BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ
THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU
NH
3
BẰNG NƯỚC
 GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền
 SVTH:Bùi Mạnh Trình
 MSSV :2004110192
 Lớp:02DHHH1TP.HCM, 04/2014TP.HCM, 04/2014TP.HCM, 04/2014TP.HCM, 04/2014
TP.HCM, 04/2014
ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
I. Tên đồ án
Thiết kế tháp đệm hấp thu NH
3
bằng nước
II. Nhiệm vụ đồ án ( nội dung yêu cầu và số liệu ban đầu ):
Nhập liệu: khí hỗn hợp ban đầu 2000kg/h, y
d
= 7%
Nồng độ sau hấp thu đạt 0,02%
Nhiệt độ ban đầu: 30
o
C

NHẬN XÉT CỦA THẦY CÔ PHẢN BIỆN

Ngày Tháng Năm 2014
Ký tên
SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192Trang: 4
ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền
Mục Lục:
CHƯƠNG I: TỔNG QUÁT VỀ NH3 8
1.1 Giới thiệu về NH3 8
1.2 Phân loại 8
1.3 Tính chất vật lý của amoniac 9
1.4 Tính chất hóa học của amoniac 10
1.5 Ứng dụng 13
CHƯƠNG II: TỔNG QUÁT VỀ THÁP HẤP THU DẠNG ĐỆM 14
2.1 Định nghĩa hấp thu 14
2.2 Phân loại 15
2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp thu 15
2.4 Cân bằng vật chất cho quá trình hấp thu 16
2.5 Ứng dụng của quá trình hấp thu 23
2.6 Lựa chọn dung môi 23
2.7 Tháp hấp thu 24

5.2 Bơm chất lỏng 67
5.3.Quạt thổi khí 69
NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO 73
LỜI NÓI ĐẦU
Amoniac là một hóa chất dùng phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp khác
nhau. Sự phát xạ của không khí có chứa amoniac vào khí quyển mà không có biện
pháp xử lý, gây ảnh hưởng không tốt đến sức khỏe con người và môi trường.
Một phương pháp có hiệu quả cao để xử lý amoniac từ khí thải là yêu cầu cấp
thiết. Những nguồn thải ra khí amoniac bao gồm: quá trình sản xuất phân bón, quá
trình điều chế than cốc sử dụng phương pháp khôi phục sản phẩm phụ, sự đốt cháy
nguyên liệu hóa thạch, quá trình chăn nuôi và những hệ thống làm lạnh sử dụng
amoniac như một môi chất lạnh….Người ta có thể kiểm soát được lượng amoniac ở
những quá trình này bằng nhiều cách như: sử dụng tháp lọc khí ẩm, sử dụng phương
pháp nước ngưng để loại bỏ khí, khôi phục và tái chế những dòng thải, những hệ thống
thu nạp Trong đồ án này, em xin trình bày phương pháp sử dụng tháp đệm để hấp
thu NH
3
.
SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192Trang: 6
ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền
Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã được sự giúp đỡ tận tình của thầy Huỳnh
Lê Huy Cường để giúp em hoàn thành đồ án này. Tuy đã cố gắng hoàn thành tốt đồ án
của mình nhưng em vẫn còn nhiều thiếu sót trong quá trình thực hiện. Mong thầy chỉ
bảo thêm cho em.
Em xin chân thành cảm ơn!
SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192Trang: 7
ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền
CHƯƠNG I: TỔNG QUÁT VỀ NH3
1.1 Giới thiệu về NH

sôi ở –
33,34°C (–28,012°F), chất lỏng phải được lưu trữ dưới áp lực cao hoặc ở nhiệt độ
thấp.
1.2 Phân loại
Amoniac có hai loại, loại 1 dùng cho các máy lạnh và loại 2 dùng làm nguyên
liệu trong công nghiệp hóa chất. Chúng có yêu cầu về chất lượng khác nhau:
Hàm lượng các chất Đơn vị Loại 1 Loại 2
SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192Trang: 8
ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền
Amoniac
Lượng tạp chất tối đa
Hơi ẩm
Dầu
Sắt
%
%
mg/l
–
99,9
0,1
10
2
99,6
0,4
35
Không quy định
1.3 Tính chất vật lý của amoniac
– NH
3
tan trong nước phát nhiều nhiệt và cho dung dịch có d < 1 (dung dịch NH

