Bài giảng công nghệ khí (ths hoàng trọng quang) chương 7

Trang 1

Chương 7:

LÀM KHÔ KHÍ BẰNG CHẤT

HẤP PHỤGVGD: ThS Hoàng Trọng Quang GVTG: ThS Hà Quốc Việt

Trang 3

Khoa Kỹ thuật Địa chất – Dầu khí

Hấp phụ mô tả bất kỳ quy trình xử lý ứng với mọi phân tử từ khí được giữ chặt trên bề mặt của chất rắn bởi tương tác bề mặt.

Sự hấp phụ có thể được phân thành hai loại:

Những loại nhờ tính hoạt động của chúng tới hấp phụ bề mặt và tích tụ mao dẫn.

Những loại hoạt chất hóa học.

Những đặc tính cần cho chất hấp phụ:

Diện tích bề mặt lớn cho hiệu suất cao

Xử lý “tính hoặt động” đối với các thành phần được di dời Tốc độ khối lượng chuyển đổi cao

Dễ dàng tái sinh kinh tế Sức kháng nhỏ cho dòng khí

Độ bền cơ học cao…

Trang 4

Trang 5

Trang 6

Bề mặt chất rắn có khuynh hướng hấp dẫn các cấu tửtrong pha khí và pha lỏng bao quanh nó Các cấu tử nàythường được giữ thành một lớp, hay thỉnh thoảng nhiềulớp, trên bề mặt chất rắn

Như vậy quá trình hấp phụ là quá trình hút chọn lựa cáccấu tử trong pha khí hay pha lỏng lên bề mặt chất rắn.Chất bị hút gọi là chất bị hấp phụ, còn chất rắn xốp gọi làchất hấp phụ

Trong đa số trường hợp, chất hấp phụ rắn phải liên kếtthuận nghịch với các cấu tử bị hấp phụ để có thể tái sửdụng chất hấp phụ

Khái niệm

Trang 7

Quá trình hấp phụ được thực hiện bằng cách cho tiếp xúc

2 pha không hòa tan là pha rắn (chất hấp phụ) với pha khíhay lỏng Dùng chất (chất bị hấp phụ) sẽ đi từ pha khí(hoặc lỏng) đến pha rắn cho đến khi nồng độ của dungchất phân bố giữa hai pha đạt cân bằng

Hấp phụ khí và hơi trong hỗn hợp không khí đơn giản hơn

so với hấp phụ chất tan trong dung dịch Ở điều kiện bìnhthường khi hấp phụ chất khí trong hỗn hợp không khí thìkhông khí không bị hấp phụ Nhưng khi hấp phụ chất hòatan trong dung dịch thì dung môi cũng có thể bị hấp phụ

Khái niệm

Trang 8

Thuyết hấp phụ đẳng nhiệt Lăng-mua

Thuyết này giải thích nguyên nhân hấp phụ là do phân tử hay nguyên tử trên bề mặt chất hấp phụ chưa bão hòa hóa trị,do lực hóa trị dư tạo ra lien kết hóa học, khoảng tác dụng của lực này không lớn hơn đường kính phân tử, do đó chỉ hấp phụ một lớp Quá trình hấp phụ chỉ xảy ra trên những điểm đặc biệt gọi là tâm hấp phụ.

Thuyết hấp phụ đẳng nhiệt Dubinhin

Thuyết này giải thích hiện tượng hấp phụ bằng trường lực hấp phụ khá lớn.

Phương pháp hấp phụ

Trang 9

Nguyên lý (tt)

Thuyết hấp phụ đẳng nhiệt Dubinhin (tt)

Trên bề mặt chất hấp phụ không phải chỉ có một lớp chất bị hấp phụ mà có nhiều lớp, mật độ của nó giảm dần tỷ lệ thuận với khoảng cách đến bề mặt chất hấp phụ.

Mỗi một điểm của lớp hấp phụ tương ứng với thế năng của hấp phụ ε.

Thế năng hấp phụ này là công do lực hấp phụ sinh ra khi chuyển dời một phân tử chất bị hấp phụ từ chỗ không có lực hấp phụ tác dụng đến điểm đã biết ở cách bề mặt chất hấp phụ một khoảg là 1 Vậy thế năng hấp phụ ε là hàm số khoảng cách l: ε = f(1)

Bề mặt gồm các điểm có cùng thế năng gọi là mặt đẳng thế.

