Trường ĐH Công nghiệp Việt Trì
Khoa: Công nghệ Kỹ thuật Hóa học

Đồ án môn học
LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay, do các ngành công nghiệp sản xuất ra các sản phẩm phục vụ con người,
đồng thời cũng sản xuất ra một lượng chất thải lớn làm hỏng hệ cân bằng
sinh thái, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.
Trong các loại ô nhiễm, ô nhiễm không khí là ảnh hưởng trực tiếp đến con người
và các loài động thực vật. Vì vậy, trong những năm gần đây ô nhiễm không
khí từ các ngành công nghiệp ở nước ta đang là vấn đề quan tâm không chỉ
ở nhà nước mà của toàn bộ xã hội bởi mức độ nguy hại của nó đã lên mức
báo động.
CO2 là một trong những chất khí được sản sinh nhiều trong các ngành công
nghiệp và sinh hoạt. Việc xử lý CO2 có nhiều phương pháp khác nhau. Vì
vậy, đồ án môn học với nhiệm vụ tính toán thiết kế tháp đệm để hấp thụ CO2
là một phương án góp phần xử lý khí thải ô nhiễm.
Trong đồ án này sẽ đi khảo sát phương án: Dùng H2O để hấp thụ CO2 trong hỗn
hợp khí CO2 – Không khí. Với nội dung khảo sát thiết kế tháp đệm xử lý CO2
với năng suất tính theo hỗn hợp khí vào thiết bị 3000 m3/h ,nồng độ CO2
trong hỗn hợp khí đầu vào à 15% thể tích , đầu ra là 2% thể tích . Áp suất
làm việc trong tháp 20at ,nhiệt độ làm việc 10
o
C.
Sau 15 tuần tìm hiểu, tính toán và nhận được sự hướng dẫn nhiệt tình, tạo mọi
điều kiện thuận lợi để em hoàn thành đồ án môn học này của cô giáo hướng
dẫn Vy Thị Minh Tâm và các thầy cô bộ môn Máy và Thiết bị Hóa chất nhưng
do chưa có nhiều kinh nghiệm tính toán, nên không thể tránh khỏi những sai
sót, em rất mong nhận được ý kiến của các thầy, cô để đồ án sau có kết quả
tốt hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!

hơp khác, quá trình nhả là không cần thiết, trừ khi phải dùng lại dung môi
(dung môi quý).
Quá trình hấp thụ phụ thuộc chủ yếu vào dung môi, do đó cần chọn dung môi theo
những tính chất sau đây:
GVHD: ThS. Vy Thị Minh Tâm
Sinh viên: Hà Kim Tùng Lớp: CH
1
Đ11
2
Trường ĐH Công nghiệp Việt Trì
Khoa: Công nghệ Kỹ thuật Hóa học

Đồ án môn học
1. Có tính chất hòa tan chọn lọc, nghĩa là chỉ hòa tan cấu tử cần tách và hòa tan
không đáng kể các cấu tử còn lại, còn những cấu tử không có khả năng hòa
tan . Đây là điều kiện quan trọng nhất.
2. Độ nhớt của dung môi càng bé thì trở lực quá trình càng nhỏ. Tăng tốc độ hấp
thụ, và tăng hệ số chuyển khối.
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 tách riêng
các cấu tử ra khỏi dung môi qua chưng luyện.
5. Có nhiệt độ đóng rắn thấp, để tránh hiện tượng đóng rắn làm tắc thiết bị.
6. Không tạo thành kết tủa khi hòa tan, để tránh tắc thiết bị và dễ thu hồi.
7. Ít bay hơi để tránh tổn thất, rẻ tiền,dễ kiếm và không độc hại với người.
8. Không độc và ăn mòn thiết bị.
Tuy nhiên, trong thực tế không có dung môi nào đạt được các tiêu chuẩn đã nêu.
Vì vậy khi chọn ta phải dựa vào các điều kiện cụ thể của sản xuất.
Trong sản xuất, người ta dùng nhiều loại thiết bị khác nhau để thực hiện chưng
luyện và hấp thụ. Các thiết bị thường dùng trong sản xuất là :
- Thiết bị bề mặt.

