ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

XỬ LÝ KHÍ NH
3

BẰNG PHƯƠNG PHÁP
HẤP THỤ

1.6.1 tháp đĩa 8
1.6.2 Tháp phun 10
1.6.3 Tháp đệm 11
1.6.4 Tháp màng 12
CHƢƠNG 2: SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ 14
CHƢƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THÁP MÂM XUYÊN LỖ 15
3.1 Số liệu thiết kế ban đầu 15
3.2 Tính toán các số liệu thiết kế 15
3.2.1 Sơ đồ cân bằng vật chất của tháp mâm xuyên lỗ 15
3.2.2 Đƣờng cân bằng 16
3.2.3 Đƣờng cân bằng vật chất 17
3.2.3.2 Nồng độ đầu ra của NH
3
17
3.2.3.3 Hiệu suất 17
3.2.4 Lập đƣờng làm việc của NH
3
17
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƢ
SVTH: TRẦN VĂN BÉ BA-NGUYỄN PHÚC THỊNH TRANG 2

3.2.5 Tính đƣờng kính tháp 19
3.2.6 Tính chiều cao tháp tính từ hai mép nối nắp và đáy 20
3.2.7 Thuyết kế lổ trên mâm 21
3.2.8 Tính toán trở lực 21
Chƣơng 4:TÍNH TOÁN CƠ KHÍ VÀ CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ 24
4.1 Tính thân thiết bị 24
4.2 Tính đáy nắp elip có gờ 26
4.3 Tính toán ống dẫn tháo liệu 27
4.3.1 Tính toán ống dẫn khí vào 27

nghiệm của mình vào năm 1774 và khi đó ngƣời ta gọi amôniăc là 'chất khí kiềm'.
1.1.2 Tính chất vật lí
Amôniăc là một chất không màu, mùi khai và xốc, nhẹ hơn không khí (Khối lƣợng
riêng D = 0,76g/l. Amôniăc hoá lỏng ở -34
o
C và hoá rắn ở -78
o
C. Trong số các khí,
amôniăc tan đƣợc nhiều nhất trong nƣớc. Một lít nƣớc ở 20
o
C hoà tan đƣợc 800 lít NH3.
Hiện tƣợng tan đƣợc nhiều giải thích do có tƣơng tác giữa NH
3
và H
2
O, là những chất
đều có phân tử phân cực.
1.1.3 Tính chất hóa học
Sự phân huỷ nhƣ đã biết, phản ứng tổng hợp NH
3
là thuận nghịch. Điều này có
nghĩa, amôniăc có thể phân huỷ sinh ra các đơn chất N
2
và H
2
. Amôniăc phân huỷ ở nhiệt
độ 600 – 700
o
C và áp suất thƣờng. Phản ứng phân huỷ là phản ứng thu nhiệt và cũng
thuận nghịch.

3
+ 3O
2
 2N
2
+ 6H
2
O + Q
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƢ
SVTH: TRẦN VĂN BÉ BA-NGUYỄN PHÚC THỊNH TRANG 4

Trong thí nghiệm hỗn hợp NH
3
và O
2
đƣợc dẫn đi qua ống đựng chất xúc tác Pt
nung nóng. Khí NO sinh ra, đi tới bình cầu là nơi có nhiệt độ thƣờng, thì hoá hợp với
trong không khí tạo ra khí NO2 màu nâu đỏ.
NH
3
+ 5O
2
 4NO + 6H
2
O
NO
2
2NO + O
2


N(s)+ 2NH
3
(l)  3Li
+
(am) + 3 NH
2
−
(am)
NH
3
nhƣ là Ligand Tetraamminecopper(II), [Cu(NH
3
)
4
]
2
+
, có màu xanh dƣơng
đậm khi thêm ammonia vào trong dung dịch muối đồng (II). Diamminesilver(I),
[Ag(NH
3
)
2
]
+
, đƣợc gọi là tác chất Tollens' reagent.
1.1.8 Điều chế
 Tổng hợp từ thiên nhiên:
Trong không khí có một lƣợng amôniăc không đáng kể sinh ra do quá trình phân
rã của động vật và thực vật.

