Đồ án môn quá trình thiết bị
Thiết kế hệ thống hấp thụ để làm sạch khí
Họ và tên:
Lớp :
Các số liệu ban đầu :
Thiết bị hấp thụ loại tháp chóp.
Hỗn hợp tách: H
2
S

-không khí.
Lu lợng khí thải vào tháp là: 11.000 Nm
3
/h
Nồng độ H
2
S trong dòng khí vào theo % thể tích là: 2%
Hiệu xuất hấp thụ: 85%
Dung môi hấp thụ là H
2
O
Nhiệt độ và áp xuất hấp thụ,lợng dung môi mô phỏng theo một số điều kiện.
Các phần thuyết minh và tính toán:
I. Mở đầu
II. Tính toán thiết kế hệ thống hấp thụ
1. Cân bằng vật liệu
2. Đờng kính
3. Thiết kế đĩa chóp
4. Chiều cao
5. Trở lực
6. Các chi tiết của tháp

2
i. mở đầu
Ô nhiễm môi trờng : vấn đề chung mang tính toàn cầu và cấp bách. ở hầu hết các quốc
gia, chính phủ đã đầu t rất nhiều,cả về vốn và công nghệ cho việc xử lí các chất gây ô
nhiễm môi trờng. Các nớc càng phát triển, khoa học công nghệ tiên tiến thì ô nhiễm môi
trờng càng trở lên nghiêm trọng. ở Việt Nam,tuy nền công nghiệp cha phát triển mạnh
mẽ nhng do nhiều nguyên nhân chủ quan và khách quan , làm cho môi trờng nớc ta ngày
càng ô nhiễm . Việc chặt phá rừng cũng nh hoạt động của các nhà máy đã thải ra môi tr-
ờng rất nhiều chất gây ô nhiễm. Cũng nh nhiều nớc khác trên thế giới hiện nay, vấn đề xử
lí các chất gây ô nhiễm ở nớc ta đang gặp nhiều khó khăn . Nguyên nhân của ô nhiễm môi
trờng là do các chất thải từ nhà máy, khu công nghiệp và các hoạt động khác. Một trong
những chất khí gây ô nhiễm môi trờng là H
2
S).
Khí Sunfurơ là chất khí không màu, có mùi hăng cay khi nồng độ trong khí quyển là
1ppm. Sunfurơ là sản phẩm chủ yếu của quá trình đốt cháy các nhiên liệu có chứa lu
huỳnh(các nhà máy nhiệt điện thờng là nguồn phát sinh ra nhiều Sunfurơ trong khí thải).
Ngoài ra còn kể đến quá trình tinh chế dầu mỏ, luyện kim, sản suất axit Sunfuric , tinh
luyện quặng đồng, kẽm, chì, thiếcsản xuất xi măng và giao thông vận tải cũng là những
nơi phát sinh ra nhiều khí Sunfurơ. Tác động của khí Sunfurơ tới môi trờng có thể kể ra ở
đây nh:
- SO
2
làm thiệt hại mùa màng, làm nhiễm độc cây trồng
- Ma axit làm đất và nớc bị ô nhiễm bởi SO
2
và SO
3
trong khí quyển
Không khí bị ô nhiễm do SO

[ ]
at
.
*Các yếu tố ảnh hởng đến quá trình hấp thụ:
-ảnh hởng của lợng dung môi:Theo phơng trình chuyển khối, lợng khí bị hấp thụ đợc tính
theo công thức sau:
3
G = k
Y
.F.
tb
Y


y
a
a
1
a
2
a
3
a
4
b
x
y
c
o
x

). Đờng làm việc BA
4
cắt đờng cân bằng, lúc này
tb
Y

là nhỏ
nhất. Đờng AB gần song song với trục tung, nên
tb
Y

là lớn nhất.
Vì F.
tb
Y

không đổi

ứng với BA
4
có F lớn nhất, ứng với BA có F bé nhất. Tơng
tự tại A
4
có X
c
lớn nhất, tại A có X
c
bé nhất.
Dựa vào phơng trình nồng độ làm việc Y = A.x + B với:
A = tang

