Hấp phụ khí trên bề mặt chất rắn

Bài thuyết trình hấp phụ khí trên bề mặt chất rắn, có phần thiết kế tháp và tính toán một cách chi tiêt

Chào mừng thầy và các bạn

HẤP PHỤ KHÍ BẰNG VẬT

LIỆU RẮN

NHÓM 3

Ứng dụng : dùng để xử lí

 Chất khí ô nhiễm không cháy được hoặc không thể đốt cháy

 Chất khí cần khử và có giá trị cần thu hồi.

 Chất khí ô nhiễm có nồng độ thấp trong khí thải mà các quá trình khử khác không thực hiện được.

 Khử ẩm trong không khí, khử khí độc hại và mùi trong khí thải

 Thu hồi các loại hơi, khí có giá trị lẫn trong không khí hoặc khí thải.

-Vật liệu xốp với bề mặt trong lớn, tạo thành do tự nhiên hoặc

tổng hợp

-Cấu trúc bên trong được đặc trưng bởi kích thước và hình dạng khác nhau của các khoảng trống và lỗ xốp

-Thường là loại vật liệu dạng hạt

nằm trong khoảng 200 micromet

đến 6 – 10 mm.

- Một số vật liệu thường

dùng:than hoạt tính, silicagel,

zeolit, oxit sắt, keo nhôm …

Vật liệu hấp phụ

Xử lí hơi và khí thải bằng phương pháp hấp phụ

Nguyên lí : hơi và chất độc đi qua lớp chất hấp phụ và bị giữ lại

nhờ hiện tượng hấp phụ

Chất hấp phụ : là chất giữ chất khác trên bề mặt của nó

Chất bị hấp phụ : chất bị giữ lại trên bề mặt chất hấp phụ

1 Đảm bảo thời gian chu kỳ làm việc (hấp phụ) thích hợp.

2 Có xử lý sơ bộ đối với khí thải để lọai bỏ các chất không thể hấp

phụ được.

3 Xử lý làm giảm bớt nồng độ ban đầu của chất cần khử trong khí thải

để bảo vệ lớp vật liệu hấp phụ khỏi bị quá tải.

4.Phân phối dòng khí khi đi qua lớp vật liệu hấp phụ một cách đều đặn.

5 Đảm bảo khả năng thay thế mới hoặc hoàn nguyên vật liệu hấp phụ sau khi đạt trạng thái bảo hòa

Chọn thiết bị hấp phụ

Thiết bị hấp phụ không chuyển động (tháp đứng hay tháp ngang)

Thiết bị hấp phụ chuyển động Thiết bị hấp phụ tổng hợp

Các thiết bị hấp phụ

- Dựa vào chức năng ta chia làm 3 loại:

Thiết bị hấp phụ với lớp chất hấp phụ không chuyển động.

- Nguyên lý làm việc:

• Chất hấp phụ được đưa trước vào thiết bị ở nhiều ngăn với độ dày chất hấp phụ nhất định.

• Sau đó, khí bẩn được đưa vào thiết bị, chúng sẽ chui qua các lớp chất hấp phụ

• Các khí độc hại sẽ được chất hấp phụ giữ lại Khí sạch nhờ các ống dẫn được đưa ra ngoài.

• Để tăng tính hấp phụ thì thiết bị được cung nhiệt, thường là bởi hơi nước

Sau đó hơi nước ngưng tụ trên thiết bị ngưng.

Sơ đồ cấu tạo thiết bị hấp phụ với lớp chất hấp

phụ chuyển động.

- Chất hấp phụ chảy liên tục từ trên xuống qua hệ thống làm nguội thông qua cơ cấu phân phối vào khu vực hấp phụ gồm 3 ngăn.

• Hỗn hợp khí được đưa vào giữa ngăn 1 và 2,sau đó đi lên và được hấp phụ

• Khí đi ra ở ngăn trên cùng là cấu tử nhẹ (trơ) Các cấu tử khí nặng hơn đi xuống ngăn 2 và 3 tiếp tục được hấp phụ

• Chất hấp phụ sau khi nhả khí, qua phễu và cơ cấu điều tiết lưu lượng xuống bình chứa, và được quạt thổi theo ống lên phễu than

• Một phần chất hấp phụ chảy từ phễu than xuống bình hoàn nguyên ở nhiệt độ

cao, các chất khó thoát hấp phụ bị nhả khỏi chất hấp phụ

Sơ đồ cấu tạo thiết bị hấp phụ tổng hợp

• Ở loại thiết bị này, cấu tạo giống như hệ thống thiết bị với chất hấp phụ chuyển động liên tục và chất hấp phụ cũng được cung cấp một cách liên tục vào thiết bị như hệ thống chất hấp phụ chuyển động nhưng nhờ tấm chắn và ống tràn chúng vẫn chuyển động nhưng di chuyển cả khối khí

Do đó hiệu suất hấp phụ ở loại thiết bị này cao hơn

THIẾT BỊ HẤP PHỤ GIÁN ĐOẠN

THIẾT BỊ HẤP PHỤ LUÂN PHIÊN

 Được gọi là phương trình hấp phụ đẳng nhiệt

Ta có một số dạng đường hấp phụ đẳng nhiệt quan trọng sau:

V = f (P)

3 Các tiểu phân bị hấp phụ không tương tác lẫn nhau

4 Năng lượng hấp phụ trên tất cả các tâm là như nhau

Tốc độ quá trình hấp phụ: v1=k1.P.(1-θ)

Tốc độ khử hấp phụ: v2=k2.θ

Khi cân bằng:

 Phương trình đẳng nhiệt Langmuir

Trong đó: P : áp suất cân bằng của khí

Phương trình hấp phụ Langmuir là phương trình hấp phụ vật lý đơn lớp , vật liệu mao quản không có lỗ xốp , không có mao quản

hoặc vi mao.

