(+84)96 883 9903
kythuatmoitruong.contact@gmail.com
Kỹ thuật môi trường
(+84) 96 883 9903 kythuatmoitruong.contact@gmail.com

Phương pháp Onda xác định HTU cho tháp đệm hấp thụ khí — hướng dẫn kỹ thuật

15-08-2026 Newater Việt Nam
Hướng dẫn kỹ thuật áp dụng correlation Onda để xác định diện tích bề mặt ướt \(a_w\), hệ số truyền khối riêng \(k_G, k_L\), hệ số tổng thể \(K_Ga_w\) và \(HTU_{OG}\) cho packed column.

1. Xác định HTU theo phương pháp Onda trong thiết kế tháp đệm hấp thụ khí

Trong thiết kế tháp đệm hấp thụ khí, khi không có dữ liệu \(HTU\) hoặc \(K_Ga\) trực tiếp từ nhà sản xuất packing, một cách tiếp cận phổ biến là xác định các thông số truyền khối từ empirical correlation. Đối với random packing, phương pháp của Onda, Takeuchi và Okumoto là một trong những mô hình kinh điển, được xây dựng trên cơ sở dữ liệu hấp thụ, giải hấp và bay hơi trong packed column. Công trình gốc được công bố năm 1968 trên Journal of Chemical Engineering of Japan.

Điểm quan trọng là phương pháp Onda không cung cấp trực tiếp một giá trị HTU cố định cho từng loại packing. Thay vào đó, phương pháp xác định ba đại lượng nền:

$$a_w$$
$$k_L$$
$$k_G$$

trong đó \(a_w\) là diện tích bề mặt packing được thấm ướt, \(k_L\) là hệ số truyền khối phía lỏng và \(k_G\) là hệ số truyền khối phía khí.

Sau đó cần kết hợp các trở lực truyền khối để xác định hệ số tổng thể:

$$K_Ga_w$$

và cuối cùng:

$$HTU_{OG} = \frac{G_M'}{K_Ga_wP}$$

đối với cách biểu diễn động lực truyền khối theo áp suất riêng phần và khí loãng.

Vì vậy, logic của phương pháp Onda là:

$$\boxed{ \text{Hydraulics + packing + physical properties} \rightarrow a_w,;k_G,;k_L \rightarrow K_Ga_w \rightarrow HTU_{OG} }$$

2. Phạm vi và bản chất của phương pháp Onda

Onda và cộng sự xây dựng correlation dựa trên giả thiết rằng diện tích bề mặt packing được thấm ướt có thể xem gần đúng là diện tích giao diện khí – lỏng tham gia truyền khối. Từ giả thiết này, dữ liệu \(k_La\) và \(k_Ga\) thực nghiệm được tách thành diện tích tiếp xúc \(a_w\) và hệ số truyền khối riêng từng pha.

Trong công trình gốc, phương pháp được kiểm chứng chủ yếu với các random packing truyền thống như:

  • Raschig ring;
  • Berl saddle;
  • sphere;
  • rod;

với vật liệu gồm ceramic, glass, polyvinyl chloride và một số bề mặt được xử lý khác. Correlation diện tích ướt được tác giả báo cáo phù hợp trong khoảng sai số khoảng ±20% đối với tập dữ liệu nghiên cứu.

Do đó, Onda phù hợp nhất khi được sử dụng như một empirical mass-transfer model cho random packing. Với packing hiệu suất cao hiện đại hoặc structured packing, nên ưu tiên correlation chuyên biệt hoặc dữ liệu nhà sản xuất nếu có.

3. Dữ liệu cần có trước khi tính HTU theo Onda

Trước khi áp dụng correlation, cần xác định ba nhóm dữ liệu.

3.1. Điều kiện khí
  • lưu lượng khí \(Q_G\);
  • nhiệt độ \(T\);
  • áp suất tuyệt đối \(P\);
  • khối lượng riêng \(\rho_G\);
  • độ nhớt động lực \(\mu_G\);
  • hệ số khuếch tán cấu tử trong pha khí \(D_G\).
3.2. Điều kiện dung dịch
  • lưu lượng dung dịch \(Q_L\);
  • khối lượng riêng \(\rho_L\);
  • độ nhớt động lực \(\mu_L\);
  • sức căng bề mặt \(\sigma_L\);
  • hệ số khuếch tán cấu tử trong pha lỏng \(D_L\).
3.3. Đặc tính packing
  • diện tích bề mặt hình học \(a_t\), \(\mathrm{m^2/m^3}\);
  • kích thước danh nghĩa hoặc kích thước đặc trưng \(D_p\), m;
  • vật liệu packing;
  • critical surface tension \(\sigma_c\).

Ngoài ra phải biết đường kính tháp \(D\) để xác định tải khí và tải lỏng trên tiết diện.

Workflow xác định HTU theo phương pháp Onda từ đặc tính khí lỏng và packing

4. Xác định tải khí và tải lỏng trên tiết diện

Diện tích tiết diện tháp:

$$A_c = \frac{\pi D^2}{4}$$

Từ lưu lượng thể tích có thể xác định superficial velocity:

$$u_G = \frac{Q_G}{A_c}$$
$$u_L = \frac{Q_L}{A_c}$$

Tuy nhiên correlation Onda sử dụng superficial mass velocity, không phải trực tiếp lưu lượng thể tích:

$$G = \rho_Gu_G$$
$$L = \rho_Lu_L$$

Trong đó:

  • \(G\): superficial mass velocity của khí;
  • \(L\): superficial mass velocity của lỏng.

Trong tài liệu gốc, \(G\) và \(L\) được biểu diễn theo \(\mathrm{kg/(m^2\cdot h)}\).

