Đồ án Môn Học TRƯỜNG ĐHCN VIỆT TRÌ
LỜI MỞ ĐẦU
Ô nhiễm môi trường vấn đề chung mang tính toàn cầu cấp bách. Ở hầu
hết các quốc gia, chính phủ đã đầu tư rất nhiều , cả về vốn và công nghệ cho
việc xử lý chất gây ô nhiễm môi trường. Các nước càng phát triển, khoa học
công nghệ tiên tiến thì ô nhiễm môi trường càng trở nên nghiêm trọng. Ở Việt
Nam, tuy nền công nghiệp chưa phát triển mạnh mẽ nhưng do nhiều nguyên
nhân chủ quan và khách quan, làm cho môi trường nước ta ngày càng ô nhiễm.
Việc chặt phá rừng cũng như hoạt động của các nhà máy đã thải ra môi trường
rất nhiều chất gây ô nhiễm. Cũng như nhiều nước khác trên thế giới hiện nay,
vấn đề xử lý các chất gây ô nhiễm ở nước ta đang gặp nhiều khó khăn. Nguyên
nhân của ô nhiễm môi trường là do các chất thải từ nhà máy, khu công nghiệp và
các hoạt động khác. Một trong những khí gây ô nhiễm môi trường là SO
2
.
Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị là một môn học mang tính tổng
hợp trong quá trình học tập của các kỹ sư hoá tương lai. Môn học giúp sinh
viên giải quyết nhiệm vụ tính toán cụ thể về: yêu cầu công nghệ, kết cấu, giá
thành của một thiết bị trong sản xuất hoá chất - thực phẩm. Đây là bước đầu
tiên để sinh viên vận dụng những kiến thức đã học của nhiều môn học vào giải
quyết những vấn đề kỹ thuật thực tế một cách tổng hợp.
Dưới đây em xin trình bày đồ án thiết kế tháp thấp thụ loại tháp đĩa lỗ cố
ống chảy truyền để hấp thụ SO
2
từ không khí bằng dung môi là nước.
Lớp: CH
LT1
Đ
12
svth: Bùi Thị Lợi
1

2
O = H
2
SO
3
SO
2
là chất khử khi tác dụng một chất oxi hóa mạnh
SO
2
+ Br
2
+ 2H
2
O = 2HBr + H
2
SO
4
SO
2
+ 2KMnO
4
+ 2H
2
O = K
2
SO
4
+ 2MnSO
4

gây bệnh cho
người như viêm phổi, mắt, da.
- Ứng dụng.
• Sản xuất axit sunfuric(Ứng dụng quan trọng nhất)
• Tẩy trắng giấy, bột giấy, tẩy màu dung dịch đường
• Chống nấm mốc
- Điều chế.
• Trong phòng thí nghiệm :
Na
2
SO
3
+ H
2
SO
4
> Na
2
SO
4
+ H
2
O + SO
2
• Trong công nghiệp :
- Đốt lưu huỳnh:
S + O
2
(t
o

Đồ án Môn Học TRƯỜNG ĐHCN VIỆT TRÌ
được xác định bởi P,T,C. Nếu T =const thì độ hòa tan phụ thuộc vào định
luật Henry.
Y
cb
= m.x
Với :
+ Với khí lí tưởng, m= const -> quan hệ y
cb
= f(x) là đường thẳng.
+ Với khí thực, m phụ thuộc vào đường cân bằng là đường cong.
Hệ số cân bằng m =
P
ψ
ᴪ : Hệ số Henry, có thứ nguyên của P.
P: Áp suốt [at]
• Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ
• Ảnh hưởng của lượng dung môi: Theo phương trình chuyển khối, lượng
khí bị hấp thụ được tính theo công thức sau:
G
tbY
YFk ∆=
Trong điều kiện nhất định, G là lượng không đổi và có thể coi số chuyển
khối là không đổi. Do đó, bề mặt tiếp xúc pha F chỉ được thay đổi tương ứng với
Lớp: CH
LT1
Đ
12
svth: Bùi Thị Lợi
y

