Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường –kysumoitruong.vn 
~ 1 ~

Tài liệu chỉ mang tính chất tham khảo không sử dụng vào mục đích khác nếu chưa có sự cho 
phép của tác giả-BQT diễn đàn kysumoitruong.vn  

Mục Lục
Lời mở đầu ................................................................................................................................. 3
 
THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC .................................................................................................. 4
 
Phần I. Tính toán thiết kế tháp đệm ............................................................................................. 4
 
I.
 
Tính toán các điều kiện ban đầu ....................................................................................... 4
 
II.
 
Tính các thông số của tháp ........................................................................................... 9
 
1.
 
Tính đường kính tháp đệm. .............................................................................................. 9
 
2.
 
Tính chiều cao tháp đệm ................................................................................................ 15

 
Chiều dày nắp và đáy thiết bị ...................................................................................... 39
 
1.
 
Chiều dày của nắp thiết bị .............................................................................................. 39
 
2.
 
Chiều dày của đáy thiết bị .............................................................................................. 40
 
III.
 
Đường kính của ống dẫn khí và lỏng. ......................................................................... 41
 
1.
 
Đường kính ống dẫn vào và dẫn khí ra. .......................................................................... 41
 
2.
 
Đường kính ống dẫn lỏng vào và ra ................................................................................ 42
 
IV.
 
Bích ghép thân, nắp, đáy............................................................................................. 42
 
1.
 
Bích nối nắp và đáy với thân thiết bị .............................................................................. 42

Khối lượng bích ............................................................................................................. 45
 
VI.
 
Bộ phận phân phối lỏng. ............................................................................................. 47
 
KẾT LUẬN .............................................................................................................................. 49
 
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................ 50 Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường –kysumoitruong.vn 
~ 3 ~

Lời mở đầu
 
Hiện nay, do sự phát triển của các nghành công nghiệp tạo ra các 
sản phẩm phục vụ con người , đồng thời cũng tạo ra một lượng chất thải 
vô cùng  lớn  làm  phá  vỡ  cân  bằng  sinh  thái  gây ô  nhiễm  môi  trường 
nghiêm trọng . 
Trong các loại ô nhiễm , ô nhiễm không khí ảnh hưởng trực tiếp 
đến con người , động vật , thực vật và các công trình xây dựng . Sức 
khỏe và tuổi thọ con người phụ thuộc rất nhiều vào độ trong sạch của 
môi trường.Vì vậy, trong những năm gần đây ô nhiễm không khí từ các 
nghành sản xuất công nghiệp ở nước ta đang là vấn đề quan tâm không 
chỉ của nhà nước mà còn là của toàn xã hội bởi mức độ nguy hại của nó 
đã lên đến mức báo động . 

THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Đề tài thiết kế
Thiết kế hệ thống hấp thụ loại tháp đệm. Tháp làm việc ở điều kiện áp suất 5 
atm và nhiệt độ 30°C. Dung môi hấp thụ là H
2
O.
Các số liệu ban đầu và tính toán
Hỗn hợp khí cần tách                                           : SO
2 
- không khí. 
Dung môi                                 : H
2
O 
Lưu lượng khí thải vào tháp (Nm
3
/h)      : 9 000 
Nồng độ khí thải vào tháp    (% thể tích)    : 3,0 
Nồng độ cuối của dung môi  (% trọng lượng)  : 1 
Hiệu suất quá trình hấp thụ (%)       : 80 
Phần I. Tính toán thiết kế tháp đệm
I. Tính toán các điều kiện ban đầu
Theo bài hỗn hợp đầu vào là hỗn hợp khí nên nồng độ phần thể tích chính là 
nồng độ phần mol. 
⇒ y
d
=0,03 (kmol SO

kmol pha khí
⁄
) 



d
cd
Y
YY
h
⇒ Y
d
 -  Y
c
 = 0,8Y
d
  => 0,2Y
d
 = Y
c 
⇒Y
c
 = 0,2.0,03093 = 6,186.10
-3
 (kmol SO
2
/kmol khí trơ) 
y
c
: nồng độ phần mol của khí cần hấp thụ trong hỗn hợp 
3
6,186.10
1

2
/kmol khí trơ) 
Nồng độ phần mol trung bình: 
0,0186
0,01826
1 1 0,0186
tb
tb
tb
Y
y
Y
  
