Bài tập nhóm Quá trình và thiết bị truyền khối | Đại học Công nghiệp Thực phẩm Thành phố Hồ Chí Minh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA
CÔNG NGHỆ HÓA HỌC BÀI TẬP NHÓM
QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRUYỀN KHỐI GVHD: Hồ Tấn Thành SVTH :Đoàn Thành Lộc MSSV: 2004200054 Nhóm: 3 STT : 22
TP.HỒ CHÍ MINH, NĂM 2022 MỤC LỤC
Phần I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH HẤP THU ................................................. 3
1. Các khái niệm cơ bản ............................................................................................... 3
1.1. Khái niệm về hấp thu ......................................................................................... 3
1.2. Ứng dụng quá trình hấp thu ............................................................................... 4
1.3. Phương pháp lựa chọn dung môi hấp thu .......................................................... 4
1.4. Phương pháp hấp thu ......................................................................................... 5
1.5. Cân bằng vật chất cho quá trình hấp thu ........................................................... 6
2. Cơ sở vật lí của quá trình hấp thu ............................................................................ 6
2.1. Độ hòa tan của khí trong lỏng ........................................................................... 6
2.2. Phương trình đường nồng độ làm việc của quá trình hấp thu ........................... 7
2.3. Ảnh hưởng của lượng dung môi đến quá trình hấp thu ..................................... 8
2.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất đến quá trình hấp thu .............................. 10
Phần II: CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ ƯU NHƯỢC ĐIỂM CÁC THIẾT
BỊ HẤP THU ................................................................................................................. 12
1. Thiết bị hấp thu loại màng ..................................................................................... 12
1.1. Thiết bị hấp thu loại ống: ................................................................................. 12
1.2. Thiết bị hấp thu loại tấm: ................................................................................. 13
2. Thiết bị hấp thu loại mâm xuyên lỗ ....................................................................... 14
3. Tháp mâm chóp: ..................................................................................................... 15
4. Tháp đệm: .............................................................................................................. 17
5. Thiết bị loại bề mặt: ............................................................................................... 18
6. Thiết bị loại phun: .................................................................................................. 19
7. Tháp đĩa .................................................................................................................. 20
7.1. Tháp có ống chảy chuyền ................................................................................ 22
7.2. Tháp đĩa chóp .................................................................................................. 23
7.3. Tháp đĩa lưới (đĩa lỗ) ....................................................................................... 23
7.4. Đĩa xupap ......................................................................................................... 23
7.5. Tháp đĩa sòng hình chữ S ................................................................................ 24
7.6. Tháp đĩa không có ống chảy chuyền ............................................................... 24
Phần III: BÀI TẬP ........................................................................................................ 25
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................54
Phần I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH HẤP THU
1. Các khái niệm cơ bản
1.1. Khái niệm về hấp thu
Trong công nghiệp hóa chất có rất nhiều nguyên liệu dạng khí được dùng, cũng như nhiều
sản phẩm thu được ở dạng khí. Muốn tiếp tục gia công chế biến các hỗn hợp khí, ta phải
tách chúng thành từng cấu tử riêng biệt.
Có 3 phương pháp tách hỗn hợp khí: 1. Phương pháp tách hút. 2. Phương pháp hóa lí. 3. Phương pháp hóa học.
Phương pháp hóa học (dựa vào phản ứng hóa học) sẽ được nghiên cứu ở phần sau. Phương
pháp hóa lí tiến hành qua khí hóa lỏng (dựa vào nhiệt độ sôi khác nhau). Phương pháp hút
được hiểu là sự tiếp nhận của chất này vào một chất khác qua bề mặt phân pha của chúng.
Nếu dùng chất lỏng để hút thì ta gọi là hấp thu, còn dùng chất rắn để hút thì gọi là hấp phụ.
Như vậy, quá trình hấp thu là quá trình cho một hỗn hợp khí tiếp xúc với dung môi lỏng
nhằm mục đích hòa tan chọn lọc một hay nhiều cấu từ của hỗn hợp khí để tạo nên một
dung dịch các nhu từ trong chất lỏng, pha khí sau hấp thu gọi là khi sạch, pha lỏng sau hấp
thụ gọi là dung dịch sau hấp thu. Ví dụ:
Hấp thu SO2 vào nước thành dung dịch H2SO3 hoặc hấp thu SO3, vào nước để điều chế H2SO4;
Sau khi khí hóa than muốn tổng hợp NH3 để sản xuất ure sử dụng phương pháp tách
từng cấu tử khí trong hỗn hợp khí gồm N2, H2, H2S, CO, CO2,...
