HẤP THỤTT QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CNHH CTU

• Khảo sát ảnh hưởng của vận tốc khí và lỏng lên tổn thất áp suất độ giảm áp khi qua cột.. Xc Trong đó: Gtr : Lượng khí trơ không đổi khi vận hành, kmol/h L : Lượng dung môi không đổi kh

HẤP THỤ

1 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

• Khảo sát trở lực của tháp đệm và hiệu suất hấp thụ

• Khảo sát ảnh hưởng của vận tốc khí và lỏng lên tổn thất áp suất (độ giảm áp) khi qua cột

2 LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN

2.1 Hiệu

suất hấp thụ

đ

c đ

Y

Y Y

H = −

Trong đó:

Yđ,Yc : Nồng độ đầu và cuối của khí bị hấp thụ tính trên lượng khí trơ pha trộn, (kmol/kmol khí trơ) Liên hệ qua phương trình cân bằng vật liệu:

Gtr Yđ + L Xđ = Gtr Yc + L Xc

Trong đó:

Gtr : Lượng khí trơ không đổi khi vận hành, kmol/h

L : Lượng dung môi không đổi khi vận hành, kmol/h

Yđ,Yc :Nồng độ đầu và cuối của khí bị hấp thụ tính trên lượng khí trơ pha trộn, kmol/kmol khí trơ

Xđ,Xc : Nồng độ đầu và cuối của khí bị hấp thụ trong dung môi, kmol/kmol dung môi

2.2 Nhiệt

hấp thụ

Ta có: c đ C(X c X đ)

q T

) (

đ c

đ c

X X

T T C q

−

−

=

Trong đó:

Tc, Tđ : nhiệt độ dung dịch trước và sau hấp thụ(oC)

q: nhiệt phát sinh của một mol cấu tử bị hấp thụ (cal/mol).

C : Nhiệt dung riêng dung môi(cal/mol độ)

3 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN

3.1 Kết

quả đo được

− Lưu lượng dung môi (Qdm): 50 L/h

− Lưu lượng không khí (Qkk): 700 NL/h

− Lưu lượng khí CO2 (QCO2): 400 NL/h

− Áp suất không khí vào (pkk): 14.5 psi

− Áp suất khí CO2 (pCO2): 15 psi

− Độ chênh lệch áp : 30 mmH2O

Bảng 1: Nhiệt độ hiển thị trên các sensor

Bảng 2: Áp suất

Áp suât

Áp suất khí không khí vào

(bar)

1

Bảng 3: Thể tích HCl dùng để chuẩn độ mẫu

(mL)

9.03

3.2 Tính

thành phần ra của khí

Ta có công thức chuyển đổi lưu lượng:

Q (m3/h) = Q (Nm3/h)

P: áp suất tính theo đơn vị bar

P = Po + Pđo(dư) với Po = 0.981bar

T: Nhiệt độ của khí tính theo nhiệt độ tuyệt đối

• Đối với khí trơ (không khí):

TE2 = 30,9oC⇒T = 30,9 +273 = 303,9 K

Pdư = 1 bar ⇒ P = 0.981 + 1= 1.981 bar

Qtr = 700 (NL/h) ⇒ Q (m3/h) = 700×10-3× = 0.399 m3/h

Tra bảng: Khối lượng riêng của không khí ở điều kiện tiêu chuẩn (0oC, 1at) ta tra được: = 1,293 Kg/m3

Po =1 at = 0,981 bar

Vậy ta có khối lượng riêng của không khí ở nhiệt độ TE2 = 30.9oC là:

= 1,293× = 2.346 Kg/m3

Lượng khí trơ cung cấp:

Lượng khí CO2 trong không khí chiếm 0,03%

Lượng khí trơ sẽ bằng lượng không khí trừ lượng khí CO2 có trong không khí

 = Gkk – Gkk.0,03% = 0,0323-0,0323x0,03% = 0.0323 kmol/h

• Đối với khí CO 2 :

