ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG
LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay , do sự phát triển của các nghành công nghiệp tạo ra các sản phẩm
phục vụ con người , đồng thời cũng tạo ra một lượng chất thải vô cùng lớn làm phá
vỡ cân bằng sinh thái gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng .
Trong các loại ô nhiễm , ô nhiễm không khí ảnh hưởng trực tiếp đến con
người , động vật , thực vật và các công trình xây dựng . Sức khỏe và tuổi thọ con
người phụ thuộc rất nhiều vào độ trong sạch của môi trường . Vì vậy , trong những
năm gần đây ô nhiễm không khí từ các nghành sản xuất công nghiệp ở nước ta
đang là vấn đề quan tâm không chỉ của nhà nước mà còn là của toàn xã hội bởi
mức độ nguy hại của nó đã lên đến mức báo động .
SO
2
là một trong những chất ô nhiễm không khí được sản sinh nhiều trong
các nghành sản xuất công nghiệp và sinh hoạt . Việc xử lý SO
2
có nhiều phương
pháp khác nhau . Phương pháp nào được áp dụng để xử lý tùy thuộc vào hiệu quả
và tính kinh tế của phương pháp . Ví vậy , đồ án môn học với nhiệm vụ thiết kế
tháp đệm hấp thu SO
2
là một trong những phương án ghóp phần vào việc xử lý khí
thải ô nhiễm .
Trong đồ án này sẽ đi khảo sát một phương án : Xử lý SO
2
bằng phương
pháp hấp thu với dung môi là nước . Nhằm tìm hiểu xem quá trình xử lý có đạt hiệu
quả và kinh tế không , để có thể đưa vào hệ thống xử lý khí thải trong các nghành
sản xuất công nghiệp và sinh hoạt .
Nội dung khảo sát : thiết kế tháp đệm xử lý SO
2

) . Khi
hoà tan trong nước tạo thành dung dòch sunfurơ và tồn tại ở 2 dạng : chủ yếu là
SO
2
.nH
2
O và phần nhỏ là H
2
SO
3
.
SO
2
có nhiệt độ nóng chảy ở – 75
0
C và nhiệt độ sôi ở – 10
0
C .
Nguyên tử S trong phân tử SO
2
có cặp electron hóa trò tự do linh động và ở
trạng thái oxy hóa trung gian (+4) nên SO
2
có thể tham gia phản ứng theo nhiều
kiểu khác nhau:
- Cộng không thay đổi số ôxy hóa :
SO
2
+ H
2

SO
2
+ Cl
2
+ H
2
O = H
2
SO
4
+ HCl
Trong môi trường không khí , SO
2
dễ bò ôxy hóa và biến thành SO
3
trong khí
quyển . SO
3
tác dụng với H
2
O trong môi trường ẩm và biến thành acid hoặc muối
sunfat . Chúng sẽ nhanh chóng tách khỏi khí quyển và rơi xuống gây ô nhiểm môi
trường đất và môi trường nước .
I.2. Tác hại của khí SO
2
:
-SO
2
trong khí thải công nghiệp là một thành phần gây ô nhiểm không khí.
Nồng độ cho phép khí SO

của cây . Cây chậm lớn , vàng úa và chết .
+ Khí SO
2
làm cây cối chậm lớn , nhiều bệnh tật , chất lượng giảm,
hiệu quả thu hoạch kém .
- Mưa acid : khí SO
2
trong khí quyển khi gặp các chất oxy hóa hay dưới tác
động của nhiệt độ, ánh sáng chúng chuyển thành SO
3
nhờ O
2
có trong không khí .
Khi gặp H
2
O , SO
3
kết hợp với nước tạo thành H
2
SO
4
. Đây chính là nguyên nhân
tạo ra các cơn mưa acid mà thiệt hại của mưa acid gây ra là rất lớn. Mưa acid làm
tăng tính acid của trái đất , hủy diệt rừng và mùa màng , gây nguy hại đối với sinh
vật nước , đối với động vật và cả con người . Ngoài ra , còn phá hủy các nhà cửa,
công trình kiến trúc bằng kim loại bò ăn mòn . . . Nếu H
2
SO
4
có trong nước mưa với

