Giáo trình Quá trình hóa học và hóa lý trong kỹ thuật môi trường - Chương 2, Phần 1: Quá trình hấp thụ
DuMyLe-Baøi giaûng Quaù trình Hoùa hoïc & Hoùa lyù trong XLMT
Chöông 2
Chöông 2
QUAÙ TRÌNH HAÁP THUÏ
Absorption Process
2.1 GIÔÙI THIEÄU QUAÙ TRÌNH HAÁP THUÏ
Haáp thuï laø quaù trình loâi cuoán khí vaø hoãn hôïp khí bôûi chaát loûng (chaát haáp thu - absorbentï).
Caáu töû ñöôïc taùch ra töø hoãn hôïp goïi laø caáu töû muïc tieâu hay caáu töû chính (absorbed
component).
Quaù trình haáp thuï ñöôïc phaân laøm 2 loaïi chính:
• Haáp thuï vaät lyù (Physical Absorption): Ñaây laø quaù trình haáp thuï ñôn giaûn, caùc chaát
haáp thuï khoâng töông taùc hoùa hoïc vôùi chaát ñöôïc haáp thuï.
• Haáp thuï hoùa hoïc (Chemical Absorption): giöõa chaát haáp thuï vaø chaát ñöôïc haáp thuï
xaûy ra phaûn öùng hoùa hoïc taïo thaønh hôïp chaát hoùa hoïc khaùc. Ñoái vôùi lónh vöïc xöû lyù
moâi tröôøng, quaù trình naøy öùng duïng nhieàu trong xöû lyù khí thaûi.
Do ñoä hoøa tan cuûa caùc khí trong chaát loûng khaùc nhau neân coù theå tieán haønh haáp thuï choïn
loïc moät caáu töû naøo ñoù cuûa hoãn hôïp khí, vì vaäy phöông phaùp naøy ñöôïc aùp duïng roäng raõi
khi tieán haønh caùc quaù trình coâng ngheä.
Söï taùch khí hoøa tan töø chaát haáp thuï, nghóa laø quaù trình ngöôïc laïi cuûa haáp thuï ñöôïc goïi laø
nhaû haáp, ñöôïc moâ taû baèng caùc quy luaät hoaøn toaøn töông töï quaù trình haáp thuï. Quaù trình
naøy ñöôïc öùng duïng trong xöû lyù nöôùc thaûi khi caàn xöû lyù nöôùc bò oâ nhieãm bôûi khí hoaø tan…
Quaù trình haáp thuï ñöôïc öùng duïng roäng raõi trong kyõ thuaät ñeå thu hoài caáu töû coù giaù trò töø
hoãn hôïp khí hoaëc ñeå xöû lyù caùc taïp chaát ñoäc haïi.
Ñieàu caàn löu yù trong quaù trình haáp thuï, ñaëc bieät laø caùc quaù trình haáp thuï hoaù hoïc, thöôøng
phaùt sinh nhieät, ñieàu naøy seõ laøm ñieàu kieän caân baèng cuûa heä thoáng thay ñoåi.
2.1.1 Cô cheá quaù trình haáp thuï
Ña soá caùc heä haáp thuï ñeàu ñöôïc xaây döïng treân cô sôû Lyù thuyeát hai lôùp phim (The two-film
theory) ñaõ ñöôïc giaûi thích ôû chöông 1 cuûa moân hoïc. Lyù thuyeát hai lôùp phim moâ taû quaù
trình truyeàn khoái chuû yeáu dieãn ra ôû hai pha theo höôùng doøng chaûy chính. Khi vaät chaát di
chuyeån qua beà maët phaân chia hai pha, ñoä thay ñoåi noàng ñoä laø khoâng ñaùng keå. Tuy nhieân,
trôû löïc chính cuûa caû quaù trình truyeàn khoái chuû yeáu taäp trung ôû lôùp phim coù ñoä daøy raát
moûng naøy. Quy luaät trao ñoåi vaät chaát beân trong lôùp phim vôùi doøng chaûy taàng (Laminar
sub-layer) ñöôïc moâ taû cuï theå theo ñònh luaät Fick.
Caùc hình beân döôùi moâ taû söï thay ñoåi noàng ñoä caáu töû chính trong hai pha cuûa quaù trình
haáp thuï vaät lyù vaø quaù trình haáp thuï hoaù hoïc treân cô sôû lyù thuyeát hai lôùp phim.
Chöông 2
1
DuMyLe-Baøi giaûng Quaù trình Hoùa hoïc & Hoùa lyù trong XLMT
Chöông 2
Interface: Beà maët phaân chia pha
Gas film: lôùp phim khí
Gas film boundary: Ranh giôùi lôùp phim
khí.
