xử lý khí nh3 bằng phương pháp hấp thụ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

XỬ LÝ KHÍ NH
3

BẰNG PHƯƠNG PHÁP
HẤP THỤ

ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƢ
SVTH: TRẦN VĂN BÉ BA-NGUYỄN PHÚC THỊNH TRANG 1

MỤC LỤC
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ NH
3
3
1.1 Tính chất 3
1.1.1 Amoniac là gì? 3
1.1.2 Tính chất vật lí 3
1.1.3 Tính chất hóa học 3
1.1.4 Tính bazo 3
1.1.5 Tác dụng với O
2
3
1.1.6 Tác dụng với khí Clor 4
1.1.7 Tính acid 4
1.1.8 Điều chế 4
1.2 Ứng dụng 5
1.3 Độc tính 5
1.4 Cấp cứu và điều trị 6
1.5 Các vấn đề môi trƣờng liên quan đến NH
3
6
1.6 Các loại tháp hấp thụ 8

1.6.1 tháp đĩa 8
1.6.2 Tháp phun 10
1.6.3 Tháp đệm 11
1.6.4 Tháp màng 12
CHƢƠNG 2: SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ 14
CHƢƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THÁP MÂM XUYÊN LỖ 15
3.1 Số liệu thiết kế ban đầu 15
3.2 Tính toán các số liệu thiết kế 15
3.2.1 Sơ đồ cân bằng vật chất của tháp mâm xuyên lỗ 15
3.2.2 Đƣờng cân bằng 16
3.2.3 Đƣờng cân bằng vật chất 17
3.2.3.2 Nồng độ đầu ra của NH
3
17
3.2.3.3 Hiệu suất 17
3.2.4 Lập đƣờng làm việc của NH
3
17
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƢ
SVTH: TRẦN VĂN BÉ BA-NGUYỄN PHÚC THỊNH TRANG 2

3.2.5 Tính đƣờng kính tháp 19
3.2.6 Tính chiều cao tháp tính từ hai mép nối nắp và đáy 20
3.2.7 Thuyết kế lổ trên mâm 21
3.2.8 Tính toán trở lực 21
Chƣơng 4:TÍNH TOÁN CƠ KHÍ VÀ CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ 24
4.1 Tính thân thiết bị 24
4.2 Tính đáy nắp elip có gờ 26
4.3 Tính toán ống dẫn tháo liệu 27
4.3.1 Tính toán ống dẫn khí vào 27

4.3.2 Tính toán ống dẫn khí ra 27
4.3.3 Đƣờng kính ống dẫn lỏng 28
4.3.4 Vòi phun 28
4.4 Tính mặt bích 28
4.4.1 Bích nối các thân của thiết bị 28
4.4.2 Bích nối ống dẫn với thiết bị 29
4.5 Khối lƣợng tháp 29
4.6 Chân đỡ 30
4.6.1 Chọn chân đỡ có 3 chân 30
4.6.2 Chọn tai treo 31
4.7 Tính toán thiết bị phụ trợ 32
4.7.1 Tính toán quạt thổi khí 32
4.7.2 Tính toán chọn bơm 33
4.8 Tính toán ống khói 35




ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƢ
SVTH: TRẦN VĂN BÉ BA-NGUYỄN PHÚC THỊNH TRANG 3

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NGUYÊN
LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ NH
3

1.1 Tính chất
1.1.1 Amoniac là gì?
Thuật ngữ 'amôniăc' có nguồn gốc từ một liên kết hoá học có tên là 'clorua
ammoni' đƣợc tìm thấy gần đền thời thần Mộc tinh Ammon ở Ai Cập.Ngƣời đầu tiên chế
ra amôniăc nguyên chất là nhà hoá học Dzozè Prisly.Ông đã thực hiện thành công thí

