ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ NH
3
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ MÔI TRƯỜNG
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ THẢI VÀ
TIẾNG ỒN.
Đề tài: XỬ LÝ KHÍ NH
3
.
GVHD: Trần Thanh Tùng
Nhóm : 6
Lớp: 53CNMT – 1
1
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ NH
3
MỤC LỤC
DANH SÁCH NHÓM 6 4
THÀNH VIÊN NHÓM 6:
STT Họ và tên MSSV
1 Nguyễn Hồng Chỉnh 53130197
2 Nguyễn Ngọc Duy 53130279
3 Trần Thị Hạnh 53130438
2
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ NH
3
4 Tôn Thị Cẩm Lệ 53130851
5 Nguyễn Thị Kim Loan 53130859
6 Lê Hữu Nhịn 53131163
7 Lê Thị Hoàng Oanh 53131194
8 Lê Phận 53131241
9 Ngô Thị Hải Triều 53131882

ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ NH
3
khí, mật độ của nó là 0,589 lần so với không khí. Nó có thể dễ dàng hóa lỏng do
sự liên kết mạnh mẽ giữa các phân tử hydro, nó có nhiệt độ sôi là –33,34°C và
nhiệt độ nóng chảy là –77,7°C. Là phân tử có cực, amoniac là một chất khí khá
nhẹ (d = 0,596g/cm
3
), tan nhiều trong nước, 1 lít nước ở 0°C hòa tan được
1200( L) khí NH3, ở 20°C là 700( L) khí NH
3
. Hiện tượng tan nhiều của NH
3
ở
trong nước được giải thích bằng sự liên kết hydro giữa phân tử NH
3
và phân tử
H
2
O.
− Amoniac đóng góp đáng kể vào dinh dưỡng nhu cầu của các sinh vật trên mặt
đất bằng cách phục vụ như là một tiền thân của thực phẩm và phân bón.
Amoniac trực tiếp hay gián tiếp cũng là một khối xây dựng để tổng hợp nhiều
dược phẩm.
− Amoniac được sử dụng trong thương mại thường được gọi là khan amoniac.
Thuật ngữ này nhấn mạnh đến sự vắng mặt của nước trong vật liệu. Bởi vì NH
3

sôi ở –33,34°C (–28,012°F), chất lỏng phải được lưu trữ dưới áp lực cao hoặc
ở nhiệt độ thấp.
1.1.2. Tính chất vật lí

của nguyên tử 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.
1.1.3. Tính chất hóa học
5
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ NH
3
− 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 đó đặc trưng hơn cả là phản ứng cộng.
− Amoniac bền ở nhiệt độ thường. Khi đun nóng có xúc tác amoniac tự phân hủy
theo chiều ngược lại của phương trình tổng hợp. Phản ứng ở trạng thái cân bằng
xác định.
− Amoniac bị phân hủy khi chiếu xạ bằng tia tử ngoại.
− Trong oxi nguyên chất, amoniac cháy với ngọn lửa vàng nhạt tạo thành N
2

)/(588
0
molkJH −=∆
− Các chất oxi hóa khác như nước oxy già, axit cromic, kalipemanganat oxi hóa
amoniac một cách dễ dàng.
− Khí amoniac và dung dịch cháy trong clo, brom tạo thành N
2
2NH
3
+ 3Cl
3
 N
2
+ 6HCl
− 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

.2NH
3
,
CuSO
4
.4NH
3
…hoặc tạo thành các 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 anion
amid (NH
2
-
):
Li
3
N
(S)
+ 2 NH
3


3
bền ở nhiệt độ thường nhưng khi đun nóng lên 300°C nó bắt đầu phân hủy
và ở 600°C nó phân hủy gần như hoàn toàn:
2NH
3
 N
2
+ 3H
2
− H
2
tạo thành làm cho NH
3
nóng có tính khử mạnh.
− N
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
:
3CuO + 2NH

có tính ăn mòn các kim loại và hợp kim chứa đồng (Cu), kẽm (Zn), nhôm
(Al), vàng (Au), bạc (Ag), thủy ngân (Hg) Vì vậy trong thực tế người ta
khuyến cáo không nên để hơi hoặc dung dịch amoniac tiếp xúc với các vật dụng
có chứa các kim loại hoặc hợp kim này. Khi NH
3
tiếp xúc lâu dài với một số
kim loại (Au, Ag, Hg, Ge, Te, Sb…) thì có thể tạo ra các hợp chất kiểu fuminat
dễ gây nổ nguy hiểm.
− Amoniac lỏng phá hủy các chất dẻo, cao su, gây phản ứng trùng hợp nổ của
etylen oxit.
1.2. Ứng dụng
− 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
7
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ NH
3
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