. . .
+ Khí thải giao thông .
I.4. Các phương án xử lý SO
2
:
I.4.1. Phương pháp hấp thụ :
Để hấp thụ SO
2
ta có thể sử dụng nước, dung dòch hoặc huyền phù của muối
kim loại kiềm hoặc kiềm thổ.
+ Hấp thụ bằng nước:
SO
2
+ H
2
O < ===== > H
+

+ HSO
3
-
Do độ hòa tan của SO
2
trong nước thấp nên phải cần lưu lượng nước lớn và
thiết bò hấp thụ có thể tích lớn.
+ Hấp thụ bằng huyền phù CaCO
3
Ưu điểm của phương pháp này là quy trình công nghệ đơn giản chi phí
hoạt động thấp, chất hấp thụ dể tìm và rẽ, có khả năng xữ lý mà không cần làm
nguội và xử lý sơ bộ.

2
O
Ưu điểm :của phương pháp này là khả năng xử lý ở nhiệt độ cao (200
– 250
0
C) .
Nhược điểm : có thể hình thành ZnSO
4
làm cho việc tái sinh ZnO bất
lợi về kinh tế nên phải thường xuyên tách chúng và bổ sung thêm ZnO.
+ Hấp thụ bằng chất hấp thụ trên cơ sở Natri :
Ưu điểm : của phương pháp này là ứng dụng chất hấp thụ hóa học
không bay, có khả năng hấp thụ lớn .
+ Phương pháp Amoniac : SO
2
được hấp thụ bởi dung dòch Amoniac hoặc
dung dòch Sunfit-biSunfit amôn .
Ưu điểm : của phương pháp này là hiệu quả cao, chất hấp thụ dễ kiếm
, thu được sản phẩm cần thiết (Sunfit và biSunfit amon) .
+ Hấp thụ bằng hổn hợp muối nóng chảy:
Xử lý ở nhiệt độ cao dùng hổn hợp Cacbonat kim loại kiềm có thành
phần như sau:
LiCO
3
32%, Na
2
CO
3
33%, K
2

2
: nước = 1- 1) .
C
6
H
3
(CH
3
)
2
NH
2
không trộn lẩn với nước nhưng khi liên kết với SO
2
tạo
thành (C
6
H
3
(CH
3
)
2
NH
2
)
2
SO
2
tan trong nước .

ra cặn lắng làm cản trở dòng khí và lỏng .
I.6. Thuyết minh qui trình công nghệ :
Dòng khí thải từ nhà máy thải ra được xử lý sơ bộ . Sau đó được quạt thổi
qua lưu lượng kế đo lưu lượng và đi vào tháp đệm thực hiện quá trình hấp thu .
Tháp hấp thu làm việc nghòch dòng .
Dung môi hấp thu là nước . Nước sạch từ bể chứa được bơm lên bồn cao vò .
Sau đó đi qua lưu lượng kế đo lưu lượng dòng chảy và đi vào tháp hấp thu , nước
được chảy từ trên xuống . Khí SO
2
được thổi từ đáy tháp lên , quá trình hấp thu
được thực hiện .
Khí sau khi hấp thu đạt TCVN được thải phát tán ra môi trường . Dung dòch
nước sau khi hấp thu được cho chảy vào bể chứa thực hiện quá trình trung hòa và
thải ra môi trường .
CHƯƠNG II
TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ
II.1. Các thông số ban đầu :
SVTH : Nguyễn Duy Nghóa
5
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG
Lưu lượng khí thải : 2000 m
3
/h .
Nồng độ SO
2
ban đầu là 1% thể tích .
Nồng độ SO