Quá trình hấp thu tách butadien, acetylen trong phân đoạn hydrocacbon C4 trong
quá trình chế biến khí.
Vậy quá trình hấp thu là quá trình truyền vận cấu tử vật chất từ pha khí vào pha lỏng. Nếu
quá trình xảy ra theo chiều ngược lai, nghĩa là truyền vận cấu tử vật chất từ pha lỏng vào
pha khí, ta có quá trình nhả hấp thu.
1.2. Ứng dụng quá trình hấp thu
Quá trình hấp thu được ứng dụng để:
Thu hồi các cấu tử quý. Làm sạch khí.
Tách hỗn hợp khí thành từng cấu tử riêng biệt.
Trong trường hợp thứ nhất và thứ ba bắt buộc phải tiến hành quá trình nhã để tách các
cấu tử được hấp thu ra khỏi dung môi và tái tạo lại dung môi. Để thực hiện quá trình
nhanh có thể dùng các phương pháp như đun nóng hay tiến hành quá trình ở áp suất thấp.
Quá trình hấp thu được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực: công nghiệp thực phẩm;
công nghệ hoá học; công nghệ sinh học; kỹ thuật môi trường; công nghiệp dầu khí
1.3. Phương pháp lựa chọn dung môi hấp thu
Quá trình hấp thu được thực hiện tốt hay xấu phần lớn do tính chất của dung môi quyết
định. Một dung môi tốt cho quá trình hấp thu cần:
1. Có tính hòa tan chọn lọc (có ái lực với khí cần hấp thu),
Đây là những tính chất chủ yếu của dung môi, là tính chất chỉ hòa tan tốt cấu tử cần tách
ra khỏi hỗn hợp mà không hòa tan các cấu tử còn lại hoặc hòa tan không đáng kể. Tổng
quát, dung môi và dung chất có bản chất hóa học tương tự nhau thì cho độ hòa tan tốt.
Dung môi và dung chất tạo nên phản ứng dung môi được thu hồi để dùng lại thì phản ứng
phải có tính hóa học thì làm tăng độ bền hòa tan lên rất nhiều, nhưng nếu hoàn nguyên.
2. Độ nhớt của dung môi phải bé
Để giảm trở lực và tăng hệ số chuyển khối dung môi có độ nhớt thấp sẽ tăng tốc độ hấp
thu, cải thiện điều kiện ngập lụt trong tháp hấp thu, độ giảm áp thấp và truyền nhiệt tốt.
3. Nhiệt dung riêng bé
Để tiết kiệm nhiệt năng khi hoàn nguyên dung môi.
4. Có nhiệt độ sôi khác xa nhiệt độ sôi của cấu tử hòa tan
Để dễ dàng phân riêng chúng khi tách (chưng luyện chẳng hạn).
5. Có nhiệt độ đóng rắn thấp
Để tránh hiện tượng đóng rắn làm tắc, nghẽn thiết bị.
6. Không tạo thành kết tủa khi hòa tan
Để tránh tắc thiết bị và dễ thu hồi.
7. Tính ăn mòn của dung môi
Dung môi nên có tính ăn mòn thấp để vật liệu chế tạo thiết dễ tìm và rẻ tiền
8. Ít bay hơi để tránh tổn thất.
Dung môi nên có áp suất hơi thấp vì pha khí sau quá trình hấp thu sẽ bão hòa hơi dung
môi do đó dung môi bị mất.
9. Rẻ tiền, không độc, không gây ăn mòn thiết bị.
Dung môi dễ tìm và rẻ tiền để sự thất thoát không tốn kém nhiều.
Tuy nhiên, trong thực tế không có dung môi nào đạt được các tiêu chuẩn đã nêu. Vì vậy,
khi chọn lựa dung môi cần phải dựa vào những điều kiện cụ thể của sản xuất, nhưng điều
kiện thứ nhất không thể thiếu được.