nghiệm của mình vào năm 1774 và khi đó ngƣời ta gọi amôniăc là 'chất khí kiềm'.
1.1.2 Tính chất vật lí
Amôniăc là một chất không màu, mùi khai và xốc, nhẹ hơn không khí (Khối lƣợng
riêng D = 0,76g/l. Amôniăc hoá lỏng ở -34
o
C và hoá rắn ở -78
o
C. Trong số các khí,
amôniăc tan đƣợc nhiều nhất trong nƣớc. Một lít nƣớc ở 20
o
C hoà tan đƣợc 800 lít NH3.
Hiện tƣợng tan đƣợc nhiều giải thích do có tƣơng tác giữa NH
3
và H
2
O, là những chất
đều có phân tử phân cực.
1.1.3 Tính chất hóa học
Sự phân huỷ nhƣ đã biết, phản ứng tổng hợp NH
3
là thuận nghịch. Điều này có
nghĩa, amôniăc có thể phân huỷ sinh ra các đơn chất N
2
và H
2
. Amôniăc phân huỷ ở nhiệt
độ 600 – 700
o
C và áp suất thƣờng. Phản ứng phân huỷ là phản ứng thu nhiệt và cũng
thuận nghịch.

2NH
3
 3H
2
+ N
2
1.1.4 Tính bazo
Nhúng hai đũa thuỷ tinh vào hai bình đựng dung dịch HCl đặc và dung dịch NH3
đặc sau đó đƣa hai đầu đũa thủy tinh lại gần nhau thì sẽ thấy khói màu trắng. Khói màu
trắng là những hạt nhỏ của tinh thể muối amoni clorua . Chất này đƣợc tạo do hai khí HCl
và NH
3
hoá hợp với nhau theo phƣơng trình phản ứng:
NH
3
+ HCl  NH
4
Cl
1.1.5 Tác dụng với O
2

Đốt amôniăc trong oxi, nó cháy với ngọn lửa màu vàng tƣơi NH
3
bị oxi hoá bởi
oxi tạo ra N
2
và H
2
O .
4NH

3
+ 3O
2
 2N
2
+ 6H
2
O + Q
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƢ
SVTH: TRẦN VĂN BÉ BA-NGUYỄN PHÚC THỊNH TRANG 4

Trong thí nghiệm hỗn hợp NH
3
và O
2
đƣợc dẫn đi qua ống đựng chất xúc tác Pt
nung nóng. Khí NO sinh ra, đi tới bình cầu là nơi có nhiệt độ thƣờng, thì hoá hợp với
trong không khí tạo ra khí NO2 màu nâu đỏ.
NH
3
+ 5O
2
 4NO + 6H
2
O
NO
2
2NO + O
2

1.1.6 Tác dụng với khí Clor
Dẫn khí NH
3
vào bình khí Cl
2
, hỗn hợp khí tự bốc cháy tạo ra ngọn lửa có khói
trắng . Phƣơng trình phản ứng:
2NH
3
+ 3Cl
2
 6HCl + N
2

Khói trắng là những hạt nhỏ tinh thể NH
4
Cl đƣợc tạo nên do HCl sau khi sinh ra
lại hoá hợp ngay với NH
3
: NH
3
+ HCl  NH
4
Cl .
1.1.7 Tính acid
Nhƣ ta đã biết NH
3
là một bazơ tuy nhiên nó còn là một acid:
Li
3

N(s)+ 2NH
3
(l)  3Li
+
(am) + 3 NH
2
−
(am)
NH
3
nhƣ là Ligand Tetraamminecopper(II), [Cu(NH
3
)
4
]
2
+
, có màu xanh dƣơng
đậm khi thêm ammonia vào trong dung dịch muối đồng (II). Diamminesilver(I),
[Ag(NH
3
)
2
]
+
, đƣợc gọi là tác chất Tollens' reagent.
1.1.8 Điều chế
 Tổng hợp từ thiên nhiên:
Trong không khí có một lƣợng amôniăc không đáng kể sinh ra do quá trình phân
rã của động vật và thực vật.

