Trường Đại học Bà Rịa-Vũng Tàu Đồ án môn học
Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG
1.1. Đặt vấn đề
Các ngành công nghiệp chiếm vị trí rất quan trọng trong nền kinh tế
nước ta. Nó phát triển cùng với sự phát triển của kinh tế xã hội và ngày nay
nhu cầu của con người ngày càng tăng cao, kéo theo sự phát triển của một số
ngành liên quan như: Tự động hóa, công nghệ hóa chất… Cùng với sự phát
triển của các ngành công nghiệp này thì một lượng lớn khí thải từ các nhà
máy đã thải vào môi trường, nếu lượng khí thải do các máy này thải ra mà
không qua sử lý sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường, độc tính từ các dòng
khí thải do nhà máy sản xuất thải ra ngây thiệt hại nhiều đến sức khỏe của
con người. Do đó việc xử lý khí thải trước khi thải ra môi trường không khí
là một điều tất yếu.
1.2. Nhiệm vụ của đồ án
 Tổng quan về phương pháp hấp thu khí H
2
S bằng nước.
 Tìm hiểu nguồn gốc, tính chất đặc trưng, khả năng gây ô nhiễm của
khí thải – khí HCl.
 Tính toán thiết bị xử lý phù hợp.
GVHD: Ngô Bá Đạt ` Trang 1
Trường Đại học Bà Rịa-Vũng Tàu Đồ án môn học
Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT
2.1. Khái niệm
Hấp thu là quá trình xảy ra khi một cấu tử của pha khí khuếch tán vào
pha lỏng do sự tiếp xúc giữa hai pha khí và lỏng. Nếu quá trình xảy ra ngược
lại, nghĩa là cần sự truyền vật chất từ pha lỏng vào pha khí, ta có quá trình

tốc độ hấp thu và có lợi cho quá trình chuyển khối.
- Nhiệt dung riêng: bé sẽ tốn ít nhiệt khi hoàn nguyên dung môi.
- Nhiệt độ sôi: khác xa với nhiệt độ sôi của chất hoà tan sẽ dễ tách các
cấu tử ra khỏi dung môi.
- Nhiệt độ đóng rắn: thấp để tránh tắc thiết bị, không tạo kết tủa, không
độc và thu hồi các cấu tử hòa tan dễ dàng hơn.
Ít bay hơi, rẻ tiền, dễ kiếm và không độc hại với người và không ăn
mòn thiết bị.
Tuy nhiên, trong thực tế không có dung môi nào đạt được tất cả các
chỉ tiêu đã nêu. Vì vậy, khi chọn dung môi ta phải dựa vào những điều kiện
cụ thể của sản xuất.
GVHD: Ngô Bá Đạt ` Trang 3
Trường Đại học Bà Rịa-Vũng Tàu Đồ án môn học
Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
2.2. Cơ sở lý thuyết
2.2.1. Định luật Henry
Thành phần cân bằng của các pha trong hệ khí – dung dịch chất lỏng
hòa tan khí đối với các khí lý tưởng ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tới hạn được
xác định theo định luật Henry:
p = Hx (2.1)
Nghĩa là áp suất riêng phần của khí trên mặt thoáng chất lỏng tỉ lệ với
nồng độ phần mol của nó trong dung dịch
Trong phương trình (2.1)
x : Nồng độ phần mol của khí bị hấp thu trong dung dịch
p: Áp xuất riêng phần của khí bị hấp thu trong hỗn hợp khí
trên mặt thoáng dung dịch ở điều kiện cân bằng.
H: Hệ số Henry, có cùng thứ nguyên với áp suất, giá trị của
nó phụ thuộc vào tính chất của khí và của chất lỏng, vào nhiệt
độ và đơn vị đo.
Khi nhiệt độ tăng thì H tăng, độ hòa tan của khí trong chất lỏng sẽ

Xét một quá trình xảy ra với một pha ký hiệu là L và pha ký hiệu là G.
Trong thiết bị hai pha tiếp xúc nhau và chỉ có dung chất A khuếch tán giữa
hai pha. Cấu tử không khuếch tán giữa hai pha gọi là cấu tử trơ. Ký hiệu:
L
đ
, L
c
: Suất lượng mol tổng cộng của pha L vào và ra khỏi thiết
bị.
G
đ
, G
c
: Suất lượng mol tổng cộng của pha G vào và ra khỏi thiết
bị.
L
tr
, G
tr
: Suất lượng mol của cấu tử không khuếch tán (trơ) trong
pha lỏng, pha khí.
x
đ
, x
c
: Phần mol của dung chất trong pha L vào và ra khỏi thiết
bị.
y
đ
, y