1.4. Phương pháp hấp thu
a. Hấp thu vật lý: dựa trên sự hòa tan của cấu tử khí trong pha lỏng
Pha khí là hỗn hợp khí G vào chứa nhiều chất Trong đó:
• Các chất trợ Gtr (không hấp thu vào lỏng)
• Chất hấp thu vào lỏng gọi là cấu tử A Pha lỏng:
• Lượng dung môi gọi là L
• Cấu tử A đã có sẵn trong pha lỏng L
• Lượng dung môi trơ là Lu là lượng dung môi tổng cộng L trừ đi lượng cấu tử A
b. Hấp thu hóa học: có phản ứng hóa học giữa chất bị hấp thu và chất hấp thu.
Khi này hiệu nồng độ ở bề mặt phân chia pha tăng, vận tốc hấp thụ hóa học tăng hơn khi
hấp thụ vật lý. Vận tốc phản ứng hóa học càng tăng, vận tốc hấp thu hóa học tăng theo.
1.5. Cân bằng vật chất cho quá trình hấp thu
a. Một số định nghĩa •
Phần mol của cấu tử i là số mol (suất lượng mol) của cấu tử i chia cho tổng số mol
hỗn hợp (suất lượng mol hỗn hợp) •
Phần khối lượng của cấu tử i là khối lượng(suất lượng khối lượng) của cấu tử i chia
cho tổng khối lượng hỗn hợp (suất lượng khối lượng hỗn hợp) •
Tỉ số mol của cấu tử i là số mol (suất lượng mol) của cấu tử i chia cho tổng số mol
(suất lượng mol) trừ đi số mol (suất lượng mol) của i b. Các đơn vị •
Suất lượng mol: mol/h ; (kmol/ h. m2 ); (mol/ h.m2). •
Suất lượng khối lượng: kg/h ; (kg/ h. m2);(g/h.m2) •
Phần mol và tỉ số mol không có đơn vị
2. Cơ sở vật lí của quá trình hấp thu
2.1. Độ hòa tan của khí trong lỏng
Độ hòa tan của khí trong lỏng là lượng khi hòa tan trong một đơn vị chất lỏng, được biểu
thị bằng kg/kg; kg/m3; g/l; lít khí hòa tan/lít chất lỏng;..
Độ hòa tan của khí trong lỏng phụ thuộc vào tính chất của khí và của chất lỏng, phụ thuộc
vào nhiệt độ môi trường, áp suất riêng phần của khí trong hỗn hợp khí.
Muốn tính toán được quá trình hấp thu cần phải biết độ hòa tan của khí vào trong lỏng hay
nói một cách khác là phải biết mối quan hệ phụ thuộc giữa nồng độ khí ở trong hỗn hợp khí và trong lỏng.
Khí hòa tan trong lỏng sẽ tạo thành hỗn hợp hai cấu tử, có hai thành phần và hai pha. Theo
qui tắc Gibbs: C = 2 - 2 + 2 = 2, được coi như hỗn hợp lỏng có hai thành phần. Cân bằng
được xác định bởi áp suất, nhiệt độ và nồng độ. Nếu nhiệt độ không đổi, thì độ hòa tan
phụ thuộc vào áp suất. Sự phụ thuộc này tuân theo định luật Henry-Dalton: y* = mx (2.1)
• Đối với khí lí tưởng m là hằng số, và mối quan hệ y* = f(x) là đường thẳng.
• Đối với khí thực, m phụ thuộc vào x, nên đường cân bằng là đường cong. Hằng số cân bằng m =
Khi tính toán quá trình hấp thu, người ta thường dùng nồng độ phần mol tương đối Y, X. và Do đó: (2.2)
Như vậy, quan hệ cân bằng tính theo nồng độ phần mol tương đối luôn luôn là một đường cong.
2.2. Phương trình đường nồng độ làm việc của quá trình hấp thu
Phương trình đường làm việc của quá trình hấp thu được thành lập trên cơ sở của lí thuyết
hai lớp màng. Đó là lớp màng ngăn cách giữa pha lỏng và pha khí. Qua lớp màng, khí
trong hỗn hợp khí sẽ khuyếch tán vào pha lỏng.