( ) ( )
( )
( )
2
2 2 2
s x y z
σ σ σ σ
3
NH
μ =1,47D
ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền
nitơ mà cặp electron hóa trị tự do (ở N) phân bố trên 1 sp
3
được định hướng rõ rệt
trong không gian, vì vậy phân tử NH
3
rất dễ cho cặp electron đó tạo nên liên kết cho –
nhận (liên kết phối trí) với các nguyên tử khác và liên kết có độ phân cực lớn .
Cặp electron hóa trị tự do và tính phân cực của liên kết N–H tạo nên liên
kết hidro giữa các phân tử NH
3
, vì vậy NH
3
dễ bị nén, có nhiệt bay hơi cao và tan
nhiều trong nước. Ở nhiệt độ thường chỉ cần áp suất 67 atm là có thể hóa lỏng nó.
1.4 Tính chất hóa học của amoniac
Cũng do có cặp electron hóa trị tự do và ít bền mà NH
3
có hoạt tính hóa học cao.
Nó có thể cho ba loại phản ứng: phản ứng cộng, phản ứng khử và phản ứng thế, trong

2
→
ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền
amoniac một cách dễ dàng.
Khí amoniac và dung dịch cháy trong clo, brom tạo thành N
2
.
Amoniac cộng hợp được với rất nhiều chất: nước, axit, muối.
Quan trọng nhất là phản ứng cộng với nước. Khi tan trong nước NH
3
tác dụng với
nước theo sơ đồ sau:
NH
3
+ HOH → NH
4
+
+ OH
-
Sự xuất hiện ion OH
-
tạo nên môi trường bazơ của dung dịch (nhưng là bazơ yếu
vì có hằng số điện li K = 1,8.10
-5
). Trong dung dịch amoniac luôn có một cân bằng
kép:
NH
3
+ HOH → NH
4

hợp chất phức với nhiều muối.
Trong khi đó bản thân NH
3
khan lại là một axit rất yếu, có thể mất 1 proton H
+

tạo thành anion amid NH
2
−
. Ví dụ cho liti nitrua vào NH
3
lỏng người ta nhận được
SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192Trang: 11
3 2 2
2NH + 3Cl N + 6HCl→
ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền
anion amid (NH
2
-
):
Li
3
N
(s)
+ 2 NH
3 (l)
→ 3 Li
+
(am)
+ 3 NH

3-
có thể bị oxy hóa lên các trạng thái oxy hóa cao hơn của nitơ, đặc biệt là dễ bị
oxy hóa lên N
0
(N
2
) và N
2+
(NO).
Các chất oxy hóa như CuO, nước javen oxy hóa được NH
3
thành N
2
:
Phản ứng này được dùng để khử sạch lớp oxit kim loại trên bề mặt kim loại khi
hàn.
Các nguyên tử hydro của amoniac có
thể được thay thế bằng các nguyên tử kim loại. Phản ứng giữa amoniac và kim loại
hình thành các hợp chất amidua (), imidua () và nitrua () trong số các amidua, phổ biến
nhất là amidua của kim loại kiềm và kiềm thổ.
Ví dụ: Ở 350
0
C, natri tác dụng với NH
3
cho amiđua natri NaNH
2
:
SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192Trang: 12
0
600 C

– Phân bón: Khoảng 73% (tính đến 2004) amoniac được sử dụng làm phân bón trên
toàn thế giới nhằm cung cấp đạm cho cây. Vì vậy ngành công nghiệp sản xuất phân
bón dựa vào amoniac là một thành phần quan trọng của ngân sách thế giới.
– Tiền thân để tổng hợp các hợp chất nitơ: Amoniac trực tiếp hoặc gián tiếp là tiền
thân của các hợp chất chứa nitơ nhất. Hầu như tất cả các hợp chất nitơ tổng hợp có
nguồn gốc từ amoniac. Một dẫn xuất quan trọng là acid nitric, acid nitric được tạo ra
thông qua quá trình Ostwald bởi quá trình oxy hóa của amoniac với không khí trên
một đĩa bạch kim có xúc tác ở 700 – 850°C, ~ 9 atm. Nitric oxide là một trung gian
trong việc chuyển đổi này: NH
3
+ 2O
2
→ HNO
3
+ H
2
O .Axit nitric được sử dụng để
sản xuất phân bón, vật liệu nổ và các hợp chất nhiều organonitrogen.
– Dung dịch amoniac đặc 25% được dùng nhiều trong các phòng thí nghiệm.
– Cleaner: NH
3
trong nước (amoni hydroxit) được sử dụng như là một mục đích
chung cho các bề mặt sạch hơn, như nó được sử dụng để làm sạch kính, sứ, thép không
gỉ và nó cũng thường được sử dụng để làm sạch lò vì amoniac có khả năng hòa tan
SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192Trang: 13
ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền
kim loại oxit.
– Lên men: Amoniac là giải pháp (ở 16 – 25%) được sử dụng trong ngành công
nghiệp lên men như là một nguồn cung cấp nitơ cho vi sinh vật cũng như để điều
chỉnh pH trong quá trình lên men này.

