QUÁ TRÌNH THIẾT bị sấy và CHUYỂN KHỐI

quá trình và thiết bị hấp phụ. ứng dụng trong quá trình sử lý nước.........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

I) M đ uở ầ 2

II) Đ hòa tan cân b ng c a ch t khí trong ch t l ngộ ằ ủ ấ ấ ỏ 4

1) H hai c u tệ ấ ử 4

2) H nhi u c u tệ ề ấ ử 6

3) Cân b ng v t ch t cho quá trình h p thằ ậ ấ ấ ụ 8

4) Ảnh hưởng c a nhi t đ và áp su t lên quá trình h p thủ ệ ộ ấ ấ ụ 11

5) Tháp h p thấ ụ 12

a) Tháp mâm 13

III) ng d ng trong quá trình x ly nƯ ụ ử ươ 16c 1) Gioi thi u.ệ 17

2) V t li u h p ph :ậ ệ ấ ụ 19

3) C ch h p thơ ế ấ ụ 22

a) C s khoa h c c a quá trình h p phơ ở ọ ủ ấ ụ 22

b)S cân b ng h p ph ự ằ ấ ụ 27

c) Cân b ng đ ng nhi t Freundlich.ằ ẳ ệ 29

d) Đ ng năng h p ph ộ ấ ụ 32

e) Phương pháp gi i cho công th c c b n.ả ứ ơ ả 32

IV) K t lu nế ậ 35

V) Tài li u tham kh oệ ả 36

I) M đ u ở ầ

H p ph là quá trình hút khí ( h i ) ho c l ng trên b m t v t li u x p nh cácấ ụ ơ ặ ỏ ề ặ ậ ệ ố ờ

l c b m t Các v t li u x p đự ề ặ ậ ệ ố ược g i là ch t h p ph , ch t khí ( h i ) ho cọ ấ ấ ụ ấ ơ ặ

m t ch t tan nào đó trong dung d ch có kh năng độ ấ ị ả ược làm giàu trên b m tề ặ

ch t h p ph g i là ch t b h p ph Còn ch t b h p ph khi đã đấ ấ ụ ọ ấ ị ấ ụ ấ ị ấ ụ ược “ g n ” vàắ

b m t v t li u x p g i là ch t đã b h p ph ề ặ ậ ệ ố ọ ấ ị ấ ụ

- Đ i v i khi , h p ph có tác d ng tố ơ ấ ụ ụ ương t nh h p th Tuy nhiên , h p th làự ư ấ ụ ấ ụ quá trình hút và hòa tan khi vào trong ch t l ng , còn h p ph thì chi hút trên bấ ỏ ấ ụ ề

m t ặ

- H p ph cũng đấ ụ ược dùng r ng rãi đ tách các ch t tan ( ch t đi n li và khôngộ ể ấ ấ ệ

đi n li ) kh i dung d ch Trong trệ ỏ ị ường h p này nó có tách d ng nh trích li ,ợ ụ ư

nh ng quá trình trích li là quá trình chuy n ch t tan t dung d ch đ u vào trongư ể ấ ừ ị ầlòng dung môi

- H p ph x y ra do l c hút t n t i trên và g n sát b m t trong các mao qu nấ ụ ả ự ồ ạ ở ầ ề ặ ả( l c Van der Waals , l c hóa tr ) M nh nh t là các l c hóa tr , gây nên h p phự ự ị ạ ấ ự ị ấ ụhóa h c t o ra các h p ch t khá b n trên b m t , khó nh g i là h p ph hóaọ ạ ợ ấ ề ề ặ ả ọ ấ ụ

h c L c h p ph do l c hút phân t Van der Waals tác d ng trong kho ngọ ự ấ ụ ự ử ụ ảkhông gian g n sát b m t g i là h p ph v t lí M t hi n tầ ề ặ ọ ấ ụ ậ ộ ệ ượng thường x y raảtrong h p ph là t pha khí ng ng t thành ch t l ng trong các mao qu n nh ,ấ ụ ừ ư ụ ấ ỏ ả ỏ

nó x y ra dả ươi tác d ng c a l c mao qu n ,ụ ủ ự ả

- M i phân t khi đã b h p ph ( dù pha khí hay pha l ng ) đ u gi m đ t doỗ ử ị ấ ụ ở ỏ ề ả ộ ự, nên h p ph luôn kèm theo s to nhi t m nh N u h p ph m t ch t khí cóấ ụ ự ả ệ ạ ế ấ ụ ộ ấnhi t to ra c b ng nhi t ng ng t ( < 10 kcal / mol ) g i là h p ph v t lí ệ ả ỡ ằ ệ ư ụ ọ ấ ụ ậ Ở

tr ng thái có m c năng lạ ứ ượng nh v y thì s bi n đ i v c u trúc đi n t c aư ậ ự ế ổ ề ấ ệ ử ủ

ch t b h p ph và ch t h p ph là không đáng k Do v y h p ph v t lí là m tấ ị ấ ụ ấ ấ ụ ể ậ ấ ụ ậ ộquá trình thu n ngh ch ậ ị