nên phải thêm xúc tác để cho sản phẩm và hiệu suất mong muốn
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƢ
SVTH: TRẦN VĂN BÉ BA-NGUYỄN PHÚC THỊNH TRANG 5

3H
2
+ N
2
 2 NH
3

1.2 Ứng dụng
a. Làm phân bón
NH3 đƣợc xem nhƣ là thành phần của phân bón. NH3 có thể đƣợc bón trực tiếp
lên ruộng đồng bằng cách trộn với nƣớc tƣới mà không cần thêm một quá trình hoá học
nào.
NH3 tác dụng với acid (HCl, HNO
3
…) tạo muối là thành phần chính của phân
bón hoá học. Amôni Sunphat là một loại phân bón tốt. Amôni Nitrat cũng đƣợc sử dụng
nhƣ một loại phân bón và còn nhƣ một dạng thuốc nổ.
Khi cho amôniăc tác dụng với CO
2
ở nhiệt độ 180-200
o
C, dƣới áp suất khoảng
200atm ta điều chế Urê (NH
2
)
2

3
là chất thay thế CFCs, HFCs bởi vì kém độc và ít bắt cháy. Trong phòng thí
nghiệm và phân tích NH
3
đƣợc xem nhƣ là hỗn hợp khí chuẩn cho việc kiểm soát phát
thải môi trƣờng, kiểm soát vệ sinh môi trƣờng,các phƣơng pháp phân tích dạng vết.
c. Kỹ nghệ điện tử
NH3 đƣợc sử dụng trong công nghệ sản xuất chất bán dẫn và một số vật liệu cao
cấp khác thông qua sự ngƣng tụ silicon nitride (Si
3
N
4
) bằng phƣơng pháp ngƣng tự bốc
hơi hoá học: Chemical Vapor Deposition (CVD).
d. Một số ứng dụng khác
NH
4
Cl đƣợc sử dụng trong công nghệ hàn, chế tạo thức ăn khô và trong y học…
NH
3
đƣợc sử dụng trong công nghiệp dầu khí, thuốc lá, và trong công nghệ sản xuất các
chất gây nghiện bất hợp pháp.
1.3 Độc tính
a. Độc tính của amôniăc
Trong phần này chúng tôi nói tới độc tính chung cho 3 dạng của amoniac:
 Khí amoniac (NH
3
).
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƢ
SVTH: TRẦN VĂN BÉ BA-NGUYỄN PHÚC THỊNH TRANG 6

giờ là từ 210-350 mg/m
3
.
1.4 Cấp cứu và điều trị
Trong trƣờng hợp hít phải NH3 cần đƣa nhanh nạn nhân ra khỏi môi trƣờng độc
hại, cho nằm nghỉ, thở oxi, điều trị triệu chứng; quan sát y học liên tục 24giờ trở lên để
phát hiện các biến đổi hô hấp.
Trƣờng hợp bị ô nhiễm da cần nhanh chóng rửa sạch bằng nƣớc hoặc dung dịch có
tác dụng trung hòa để bảo vệ da, điều trị triệu chứng.Trƣờng hợp bị ô nhiễm mắt phải
khẩn trƣơng rửa mắt thật kỹ.
1.5 Các vấn đề môi trƣờng liên quan đến NH
3