gọi là quá trình hấp thu, nếu dùng chất rắn gọi là quá trình hấp phụ.
SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192Trang: 14
ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền
Như vậy hấp thu là quá trình hút khí bằng chất lỏng, khí được hút gọi là chất bị
hấp thu, chất lỏng dùng để hút gọi là dung môi (còn gọi là chất hấp thu), khí không bị
hấp thu gọi là khí trơ. Quá trình như vậy cần sự truyền vật chất từ pha khí vào pha
lỏng. Nếu quá trình xảy tra theo chiều ngược lại, nghĩa là từ pha lỏng vào pha khí ta có
quá trình nhả.
Ví dụ: hỗn hợp lỏng gồm dung môi và benzen, toluen sẽ đi vào pha khí và được
mang đi, dung môi ban đầu được dùng lại. Nguyên lý của hai quá trình hấp thu và nhả
khí về cơ bản là giống nhau.
2.2 Phân loại
Phụ thuộc vào bản chất của sự tương tác giữa chất hấp thụ và chất bị hấp thu
trong pha khí, phương pháp hấp thu được chia làm 2 loại:
+ Hấp thu vật lý: dựa trên sự hòa tan của cấu tử pha khí trong pha lỏng.
+ Hấp thu hóa học: giữa chất bị hấp thu và chất hấp thu hoặc cấu tử trong pha lỏng
xảy ra phản ứng hóa học.
2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp thu
Sự hấp thu phụ thuộc vào bản chất của các cấu tử (chất hấp thu và dung môi).
Những chất có tính chất tương đồng thì càng dễ hoà tan vào nhau. Điều này đã được
trình bày ở phần trên. Ngoài ra nhiệt độ và áp suất là những yếu tố ảnh hưởng quan
trọng lên quá trình hấp thụ. Cụ thể là chúng có ảnh hưởng lên trạng thái cân bằng và
động lực quá trình.
SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192Trang: 15
ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền
Nếu tăng nhiệt độ thì giá trị hệ số của định luật Henry tăng, đường cân bằng sẽ
dịch chuyển về trục tung (hình 4). Giả sử đường làm việc là P, Q không đổi nếu nhiệt
độ tăng lên thì động lực truyền khối sẽ giảm. Nếu nhiệt độ tăng quá cao thì không
những động lực truyền khối giảm mà ngay cả quá trình sẽ không thực hiện được theo
đường làm việc P, G cho trước. Mặc dù vậy, nhiệt độ cao cũng ảnh hưởng tốt vì độ

ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền
2. Phần mol
SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192Trang: 18
L
L
x
i
=
G
G
y
i
=
ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền
3. Tỉ số khối lượng
4. Tỉ số mol
5. Các liên hệ
SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192Trang: 19
i
i
LL
L
X
−
=
i
i
GG
G
Y

i
M
y
M
y
y
∑
=
kk
i
Mx
Mx
x
.
.
∑
=
kk
i
My
My
y
.
.
x
x
X
−
=
1

X
X
x
+
=
1
Y
Y
y
+
=
1
ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền
Khi tính toán hấp thụ người ta thường cho biết trước lượng hỗn hợp khí, nồng độ
đầu và nồng độ cuối của khí bị hấp thụ trong hỗn hợp khí và trong dung môi.
Với:
G
y
: Lượng hỗn hợp khí đi vào thiết bị hấp thu, Kmol/h.
Y
d
: Nồng độ đầu của hỗn hợp khí Kmol/Kmol khí trơ.
Y
c
: Nồng độ cuối của hỗn hợp khí Kmol/Kmol khí trơ.
L
tr
: Lượng dung môi đi vào thiết bị hấp thụ Kmol/h.
X
d

