4 Cân bằng vật chất cho quá trình hấp thu
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (680.51 KB, 67 trang )
ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC
GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền
Pha lỏng
1. Phần khối lượng
2. Phần mol
3. Tỉ số khối lượng
4. Tỉ số mol
5. Các liên hệ
SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192
Pha hơi
x =
Li
L
y=
Gi
G
x=
Li
L
y=
Gi
G
X =
Li
L − Li
Y =
Gi
G − Gi
X =
Li
L − Li
G=
Gi
G − Gi
x
Mi
x=
x
∑ Mk
k
y
Mi
y =
y
∑ Mk
k
x=
x.M i
∑ xk .M k
y=
y.M i
∑ y k .M k
X =
x
1− x
Y =
y
1− y
X =
x
1− x
Y =
y
1− y
x =
X
1+ X
y=
Y
1+ Y
Trang: 14
ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC
x=
X
1+ X
GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền
y=
Y
1+ Y
Khi tính toán hấp thụ người ta thường cho biết trước lượng hỗn hợp khí, nồng độ
đầu và nồng độ cuối của khí bị hấp thụ trong hỗn hợp khí và trong dung môi.
Với:
Gy: Lượng hỗn hợp khí đi vào thiết bị hấp thu, Kmol/h.
Yd: Nồng độ đầu của hỗn hợp khí Kmol/Kmol khí trơ.
Yc: Nồng độ cuối của hỗn hợp khí Kmol/Kmol khí trơ.
Ltr: Lượng dung môi đi vào thiết bị hấp thụ Kmol/h.
Xd: Nồng độ đầu của dung môi Kmol/Kmol dung môi.
Xc: Nồng độ cuối của dung môi Kmol/Kmol dung môi.
Gtr: Lượng khí trơ đi vào thiết bị hấp thu.
Phương trình đường cân bằng:
Đối với khí lý tưởng hay khí thực có nồng độ bé và độ hòa tan nhỏ thì nồng độ
đường cân bằng là đường thẳng có dạng:
Ycb = m.x
Ycb = m. X
hay
Ở đây:
m =ψ / P
: gọi là hằng số cân bằng.
SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192
Trang: 15
ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC
ψ
GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền
: là hệ số Hăng-Ri cho trong các số tay chuyên môn.
P: là áp suất chung (áp suất làm việc), mmHg.
Nếu là khí thực thì đường cân bằng là đường cong có dạng:
Ycb =
m. X
1 + (1 − m). X
Phương trình đường làm việc:
Đường nồng độ làm việc trong quá trình hấp thụ là đường thẳng có dạng:
Y = A. X + B
A=
Trong đó:
Gx
Gtr
B = Yc −
Gx
.X d
Gtr
Tính lượng khí trơ:
Gtr = G y −
Tính theo hỗn hợp khí:
1
= G y (1 − yd )
1 + Yd
Yd: nồng độ phần mol ban đầu của cấu tử bị hấp thụ trong pha khí.
Ta cũng có thể tính theo công thức:
Gtr =
SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192
p tr .Vtr
Rtr .Ttr
Trang: 16
Kg/h
ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC
GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền
Trong đó:
ptr: áp suất riêng phần của khí trơ, N/m2.
ptr = (1 − y d ).P
P: áp suất chung của hỗn hợp khí (áp suất làm việc của thiết bị), N/m2.
Vtr: lượng khí trơ vào tháp, m3/h.
Rtr =
R
M
: hằng số khí trơ, N.m/Kmol.độ.
R: hằng số khí, đối với không khí thì R = 8,314N.m/Kmol.độ.
M: khối lượng phân tử khí trơ, với không khí M= 29Kg/Kmol.
Ttr: nhiệt độ khí trơ, 0K.
Xác định lượng dung môi cần thiết:
Phương trình cân bằng vật liệu là:
Gtr (Yd − Yc ) = Ltr ( X c − X d )
Lượng dung môi cần thiết X:
Ltr = Gtr
Yd − Yc
Xc − Xd
Lượng dung môi tối thiểu để hấp thụ được xác định khi nồng độ cuối của dung
môi đạt đến nồng độ cân bằng, như vậy ta có:
SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192
Trang: 17
ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC
Ltr min = Gtr
GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền
Yd − Yc
X c max − X d
Xc max: là nồng độ cân bằng ứng với nồng độ đầu của hỗn hợp khí.