GVHD: Ngô Bá Đạt ` Trang 6
L
đ
x
đ
L
tr
x
đ
G
c
G
tr
Y
c
y
c
x L
x

L
tr
G y
G
tr
y
L
c
L
tr

(Y
1
- Y ) = L
tr
(X
1
– X ) (2.8)
Đây là phương trình đường thẳng (đường làm việc) trên tọa độ X, Y, hệ
số góc là L
tr
/G
tr
và đi qua điểm (X
1
/Y
1
). Nếu thay X, Y bằng X
2
/Y
2
thì đường
biểu diễn cũng đi qua điểm (X
2
/Y
2
). Đường làm việc là đường thẳng khi vẽ
theo tọa độ tỉ số mol X,Y hoặc tỉ số khối lượng ,. Nếu biểu diễn theo phần
mol hoặc áp suất riêng phần, đường làm việc sẽ là đường cong, phương trình
khi đó là:
G

có tung độ Y
1
. Nếu suất lượng dung môi sử dụng tương ứng với đường DE,
nồng độ pha lỏng trong dòng ra sẽ là X
1
. Nếu lượng dung môi sử dụng ít hơn,
thành phần pha lỏng đi ra sẽ lớn hơn (điểm F) nhưng động lực khuếch tán sẽ
nhỏ hơn, quá trình thực hiện khó hơn, thời gian tiếp xúc pha sẽ lâu hơn, do
đó thiết bị hấp thụ phải cao hơn. Đường làm việc ứng với lượng dung môi tối
thiểu khi tiếp xúc với đường cân bằng tại P. Tại P động lực khuếch tán bằng
không, thời gian tiếp xúc pha không xác định và tháp có chiều cao không xác
định. Điều này là điệu kiện giới hạn cho lượng dung môi sử dụng.
GVHD: Ngô Bá Đạt ` Trang 8
Y
X
Đường cân bằng
Hình 2.2. Đường làm việc cho quá trình hấp thu
Đường làm việc
L
tr
/G
tr
Đỉnh
Đáy
Y
1
0
Y
2
X

đ
T
đ
+ Q
s
= G
c
I
c
+ L
c
C
c
T
c
+ Q
0
Trong đó
G
đ
, G
c
: Hỗn hợp khí đầu và cuối, (kg/h)
GVHD: Ngô Bá Đạt ` Trang 9
Y
X
Đường
cân bằng
Hình 2.3. Lượng dung môi tối thiểu cho quá trình hấp thu
E

0
a)
b)
Y
Trường Đại học Bà Rịa-Vũng Tàu Đồ án môn học
Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
L
đ
, L
c
: Lượng dung dịch đầu và cuối, (kg/h)
T
đ
, T
c
: Nhiệt độ khí ban đầu và cuối, (
0
C)
I
đ
,

I
c
: Entalpy hỗn hợp khí ban đầu và cuối, (kJ/kg)
C
đ
, C
c
: Tỷ nhiệt của dung dịch đầu và cuối, (kJ/kg độ)

Các yếu tố khác:
Tính chất của dung môi, loại thiết bị, 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.
GVHD: Ngô Bá Đạt ` Trang 11
t
1
t
2
t
3
t
4
P
Q
y
X
t
1
< t
2
< t
3
< t
4
P
1
P
2
P