Còn đ i v i các h x y ra hi n tố ơ ệ ả ệ ượng h p ph hoá h c thì c u trúc clectron c aấ ụ ọ ấ ủcác ch t tham gia quá trình có s bi n đ i sâu s c , th m chí d n đ n các liênấ ự ế ổ ắ ậ ẫ ế

k t hoá h c Khi đó năng lế ọ ượng to ra c a h cao h n nhi u có th lên đ n 100ả ủ ệ ơ ề ể ế

đ n 200 kcal / mol , ng v i m c năng lế ứ ơ ứ ượng c a các ph n ng hoá h c Doủ ả ứ ọ

v y , h p ph hoá h c x y ra m nh và b t thu n ngh ch ậ ấ ụ ọ ả ạ ấ ậ ị

- Quá trình chuy n ch t trong h p ph để ấ ấ ụ ược xem nh g m ba giai đo n : ư ồ ạ

1 Giai đo n khuy ch tán ch t b h p th t môi trạ ế ấ ị ấ ụ ừ ường ( khí hay l ng ) đ n bồ ế ề

m t h t ch t h p ph Gia đo n này ph thu c vào tính ch t v t lí và thuy đ ngặ ạ ấ ấ ụ ạ ụ ộ ấ ậ ộ

- Qua trình h p ph đấ ụ ượ ức ng d ng r ng rãi trong công ngh hoá ch t , th cụ ộ ệ ấ ự

ph m và nhi u lĩnh v c ch bi n khác ; t vi c tách tri t đ các chhát khi cóẩ ề ự ế ế ừ ệ ệ ểhàm lượng th p , t y màu , t y mùi các dung d ch , đ n h p ph các ch t đ c h iấ ẩ ẩ ị ế ấ ụ ấ ộ ạtrong nươc và khí th i Ngày nay các ch t h p ph đã đả ấ ấ ụ ược ch t o đ tách cácế ạ ể

đ ng phân parafin , tách nhi u ch t l ng h u c phân t th p thay cho quá trìnhồ ề ấ ỏ ữ ơ ử ấ

chung luy n trong nh ng trệ ữ ường h p khó khăn , tách không khi thành hai ph n :ợ ầ

m t ph n giàu nit ( 99 % ) , m t ph n giàu oxy ( 95 % ) Ngoài ra ch t h p phộ ầ ơ ộ ầ ấ ấ ụcòn gi vai trò quan tr ng trong vi c s n xu t ch t xúc tác.ữ ọ ệ ả ấ ấ

Trong công nghi p hóa ch t có r t nhi u nguyên li u d ng khí đệ ấ ấ ề ệ ạ ược dùng, cũng

nh nhi u s n ph m thu đư ề ả ẩ ượ ở ạc d ng khí Mu n ti p t c gia công ch bi n cácố ế ụ ế ế

h n h p khí, ta ph i tách chúng thành t ng c u t riêng bi t Ví d sau khi khíỗ ợ ả ừ ấ ử ệ ụhóa than ta thu được h n h p khí g m N2, H2, H2S, CO, CO2, Mu n s d ngỗ ợ ồ ố ử ụ

h n h p khí này vào m c đích t ng h p NH3 đ s n xu t ure, ta ph i tách riêngỗ ợ ụ ổ ợ ể ả ấ ả

t ng c u t ra Ho c quá trình h p th tách butadien, acetylen trong phân đo nừ ấ ử ặ ấ ụ ạhydrocacbon C4 trong quá trình ch bi n khí ế ế

h p th , còn dùng ch t r n đ hút thì g i là h p ph ấ ụ ấ ắ ẻ ọ ấ ụ

Nh v y, quá trình h p th là quá trình hút khí b ng ch t l ng, khí đư ậ ấ ụ ằ ấ ỏ ược hút g iọ

là ch t b h p th , còn ch t l ng đ hút g i là dung môi (hay ch t h p th ), khíấ ị ấ ụ ấ ỏ ể ọ ấ ấ ụkhông b hút g i là khí tr ị ọ ơ

1 Có tính hòa tan ch n l c (có ái l c v i khí c n h p th ), nghĩa là ch hòa tanọ ọ ự ơ ầ ấ ụ ỉ

v i m t c u t , còn các c u t khác không có kh năng hòa tan ho c hòa tan ít ơ ộ ấ ử ấ ử ả ặ

2 Đ nh t c a dung môi ph i bé, đ gi m tr l c và tăng h s chuy n kh i.ộ ơ ủ ả ể ả ở ự ệ ố ể ố

3 Nhi t dung riêng bé, đ ti t ki m nhi t năng khi hoàn nguyên dung môiệ ể ế ệ ệ

4 Có nhi t đ sôi khác xa nhi t đ sôi c a c u t hòa tan, đ d dàng phân riêngệ ộ ệ ộ ủ ấ ử ể ễchúng khi tách (ch ng luy n ch ng h n) ư ệ ẳ ạ

5 Có nhi t đ đóng r n th p, đ tránh hi n tệ ộ ắ ấ ể ệ ượng đóng r n làm t c, nghẽn thi tắ ắ ế

b 6 Không t o thành k t t a khi hòa tan, đ t c thi t b và d thu h i ị ạ ế ủ ể ắ ế ị ễ ồ

7 Ít bay h i đ tránh t n th t ơ ể ổ ấ

8 Rẽ ti n, không đ c, không gây ăn mòn thi t b ề ộ ế ị

Tuy nhiên, trong th c t không có dung môi nào đ t đự ế ạ ược các tiêu chu n đã nêu.ẩ