không đổi.
4
Do đó nếu chọn lợng dung môi ít nhất, ta thu đợc X
c
lớn nhng thiết bị phải rất lớn(vô
cùng cao). Trái lại, nếu chọn lợng dung môi lớn nhất, thì thiết bị bé nhng dung dịch thu đ-
ợc lại quá loãng vì X
c
bé. Do đó, khi chọn điều kiện làm việc ta phải dựa vào chỉ tiêu kinh
tế, kỹ thuật.
*ảnh hởng của T và P lên quá trình hấp thụ:
Nhiệt độ T và áp suất P là những yếu tố ảnh hởng quan trọng lên quá trình hấp thụ , mà
chủ yếu ảnh hởng lên trạng thái cân bằng và động lực quá trình.
Từ phơng trình Henrry ta thấy, khi nhiệt độ tăng thì hệ số Henrry tăng

đờng cân băng
dịch chuyển về trục tung.
x
o
y
x
o
y
a
b
t
3
t
2
t

theo.Nếu cứ tiếp tục tăng nhiệt độ,ví dụ đến t
s
thì không những
tb
Y

giảm mà ngay cả
quá trình không thực hiện đợc(vì đờng cân bằng và đờng làm việc cắt nhau,nên không thể
đạt đợc nồng độ cuối X
c
). Đó là ảnh hởng xấu của tăng nhiệt độ . Tuy nhiên, khi T tăng
thì độ nhớt của dung môi giảm nên vận tốc khí tăng, cờng độ chuyển khối cũng tăng theo.
Trong trờng hợp tăng áp suất , ta thấy hệ số cân bằng m =
P

giảm

đờng cân bằng
dịch chuyển về phía trục hoành

tb
Y

tăng lên ,quá trình chuyển khối tốt hơn.Nhng P
tăng

T tăng

gây ảnh hởng xấu đến quá trình hấp thụ. Mặt khác, P tăng gây khó
khăn về mặt thiết bị

Chóp có cấu tạo dạng tròn hoặc dạng khác. Thân tháp có rãnh tròn , chữ nhật hoặc tam
giác để khí đi qua. Hình dáng của rãnh trên chóp không ảnh hởng mấy đến quá trình
chuyển khối. Chóp đợc lắp vào đĩa bằng nhiều cách.
Hiệu quả của quá trình phụ thuộc rất nhiều vào vận tốc khí. Nếu vận tốc khí bé thì
khả năng sục khí kém, nhng nếu vận tốc khí quá lớn sẽ làm bắn chất lỏng hoặc cuốn chất
lỏng theo khí. Hiện tợng bắn chất lỏng tất nhiên còn phụ thuộc vào yếu tố khác nh khoảng
cách giữa các đĩa, khoảng cách giữa các chóp, khối lợng riêngcấu tạo và kích thớc của
chóp và ống chảy chuyền.
*Thuyết minh dây chuyền:
- Hỗn hợp khí cần xử lí SO
2
và không khí đợc máy nén khí 2 đa vào ở đáy tháp, trên đ-
ờng ống có nắp van điều tiết lu lợng khí và gắn vào ống trớc khi đi vào tháp một đông hồ
đo lu lợng chất lỏng vào tháp 14
- Nớc từ bể 4 đợc bơm li tâm 3 đa lên thùng cao vị 8, trên đờng ống có van an toàn 7 .N-
ớc từ thùng cao vị 8 đi vào tháp với lu lợng thích hợp, qua một đồng hồ đo lu lợng nớc vào
tháp 9, tới từ trên xuống dới theo chiều cao tháp hấp thụ 1.
- Khí SO
2
sau khi đợc xử lí đi lên nắp tháp và ra ngoài lỗ nắp.
6
- Nớc hấp thụ SO
2
đi qua lỗ đáy, qua Van nhả sản phẩm hấp thụ 16 đến hệ thống nhả hấp
thụ 6.Tuy nhiên trong khuôn khổ đồ án ta không tính đến hệ thống này.
*số liệu thiết kế:
Tháp chóp: hỗn hợp SO
2
- không khí
Lu lợng hỗn hợp khí thải vào tháp:12.000 Nm