Liquid film: lôùp phim loûng
Liquid film boundary: Ranh giôùi lôùp
phim loûng
Main bulk of gas: Pha khí theo doøng
chaûy
Main bulk of liqid:Pha loûng theo doøng
chaûy
Partial pressure PA aùp suaát rieâng phaân
caáu töû A trong pha khí
Molar concentration CA: noàng ñoä caáu
töû A trong pha loûng
Tröôøng hôïp haáp thuï vaät lyù
Tröôøng hôïp haáp thuï hoaù hoïc
2.1.1 Löïa choïn chaát haáp thuï
Coù nhieàu caùch ñeå löïa choïn moät chaát laøm chaát haáp thuï. Thoâng thöôøng, chaát haáp thuï ñöôïc
choïn sao cho suaát löôïng pha loûng laø nhoû nhaát. Moät soá ñaëc tính quan troïng caàn löu yù khi
löaï choïn chaát haáp thuï:
• Coù tính choïn loïc cao
• Tính ñoäc haïi cuûa chaát haáp thuï
• Ñaëc tính chaùy noå, nguy hieåm chaùy noå
Chöông 2
2
DuMyLe-Baøi giaûng Quaù trình Hoùa hoïc & Hoùa lyù trong XLMT
• Tính khoù bay hôi
Chöông 2
• Coù saün treân thò tröôøng
Neáu quaù trình thieát keá coù löu yù ñeán muïc ñích thu hoài caùc caáu töû ñaõ ñöôïc haáp thuï baèng
phöông phaùp nhaû haáp thì chaát haáp thuï coøn ñöôïc choïn treân tieâu chí phaûi khoâng taïo ra lieân
keát beàn vôùi chaát caáu töû chính.
2.2 TÓNH HOÏC QUAÙ TRÌNH HAÁP THUÏ
Trong tröôøng hôïp söï töông taùc cuûa chaát loûng vôùi pha khí coù 2 caáu töû, bao goàm chaát ñöôïc
haáp thuï A, vaø chaát trô B, soá pha F = 2, soá caáu töû K = 3 vaø soá yeáu toá beân ngoaøi aûnh höôûng
ñeán caân baèng cuûa haáp thu n = 2 (nhieät ñoä vaø aùp suaát). Theo ñònh luaät pha, soá baäc töï do:
C = K – F + n = 3 – 2 + 2 = 3.
Ñieàu naøy nghóa laø ñoái vôùi heä naøy khi nhieät ñoïâ vaø aùp suaát cho tröôùc ôû traïng thaùi caân baèng
moãi giaù trò noàng ñoä cuûa caáu töû phaân taùn trong moät pha töông öùng moät noàng ñoä cuûa noù
trong pha khaùc. Moái lieân heä naøy ñöôïc moâ taû bôûi ñònh luaät Henri.
Phöông trình Henri coù nhieàu daïng phuï thuoäc ñôn vò noàng ñoä.
Neáu noàng ñoä ñöôïc bieåu dieãn laø phaàn khoái löôïng thì:
M A
MB
H
P
X
Ycb =
.
.
(2.1)
M A
MC
H
P
⎛
⎞
⎟
+ X. 1−
⎜
⎝
⎠
Trong ñoù:
MA, MB, MC: khoái löôïng phaân töû caáu töû phaân taùn, chaát trô pha loûng vaø pha khí
P: aùp suaát chung cuûa pha khí
H: haèng soá Henri.
Töø heä soá Henri ta coù theå xaùc ñònh heä soá phaân phoái pha (m). Khi ñoù, ñöôøng caân baèng cuûa
heä laø moät ñöôøng thaúng ñi qua goùc toïa ñoä (ñuùng trong tröôøng hôïp noàng ñoä nhoû).
2.3 HIEÄU ÖÙNG NHIEÄT TRONG QUAÙ TRÌNH HAÁP THUÏ
Do khi dòch chuyeån phaân töû khí vaøo chaát loûng, naêng löôïng töï do cuûa caáu töû naøy seõ giaûm
neân quaù trình haáp thu keøm theo söï toûa nhieät. Khi ñoù, theå tích cuûa heä haáp thuï cuõng giaûm.
Theo nguyeân lyù Le Chartelier, söï hoøa tan khí vaøo chaát loûng taêng khi aùp suaát taêng vaø
giaûm khi nhieät ñoä taêng.
Trong thöïc teá, theo cheá ñoä nhieät, quaù trình haáp thu cuõng coù theå ñöôïc chia ra laøm haáp thu
ñaúng nhieät vaø haáp thuï khoâng ñaúng nhieät.
Chöông 2
3
DuMyLe-Baøi giaûng Quaù trình Hoùa hoïc & Hoùa lyù trong XLMT
Chöông 2
Quaù trình haáp thu ñaúng nhieät dieãn ra vôùi noàng ñoä chaát ñöôïc haáp thuï nhoû hoaëc quaù trình
ñöôïc giaûi nhieät nhôø thieát bò truyeàn nhieät ñaëc bieät. Trong quaù trình naøy, haèng soá Henri
khoâng thay ñoåi.
