D tính toán tháp hấp thu

Độ hòa tan của chất khí trong chất lỏng• Độ hòa tan là nồng độ bão hòa của chất khí trong pha lỏng g/L, mol/L; • Mỗi cặp chất khí và chất lỏng khác nhau sẽ có độ hòa tan khác nhau và đượ

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THÁP HẤP THU

KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI

Độ hòa tan của chất khí trong chất lỏng

• Độ hòa tan là nồng độ bão hòa của chất khí trong pha

lỏng (g/L, mol/L);

• Mỗi cặp chất khí và chất lỏng khác nhau sẽ có độ hòa tan khác nhau và được xác định bằng thực nghiệm,

• Độ hòa tan của chất khí trong nước giảm khi nhiệt độ

tăng và ngược lại,

• Độ hòa tan của chất khí trong dung môi hữu cơ tăng theo

nhiệt độ,

• Tại nhiệt độ sôi của dung môi, độ hòa tan của chất khí

bằng không,

Độ hòa tan của chất khí trong nước

Độ hòa tan của chất khí trong nước

Áp suất hơi (vapour pressure)

• Áp suất hơi (còn gọi là áp

suất hơi bão hòa) là áp suất

gây ra bởi pha hơi ở trạng

thái cân bằng nhiệt động

với pha lỏng (hoặc rắn) ở 1

Định luật Raoult

• Áp suất hơi của 1 dung dịch lý tưởng phụ thuộc trực tiếp

vào áp suất hơi của từng cấu tử và phần mol của cấu tử đó trong dung dịch,

• Khi các cấu tử trong dung dịch đạt cân bằng với pha hơi,

P

p* = Áp suất riêng phần của

chất ô nhiễm trong pha khí

tại trạng thái cân bằng pha,

H = Hệ số Henry

x = Nồng độ phần mole của

chất ô nhiễm trong pha lỏng

tại trạng thái cân bằng pha,

Đơn vị của H : atm/mole

fraction

VP= áp suất hơi (atm)

M = phân tử lượng của chất khí (g/mol)

S = độ hòa tan của chất khí trong chất lỏng (g/m3)

S M

VP

Độ hòa tan của các chất khí trong nước

Hệ số Henry của các chất khí trong nước

Áp suất riêng phần của SO2 (mm Hg) tại bề mặt

Mole fraction of SO2 in water

0.002

0

0.006 0.010 0.014

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Hệ số Henry của các chất khí trong nước

• Dữ liệu trong bảng thể hiện độ hòa tan SO2 trong nước ở

303  K (30  C) và 101,3 kPa (760 mm Hg), hãy áp dụng ĐL Henry để vẽ đường cân bằng giữa hai pha lỏng-khí,

Nồng độ SO 2 (gSO 2 /100gH 2 O) (Áp suất riêng phần SO p*SO 2 2 )

0,5 6 kPa (42 mmHg) 1,0 11,6 kPa (85 mmHg) 1,5 18,3 kPa (129 mmHg) 2,0 24,3 kPa (176 mmHg) 2,5 30,0 kPa (224 mmHg) 3,0 36,4 kPa (273 mmHg)

Ví dụ 1: VẼ ĐƯỜNG CÂN BẰNG

O H mole +

dich dung

trong SO

mole

dich dung

trong SO

mole

=

x

2 2

2

+5.55 64

0.5 64

0.5

= x

y = 42.69x R² = 0.999

0.000 0.050 0.100 0.150 0.200 0.250 0.300 0.350 0.400

ĐƯỜNG CÂN BẰNG Ở 30oC

LiquidING

tr c

tr d

G

L Y

GasOUT

LiquidING

tr m c

tr m d

tr m

tr m c

G

L Y

X2Y2

Xmax, Y1 B

X, mole fraction of solute in liquid phase

Slope of the actual operating line = Lm _

Đường làm việc tối thiểu A

-Đường làm việc thực tế A-C

Tỉ lệ L/G thực tế

VẼ ĐƯỜNG CÂN BẰNG

x m

) 1

M

X m

M

M Y

C

A B

A

) 1

B: cấu tử trơ pha khí

C: cấu tử trơ pha lỏng

m= H/P

Tính đường kính tháp hấp thu

ytb

tb

V D

Trong đó:

D : đường kính tháp hấp thu, m

Vtb: lưu lượng trung bình pha khí, m3/h

ωtb: tốc độ pha khí trung bình trong tháp, m/s

Gtb: lưu lượng trung bình pha khí, kg/h

ytb ytb

tb ytb

V D

Lưu lượng trung bình pha khí

Trong đó:

Vd : lưu lượng hỗn hợp khí đầu vào, m3/h

Vc : lưu lượng hỗn hợp khí đầu ra, m3/h

Gd : lưu lượng hỗn hợp khí đầu vào, kg/h

Gc : lưu lượng hỗn hợp khí đầu ra, kg/h

2 2

2

tb

G G

G

G

2 2

2

tb

V V

V V

Khối lượng riêng trung bình pha khí

Trong đó:

ρytb : klr trung bình hỗn hợp khí ở điều kiện làm việc, kg/m3

ρd : klr hỗn hợp khí đầu vào ở điều kiện làm việc, kg/m3

ρc : klr hỗn hợp khí đầu ra ở điều kiện làm việc, kg/m3

2

c d

ytb





Khối lượng riêng pha khí (hỗn hợp khí)