Nhiệt độ tới hạn 51,25
0
C, áp suất tới hạn 86 at. Tỷ trọng HCl lỏng ở -113
0
C
là 1,267, ở -110
0
C là 1,206. Ngoài không khí ẩm bốc thành sa mù do tạo ra
những hạt nhỏ acid clohydrit. Tan nhiều trong nước và phát nhiệt. Tan trong
rượu, trong benzen (2% ở 18
0
C), trong ete (35% ở 0
0
C). Hằng số phân ly của
acid clohydrit ở 0
0
C bằng 2,5.10
7
.
- Tính chất hóa học
Phân tử clorua hiđrô (HCl) là một phân tử hai nguyên tử đơn giản, bao
gồm một nguyên tử hiđrô và một nguyên tử clo kết hợp với nhau thông qua một
liên kết đơn cộng hóa trị. Do nguyên tử clo có độ âm điện cao hơn so với nguyên
tử hiđrô nên liên kết cộng hóa trị này là phân cực rõ ràng. Do phân tử tổng thể có
mômen lưỡng cực lớn với điện tích một phần âm δ- tại nguyên tử clo và điện tích
dương δ+ tại nguyên tử hiđrô, nên phân tử hai nguyên tử clorua hiđrô là phân tử
phân cực mạnh. Vì thế, nó rất dễ dàng hòa tan trong nước cũng như trong các
dung môi phân cực khác.
Khi tiếp xúc với nước, nó nhanh chóng bị ion hóa, tạo thành các cation là
hiđrônium (H3O+) và các anion clo (Cl-) thông qua phản ứng hóa học thuận

mới và axít mới.
CaCO
3
+ 2HCl → CaCl
2
+ CO
2
+ H
2
O
Ngoài ra, trong một số phản ứng HCl còn thể hiện tính khử bằng cách
khử một số hợp chất như KMnO
4 (đặc)
, MnO
2
, KClO
3
giải phóng khí clo.
2KMnO
4(đặc)
+ 16HCl → 2KCl + 2MnCl
2
+ 5Cl
2
+ 8 H
2
O
MnO
2
+ 4HCl → MnCl

tiện, khối lượng nhỏ, không bị tắc nghẽn bởi cặn sinh ra trong quá trình hấp
thụ.
Khi đồng thời hấp thụ nhiều khí, vận tốc hấp thụ của mỗi khí bị giảm xuống.
Khí hấp thụ hóa học trong tháp xuất hiện đối lưu bề mặt, nghĩa là trên bề mặt
phân chia pha xuất hiện dòng đối lưu cưỡng bức thúc đẩy quá trình truyền
khối.
GVHD: Ngô Bá Đạt ` Trang 14
Trường Đại học Bà Rịa-Vũng Tàu Đồ án môn học
Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
CHƯƠNG 3
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
3.1. Thuyết minh quy trình công nghệ
Khí cần xử lý cần được lấy từ các nhà máy, sẽ được thu hồi lại rồi sau
đó dùng quạt thổi khí vào tháp hấp thụ (tháp mâm xuyên lỗ). Dung dịch dùng
hấp thụ là nước. Tháp hấp thụ làm việc nghịch chiều: Nước được bơm lên
bồn cao vị (với mục đích 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 các mâm. Hỗn hợp khí trơ đi ra ở đỉnh
tháp sẽ được cho đi qua ống khói để phát tán khí ra ngoài mà 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 có thể được đưa qua tháp tái sinh để tái sử
dụng hoặc sẽ được sử lý để sau cho nồng độ cùa nước thải đạt được nồng độ
cho phép để có thể thải ra môi trường. Nếu trong khu công nghiệp thì xử lý
sau 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).
3.2. Sơ đồ quy trình công nghệ (xem hình ở trang bên)
GVHD: Ngô Bá Đạt ` Trang 15
Trường Đại học Bà Rịa-Vũng Tàu Đồ án môn học
Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
CHƯƠNG 4

4.1.2. Cân bằng vật chất
Đầu vào
Số mol HCl lúc đầu
n
HCl d
= = = 0,0822 (mol)
Số mol không khí
n
kk
= = 44,6429 (mol)
phần mol của dung chất trong pha khí
GVHD: Ngô Bá Đạt ` Trang 16
Trường Đại học Bà Rịa-Vũng Tàu Đồ án môn học
Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
y
d
=

= = 1,8413.10
-3
(mol/mol)
Tỉ số mol của dung chất trong pha khí
Y
d
=

=

= 1,8447.10
-3

= = = 724,4627 (Kmol/h)
G
tr
= G
hh
(1 - y
d
) = 724,4627(1 - 1,8413.10
-3
) = 723,1287 (Kmol/h)
G
c
= G
tr
(Y
c
+ 1) = 723,1287(6,1373.10
-5
+ 1) = 723,1731 (Kmol/h)
Từ y
d
= 1,8413.10
-3
và (*) tìm X
c max