G
G
; B = Y
c
-
tr
x
G
G
Suy ra ứng với BA
4
có A
4
=
tr
x
G
G

Bé nhất(lượng dung môi tối thiểu) còn ứng với BA thì A =
tr
x
G
G
là lớn nhất nên
lượng dung môi còn là lớn nhất do Gtr không đổi.
Do đó nếu chọn lượng dung môi ít nhất, ta thu được Xc lớn nhưng thiết
bị phải rất lớn( vô cùng cao). Trái lại, nếu chọn lượng dung môi lớn nhất, thì
thiết bị bé nhưng dung dịch thu được lại quá loãng vì Xc bé. Do đó, khi chọn
điều kiện làm việc ta phải dựa vàochỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật.

ψ
=

Giảm -> đường cân bằng dịch chuyển về phía trục hoành-> ∆y
tb tăng lên, quá
trình chuyển khối tốt hơn. Nhưng P tăng -> T tăng=> gây ảnh hưởng xấu đến
quá trình hấp thụ. Mặt khác P tăng gây khó khăn về mặt thiết bị=> quá trình hấp
thụ chỉ được thực hiện ở P cao đối với những khí khó hòa tan.
 Các loại tháp hấp thụ:
- Thiết bị bề mặt đơn giản, bề mặt tiếp xúc pha bé -> chỉ dung khi chất khí
dễ hòa tan trong lỏng.
- Thiết bị loại màng: Thiết bị loại ống, loại tấm.
- Thiết bị loại phun: Không phù hợp với khí khó hòa tan.
- Thiết bị loại đệm : Bề mặt tiếp xúc pha lớn, hiệu xuất cao nhưngkhó làm
ướt đều đệm.
Lớp: CH
LT1
Đ
12
svth: Bùi Thị Lợi
x
o
y
x
o
y
a
b
t
3

giữa các lỗ của đĩa, khoảng cách giữa các chóp, khối lượng riêng cấu tạo và ống
chảy truyền.
1.3.Giới thiệu tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền
Tháp đĩa lỗ
Tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền hình trụ,
bên trong có nhiều đĩa, có lỗ tròn, hoặc rảnh. Chất
lỏng chảy từ trên xuống qua các ống chảy chuyền.
Khi đi từ dưới lên qua các lỗ hoặc rảnh đĩa. Đĩa có
thể lấp cân bằng hoặc xuyên một góc với độ dóc
1/45- 1/50.
+ Ưu điểm: chế tạo đơn giản, vệ sing dễ dàng, trở lực ít hơn tháp chớp, ít
tốn kim loại hơn tháp chớp.
+ Nhược điểm: yêu cấu lấp đặt cao, mâm lấp phải rất phẳng
1.4.Thuyết minh sơ đồ hệ thống hấp thụ :
Lớp: CH
LT1
Đ
12
svth: Bùi Thị Lợi
7
Đồ án Môn Học TRƯỜNG ĐHCN VIỆT TRÌ
- Hỗn hợp khí cần sử lý SO2 và không khí được nén khí 2 vào ở đáy tháp, trên
đường ống có nắp van điều tiết lưu lượng khí và gắn vào ống trước khi đi vào
tháp một đồng hồi lưu lượng chất lỏng vào tháp 14.
- Nước từ bể 4 được bơm li tâm 3 lên thùng cao vị 8, trên đường ống có van an
toàn 1. Nước từ thùng cao vị 8 đi vào tháp với lưu lượng thích hợp, qua một
đồng hồ đo lưu lượng nước vào tháp 9, tới từ trên xuống dưới theo chiều cao
tháp hấp thụ 1.
- Khí SO2 sau khi được sử lý đi lên nắp tháp và ra ngoài lỗ nắp.
- Nước hấp thụ SO2 đi qua lỗ đáy, qua van nhả sản phẩm hấp thụ 16 đến hệ thống