PHƯƠNG TRÌNH HẤP PHỤ B.E.T:

Giả thiết của Langmuir được bổ sung thêm :

1 Entanpy hấp phụ của các phân tử không thuộc lớp thứ nhất đều bằng nhau và bằng

Entanpy hóa lỏng QL

2 Số lớp hấp phụ trở nên vô cùng ở áp suất bão hòa

Trong đó: P0 : áp suất bão hòa của chất bị háp phụ

C : hằng số BET đặc trưng cho lực tương tác giữa chất HP và

chất bị HP

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich

- Đây là phương trình thực nghiệm áp dụng cho sự hấp phụ khí hoặc chất tan lên chất hấp phụ rắn:

Trong đó: A : lượng chất BHP bởi 1 gam chất HP (mol/g)

C : nồng độ chất BHP khi đạt cân bằng hấp phụ (mol/l)

β, α : hằng số, riêng α luôn bé hơn 1

A = β Cα

Hấp phụ H2S bằng than hoạt tính

• Than họat tính có thể tích lỗ xốp vào khoảng 0,24-0,48 cm3/g

• Đặc tính: Bề mặt kỵ nước hấp phụ các chất hữu cơ trong nước

và không khí.

• Ứng dụng: Tách các chất ô nhiễm có gốc hữu cơ.

• Ưu điểm: Giá rẻ nhất dùng trong xử lý ô nhiễm môi trường.

• Nhược điểm: Khó tái sinh nếu bị đóng cặn, có thể bắt cháy khi

tái sinh.

Hấp thụ H2S bằng than hoạt tính

• Xảy ra nhờ hiện tượng oxy hóa khí H2S trên bề mặt

của than theo phản ứng:

• H2S + O2 = H2S + S + 222 kJ/mol

• Lưu huỳnh giải phóng ra tích tụ trong lớp than và làm cho vật liệu hấp phụ trở nên bão hòa, cần hoàn nguyên vật liệu hấp phụ bằng amoni sulfua (NH4)2S theo phản ứng:

• 2(NH4)2S + 6S = 2(NH4)2S4

Hấp phụ H2S bằng than hoạt tính

• Sau đó dung dịch được thủy phân bằng hơi nước ở nhiệt độ

125÷1300C và áp suất (1.7 ÷ 2).105 Pa để thu lại amoni sulfua

và lưu huỳnh đơn chất:

Độ tinh khiết của lưu huỳnh có thể đạt được tới 99.9%

(NH4)2 Sn  (NH4)2S + (n – 1) S

Hấp phụ H2S bằng than hoạt tính

• Làm việc theo chu trình kín và liên tục

• Kích thước hạt than hoạt tính càng nhỏ thì độ ngậm H2S của than hoạt tính càng lớn

• Để quá trình hấp phụ xảy ra triệt để, khí thải cần được lọc sạch bụi để đưa nồng độ bụi xuống còn 2 ÷ 3 mg/m3 trước khi đưa vào hệ thống hấp phụ.

Hấp phụ H2S bằng than hoạt tính

Ví dụ tính toán thiết bị

Thiết bị hấp phụ H2S bằng than hoạt tính với các thông số, số liệu sau:

Áp suất làm việc P= 1atm = 760mmHg

Nhiệt độ làm việc to= 250C

Khối lượng riêng xốp Pk = 500 (kg/m3)

Đường kính của hạt than dg= 0,004 m

Độ xốp của lớp hấp phụ ε = 37%

Lưu lượng khí đầu vào của khí H2S là 2 m3/s

Phần mol của khí H2S trong pha khí đầu vào và đầu ra lần lượt là yđ = 0,002, yc =7,9.10-7 (kmolH2S/kmolKhí trơ)

Độ nhớt động học µ= 1,565.10-5 pa.s

_

Phần khối lượng đầu vào :

• Áp suất riêng phần cân bằng: P= yđ Pt =0,002.760=1,52(mmHg)

• Ví dụ chu trình hấp phụ trong 8h => lượng than hấp phụ trong 8h là:

Mthan = (3,029.8)/0,0375= 646,187 (kg than)

• Thể tích của than trong lớp hấp phụ:

V= mthan /Pk = 646,187/500= 1,2924 (m3)

• Hoạt độ của than : a0* =X* Pk = 0,0375 500=18,75 (kg/m3)

• Với v= 0,2 m/s, h= 1,58 thì thời gian hấp phụ:

T= 8,004666409 h , Ky = 1351919886

• Đường kính tháp hấp phụ: 1.329 m

Lượng khí lí thuyết cần phải xử lý trong 8h là VLT = 7986,2 (m3)

Nhưng VTT =8000 (m3), do đó phải tăng đường kính tháp

=> D= 1,4 m

• Khối lượng của lớp vật liệu hấp phụ: Gg=Vg Pk = 1215,5(kg)

Lượng than được sử dụng trong quá trình hấp phụ : Lthan = Gg (1- yđ )= 1215,5.(1-0,00234)= 1212,656( kg than/mẻ)

• Chuẩn số reynolds: Re= V dg /µk = 0,2.0,004/ 1,565.10-5 = 51,12

Hệ số ma sát của dòng khí đi qua tháp trong thời gian hấp phụ:

λh = 1,3438

Danh Sách Thành Viên

Chu Anh Dũng

Lê Thị Thúy An

Hòang Tuấn Anh

Phạm Trường Ân

Trần Thị Thùy Chung

Hồ Xuân Hiệp Đặng Thu Sương

Nguyễn Thị

Hiếu Ngô Lê Huyền

Mi Nguyễn Thị Tuyết Mai