4
OH
NH
3
là một trong những kẻ giết hại chính thế giới thủy sinh, sự nhiệm độc NH
3
thường xảy ra đối với những hồ nuôi mới hoặc nhưngx hồ nuôi cũ nhưng có
mật độ nuôi lớn.
− Triệu chứng:
+ Đối với người: Khi hít phải hoặc tiếp xúc trực tiếp với NH
3
, khó thở, ho, hắt
hơi khi hít phải, cổ họng bị rát, mắt, môi, và mũi bị phỏng, tầm nhìn bị hạn
chế, mạch máu bị giảm nhanh chóng, da bị kích ứng mạnh và bị phòng. Trong
một số trường hợp nếu hít phải NH
3
nồng độ đậm đặc có thể bị ngất, thậm chí
bị tử vong.
+ Nhiễm độc cấp tính: Nồng độ khí NH
3
trên 100(mg/m
3
)gây kích ứng đường hô
hấp rõ rệt. Trị số giới hạn cho phép làm việc với đủ phương tiện phòng hộ
trong một giờ là từ 210 – 350(mg/m
3
).
1.4. Cấp cứu và điều trị
− Trong trường hợp hít phải NH
3

được sử dụng trong công nghiệp dầu khí,
thuốc lá, trong công nghệ sản xuất các chất gây nghiện bất hợp pháp.
− Các công nghệ xử lý:
+ Xử lý hóa học: dựa vào tính chất hóa học của NH
3
ta có thể xử lý NH
3
bằng các
phun các dung dịch acid loãng (HCl, H
2
SO
4
…) để hấp thụ hóa học NH
3
.
+ Xử lý sinh học: bể sinh học màng vi lọc xử lý nitơ, NH
3
trong nước thải. Việc
khử chất ô nhiệm này chỉ thực hiện duy nhất một quá trình là khử nitrit. Quá
trình này gồm hai giai đoạn chính đó là giai đoạn nitrit hóa bán phần và khử
nitrit thông qua hệ thống màng vi lọc. Xử lý NH
3
bằng hồ tùy tiện có thêm các
chất trao đổi ion như Zeolit. NH
3
là một khí độc và cũng là một khí có nhiều
ứng dụng trong kỹ nghệ. Tuy nhiên so với những chất khí thải thì NH
3
ít độc
hại và xử lý tương đối đơn giản. Vấn đề quan trọng là trong kỹ thuật làm lạnh

− Trong quá trình sản xuất phân bón cần rất nhiều hóa chất và diễn ra nhiều công
đoạn gây phát sinh các khí như NH
3
, CO
2
, SO
2
,…. Nguyên nhân chủ yếu sinh ra
NH
3
là do sự thất thoát hoặc phản ứng không hoàn toàn của quá trình amôn hoá
bằng khí NH
3
. Để xử lý khí NH
3
đạt hiệu quả và đơn giản nhất chúng tôi chọn
10
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ NH
3
phương pháp hấp thụ khí NH
3
bằng tháp hấp thụ với chất hấp thụ là nước. Vì quá
trình hấp thụ trong quá trình sản xuất phân bón còn dùng để làm sạch và thu hồi
khí cho sản xuất.
− Hấp thụ khí bằng chất lỏng là quá trình chuyển cấu tử từ pha khí vào trong pha
lỏng thông qua quá trình hòa tan các chất khí trong chất lỏng khi chúng tiếp xúc
với nhau. Nước được sử dụng là chất hấp phụ vì có nhiều ưu điểm và có tính chất
phù hợp với quá trình hấp thụ khí NH
3
. Nước là dung môi hòa tan tốt khí NH

an toàn xử lý, chất lượng xử lý, độ bền thiết bị xử lý, vừa hiệu quả về mặt kinh tế
do dung môi nước rẻ hơn các dung môi khác mà hiệu quả xử lý cao, lại thuận tiện
cho việc xử lý nước thải sau quá trình xử lý khí thải của nhà máy.
2.2. Thuyết minh quá trình công nghệ:
2.2.1. Sự phát sinh khí NH
3
trong sản xuất phân bón:
− Trong quá trình sản xuất phân đạm (ure) thì sinh ra một lượng lớn khí thải NH
3

thải ra môi trường, thông qua quá trình cung cấp NH
3
để sản xuất ure thì lượng
NH
3
còn dư bị thải bỏ ra không khí và quá trình làm khô ure cũng phát sinh lượng
lớn NH
3
. Thường thì tỷ lệ khí NH
3
trong thành phần khí thải của nhà máy không
lớn nhưng vì tác hại rất lớn của khí NH
3
tới môi trường nên phải xử lý khí NH
3