5
2
6
1
3

11
14
16
12
13
15
9
Đồ án Môn Học TRƯỜNG ĐHCN VIỆT TRÌ
Đề bài:
Thiết kế tháp hấp thụ loại tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền để hấp thụ
hỗn hợp SO
2
– không khí.
Các số liệu ban đầu:
- Lưu lượng khí : G
y
= 2000(m
3
/h).
- Nồng độ khí :
+ Ban đầu : 7% thể tích.
+ Ra : 0,05 %
- Tháp làm việc ở áp suất khí quyển 760mmhg
- Hấp thụ ở 30

10.5
5,002.10
-4
(kmol SO
2
/kmol không khí)
Lưu lượng khí đi vào tháp:
G
v
= 2000(m
3
/h) = 80,496(kmol/h)
Tỷ số phần mol của SO
2
- Ban đầu : y
d

=
+
=
+
=
075,01
075,0
1
đ
đ
Y
Y
0,07(mol/mol)

y
cb

Xm
Xm
.1
.
+
=

Có m
P
ϕ
=

Trong đó :
φ : Hế số Henry (mmHg)
P : Áp suốt chung của hỗn hợp khí
Tra bảng IX.1 sổ tay hóa công tập 2-139 ta có
φ(30
o
C) = 0,0364.10
6
(mmHg)
 m
===
PP
6
10.0364,0
ϕ

−+=

- lượng khí trơ dùng:
Lớp: CH
LT1
Đ
12
svth: Bùi Thị Lợi
11
Đồ án Môn Học TRƯỜNG ĐHCN VIỆT TRÌ
G
tr
= G
y
.
=
+
đ
Y1
1
80,496.
=
+ 075,01
1
74,88(kmol/h)
Lượng dung môi tiêu tốn lý thuyết để hấp thụ :
G
x
= G
tr

=

 G
Xmin
=
=
−
−
=
đcb
cđ
tr
XX
YY
G .
74,895
=
−
−
−
−
010.46,1
002.5075.0
.
3
5
3820,92(kmol/h)
Lượng dung môi thực tế lấy từ 1,2 lượng dung môi tối thiểu:
G
Xtt

x
Y = 61,23.X + 5,002.10
-4
Ta có khi Y
đ
= 0,075 => X
c
= 1,217.10
-3
(kmol SO
2
/kmol nước)
Lớp: CH
LT1
Đ
12
svth: Bùi Thị Lợi
12
Đồ án Môn Học TRƯỜNG ĐHCN VIỆT TRÌ
 x
c

=
+
=
+
=
−
−
3

cb
0 5,002.10
-4
0
0,0001 6,6263.10
-3
4,812.10
-3
0,0002 0,013 9,67.10
-3
0,0004 0,025 0,015
0,0006 0,037 0,02
0,0008 0,049 0,04
0,001 0,062 0,05
0,00146 0,09 0,075
2.2. Cân bằng năng lượng :
Ký hiệu :
G
đ
, G
c
– lượng hỗn hợp khí ban đầu :
L
đ ,
L
c
- lượng dung dịch đầu và cuối.
t
đ ,
t

đ
I
đ
+ L
đ
C
đ
T
đ
+ Q
s
= G
c
I
c
+ L
c
C
c
T
c
+ Q
0
Với Q
s
– nhiệt lượng phát sinh do hấp thụ khí , kj/h .
Để đơn giản hóa vấn đề tính toán , ta có thể giả thiết như sau :
- Nhiệt độ mất mát ra môi trường không đáng kể , Q
0
= 0 .

G
tr
t
ñ
I
ñ
G
c
t
c
I
c
L
ñ
C
ñ
T
ñ
L
c
C
c
T
c
Trong xuốt quá trình hấp thụ có thể phát sinh nhiệt , do đó nếu ký hiệu q là nhiệt
phát sinh của 1 mol cấu tử bị hấp thụ , thì ta có :
Q
s
= q . L
đ

t
L
L
T −+
−
+=
.
.
.