Ngöôïc lai, trong quaù trình haáp thu khoâng ñaúng nhieät, nhieät ñoä chaát haáp thuï taêng theo thôøi
gian vaø aûnh höôõng xaáu ñeán ñieàu kieän caân baèng cuûa heä, haèng soá Henri thay ñoåi phuï thuoäc
vaøo löôïng chaát ñöôïc haáp thu hoaëc phuï thuoäc noàng ñoä cuûa noù trong pha loûng.
H = f
X
Daïng haøm naøy coù theå xaùc laäp töø phöông trình caân baèng nhieät löôïng. Neáu cho raèng chaát
loûng haáp thu toaøn boä naêng löôïng, ta coù:
L.c.td + Qht = L.c.tc
Trong ñoù: C: nhieät dung rieâng cuûa chaát haáp thuï J/(kg.K)
tñ, tc _ nhieät ñoä ñaàu vaøo vaø cuoái cuûa chaát loûng, 0C
Qht _ Nhieät löôïng sinh ra do haáp thuï, W
L _ löu löôïng pha loûng trô, kg/s
Löôïng nhieät phaùt sinh do quaù trình haáp thuï coù theå xaùc ñònh qua coâng thöùc:
Qht = q.M
Vôùi
q _ hieäu öùng nhieät cuûa quaù trình, nhieät löôïng haáp thuï J/kg
M _ khoái löôïng chaát haáp thuï ñöôïc haáp thuï vaøo pha loûng, kg/s
M = L.
Xd − Xc
X d , X c _ noàng ñoä ban ñaàu vaø cuoái cuûa caáu töû phaân taùn trong pha loûng
Do ñoù:
L.c.td + L.q. Xc − Xd = L.c.tc
q
(
)
tc = . Xc − Xd + td
c
Ñoái vôùi tieát dieän baát kyø cuûa thieát bò:
q
)
t = .(X − Xd + td
c
Ñöôøng caân baèng ñöôïc xaùc ñònh nhôø phöông trình Henri vôùi haèng soá Henri ñöôïc xaùc ñònh
theo moãi giaù trò X vaø nhieät ñoä cuûa pha loûng.
Chöông 2
4
DuMyLe-Baøi giaûng Quaù trình Hoùa hoïc & Hoùa lyù trong XLMT
Chöông 2
Khi haáp thuï vôùi noàng ñoä pha khí cao hoaëc khi haáp thuï caùc khí deã hoaø tan do nhieät sinh ra
lôùn neân nhieät ñoä chaát loûng coù theå taêng leân ñaùng keå. Trong phaân tích vaø tính toaùn quaù
trình, ngöôøi ta söû duïng caùc khaùi nieäm nhieät löôïng hoøa tan tích phaân qtp vaø vi phaân qvp.
Nhieät hoøa tan tích phaân laø nhieät löôïng sinh ra do hình thaønh dung dòch vôùi noàng ñoä X töø
caáu töû khí A vaø chaát loûng haáp thuï treân moät Kmol dung dòch hoaëc treân Kmol chaát loûng
chöùa caáu töû A.
Tuy nhieân, quaù trình tính toaùn kyõ thuaät thöôøng söû duïng khaùi nieäm nhieät hoøa tan vi phaân
nhieàu hôn. Ñaây laø löôïng nhieät sinh ra do haáp thu moät Kmol caáu töû phaân taùn trong 1 löôïng
voâ cuøng lôùn dung dòch coù noàng ñoä X.
Nhieät haáp thu vi phaân vaø tích phaân lieân heä nhau bôû phöông trình:
dq
tp
qvp = qtp +
(
1− X .
)
dX
Nhieät hoøa tan phuï thuoäc nhieät ñoä chaát loûng (tl):
qtp = qtp0 +
(
C − CB
)
.tl +
CA/ −CB
)
.tl
dC
⎡
⎤
q = qvp0 + C/ − C −
(
1− X
)
.
.tl
vp
A
⎢
⎥
dX
⎣
⎦
_ nhieät hoøa tan tích phaân vaø vi phaân ôû nhieät ñoä 00C (1730K)
qtp0 ,qvp0
C _ nhieät dung rieâng dung dòch
/
CA, CA _ nhieät dung rieâng caáu töû phaân taùn ôû traïng thaùi loûng vaø khí
Chöông 2
5
DuMyLe-Baøi giaûng Quaù trình Hoùa hoïc & Hoùa lyù trong XLMT
Chöông 2
Nhieät haáp thuï vi phaân qvp lieân quan vôùi heä soá phaân phoái pha m bôûi coâng thöùc:
qvp
R.T 2
d
lnm
)
=
dT
Nhieät ñoä chaát haáp thuï taêng laøm giaûm ñoä hoøa tan caáu töû phaân taùn trong chaát loûng, nghóa
laø laøm thay ñoåi ñieàu kieän caân baèng, haèng soá Henri taêng.