P
t
: áp suất tổng của hệ hấp thu .
H : hệ số Henry .
Ở 30
o
C : H = 0.0364*10
6
(mmHg) . [2,Bảng IX.1,p.139]
m : hệ số phân bố .
m =
t
P
H
=
760
10*0364.0
6
=47.894
y =
Y
Y
+
1
x =
X
X
+
1
Thay vào trên ta được :

*
0 0.0038 0.0048 0.0063 0.0072 0.0087 0.0097 0.0121 0.0146
Từ số liệu đường cân bằng ta vẽ đường cân bằng :
SVTH : Nguyễn Duy Nghóa
6
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG
Nồng độ thể tích ban đầu của dòng khí :
y
đ
= 1% = 0.01
Nồng độ đầu của pha khí theo tỷ số mol :
Y
đ
=
d
d
y
y
−
1
= 0.0101 (KmolSO
2
/Kmolkhítrơ)
Nồng độ cuối của pha khí theo tỷ số mol :
Y
c
=
K
Kmolatlit
at

O .
Lượng dung môi tối thiểu được sử dụng :
d
cd
tr
XX
YY
G
L
−
−
=
*
min
G
tr
: suất lượng dòng khí trơ trong hỗn hợp .
X
*
: nồng độ pha lỏng cân bằng tương ứng với X
đ
.
Từ đồ thò đường cân bằng ta xác đònh được :
SVTH : Nguyễn Duy Nghóa
7
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG
X
*
= 0.00021 (KmolSO
2

=
= 1.2*45.324 = 54.3888
Lưu lượng hỗn hợp khí vào tháp hấp thu :
G
hh
=
496.80
)30273(*082.0
2000*1
=
+
=
RT
PV
(Kmol/h)
Suất lượng dòng khí trơ trong hỗn hợp :
G
tr
= G
hh
*(1-y
đ
) = (1-0.01)*80.496 = 79.691 (Kmol/h)
Suất lượng dung môi làm việc :
L
tr
= 54.3888*G
tr
= 54.3888*79.691 = 4334.298 (KmolH
2

Suy ra : X
c
=
tr
tr
cd
G
L
YY
−
=
000175.0
3888.54
000582.00101.0
=
−
(molSO
2
/KmolH
2
O)
G
tr
Y
đ
G
tr
Y
c
L

SVTH : Nguyễn Duy Nghóa
8
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG
T
đ ,
T
c
– nhiệt độ dung dòch đầu và cuối ,
C
o
.
I
đ
, I
c
– entanpi hỗn hợp khí ban đầu và cuối , kj/kg .
Q
0
– nhiệt mất mát , kj/h .
Phương trình cân bằng nhiệt lượng có dạng :
G
đ
I
đ
+ L
đ
C
đ
T
đ

- Tỷ nhiệt của dung dòch không đổi trong suốt quá trình hấp thu : C
đ
=
C
c
= C
OH
2
.
G
tr
Y
đ
G
tr
Y
c
L
tr
X
đ
L
tr
X
c
G
tr
t
đ
I

Với mức độ gần đúng có thể coi q không đổi trong suốt quá trình hấp thu:
( )
ccccdctrdddd
TCLIGXXLqTCLIG ********
+=−++
Hoặc :
( )
dc
cc
ccdd
d
c
d
c
XX
CL
Lq
CL
IGIG
t
L
L
T
−+
−
+=
*
*
*
**

*
*
Do lượng cấu tử hoà tan trong dung dòch nhỏ nên : L
đ
= L
c
= L
tr

( )
dcdc
XX
C
q
TT −+=
Phương trình hấp thu của SO
2
trong dung môi nước .
SO
2
+ H
2
O
⇔
H
+
+ HSO
3
-
Theo sổ tay hóa lý , nhiệt sinh của :

Nhiệt phát sinh của 1 mol cấu tử SO
2
bò hấp thu :
q = (-70.96 - 68.317) – ( 0 – 12157.29) = 12018.013 (kcal/mol) .
Nhiệt độ cuối của dung dòch ra khỏi tháp :

( )
dcdc
XX
C
q
TT −+=
= 30 +
000175.0*
18*4200
10*18.4*013.12018
3
= 30.12
o
C
Như vậy : T
c

≈
T
đ
= 30
o
C .
Ta xem quá trình hấp thu là đẳng nhiệt .

