HẤP THỤTT QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CNHH CTU

HẤP THỤ
1.

MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
•

Khảo sát trở lực của tháp đệm và hiệu suất hấp thụ.

• Khảo sát ảnh hưởng của vận tốc khí và lỏng lên tổn thất áp suất (độ giảm áp) khi
qua cột.

2.

LÝ THUYẾT TÍNH TỐN
2.1

H=

Hiệu
suất
hấp thụ

Yđ − Yc
Yđ

Trong đó:
Yđ,Yc : Nồng độ đầu và cuối của khí bị hấp thụ tính trên lượng khí trơ pha
trộn, (kmol/kmol khí trơ). Liên hệ qua phương trình cân bằng vật liệu:

Gtr .Yđ + L. X đ = Gtr .Yc + L. X c
Trong đó:

Gtr : Lượng khí trơ khơng đổi khi vận hành, kmol/h
L : Lượng dung môi không đổi khi vận hành, kmol/h
Yđ,Yc :Nồng độ đầu và cuối của khí bị hấp thụ tính trên lượng khí trơ pha
trộn, kmol/kmol khí trơ.
Xđ,Xc : Nồng độ đầu và cuối của khí bị hấp thụ trong dung mơi, kmol/kmol
dung mơi.
2.2

Ta có:

Tc = Tđ +

q
(X c − X đ )
C

⇒

q=

C.(Tc − Tđ )
(Xc − X đ )

Trong đó:
Tc, Tđ : nhiệt độ dung dịch trước và sau hấp thụ(oC).

Nhiệt
hấp thụ

q: nhiệt phát sinh của một mol cấu tử bị hấp thụ (cal/mol).
C : Nhiệt dung riêng dung môi(cal/mol độ)

3.

KẾT QUẢ TÍNH TỐN
3.1

−
−
−
−
−
−

Kết
quả đo
được

Lưu lượng dung mơi (Qdm): 50 L/h
Lưu lượng khơng khí (Qkk): 700 NL/h
Lưu lượng khí CO2 (QCO2):
400 NL/h
Áp suất khơng khí vào (pkk): 14.5 psi
Áp suất khí CO2 (pCO2):
15 psi
Độ chênh lệch áp :
30 mmH2O
Bảng 1: Nhiệt độ hiển thị trên các sensor

Sensor

Nhiệt độ ()

Sensor

Nhiệt độ ()

TE 1

30,9

TE6

29.8

TE2

30,9

TE7

30

TE3

29.5

TE8

29.5

TE4

27.6

TE9

29.7

TE5

30

TE10

29.7

Bảng 2: Áp suất
Áp st
Áp suất khí khơng khí vào
(bar)

1

Áp suất khí CO2 vào (bar)

1,034

Độ chênh áp (mmH2O)

30


Bảng 3: Thể tích HCl dùng để chuẩn độ mẫu
Lần

Thể tích (mL)

1

9.1

2

9.1

3

8.9

Thể tích trung bình
(mL)

9.03

3.2

Tính
thành

phần ra
của khí

Ta có cơng thức chuyển đổi lưu lượng:
Q (m3/h) = Q (Nm3/h).
P: áp suất tính theo đơn vị bar
P = Po + Pđo(dư) với Po = 0.981bar
T: Nhiệt độ của khí tính theo nhiệt độ tuyệt đối

• Đối với khí trơ (khơng khí):
TE2 = 30,9oC⇒T = 30,9 +273 = 303,9 K
Pdư = 1 bar ⇒ P = 0.981 + 1= 1.981 bar
Qtr = 700 (NL/h) ⇒ Q (m3/h) = 700×10-3× = 0.399 m3/h
Tra bảng: Khối lượng riêng của khơng khí ở điều kiện tiêu chuẩn (0 oC, 1at) ta
tra được: = 1,293 Kg/m3
Po =1 at = 0,981 bar
Vậy ta có khối lượng riêng của khơng khí ở nhiệt độ TE2 = 30.9oC là:
= 1,293× = 2.346 Kg/m3
Lượng khí trơ cung cấp:
 = = = 0,0323 kmol/h