Treân cô sôû naøy, ta coù 2 phöông aùn tieán haønh quaù trình haáp thu:
1. Ñaúng nhieät
2. Ñoaïn nhieät (khoâng trao ñoåi nhieät vôùi moâi tröôøng ngoaøi, khoâng giaûi nhieät sinh ra)
Haáp thu ñaúng nhieät ñöôïc tieán haønh vôùi söï giaûi nhieät pha loûng nhôø thieát bò laøm nguoäi,
ñöôïc laép ñaët tröïc tieáp ngay treân beà maët tieáp xuùc pha hoaëc baèng caùch laáy chaát loûng ra
ngoaøi thieát bò, laøm nguoäi roài tuaàn hoaøn trôû laïi.
Haáp thu ñoaïn nhieät ñöôïc thöïc hieän ñoái vôùi caùc khí deã hoøa tan, nghóa laø caùc khí coù haèng
soá Henri nhoû (khoaûng 103 mmHg), luùc naøy vaán ñeà tónh hoïc khoâng quyeát ñònh quaù trình.
Naêng löôïng sinh ra do haáp thuï tieâu hao chuû yeáu cho söï bay hôi chaát loûng neân moät maët oån
ñònh nhieät quaù trình, coøn maët khaùc oån ñònh noàng ñoä dung dòch taïo thaønh.
Ví duï khi haáp thu 1 kg HCl bôûi dung dòch HCl noàng ñoä 0,28 phaàn khoái löôïng ôû nhieät ñoä
850C sinh ra naêng löôïng laø 1,5MJ/Kg ñuû ñeå bay hôi 0,67 kg H2O trong ñieàu kieän ñoù. Ñeå
taêng nhieät ñoä quaù trình vaø löôïng loûng bay hôi ngöôøi ta nung doøng khí vaøo thaùp ñeán hieât
ñoä 70 – 1000C. Haáp thuï noùng (ñoaïn nhieät) ñöôïc öùng duïng trong saûn xuaát axit HCL ñeå thu
ñöôïc saûn phaåm HCl 31 – 33 % khoái löôïng.
2.4 KEÁT CAÁU THIEÁT BÒ HAÁP THUÏ
Tuøy theo muïc ñích thieát keá, coù nhieàu caùch phaân loaïi thieát bò haáp thuï. Phuï thuoäc vaøo caùch
toå chöùc beà maët tieáp xuùc pha, thieát bò haáp thuï coù theå phaân laøm 4 loaïi (töông töï caùch phaân
loaïi caùc thieát bò truyeàn khoái noùi chung ñaõ ñeà caäp ôû Chöông 1) :
_ Thieát bò beà maët vaø chaûy maøng.
_ Thieát bò ñeäm.
_ Thieát bò suûi boït
_ Thieát bò phun
Thieát bò hoaït ñoäng beà maët coù beà maët tieáp xuùc pha khoâng lôùn, xaùc ñònh bôûi tieát dieän
ngang cuûa thieát bò. Chaát haáp thuï chuyeån ñoäng ôû daïng maøng theo ñaùy phaúng, pha khí ñi
ngöôïc doøng treân maøng loûng naøy.
Ñoâi khi trong khoâng gian cuûa khí coù laép caùc vaùch ngaên ñeå eùp khí saùt chaát loûng taïo ñieàu
kieän tieáp xuùc toát hôn. Caùc thieát bò hieän ñaïi hôn cuûa daïng naøy laø thieát bò haáp thu daïng oáng
Chöông 2
6
DuMyLe-Baøi giaûng Quaù trình Hoùa hoïc & Hoùa lyù trong XLMT
Chöông 2
töôùi. Oáng töôùi ñöôïc cheá taïo baèng söù. Thieát bò daïng naøy chæ aùp duïng trong saûn xuaát nhoû
ñeå haáp thu caùc khí deã hoøa tan. Bôûi vì quaù trình haáp thuï toûa nhieät, laøm taêng nhieät ñoä aûnh
höôûng xaáu ñeán ñieàu kieän caân baèng cuûa heä, giaûm ñoäng löïc cuûa quaù trình, neân thieát bò coù
keát caáu ñoàng daïng ñoâi khi coøn ñöôïc trang bò thieát bò truyeàn nhieät ñeå laøm nguoäi chaát loûng.