Trong đó:

ρd : klr hỗn hợp khí đầu vào ở điều kiện làm việc (T), kg/m3

ρc : klr hỗn hợp khí đầu ra ở điều kiện làm việc (T), kg/m3

 

T

M y

M

d

273 4

22

M

yc A c B

c

273 4

22

Tốc độ pha khí trung bình trong tháp

Trong đó:

ωgh : vận tốc giới hạn (đảo pha, ω’s), m/s

σđ : diện tích bề mặt riêng của đệm, m2/m3

g : gia tốc trọng trường, 9,81 m/s2

Vđ : thể tích rỗng của đệm, m3/m3

μx : độ nhớt của pha lỏng ở nhiệt độ trung bình, N.s/m2

μn : độ nhớt của nước ở nhiệt độ 20oC, Ns/m2

1 16

, 0 3

2

75 , 1 022 ,

tb n

x xtb

đ

ytb đ

Thông số vật liệu đệm

Tính chiều cao tháp theo lý thuyết

Chiều cao tháp đệm:

Số đơn vị truyền khối:

Chiều cao đơn vị truyền khối : h0

Y

d m

*

0

h m

H  Y 

Tính chiều cao tháp theo lý thuyết

Chiều cao đơn vị truyền khối : h0

= chiều cao tương đương của 1 đv truyền khốitheo pha lỏng và pha khí;

m : hệ số phân phối, bằng hệ số góc của tiếp tuyếnvới đường cân bằng;

X tb

Y

h ,

Tính chiều cao tháp theo lý thuyết

Tính toán chiều cao tháp

Trong đó:

H : tổng chiều cao đệm, m

NOY : số đơn vị (bậc) truyền khối

Hđv : chiều cao đơn vị truyền khối, m

hy : chiều cao đơn vị truyền khối theo pha khí, m

hx : chiều cao đơn vị truyền khối theo pha lỏng, m

m : độ dốc tiếp tuyến với đường cân bằng

Gtb : kg/s

Ltb : kg/s

đv

OY H N

tb

tb y

L

mG h

Chiều cao đơn vị truyền khối theo pha khí

Rey : chuẩn số Reynold pha khí

Pry : chuẩn số Prandl pha khí

67 0 25

0

Pr

đ

đ y

Hệ số thấm ướt (ST QTTB II – 177-178)

Trong đó:

Vx : lưu lượng thể tích chấtlỏng, m3/h

Ft : diện tích mặt cắt tháp, m2

h m

m F

V U

t

x

tt  , 3 / 2

h m m

B

Mật độ tưới thực tế:

Mật độ tưới thích hợp:

Chuẩn số reynold pha khí STQTTB II-178

ytb ytb

A A

A A

Chiều cao đơn vị truyền khối theo pha lỏng

Trong đó:

hx : chiều cao đvtk theo pha lỏng, m

ρx : khối lượng riêng của pha lỏng, kg/m3

g : gia tốc trọng trường, 9,81 m/s2

µx : độ nhớt trung bình của pha lỏng, N,s/m2

Prx : chuẩn số Prandl của pha lỏng

Rex: chuẩn số Reynold của pha lỏng

5 0 25

0 3

Chuẩn số Reynold theo pha lỏng

Trong đó:

hx : chiều cao đvtk theo pha lỏng, m

ρx : khối lượng riêng của pha lỏng, kg/m3

g : gia tốc trọng trường, 9,81 m/s2

µx : độ nhớt trung bình của pha lỏng, N,s/m2

Prx : chuẩn số Prandl của pha lỏng

Rex: chuẩn số Reynold của pha lỏng

đ x

tb x

0

4 Re

Tính chiều cao tháp theo lý thuyết

Chuẩn số Prandl

Trong đó:

Dx : hệ số khuếch tán phân tử khí (bị hấp thu) trong pha khí, m2/s

Dy : hệ số khuếch tán của phân tử khí (bị hấp thu) trong pha lỏng,

m2/s

x x

x x

y y

Công thức 4,18

) Y - Y)(Y -

(1

dY aP

2



Với:

K g = Hệ số truyền khối tổng quát của pha khí (Overall gas

film coefficient )( g mole/h•m 2 •Pa )

Z = Chiều cao phần đệm (Height of packing), m G* = Lưu lượng khối lượng pha khí qua 1 đơn vị diện tích

tiết diện ngang của TB tại trạng thái ngập lụt (lb m /ft 2 •s)

a = Diện tích bề mặt phân chia pha, m 2

P = Áp súât của hệ thống, kPa

Y = Nồng độ phần mole chất ô nhiễm không khí CON

(4,18)

) (HTU).(NTU

N OG = Số đơn vị truyền khối pha khí dựa theo hệ số truyền khối tổng

quát của pha khí

H OG = Chiều cao 1 đơn vị truyền khối pha khí dựa theo hệ số truyền

khối tổng quát của pha khí, m

N OL = Số đơn vị truyền khối pha lỏngdựa theo hệ số truyền khối tổng

quát của pha lỏng

H OL = Chiều cao 1 đơn vị truyền khối pha lỏng dựa theo hệ số truyền

khối tổng quát của pha lỏng , m

.H N

= H