(m
3
/h)
Suy ra : V
ytb
=
6.1990
2
2.19812000
=
+
(m
3
/h) .
KLR trung bình của pha khí :
( )
[ ]
T
MyMy
tbtb
ytb
*4.22
273**1*
2111
−+
=
ρ
Trong đó :
+ M
1

c1
: nồng độ phần mol của SO
2
vào và ra khỏi tháp .
01.0
1
==
dd
yy
00058.0
000582.01
000582.0
1
1
=
+
=
+
=
c
c
c
c
Y
Y
y
Suy ra :
00529.0
2
00058.001.0

kg/m
3
Độ nhớt trung bình pha khí ( của hổn hợp khí ) :

2
22
1
11
**
µµµ
MmMm
M
hh
hh
+=
+ M
hh
, M
1
, M
2
: khối lưượng phân tử của hổn hợp khí , của SO
2
và không khí
, kg/kmol .
M
1
=
2
SO

2
= 1 – y
tb1
= 0.99471
+ Ở 30
0
c :
µ
2
= µ
kk
= 0.0182*10
-3
(kg/m.s) .
µ
1
=
2
SO
µ
= 0.0128*10
-3
(kg/m.s) .
Thay vào ta được :

33
100182.0
99471.08.28
100128.0
00529.00.64986.28

c
: lưu lượng khí vào và ra khỏi tháp , kg/s .
0101.064691.798.28691.79***
2
××+×=+=
dSOtrtrtrd
YMGMGG
= 2346.6 (kg/h) = 0.652 (kg/s) .
000582.064691.798.28691.79***
2
××+×=+=
cSOtrtrtrc
YMGMGG
= 2298.1 (kg/h) = 0,638 (kg/s) .
Suy ra :
645.0
2
638.0652.0
=
+
=
ytb
G
(kg/s) .
SVTH : Nguyễn Duy Nghóa
11
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG
II.4.2. Các thông số vật lý của dòng lỏng :
- V
xtb

: lưu lượng nước , kmol/h .
Suy ra :
41.78
995
1
18298.4334
=××=
xtb
V
m
3
/h
- Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng :

( )
2111
*1*
tbtbtbtbxtb
VV
ρρρ
−+=
[2, IX.104, 183]
1tb
ρ
,
2tb
ρ
: khối lượng riêng trung bình của SO
2
, H


3
108007.0
2
−
×=≈
OHxtb
µµ
(kg/m.s) .
- Lưu lượng khối lượng trung bình của pha lỏng :

2
xcxd
xtb
GG
G
+
=
xd
G
,
xc
G
: lưu lượng khối lượng dòng lỏng vào và ra khỏi tháp .

67.21
3600
1
*18*298.4334*
===

Tốc độ bắt đầu tạo nhũ tương , còn gọi là tốc độ đảo pha W’
s
(m/s ) được xác
đònh theo công thức :

8
1
4
1
16.0
3
2
'
*)(*75.1
**
**
lg








−=





Với :
+ G
x
, G
y
: lưu lượng dòng lỏng và khí trung bình , kg/s .
G
x
= G
xtb
= 21.675 (kg/s) .
G
y
= G
ytb
= 0.645 (kg/s) .
SVTH : Nguyễn Duy Nghóa
12
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG
+
ρ
xtb
,
ρ
ytb
: khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và khí .

ρ
xtb
= 995 (kg/m

số của đệm :
σ
d
: bề mặt riêng của đệm .
σ
d
= 95 m
2
/m
3

V
d
: thể tích tự do của đệm .
V
d
= 0.79 m
3
/m
3
d
ρ
: khối lượng riêng xốp của đệm .