Gđ + Lc = Gc + Lđ
Cân bằng vật chất chất A khuếch tán giữa 2 pha :
Gđyđ + Lcxc = Gcyc + Lđxđ
Ta có tỷ suất mol của chất A trong pha khí
Y= =
Tương tự cho pha lỏng : X =
Phương trình cân bằng
Gđ*Yđ + Lc*Xc = Gc* Yc + Lđ*Xđ
Ta có =
Gtr = Gtr(1−y)=
GVHD: ThS. Vy Thị Minh Tâm
Sinh viên: Hà Kim Tùng Lớp: CH
1
Đ11
4
Trường ĐH Công nghiệp Việt Trì
Khoa: Công nghệ Kỹ thuật Hóa học

Đồ án môn học
Ltr = L(1-x) =
Ta có phương trình đường thẳng ( đường làm việc ) trên tọa độ X,Y có hệ số góc là
Ltr/Gtr và đi qua 2 điểm ( Xđ, Yc) và ( Xc,Yđ).Ta có biểu đồ sau :
Lượng dung môi tối thiểu cho quá trình hấp thụ là : Lmin
=
=
Trong đó Xcmax là nồng độ của pha lỏng cực đại ứng với lượng dung môi tối thiểu
hay nồng độ của pha lỏng cân bằng với nồng độ của pha khí.
Lượng dung môi cần thiết trong thực nghiệm được lấy
L=(1,2:1,5)Lmin
Cân bằng nhiệt lượng

sẽ tốt hơn vì thế số đĩa lí thuyết sẽ giảm làm chiều cao tháp thấp hơn.
Tuy nhiên, việc tăng áp suất thường kèm theo sự tăng nhiệt độ. Mặt khác, sự tăng
áp suất cũng gây khó khăn trong việc chế tạo và vận hành của tháp hấp thụ.
* Các yếu tố khác.
Tính chất của dung môi, loại thiết bị, cấu tạo thiết bị, độ chính xác của dụng cụ đo,
chế độ vận hành tháp…đều ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất hấp thụ.
GVHD: ThS. Vy Thị Minh Tâm
Sinh viên: Hà Kim Tùng Lớp: CH
1
Đ11
6
Trường ĐH Công nghiệp Việt Trì
Khoa: Công nghệ Kỹ thuật Hóa học

Đồ án môn học
II. Giới thiệu về tháp đệm :
Tháp đệm được sử dụng cho quá trình hấp thụ, hấp phụ, chưng luyện và các quá
trình khác. Tháp đệm hình trụ, bên trong có đổ đầy đệm. Đệm có nhiều loại,
phổ biến nhất là các loại đệm sau đây:
- Đệm vòng, kích thước từ 10÷100mm.
- Đệm hạt.kích thước từ 20÷100mm.
- Đệm xoắn, kích thước từ 0,3÷1mm, đường kính vòng xoắn cỡ 3÷8mm, chiều dài
dày không quá 25mm
- Đệm lưới bằng gỗ.
Tất cả các loại đệm trên đều có yêu cầu chung:
- Các bề mặt riêng lớn(kí hiệu δ, thứ nguyên m2/m3)
- Thể tích tự do lớn( kí hiệu Vtd, thứ nguyên m2/m3)
- Khối lương riêng bé.
- Bền hóa học.
Trong thực tế không có loại đệm nào có đủ hết các yêu cầu trên nên tùy theo điều

Bảng thuộc tính Cacbon điôxít(CO2)
Tỷ trọng và pha 1,98 kg/m3 ở 298 K
1,6 g/m3( rắn)
Độ hòa tan trong nước 1,45 kg/m3
Điểm nóng chảy -57oC ( 216 K-áp lực)
Điểm sôi -78oC (195 K-thăng hoa)
pKa 6,35
pKb 10,33
Độ nhớt 0,07 cP ở -78oC
Phân tử gam 44,01 g/mol
GVHD: ThS. Vy Thị Minh Tâm
Sinh viên: Hà Kim Tùng Lớp: CH
1
Đ11
8
Trường ĐH Công nghiệp Việt Trì
Khoa: Công nghệ Kỹ thuật Hóa học

Đồ án môn học
* Tính chất hóa học:
- Khí Cacbon điôxít (CO2) không cháy và không duy trì sự cháy nhưng một số kim
loại có tình khử mạnh có thể cháy được trong CO2
VD: CO2 +2Mg

2MgO + C
- CO2 là oxit axit :
1. Tác dụng với nước:
Tan tốt trong nước ,nhất là ở nhiệt độ thấp. CO2 là anhydrit của axit
cacbonic.Nước sẽ hấp thụ một lượng nhất định cacbon dioxit, và nhiều hơn
lượng này khi khí bị nén. Khoảng 1% cacbon dioxit hòa tan chuyển thành