TE2 = 30.9oC⇒T = 30.9 +273 = 303.9 K

P = 1,034 bar ⇒ P = 0.981 + 1,034 = 2.015 bar

Q = 400 (NL/h) => Q (m3/h) = 400×10-3× = 0.224 m3/h

Tra bảng: Khối lượng riêng của khí CO2 ở điều kiện tiêu chuẩn (0oC, 1at) ta tra được: = 1,9768 Kg/m3, Po = 0,981 bar

Vậy ta có khối lượng riêng của khí CO2 ở nhiệt độ TE2 = 30.9oC là:

= 1,9768* = 3.648 Kg/m3

Lượng khí CO2:

 = + 0,03%.Gtr

 = + 0,03%.0.0322 = 0,0186 Kmol/h

• Vậy ta được:

= = = 0,57 kmol /kmol kk

• Xác định X đ : Giả sử dung môi đi vào quá trình hấp thụ là tinh khiết,

không lẫn CO2, ta có Xđ = 0

• Xác định X c :

O H

CO c

n

n X

2

2

=

Từ kết quả chuẩn độ ta được thể tích trung bình của HCl: VHCl = 9.03 mL Phương trình phản ứng:

2NaOH + CO2→ Na2CO3 + H2O

Thể tích NaOH phản ứng với CO2: VNaOH = 10 –9.03 = 0.97 mL

⇒nNaOH = VNaOH CM = 0.97 10-3 0.1 = 9.7 10-5 (mol)

Từ phương trình phản ứng ta được:

⇒ nCO2 = = = 4,8510-5 (mol)

Ở 29oC khối lượng riêng của nước là 995,98 (kg/m3).

Ở 30oC khối lượng riêng của nước là 995,68 (kg/m3)

Nội suy, ta được khối lượng riêng của nước ở TE10 = 29.7oC là 995,77 (kg/m3)

= = = 5,53.10-4 kmol = 0,553 mol

 XC = = = 8.77*10-5 (mol CO2/mol dung môi)

3.3 Tính

lưu lượng dung môi L:

Ta có G = 50 (L/h)

Khối lượng riêng của nước ở TE1=30,9oC xác định bằng cách nội suy từ bảng khối lượng riêng của H2O: 995,401 (kg/m3)

Ldm= = = 2,765 kmol/h

3.4 Tính

Y c :

Dựa vào phương trình cân bằng vật chất:

GtrYđ + LXđ = GtrYc + LXc

= 0,562 (kmol CO2/kmol khí trơ)

3.5 Tính

hiệu suất tháp

Với Yđ = 0,57 (kmol CO2/kmol khí trơ)

Yc = 0,562 (kmol CO2/kmol khí trơ)

 H = = = 0,014= 1,4 %

Vậy hiệu suất trong quá trình hấp thụ trong thí nghiệm là 1,4 %

⇒

3.6 Tính

nhiệt hấp thụ

Ta có phương trình cân bằng năng lượng: T c = T đ + (X c – X đ )

Tđ= TE1 = 30,9oC

Tc = TE10 = 29,7oC

C = 4,178 kJ/kg.độ = 17,9 cal/mol.độ

Xc = 8,77.10-5 (mol CO2/mol dung môi)

Xđ = 0

Từ công thức trên ta được:

q = = = - 244925,88 (cal/mol)

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Ðỗ Văn Ðài và nhiều tác giả, 1975 Cơ sở Quá trình & Thiết bị CNHH Tập

2 NXB Ðại học & THCN Hà Nội

2 Ðỗ Văn Ðài và tập thể tác giả, 1975 Cơ sở Quá trình & Thiết bị CNHH Tập

1 NXB Ðại học & THCN Hà Nội

3 Phan Văn Thơm, 2004 Sổ tay thiết kế thiết bị hóa chất và chế biến thực phẩm đa dụng NXB Đại học Cần Thơ

4 Vũ Bá Minh và Võ Văn Bang, 1999 Quá trình & Thiết bị CNHH&TP- Tập 3: Truyền khối NXB ĐHQG TP.HCM

5 Giáo trình “TT Quá trình & thiết bị - CNHH” Bộ môn Công nghệ Kỹ thuật Hóa học, Khoa Công nghệ, Trường Đại học Cần Thơ