đến nồng độ thích hợp trước khi khí thải ra ngoài môi trường.
2.2.2. Quá trình thu gom khí thải của nhà máy sản xuất phân bón:
11
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ NH

vật chất từ pha lỏng (rắn) vào pha hơi, ta co quá trình nhả khí.
− Cơ sở lý thuyết của quá trình hấp thụ:
+ Tùy thuộc vào bản chất hóa học của dung môi và các chất ô nhiễm trong
khí thải. Để hấp thụ được một chất nào đó ta phải dựa vào độ hòa tan chọn
lọc của chất khí trong dung môi để chọn lọc dung môi cho thích hợp hoặc
chọn dung dịch cho thích hợp.
+ Quá trình hấp thụ được thực hiện tốt hay xấu thường do tính chất của dung
môi quyết định.
− Việc lựa chọn dung môi phụ thuộc và các yếu tố sau :
+ Độ hòa tan tốt: có tính chọn lọc có nghĩa là chỉ hòa tan cấu tử cần tách và
không hòa tan không hớòa tan đáng kể các cấu tử còn lại. Đây là điều kiện
quan trọng nhất.
+ Độ nhớt của dung môi càng bé thì trở lực thuỷ học càng nhỏ và và có lợi ch
o quá trình chuyển khối.
+ Nhiệt dung riêng bé sẽ tốn ít nhiệt khi hoàn nguyên dung môi.
+ Nhiệt độ sôi khác xa với nhiệt dộ sôi của chất hoà tan để dể tách các cấu
tử ra khỏi dung môi.
+ Nhiệt độ đóng rắn thấp để tránh tắc thiết bị và thu hồi các cấu tử hòa tan
dễ dàng hơn.
13
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ NH
3
+ Ít bay hơi, rẻ tiền , dễ kiếm và không độc hại với người và không ăn mòn
kim loại.
 Các phương pháp hấp thụ:
- Có 2 phương pháp chính: hấp thụ hóa học và hấp thụ vật lí.
 Phương pháp vật lí:
Về thực chất chỉ là sự hòa tan các chất hập thụ vào trong dung môi hấp thụ, chất
khí hòa tan không tạo ra các hợp chất hóa học với dung môi, nó chỉ thay đổi trạng thái từ
thể khí biến thành dung dịch lỏng (quá trình hòa tan đơn thuần của chất khí trong chất

14
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ NH
3
− Các yếu tố khác:
Tính chất của dung môi, loại thiết bị và cấu tạo thiết bị độ chính xác của
dụng cụ đo, chế độ vận hành tháp… đều có ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất hấp thu.
 Ưu, nhược điểm của quá trình hấp thu:
− Ưu điểm:
+ Rẻ tiền, nhất là khi sử dụng H
2
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 l
à 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

và khí trong cùng ống); màng phân phối, vòi phun hoa sen (dạng trụ, bán cầu,
khe…); bánh xe quay (ống có lỗ, phun quay, ổ đỡ …)
+ Các phần tử đệm được đặc trưng bằng: đường kính d, chiều cao h, bề dày δ.
+ Khối đệm được đặc trưng bằng các kích thước: bề mặt riêng a, thể tích tự do,
đường kính tương đương, tiết diện tự do S .
+ Khi chọn đệm cần lưu ý: thấm ướt tốt chất lỏng; trở lực nhỏ, thể tích tự
do và tiết diện ngang lớn; có thể làm việc với tải trọng lớn của lỏng và khí, khối
lượng riêng nhỏ; phân phối đều chất lỏng; có tính chịu ăn mòn cao; rẻ tiền; dễ
kiếm…
+ Nguyên lý hoạt động: Chất lỏng chảy trong tháp theo đệm dưới dạng máng nên
bề mặt tiếp xúc pha là bề mặt thấm ướt của đệm.
− Ưu , nhược điểm:
+ Ưu: cấu tạo đơn giản; trở lực theo pha khí (hoạt động ở chế độ màng/quá độ) nhỏ.
+ Nhược: hoạt động kém ổn định, hiệu suất thấp; dễ bị sặc; khó tách nhiệt, khó
thấm ướt.
 Tháp đĩa
16
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ NH
3
− Cấu tạo:
+ Tháp đĩa thường cấu tạo gồm thân hình trụ thẳng đứng, bên trong có đặt
các tấm ngăn (đĩa) cách nhau 1 khoảng nhất định. Trên mỗi đĩa hai pha chuyển động
ngược hoặc chéo chiều: lỏng từ trên xuống (hoặc đi ngang), khí đi từ dưới lên
hoặc xuyên qua chất lỏng chảy ngang, ở đây tiếp xúc pha xảy ra theo từng bậc là
đĩa .
+ Tháp đĩa có ống chảy chuyền: bao gồm tháp đĩa, chóp, lỗ, xupap, lưới,…trên đĩa 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