Cöôøng ñoä hoaït ñoäng cuûa thieát bò haáp thuï maøng vaø beà maët thöôøng khoâng ñöôïc quyeát ñònh
bôûi vaän toác truyeàn khoái maø bôûi vaän toác giaûi nhieät sinh ra do haáp thuï.
Trong thieát bò haáp thuï daïng maøng, beà maët tieáp xuùc pha ñöôïc taïo thaønh bôûi maøng chaát
haáp thuï, chaûy theo beà maët trong cuûa oáng hoaëc taám thaúng ñöùng.
1. Thieát bò haáp thu daïng oáng chaûy maøng: laø thieát bò truyeàn nhieät voû oáng thaúng
ñöùng, trong ñoù khí chuyeån ñoäng töø döôùi leân, tieáp xuùc vôùichaát loûng chaûy töø treân
xuoáng theo vaùch oáng. Nhö vaäy, beà maët tieáp xuùc pha laø beà maët caùc oáng vaø coù theå
ñaït giaù trò cao. Nöôùc laøm nguoäi ñöôïc cho vaøo khoâng gian giöõa caùc oáng.
2. Thieát bò haáp thuï daïng taám phaúng chaûy maøng: laø thaùp coù caùc taám phaúng ñaët
thaúng ñöùng. Phaàn treân cuûa thieát bò coù cô caáu phaân phoái chaát loûng, chaát loûng chaûy
thaønh maøng theo 2 beân cuûa taám phaúng. Beà maët tieáp xuùc pha lôùn hôn so vôùi thieát bò
daïng oáng. Thieát bò daïng taám coù beà maët rieâng truyeàn khoái lôùn, nghóa laø beà maët tieáp
xuùc pha lôùn trong 1 ñôn vò theå tích thieát bò nhöng trong thieát bò naøy khoâng coù khaû
naêng giaûi nhieät. Öu ñieåm cuûa thieát bò haáp thu beà maët vaø chaûy maøng laø trôû löïc thuûy
ñoäng thaáp.
3. Thieát bò haáp thu daïng ñeäm: laø thaùp ñöùng hình truï, chöùa ñaày vaät lieäu ñeäm ñöùng
yeân, ñöôïc giöõ treân löôùi phaân phoái, coøn khí ñöôïc cho vaøo töø döôùi löôùi. Chaát loûng
chaûy vaøo thieát bò qua cô caáu töôùi vaø chuyeån ñoäng qua lôùp ñeäm ngöôïc doøng vôùi
doøng khí. Nhieäm vuï cuûa ñeäm: taïo beà maët tieáp xuùc pha lôùn vaø xoaùy roái caùc doøng.
Vaät lieäu ñeäm phaûi thoûa maõn caùc yeâu caàu cô baûn sau:
_ Beà maët rieâng lôùn
_ Theå tích töï do lôùn ñeå trôû löïc nhoû.
Öu ñieåm cuûa thieát bò haáp thu daïng ñeäm laø: dieän tích beà maët rieâng lôùn, keát caáu thieát bò
ñôn giaûn, coù theå laøm vieäc trong moâi tröôøng aên moøn, neân ñöôïc aùp duïng raát roäng raõi.
Phuï thuoäc vaøo löu löôïng khi treân moät ñôn vò tieát dieän thieát bò (G’, kg/m2.s) vaø maät ñoä
töôùi (L’, kg/m2.s), thieát bò haáp thu laøm vieäc vôùi caùc cheá ñoä thuûy ñoäng khaùc nhau. Maät ñoä
töôùi ñöôïc hieåu laø löôïng chaât loûng chaûy qua 1 ñôn vò tieát dieän thieát bò trong 1 ñôn vò thôøi
gian. Trong thieát bò suûi boït, beà maët tieáp xuùc pha ñöôïc hình thaønh nhôø phaân taùn khí vaøo
chaát loûng ôû daïng tia hoaëc boït khí.
Ñôn giaûn nhaát laø thieát bò haáp thuï daïng noài. Khí qua oáng ñi vaøo trong noài, qua caùc khe
raêng cöa phaân phoái vaøo chaát loûng. Thieát bò daïng naøy coù moät soá khuyeát ñieåm lôùn:
Chöông 2
7
DuMyLe-Baøi giaûng Quaù trình Hoùa hoïc & Hoùa lyù trong XLMT
Chöông 2
• Trong thieát bò naøy khoâng theå aùp duïng nguyeân lyù ngöôïc doøng bôûi vì chaát loûng ñöôïc
khuaáy troän maõnh lieät bôûi khí suûi boït vaø vì vaäy, chæ coù theå thöïc hieän söï tieáp xuùc
pha 1 baäc. Thieát bò daïng naøy chæ neân söû duïng ñoái vôùi caùc caáu töû haáp thu khoâng
thuaän nghòch. (Ví duï haáp thu NH3 baèng acid).