 
(kmol SO
2
/ kmol hỗn hợp khí). 
Lưu lượng hỗn hợp khí: G

= n =

,
= 401,786 kmol/h 
Lượng khí trơ: G
trơ 
= G

(
1 −y
đ

2 2
3
'
1%
64
2,833.10
' 1 ' 1% 1 1%
64 18
c
SO
c
c c
SO H O
x
M
x
x x
M M

  
 

 ( kmol SO
2
/kmol H
2
O) 
 
Nồng độ phần mol tương đối của SO
2

Y
m X

 
( kmol SO

kmol
⁄
khí trơ) 
( 1)
Y
X
m Y m

 
 ( kmol SO

kmol
⁄
khí trơ) 
Với 
P
m


 hằng số cân bằng pha. 

 : Hệ số Henry (mmHg) 
P  : Áp suất chung của hỗn hợp khí. P=5atm , T=30°C. 
Tra bảng IX.1( Sổ tay quá trình thiết bị công nghệ hóa chất – tập 2), ta có  


  ( kmol SO2/kmol H
2
O) 
 Phương trình đường làm việc
Phương trình cân bằng vật liệu đối với khoảng thể tích thiết bị kể từ một tiết diện 
bất kỳ tới phần trên của thiết bị 
  G
tr
(Y – Y
c
) = G
x
(X – X
d
) 
Trong đó :  
G
x
, X
d
Y
c
X
c
G
y
, Y
d
Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường –kysumoitruong.vn 

G l

    
 (kmol SO
2
/kmol H
2
O) 
- Lượng dung môi tiêu tốn thực tế: 
3
3
0,03093 6,186.10
8,7
2,84.10
d c
c
Y Y
l
X




  
 (kmol H
2
O/kmol không khí) 
- Lưu lượng dung môi đi vào thiết bị G
x
: 

6,186.10

 
 
X
Y Ycb
0
0.006186 0
0.0002
0.007926 0.001919093
0.0004
0.009666 0.003844794
0.0006
0.011406 0.005777137
0.0008
0.013146 0.007716158
0.001
0.014886 0.009661889
0.0012
0.016626 0.011614368
0.0014
0.018366 0.013573627
                                                                                                       Phạm Kim Ngọc - KTMT K52 
~ 8 ~
 
0.0016
0.020106 0.015539704
0.0018
0.021846 0.017512634
0.002

Y
Ycb
Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường –kysumoitruong.vn 
~ 9 ~

II. Tính các thông số của tháp
1. Tính đường kính tháp đệm.
a. Tính khối lượng riêng trung bình (tr 183)
 Đối với pha lỏng 
 Áp dụng công thức: 
2 2
2 2
1
1
SO SO
xtb SO H O
a a
  

 
 
xtb

: khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp lỏng, kg/m
3
. 
2
SO
a
 : Phần khối lượng trung bình của SO

) 
Nội suy ⇒
2
SO

 (30°C)= 1355 (kg/m
3
) 
Phần khối lượng trung bình của SO
2 
trong pha lỏng. 
2
2
2 2
.
. (1 )
SO
tb
SO
SO tb H O tb
M x
a
M x M x

 

Với x
tb
 là nồng độ phần mol  trung bình của  cấu  tử cần hấp  thụ trong pha 
lỏng. 

64.1,42.10 18.(1 1,42.10 )
SO
a

 

 
=5,03.10
-3
                                                                                                       Phạm Kim Ngọc - KTMT K52 
~ 10 ~
 
Khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp lỏng 
2 2
2 2
3 3
1 1
997
1
5,03.10 1 5,03.10
1355 995,68
xtb
SO SO
SO H O
a a

 
 
  


T
P
kg m
RT T P

  
 
Với: 
ytb

: Khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp khí đi trong tháp. 
M
y
: Phân tử lượng trung bình của hỗn hợp khí. 
T
0
: Nhiệt độ ở đktc. T
0
=273°K. 
T: Nhiệt độ làm việc của tháp. T= 273+30=303 °K. 
P
0
: Áp suất ở đktc P
0
=1 atm. 
P: Áp suất làm việc của tháp P= 5atm. 
Tính M
ytb 
. 
 M

x

 
Áp dụng công thức: 
Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường –kysumoitruong.vn 
~ 11 ~

 
OHtbSOtbx
xx
22
lg).1(lg.lg


 
Trong đó: 
- x
tb
: phần mol trung bình của SO
2
 trong hỗn hợp lỏng,  
  x
tb
 = 1,42.10
-3
 (kmol SO
2
/kmol H
2
O) 

