ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ VĂN NHIỀU
LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay, do sự phát triển của các ngành công nghiệp tạo ra các sản phẩm phục vụ
con người, đồng thời cũng tạo ra một lượng khí 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 ngành sản xuất công ở nước ta đang là vấn đề quan tâm không chỉ của các
nhà chuyên môn mà là của toàn xã hội bởi mức độ nguy hại của nó đã lên đến mức báo
động.
NH
3
là một trong những chất gây ô nhiễm không khí được sản sinh nhiều trong các
ngành sản xuất công nghiệp. Việc xử lý NH
3
có nhiều phương pháp khác nhau. Với mõi
phương pháp điều có ưu nhược điểm riêng của chúng. Vì vậy, đồ án môn học chúng em
chọn thiết kế hệ thống hấp thu NH
3
bằng tháp đệm và cũng là một trong những phương
pháp góp phần vào việc xử lý khí thải ô nhiễm.
Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Văn Nhiều, các thầy cô bộ môn Máy và Thiết
bị đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện cho chúng em hoàn thành đồ án môn học
này.
Trang 1
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ VĂN NHIỀU
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
Trang 2
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ VĂN NHIỀU
1.1. Giới thiệu về khí thải

3
3 H
2
+ N
2
b. Tác dụng với axit
NH
3
+ HCl → NH
4
Cl
1.1.3. Độc tính của amôniăc : 3 dạng của amoniac
- Khí amoniac (NH
3
)
- Khí amoniac hóa lỏng
- Dung dịch amonia (NH
4
OH)
a. Đối với động vật thuỷ sinh:
NH
3
được xem như là một trong những “kẻ giết hại” thế giới thuỷ sinh, sự nhiễm
độc NH
3
thường xảy ra đối với những hồ nuôi mới hoặc những hồ nuôi cũ nhưng có mật
độ nuôi lớn
b.Đối với người:
Khi hít phải hoặc tiếp xúc trực tiếp với NH
3

CH
4
… các chất này rất độc cho ao nuôi và các động vật thuỷ sinh.
- Các vụ rò rĩ khí NH
3
từ các nhà máy phân bón, SX nước đá, đông lạnh… cũng
ảnh hưởng lớn đến sức khoẻ công nhân và cộng đồng xung quanh.
1.2. Giới thiệu về quá trình hấp thụ
1.2.1. Khái niệm: Hấp thụ là quá trình xảy ra khi một cấu tử của pha khí khuếch
tán vào pha lỏng hoặc rắn do sự tiếp xúc giữa hai pha khí và lỏng (rắn).
- Khí được hấp thu gọi là chất bị hấp thụ ; chất lỏng( rắn) dùng để hút gọi là chất
hất thu, khí không bị hấp thụ gọi là khí trơ.
- Mục đích: hòa tan một hay nhiều cấu tử của hỗn hợp khí để tạo nên một dung
dịch (hỗn hợp) các cấu tử trong chất lỏng(chất rắn) . Các quá trình xảy ra do sự tiếp xúc
pha giữa khí và lỏng (rắn). Quá trình này cần sự truyền vật chất từ pha khí vào pha lỏng
(rắn). Nếu quá trình xảy ra ngược lại , nghĩa là cần sự truyền vật chất từ pha lỏng (rắn)
vào pha hơi, ta có quá trình nhả khí. Nguyên lý của cả hai quá trình là giống nhau .
- Trong công nghiệp hóa chất và thực phẩm, quá trình hấp thụ dùng để:
+ Thu hồi các cấu tử quý trong pha khí.
+ Làm sạch pha khí.
+ Tách hỗn hợp tạo thành các cấu tử riêng biệt.
+ Tạo thành một dung dịch(hỗn hợp) sản phẩm.
Trang 4
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ VĂN NHIỀU
 Hấp thụ vật lý: về thực chất chỉ là sự hòa tan các chất bị hấp
thụ vào trong dung môi hấp thụ, chất khí hòa tan không tạo ra
hợp chất hóa học với dung môi, nó chỉ thay đổi trạng thái vật lý
từ thể khí biến thành dung dịch lỏng (quá trình hòa tan đơn
thuần của chất khí trong chất lỏng).
 Hấp thụ hóa học: trong quá trình này chất bị hấp thụ sẽ tham

Trang 5
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ VĂN NHIỀU
Phương trình cân bằng vật liệu có dạng:
G
Y
Y
Đ
+ G
X
X
Đ
= G
X
X
C
+ G
Y
Y
C
Trong đó :
G
X
:luợng khí trơ không đổi khi vận hành ( kmol/ h)
G
Y
: lượng dung môi không đổi khi vận hành(kmol/ h)
Y
Đ
, Y
C

