xc: nồng độ cuối của dung môi ra thiết bị hấp thụ,
kmol/kmol dung môi.
•
Gtr: lượng khí trơ vào thiết bị, kmol/h.
Cân bằng vật chất

Lượng khí trơ được xác định theo công
thức: Gtr = Gđ / (1 + Yđ)
= Gđ(1 – yđ)
= Gc(1 – yc)

Lượng dung môi tinh khiết (lỏng trơ)
được xác định:
Ltr = Lđ / (1 + Xđ) = Lđ(1 – xđ)
= Lc(1 – xc).
Cân bằng vật chất


Phương trình cân bằng lượng chất tan
là: Gtr(Yđ – Yc) = Ltr(Xc – Xđ).

Từ đó ta xác định được lượng dung
môi cần thiết:
Cân bằng vật chất

Lượng dung môi tối thiểu để hấp thụ được xác định khi
nồng độ cuối của dung môi đạt nồng độ cân bằng:
•
Xcmax: nồng độ cân bằng ứng với nồng độ đầu của
hỗn hợp khí.

Thực tế, lượng dung môi cần dùng thường lớn hơn
lương tối thiểu: 20%
Cân bằng vật chất

Lượng dung môi tiêu hao riêng là:

Từ phương trình cân bằng lượng chất tan, ta
rút ra được:

Phương trình nồng độ làm việc của quá trình
hấp thụ có dạng: Y = AX + B
Ảnh hưởng của lượng dung môi
Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ tăng:
cường độ truyền
khối giảm → khả
năng hấp thụ giảm.

Tiếp tục tăng nhiệt
độ: QTTK sẽ không
thực hiện được.
Ảnh hưởng của áp suất
Áp suất hỗn
hợp tăng: động
lực trung bình
tăng → tăng
khả năng hấp
thụ, nhưng P
tăng thì nhiệt
độ cũng tăng.
Các thiết bị hấp thụ

Thiết bị loại bề mặt

Thiết bị loại màng.

Cột chêm (tháp đệm).

Tháp mâm (tháp đĩa).

Thiết bị phun.
Thiết bị có bề mặt tiếp xúc pha lớn
Tháp đệm

Tháp đệm: tháp hình trụ, nhiều đoạn nối
với nhau (mặt bích/hàn). Trong tháp
được đổ đầy đệm.


Yêu cầu chung cho đệm:
•
Diện tích bề mặt riêng lớn (a: m2/m3)
•
Thể tích tự do lớn (Vtd: m3/m3)
•
Khối lượng riêng bé
•
Bền hóa học.
Một số loại đệm thường gặp

Đệm vòng
Vòng Rasching
Vòng Pall
kim loại
Vòng Pall
nhựa
Một số loại đệm thường gặp

Đệm vòng
Vòng yên
ngựa Berl
Vòng yên ngựa
Italox - ceramic
Vòng yên ngựa
Italox - plastic
Tháp đệm

Ngoài đệm vòng, còn có những loại đệm
khác:

•
Đệm hạt
•
Đệm xoắn
•
Đệm lưới
Khi cần độ phân tách cao: chọn loại
đệm có kích thước bé → diện tích bề
mặt riêng của đệm lớn → diện tích
tiếp xúc pha lớn
Tháp đệm
Tháp đệm