Nồng độ cân bằng luôn luôn lớn hơn nồng độ thực tế, vì thế lượng dung môi thực
tế luôn lớn hơn lượng dung môi tối thiểu, thường ta lấy lượng dung môi thực tế lớn
hơn lượng dung môi tối thiểu khoảng 20%.
Lượng dung môi tiêu hao riêng là:
l=
Ltr
Y − Yc
= d
Gtr X c − X d
Lượng cấu tử bị hấp thụ có thể tính theo công thức:
g = Gtr (Yd − Yc ) = Ltr ( X c − X d )
g: lượng cấu tử bị hấp thụ vào trong pha lỏng.
2.5 Ứng dụng của quá trình hấp thu
Quá trình hấp thu đóng một vai trò quan trọng trong sản xuất hóa học, nó được
dùng để:
+
Thu hồi các cấu tử quý.
+
Làm sạch khí.
+
Tách hỗn hợp thành cấu tử riêng.
+
Tạo thành sản phẩm cuối cùng.
SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192
Trang: 18
ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC
GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền
Trong trường hợp thứ nhất và thứ ba bắt buộc chúng ta phải tiến hành quá trình
nhả sau khi hấp thụ để thu các cấu tử và dung môi riêng. Trong trường hợp thứ hai thì
quá trình nhả không cần thiết nếu tìm dung môi dễ kiếm (ví dụ như nước lạnh) vì khí
thường là bỏ đi, trường hợp này chỉ khi cần lấy lại dung môi ta mới thực hiện quá trình
nhả. Còn trường hợp thứ tư thì quá trình nhả không có ý nghĩa.
2.6 Lựa chọn dung môi
Nếu mục đích chính của quá trình hấp thu là để tạo nên một dung dịch sản phẩm
xác định (ví dụ như sản xuất dung dịch axit clohydric) thì dung môi đã được xác định
bởi bản chất của sản phẩm. Nếu mục đích của quá trình hấp thu là tách các cấu tử của
hỗn hợp khí thì khi đó ta có thể lựa chọn một dung môi tốt dựa trên những tính chất
sau:
+
Độ hòa tan chọn lọc: Đây là tính chất chủ yếu của dung môi, là tính chất chỉ hòa
tan tốt cấu tử cần tách ra khỏi hỗn hợp khí mà không hòa tan các cấu tử còn lại hoặc
hòa tan không đáng kể. Đây là tính chất chủ yếu của dung môi. Tổng quát, dung môi
và dung chất tạo nên phản ứng hóa học thì làm tăng độ hòa tan lên rất nhiều, nhưng
nếu dung môi được thu hồi để dùng lại thì phản ứng phải có tính hoàn nguyên.
+
Độ bay hơi tương đối: Dung môi nên có áp suất hơi thấp vì pha khí sau quá trình
hấp thu sẽ bão hòa hơi dung môi do đó dung môi bị mất.
+
Tính ăn mòn của dung môi: Dung môi nên có tính ăn mòn thấp để vật liệu chế tạo
thiết bị dễ tìm và rẻ tiền.
+
Chi phí: Dung môi dễ tìm và rẻ để sự thất thoát không tốn kém nhiều.
+
Độ nhớt: Dung môi có độ nhớt thấp sẽ tăng tốc độ hấp thu, cải thiện điều kiện
ngập lụt trong tháp hấp thu, độ giảm áp thấp và truyền nhiệt tốt.
+
Các tính chất khác: Dung môi nên có nhiệt dung riêng thấp để ít tốn nhiệt khi
hoàn nguyên dung môi, nhiệt độ đóng rắn thấp để tránh hiện tượng đóng rắn làm tắc
thiết bị, không tạo kết tủa, không độc.
SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192
Trang: 19