Vì v y, khi ch n l a dung môi c n ph i d a vào nh ng đi u ki n c th c a s nậ ọ ự ầ ả ự ữ ề ệ ụ ể ủ ả

xu t, nh ng đi u ki n th nh t không th thi u đấ ư ề ệ ứ ấ ể ế ược

II) Đ hòa tan cân b ng c a ch t khí trong ch t l ng ộ ằ ủ ấ ấ ỏ

1) H hai c u t ệ ấ ử

N u m t lế ộ ượng khí đ n ch t đơ ấ ược cho ti p xúc v i m t dung môi tế ơ ộ ương đ iốkhông bay h i theo cách đã trình bày chơ ỏ ương 4 thì n ng đ ch t khí hòa tanồ ộ ấtrong pha l ng đỏ ược g i là đ hòa tan c a ch t khí t i nhi t đ và áp su t đãọ ộ ủ ấ ạ ệ ộ ấcho( hình1)

hình 1: : Đường căn bàng cùa đ hòa tan ch t kh í trong ch t l ng.ộ ấ ấ ỏ

Nh ng ch t khí và ch t l ng khác nhau sẽ cho các đữ ấ ấ ỗ ường đ hòa tan khác nhauộ

và được xác đ nh b ng th c nghi m cho m i h Trên hình 6.1, n u áp su t cânị ằ ự ệ ỗ ệ ế ấ

b ng c a ch t khí t i n ng đ cho trằ ủ ấ ạ ồ ộ ươc là cao, nh đư ường cong B thì ch tấkhí tương đôi không hòa tan trong ch t l ng, ngấ ỏ ược l i n u th p nhạ ế ấ ư

đường cong c thì ch t khí có đ hòa tan cao, đi u này ch là tấ ộ ề ỉ ương đ i, vìố

ta có th t o nên n ng đ khí trong l ng nh mong mu n n u tác đ ngể ạ ồ ộ ỏ ư ố ế ộlên h m t áp su t tệ ộ ấ ương ng Nh v y d ng khí hóa l ng sẽ hoàn toànứ ư ậ ạ ỏhòa tan trong ch t l ng.Thấ ỏ ường thì hòa tan ch t khí vào trong l ng sẽ phátấ ỏnhi t và đ hòa tan c a ch t khí sẽ gi m khi nhi t đ tăng Đệ ộ ủ ấ ả ệ ộ ường cong A và Etrên hình 6.1 cho th y đ hòa tan c a NH3 30°c và 10°c T inhi t đ sôiấ ộ ủ ở ạ ệ ộ

c a dung môi, đ hòa tan c a ch t khí sẽ b ng không.ủ ộ ủ ấ ằ

hình 2: Đ hòa tan c a amoniac trong nộ ử ươc

hình 3: Đ hòa tan c a CO2 trong nộ ủ ươc

2) H nhi u c u tệ ề ấ ử

N u m t h n h p khí đế ộ ỗ ợ ược cho ti p xúc v i ch t l ng, t i đi u ki n xácế ơ ấ ỏ ạ ề ệ

đ nh đ hòa tan cân b ng c a m i ch t khí sẽ đ c l p v i các ch t khí cònị ộ ằ ủ ỗ ấ ộ ậ ơ ấ

l i và đạ ược biểư ễ di n theo áp su t riêng ph n trong h n h p khí N u ch cấ ầ ỗ ợ ế ỉ ổ

m t câu t trong h n h p khí hòa tan vào ch t ng thì áp d ng độ ử ỗ ợ ấ ỉỏ ụ ược như

trường h p nguyên ch t Ví d , cũng trên hình 1 đợ ấ ụ ường cong A trình bày độhòa tan c a NH3 t trong hôn h p không khí - NH3 vào trong nủ ừ ợ ươc, vì khôngkhí không hòa tan vào nươc nên tr c tung ch bi u di n áp su t riêng ph nụ ỉ ể ễ ấ ầ

c a NH3 Trong trủ ường h p có nhi u câu t hòa tan vào ch t l ng, dung d chợ ề ử ấ ỏ ị

được xem ly tưởng khi các c u t hòa tan có cùng b n ch t v i ch t l ng Víấ ử ả ấ ơ ấ ỏ

d nh h n h p khí propan và butan hòa tan vào d u paraffin không bayụ ư ỗ ợ ầ

h i Ngoài ra đ hòa tan c a ch t khí còn ch u nh hơ ộ ủ ấ ị ả ưởng b i s hi n di nở ự ệ ệ

c a m t dung ch t không bay h i trong ch t l ng, ch ng h n dung d ch nủ ộ ấ ơ ấ ỏ ẳ ạ ị ươc

mu i, trong trố ường h p này dung d ch là không ly tợ ị ưởng

a) Dung d ch l ng lý t ị ỏ ưở ng

Khi pha l ng đỏ ược xem là ly tưởng ta có th tính để ược áp su t riêng ph nấ ầcân b ng c a ch t khí trong dung d ch v i ch t l ng H n h p khí ly tằ ủ ấ ị ơ ấ ỏ ỗ ợ ưởngcân b ng v i dung d ch ly t dng thì thành ph n c a dung ch t trong phaằ ơ ị ư ầ ủ ấkhí và pha l ng liên h v i nhau theo đ nh lu t Raoult t i m t nhi t đ xácỏ ệ ơ ị ậ ạ ộ ệ ộ