Khi cân bằng vật liệu, thường người ta cho trước hỗn hợp khí, nồng độ đầu và nồng cuối
của khí bị hấp thu trong các pha. Gọi:
Gy: lượng hỗn hợp khí vào thiết bị hấp thu, kmol/h;
Yđ: nồng độ đầu của hỗn hợp khí, kmol/kmol khí trơ;
Yc: nồng độ cuối của hỗn hợp khí, kmol/kmol khí trơ;
Gx: lượng dung môi vào thiết bị hấp thu, kmol/h;
Xđ: nồng độ đầu của dung môi, kmol/kmol dung môi;
Xc: nồng độ cuối của dung môi, kmol/dung môi;
Gtr: lượng khí trơ, kmol/h.
Lượng khí trơ được xác định theo công thức: (2.3)
Phương trình cân bằng vật liệu trong tháp hấp thu: (2.4)
Lượng dung môi cần thiết: (2.5)
Lượng dung môi tối thiểu cần dùng cho quá trình hấp thu được xác định khi mà nồng độ
cuối của dung môi đạt đến nồng độ cân bằng, nghĩa là: (2.6)
Với Xcb,d – nồng độ cân bằng ứng với nồng độ đầu của hỗn hợp khí.
Trong quá trình hấp thu, nồng độ cân bằng luôn luôn lớn hơn nồng độ làm việc, vì thế
lượng dung môi thực tế luôn lớn hơn lượng dung môi tối thiểu, thường khoảng 20%.
Nếu tính lượng dung môi theo 1kg khí trơ, ta có lượng dung môi tiêu hao riêng là: (2.7)
Nếu biểu diễn phương trình cân bằng vật liệu ở tiết diện bất kì của tháp ta có:
Gtr(Y – Yc) = Gx(X – Xđ) (2.8) Rút ra : hằng số (2.9) Hoặc Y = AX + B (2.10)
Phương trình (2.10) được gọi là phương trình đường nồng độ làm việc của quá trình hấp
thu. Nếu biểu diễn trên đồ thị Y-X là đường thẳng có hệ số góc tg = A, và cắt trục tung tại B.
2.3. Ảnh hưởng của lượng dung môi đến quá trình hấp thu
Để xem xét vai trò của dung môi trong hấp thu, ta dựa vào phương trình truyền chất chung
và phương trình đường nồng độ làm việc.
Theo phương trình chuyển khối chung: G = ky.F Ytb
Trong điều kiện nhất định G là lượng khí bị hấp thu không đổi và hệ số truyền chất ky
không đổi. Do đó bề mặt tiếp xúc pha F chỉ được thay đổi tương ứng với sự thay đổi Ytb
sao cho tích số F Ytb là không đổi. Bề mặt F thay đổi, tức kích thước thiết bị thay đổi,
lớn khi F tăng và nhỏ khi F giảm.
Dựa vào đồ thị hình 2.1 ta thấy:
Khi Yđ, Yc và Xđ cố định, thì nồng độ cuối dung môi được quyết định theo động lực trung
bình Ytb, tức là điểm cuối của đường làm việc AB. Điểm cuối của đường làm việc chỉ
được dịch chuyển từ A đến A4. Đường làm việc BA, cắt đường cân bằng, lúc này động lực
trung bình nhỏ nhất. Đường BA gần với trục tung, nên động lực trung bình là lớn nhất.
Hình 2.1: Quan hệ Y-X
Vì F× Ytb không đổi nên ứng với đường BA4 cho F lớn nhất và ứng với đường BA cho F bé nhất.
Tương tự tại A4 ta có Xc lớn nhất và tại A có Xc bé nhất. Dựa vào phương trình đường nồng
độ làm việc ta cũng thấy tương ứng với với đường BA4 có A = tg = bé nhất (có nghĩa là
lượng dung môi bé nhất), còn ứng với với đường BA có A = tg = lớn nhất (có nghĩa là
lượng dung môi lớn nhất, vì lượng Gtr không đổi).
Vì vậy, nếu chọn lượng dung môi ít nhất, ta thu được Xc lớn, nhưng thiết bị phải vô cùng
cao; trái lại nếu chọn lượng dung môi lớn nhất, thì thiết bị bé, nhưng dung dịch thu được
quá loãng (Xc bé). Do đó khi chọn điều kiện làm việc ta phải dựa vào chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật.