Trên bề mặt đẳng thế ngoài cùng có thế năng hấp phụ ε = 0 và thể tích giới hạn giữa mặt đẳng thế này với bề mặt chất hấp phụ là một thể tích cực đại Wmax.

Phương pháp hấp phụ

Trang 10

Có rất nhiều cơ chế hấp phụ như: hấp phụ trao đổi ion, hấp phụ kèm theo phản ứng hóa học, hấp phụ không kèm theo phản ứng hóa học.

Hấp phụ trao đổi ion là hấp phụ có cực kèm theo sự trao đổi ion giữa chất hấp phụ và dung dịch Quá trình này chỉ xảy ra khi hấp phụ chất tan trong dung dịch và đường kính mao quản của chất hấp phụ nhỏ hơn 5 A o (5.10 -8 cm).

Hấp phụ có kèm theo phản ứng hóa học giữa các chất hấp phụ và các chất bị hấp phụ gọi là hấp phụ hóa học Quá trình này có thể xảy ra cả trong môi trường không khí và môi trường lỏng, khi đường kính mao quản của các chất hấp phụ lớn hơn 200 A 0 và thường xảy ra ở nhiệt

Trang 11

Hấp phụ không kèm theo phản ứng hóa học chia làm hai lọai: hấp phụ vật lý và hấp phụ kích động:

Hấp phụ vật lý

Đặc điểm:

– Lực hấp phụ là lực Vandecvan, tức là lực hút tương hỗ giữa các phân tử.

– Quá trình hấp phụ là quá trình thuận nghịch hoàn toàn.

– Nhiệt tỏa ra không đáng kể.

Phân lọai cơ chế

Trang 12

Hấp phụ kích động (tt)

Nhiệt tạo ra lớn tương đương nhiệt phản ứng

điều kiện thực hiện mà hấp phụ lọai này chiếm ưu thế hơn lọai kia.

Boxit: là các khoáng chất thiên nhiên chứa chủ yếu là Oxyt nhôm Al2O3

Alumina Oxyt nhôm hoạt hoá đó là các boxit đã làm sạch.

Gel: là các hợp chất cấu tạo từ SiO2, hay alumina gel Molecular Sieves: là các zeolite của potassium, sodium,calcium Charcoal: Than hoạt tính.

Trang 13

Chọn lựa chất hấp phụ

Việc chọn lựa loại chất hấp phụ nào phụ thuốc vào nhiều yếu tố

Theo dewpoint hơi ẩm ta có thể tham khảo khả năng một vài chất hấp phụ phổ biến như:

Trang 14

Trang 15

Trang 16

Với hệ thống đơn giản nhất gồm hai tháp thì một tháp hấp phụ nước còn một tháp giải hấp bằng khí gas nhiệt độ cao, tháp hấp phụ sẽ làm việc cho đến khi bão hòa nước, thường thì vào khoảng 8~24 giờ Hệ thống làm khô khí bằng chất hấp phụ thường phải chi phí nhiều hơn khi mua cũng như khi vận hành hơn hệ thống làm khô khí bằng glycol, tuy nhiên nó lại hữu hiệu hơn khi đòi hỏi dewpoint thật thấp, khi sử lý

H2S

Chất hấp phụ được tái sinh bằng cách thổi gas (hay khí trơ) vào tháp giải hấp với nhiệt độ lên đến 230~320 đối với molecule sieve, đối với zeolite thì nhiệt độ lên đến 316~370 o C

Trang 17

Diễn biến trong tháp hấp phụ

Trang 18

Khi khí gas ẩm đi vào tháp thì tồn tại ba vùng trong cột hấpphụ: vùng 1 là vùng cân bằng trong vùng này chất hấp phụ

đã bão hoà nước, vùng 2 (vùng MTZ) là vùng chuyển tiếp

bờ trên bão hoà 100% còn bờ dưới là 0%, vùng 3 là vùnghoạt tính hoàn toàn không ngậm nước Khi bờ dưới củaMTZ di chuyển đến đáy của cột hấp phụ thì quá trình hấpphụ trong tháp này phải dừng lại nếu không lượng nướctrong gas sẽ gia tăng