b) Dung d ch l ng không lý t ị ỏ ưở ng

Đường D và E trên hình 1 cho th y, các trấ ường h p S02 và NH3 hòa tanợvào nươc được tính theo đ nh lu t Raoult 10°c không kh p v i s li uị ậ ở ơ ơ ố ệ

th c nghi m Riêng đự ệ ường E ch phù h p v i th c nghi m t i n ng đ 0,06ỉ ợ ơ ự ệ ơ ồ ộ

ph n moi NH3 trong pha l ng Trong kho ngnày phầ ỏ ả ương trình c a đủ ường

th ng tuân theo đ nh lu t Henrry.ẳ ị ậ

(2)

v i m là h ng s cho m i ch t khí.ơ ằ ố ỗ ấ

Tuy nhiên, đ nh lu t Henry không đúng cho m t kho ng r ng n ng đ V iị ậ ộ ả ộ ồ ộ ơ

ch t khí ít hòa tan trong nấ ươc nh nitrogen, oxygen, đ nh lu t Henry đúng t iư ị ậ ơ

áp su t riêng ph n cân b ng 1atm] v i các ch t khí d ng h i (dấ ầ ằ ơ ấ ạ ơ ươi nhi tệ

đ t i h n) sẽ đúng t i áp su t riêng ph n b ng 50% áp su t bão hòa t iộ ơ ạ ơ ấ ầ ằ ấ ạnhi t đ cho trệ ộ ươc Trong trường h p b t kỳ, m đợ ấ ược xác đ nh b ng th cị ằ ựnghi m.ệ

b ng 1: H s Henry c a m t s ch t khí trong dung d chv i nả ệ ố ủ ộ ố ấ ị ơ ươc P.10^6mmHg

3) Cân b ng v t ch t cho quá trình h p thằ ậ ấ ấ ụ

Các phương trình cân b ng v t ch t và bi u di n các phằ ậ ấ ể ễ ương trình bàng đ thồ ị

đã được trình bày trong chương 4 cho m t quá trình truy n kh i b t kỳ đâyộ ề ố ấ ở

ta sẽ b sung cho quá trình h p thu.ổ ấ

a) Quá trình ngh ch dòng ị

hình 4:

hình 4 trình bày quá trình ti p xúc ngh ch dòng cho m t tháp b t kỳ G i G làế ị ộ ấ ọ

su t lấ ượng mol t ng c ng/h.(m2ti t di n tháp), y là ph n mol c a dung ch tổ ộ ế ệ ầ ủ ấkhu ch tán A, p là áp su t riêng ph n và Y là t s mol, Gir là su t lế ấ ầ ỉ ố ấ ượng mol

c a c u t tr /k m2 Ta có t i m t v trí b t kỳ trong tháp:ủ ấ ử ơ ạ ộ ị ấ

(3)

(4)

Tương t cho pha l ng: ự ỏ (5)

s góc là Ltr/Gtr và đi qua đi m (X1,Y1) N u thay X, Yb ng X 2,Y2 đố ể ế ằ ường

bi u di n cũng đi qua đi m (X 2,Y2) Để ễ ể ường làmvi c ch là đệ ỉ ường th ng khiẳ

vẽ theo t a đ t s ’ mol X, Y ho c t s kh i lọ ộ ỉ ố ặ ỉ ố ố ượng N u bi u di n theoế ể ễ

ph n moi ho c áp su t riêng ph n, đầ ặ ấ ầ ường làm vi c sẽ là đệ ường cong, phươngtrình khi đó là

(8)

hình 5: Đường làm vi c cho quá trình h p thu - nh khíệ ấ ả

Theo hình 6a, đường làm vi c ph i đi qua đi m D và ch m d t t i dệ ả ể ấ ứ ạ ường có tung

đ Yx N u su t lộ ế ấ ượng dung môi s d ng tử ụ ương ng v i đứ ơ ường DE, n ng đồ ộ

pha l ng trong dòng ra sẽ là X l N u lỏ ế ượng dung môi s d ng ít h n, thànhử ụ ơ

ph n pha l ng đi ra sẽ l n h n (đi m F) nh ng đ ng l c khu ch tán sẽ nhầ ỏ ơ ơ ể ư ộ ự ế ỏ

h n, quá trình th c hi n ph i cao h n Đơ ự ệ ả ơ ường làm vi c ng v i lệ ứ ơ ượng dung

m i t thi u khi ti p xúc v i đỏ ốỉ ể ế ơ ường cân b ng t i p T i p đ ng l cằ ạ ạ ộ ựkhu ch tán b ng khùng, th i gian ti p xúc pha kh ng xáo đ nh và tháp cóế ằ ờ ế ố ịchi u cao không xác đ nh đi u này là đi u ki n gi i h n cho lề ị ề ề ệ ơ ạ ượng đung môi

s đ ng.n khó h n, th i gian ti p xúc pha sẽ lâu h n, do đó thi t b h pử ụ ơ ờ ế ơ ế ị ấ

th ụ

hình 6: Lượng dung môi t i thi u cho quá trình h p thuố ể ấ

Thường thì đường cân b ng lõm nh hình 6.6b, đằ ư ường làm vi c ng v i lệ ứ ơ ượngđung môi t i thi u tố ể ương ng v i n ng đ dòng l ng ra cân b ng v i n ng đứ ơ ồ ộ ỏ ằ ơ ồ ộdòng khí vào Nh v y ta cóư ậ