CO2 sinh ra từ ngành công nghiệp sản xuất gang thép: bụi , CO, CO2, hydrocacbon,
phenol, benzene, SO3, NH3, …
Tác động đến môi trường & con người .
Hiện nay, theo số liệu của các nhà khoa học, hàm lượng CO2 trong khí quyển ngày
càng tăng. Điều này đã làm tăng hiệu ứng nhà kính của Trái Đất và tăng
nhiệt đọ trung bình của Trái Đất , gây hiệu quả xấu đến môi trường và con
người.
Hàm lượng cacbon dioxin trong không khí trong lành là khoảng 0,004% và trong
không khí bị thải ra từ sự thở là 4,5%. Khi thở trong không khí với nồng độ
cao ( khoảng 5% theo thể tích )gây ngạt thở . Nồng độ cao dẫn đến tử vong.
Phương pháp hấp thụ :
Do độ hòa tan trong nước của CO2 trong nước cao cần lưu lượng nước không lớn .
CO2 + H2O

H+ + HCO3-
GVHD: ThS. Vy Thị Minh Tâm
Sinh viên: Hà Kim Tùng Lớp: CH
1
Đ11
10
Trường ĐH Công nghiệp Việt Trì
Khoa: Công nghệ Kỹ thuật Hóa học

Đồ án môn học

CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
1. Chọn quá trình công nghệ :
Chọn nguồn xử lý khí từ hỗn hợp khí CO2−không khí
Chọn dung môi là nước vì nước là dung môi hấp thụ rẻ tiền, dễ tìm, không ăn
mòn thiết bị.

Nhiệt độ làm việc: 25oC
Tính cân bằng vật chất :
Phương trình cân bằng của dung dịch hấp thụ CO2 bằng H2O được biểu diễn theo
định luật henry.
P=H*x hoặc y*
t
P
H
=
=m*x
Trong đó:
y*: Nồng độ phần mol của CO2 trong dòng khí ở điều kiện cân bằng .
x :Nồng độ phần mol khí hòa tan trong pha lỏng.
P:Áp suất riêng phần của cấu tử khí hòa tan khi cân bằng.
Pt: Áp suất tổng của hệ hấp thụ ;
H: Hệ số henry.
Ở 25oC H = 1,24*10-6mmHg (tra sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa học tập
2)
m: hệ số phân bố.
m = =
760*25
10*24,1
6
−
=6,526.10-11
y =
Y
Y
+
1

)10*526,61(1
*10*526,6
11
11
−
−
−+
Từ phương trình đường cân bằng ta có các số liệu đường cân bằng:
Nồng độ thể tích ban đầu của dòng khí.
yđ= 22% = 0,22
Nồng độ đầu của pha khí theo tỉ số mol:
Yđ =
d
d
y
y
−
1
=
22,01
22,0
−
=0,282(KmolCO2/Kmolkhôngkhí)
Nồng độ cuối của pha khí theo tỷ số mol :
Yc =
c
c
y
y
+

Đ11
X 0 0.00008 0.0001 0.00012 0.00014
Y* 0 2,8.10-11 3.2.10-11 3,56.10-11 3,8.10-11
13
Trường ĐH Công nghiệp Việt Trì
Khoa: Công nghệ Kỹ thuật Hóa học

Đồ án môn học
Ghh=
858,3273
)25273(*082.0
3200*25
=
+
=
RT
PV
(Kmol/h)
Suất lượng mol khí trơ:
Gtr = Ghh*(1-yđ ) = 3273,858*(1-0,22)=2553,609 (Kmol/h)
Suất lượng khí CO2 đầu vào:
GCO2 vào =Ghh – Gtr= 3273,858 – 2553.609 = 720.249 (Kmol/h)
Lượng dung môi tối thiểu dùng để hấp thụ là :
Lmin = Gtr
d
cd
XX
YY
−
−

=
6,375
0309.0282.0 −
= 6,68*10-4 (Kmol CO2/ Kmol H2O)
Xc: nồng độ cuối của pha lỏng
Hiệu suất của quá trình hấp thụ :
d
cd
Y
YY
H
−
=
=
%100*
282,0
0309.0282.0
−
= 89,04%
Phương trình đường làm việc đi qua 2 điểm A(0; 0.0309),(6,68*10-4;0.282)
GVHD: ThS. Vy Thị Minh Tâm
Sinh viên: Hà Kim Tùng Lớp: CH
1
Đ11
14
Trường ĐH Công nghiệp Việt Trì
Khoa: Công nghệ Kỹ thuật Hóa học

