truyền khối hấp thu

CHƯƠNG 4: TRUYỀN KHỐI – HẤP THU

Nguyên tắc thiết kế thiết bị truyền khối4.2

Hấp thu4.3

Phân loại các quá trình truyền khối4.1

4.1 Phân loại các quá trình truyền khối

Truyền khối là gì?

Mục đích của truyền khối

Tách các chất ra khỏi nguyên liệu, thu hồi và làm

tinh khiết nguyên liệu thô, thu hồi và làm tinh

khiết sản phẩm chính, giảm thiểu các chất gây ô

nhiễm trong dòng nước hoặc khí thải

Phân loại các quá trình truyền khối tùy thuộc vào

trạng thái hỗn hợp giữa các cấu tử thành phần.

4.1.1 Hỗn hợp khí – lỏng

Chưng cất (CC phân đoạn)

Hấp thu

Nhả khí

4.1.2 Hỗn hợp khí – rắn

Hấp phụ (ngược là giải hấp)

Sấy khô

4.1.3 Hỗn hợp lỏng – lỏng

Trích ly chất lỏng

4.1.4 Hỗn hợp lỏng – rắn

Kết tinh

Trích ly chất rắn (chiết)

Dùng màng phân riêng

4.1.5 Ứng dụng của quá trình phân tách

Hấp thu: Tách CO2 va H2S từ khí thiên nhiên bằng các

dung môi amin.

Hấp phụ và trao đổi ion: Phân riêng không khí, khử

khoáng cho nước…

Chưng cất: sản xuất xăng từ dầu thô, sản xuất cồn…

Sấy: sấy thực phẩm, sấy lúa…

Cô đặc: sản xuất sữa đặc, sản xuất muối ăn, sản xuất

đường…

Kết tinh: sản xuất đường, bột ngọt…

Trích ly: tách cafein, tách enzyme…

- .

4.1.6 Lựa chọn phương pháp phân tách

- Đặc điểm của cấu tử cần phân tách

- Đặc điểm của từng phương pháp phân tách.

- Các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật khác.

- Yêu cầu chất lượng sản phẩm.

Việc lựa chọn PP có thể kết hợp hoặc sử dụng riêng rẽ các

phương phap khác sao cho đạt được yêu cầu về chất lượng

và giá thành sản phẩm.

4.2 Nguyên tắc thiết kế thiết bị truyền khối

- Số đoạn lý thuyết (hay chiều cao tương đương)

- Thời gian tiếp xúc pha: liên hệ đến hiệu suất đoạn hay

chiều cao của thiết bị tiếp xúc pha liên tục

- Năng suất: quyết định diện tích của thiết bị và tốc độ

quá trình.

- Nhu cầu về năng lượng: nhiệt cần cho quá trình có sự

biến đổi nhiệt độ hay tạo pha mới, hiệu ứng nhiệt của dung

dịch.

4.2.1 Thành phần pha

- Phần thể tích

- Nồng độ phần mol

- Nồng độ phần khối lượng

- Tỉ số khối lượng: tỉ số giữa KL cấu tử khảo sát và KL còn

lại của HH


- x: biểu diễn nồng độ, thành phần pha lỏng

- y: biểu diễn nồng độ, thành phần pha hơi

- xi ;yi: biểu diễn phần mol(chữ thường)

- Xi; Yi: biểu diễn tỉ số mol (chữ in)

- 𝑥i; 𝑦i: biểudiễnphầnkhốilượng(chữthường)

- 𝑋i; 𝑌i: biểudiễntỉsốkhốilượng(chữin)

- 𝐿; G: suấtlượngmolphalỏng, hơi (mol/h)

- 𝐿; 𝐺: suấtlượngkhốilượngphalỏng, hơi (kg/h)



Ví dụ 1:

Hỗn hợp nhập liệu lỏng gồm metanol – H2O có suất lượng

1000kg/h, methanol chiếm 40% khối lượng. Được phân

riêng bằng tháp chưng cất thu được sản phẩm đay chứa 2%

methanol (lỏng), sản phẩm đỉnh chứa 95% methanol (hơi)

theo khối lượng.

a. Tính phần mol methanol, H2O của các dòng.

b. Tính tỷ số mol, tỷ số khối lượng các dòng

4.2.2 Hệ số truyền khối

- QTTK được biểu diễn theo phương trình thông qua đại

lượng đặc trưng là HSTK

- Hệ số truyền khối k là lượng vật chất truyền qua một đơn

vị diện tích bề mặt tiếp xúc pha trong một đơn vị thời gian

khi sai biệt nồng độ là 1 đơn vị.