.
Vì lượng cấu tử hòa tan trong dung dịch nhỏ nên có thể lấy :
1≈
c
đ
L
L
Đồng thời ta cũng có thể bỏ qua mức đọ chuyển biếnđổi nhiệt của pha khí
tức là :
0. ≈−
ccđđ
IGIG
Như vậy , công thức nhiệt độ cuối Tc của dung dịch sẽ có dạng như sau:

( )
đc
c
đ
đc
XX

-
Theo sổ tay hóa lý , nhiệt sinh của :
SO
2
:
2
SO
∆Η
= -70,96 (kcal/mol) .
H
2
O :
OH
2
∆Η
= - 68,317 (kcal/mol) .
H
+
:
+
∆Η
H
= 0 (kcal/mol) .
HSO
3
-
:
−
∆Η
3

C
Như vậy : T
c

≈
T
đ
= 30
o
C . Ta xem quá trình hấp thụ là đẳng nhiệt .
2.3.Tính trở lực trong tháp :
Trở lực của tháp tính theo công thức:
∆P = N
tt
.∆P
đ
(N/m
2
) (IX.135:II_192)
Trong đó :
N
tt
: Số đĩa thực tế của tháp
∆P
đ
: Tổng trở lực của 1 đĩa (N/m
2
)
∆P
d

Với : ω
o = 0,68 m/s
Vậy ∆P
k
2
.
.
2
0
ωρ
ε
y
=
==
2
68,0.216,1
.5,4
1,86048(N/m
2
)
2.3.2.Trở lực của lớp chất lỏng trên đĩa (trở lực thủy tĩnh)
Lớp: CH
LT1
Đ
12
svth: Bùi Thị Lợi
16

ω
)
2,0
⇒
hb=4.0,006.
2,0
2
006,0.81,9
68,0








=0,036
- Khối lượng riêng của cột bọt:
ρ
b
= 0,5.ρ
x
= 0,5.995,68 = 497,84 (kg/m
3
)
 Trở lực thủy tĩnh:
∆P
t
= ρ

12
svth: Bùi Thị Lợi
17
Đồ án Môn Học TRƯỜNG ĐHCN VIỆT TRÌ
M = m = (y
cb
– y)/(x – x
cb
)
Các giá trị được tổng hợp ở bảng:
X Y Y
cb
Xcb m ky my cy bc
Y
b
0 0.0005 00.0001 0.0063 0.0048
0.0001
6
25.0000
0 0.00056
0.0023
3
1.0023
3 0.00150
0.0048
3
0.0002 0.0127 0.0097

0.0296
1
0.0008 0.0495 0.0398
0.0009
6
60.6250
0 0.00023
0.0009
6
1.0009
6 0.00969
0.0389
1
0.001 0.0617
0.0502
0.0011
8
63.8888
9 0.00022
0.0009
1
1.0009
1 0.01149
0.0502
1
0.0014
6 0.0899
0.075
.T ú xỏc nh c
BC
theo cụng thc :
BC
=
M : AC = y
cb
- y
- Xỏc nh C
y
theo cụng thc : C
y

my
e
=
- V ng cong ph i qua cỏc im B
i
(i=1ữ).
- V s bc nm gia ng cong ph v ng lm vic , s bc l s a
thc t ca thỏp.
Xác định đờng cong phụ bằng cách tìm đoạn
BC
theo công thức
Với :
A: thuộc đờng cân bằng
C: thuộc đờng làm việc
Ta có : Y
C
Y

tt
= 18
Lp: CH
LT1

12
svth: Bựi Th Li
y
C
AC
19
Đồ án Môn Học TRƯỜNG ĐHCN VIỆT TRÌ
TÍNH CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA THÁP
3.1. Đường kính của tháp.

ytb
tb
V
D
ωπ
.3600.
.4
=
(XI.89)
Trong đó :
V
tb
: Lượng khí trung bình đi trong tháp (m
3
/h)

Đồ án Môn Học TRƯỜNG ĐHCN VIỆT TRÌ
ρ
xtb
OtbH
tbSO
tbSO
tbSO
aa
2
2
2
2
1
1
ρρ
−
+
=

