ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: THẦY TRẦN TẤN VIỆT
SVTH: PHAN HỮU TÀI Trang 1 LỜI MỞ ĐẦU Ô nhiễm không khí từ các ngành sản xuất công nghiệp ở nước ta, trong những
năm gần đây đang là vấn đề quan tâm không chỉ của nhà nước mà còn là của tồn xã hội
bởi mức độ nguy hại của nó đã đến lúc báo động.

Bên cạnh nguyên nhân đây là một lĩnh vực còn khá mới mẻ mà chúng ta chưa
thấy hết được mối nguy hiểm của nó đối con người và sinh vật , mặt khác chưa có hệ
thống quản lý môi trường thật sự hồn chỉnh để có thể kiểm sốt , và chưa được sự chú
trọng đúng mức từ phía các nhà sản xuất.
Vì vậy đồ án môn học kỹ thuật xử lý chất thải v
ới nhiệm vụ thiết kế tháp hấp thu
khí NH
3
bằng nước là một trong số những công việc cần làm vào lúc này để giúp giảm
thiểu ô nhiễm từ các dòng khí thải.
Em xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn , các thầy cô bộ môn và các bạn sinh
viên giúp em hồn thành đồ án này .

Sinh viên thực hiện PHAN HỮU TÀI

lỏng . Quá trình này cần sự truyền vật chất từ pha khí vào pha lỏng . Nếu quá trình xảy ra
ngược lại , nghĩa là cần sự truyền vật chất từ pha lỏng vào pha hơi , ta có quá trình nhả
khí . Nguyên lýcủa cả hai quá trình là giống nhau .
- Trong công nghiệp hóa chất , thực phẩm quá trình hấp thu dùng để:
1) Thu hồi các cấu tử quý trong pha khí .
2) Làm sạch pha khí .
3) Tách hổn hợp tạo thành các cấu t
ử riêng biệt .
4) Tạo thành một dung dịch sản phẩm.
- Hấp thu bao gồm quá trình hấp thu vạât lý và hấp thu hóa học.
1. Hấp thu vật lý: dựa trên cơ sở hòa tan của cấu tử pha khí trong pha lỏng.
2. Hấp thu hóa học : giữa hổn hợp khí và dung môi có xảy ra phản ứng hóa học.
I.2 Quá trình khí với mục đích là tách các cấu tử hổn hợp khí thì khi đó
lựa chọn dung môi tốt là phụ thuộc và các yế
u tố sau :
1) Độ hòa tan tốt: có tính chọn lọc có nghĩa là chỉ hòa tan cấu tử cần tách và
không hòa tan không đáng kể các cấu tử còn lại . Đây là điều kiện quan trọng nhất.
2) Độ nhớt của dung môi càng bé thì trở lực thuỷ học càng nhỏ và và có lợi
cho quá trình chuyển khối.
3) Nhiệt dung riêng bé sẽ tốn ít nhiệt khi hồn nguyên dung môi.
4) Nhiệt độ sôi khác xa với nhiệt dộ sôi của chất hồ tan để dể
tách các cấu
tử ra khỏi dung môi .
5) Nhiệt độ đóng rắn thấp để tránh tắc thiết bị và thu hồi các cấu tử hòa tan
dễ dàng hơn.
6) Ít bay hơi, rẻ tiền , dễ kiếm và không độc hại với người và không ăn mòn
thiết bị.