2.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất đến quá trình hấp thu
Nhiệt độ và áp suất là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng lên quá trình hấp thu, mà chủ
yếu ảnh hưởng lên trạng thái cân bằng và động lực của quá trình.
Hình 2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất lên quá trình hấp thu. (a)
ảnh hưởng nhiệt độ t1 < t2 < t3; (b) ảnh hưởng của áp suất P1 > P2 > P3
Từ phương trình Henry ta thấy khi nhiệt độ tăng thì hệ số Henry tăng, đường cân bằng sẽ
dịch chuyển về phía trục tung (hình 2.2a). Vì vậy, nếu đường nồng độ làm việc AB không
đổi thì động lực trung bình giảm, do đó cường độ truyền chất cũng giảm theo. Nếu tiếp tục
tăng nhiệt độ, ví dụ đến t3 thì không những động lực trung bình giảm mà ngay cả quá trình
cũng không hể thực hiện được (vì đường cân bằng và đường làm việc cắt nhau, nên không
thể đạt được nồng độ cuối Xc). Đó là sự ảnh hưởng xấu của nhiệt độ. Tuy nhiên, khi nhiệt
độ tăng thì độ nhớt của dung dịch giảm (có lợi với trường hợp trở lực chủ yếu trong pha
lỏng), vận tốc khí tăng, cường độ truyền chất cũng tăng theo. Đó là sự ảnh hưởng tốt của nhiệt độ.
Trong trường hợp tăng áp suất, ta thấy hệ số cân bằng m = sẽ giảm, do đó dường cân
bằng sẽ dịch chuyển dần về phía trục hoành, tức động lực trung bình sẽ tăng, quá trình
truyền chất sẽ tốt hơn (hình 2.2b). Nhưng sự tăng áp suất luôn luôn kèm theo sự tăng nhiệt
độ, nên nó cũng gây ảnh hưởng xấu đến quá trình hấp thu. Mặt khác, tăng áp suất cũng
gây khó khăn về mặt thiết bị. Do vậy, chỉ sử dụng quá trình hấp thu ở áp cao đối với những
khí khó hòa tan, ví dụ hấp thu CO2, bằng nước tiến hành ở áp suất khoảng 17at, hoặc thu
hồi CO ở áp suất 120at, ...
Phần II: CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ ƯU NHƯỢC ĐIỂM
CÁC THIẾT BỊ HẤP THU
1. Thiết bị hấp thu loại màng
Thiết bị có cấu tạo đơn giản, được phân thành loại ống và loại tấm.
1.1. Thiết bị hấp thu loại ống:
Hình 1: Thiết bị hấp thu màng kiểu ống
1-bản; 2- phân phối chất lỏng
Cấu tạo: Loại này có cấu
tạo giống thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm
Nguyên lý hoạt động:
Chất lỏng chảy dọc theo thành trong ống từ trên
xuống, chất khí đi từ dưới lên tiếp xúc với màng chất lỏng và quá trình hấp thụ được thực
hiện ở màng chất lỏng trên thành ống. Để lấy nhiệt tỏa ra khi hấp thụ người ta cho nước
lạnh vào khoảng giữa các ống. Đường kính ống từ 25 đến 50mm. Ưu điểm:
+ Cấu tạo gọn, chắc chắn, tốn ít kim loại, dễ làm sạch phía trong ống Nhược điểm:
+ Khó chế tạo bằng vật liệu không nong và hàn đuwọc như gang hoặc thép silic
1.2. Thiết bị hấp thu loại tấm:
Hình 2: Thiết bị hấp thu màng kiểu tấm
1-bản; 2- phân phối chất lỏng
Cấu tạo: Gồm các bảng xếp thẳng đứng song song với nhau ở khoảng cách nhất định.
Bản có thể được chế tạo bằng kim loại, chất dẻo…
Nguyên lý hoạt động: Chất lỏng đi từ trên xuống chảy thành màng trên bề mặt bản nhờ
bộ phân phối 2. Khí đi ngược chiều từ dưới lên. Ưu điểm: + Trở lực nhỏ
+ Vận tốc chất lỏng lớn(5m/s) Nhược điểm:
+ Hiệu suất thấp khi chiều cao lớn
+ Khó phân bố đều chất lỏng
Trong thực tế sản xuất, loại thiết bị này được sử dụng tương đối rộng rãi, đặc biệt để chưng
và hấp thụ ở áp suất chân không.