- Trong quá trình nuôi tôm ,cá, các quá trình xử lý nƣớc thải: nƣớc thải, khí thải và
bùn do phân hữu cơ, xác động vật, xác(vỏ) tôm sau khi tiêu hoá thức ăn thì chúng đƣợc
thải ra trong điều kiện kỵ khí dƣới sự tác dụng của vi khuẩn trong nƣớc xuất hiện H2S,
NH3, CH4 … các chất này rất độc cho ao nuôi và các động vật thuỷ sinh.
- Các trƣờng học trƣớc đây thƣờng không quan tâm đến vấn đề vệ sinh môi trƣờng
trong việc thiết kế và vận hành các nhà vệ sinh (ô nhiễm NH
3
trầm trọng) gây ảnh hƣởng
đến sức khoẻ và tâm sinh lý của học sinh.
- Các vụ rò rĩ khí NH
3
từ các nhà máy phân bón, SX nƣớc đá, đông lạnh… cũng
ảnh hƣởng lớn đến sức khoẻ công nhân và cộng đồng xung quanh
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƢ
SVTH: TRẦN VĂN BÉ BA-NGUYỄN PHÚC THỊNH TRANG 7

a. Nguồn phát thải

)
2
SO
4

 Xử lý sinh học
Bể sinh học màng vi lọc (MBR) xử lý nitơ, ammonia trong nƣớc thải. Việc khử
chất ô nhiễm này chỉ thực hiện duy nhất một quá trình là khử nitrit. “Quá trình này gồm
hai giai đoạn chính đó là giai đoạn nitrit hóa bán phần và khử nitrit thông qua hệ thống
màng vi lọc”.Trong đề tài “ Bƣớc đầu nghiên cứu phân lập vi khuẩn có khả năng sử dụng
NH
3
, H
2
S trong khí thải nhƣ là nguồn cơ chất để dinh dƣỡng” sử dụng chủng vi khuẩn
arthobacter cho việc xử lý NH
3
.
Xử lý NH
3
bằng hồ tuỳ tiện có thêm các chất trao đổi ion nhƣ Zeolit. NH
3
là một
khí độc, và cũng là một khí có nhiều ứng dụng trong kỹ nghệ.Tuy nhiên so với những
chất khí thải khác thì NH3 ít độc hại và xử lý tƣơng đối đơn giản. Vấn đề quan trọng là
trong kỹ thuật làm lạnh chúng ta cố gắng hạn chế tối đa sự cố môi trƣờng xảy ra, đồng
thời luôn có biện pháp đối phó để giảm thiểu thiệt hại và ảnh hƣởng môi trƣờng xung
quanh.
 Xử lý cơ học
Nhờ vào khả năng hoà tan tốt trong H

ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƢ
SVTH: TRẦN VĂN BÉ BA-NGUYỄN PHÚC THỊNH TRANG 9

2. Tháp mâm lỗ
Tháp đĩa lƣới hình trụ, bên trong có nhiều đĩa,
có lỗ tròn, hoặc rảnh. Chất lỏng chảy từ trên xuống
qua các ống chảy chuyền. Khi đi từ dƣới lên qua các
lỗ hoặc rảnh đĩa. Đĩa có thể lấp cân bằng hoặc xuyên
một góc với độ dóc 1/45- 1/50. + Ƣu điểm: chế tạo đơn giản, vệ sing dễ dàng, trở lực ít hơn tháp chớp, ít tốn kim
loại hơn tháp chớp.
+ Nƣợc điểm: yêu cấu lấp đặt cao, mâm lấp phải rất phẳn.
b. Tháp đĩa không có ống chảy chuyền
Trong trƣờng hợp này khí và lỏng cùng chảy
qua một lỗ trên đĩa, vì vậy không có hiện
tƣợng giảm chiều cao chất lỏng trên đĩa nhƣ
trong các loại tháp có ống chảy chuyền, và
tất cả bề mặt đĩa dều làm việc, nên hiệu quả
của đĩa cao hơn. Vì vậy trong những năm
gần đây loại tháp này đƣợc sử dụng rộng rải.
Tháp đĩa không có ống chảy chuyền cũng có
nhiều loại nhƣng chủ yếu có hai loại: đĩa lỗ
và đĩa rảnh. Đĩa lỗ đƣợc cấu tạo bởi các tấm
ngăn và tấm phẳng, trên có nhiều lỗ tròn
đƣợc bố trí đều. Lỗ có đƣờng kính 2-8mm
phụ thuộc vào chất lỏng. Tháp đĩa rãnh là đĩa
gồm nhiều thanh hoặc là nhiều ống ghép lại
với nhau tạo thành các khe hở 3-4mm . ngoài ra đĩa còn có cấu tạo hình sống, trên có lỗ.