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: THẦY TRẦN TẤN VIỆT
SVTH: PHAN HỮU TÀI Trang 4

: lượng dung môi không đổi khi vận hành(kmol/ h)
Y
Đ
, Y
C
: nồng độ đầu và cuối của pha khí
(kmol/kmolkhí trơ)
X
Đ
, X
C
: nồng độ cuối và đầu của pha lỏng
(kmol/kmolkhí trơ)
X
+
: nồng độ pha lỏng cân bằng với pha hơi
(kmol/ kmoldung môi)


đ
C
đ
T
đ
+ Q
đ
= G
c
I
c
+ L
c
C
c
T
c
+Q
c

Trong đó :
X
đ
G
Y
c
X Y

Y
đ

c
: hỗn hợp khí đầu và cuối (kg/h)
L
đ
, L
c
: lựong dung dịch đầu và cuối (kg/h)
T
đ
, T
c
:nhiệt độ khí ban đầu và cuối (
o
C)
I
đ
, I
c
: entanpi hỗn hợp khí ban đầu và cuối(kJ)
Q
o
: nhiêt mất mát (kJ/h)
Q
s
:nhiệt phát sinh do hấp thu khí(kJ/h)

I.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả hấp thu:
I.3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ:
Khi các điều kiện khác không đổi mà nhiệt độ tháp tăng thì hệ số Henri sẽ
tăng . Kết quả là ảnh hưởng đường cân bằng dịch chuyển về phía trục tung . Nếu các

3
Dung dịch đặc chứa 25% NH
3
có khối lượng riêng 0.91g/cm
3
. Dung dịch
NH
3
trong nước được gọi là nước amoniac hay dung dịch amoniac, khi hồ tan NH
3
vào
nước thì tạo thành amonihydroxyt.

NH
3
+ H
2
O NH
4
OH NH
4
+
+ OH
– Khi đun nóng độ tan của amoniac giảm rất nhanh và nó thốt ra khỏi dung
dịch.
Trong phòng thí nghiệm amoniac được điều chế bằng cách cho muối tác dụng
với kiềm khi đun nóng.

Thiết bị được sử dụng để tiến hành quá trình hấp thu được gọi là thiết bị hấp
thu hoặc cột hấp thu được gọi là thiếtbị hấp thu hoặc cột hấp thu , tháp hấp thu . thiết bị
hấp thu có thể làm việc gián đoạn hoặc liên tục và được chia thành 4 nhóm sau:
• Thiết bị hấp thụ bề mặt : được dùng khi hấp thu một lương nhỏ co ùtính
hòa tan t
ốt
• Thiết bị hấp thu loại đệm : được sử dụng phổ biến nhất khi khi chất lỏng
và chất khí tinh khiết và có mât độ phun lớn
• Thiết bị hấp thu loại sủi bọt : đựoc dùng khi tháp có năng suất cao và cầøn
thốt ra một luợng nhệt lớn
• Thiết bị hấp thu loại phun: thành tia và thiết bị hấp thu cơ khí
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: THẦY TRẦN TẤN VIỆT
SVTH: PHAN HỮU TÀI Trang 7 CHƯƠNG II:
QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: THẦY TRẦN TẤN VIỆT
SVTH: PHAN HỮU TÀI Trang 9
CHƯƠNG III:
TÍNH TỐN CÂN BẰNG VẬT
CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: THẦY TRẦN TẤN VIỆT
SVTH: PHAN HỮU TÀI Trang 10
III.1 Tính cân bằng vật chất và năng lượng cho tháp hấp thụ:
III.1.1 Các thông số ban đầu:
Nồng độ NH
3
đầu vào: 3.5g/m
3
.
Khí đạt tiêu chuẩn loại A: 300mg/m
3
.
Lưu lượng khí thải :10000 m
3
/h.

).17.31(1
.17.3
−+

X

0 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 0.001 0.0012 0.0014
Y

0 0.00064 0.0013 0.0019 0.0025 0.0032 0.0038 0.0045
Đường cân bằng:

ÑÖÔØNG CAÂN BAÈNG
0
0.0005
0.001
0.0015
0.002
0.0025
0.003
0.0035
0.004
0.0045
0.005
0 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 0.001 0.0012 0.0014 0.0016
X
Y