2. Thiết bị hấp thu loại mâm xuyên lỗ
Hình 3: Thiết bị hấp thu loại mâm xuyên lỗ 1– Thên thiết bị ; 2 -Mâm; 3– Vách chảy truyền; 4 -Ống hơi ra; 5 -Ống hoàn lưu; 6 -Ống lỏng ra; 7 -Ống hơi vào
Cấu tạo: Tháp mâm có hoặc động đơn giản và cấu tạo gần như giống nhau chỉ khác nhau
ở số lượng mâm, cách thức bố trí và dạng mâm ( mâm xuyên lổ, mâm chớp…)
Tháp hình trụ thẳng đứng, trong có gắn các mâm có cấu tạo khác nhau, trên đó pha lỏng
và pha khí được cho tiếp xúc với nhau. Quá trình chung của cả tháp là sự tiếp xúc pha
nghịch dòng mặc dù trên mỗi mâm hai pha khí vàl ỏng tiếp xúc giao dòng
Nguyên lý hoạt động: Người ta đưa không khí đi qua một tấm phẳng đục lỗ, phía trên có
nước hay dung dịch hấp thụ. Khí thải đi qua lớp nước dưới dạng các bọt khí và nổ vỡ ở
mặt trên của mặt nước. Quá trình thu bắt hạt bụi và hấp thụ hơi khí độc xảy ra trên bề mặt
các bọt khí. Người ta thường làm mặt sàng bằng kim loại có chiều dày từ 4 – 6mm có các
lỗ hình tròn đường kính d = 4 - 8mm.Tổng diện tích lỗ chiếm 20 ~ 25% diện tích mặt sàng.
Lượng nước trên lưới đươc tính hay cấu tạo máng tràn sao cho lớp bọt có chiều cao 80 ~
120mm. Tốc độ khí đi qua lỗ giới hạn trong khoảng 6 ~ 10m/s là vận tốc tốt nhất để có lớp
bọt ổn định. Tốc độ khí đi qua thiết diện ngang của thiết bị trong khoảng 1,5~2,5 m/s.Thiết
bị thường có nhiều lớp mặt sàng để nâng cao hiệu quả của thiết bị. Ưu điểm:
+ Có thể xử dụng cho cả quá trình chưng cất lẩn hấp thụ
+ Hiệu suất không thay đổi nhiều theo lưu lương hơi + Các mâm dể dàng tháo lắp vệ sinh
hoặc tùy nhu cầu sử dụng Nhược điểm:
+ Khi vận tốc khí lớn có thể gây nên sự lôi cuốn cơ học các giọt lỏng trong dòng hơi từ
mâm dưới lên mâm trên làm giảm sự biến đổi nồng độ tạo nên bởi quá trình truyền khối, làm giảm hiệu suất.
+ Ngoài ra còn tạo độ giảm áp lớn cho pha khí làm tăng công suất máy nén khí cho tháp.
Hình 4: Hệ thống các thiết bị hấp thu 3. Tháp mâm chóp: Cấu tạo:
Hình : cấu tạo mâm chóp
Nguyên lý hoạt động: Tương tự mâm xuyên lỗ, khác ở chỗ khí đi từ dưới lên qua chóp
và tiếp xúc với dòng lỏng từ trên xuống. Ưu điểm:
Hiệu số truyền khối cao, ổn định.
Ít tiêu hao năng lượng hơn nên có số mâm ít hơn. Nhược điểm:
Khi vận tốc khí lớn có thể gây nên sự lôi cuốn cơ học các giọt lỏng trong dòng hơi từ mâm
dưới lên mâm trên làm giảm sự biến đổi nồng độ tạo nên bởi quá trình truyền khối, làm giảm hiệu suất.