1.6.3 Tháp đệm
Cấu tạo gồm: thân tháp rỗng bên trong đổ đầy đệm làm từ vật liệu khác nhau (gỗ,
nhựa, kim loại, gốm, ) với những hình dạng khác nhau (trụ, cầu, tấm, yên ngựa, lò xo, );
lƣới đỡ đệm, ống dẫn khí và lỏng vào ra. Để phân phối đều lỏng lên khối đệm chứa trong
tháp, ngƣời ta dùng bộ phận phân phối dạng: lƣới phân phối (lỏng đi trong ống – khí
ngoài ống; lỏng và khí đi trong cùng ống); màng phân phối, vòi phun hoa sen (dạng trụ,
bán cầu, khe); bánh xe quay (ống có lỗ, phun quay, ổ đỡ);
Các phần tử đệm đƣợc đặc trƣng bằng: đƣờng kính d, chiều cao h, bề dày δ. Đối
với đệm trụ, h = d chứa đƣợc nhiều phần tử nhất trong 1 đơn vị thể tích.
- Khối đệm đƣợc đặc trƣng bằng các kích thƣớc: bề mặt riêng a (m2/m3); thể tích tự do ε
(m3/m3); đƣờng kính tƣơng đƣơng d(tđ) = 4r(thủy lực) = 4.S/n = 4 ε/a; tiết diện tự do S
(m2/m3).
Khi chọn đệm cần lƣu ý: thấm ƣớt tốt chất lỏng; trở lực nhỏ, thể tích tự do và và
tiết diện ngang lớn; có thể làm việc với tải trọng lớn của lỏng và khí khi ε và S lớn; khối
lƣợng riêng nhỏ; phân phối đều lỏng; có tính chịu ăn mòn cao, rẻ tiền, dễ kiếm Để làm
việc với chất lỏng bẩn nên chọn đệm cầu có khối lƣợng riêng nhỏ.
Ƣu – nhƣợc điểm - ứng dụng
+Ƣu: cấu tạo đơn giản; trở lực theo pha khí (hoạt động ở chế độ màng/quá độ)
nhỏ.
+Nhƣợc: hoạt động kém ổn định, hiệu suất thấp; dễ bị sặc; khó tách nhiệt, khó
thấm ƣớt.
+Ứng dụng:
- Dùng trong các trƣờng hợp năng suất thấp: tháp hấp thụ khí, tháp chƣng cất,
- Dùng trong các hệ thống trở lực nhỏ (nhƣ hệ thống hút chân không, ). ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƢ
SVTH: TRẦN VĂN BÉ BA-NGUYỄN PHÚC THỊNH TRANG 12


+ Khi 300 < Re < 1600 – chảy màng bắt đầu có gợn sóng
+ Khi Re > 1600 – chảy rối
Khi có dòng khí chuyển động ngƣợc chiều sẽ ảnh hƣởng lớn đến chế độ chảy
của màng. Khi đó, do lực ma sát giữa khí và lỏng sẽ có cản trở mạnh của dòng khí làm bề
dày màng tăng lên, trở lực dòng khí tăng. Tiếp tục tăng vận tốc dòng khí sẽ dẫn đến cân
bằng giữa trọng lực của màng lỏng và lực ma sát và dẫn đến chế độ sặc (nhiều khi pha
khí chỉ 3-6m/s đã xảy ra sặc). Khi tốc độ vƣợt qua tốc độ sặc sẽ làm kéo chất
lỏng theo pha khí ra ngoài.
- Ưu và nhược điểm của tháp màng:
+ Ƣu:
- trở lực theo pha khí nhỏ.
- có thể biết đƣợc bề mặt tiếp xúc pha (trong trƣờng hợp chất lỏng chảy thành màng).
- có thể thực hiện trao đổi nhiệt.
+ Nhƣợc:
- năng suất theo pha lỏng nhỏ.
- cấu tạo phức tạp, khi vận hành dễ bị sặc.
+ Ứng dụng:
- trong phòng thí nghiệm
- trong trƣờng hợp có năng suất thấp
- trong những hệ thống cần trở lực thấp (hệ thống hút chân không, )
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƢ
SVTH: TRẦN VĂN BÉ BA-NGUYỄN PHÚC THỊNH TRANG 14