RT
VP.
=
303.082,0
000,10.1
= 402,479
h
Kmolhh

Do lượng NH
3
=3,5 g/m
3
là rất nhỏ:
• y
d
=
165,1.17
29.5,3
.10
-3
=5,125.10
-3
(kmolNH
3
/kmolhh)
• Y
d
=
ñ

3
)
Lượng khí bị hấp thu là: 3,42-0,3 =3,12(g/m
3
)
Hiệu suất hấp thu là:

42,3
12,3
=
η
= 91,2%
Suy ra :
Y
c
= (1-0,912).Y
d
= (1-0,912). 0,005= 0,00044(kmolNH
3
/kmolhh)
• y
c
=Y
c
/1+Y
c
=
00044,01
00044,0
+

d
= 0,005 vào phương trình cân
bằng , ta có X
*
= 0,00158
N MễN HC GVHD: THY TRN TN VIT
SVTH: PHAN HU TI Trang 12
L
min
=G
tr
*
XdXcbc
YdYc


=400,47*
)000158.0(
)00044.0005.0(


=1155,8KmolH
2
O/h
Ltr=1.2Lmin=1.2*1155,8=1386,96 Kmol H
2
O/h
V:
Gtr
Ltr

.
.00129.0
10013.0
0013.0
1
3
trụCủ
C
C
C
LLL
hhKmol
NHKmol
X
X
x

=
+
=
+
=

trongtanhoaứtửỷcaỏulửụùngvỡ(
dung dch rt nh).
III.1.3. Cõn bng nng lng:
G

.I


- Nhit ca hn hp khớ ra khi thỏp bng nhit dung dch vo.
- Nhit dung riờng ca dung dch trong sut quỏ trỡnh hp th : C

= C
c
=C.
- Trong quỏ trỡnh hp th cú th phỏt sinh nhit do ú kớ hiu q l nhit phỏt
sinh ca 1 Kmol cu t b hp th.
Q
s
= q.L

.(X
c
X

).
- Vi mc gn ỳng ta cú th coi q khụng i trong sut quỏ trỡnh hp th .
-
Vỡ lng cu t h tan trong dung dch rt nh do ú lng dung dch u
L

v cui L
c
khụng khỏc nhau nhiu . Trong mc cho phộp ta cú th ly
l:

L
c
L

)
C
XXq
ủc


do dung dch lng (x<0.2).
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: THẦY TRẦN TẤN VIỆT
SVTH: PHAN HỮU TÀI Trang 13
C = 4.186 (1-x) KJ/Kgđộ.
x = x
tb
=
()
(
)
000645.0
2
000129.0
2
=
+
=
+
cñ
xx

⇒C = (1 - 0.000645) = 0.999 Kcal/Kgđộ.
()
.0006.0

GG
G
w
G
D
cñ
tb
y
tb
==××=
=
+
=
+
=
=

- Tính vận tốc khí qua tháp:
(ρ
y
w
y
)
tb
= 0.065 ϕ[σ]
ytb
tb
x
.h ρρ
ϕ[σ] – hệ số sức căng bề mặt khi σ < 20 dyn/cm thì ϕ[σ] = 0.8.

19
1
15.71
11
hh
hh
=σϕ⇒
=σ⇒
+=
σ
⇒

- Chọn h = 0.45m.
- Khối lượng riêng trung bình:
+ Pha khí:
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: THẦY TRẦN TẤN VIỆT
SVTH: PHAN HỮU TÀI Trang 14
(
)
[]
).(0027.0
2
000439.0005.0
2
.4.22
2731
3
1
2111
hhKmol


T = 273 +30 = 303
0
K.
(
)
[]
./724.0
3034.22
273180027.01170027.0
3
mKG
ytb
=
×
×
×
−
+
×
=⇒
ρ

+ Pha lỏng:
Mà:
(
)
.m/KG68.995
v1v
3

⇒
.29,1
141.1785.0
773,2
./141.1724.068.99535.0
723.0
8.0065.0
./68.995
3
2
mD
sm
mKG
ytb
OHxtb
=
×
=
=××
×
=
==⇒
ω
ρρ

h = 0.45m ⇒ D =1,29 m ε (1,2 41,8m) nên chấp nhận. Chọn giá trị
D= 1,4(m).
Vận tốc dòng khí trong tháp là:

2

R
L
c
2
).
2
c
L

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: THẦY TRẦN TẤN VIỆT
SVTH: PHAN HỮU TÀI Trang 15
Với :
R=
2
D
= 1,4/2 = 0,7 (m)
α : góc ở tâm của hình vành khăn , α
α=3,14 –2* arccos(
R
L
c
2
) = 1,215 (radian)
⇒ S= 0,1799 (m
2
)
Khoảng cách từ thân thiết bị đến gờ chảy tràn :
L =R - R . cos(α/2) =0,7 – 0,7.cos(1,215/2) = 0,125 (m)

Diện tích làm việc của đĩa :

.ρ = 0,00415.7850 = 32,5775 (kg)
Số lỗ trên một mâm :
n =
2
.
4
l
l
d
S
π
=
4
005,0.14,3
1415,0
2
= 7211 (lỗ)
Bước lỗ :
t ≈
n
4
3
1788,1
≈ 0,019 (m)

Vậy bước lỗ : t= 0,019m= 19 (mm).
III.2.2.1 Chiều cao tháp

76,0
y
.
Δ
P
x

Với :
ω
y
: tốc độ khí tính cho mặt cắt tự do của tháp , m/s.

ω
y

= ω = 1,8 (m/s)

Δ P
x :
sức cản thuỷ lực của chất lỏng trên đĩa .

Δ
P
x
=
Δ
P
đ
-
Δ

t
: Trở lực của lớp chất lỏng trên đĩa .
Trở lực đĩa khô :

Δ
P
k
=
2
.
.
2
0
ωρ
ξ
yξ
: Hệ số trở lực. Tiết diện tư do của lỗ bằng :
5386,1
1415,0
= 9,2% diện tích của
mặt cắt ngang tháp . Nên chọn
ξ
=1,82

ω
0
: Tốc độ khí qua lỗ .

ωρ
ξ
y
= 1,82 .
2
596,19.723,0
2
= 114 (N/m
2
)

Trở lực đĩa do sức căng bề mặt :

Δ P
s
=
2
08,03,1
4
dd +
σσ
: Sức căng bề mặt . Tra Sổ Tay Tập II ,
σ
=14,9.10
-3
(N/m)
d : đường kính lỗ ,m

]g.
x
ρ

Trong đó :
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: THẦY TRẦN TẤN VIỆT
SVTH: PHAN HỮU TÀI Trang 17
K: Tỉ số giữa khối lượng riêng của bọt và khối lượng riêng của lỏng
không bọt . Khi tính tốn chấp nhận K= 0,5
L
c
: Chiều dài cửa chảy tràn . L
c
= 0,8 m.
G
x
: lưu lượng lỏng , G
x
= 25,07 m
3
/hc
x
L
G
=
8,0
07,25

P
t
= 762 +9,166 = 771,166 (N/m
2
)

Hệ số cấp khối pha khí :
β
y
= 3,03.10
–4

ω
76,0
y
.
Δ
P
x

β
y
=3,03. 10
–4
.
1,8
0,76
.771,166 = 0,757 (kmol/m
2
.s)

−
Δ
−
y
x
P
ω
=
41,08,1.95,1
166,771.10.7,33
4
−
−
=1,93 (kmol/m
2
.s)

Hệ số chuyển khối :
K
y
=
yx
m
ββ
+
1
1
=
93,1
17,3

yT
=
y
y
G
fK .
=
3600
479,402
.1788,1.337,0
= 3,55
Xác định số C
y
:
C
y
= e
m
yT
= e
3,55
= 34,8. Đoạn B
i
C
i
: Được tính theo công thức :
B