Đồ án môn học
I. Tính cân bằng nhiệt lượng:

L
tr
X
ñ
L
tr
X
c
G
tr
t
ñ
I
ñ
G
c
t
c
I
c
L
ñ
C
ñ
T
ñ
L
c
C
c

*
*
*
**
*
Vì lượng cấu tử hòa tan trong dung dịch nhỏ nên có thể lấy:
c
d
L
L
≈ 1
Đồng thời ta cũng có thể bỏ qua biến đổi nhiệt của pha khí, tức là:
0 ≈−
ccdd
IGIG
Như vậy, công thức tính nhiệt độ cuối Tc của dung dịch sẽ có dạng như sau:
GVHD: ThS. Vy Thị Minh Tâm
Sinh viên: Hà Kim Tùng Lớp: CH
1
Đ11
16
Trường ĐH Công nghiệp Việt Trì
Khoa: Công nghệ Kỹ thuật Hóa học

Đồ án môn học
( )
dc
c
tr
dc

∆Η
H
= 0 (kcal/mol) .
HCO3- :
−
∆Η
3
HCO
= -12157.29 (kcal/mol) .
Nhiệt phát sinh của 1mol cấu tử CO2 bị hấp thụ:
q= (
2
CO
∆Η
+
OH
2
∆Η
) – (
+
∆Η
H
+
−
∆Η
3
HCO
)=12154,64 (kcal/mol).
Nhiệt độ cuối của dung dịch ra khỏi tháp:
304oK

C
q
TT
Trường ĐH Công nghiệp Việt Trì
Khoa: Công nghệ Kỹ thuật Hóa học

Đồ án môn học
xtb
ρ
: Khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp lỏng, kg/m3.
:
2
CO
a
Phần khối lượng của CO2 trong pha lỏng
OHCO
22
,
ρρ
: Khối lượng riêng của CO2 và H2O ở 250C, kg/m3.
- Tra bảng I.5 ở 250C có:
OH
2
ρ
= 997,08 (kg/m3)
- Tra bảng I.2 ở 250C có:
2
CO
ρ
(250C) = 890 (kg/m3)

44
4
2
−−
−
−+
=
CO
a
=6,99.10-4
- Tính khối lượng phân tử của hỗn hợp lỏng Mx
x
M
= xtb.
2
CO
M
+(1–xtb).
OH
M
2
= 2,86.10-4×44+(1-2,86.10-4)×18 =18
Làm tròn Mx =18
Đối với pha khí:
- Tính My
Áp dụng công thức: My = ytb.
2
CO
M
+ (1 - ytb).

2
−+
=
ρ
298.4,22
273].29).0163,01(0163,0.44[ −+
=
→
ytb
ρ
= 1,2 kg/m3
Tính
xtb
ρ
:
OH
CO
CO
CO
xtb
aa
2
2
2
2
1
1
ρρρ
−
+=

Vytb =
2
cd
VV +
(m3 / h) (II.183)
với: Vđ: Lưu lượng hỗn hợp đầu ở điều kiện làm việc (m3/ h)
Vc: Lưu lượng khí thải đi ra khỏi tháp (m3 / h): Vc = Vtr * (1 +
c
Y
)
(II.183)
Vđ =
y ytb
ytb
G M
ρ
×
=
12,80074
209,1
5705,29*858,3273
=
m3/h
với: Mytb: Khối lượng mol phân tử trung bình của hỗn hợp khí (kg / kmol)
ytb
ρ
: Khối lượng riêng trung bình của pha khí (kg / m3)
Tương tự: Vtr =
tr ytb
ytb

Áp dung công thức:
2 2
lg lg (1 ) lg
x tb SO tb H O
x x
µ µ µ
= × + − ×
I-84
Trong đó:
OHCO
22
,
µµ
: độ nhớt của CO2 và H2O ở 250C, Ns/m2
Tra bảng I-101 sổ tay I:→
2
CO
µ
(250C) =0,16.10-3Ns/m2
Tra bảng I-102 sổ tay I:
2
H O
µ
(250C)= 0,8937.10-3Ns/m2
xtb: Nồng độ phần mol trung bình của CO2 trong pha lỏng, (kmol CO2/kmol H2O)
xtb = 2.86*10-4 (kmol CO2/kmol H2O)
→
lg
x
µ