Lượng khí CO2 trong khơng khí chiếm 0,03%
Lượng khí trơ sẽ bằng lượng khơng khí trừ lượng khí CO2 có trong khơng khí.
 = Gkk – Gkk.0,03% = 0,0323-0,0323x0,03% = 0.0323 kmol/h
• Đối với khí CO2:
TE2 = 30.9oC⇒T = 30.9 +273 = 303.9 K
P = 1,034 bar ⇒ P = 0.981 + 1,034 = 2.015 bar
Q = 400 (NL/h) => Q (m3/h) = 400×10-3× = 0.224 m3/h
Tra bảng: Khối lượng riêng của khí CO2 ở điều kiện tiêu chuẩn (0oC, 1at) ta tra

được: = 1,9768 Kg/m3, Po = 0,981 bar
Vậy ta có khối lượng riêng của khí CO2 ở nhiệt độ TE2 = 30.9oC là:
= 1,9768* = 3.648 Kg/m3
Lượng khí CO2:
 = + 0,03%.Gtr
 = + 0,03%.0.0322 = 0,0186 Kmol/h
• Vậy ta được:
= = = 0,57 kmol /kmol kk
• Xác định Xđ: Giả sử dung mơi đi vào q trình hấp thụ là tinh khiết,
khơng lẫn CO2, ta có Xđ = 0
• Xác định Xc:

Xc =

nCO2
n H 2O

Từ kết quả chuẩn độ ta được thể tích trung bình của HCl: VHCl = 9.03 mL
Phương trình phản ứng:
2NaOH + CO2→ Na2CO3 + H2O
Thể tích NaOH phản ứng với CO2: VNaOH = 10 –9.03 = 0.97 mL
⇒nNaOH = VNaOH CM = 0.97 10-3 0.1 = 9.7 10-5 (mol)
Từ phương trình phản ứng ta được:
⇒ nCO2 = = = 4,8510-5 (mol)


Ở 29oC khối lượng riêng của nước là 995,98 (kg/m3).
Ở 30oC khối lượng riêng của nước là 995,68 (kg/m3).
Nội suy, ta được khối lượng riêng của nước ở TE10 = 29.7oC là 995,77 (kg/m3)
= = = 5,53.10-4 kmol = 0,553 mol

 XC = = = 8.77*10-5 (mol CO2/mol dung mơi)
3.3

Tính
lưu
lượng
dung
mơi L:

Ta có G = 50 (L/h)
Khối lượng riêng của nước ở TE1=30,9oC xác định bằng cách nội suy từ bảng
khối lượng riêng của H2O: 995,401 (kg/m3)
Ldm= = = 2,765 kmol/h
3.4

Tính
Yc:

3.5

Tính
hiệu
suất
tháp

Dựa vào phương trình cân bằng vật chất:
GtrYđ + LXđ = GtrYc + LXc
 Yc = =
= 0,562 (kmol CO2/kmol khí trơ)

Với Yđ = 0,57 (kmol CO2/kmol khí trơ)
Yc = 0,562 (kmol CO2/kmol khí trơ)
 H = = = 0,014= 1,4 %
⇒ Vậy hiệu suất trong quá trình hấp thụ trong thí nghiệm là 1,4 %


3.6

Ta có phương trình cân bằng năng lượng: Tc = Tđ + (Xc – Xđ)
Tđ = TE1 = 30,9oC
Tc = TE10 = 29,7oC
C = 4,178 kJ/kg.độ = 17,9 cal/mol.độ
Xc = 8,77.10-5 (mol CO2/mol dung môi)
Xđ = 0
Từ công thức trên ta được:
q = = = - 244925,88 (cal/mol)

Tính
nhiệt
hấp thụ


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Ðỗ Văn Ðài và nhiều tác giả, 1975. Cơ sở Quá trình & Thiết bị CNHH Tập

2. NXB Ðại học & THCN. Hà Nội.
2. Ðỗ Văn Ðài và tập thể tác giả, 1975. Cơ sở Quá trình & Thiết bị CNHH Tập

1. NXB Ðại học & THCN. Hà Nội.
3. Phan Văn Thơm, 2004. Sổ tay thiết kế thiết bị hóa chất và chế biến thực

phẩm đa dụng. NXB Đại học Cần Thơ.
4. Vũ Bá Minh và Võ Văn Bang, 1999. Quá trình & Thiết bị CNHH&TP- Tập
3: Truyền khối. NXB ĐHQG TP.HCM.
5. Giáo trình “TT. Quá trình & thiết bị - CNHH” Bộ mơn Cơng nghệ Kỹ thuật
Hóa học, Khoa Cơng nghệ, Trường Đại học Cần Thơ