CHú THíCH:
1. Tháp hấp thụ 9.Đồng hồ đo lu lợng nớc vào
2. Máy nén khí 10. Van tự động
3.Bơm chất lỏng 11.Van lu lợng nớc khi bơm
4.Bể chứa nớc 12.Van lu lợng khí sản phẩm đỉnh
5.Thùng chứa khí
6. Hệ thống nhả hấp thụ
13. Hệ thống phân phối chất lỏng
14.Đồng hồ đo lu lợng khí vào tháp
7. Van an toàn 15.Van điều tiết khí vào tháp
8. Thùng cao vị 16.Van nhả sản phẩm hấp thụ
ii.tính toán thiết kế hệ thống hấp thụ
1. thiết lập phơng trình cân bằng vật liệu.
Tháp làm việc ở T = 30
0
C hay T = 303
0
K
8
P = 6 at hay P = 4413 mmHg = 5,8 atm.
Theo định luật Henrry
Y
cb
= m.x
Trong đó
m =
P
C
o
SO

0
C)
*Chuyển sang nồng độ phần mol tơng đối ta có
Phơng trình đờng cân bằng
Y
cb
=
( )
Xm
Xm
.11
.
+

Ta có nồng độ SO
2
trong dòng khí vào theo % thể tích là 3%

y
đ
= 0,03

Y
đ
=
y
y

đ
=
( )
95,01

.0,03092
Y
c
= 1,5464.10
-3
(Kmol/Kmol khí trơ)
*Phơng trình cân bằng vật liệu cho một đoạn thiết bị
G
trơ
.
( )
c
YY

= G
x
.
( )
d
XX


Y =
( )
XX

=
X
X
.2472,71
.2472,8

G
tr
= G
Y
.
d
Y
+
1
1
= G
Y
.(1-y
đ
)
Vậy G
tr
= (1-Y
đ
).G
Y
= 535,7143.(1-0,03)
G
tr

cmax
=
03092,0,2472,72472,8
03092,0
+
X
cmax
= 3,65.10
-3
(Kmol/Kmol dm)
Do đó G
xmin
= G
tr
.
dc
cd
XX
YY


max
G
xmin
= 519,643.
3
3
10.65,3
10.5464,103092,0


X
G
G
.
Y =
X.
643,519
6848,6270
+ 1,5464.1
`*Một số kí hiệu trong các công thức đã dùng
-X
đ
: nồng độ ban đầu của cấu tử cần hấp thụ trong dung môi (Kmol/Kmol dm)
-X
c
: nồng độ cuối của cấu tử cần hấp thụ trong dung môi (Kmol/Kmol dm)
-Y
đ
: nồng độ ban đầu của cấu tử cần hấp thụ trong hỗn hợp khí (Kmol/Kmol khí trơ)
10
Y = 12,0673.X + 1,5464.10
-3
-Y
c
: nồng độ cuối của cấu tử cần hấp thụ trong hỗn hợp khí (Kmol/Kmol khí trơ)
-G
Y
: Lợng hỗn hợp khí đi vào thiết bị hấp thụ (Kmol/h)
-G
X

ycy
VV
+
Với + V
yđ
: Lu lợng hỗn hợp khí đầu ở điều kiện làm việc (m
3
/h)
+ V
yc
: Lu lợng khí thải ra khỏi tháp (m
3
/h)
V
đ
=
ytb
ytby
MG

.
*M
Ytb
=
2
.
SOtb
My
y
tb

Y
+
1
=
3
3
10.6233,11
10.6233,1


+
y
tb
= 1,597.10
-2
(Kmol/kmol)


M
Ytb
= 1,597.10
-2
.64 + (1-1,597.10
-2
).29
M
Ytb
= 29,559 (Kg/kmol)
*
ytb

c
) với V
tr
=
ytb
ytbtr
MG

.
11

V
yc
=
ytb
ytbtr
MG

.
.(1+Y
c
)
=
( )
3
10.5464,11.
8959,6
559,29.643,519

+

[ ]
ytbxtb
h

...
(Kg/m
2
.s) (II_184)
Trong đó +
xtb

:khối lợng riêng trung bình của pha lỏng (kg/m
3
)
+
ytb

: khối lợng riêng trung bình của pha khí (kg/m
3
)
+ h: khoảng cách giữa các đĩa (m)
với D = 1,2
ữ
1,8 m thì h