O làm dung môi hấp thụ,các khí độc hại như SO
2
,
H
2
S, NH
3
, HF, có thể được xử lí rất tốt với phương pháp này với dung môi nước và các
dung môi thích hợp.
Có thể sử dụng kết hợp khi cần rửa khí làm sạch bụi, khi trong khí thải có chứa cả
bụi lẫn các khí độc hại mà các chất khí có khả năng hòa tan tốt trong nước rửa.
 Nhược điểm:
Hiệu suất làm sạch không cao, hệ số làm sạch giảm khi nhiệt độ dòng khí cao nên
không thể dùng xử lí các dòng khí thải có nhiệt độ cao, quá trình hấp thụ là quá trình tỏa
nhiệt nên khi thiết kế, xây dựng và vận hành hệ thống thiết bị hấp thụ xử lí khí thải nhiều
trường hợp ta phải lắp đặt thêm thiết bị trao đổi nhiệt trong tháp hấp thụ để làm nguội
thiết bị, tăng hiệu quả của quá trình xử lí. Như vậy, thiết bị sẽ trở nên cồng kềnh, vận
hành phức tạp.
Khi làm việc, hiện tượng “sặc” rất dễ xảy ra khi ta khống chế, điều chỉnh mật độ
tưới của pha lỏng không tốt, đặc biệt khi dòng khí thải có hàm lượng bụi lớn.
Việc lựa chọn dung môi thích hợp sẽ rất khó khăn, khi chất khí cần xử lí không có
khả năng hòa tan trong nước. Lựa chọn dung môi hữu cơ sẽ nảy sinh vấn đề: các dung
môi này có độc hại cho người sử dụng và môi trường hay không? Việc lựa chọn dung môi
thích hợp là bài toán hóc búa mang tính kinh tế và kĩ thuật, giá thành dung môi quyết
định lớn đến giá thành xử lý và hiệu quả xử lý.
Phải tái sinh dung môi (dòng chất thải thứ cấp ) khi xử dụng dung môi đắt tiền.
Chất thải gây ô nhiễm nguồn nước hệ thống càng trở nên cồng kềnh phức tạp.
1.3. Thiết bị hấp thu
Thiết bị được sử dụng để tiến hành quá trình hấp thu được gọi là thiết bị hấp thu
hoặc cột hấp thu. Thiết bị hấp thu có thể làm việc gián đoạn hoặc liên tục và được chia

Trang 8
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ VĂN NHIỀU
màng theo thành ống . khi cần tách nhiệt có thể cho tác nhân lạnh đi vào khoảng không
gian giữa vỏ và ống . để nâng cao hiệu suất người ta dùng thiết bị nhiều bậc khác nhau.
- Thủy động lực trong thiết bị dạng màng : khi có dòng khí chuyển động ngược
chiều sẽ ảnh hưởng 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 lọc và lực ma sát
và dẫn đến chế độ sặc.
* Ưu và nhược điểm của tháp màng:
+ Ưu:
- Trở lực theo pha khí nhỏ.
- Có thể biết được bề mặt tiếp xúc pha (trong trường hợp chất lỏng chảy
thành màng)
- Có thể thực hiện trao đổi nhiệt.
+ Nhược:
- Năng suất theo pha lỏng nhỏ.
- Cấu tạo phức tạp, khi vận hành dễ bị sặc.
* Ứng dụng:
- Trong phòng thí nghiệm
- Trong trường hợp có năng suất thấp
- Trong những hệ thống cần trở lực thấp (hệ thống hút chân không, )
* Ví dụ: Hệ thống chưng dầu vỏ hạt điều, tái sinh dầu nhờn, chưng cất tinh dầu, cô đặc
nước trái cây,
1.3.2. Tháp đệm
- Cấu tạo gồm: thân tháp rỗng bên trong đổ đầy đệm làm từ vật liệu khác nhau ( gỗ
nhựa, kim loại, gôm, …) với những hình dạng khá nhau ( trụ, cầu, tấm, yên ngựa, lò xo …)
, lưới đỡ đệm, ống dẫn khí và lỏng ra vào.
Trang 9
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ VĂN NHIỀU