Ngoài ra còn tạo độ giảm áp lớn cho pha khí làm tăng công suất máy nén khí cho tháp. Chế tạo phức tạp. Trở lực lớn. 4. Tháp đệm:
Cấu tạo: Thân tháp rỗng bên trong đổ đầy đệm làm từ các vật liệu khác nhau ( gỗ , nhựa,
kim loại, gốm ….) với các hình dạng khác nhau ( trụ, cầu, tấm , lò xo….) Khi thải được
dẫn vào ở đáy tháp và thoát ra ở đỉnh tháp. Dung dịch hấp thụ được tưới đều lên đỉnh lớp
đệm và chảy dọc theo các bề mặt vật liệu. Phản ứng hấp thụ xảy ra trên bề mặt ướt của lớp
đệm. Hiệu quả lọc phụ thuộc vào vận tốc dòng khí trong lớp vật liệu tổng diện tích bề mặt tiếp xúc lớp đệm.
Nguyên lý hoạt động: Tháp đệm được dùng để lọc hơi khí độc có lẫn rất ít bụi để tránh
nghẹt lớp đệm. Tốc độ dòng khí qua lớp đệm được cấu tạo sao cho tránh hiện tượng sặc
trong lớp đệm. Trong thực tế, người ta thường kết hợp buồng phun và tháp đệm để tiến
hành lọc hơi khí độc. Thiết bị loại này có một buồng phun ở phía trên và một tháp đệm ở phía dưới. Ưu điểm:
Tháp thường được làm bằng sứ, kim loại hoặc plastic.
- Vật liệu đệm thường được dùng như than hoạt tính, silicagael, zeolit,…. Tùy vào
từng loại khí mà chọn vật liệu tương ứng.
- Thường kết hợp giữa buồng phun và tháp đệm để lọc thải. Điều này giúp tăng hiệu quả xử lý hơn.
- Hệ thống được thiết kế vận hành đơn giản, giá thành phù hợp. Nhược điểm:
- Khó khăn trong việc rửa vật liệu đệm
- Hay gây tắc ngẽn vật liệu đệm do tích tụ cặn, làm tăng trở lực quá trình hấp thụ
- Phân phối dung dịch hấp thụ phải điều khắp diện tích tháp
5. Thiết bị loại bề mặt:
Hình thiết bị hấp thụ loại bề mặt kiểu vỏ Hình thiết bị hấp thụ loại bề mặt kiểu ống Cấu tạo: 1. Thanh chặn dòng khí. 2. Vỏ thiết bị. 3. Ống. 4. Dòng lỏng.
5. Dòng khí/ hỗn hợp khí
Nguyên lý hoạt động: Trong thiết bị khí và lỏng chuyển động ngược chiều nhau và tiếp
xúc với nhau trên bề mặt thoáng của chất lỏng. Ưu điểm: Chế tạo đơn giản.
- Ít tốn kém nguyên liệu chế tạo. Nhược điểm:
- Chỉ được dùng khi chất khí hòa tan trong lỏng (như hấp thụ khí hydro clorua bằng nước lạnh).
- Bề mặt tiếp xúc pha bé.
6. Thiết bị loại phun:
Hình cấu tạo thiết bị loại phun Cấu tạo: 1. Thân. 2. Vòi phun.
Nguyên lý hoạt động: Chất lỏng được cung cấp vào qua đường ống tới vòi phun. Những
hạt chất lỏng được phun ra trong thiết bị tiếp xúc với dòng khí đi từ dưới lên và quá trình hấp thụ xảy ra. Ưu điểm:
- Chi phí đầu tư và chi phí hoạt động thấp.
- Vẫn hành đơn giản, cấu tạo đơn giản.
Đường kính tháp nhỏ, nên mật độ tưới nhỏ, tiết kiệm dung tích hấp thụ mà vẫn cho hiệu suất cao.
- Lọc được bụi mịn với hiệu quả tương đối cao.
- Lực cản thủy động nhỏ.
- Có thể sử dụng đối với khí thải có độ nhiễm bẩn cao. Nhược điểm:
- Không phù hợp với khí khó tan.
- Hiệu quả cao khi kích thước bụi > 10 micromet, kém hiệu quả khi kích thước bụi < 5 micromet.
- Tốc độ dòng khí không được quá lớn để tránh hiện tượng chất lỏng cuốn theo khí ra ngoài. 7. Tháp đĩa
Cấu tạo: Tháp đĩa được ứng dụng nhiều trong công nghệ hoá học và thực phẩm. Tháp
đĩa thường cấu tạo gồm thân hình trụ thẳng đứng, bên trong có đặt các tấm ngăn (đĩa)
cách nhau một khoảng nhất định.