(9)

v i X1ơ max là n ng đ ra c a pha ng c c đ i ng v i lồ ộ ủ ỉỏ ự ạ ứ ở ượng dung môit i thi uố ểhay n ng đ ra c a pha l ng cân b ng v i n ng đ vào c a pha khí.ồ ộ ủ ỏ ằ ơ ồ ộ ủ

Trong th c t lự ế ượng dung môi s đ ng luôn l n h n lử ụ ơ ơ ượng đung môi t i thi uố ể

và n ng đ ra c a pha l ng nh h n n ng đ c c đ i.Nguyên t c này cũng ápồ ộ ủ ỏ ỏ ơ ổ ộ ự ạ ắ

đ ng cho quá trình nh khí khi đụ ả ường làm vi c ti p xúc v i đệ ế ơ ường cân b ng sẽằcho t s l ng/khí c c đ i và n ng đ dòng khí ra à c c đ i.ỉ ố ỏ ự ạ ồ ộ ỉ ự ạ

b) Quá trình cùng chi u: ề

Khi pha khí và pha l ng chuy n d ng cùng chi u nh hình 7, đỏ ế ộ ề ư ường làm

vi c có h s góc âm –Lệ ệ ố tr/Gtr T s này không có gi i h n nh ng chi u cao thápỉ ố ơ ạ ư ề

sẽ không xác đ nh khi n ng đ hai pha ra đ t cân b ng (Xe,Ye),Tháp có haiị ồ ộ ạ ằpha chuy n đ ng cùng chi u để ộ ề ược s d ng khi tháp quá cao và đử ụ ược phânthành hai tháp đê ti t ki m đế ệ ường ng d n khí thố ẫ ường có đường kính khá

n Nó cũng có th đ c dùng cho c u t hòa tan là nguyên ch t/

hình 7: : Tháp h p thu: hai pha chuy n đ ng cùng chi uấ ể ộ ề

hình 8; Tháp ngh ch chi u cùng chi u cho trị ề ề ường h ptháp khá cao.ợ

4) nh hẢ ưởng c a nhi t đ và áp su t lên quá trình h p thủ ệ ộ ấ ấ ụ

Nhi t đ và áp su t là nh ng y u t quan tr ng nh hệ ộ ấ ữ ế ố ọ ả ưởng lên quá trình h pấ

th , mà ch y u nh hụ ủ ế ả ưởng lên tr ng thái cân b ng và đ ng l c c a quá trình.ạ ằ ộ ự ủ

hình 9; : nh hẢ ưởng c a nhi t đ và áp su t lên quá trình h p th ủ ệ ộ ấ ấ ụ

(a) nh hả ưởng c a nhi t đ t1<t2<t3 (b) nh hủ ệ ộ ả ưởng c a áp su t P1>P2>P3ủ ấ

T phừ ương trình Henry ta th y khi nhi t đ tăng thì h s Henry tăng, đấ ệ ộ ệ ố ườngcân b ng sẽ d ch chuy n v phía tr c tung (hình 9a) Vì v y, n u đằ ị ể ề ụ ậ ế ường n ng đồ ộlàm vi c AB không đ i thì đ ng l c trung bình gi m, do đó cệ ổ ộ ự ả ường đ truy n ch tộ ề ấcũng gi m theo N u ti p t c tăng nhi t đ , ví d đ n t3 thì không nh ng đ ngả ế ế ụ ệ ộ ụ ế ữ ộ

l c trung bình gi m mà ngay c quá trình cũng không 54 th th c hi n đự ả ả ể ự ệ ược (vì

đường cân b ng và đằ ường làm vi c c t nhau, nên không th đ t đệ ắ ể ạ ược n ng đồ ộ

cu i Xc) Đó là s nh hố ự ả ưởng x u c a nhi t đ Tuy nhiên, khi nhi t đ tăng thìấ ủ ệ ộ ệ ộ

đ nh t c a dung d ch gi m (có l i v i trộ ơ ủ ị ả ợ ơ ường h p tr l c ch y u trong phaợ ở ự ủ ế

l ng), v n t c khí tăng, cỏ ậ ố ường đ truy n ch t cũng tăng theo Đó là s nhộ ề ấ ự ả

hưởng t t c a nhi t đ ố ủ ệ ộ

Trong trường h p tăng áp su t, ta th y h s cân b ng sẽ gi m, do đó dợ ấ ấ ệ ố ằ ả ườngcân b ng sẽ d ch chuy n d n v phía tr c hoành, t c đ ng l c trung bình sẽằ ị ể ầ ề ụ ứ ộ ựtăng, quá trình truy n ch t sẽ t t h n Nh ng s tăng áp su t luôn luôn kèm theoề ấ ố ơ ư ự ấ

s tăng nhi t đ , nên nó cũng gây nh hự ệ ộ ả ưởng x u đ n quá trình h p th M tấ ế ấ ụ ặkhác, tăng áp su t cũng gây khó khăn v m t thi t b Do v y, ch s d ng quáấ ề ặ ế ị ậ ỉ ử ụtrình h p th áp cao đ i v i nh ng khí khó hòa tan, ví d h p th CO2 b ngấ ụ ở ố ơ ữ ụ ấ ụ ằ

nươc ti n hành áp su t kho ng 17at, ho c thu h i CO áp su t 120atm, ế ở ấ ả ặ ồ ở ấ5) Tháp h p thấ ụ