Ñeå thöïc hieän nguyeân lyù ngöôïc doøng phaûi aùp duïng thieát bò nhieàu baäc, suûi boït, daïng maâm
(SV tham khaûo file hình aûnh caùc thieát bò truyeàn khoái ôû Chöông 1).
Maâm laø ñóa ñöôïc khoan loã ñeå cho khí vaø chaát loûng ñi qua. Maâm ñöôïc laép treân thaùp truøng
vôùi truïc thaùp. Phuï thuoäc vaøo cô caáu thieát bò suûi boït, maâm ñöôïc chia ra: maâm choùp, maâm
xuyeân loã, maâm van.
Trong thieát bò haáp thu daïng maâm choùp, khí ñöôïc cho vaøo ôû döôùi ñaùy thieát bò roài laàn löôït
ñi qua caùc maâm qua oáng khí, ñöôïc ñaäy baèng choùp ôû treân, phaàn rìa cuûa choùp ngaäp trong
chaát loûng. Möïc chaát loûng ñöôïc xaùc ñònh bôûi ñoä cao cuûa oáng chaûy traøn treân maâm. Ñaàu
döôùi cuûa oáng chaûy traøn ngaäp trong chaát loûng ôû maâm döôùi ñeå taïo rôû löïc thuûy tónh. Ñeå taêng
tieáp xuùc giöõa khí vaø loûng treân maâm thay cho choùp lôùn, ngöôøi ta söû duïng moät soá lôùn caùc
choùp nhoû. Ñieàu naøy laøm taêng chu vi suûi boït vaø do ñoù taêng cöôøng ñoäphaân taùn khí trong
chaát loûng.
Thieát bò suûi boït coù theå laøm vieäc ôû moät soá cheá ñoä thuûy ñoäng:
• Neáu löu löôïng nhoû, khí chuyeån ñoäng qua lôùp chaát loûng ôû daïng caùc bong boùng khí
rieâng bieät – cheá ñoä bong boùng. Beà maët tieáp xuùc pha khoâng lôùn vaø taêng neáu taêng
löu löôïng khí.
• Taêng vaän toác khí seõ taïo thaønh caùc boït chuyeån ñoäng xoaùy roái – cheá ñoä boït. Luùc
naøy, beà maët tieáp xuùc pha vaø möùc ñoä söû duïng beà maët taêng nhanh. Cheá ñoä naøy laø
cheá ñoä toái öu cuûa thieát bò suûi boït.
• Tieáp tuïc taêng vaän toác khí seõ phaù vôõ maïnh caùc boït vaø taêng söï loâi cuoán chaát loûng
theo khí. Cheá ñoä naøy ñöôïc goïi laø cheá ñoä tia (injection). Luùc naøy beà maët tieáp xuùc
pha giaûm maïnh. Tieáp tuïc taêng vaän toác khí nöõa thì taát caû chaát loûng seõ treo lô löûng
trong khoâng gian giöõa caùc maâm, chaát loûng khoâng chaûy doïc theo thieát bò ñöôïc. Baét
ñaàu cheá ñoä ngaäp luït vaø quaù trình truyeàn khoái bò caét ñöùt.
Thaùp suûi boït coù cöôøng ñoä laøm vieäc cao nhôø taïo ñöôïc beà maët tieáp xuùc pha lôùn vaø söï khuaáy
troän caùc pha maõnh lieät. Hoaït ñoäng cuûa thieát bò suûi boït khoâng phuï thuoäc maät ñoä töôùi, bôûi vì
vôùi baát kyø löu löôïng chaát loûng naøo möùc chaát loûng treân maâm luoân coá ñònh vaø ñöôïc xaùc ñònh
bôûi ñoä cao cuûa taám chaûy traøn. Thieát bò daïng naøy neân öùng duïng khi löu löôïng chaát loûng
khoâng lôùn. Treân maâm coù theå boá trí cô caáu laøm nguoäi. Nhöôïc ñieåm cuûa chuùng laø trôû löïc cao
vaø khoâng theå laép maâm tuyeät ñoái naèm ngang.
Trong thieát bò haáp thuï daïng maâm xuyeân loã, caùc maâm ñöôïc khoan nhieàu loã vôùi ñöôøng
kính 1– 5 mm, phaân boá ñeàu treân dieän tích maâm. Khí suïc vaøo chaát loûng qua caùc loã naøy ôû
Chöông 2
8
DuMyLe-Baøi giaûng Quaù trình Hoùa hoïc & Hoùa lyù trong XLMT
Chöông 2
daïng tia vaø boït. Chaát loûng chaûy ngang qua maâm nhôø cô caáu chaûy traøn. Hieäu quaû maâm
xuyeân loã cao hôn maâm choùp do söï phaân taùn nhuyeãn boït khí vaø tia. Keát caáu maâm naøy ñôn
giaûn hôn maâm choùp. Trôû ngaïi cuûa maâm naøy laø söï nhieãm baån caùc loã vaø aên moøn maâm
cuõng nhö ñaëc tính cuûa moät soá chaát loûng taïo thaønh boït oån ñònh.