=> X
c max
= 6,3533.10
-4

d

=

723,1287 + 0
= 5,2944.10
-4
(Kmol HCl/Kmol hh)
Lưu lượng lỏng đi trong tháp
G
x
= L
tr
.18 = 2435,7262.18 = 43843,0716 (kg/h)
4.1.4. Đường cân bằng pha
Dựa theo định luật Henry:
Ở 30
0
C H.10
-6
= 0,0022 mmHg
=> m = =

= 2,8947
y
cb
= (*)
Đường cân bằng pha
X
0 0.50E-4 1.00E-4 1.50E-4 2.00E-4 2.50E-4 3.00E-4 3.50E-4 4.00E-4 4.50E-4 5.00E-4

Sức căng bề mặt hỗn hợp
= +
σ
H2O
= 71,2.10
-3
N/m = 71,2 đyc/cm
σ
HCl
= 63,4.10
-3
N/m = 63,4 đyc/cm
=> σ
hh
= 33,5370 => ϕ[σ] = 1
+ Khối lượng riêng trung bình
Pha khí
ρ
y tb
=
y
tb
=

=

= 9,5133.10
-4
(mol/mol)
M

)ρ
tb2

ρ
tb1
= ρ
HCl

ρ
tb2
= ρ
H2O
= 995,68 ( Kg/m
3
)
V
tb1
phần thể tích trung bình của cấu tử HCl trong pha lỏng
Do V
tb
rất bé => V
tb1
ρ
tb1
≈ 0
1 - V
tb
≈ 1
=> ρ
x

w
y
=

= = 1,5919 (m/s)
5.2. Đường kính, diện tích mặt cắt ống chảy chuyền
Đường kính ống chảy chuyền
d
ch
= (II - 236)
GVHD: Ngô Bá Đạt ` Trang 21
Trường Đại học Bà Rịa-Vũng Tàu Đồ án môn học
Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Trong đó
G
x
lưu lượng lỏng trung bình đi trong tháp, kg/h
ρ
x
khối lượng riêng của lỏng, kg/m
3
z số ống chảy chuyền
w
c
tốc độ chất lỏng trong ống chảy chuyền, thường lấy w
c
= 0,1 ÷
0,2 m/s
=> d
ch

ch
=

- 2.0,0611 = 3,0178 (m
2
)
Tổng diện tích lỗ lấy bằng 12% diện tích làm việc
S
1
= 0,12.f = 0,12.3,0178 = 0,3621 (m
2
)
Thể tích của đĩa
V
d
= (f - S
1
)δ = (3,0178 - 0,3621)0,004 = 0,0106 (m
3
)
GVHD: Ngô Bá Đạt ` Trang 22
Trường Đại học Bà Rịa-Vũng Tàu Đồ án môn học
Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Khối lượng đĩa
m
d
= V
d
.ρ = 0,0106.7900 = 83,74
Số lỗ trên một mân

w
y
Vận tốc khí tính cho mặt cắt tự do của tháp, m/s
∆P
x
= ∆P
d
- ∆P
k
Sức cản thủy lực của lớp chất lỏng trên đĩa,
N/m
2
∆P
d
= ∆P
k
+ ∆P
s
+ ∆P
t
Tổng trở lực của một đĩa, N/m
2
∆P
k
Trở lực đĩa khô, N/m
2
GVHD: Ngô Bá Đạt ` Trang 23
Trường Đại học Bà Rịa-Vũng Tàu Đồ án môn học
Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
∆P


= 112,8999 (N/m
2
)
+ Trở lực của đĩa do sức căng bề mặt (II - 194)
∆P
s
= =

= 20,6318 (N/m
2
)
+ Trở lực thủy tĩnh
∆P
t
= 1,3.[K.h
c
+ ].g.ρ
x
(II - 194)
Trong đó
h
c
Chiều cao ống chảy chuyền nhô lên trên khỏi đĩa, m
G
x
Lưu lượng lỏng, kg/h,
(G
x
= = = 42,2231)

= ∆P
s
+ ∆P
t
= 20,6318 + 1067,3869 = 1088,0187
=> β
y
= 3,03.10
-4
.1,5919
0,76
.1088,0187 = 0,4694 (Kmol/m
2
s)
Hệ số cấp khối phía pha lỏng (II - 164)
β
x
=

= = 1,3609 (Kmol/m
2
s)
=> K
y
= = 0,2349 (Kmol/m
2
s)
Số đơn vị chuyển khối đối với mỗi đĩa
m
yT