ρ
d
= 600 kg/m
3
Thay số vào ta được :
lg



−=
















−
−
s
W

Suy ra : ω
s
’

= 0.57 (m/s) .
Chọn tốc độ làm việc :

LGY
h
l
m
hh ×+=

Trong đó :
h
G
: chiều cao một đơn vò truyền khối tương ứng pha khí , m .
h
L
: chiều cao một đơn vò truyền khối tương ứng pha lỏng , m .
m : hệ số góc đường cân bằng
l : lượng dung môi tiêu tốn riêng , l =
tr
tr
G
L
-h
G
và h
L
được xác đònh dựa vào các công thức thực nghiệm sau :

3
2
25.0
PrRe
yy

SVTH : Nguyễn Duy Nghóa
13
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG
Với : V
t
= 0.79 m
3
/m
3
, là thể tích tự do của đệm .
σ = 95 m
2
/m
3
, là bề mặt riêng của đệm .
a là hệ số phụ thuộc dạng đệm , đệm vòng Raschig a = 0.123 .

ρ
x
=
ρ
xtb
= 995 kg/m
3
, là khối lượng riêng pha lỏng .
µ
x
= µ
xtb
= 0.8007×10

×
=
04.0
Re

yy
y
y
D
×
=
ρ
µ
Pr

xx
x
x
D
×
=
ρ
µ
Pr
Ở đây :
+ G
y
, L
x
là tốc độ khối lượng của khí và lỏng tương ứng một đơn vò tiết diện

G
(kg/m
2
.s) .

17.19
1304.1
67.21
===
t
xtb
x
F
G
L
(kg/m
2
.s) .
+ µ
y
= 1.81*10
-5
kg/m.s , là độ nhớt pha khí .
+
ρ
y
=
ρ
ytb
= 1.166 kg/m

/s . [4,(2-41),27]
Trong đó: M
B
là khối lượng mol của dung môi , M
B
=
18
2
=
OH
M
(kg/kmol)
φ là hệ số kết hợp cho dung môi , φ = 2.6 cho dung môi là nước .
T = 273 + 30 = 303
0
K , nhiệt độ khuếch tán .
V
A
= 44.8 cm
3
/mol , là thể tích mol của dung chất .
µ’: là dộ nhớt của dung dòch .
µ
’
=
8007.0
2
=
OH
µ

*
*10*3.4








+








+
=
−
BA
BA
y
MM
VVP
T
D
[4,(2-36),25] .

: thể tích mol của SO
2
và của không khí .
V
A
= 44.8 (cm
3
/mol) .
V
B
= 29.9 (cm
3
/mol) .
Thế vào ta được :

5
2
1
2
3
1
3
1
2
3
7
10148.1
8.28
1
64

, Re
y ,
Pr
x
, Pr
y
:

9.4
10*8007.0*95*1304.1
67.21*04.0
04.0
Re
3
==
××
×
=
−
xt
x
x
F
G
µσ

67.64
10*81.1*95*1304.1
645.04.0
4.0

D
ρ
µ

352.1
10*148.1*166.1
10*81.01
Pr
5
5
==
×
=
−
−
yy
y
y
D
ρ
µ
II.4.4.4. Tính hệ số thấm ướt ψ :
-U
tt
=
t
x
F
V
là mật độ tưới thực tế , (m

-Mật độ tưới thích hợp U
th
:
U
th
= B.
σ
d
, (m
3
/m
2
h) .
B = 0.158 (m
3
/m.h) [2,bảng IV.6,177]

d
σ
= 95 m
2
/m
3
Suy ra : U
th
= 0.158*95 = 15.01 (m
3
/m
2
h) .

=×
××
=
yy
t
G
a
V
h
σψ
(m) .

5.025.0
3
2
3
5.025.0
3
2
24.4419.4
995
108007.0
256PrRe256 ××