Trong đó :
ρ
xtb
: khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp lỏng(kg/m
3
)
ρ
SO2
: khối lượng riêng trung bình của SO
2
ở 30

MxM
xM
22
2
).1(
.
−+
=

3
33
3
10.158,2
10.608,0.64)10.608,01.(18
10.608,0.64
−
−−
−
=
+−
=

ρ
xtb
)/(68,995
1,995
10.158,21
47.1360
10.158,2
1

SO2
+ (1- y
tb
).M
kk
= 0,035.64 + (1-0,035).29 = 30,225
Lớp: CH
LT1
Đ
12
svth: Bùi Thị Lợi
21
Đồ án Môn Học TRƯỜNG ĐHCN VIỆT TRÌ
ρ
ytb =
T
MyMy
kktbSOtb
.4,22
273].).1(.[
2
−+
(kg/m
3
)

=
−+
=
303.4,22

3
hm
MG
ytb
ytby
===
ρ

V
đ

)/(22.1861
216,1
225,30.88,74
.
3
hm
MG
ytb
ytbtr
===
ρ

Lại có : V
c
= V
tr
. (1+ Y
c
) = 1861,22 . (1+ 5,002.10

3
.s) (IX.105)
Có sức căng bề măt:
21
111
ρρρ
+=
hh
(I.299)
Lớp: CH
LT1
Đ
12
svth: Bùi Thị Lợi
22
Đồ án Môn Học TRƯỜNG ĐHCN VIỆT TRÌ

hh
σ
→
=
21
21
.
σσ
σσ
+

Trong đó :
21

hh
σ
→
= 16,06.10
-3
(N/m)
Ta có: σ < 20 dyn/cm =>[ σ].φ = 0,8
Gỉa sử đường kính tháp nằm trong khoảng 1,2m : 1,8m chọn h= 0,35
(ρ
y
ω
y
)
tb
xtbytb
h
ρρσϕ
] [.065,0
=

=>ω
ytb
y
xtbytb
h
ρ
ρρσϕ
] [.065,0
=
ω

ω
==
2
3600.
.4
D
V
tb
π
0,68 (m/s)
3.2. Tính khoảng cách đĩa:
Với đường kính thân tháp D=1m ta chọn khoảng cách giữa các đĩa
H
đ
= 0,3m (stt2/trang 184)
3.3.Tính chiều cao của tháp:
Được tính theo công thức sau: (theo công thức X.54/ trang 169 stt2)
H = N
tt
(H
đ
+s
đĩa
) + H
cp
(m)
- N
tt
= 18 số đĩa thực tế
- s

h
3
=0,45m)
 H
cp
= 1m
Với D=1(m) chọn khoảng cách giữa các đĩa H
đ
= 0,3m (stt2/ trang 184)
 H = N
tt
(H
đ
+s
đĩa
) + H
cp
(m)
Lớp: CH
LT1
Đ
12
svth: Bùi Thị Lợi
24
Đồ án Môn Học TRƯỜNG ĐHCN VIỆT TRÌ
= 18.(0,3 +0,003) +1 = 6,454(m)
Chọn H = 6,5 (m)
3.4 . Thiết kế lổ trên đĩa
Chọn : d
tđ

4
.
22
===
td
d
π
mm
2
Tổng số lỗ trên đĩa n
==
∑
=
30
157000
lô
lô
f
F
5233 (lỗ)
Cách phân bố lỗ theo hình tam giác đều tâm lỗ, khoảng cách giữa hai tâm lỗ là
15mm.
3.4.1.Hệ số khuếch tán
+ Hệ số khuếch tán pha lỏng:
Hệ số khuếch tán pha lỏng ở 20
o
C
μ
H2O
= 1,005.10

1
64
1
.10.1
x
D
1,446.10
-9
(m
2
/s)
Hệ số khuếch tán ở nhiệt đô t = 30
o
C
Lớp: CH
LT1
Đ
12
svth: Bùi Thị Lợi
25