- Hệ số truyền khối là một đại lượng phức tạp. Nó phụ thuộc

vào tính chất vật lý của các pha (độ nhớt, khối lượng riêng),

nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, kích thước hình học đặc trưng

và cấu tạo của thiết bị truyền khối.

- Tốc độ truyền khối (thông lượng truyền khối) N= k(ΔC)

4.2.2.1 Cấu tử A truyền qua B đứng yên

- Pha lỏng: NA = kx(xA1 – xA2) = kL(CA1 – CA2)

- Pha hơi: NA = kG(PA1 – PA2) = ky(yA1 - yA2)

= kC(CA1 – CA2)

4.2.2.2 Cấu tử A và B truyền đẳng mol nghịch chiều

Bảng 4.2 MQH giữa các HSTK

Bảng 4.2 MQH giữa các HSTK

Thông lượng khuếch tán của acid acetic (A) qua lớp phim

dung dịch với nước (B) không khuếch tán với bề dày 0,1cm ở

170C khi nồng độ cấu tử ở hai mặt đối diện của lớp phim lần

lượt là 9% và 3% khối lượng acid là 0,018.10-7kmol/h.m2.

Tính hệ số truyền khối trong pha lỏng.

Ví dụ 2:

HDẫn:

MA = 60,03 kg/kmol ; MH = 18,02 kg/kmol

NA = 0,018.10-7kmol/h.m2

𝑥A1 = 9/100 = 0,09; 𝑥A2 = 3/100 = 0,03

Áp dụng công thức chuyển đổi

Ví dụ 2:

Ví dụ 2:

Đơn vị kX: kmol/h.m2.(phân mol)

4.3 Hấp thu

4.3.1 Khái niệm

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.

4.3.2 Cân bằng vật chất cho quá trình hấp thu

- Hấp thu nghịch dòng:

+ Pha khí là hỗn hợp khí G vào chứa nhiều chất, bao gồm:

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 có sẵn trong pha lỏng.

Lượng dung môi trơ là Ltr, bằng dung môi tổng cộng L trừ đi

lượng cấu tử A.

4.3 Hấp thu

Quá trình hấp thu trong CN được thực hiện ngược chiều:

Đặt:

G: suất lượng mol tổng công của pha khí (kmol/h.m2)

L: suất lượng mol tổng công của pha lỏng (kmol/h.m2)

y: phần mol của cấu tử A trong pha khí:

x: Phần mol của cấu tử A trong pha lỏng:

4.3 Hấp thu

P: áp suất riêng phần của cấu tử A trong pha khí, P = y.Pt

Hỗn hợp khí cân bằng pha lỏng: P = x.Pt

Y: tỉ số mol của cấu tử A trong pha khí (mol A/mol khí trơ),

hoặc (mol A/h.m2/mol khí trơ/h.m2)

X: tỉ số mol của cấu tử A trong pha lỏng (mol A/mol

lỏng trơ), hoặc (mol A/h.m2/mol lỏng trơ/h.m2).

Gtr: suất lượng mol của cấu tử trơ trong pha khí (mol

trơ/h.m2)

L2, L1: suất lượng mol tổng công của pha lỏng vào và ra khỏi

thiết bị (kmol/h.m2) G1, G2: suất lượng mol tổng cộng của

pha khí vào và ra khỏi thiết bị (kmol/h.m2)

Pt: ap suất tổng của dòng khí.

4.3 Hấp thu

4.3 Hấp thu

4.3.3 Thiết bị hấp thu

Tháp mâm chóp

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.




Tháp mâm xuyên lỗ


Sự chuyển động của khí và lỏng trong tháp


Sự chuyển động của khí và lỏng trong tháp


Tháp chêm (tháp đệm)

Education

truyền khối hấp thu