Trong s n xu t có th dùng nhi u lo i thi t b khác nhau đ th c hi n quáả ấ ể ề ạ ế ị ể ự ệtrình h p thu Tuy nhiên, yêu c u c b n c a thi t b v n là di n tích b m tấ ầ ơ ả ủ ế ị ẫ ệ ề ặ

ti p xúc pha ph i l n đ tăng hi u su t c a quá trình Sau dây ta xét hai lo iế ả ơ ể ệ ấ ủ ạtháp h p thu là tháp mâm và tháp chêm.ấ

a) Tháp mâm

Đ xác đ nh s mâm ly thuy t c n thi t cho quá trình h p thu, để ị ố ế ầ ế ấ ường làm

vi c và dệ ường cân b ng thằ ường được vẽ theo t a đ X, Y và s mâm ly thuy tọ ộ ố ế

được xác đ nh nh hình 10 V i tháp nh khí, xác đ nh tị ư ơ ả ị ương t v i đự ơ ườnglàm vi c n m dệ ằ ươ ười đ ng cân b ng.ằ

hình 10: Xác đ nh s mâm ly thuy t cho tháp h p thuị ổ ế ấ

bi n đ i L/G hay do s bi n đ i c a đ hòa tan theo n ng đ hay nhi t đ ta sẽế ổ ự ế ổ ủ ộ ồ ộ ệ ộdùng giá tr trung bình c a giá tr A t i đ nh và đáy tháp N u A bi n đ iị ủ ị ạ ỉ ế ế ổnhi u, ta ph i tính b ng d th ho c th c hi n phép tính cho t ngề ả ằ ồ ị ặ ự ệ ừmâm.Th a s h p thu Aừ ố ấ

Th a s h p thu A ừ ố ấ

- L/mG là t sô" gi a h s góc đỉ ữ ệ ố ường làm vi c v i h s góc đệ ơ ệ ố ường cân

b ng Giá tr A nh h n 1 cho th y m c đ h p thu b gi i h n V i giá tr Aằ ị ỏ ơ ấ ứ ộ ấ ị ơ ạ ơ ị

l n h n 1, ta có th đ t đơ ơ ể ạ ược m c đ h p thu nh t đ nh n u tháp có đứ ộ ấ ấ ị ế ủmâm V i m t ĩĩì c đ h p thu xác đ nh t lơ ộ ứ ộ ấ ị ừ ượng khí c đ nh, khi A tăng lố ị ượng

l ng s d ng nhi u h n, do đó, làm dung d ch ra kh i tháp có n ng đ loãng.ỏ ử ụ ề ơ ị ỏ ồ ộCùng lúc đó, s mâm gi m, chi phí cho thi t b gi m T nh ng giá tr ngh chố ả ế ị ả ừ ữ ị ị

bi n này, ta th y trong t t c các trế ấ ấ ả ường h p sẽ có m t giá tr c a A, hayợ ộ ị ủLIG, cho ta quá trình h p thu kinh t nh t.ấ ế ấ

Qúa trình không đ ng nhi t ẳ ệ

Nhi u tháp h p thu và nh khí ho t đ ng v i đi u ki n n ng đ c a dung ch tề ấ ả ạ ộ ơ ề ệ ồ ộ ủ ấtrong hai pha là th p, di u này phù h p v i gi s là quá trình đ ng nhi t.ấ ề ợ ơ ả ử ẳ ệ

Nh ng trong th c t quá trình h p thu thư ự ế ấ ường phát nhi t, và khi m t sô' lệ ộ ượng

l n dung ch t khí b h p thu vào pha l ng t o nên m t dung d ch đ m đ c,ơ ấ ị ấ ỏ ạ ộ ị ậ ặkhi đó không th b qua hi u ng nhi t N u quá trình h p thu làm t ngể ỏ ệ ứ ệ ế ấ ầnhi t đ pha l ng đáng k , đ hòa tan cân b ng c a pha l ng sẽ b gi mệ ộ ỏ ể ộ ằ ủ ỏ ị ả

v năng su t c a tháp h p thu b g m (hay ph i s d ng su t lằ ấ ủ ấ ị ỉẳ ả ử ụ ấ ượng pha

l ng l n h n) N u nhi t phát ra quá nhi u, ph i ti n hành làm ngu i trongỏ ơ ơ ế ệ ề ả ế ộtháp ho c đ a pha l ng ra ngoài đ làm ngu i r i đ a tr vào tháp Trặ ư ỏ ể ộ ồ ư ở ường

h p nh khí, quá trình thu nhi t làm gi m nhi t đ pha l ng.ợ ả ệ ầ ệ ộ ỏ

Xét tháp mâm nh hình 11 N u Qt (kJ/h) là lư ế ượng nhi t l y ra toàn b thápệ ấ ở ộthì cân b ng enthalpy cho toàn b tháp là:ằ ộ