Nếu chương trình tính toán sử dụng \(\mathrm{kg/(m^2\cdot s)}\), toàn bộ các đại lượng liên quan như độ nhớt, diffusivity và gia tốc phải được chuyển về cùng hệ thời gian để đảm bảo các nhóm không thứ nguyên không bị sai.

5. Tính diện tích bề mặt ướt aw

Một trong những đóng góp quan trọng của phương pháp Onda là không mặc định toàn bộ diện tích packing đều tham gia truyền khối.

Correlation diện tích ướt được viết:

$$\frac{a_w}{a_t} = 1- \exp \left[ -1.45 \left( \frac{\sigma_c}{\sigma_L} \right)^{0.75} \left( \frac{L}{a_t\mu_L} \right)^{0.10} \left( \frac{L^2a_t}{\rho_L^2g} \right)^{-0.05} \left( \frac{L^2}{\rho_L\sigma_La_t} \right)^{0.20} \right]$$

Đây là correlation gốc được Onda và cộng sự sử dụng để xác định phần bề mặt packing được thấm ướt.

Sau khi xác định tỷ số wetting:

$$f_w = \frac{a_w}{a_t}$$

diện tích bề mặt ướt:

$$a_w = f_wa_t$$
5.1. Ý nghĩa các nhóm trong correlation

Có thể nhận dạng:

$$Re_L = \frac{L}{a_t\mu_L}$$

là Reynolds number phía lỏng theo định nghĩa Onda.

Froude number:

$$Fr_L = \frac{L^2a_t}{\rho_L^2g}$$

và Weber number:

$$We_L = \frac{L^2}{\rho_L\sigma_La_t}$$

Do đó có thể viết gọn:

$$\frac{a_w}{a_t} = 1-\exp \left[ -1.45 \left( \frac{\sigma_c}{\sigma_L} \right)^{0.75} Re_L^{0.10} Fr_L^{-0.05} We_L^{0.20} \right]$$

Correlation cho thấy khả năng wetting không chỉ phụ thuộc lưu lượng lỏng mà còn phụ thuộc:

  • sức căng bề mặt dung dịch;
  • đặc tính bề mặt vật liệu packing;
  • lực quán tính;
  • trọng lực;
  • hình học packing.

Điều này giải thích tại sao hai tháp dùng cùng loại packing nhưng dung dịch khác nhau có thể tạo ra diện tích truyền khối hiệu dụng khác nhau.

5.2. Không được thay aw bằng at

Nếu packing có:

$$a_t=100\ \mathrm{m^2/m^3}$$

nhưng correlation cho:

$$\frac{a_w}{a_t}=0.45$$

thì diện tích được dùng trong tính truyền khối là:

$$a_w = 45\ \mathrm{m^2/m^3}$$

chứ không phải:

$$100\ \mathrm{m^2/m^3}$$

Nếu dùng trực tiếp \(a_t\), khả năng truyền khối sẽ bị đánh giá cao và HTU bị tính thấp.

6. Tính hệ số truyền khối phía lỏng kL

Correlation Onda cho hệ số truyền khối pha lỏng có dạng:

$$k_L \left( \frac{\rho_L}{\mu_Lg} \right)^{1/3} = 0.0051 \left( \frac{L}{a_w\mu_L} \right)^{2/3} \left( \frac{\mu_L}{\rho_LD_L} \right)^{-1/2} (a_tD_p)^{0.4}$$

Đây là correlation Eq. (2) trong công trình Onda. Tác giả cho biết dữ liệu \(k_L\) của nước và các dung môi hữu cơ trong phạm vi nghiên cứu được correlation với độ lệch khoảng ±20%.

Có thể nhận dạng Schmidt number pha lỏng:

$$Sc_L = \frac{\mu_L}{\rho_LD_L}$$

và modified Reynolds number:

$$Re_{L,w} = \frac{L}{a_w\mu_L}$$

Từ công thức trên, \(k_L\) có thể viết:

$$k_L = 0.0051 \left( \frac{\mu_Lg}{\rho_L} \right)^{1/3} Re_{L,w}^{2/3} Sc_L^{-1/2} (a_tD_p)^{0.4}$$

Nếu sử dụng hệ đơn vị của bài báo:

$$k_L \quad [m/h]$$

Onda sử dụng \(a_w\), không phải \(a_t\), trong Reynolds number của màng lỏng. Điều này có ý nghĩa vật lý: dòng lỏng thực sự được phân bố trên phần packing đã thấm ướt.

7. Tính hệ số truyền khối phía khí kG

Correlation phía khí của Onda:

$$\frac{k_GRT}{a_tD_G} = 5.23 \left( \frac...
NỘI DUNG NÂNG CAO

Nội dung dành cho hội viên

Bài viết này yêu cầu quyền truy cập phù hợp. Vui lòng đăng nhập hoặc nâng cấp gói để xem toàn bộ nội dung.

  • Xem đầy đủ nội dung chuyên ngành
  • Truy cập bảng biểu và công thức kỹ thuật
  • Sử dụng tài nguyên theo quyền của gói
  • Quyền truy cập phụ thuộc vào cấp độ từng bài viết
Xem gói dịch vụ

Xem hướng dẫn đăng ký tài khoản trả phí bấm vào đây

Bài viết liên quan

Các loại đệm tháp hấp thụ: thông số, thủy lực và truyền khối Basic Xác định đặc tính thủy lực packing cho tháp đệm — ΔP/Z, loading và flooding Basic Tính HTU trong tháp đệm hấp thụ khí — hướng dẫn kỹ thuật Basic Hấp thụ – oxy hóa H₂S bằng NaOH + NaOCl Basic Các loại tháp hấp thụ: Cấu tạo, nguyên lý và phạm vi ứng dụng Basic