Thieát bò vôùi maâm hoaëc khay chöùa chaát loûng seõ khaùc vôùi maâm xuyeân loã ôû choã khoâng coù
cô caáu chaûy traøn. Chaát loûng ñöôïc giöõ treân maâm nhôø cheânh leäch aùp suaát taïo ra bôûi khí vaø
suûi boït nhôø boït khí ñi qua caùc loã. Nhöng ñoàng thôøi chaát loûng cuõng chaûy xuoáng maâm döôùi
qua chính caùc loã naøy. Chieàu cao lôùp boït treân maâm ñöôïc xaùc ñònh bôûi vaän toác khí. Maâm
naøy vöôït qua maâm xuyeân loã theo naêng suaát nhöng raát nhaïy vôùi söï thay ñoåi vaän toác khí
vaø chaát loûng.
Trong maâm van, caùc loã ñöôïc ñaäy baèng caùc van töï do naèm treân loã, chieàu cao naâng van
giôùi haïn bôûi cô caáu ñaëc bieät. Khi thay ñoåi löu löôïng khí, chieàu roäng khe ñöôïc ñieàu chænh
töï ñoäng neân giöõ ñöïoc vaän toác coá ñònh suït vaøo chaát loûng. Nhôø ñoù maâm van coù theå laøm
vieäc oå ñònh trong khoaûng thay ñoåi taûi troïng theo khí. Trong thieát bò haáp thuï, baát kyø daïng
maâm naøo cuõng dieãn ra söï xaùo troän maõnh lieät chaát loûng do suït khí, laøm ñoàng nhaát noàng
ñoä caáu töû phaân taùn trong toaøn boä theå tích pha loûng. Ñieàu naøy aûnh höôûng xaáu ñeán ñoäng
löïc cuûa quaù trìnhbôûi vì chaât loûng môùi vaøo maâm bò baõo hoøa caáu töû phaân taùn do troän laãn
vôùi chaát loûng ñaõ haáp thuï. Ñeå loaïi tröø nhöôïc ñieåm naøy, ngöôøi ta taïo chuyeån ñoäng ñònh
höôùng cho chaát loûng treân maâm. Ñieàu naøy ñaït ñöôïc ví duï baèng caùch laép caùc vaùch ngaên
treân maâm. Treân maâm coù choùp daïng chöõ S chuyeån ñoäng ñònh höôùng cuûa chaát loûng ñaït
ñöôïc nhôø söï thoaùt khí 1 maët döôùi choùp.
Maâm baûn phaúng goàm caùc taám phaúng coù vaùch nghieâng töø 10 – 150 so vôi truïc thaùp. Khí ñi
qua khe raõnh giöõa caùc taám vôùi vaän toác 20 – 40 m/s, phaù vôõ nöôùc thaønh caùc gioït vaø ñaåy
chuùng ñeán caùc khe raõnh tieáp theo. Vieäc toå chöùc chuyeån ñoäng cuûa chaát loûng treân maâm coù
yù nghóa lôùn ñeán hieäu quaû hoaït ñoäng cuûa noù. Coù 2 yeáu toá aûnh höôûng:
1. Thôøi gian löu chaát loûng treân maâm, phuï thuoäc ñöôøng ñi cuûa noù. Ñaïi löôïng naøy
phaûi lôùn nhaát coù theå ñöôïc bôûi vì noù xaùc ñònh möùc ñoäbaõo hoøa chaát loûng.
2. Chieàu cao lôùp chaát loûng treân maâmtaïi moãi ñieåm treân beà maët cuûa noù phaûi baèng
nhau ñeå taïo ñieàu kieän ñoàng ñeàu hoaït ñoäng cuûa toaøn boä cô caáu tieáp xuùc.
Nhöng khi taêng quaõng ñöôøng chuyeån ñoäng, chaát loûng seõ taêng trôû löïc, taêng chi phí cho
vieäc taïo löu löôïng chaát loûng treân maâm. Vì vaäy, trong moãi tröôøng hôïp rieâng phaûi choïn
phöông aùn toái öu cho vieäc toå chöùc doøng loûng.
a) Chaát loûng chuyeån ñoäng höôùng taâm, ñöôïc öùng duïng ñoái vôùi nhieàu maâm choùp
vaø ñöôøng kính thaùp lôùn.
b) Chaát loûng chaûy theo vaønh ñai, ñöôïc söû duïng ñoái vôùi maâm moät choùp vaø ñöôøng
kính thaùp nhoû.