3

+ Dung dịch dùng hấp thụ là nước. Tháp hấp thụ làm việc ngược dòng: nước được
bơm lên bồn cao vị mục đích là để ổn định lưu lượng, từ đó cho vào tháp từ trên đi
xuống, hỗn hợp khí được thổi từ dưới lên và quá trình hấp thụ xảy ra. Hấp thụ xảy
ra trong đoạn tháp có bố trí vật liệu đệm.
+ Hỗn hợp khí trơ đi ra ở đỉnh tháp sẽ được cho đi qua ống khói để phát tán khí ra
ngồi không gây ảnh hưởng đến công nhân. Dung dịch sau hấp thụ 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 nếu đặt trong khu sinh hoạt thì phải xử lý cho đến khi đạt tiêu chuẩn
loại A (0,1mg/l).
18
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ NH
3
Hình 2.2: Sơ đồ quy trình công nghệ:
19
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ NH
3
Hình 2.3: Bản vẽ mặt bằng
20
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ NH
3
Hình 2.4: Bản vẽ chi tiết tháp hấp thu
III. CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ
LÝ KHÍ NH
3
3.1. Số liệu thiết kế ban đầu:
• Các thông số ban đầu:

= m.x (1)
Trong đó:
y
cb
: phần mol của NH
3
trong dòng khí ở điều kiện cân bằng.
x: nồng độ phần mol khí hòa tan trong pha lỏng.
P: áp suất riêng phân của cấu tử khí NH
3
hòa tan khi cân bằng.
P
t
: áp suất tổng của hệ hấp thu, mmHg.
H: hệ số Henry(mmHg). Ở 208
0
C: H = 0,00208.10
6
(mmHg)
m: hệ số phân bố.
t
P
H
m =
=
760
10.00208,0
6
= 2,74
Ta có:

Xm
).1(1
.
−+
=
X
X
).74,21(1
.74,2
−+
=
).74,21(
.74,2
X
X
−
22
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ NH
3
Vậy phương trình cân bằng: Y
cb
=
X
X
.74,11(
.74,2
−
Trong đó:
X: nồng độ NH
3

3
/kmol khí trơ)
Nồng độ thể tích đầu ra:
Y
c
= Y
d
.(1 – n) = 0,0638.(1 – 0,98) = 1,276.10
-1
(kmol NH
3
/kmol khí trơ)
Suất lượng dòng khí vào tháp:
G
y
=
TR
VP
.
.
=
)27320.(
273
4,22
3000.1
+
= 124,7867(kmol/h)
Suất lượng dòng khí trơ trong hỗn hợp khí:
G
tr

= V
yd
.(1 – Y
d
)
23
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ NH
3
Nên: V
yc
= V
yd
.(1 – Y
d
).(1+ Y
c
) = 3000.(1 – 0,0638).(1 + 1,276.10
-3
)
= 2812,1838(m
3
/h)
 V
ytb
= (V
yd
+ V
yc
)/2 =( 3000 + 2812,1838)/2 =2906,0919(m
3

lấy theo giá trị trung bình
y
tb
= (y
d
+ y
c
)/2
với y
d
, y
c
là nồng độ phần mol NH
3
vào và ra khỏi tháp.
Y
d
= 0,06
Y
c
= y
d
(1 – n)= 0,06.(1 – 0,98) = 0,0012
 y
tb
= (0,06 + 0,0012)/2 = 0,0306
M
1
= M
NH3

hh
, M
1
, M
kk
: khối lượng phân tử của hỗn hợp khí, NH
3
, không khí(kg).
M
hh
= y
tb
.M
1
+ (1 – y
tb
).M
kk =
0,0306.17 + (1 – 0,0306).28,84 = 28,4777(g/mol)
24
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ NH
3
m
1
,m
a
: nồng độ thể tích của NH
3
và không khí.
m

hh
µ
 µ
hh
= 1,8039.10
-5
Lưu lượng khối lượng pha khí trung bình:
G
ytb
= (G
yd
+ G
yc
)/2
Trong đó: lưu lượng khối lượng pha khí vào và ra, kg/h.
G
yd
= G
tr
.M
tr
+ G
tr
.M
NH3
.Y
d
= 117,2995.28,84 +117,2995.17.0,0638 = 3510,1406(kg/h)
G
yc

XX
YYG
−
−
*
)(
X
*
: nồng độ pha lỏng cân bằng tương ứng Y
d.
Từ đồ thị đường cân bằng ta có: X
*
= 0,0111 (kmol NH
3
/kmol H
2
O)
L
min
=
)00111,0(
)10.276,10638,0.(2995,117
3
−
−
−
= 660,7238(kmol/h)
25