có cấu tạo đặc biệt để chất lỏng đi từ đĩa trên xuống đĩa dưới theo đường riêng gọi là ống
chảy chuyền .
-Tháp đĩa không có ống chảy chuyền ; khi có khí ( hơi hay lỏng ) và lỏng đi qua
cùng 1 lỗ trên đĩa
+ Ưu – nhược điểm và ứng dụng:
- Tháp đĩa lỗ: ưu điểm là kết cấu khá đơn giản, trở lực tương đối thấp, hiệu suất
khá cao. Tuy nhiên không làm việc được với chất lỏng bẩn, khoảng làm việc hẹp hơn
tháp chop (về lưu lượng khí).
- Tháp chóp: có thể làm việc với tỉ trọng của khí, lỏng thay đổi mạnh, khá ổn định.
Song có trở lực lớn, tiêu tốn nhiều vật tư kim loại chế tạo, kết cấu phức tạp. Nói chung
tháp chop có hiệu suất cao hơn tháp đĩa lỗ.
- Tháp xupap: dùng trong chưng cất dầu mỏ.
Trang 11
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ VĂN NHIỀU
CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH
CÔNG NGHỆ
Thuyết minh quy trinh công nghệ:
Khí cần được xử lý được lấy từ các nhà máy sản xuất phân bón, sản xuất phân Ure, sẽ
được thu lại rồi sau đó dùng quạt thổi khí vào tháp hấp thụ ( tháp đệm). Dung dịch dùng
hấp thụ là nước.
Trang 12
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ VĂN NHIỀU
Tháp hấp thụ làm việc nghịch chiều: nước được bơm lên bồn cao vị mục đích là để ổn
định lưu lượng, từ đó cho vào tháp từ trên đi xuống dưới, hỗn hợp khí được thổi từ dưới
lên và quá trình hấp thụ xảy ra.
Hỗn hợp khí trơ đi ra ở đỉnh tháp sẽ được cho đi qua ống khói để phát tán khí ra ngoài
không ảnh hưởng đến công nhân. Dung dịch sau hấp thu ở đáy tháp được cho ra bồn
chứa. Tại đây, dung dịch lỏng này sẽ được xử lý để sao cho nồng độ của nước thải đạt
được nồng độ cho phép để có thể thải ra môi trường.
Nếu trong khu công nghiệp thì xử lý sao cho nước thải đạt tiêu chuẩn loại B ( 1mg/l) hoặc

Trang 15
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ VĂN NHIỀU
o Chọn nhiệt độ làm việc của tháp T= 30
0
C
o Áp suất làm việc 1atm
3.2. Tính cân bằng vật chất:
Phương trình cân bằng của dung dịch hấp thu NH
3
bằng H
2
O được biểu diễn theo định
luật Henry:
Ở 30
o
C Ψ.10
-6
= 0.00241 (mmHg) [4]-bảng 2.1, trang 31
M = == 3.17
(1) Y
*
= =
Nồng độ thể tích ban đầu của dòng khí :
(kmol NH
3
/kmol hh)
Nồng độ đầu của pha khí theo tỷ số mol :

X
c
: nồng độ đầu ra của pha lỏng, kmol NH
3
/ kmol H
2
O :
Từ phương trình (1)
Ta thế (kmol NH
3
/kmol khí trơ)
(kmol NH
3
/kmol khí trơ)
Lưu lượng hỗn hợp khí vào tháp hấp thu :
G
hh
= (kmol/h)
Suất lượng dòng khí trơ trong hỗn hợp :
G
tr
= G
hh
(1-y
đ
) = (1-)× 603.7 = 603.3 (kmol/h)
Lượng dung mơi tối thiểu được sử dụng :
G
tr
: suất lượng dòng khí trơ trong hỗn hợp

tr
X
đ
= G
tr
Y
c
+ L
tr
X
c
Suy ra :
X
c
= = (kmol NH
3
/kmol H
2
O)
Phương trình đường cân bằng đi qua 2 điểm
A (X
đ
, Y
đ)
A(0, 0)
B (X
c max,
Y
đ
)B (2.305× 10

đ
, G
c
– lượng hổn hợp khí đầu và cuối.
L
đ,
L
c
- lượng dung dịch đầu và cuối.
t
c,
t
c
– nhiệt độ khí ban đầu và cuối, .
T
đ ,
T
c
– nhiệt độ dung dịch đầu và cuối, .
I
đ
, I
c
– entanpy hỗn hợp khí ban đầu và cuối, kj/kg.
Q
0
– nhiệt mất mát, kj/h.
Q
s
– nhiệt lượng phát sinh do hấp thụ khí, kj/h.

0
= 0.
- Nhiệt độ của hổn hợp khí ra khỏi tháp bằng nhiệt độ dung dịch vào tháp: t
c
= t
đ
= 30
0
C.
- Tỷ nhiệt của dung dịch không đổi trong suốt quá trình hấp thu: C
đ
= C
c
= C
Trong quá trình hấp thu có thể phát sinh nhiệt, do đó nếu ký hiệu q là nhiệt phát sinh của 1
mol cấu tử bị hấp thu , thì ta có:
Q
s
= qL
tr
( X
c
– X
đ
)
Với mức độ gần đúng có thể coi q không đổi trong suốt quá trình hấp thu:
Trang 21
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ VĂN NHIỀU
Hoặc:
Vì lượng cấu tử hòa tan trong dung dịch nhỏ nên có thể lấy:

O: = - 285.83 (kj/mol).
NH
4
+
: = -132.51 (kj/mol).
Trang 22
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ VĂN NHIỀU
OH
-
: = -229.99 (kj/mol).
Nhiệt phát sinh của 1 mol cấu tử NH
3
bị hấp thu:
q = +)
= (-132.51- 229.99
)- (-80.08- 285.83) = 3.14 (kj/mol) .
Ta biến đổi phương trình cân bằng năng lượng:
L.C (T
c
– T
đ
) = qL(X
c
– X
đ
)
⇒ ∆T = T
c
– T
đ

V
c
= V
tr
( 1 + Y
c
)
= (m
3
/h)
Suy ra : V
ytb
= (m
3
/h) .
Trang 25