(10)

v i H là enthalpy (kj/mol) c a m i dòng n ng đ và nhi t đ xácđ nh soơ ủ ỗ ở ồ ộ ệ ộ ị

v i cùng m t nhi t đ chu n:ơ ộ ệ ộ ẩ

(11)Công th c (11) bi u di n enthalpy c a dung d ch l ng có n ng đ X phânứ ể ễ ủ ị ỏ ồ ộmol và nhi t đ so v i nhi t đ chu n tệ ộ ơ ệ ộ ẩ 0.∆H s là nhi t hòatan c a dungệ ủ

d ch ng v i n ng đ và nhi t đ c a đung d ch N u phát nhi t ∆Hs < 0 N uị ứ ơ ồ ộ ệ ộ ủ ị ế ệ ếdung ch t là ch t khí 0,1 atm thì enthalpy c a pha khí ch có s h ng Cq và t ấ ẫ ở ủ ỉ ố ạ

V i dung d ch ly tơ ị ưởng ∆Hs =0 và enthalpy c a dung d ch là t ng enthalpy c aủ ị ổ ủcác c u t riêng bi t N u dung d ch l ng ly tấ ử ệ ế ị ỏ ưởng được t o nên t dungạ ừ

ch t khí thì nhi t phát ra b ng nhi t lấ ệ ằ ệ ượng riêng ng ng t c a dung ch t h pư ụ ủ ấ ấthu

N u quá trình là đo n nhi t Q( trong (10) b ng không, nhi t đ dòng l ng raế ạ ệ ằ ệ ộ ỏ

sẽ cao h n nhi t đ vào do nhi t dung d ch Thi t k tháp h p thu trongơ ệ ộ ệ ị ế ế ấ

trường h p này ph i đợ ả ược tính t ng mâm t đáy đ n đ nh Cân b ng v từ ừ ế ỉ ằ ậ

ch t t ng c ng và dung ch t t đáy cho t i mâm th n là:ấ ổ ộ ấ ừ ơ ứ

đi u ki n làm vi c t i m t vi trí nào đó trong tháp.ố ệ ệ ạ ộ

Chi u cao tề ương đương m t mâm ly thuy tộ ế

Phương pháp đ n gi n đ thi t k tháp chêm là b qua s khác bi t gi aơ ả ể ế ế ỏ ự ệ ữquá trình ti p xúc pha theo b c và quá trình ti p xúc pha liên t c S mâm lyế ậ ế ụ ốthuy t xác đ nh cho m t s thay d i n ng đ cho trế ị ộ ự ổ ồ ộ ươc dược tính theo hình

10, sau đó nhân v i đ i lơ ạ ượng g i là chi u cao tọ ề ương đương v i m t mâmơ ộ]y thuy t Htd đ đế ể ược chi u cao c n thi t c a tháp chêm Htđ đề ầ ế ủ ược xác

đ nh b ng th c nghi m cho t ng trị ằ ự ệ ừ ường h p riêng bi t và thay đ i theoợ ệ ổ

đi u ki n ti p xúc gi a hai pha (kích thề ệ ế ữ ươc, tính ch t c a v t chêm, su tấ ủ ậ ấ

lượng và n ng đ m i dòng) Tuy nhiên, vì phồ ộ ỗ ương pháp này không gi iảthích được s khác bi t c b n trong ho t đ ng gi a tháp mâm và thápự ệ ơ ả ạ ộ ữchêm nên thường không đượ ử ục s d ng

Phương trình thi t k cho quá trình h p thu m t c u tế ế ấ ậ ẩ ử

III) ng d ng trong quá trình x ly nƯ ụ ử ươc.

X ly nử ươc th i và nả ươc c p có t m quan tr ng r t l n không ch đ i v i môiấ ầ ọ ấ ơ ỉ ố ơ

trường t nhiên mà còn đ i v i s c kh e con ngự ố ơ ứ ỏ ười M c s ng ngứ ố ười dân ngày

m t tăng đ i h i ch t lộ ồ ỏ ấ ượng nươc được x ly cũng tăng theo Đ c bi t là t khiử ặ ệ ừ

có các lu t , quy đ nh v ch t lậ ị ề ấ ượng nươc th i Các doanh nghi p, xả ệ ưởng côngnghi p cũng đã đ u t các h th ng x ly nệ ầ ư ệ ố ử ươc th i đ t tiêu chu n theo quyả ạ ẩ

đ nh H p ph , trong hóa h c là quá trình x y ra khi m t ch t khí hay ch t l ngị ấ ụ ọ ả ộ ấ ấ ỏ

b hút trên b m t m t ch t r n x p Ch t khí, h i hay ch t hòa tan đị ề ặ ộ ấ ắ ố ấ ơ ấ ược g i làọ

ch t b h p ph (adsorbate), ch t r n x p dùng đ hút khí, h i hay ch t hòa tanấ ị ấ ụ ấ ắ ố ể ơ ấ

g i là ch t h p ph (adsorbent) và nh ng khí không b h p ph g i là khí tr ọ ấ ấ ụ ữ ị ấ ụ ọ ơ

Quá trình ngượ ạ ủc l i c a h p ph g i là quá trình gi i h p ph hay nh h p ph ấ ụ ọ ả ấ ụ ả ấ ụCác ch t h p ph nh là than ho t tính , zeolite, silicagel đấ ấ ụ ư ạ ược s d ng nhi uử ụ ềtrong các công ngh x ly nệ ử ươc c p và nấ ươc th i Giai đo n l c thả ạ ọ ường là giai