SO

(30
0
C) = 0,279.10
-3
 (Ns/m
2
) 
=> lg
x

= 1,42.10
-3
.
 
lg (0,279.10
-3
 )+ (1 – 1,42.10
-3
).lg(0,8.10
-3
) 
=> lg
x

= -3,0976 
=> 
x


2
SO

, 
KK

: độ nhớt trung bình của pha khí, của SO
2
 và của không khí 
ở nhiệt độ làm việc t = 30
0
C, Ns/m
2
. 
-
KKSOy
MMM ,,
2
:  khối  lượng  phân  tử  của  pha  khí,  của  SO
2
  và  của 
không khí ở 30
0
C, P = 5 atm. 
Tra đồ thị I-35( Sổ tay quá trình thiết bị công nghệ hóa chất – tập 1), ta có: 
 
2
SO

 (30

SO KK
M
Ns m
y M
y M

 

 
   




 
                                                                                                       Phạm Kim Ngọc - KTMT K52 
~ 12 ~
 
b. Đường kính tháp.
Áp dụng công thức: 
4
.3600 0,785
tb tb
tb tb
V V
D
  
 
   (m)       
- V

: khối lượng riêng trung bình của khí trong tháp, kg/m
3 
  =>
)1(
2
tbtro
ycyd
ytb
YG
GG
G 


 
  Y
tb
 = 0,0186 (kmol SO
2
/kmol khí trơ) 
- Lưu lượng khí trung bình đi trong tháp G
ytb
: 
       => G
ytb
 = 389,73 (1 + 0,0186) = 396,98 (kmol/h)  
 
396,98.29,64
1974,24
5,96
ytb

2
SO
G
bị hấp thụ
 
2
SO
G
15306,62  15328,35
43
5
7
2
4
2
,
bihapthu
xtb xd
G G     
 (kmol/h)  
M
xtb
=x
tb
.M
SO2
 +(1- x
tb
).M
H2O

*Tính vận tốc của khí đi trong tháp
ytb

, m/s. 
Áp dụng công thức:  
                               Y =1,2.e
-4X
            
Với   
0,16
2
3
. .
. .
s d ytb
x
d xtb n
Y
g V
  

 
 

 
 
 

1
1


: bề mặt riêng của đệm, m
2
/m
3
 
Tháp hấp thụ SO
2
 mang tính axit nên ta chọn đệm vòng Rasig đổ lộn xộn: 
đệm bằng sứ kích thước 30×30×3,5. 
V
đ
= 0,76 m
3
/m
3
 
d

 =  165 m
2
/m
3 
G
x
, G
y
: lượng lỏng và lượng hơi trung bình (kg/s). 
          G
y 

0
C
x

= 7,988.10
-4
(Ns/m
2
) 
ytbxtb

,
: khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và pha khí (kg/m
3
) 
 
xtbx


= 997 (kg/m
3
) 
                                                                                                       Phạm Kim Ngọc - KTMT K52 
~ 14 ~
 
 
ytby


= 5,96 (kg/m

 
 
 
 
 
 
 
Từ phương trình của Y ta có:  
4 3
4.0,513 3
0,16 0,16
4
3
1,2.
1,2. 9,81 0,76 996
0,835
7,988.10
165.5,96
1,005.10
X
d xtb
s
x
d ytb
n
e g V
e




y

 = 0,85. 
dp

 = 0,85.0,835= 0,71 (m/s) 
Thay các giá trị ta có đường kính tháp. 
=> Đường kính của tháp: 
 
4.1974,24
0,992( )
3600.3,14.0,71
D m 
 
Quy chuẩn D=1(m) 
=> Lúc này tốc độ khí trung bình đi trong tháp là: 
2 2
4.
4.1974,24
0,70( / )
.3600. 1 .3600.3,14
ytb
ytb
V
m s
D


  
 

tt
t
V
U
F

  ,m
3 
/m
2
.h 
V
x
: Lưu lượng thể tích của chất lỏng ,m
3
/h. 
F
t
: Diện tích mặt cắt tháp. 
    F
t
 = .D
2
/4 = 3,14.1
2
/4 = 0,785 ,m
2
. 
   V
x

B= 0,158 m
3 
/m.h ,   
d

: bề mặt riêng của đệm, 
d

=165 (m
2
/m
3
) 
U
t.h
=0,158.165=26,07 ,m
3 
/m
2
.h 
⇒ 
.
.
6374,33
244,5
26,07
t t
t h
U
U

G
 
      ,m.                              
Trong đó: 
h
1
, h
2 
: chiều cao của một đơn vị chuyển khối pha khí, pha lỏng (m) 
                                                                                                       Phạm Kim Ngọc - KTMT K52 
~ 16 ~
 
G
x
, G
y
: lưu lượng trung bình của pha lỏng, pha khí (kg/h) 
m: hệ số góc của đường cong cân bằng 
* Tính h
1
.