Diễn biến trong tháp hấp phụ

Trang 19

khối lượng nước bị hấp phụ

trên một đơn vị khối lượng

Trang 20

Khả năng hấp phụ nước động:

nước tĩnh)

Khả năng hữu ích:

Đó là khả năng của chất hấp phụ thực tế còn lại suy giảm theo thời

Khả năng của chất hấp phụ

Trang 21

Trang 22

Khả năng hữu ích của chất hấp phụ có thể ước lượng nhưsau:

(x)(h B )= (x s )(h B )-0,45(x s )(h Z )

Trong đó:

50~70%(Khả năng hấp phụ nước tĩnh)

Trang 23

Khả năng hữu ích (x) của một vài chất hấp phụ có thể lấy như sau:

Đối với silica gel và nhôm hoạt tính thì xs còn phụ thuộc vào nhiệt độ,

đồ thị 6 Xác định hệ số nhân hiệu chỉnh cho xs

x (wt%)

Molecular sieve (4A) 7~14

Đồ thị tra hệ số nhân hiệu

chỉnh vì nhiệt độ cho khả

năng hấp phụ nước động x s

của silicagel và nhôm hoạt

tính

Trang 24

Đối với molecular sieve khi nhiệt độ bé hơn 70 o C thì không cần phải hiệu

W lượng nước bão hoà trong khí ở P,T kg

, 0

0,5249 0,7895

2389 , 0

RH

W 115

, 0 ).

q C

Trang 25

Với hệ thống giản đơn chỉ gồm hai tháp chỉ nên áp dụngcho lưu lượng khí nhỏ dưới 1,5 triệu m3 khí ngày, khi lưulượng khí lớn thì có thể dùng hệ thống 3~4 tháp

Thời gian tái sinh tr và thời gian hấp thụ liên hệ như sau:

tr = ta/(n-1) với n là số tháp

Như vậy số tháp n phải phù hợp để đủ thời gian tái sinh.Nếu khí bão hoà nước thì một chu kì hấp thụ thường là8~16 giờ, nếu khí đã được làm khô bằng glycol trước đóthì một chu kỳ hấp thụ là khoảng 24~30 giờ Kích thướccủa tháp liên quan đến vận tốc khí, sụt giảm áp suất chophép

Thiết kế tháp hấp phụ

Trang 26

Phương trình Ergun cho ta độ sụt giảm áp suất theo chiềudài như sau: P/L = Bv g +C. g v g 2

Trang 27

B và C tuỳ theo hình dáng kích cỡ hạt hấp thụ như sau:

Trang 28

v g ước lượng như sau: v g = A/ g 0,5

A = 67 (hạt cầu 1/8”)

A = 48 (hạt cầu 1/16”) Đường kính tháp: d = (4q a //v g ) 0,5

qa lưu lượng thực tế ở áp suất và nhiệt độ làm việc (m 3 /minus):

q a = (q s /1440)(P s /P)(T/T s )z (m 3 /minus) Khi đường kính tháp đã có thì chiều cao cột hấp thụ tính như sau:

Trang 29

Chiều cao của tháp hấp phụ sẽ gồm chiều cao cột hấp phụ cộng với chiều dày các thành phần ổn định và khoảng không cần thiết (chiều cao thêm vào khoảng 1~1,5m) xem hình 7.

Tốt nhất tỉ số hB/d khoảng 2,5~6

Cấu tạo của một tháp hấp phụ

Trang 31

Trang 33

Bước 3: Tính chiều cao của tháp sử dụng x = 10%

Lượng trong 1 chu kỳ là:

, 0

0,5249 0,7895

2389 , 0

RH

W 115

, 0 ).

q C

Trang 34

Khả năng hấp phụ nước tĩnh tra đồ thị = 22%  xs = 0,63  22 = 14%

Tương đương với x giả sử 10 wt% vậy kích thước tháp đạt yêu cầu

làm việc.

Định dạng
Số trang	35
Dung lượng	17,67 MB