Đường nồng độ làm việc trong quá trình hấp thụ là đường thẳng có dạng:
Trong đó:

Tính lượng khí trơ:
Tính theo hỗn hợp khí:
Y
d
: nồng độ phần mol ban đầu của cấu tử bị hấp thụ trong pha khí.
Ta cũng có thể tính theo công thức:
Kg/h
Trong đó:
p
tr
: áp suất riêng phần của khí trơ, N/m
2
.
P: áp suất chung của hỗn hợp khí (áp suất làm việc của thiết bị), N/m
2
.
V
tr
: lượng khí trơ vào tháp, m
3
/h.
SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192Trang: 21
Xm
Xm
Y
cb
).1(1

tr
TR
Vp
G
.
.
=
Pyp
dtr
).1(
−=
ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền
: hằng số khí trơ, N.m/Kmol.độ.
R: hằng số khí, đối với không khí thì R = 8,314N.m/Kmol.độ.
M: khối lượng phân tử khí trơ, với không khí M= 29Kg/Kmol.
T
tr
: nhiệt độ khí trơ,
0
K.
Xác định lượng dung môi cần thiết:
Phương trình cân bằng vật liệu là:
Lượng dung môi cần
thiết X:
Lượng dung môi tối thiểu để
hấp thụ được xác định khi nồng độ
cuối của dung môi đạt đến nồng
độ cân bằng, như vậy ta có:
X
c max

trtr
XX
YY
GL
−
−
=
max
min
dc
cd
tr
tr
XX
YY
G
L
l
−
−
==
)()(
dctrcdtr
XXLYYGg −=−=
ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền
2.5 Ứng dụng của quá trình hấp thu
Quá trình hấp thu đóng một vai trò quan trọng trong sản xuất hóa học, nó được
dùng để:
+ Thu hồi các cấu tử quý.
+ Làm sạch khí.

Trong thực tế không có một dung môi nào cùng lúc đáp ứng được tất cả các tính
chất trên, do đó khi chọn phải dựa vào những điều kiện cụ thể khi thực hiện quá trình
hấp thu. Dù sao tính chất thứ nhất của dung môi cũng không thể thiếu được trong bất
cứ trường hợp nào.
2.7 Tháp hấp thu
Trong sản xuất thường dùng nhiều loại thiết bị khác nhau để thực hiện quá trình
hấp thu. Nếu pha khí phân tán vào pha lỏng ta có các loại tháp mâm, nếu pha lỏng
phân tán vào pha khí ta có tháp chêm, tháp phun.
Tháp hấp thu phải thỏa mãn các yêu cầu sau: diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải
lớn, hiệu quả và có khả năng cho khí xuyên qua, trở lực thấp (< 3000Pa), kết cấu đơn
giản và vận hành thuận tiện, khối lượng nhỏ, ít bị tắc nghẽn bởi cặn sinh ra trong quá
trình hấp thụ.
SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192Trang: 24
ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền
2.7.1 Thiết bị loại đĩa (tháp mâm):
Bên cạnh tháp đệm, tháp đệm cũng được ứng dụng rất nhiều trong công nghệ hoá
học. Trong tháp đĩa khí phân tán qua các lớp chất lỏng chuyển động chậm từ trên
xuống dưới, sự tiếp xúc pha riêng biệt trên các đĩa. So với tháp đệm thì tháp đĩa phức
tạp hơn do khó chế tạo hơn và tốn kém chi phí nhiều hơn
Chia tháp đĩa (mâm) ra làm hai loại có ống chảy chuyền, khí và lỏng chuyển
động riêng biệt từ đĩa nọ sang đĩa kia và không có ống chảy chuyền, khí và lỏng
chuyển động từ đĩa nọ sang đĩa kia theo cùng một lò hay rãnh.
Trong tháp đĩa có thể phân ra: tháp chóp, tháp đĩa lưới.…
2.7.2 Thiết bị loại bề mặt
Đây là loại thiết bị đơn giản nhất. Trong thiết bị khí và chất lỏng chuyển động
ngược chiều nhau và tiếp xúc với nhau trên bề mặt của chất lỏng. Loại này có tiếp xúc
pha bé thường dùng trong trường hợp khí hoà tan trong lỏng.
2.7.3 Thiết bị loại màng
Thiết bị loại ống:
Cấu tạo của thiết bị này giống thiết bị trao đổi nhiệt. Chất lỏng chảy phía trong