Tra đồ thị I-35 ta có :
2
CO
µ
(250C)=0.024.10-3 Ns/m2
kk
µ
(250C)=0,018.10-3, Ns/m2
GVHD: ThS. Vy Thị Minh Tâm
Sinh viên: Hà Kim Tùng Lớp: CH
1
Đ11
20
Trường ĐH Công nghiệp Việt Trì
Khoa: Công nghệ Kỹ thuật Hóa học

Đồ án môn học
=
−
+
=
KK
KKtb
CO
COtb
Y
y
My
My
M

0,0154
195
d
td
d
V
d
σ
×
×
= = =
→
→ thỏa mãn điều kiện
Kiểm tra theo mật độ tưới U =
f
L
f
V
l
l
ρ
=
(m2/m2h)
Với V1 là lưu lượng thể tích chất lỏng, m3/h
f: tiết diện tháp, m2

là giá trị mật độ tưới tối thiểu
Mật độ tưới tới hạn Uth = σđ.b (m3/m2h) (II.177)
Trong đó:
GVHD: ThS. Vy Thị Minh Tâm

ngang
Tính h1 và h2:
0.25 2/3
1
Re Pr
d
y y
d
V
h
a
ψ σ
= × ×
× ×
, m
Trong đó: a : hệ số phụ thuộc vào dạng đệm, với đệm vòng a=0,123
ψ
: hệ số thấm ướt của đệm, do
1
th
U
U
>
nên
ψ
=1
Rey: chuẩn số Renoyd đối với pha khí
GVHD: ThS. Vy Thị Minh Tâm
Sinh viên: Hà Kim Tùng Lớp: CH
1

vvP
T 11
)(
10.0043,0
2
2
23/13/1
5,14
+
+
−
(m2/s)
Trong đó: T: nhiệt độ làm việc tuyệt đối T=298K
2
CO
v
P: áp suất làm việc P=25atm
2
CO
v
: thể tích mol của CO2,
2
CO
v
=44,8 cm3/mol
kk
v
: thể tích mol của không khí,
kk
v

*53,104*
195.1.123,0
75,0
25,0
5,0
3523,1
=0.116 m
2/3 0.25 0.5
2
256 ( ) Re Pr
x
x x
x
h
µ
ρ
= × × ×
Trong đó : Gx=3273,858×18=58929,4 kg/h→ Gx=
36,16
3600
4,58929
=
kg/s
Rex là chuẩn số Renoyd đối với pha lỏng:
0,04
Re
x
x
t d x
G

×
Dx: hệ số khuếch tán của CO2 vào nước ở nhiệt độ 250C
Dt = D25[1+b(t-25)] (m2/s)
Trong đó: D25: hệ số khuếch tán của CO2 vào nước ở 250C
D25 =
kkCO
kkCOOH
MM
vvAB
11
)(
10
2
22
23/13/1
6
+
+
−
µ
(m2/s)
A: hệ số, đối với chất khí tan trong nước A=1
B: hệ số, dung môi là nước B=4,7
2
CO
v
: thể tích mol của CO2 ở 250C,
2
CO
v

b =
2
2
3
0,2
H O
H O
µ
ρ
2
H O
ρ
: khối lượng riêng của nước ở 250C,
2
H O
ρ
= 997,08 kg/m3 bảng I.5-30.32
→Dx = 1,466.10-9[1+0,02(25-20)]= 1,6126.10-9 m2/s
→
9
4
Pr 555,5
997,36 1,6126.10
8,935.10
x
−
−
= =
×
GVHD: ThS. Vy Thị Minh Tâm

Dựa vào giá trị Xcbc= 6.868*10-4 (kmol CO2/kmol nước)
X Y Ycb Y-Ycb 1/(Y-Ycb)
0 4,608*10-3 0 4,608*10-3 217
0,0001 8,835*10-3 4,095*10-3 4,74*10-3 210,97
0,0002 0,013 8,223*10-3 4,777*10-3 209,336
0,0003 0,0173 0,0124 4,9*10-3 204,08
0,0004 0,0215 0,0166 4,9*10-3 204,08
0,0005 0,0257 0,021 4,7*10-3 212,77
0,0005723 0,0288 0,0239 4,9*10-3 204,08
0,0006 0,03 0,025 5*10-3 200
0,0006868 0,0336 0,0288 4,8*10-3 208,33
GVHD: ThS. Vy Thị Minh Tâm
Sinh viên: Hà Kim Tùng Lớp: CH
1
Đ11
25