0,35
ữ
0,45 (m)
Ta chọn h = 0,4 (m)
Tra toán đồ trong sổ tay I trang 363 có

X
c
= 2,4333.10
-3


x
c
=
c
c
X
X
+
1
= 2,4274.10
-3
(Kmol/h)

x
tb
=
2
cd
xx
+
=
2
c
x

1
=
2
2
1
1
1
xtb
tb
xtb
tb
aa


+
(II_183)
Với a
tb
=
xtb
SOtb
M
Mx
2
.
=
0558,18
64.10.2137,1
3




=
21
1
1
xtb
tb
xtb
tb
aa


+
=
68,995
10.302,41
1355
10.302,4
1
33


+

xtb

= 996,817(Kg/m
3
)

.1,0
h
d
d
D
(II _236)
D
d
: đờng kính đĩa,D
d
= D = 1,2 (m)
d
h
: đờng kính ống hơi,chọn là 0, 05 (m).Chiều dày ống hơi chọn = 0,0035(m).
Số chóp n =
2
2
1, 2
0,1.
0,05
= 58 chóp.
Đờng kính chóp d
ch
=
( )
2
2
2
chh
h

= 0,25d
ch
= 0,25.0,07
13
h
2
= 0,0175 (m).
Khoảng cách từ mặt đĩa đến chân chóp
S = 0ữ25 (mm). Chọn S = 20(mm) = 2.10
-2
(m).
Khe chóp hình chữ nhật
d
td
:Đờng kính tơng đơng của khe chóp hình chữ nhật tính theo công thức:
d
td
=
( )
ba
ba
+
.2
..4

Trong đó: + a: chiều rộng khe chóp chọn trong khoảng 2
ữ
7 (mm)

chọn a = 5 (mm)

D
V
y

(vì n =
1,0.
2
2
h
d
D
)
.V
y
: lu lợng hơi đi trong tháp (m
3
/h).
V
y
=
y
o
o
G
P
P
T
T
...4,22
=


b =
( )
817,996.81,9
8959,6.452,5.2
2
= 0,042 (m).
Vậy d
tđ
=
( )
042,010.5.2
042,0.10.5.4
3
3
+


= 8,936.10
-3
(m).
Số lợng khe chóp

2
0,05 .3,14
4
9
0,005.0,042
i khe= =
Chiều cao mức CL trên khe chóp: h

xtb
:lu lợng trung bình đi trong tháp (kg/h)
x

= 996,817 (kg/m
3
)
z:số ống chảy chuyền (1
ữ
2ống) ta chọn z = 2
c

: tốc độ chất lỏng trong ống chảy chuyền
c

2,01,0
ữ
(m/s) Ta chọn
c

= 0,2(m/s)
G
xđ
= 6270,6848 (Kmol/h)
G
xc
= (1+ x
c
). G
xđ

= 0,25.0,0746
l
3
= 0,01865m)
Chiều cao ống chảy chuyền trên đĩa:
h
c
= (h
1
+ b + S) - h
+Chiều cao mức chất lỏng bên trên ống chảy chuyền
h

=
3
2
..85,1.3600








c
d
V

(m) (II_237)

= 0,0452(m
3
/h)
Vì h
x
chọn ở trên = 0,04 (m)

Thể tích chất lỏng chảy qua là:
15
V = V
x
V
CL
= 6,298 0,0452 = 6,2528 (m
3
/h)
h

=
3
2
0746,0..85,1.3600
2528,6








0,5(m) chọn a = 0,35 (m)
R =
2
1
.D =
2
1
.1,2 = 0,6 (m)
Gọi S
1
: là diên tích 1 ống cháy chuyền
S
1
=
dxxR
R
a
.
22


=










F = S
đ
- 2.S
1
= 1,131 2.0,085 = 0,961 (m
2
)
16