Post on 07-Aug-2015
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
4.2.1 Thành phần pha
- 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)
4.2.1 Thành phần pha
4.2.1 Thành phần pha
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.
4.3.3 Thiết bị hấp thu
4.3.3 Thiết bị hấp thu
4.3.3 Thiết bị hấp thu
Tháp mâm xuyên lỗ
4.3.3 Thiết bị hấp thu
Sự chuyển động của khí và lỏng trong tháp
4.3.3 Thiết bị hấp thu
Sự chuyển động của khí và lỏng trong tháp
4.3.3 Thiết bị hấp thu
Tháp chêm (tháp đệm)