đo n ng d ng h p ph đ l c đi các t p ch t , ch t b n , ch t ô nhi m sau khiạ ứ ụ ấ ụ ể ọ ạ ấ ấ ẩ ấ ể

nươc đã đượ ửc x ly c p m t và c p hai H p ph không ch đấ ộ ấ ấ ụ ỉ ượ ức ng d ng trongụcác công trình x ly nử ươc cho thành ph hay công ty xí nghi p mà còn đố ệ ược sử

d ng cho l c nụ ọ ươc trong nhà dân nh vòi l c , bình l c Thông qua chuyên đ “ư ọ ọ ề

ng d ng c a h p ph trong x ly n c” , chúng tôi s gi i thi u v c ch h p

Nươc ch a nh ng ch t h u c hòa tan không th b lo i b b ng t o bôngứ ữ ấ ữ ơ ể ị ạ ỏ ằ ạ

c n hay l c cát Các h p ch t h u c hòa tan này bao g m :ặ ọ ợ ấ ữ ơ ồ

Đi u này đ đ đáp ng yêu c u nề ủ ể ứ ầ ươc u ng cho đ đ c , mùi , v …ố ộ ụ ị

Do s phát hi n thu c b o v th c v t trong nự ệ ố ả ệ ự ậ ươc u ng d n đ n vi c x lyố ẫ ế ệ ử

nươc truy n th ng không còn đáp ng tiêu chu n n a Ngoài ra chlorine có thề ố ứ ẩ ữ ểtác d ng v i các ch t h u c và hình thành THMs là ch t đ c.ụ ơ ấ ữ ơ ấ ộ

Các ch t đ c này có th b lo i b b i carbon ho t tính V n đ là các carbonấ ộ ể ị ạ ỏ ở ạ ấ ề

ho t tính liên t c b bão hòa b i THMs và c n đạ ụ ị ở ầ ược tái sinh thường xuyên

T t nh t là nên ngăn ch n s hình thành THMs b ng cách gi m n ng đ ch tố ấ ặ ự ằ ả ồ ộ ấ

h u c trữ ơ ươc khi cho chlorine vào Carbon ho t tính là m t ch t có n ng đạ ộ ấ ồ ộcarbon cao

Dươi nhi t đ cao, m t ph n carbon trong v t li u này chuy n hóa thành COệ ộ ộ ầ ậ ệ ể

và nươc Đó là ly do t i sao carbon có c u trúc m ạ ấ ở

Các ch t h u c chuy n t pha l ng sang b m t c a carbon Các h p ch tấ ữ ơ ể ừ ỏ ề ặ ủ ợ ấ

h u c đữ ơ ược v n chuy n sâu h n vào carbon đ g n vào các l r ng.ậ ể ơ ể ắ ỗ ổ

S h p ph ch t h u c không ph i là vô h n Có s cân b ng gi a n ng đự ấ ụ ấ ữ ơ ả ạ ự ằ ữ ồ ộcác h p ch t hòa tan trong nợ ấ ươc và lượng c a ch t b h p ph vào carbon Khiủ ấ ị ấ ụ

có các h p ch t h u c khác nhau hi n di n trong nợ ấ ữ ơ ệ ệ ươc, s c nh tranh x y ra.ự ạ ảCác h p ch t đã đợ ấ ược h p ph t t sẽ chi m các v trí h p ph mà không th sấ ụ ố ế ị ấ ụ ể ử

d ng b i các ch t b h p ph kém h n Các phân t h u c l n có th ch n cácụ ở ấ ị ấ ụ ơ ử ữ ơ ơ ể ặ

l nh , t đó ch n các phân t h u c nh h n đi vào các l r ng nh này.ỗ ỏ ừ ặ ử ữ ơ ỏ ơ ỗ ổ ỏ

Sau m t kho ng th i gian thì carbon ho t tính b b o hòa v i các ch t h u cộ ả ờ ạ ị ả ơ ấ ữ ơ

b h p ph và c n đị ấ ụ ầ ược làm s ch ( tái sinh ) b ng cách tháo l p carbon kh i chạ ằ ơ ỏ ổ

đ t và nung nóng nó đ n 1000oC Tái sinh thặ ế ường được th c hi n sau nhi u l nự ệ ề ầ

s d ng.ử ụ

L c carbon ho t tính v n hành nh là l c cát Ch y u là dòng ch y xu ng.ọ ạ ậ ư ọ ủ ế ả ố

L c m đọ ở ược áp d ng đ tránh các h t carbon m n b r a trôi đi.ụ ể ạ ị ị ử

Vì th i gian ti p xúc là y u t quan tr ng đ quy t đ nh hi u qu lo i b , bơ ế ế ố ọ ể ế ị ệ ả ạ ỏ ể

l c thọ ường được thi t k v i l p l c d y đ gi m di n tích xây d ng Vì v y ,ế ế ơ ơ ọ ầ ể ả ệ ự ậ

l c carbon ho t tính không th ho t đ ng nh tr ng l c đọ ạ ể ạ ộ ờ ọ ự ược mà c n ph i cóầ ảthêm công đo n b m.ạ ơ