CHƢƠNG 2: SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ

Thiết minh quy trình công nghệ:
Khí xử lý khí NH
3
đƣợc lấy từ các nhà máy sản xuất phân bón , sản xuất phân Ure,
sẽ đƣợc thu lại rồi sau đó dùng quạt thổi khí vào tháp hấp thụ (tháp mâm xuyên lỗ). Dung

DÒNG KHÍ RA DÒNG LỎNG VÀO
G, G
tr
, y
r
L, L
tr
, x
v
, X
v
DÒNG KHÍ VÀO DÒNG LỎNG RA
G, G
tr
, y
v
L, L
tr
, x
r
, X

/kmolhh ).
x
r
- Phần mol khí trong pha lỏng ra khỏi tháp hấp thụ (kmolNH
3
/kmolhh ).
y
v
- Phần mol khí trong dòng khí khi đi vào tháp hấp thụ (kmolNH
3
/kmolhh ).
y
r
- Phần mol khí trong dòng khí khi đi ra tháp hấp thụ (kmolNH
3
/kmolhh ).
G - Suất lƣợng hỗn hợp khí ( kmolhh/h ).
G
tr
-Suất lƣợng khí trơ (kmoltrơ/h ).

THÁP HẤP THU
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƢ
SVTH: TRẦN VĂN BÉ BA-NGUYỄN PHÚC THỊNH TRANG 16

L - Suất lƣợng nƣớc (kmolH
2
O/h ) .
L
tr

0.0014
Y
*

0
0.000634
0.0019
0.003163
0.004425
 Phƣơng trình đƣờng làm việc tƣơng đƣơng có dạng: Y
*
= 3.16×X+10
-6ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƢ
SVTH: TRẦN VĂN BÉ BA-NGUYỄN PHÚC THỊNH TRANG 17

3.2.3 Đƣờng cân bằng vật chất
3.2.3.1 Tính cho 1m
3

C
kk
=
G
k

µ =
3.2.3.4 Ta có
G
trơ
= G
v
(1-y
v
)
Trong đó G
v
=
 G
trơ
= 201.24 × ( 1 – 0.0171) = 197.8
G
r
= G
trơ
× ( = 197.8×( ) = 197.9
3.2.4 Lập đƣờng làm việc của NH
3

L
min
= G
trơ
( )
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƢ
SVTH: TRẦN VĂN BÉ BA-NGUYỄN PHÚC THỊNH TRANG 18

; Y
v
) = (2.31 ; 0.0174)
Phƣơng trình đƣờng cân bằng pha có dạng:
Y
*
= 3.16×X+10
-6

Vẽ đƣờng làm việc và đƣờng cân bằng trên cùng một đồ thị Từ đồ thị trên ta chọn số mâm lý thuyết là 1
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƢ
SVTH: TRẦN VĂN BÉ BA-NGUYỄN PHÚC THỊNH TRANG 19

Số mâm thực tế N
tt
= =
Theo đồ thị số mâm lý thuyết N
lt
= 11
Từ đồ thị 5.24a (stt2) mối liên hệ giữa hiêu suất mâm murphree và hiệu suất tổng
quát.
m = 3.17
= 0.801 × 10
-3