H
đ
: Khoảng cách giữa các đĩa .Dựa vào đường kính tháp .Theo STT
II . Chọn H
đ
= 0,45 m .
H
đáy
, H
nắp
: chiều cao đáy , nắp của thiết bị H
đáy
=H
nắp
=0,375m
H
chân
: Chiều cao của chân đỡ , H
chân
=0,185 m
δ : Khoảng cách bổ sung ở đáy tháp. δ =0,15
H = 0,45(8+1 )+ 0,375 + 0,375 + 0,185 + 0,15 = 5,135 (m)

III.3 Trở lực của tháp
:
Δ P = N
t
. Δ P
đ
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: THẦY TRẦN TẤN VIỆT
SVTH: PHAN HỮU TÀI Trang 19

C ,p
lv
= 1atm = 0,1
N/mm
2
.Nên ta chọn vật liệu là thép không gỉ để chế tạo thiết bị :
Ký hiệu thép : X18H10T.
Các thông số chính của thép:
Giới hạn bền:
σ
k
=550.10
6
N/m
2
Giới hạn chảy:
σ
c
=220.10
6
N/m
2
Chiều dày tấm thép: 4-25mm
Độ dãn tương đối: 38%
Hệ số dẫn nhiệt :16.3 W/m.độ
Khối lượng riêng: 7850 Kg/m
3
Hệ số an tồn bền:
n
k

N/m
2

26
6
/.10.7,1461.
5.1
10.220
*][ mN
c
c
c
===
η
η
σ
σ

Vậy ứng suất cho phép dùng để tính tốn :
[
σ
]=[
σ
c
] = 146,7 . 10
6
(N/m
2
).
 Áp suất tính tốn:

2
)

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: THẦY TRẦN TẤN VIỆT
SVTH: PHAN HỮU TÀI Trang 21
IV.2 Tính chiều dày thân :

• Thân trụ hàn chịu áp suất trong P
tt
= 1,74.10
5
N/m
2
,và t
0
= 30
0
C.
• D
t
= 1,4 m.
• Hàn dọc hàn tay bằng hồ quang điện, hàn giáp nối 2 mặt (ϕ
h
= 0,95).
• Hệ số hiệu chỉnh : η = 1.

[
σ
] = 146,67 *10
4

10.5645,1.4,1
6
5
= 0,0008(m.)= 0,8 (mm)
Bề dày của thân thiết bị :
S = S
’
+ C
Trong đó :
C = C
a
+ C
b
+ C
c
+ C
0
.
• Ca: hệ số bổ sung ăn mòn hóa học của môi trường .Thời hạn sử dụng
thiết bị là 10 năm. Đây là vật liệu bền trong môi trường có độ ăn mònkhông lớn hơn 0,05
mm/năm. Do NH
3
hồ tan vào trong nước tạo môi trường có độ ăn mòn nhỏ ,do đó ta chọn:
C
a
= 0( mm).
• C
b
: hệ số bổ sung do bào mòn cơ học,đối với thiết bị hóa chất C
b

at
ah
CSD
CS
−+
−
ϕ
σ
=
)04(1400
)04.(95,0.10.7,146.2
6
−+
−

[P] = 7,94.10
5
N/m
2
> P
tt
= 1,5645 .10
5
N/m
2

Thoả điều kiện bền .
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: THẦY TRẦN TẤN VIỆT
SVTH: PHAN HỮU TÀI Trang 22
Vậy chọn S = 4(mm) là thích hợp.

t
=1400mm
Chiều cao gờ h=25 mm
h
t
=350mm
Chọn sơ bộ bề dày của đáy, nắp, và thân là bằng nhau, ta có:
S
đ
=S
n
=S
t
=4mm
Kiểm tra ứng suất thành ở áp suất thủy lực:
P
o
=1.5P=1.5*0.15645=0.234675N/mm
2

()
[
]
()
CShk
PCShD
bh
ott
−
−+


N/m
2
26
6
c
m/N10*183
2.1
10*220
2.1
==
σ

Vậy
σ <
2.1
c
σ
(thỏa)
Do đó, ta chọn S = 4mm là thảo mãn điều kiện.