Chöông 2
9
DuMyLe-Baøi giaûng Quaù trình Hoùa hoïc & Hoùa lyù trong XLMT
Chöông 2
c) Chaát loûng chuyeån ñoäng theo vaønh ñai, ñöôïc toå chöùc nhôø caùc vi thaùp nhieàu
choùp vaø ñöôøng kính khoâng lôùn.
d) Chuyeån ñoäng höôùng ñöôøng kính. Trong phöông aùn naøy söû duïng cô caáu chaûy
coøn khi öùng duïng oáng chaûy traøn nhaát thieát phaûi ñaët treân maâm caùc vaùch ngaên
chaûy traøn. Bôûi vì neáu khoâng thì treân maâm seõ hình thaønh vuøng tuø ñoïng. Thieát bò
naøy aùp duïng cho maâm nhieàu choùp.
f) Thoâng thöôøng aùp duïng cho thaùp xuyeân loã. Thieát bò naøy baûo ñaûm chuyeån ñoäng
vaønh ñai cho chaát loûng treân maâm nhôø vaùch ngaên hình chöõ S.
Trong thieát bò daïng phun vaø thieát bò buoàng khí roãng laø daïng thieát bò coù beà maët tieáp xuùc
pha ñöôïc hình thaønh nhôø phaân taùn chaát loûng trong doøng khí. Trong thaùp traàn söï phaân taùn
chaát loûng ñöôïc thöïc hieän nhôø voøi phun ñaët treân ñænh thaùp. Thieát bò naøy ñaëc tröng bôûi beà
maët rieâng phaàn lôùn. Ñaëc bieät quaù trình tieán haønh hieäu quaû khi gioït loûng va ñaäp vaøo beà
maët thaønh hay thieát bò. Hieäu quaû laøm vieäc cuûa thieát bò xaùc ñònh bôûi kích thöôùc gioït.
Ñöôøng kính gioït loûng toái öu laø 0,5 – 1 mm.
Ñeå tieán haønh quaù trìnhhaáp thuï coøn öùng duïng thieát bò coù voøi phun goàm oáng thu vaø oáng
phaân taùn. Khí vaø chaát loûng cuøng ñi vaøo oáng thu, chaát loûng ñöôïc vôõ thaønh gioït nhoû nhôø
ñoäng naêng cuûa doøng khí. Bôûi vì vaän toác töông ñoái giöõa khí vaø loûng lôùn neân quaù trình
truyeàn khoái dieãn ra maõnh lieät. Trong phaàn loa – vaän toác khí giaûm vaø caùc gioït loûng keát
dính thaønh gioït lôùn vaø taùch ra khoûi khí. Thieát bò daïng naøy laøm vieäc theo nguyeân taéc
thuaän doøng neân laøm giaûm ñoäng löïc cuûa quaù trình. Thôøi gian tieáp xuùc pha raát ngaén (phaàn
ngaøn giaây). Vì vaäy thieát bò vôùi voøi phun neân aùp duïng ñoái vôùi khí deã tan vaøsöû duïng ñeå
tieán haønh quaù trình cuûa caùc thieát bò maéc noái tieáp.
Thieát bò haáp thu vôùi söï phun gioït loûng cô hoïc raát ña daïng, nhöng söï hình thaønh beà maët
tieáp xuùc pha ñeàu do naêng löôïng cô hoïc ñöôïc caáp vaøo töø beân ngoaøi. Coù theå moâ taû thieát bò
phun cô hoïc goàm voû thieát bò, rotor quay beân trong voû coù gaén caùc que (buùa) rotor ngaâm
trong chaát loûng, möïc nöôùc ñöôïc boá trí cao hôn truïc quay moät chuùt, khi quay rotor, chaát
loûng ñöôïc phun buïi maõnh lieät. Treân beà maët chaát loûng hình thaønh moät löôïng lôùn caùc gioït
loûng, chuyeån ñoäng vôùi vaän toác lôùn trong doøng khí. Nhö vaäy seõ taêng ñöôïc beà maët tieáp xuùc
pha lôùn vaø baûo ñaûm ñieàu kieän truyeàn khoái toát. Thieát bò naøy ñoàng thôøi cuõng taïo ñöôïc söï
cheânh leäch aùp suaát ôû ñaàu vaøo vaø ra nhö quaït. Nhöôïc ñieåm cuûa thieát bò naøy laø tieâu hao
ñieän naêng lôùn.
Chöông 2
10
10 trang
28/04/2022
3680
Bạn đang xem tài liệu "Giáo trình Quá trình hóa học và hóa lý trong kỹ thuật môi trường - Chương 2, Phần 1: Quá trình hấp thụ", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_qua_trinh_hoa_hoc_va_hoa_ly_trong_ky_thuat_moi_tr.pdf
- VD va BT chuong 2.pdf