= = 1000
= = 18 g/mol

, ρ
y
(kg/m
3
) khối lƣợng riêng của pha lỏng khí.
G
x
, G
y
(kg/h) lƣu lƣợng pha lỏng, khí.
g = 9.81 (m/s
2
) gia tốc trọng trƣờng.
d
td
= 6 (mm) đƣờng kính tƣơng đƣơng của lỗ.
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƢ
SVTH: TRẦN VĂN BÉ BA-NGUYỄN PHÚC THỊNH TRANG 20

F
td
= = (m
2
/m
3
)
Ta có F
td
từ 10%  30%, chọn F
td

 ρ
y
= 1.14(kg/m
3
)
G
x
= L×18 = 749×18 = 13482(kg/h)
G
y
= 201.24×29 = 5835.96 (kg/h)
 x =
x= 0.528
 y = 10× e
-4x

y= 1.2
y = = 0.0432
 = = 27.74
= 5.26 (m/s)
Vận tốc làm việc = (0.8÷0.9)
= 5.26×0.8 = 4.2 (m/s)
 D = = = 0.64 (m)

Chọn D = 1(m) theo tieu chuẩn
 ω
k
= = 1.74(m/s)
3.2.6 Tính chiều cao tháp tính từ hai mép nối nắp và đáy
Đƣợc tính theo công thức sau: (theo công thức X.54/ trang 169 stt2)

 h
1
khoảng cách cho phép ở mép dƣới nối nắp đến thiết bị phân phối lỏng (
chọn h
1
= 0.25 m )
 h
2
khoảng cách từ thiết bị phân phối lỏng đến mâm thứ I (chọn h
2
= 0.3 m)
 h
3
khoảng cách từ mâm cuối cùng tới mép trên nối đáy tháp ( chọn
h
3
=0.45m)
 H
cp
= 1m
Với D=1(m) chọn khoảng cách giữa các đĩa H
đ
= 0.3m (stt2/ trang 184)
 H = N
tt
(H
đ
+s
đĩa
) + H

k
+ ΔP
t

Ta có:
ΔP
k
: trở lực đĩa khô (N/m2)
ΔP
k
= ξ công thức (IX.144 stt2/trang 195)
Trong đó
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƢ
SVTH: TRẦN VĂN BÉ BA-NGUYỄN PHÚC THỊNH TRANG 22

- ω
o
(m/s) tốc độ khí qua lỗ
- ρ
y
(kg/m
3
) khối lƣợng riêng của khí
- ξ hệ số trở lực ( đối với đĩa lỗ ξ = 2.1, đối với đĩa lƣới ξ = 1.4 ÷ 1.5, đối
với đĩa lƣới ống làm bằng các đoạn lƣới ống trên đĩa ξ = 0.9 ÷ 1).
Chọn ξ = 2.1
Vận tốc khí qua lỗ đƣợc tính
ω
o
= = = 9 (m/s)

-ρ
b
khối lƣợng riêng của lớp bọt trên đĩa (kg/m
3
)
ρ
b
×
Trong đó :
G
x
= 13482(kg/h).
G
y
= 5835.96 (kg/h).
ρ
x
= 1000 (kg/m3).
ρ
y
= 0.724 (kg/m3).
µ
x
= 0.801×10
-3
.
)
2/3

Tra bảng I.113 stt2/trang 115).


 ΔP
t
= 191.48×9.81×0.1= 187.86
ΔP
đ
= ΔP
k
+ ΔP
t

= 96.96+187.86 = 284.82
Trở lực của toàn tháp ΔP
tháp
= N
tt
× ΔP
đ
= 16×284.82 = 4557.1
.
(theo bảng XII.4 stt2/trang 309).
4.1 Tính thân thiết bị
Áp suất làm việc của tháp:
P = ΔP
tháp
+ P
1
+ P
khí

Trong đó ΔP
tháp
= 0,0456×10
5

P
1
= ρ×g×H
Trong đó H= 6,54m chiều cao toàn bộ của tháp
P
1
= 1000×9.81×6.54= 0.64×10
5

P
khí
= 0.981×10
5