IV.4 Chọn bích:
IV.4.1. Bích nối đáy , nắp , thân thiết bị:
Chọn bích liền ( không cổ)bằng thép để nối thiết bị là bởi vì do D
t
≤ 1400m và có
áp suất
≤ 2,5 N/mm
2
( trong sách của HLV).

b
d
4
q

Lực tác dụng lên một bulông:
q
b
=Q/Z
Q: Giá trị lớn nhất giữa Q
1
và Q
2

Z: Số bulông
Q
1
: Lực nén chiều trục sinh ra do xiết bulông, lực này khắc phục được
tải trọng do áp suất trong thiết bị và áp suất phụ sinh ra ở trên đệm để giữ cho mối
ghép được kín.
Q
1
= Q
a
+Q
k

Q
a
: Lực do áp suất trong thiết bị gây ra

4
= 1412 mm
D
tb
= mm
DD
tn
1422
2
14121432
2
=
+
=
+

b
o
: Bề rộng tính tốn của đệm
b
o
=(0.5÷0.8)b
Với b: Bề rộng thực của đệm b = b
d
= 20 mm
b
o
=0.8*20=16mm
m: Hệ số áp suất riêng phụ thuộc vào vật liệu và loại đệm
Chọn vật liệu đệm là paronit dày 3mm

Đường kính chân ren của bulông:
d
t
=1.13
[]
σ
b
q

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: THẦY TRẦN TẤN VIỆT
SVTH: PHAN HỮU TÀI Trang 24
σ : Ứng suất cho phép của vật liệu làm bulông
Chọn vật liệu làm bulông là thép CT3; ở 30
o
C
[
]
σ
=90N/mm
2

k
o
:Hệ số giảm ứng suất
Chọn k
o
=0.8

[] []
σ=σ

⎭
⎪
⎬
⎫
⎪
⎩
⎪
⎨
⎧
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
−
σ
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+
σ
=

−
=
: cánh tay đòn

[]
113
bi
=σ N/mm
2
chọn thép 15 CT3 (tra trong sổ tay sinh viên ).

[] []
4.90113*8.0k
bio
'
bi
==σ=σ N/mm
2[]
72=σ N/mm
2

Z = 40: số bulông
d
b
= 20 mm
P = 0.15465 N/mm
2

⎞
⎜
⎝
⎛
+=
1
15645.0
72
*
1460
20
40*57.0
1490
15
3.71
4.90
15645.0
1460*41.0
2
t
= 25 mm

IV.4.2. Tính các đường ống dẫn:
Để tính các đường kính tối ưu của các ống dẫn khí và các ống dẫn lỏng ta có
tiêu chuẩn về vận tốc thích hợp của khí và lỏng trong đường ống.
Vận tốc khí: 10 – 30 m/s
Vận tốc lỏng: 1 – 3 m/s
Tra bảng 9.3/80 Q2 tập 1 các quá triønh và thiết bị trong công nghệ hố chất và
thực phẩm
Đường kính ống dẫn:

2
=0,15645(N/mm
2
)
Bảng XIII.26 cho bảng các thông số :

D
n
D D
b
D
t
Bulông Loại 1
d
b
Zh
76 160 130 110 M12 4 14
Ống dẫn khí:
Q = G
tb
= 2,773 m
3
/s
Chọn v = 30 m/s
Suy ra
30*758.0
773,2
=d = 0,118 m
Chọn d = 125 mm (=D
y

+ M
thân
+ M
bulong
+ M
bích
+ M
lỏng

Trong đó
a. M
đĩa
: khối lượng đĩa .
M
đĩa
= m
đĩa
. 8 =32,5775 .8 =260.62 (Kg)