Áp dụng công thức:
0,25 2/3
1
Re .Pr ,
. .
d
y y
d

d y
 
 

 
Trong đó: 
y

: vận tốc khí đi trong tháp (m/s) 
 
0,7( / )
y ytb
m s
 
 
 
y

: khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp khí trong tháp (kg/m
3
) 
 
3
5,96( / )
y ytb
kg m
 
 
 
d




 
  


 
Trong đó: 
y

: độ nhớt hỗn hợp khí, (Ns/m
2
) 
Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường –kysumoitruong.vn 
~ 17 ~

y

: khối lượng riêng trung bình của pha khí, (kg/m
3
) 
D
y  
: hệ số khuếch tán của pha khí, m
2
/s 
2
2 2
7 1,5

: thể tích mol của SO
2
, không khí (cm
3
/mol) 
 
Tra bảng VIII.2 – II (tr 127). 
  =>  
2
3
44,8( / )
SO
u cm mol
 
     u
kk
 = 29,9(cm
3
/mol) 
2
4 1,5
6 2
1/3 1/3 2
0,0043.10 303 1 1
2,22.10 ( / )
5,163 (44,8 29,9 ) 64 29
SO kk
D m s



26,07
t t
t h
U
U
 
 > 1 
⇒  = 1 
⇒
0,25 2/3 0,25 2/3
1
0,76
Re .Pr .568, 2 .1,345 0, 223
. . 0,123.1.165
d
y y
d
V
h
a
 
  
m 
* Tính h
2
chiều cao của một đơn vị chuyển khối trong pha lỏng 
 
1/3
2
0,25 0,5

0,04.276155,6437
Re 29,63
. . 3600.0,785.165.7,996.10
x
x
t d x
G
F
 

  
 
Với: 
         
d

  : bề mặt riêng của đệm (m
2
/m
3
), 
d

= 165(m
2
/m
3
) 
G
x


 : khối lượng riêng trung bình của pha lỏng, kg/m
3
 
D
x   
 : hệ số khuếch tán trong pha lỏng, m
2
/s 
)/(
).(.
11
10
2
23/13/1
6
20
222
22
sm
uuAB
MM
D
OHSOOH
OHSO
x





A, B: hệ số liên hợp 
Với các chất khí tan trong nước A = 1. 
Với dung môi là nước B = 4,7. 
Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường –kysumoitruong.vn 
~ 19 ~

OH
2

: độ nhớt của nước ở 20
0
C, 
OH
2

= 1cp = 10
-3
 Ns/s. 
OHSO
uu
22
,
: thể tích mol của SO
2
, H
2
O (cm
3
/mol) 
  

x
D
(m
2
/s) 
 
t
x
D
 = 
20
x
D
[1 + b(t - 20)]  (m
2
/s) 
Trong đó: 
3
2
.2,0


OH
b 
 
 
OH
2

: độ nhớt của nước ở 20

1,469.10 1 0,02.(30 20) 1,763.10
7,988.10
Pr 454,45
997 1,763.10
x
x
D
 


     
  

 
⇒
 
2/3
4
0,25 0,5
2
7,988.10
256. 29,63. .454,45 1,1( )
997
h m

 
 
 
 
 

            
Y  : thành phần làm việc của hơi. 
Y
cb 
: thành phần mol cân bằng của hơi. 
Ta xác định số đơn vị chuyển khối theo phương pháp tích phân đồ thị. Việc tính 
tích phân đó có thể dựa voà việc vận dụng đồ thị 
cb
YY 
1
 trong hệ toạ độ 
cb
YY 
1
- 
Y. Giá trị của tích phân bằn diện tích hình thang cong giới hạn bởi đồ thị 
cb
YY 
1
 
và đường Y
d
 = 0,03093 (kmol SO
2
/kmol không khí)  
      Y
c
 = 6,186.10
-3 
(kmol SO