NH3 đƣợc sản xuất từ N
2
trong không khí dƣới xúc tác của các enzim
nitrogenases.
Trong cơ thể các động vật trong quá trình trao đổi chất sinh ra NH
3
và nó ngay lập
tức chuyển thành Urê.
 Tổng hợp hoá học
NH
3
đƣợc sản xuất bằng cách chƣng cất than tạo muối amôni sau đó đem tác dụng
với vôi sống:
2 NH
4
Cl + 2 CaO  CaCl
2
+ Ca(OH)
2
+ 2 NH
3

Trong công nghiệp ngƣời ta điều chế NH
3
từ H
2
(đƣợc điều chế bằng nhiều cách
khác nhau) sau đó đem tác dụng với N
2
lấy từ không khí. Phản ứng xảy ra thuận nghịch

nên phải thêm xúc tác để cho sản phẩm và hiệu suất mong muốn
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƢ
SVTH: TRẦN VĂN BÉ BA-NGUYỄN PHÚC THỊNH TRANG 5

3H
2
+ N
2
 2 NH
3

1.2 Ứng dụng
a. Làm phân bón
NH3 đƣợc xem nhƣ là thành phần của phân bón. NH3 có thể đƣợc bón trực tiếp
lên ruộng đồng bằng cách trộn với nƣớc tƣới mà không cần thêm một quá trình hoá học
nào.
NH3 tác dụng với acid (HCl, HNO
3
…) tạo muối là thành phần chính của phân
bón hoá học. Amôni Sunphat là một loại phân bón tốt. Amôni Nitrat cũng đƣợc sử dụng
nhƣ một loại phân bón và còn nhƣ một dạng thuốc nổ.
Khi cho amôniăc tác dụng với CO
2
ở nhiệt độ 180-200
o
C, dƣới áp suất khoảng
200atm ta điều chế Urê (NH
2
)
2

CO là chất rắn màu trắng, tan tốt trong nƣớc, chứa khoảng
46%N :
CO
2
+ 2NH
3
 (NH
2
)
2
CO + H
2
O
Trong đất dƣới tác dụng của các vi sinh vật urê bị phân hủy cho thoát ra amoniac,
hoặc chuyển dần thành muối amonicacbonat khi tác dụng với nƣớc:
(NH
2
)
2
CO + 2H
2
O  (NH
4
)
2
CO
3

b. Kỹ nghệ làm lạnh
NH

3
là chất thay thế CFCs, HFCs bởi vì kém độc và ít bắt cháy. Trong phòng thí
nghiệm và phân tích NH
3
đƣợc xem nhƣ là hỗn hợp khí chuẩn cho việc kiểm soát phát
thải môi trƣờng, kiểm soát vệ sinh môi trƣờng,các phƣơng pháp phân tích dạng vết.
c. Kỹ nghệ điện tử
NH3 đƣợc sử dụng trong công nghệ sản xuất chất bán dẫn và một số vật liệu cao
cấp khác thông qua sự ngƣng tụ silicon nitride (Si
3
N
4
) bằng phƣơng pháp ngƣng tự bốc
hơi hoá học: Chemical Vapor Deposition (CVD).
d. Một số ứng dụng khác
NH
4
Cl đƣợc sử dụng trong công nghệ hàn, chế tạo thức ăn khô và trong y học…
NH
3
đƣợc sử dụng trong công nghiệp dầu khí, thuốc lá, và trong công nghệ sản xuất các
chất gây nghiện bất hợp pháp.
1.3 Độc tính
a. Độc tính của amôniăc
Trong phần này chúng tôi nói tới độc tính chung cho 3 dạng của amoniac:
 Khí amoniac (NH
3
).
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƢ
SVTH: TRẦN VĂN BÉ BA-NGUYỄN PHÚC THỊNH TRANG 6

 Khí amoniac hóa lỏng.
 Dung dich amoniac (NH
4
OH).
b. Đối với động vật thuỷ sinh
NH
3
đƣợc xem nhƣ là một trong những “kẻ giết giết hại” chính thế giới thuỷ sinh,
sự nhiễm độc NH
3
thƣờng xảy ra đối với những hồ nuôi mới hoặc những hồ nuôi cũ
nhƣng có mật độ nuôi lớn.
c. Triệu chứng
Cá thở dốc trên mặt nƣớc, mang cá bị tím hoặc đỏ bầm, Cá bị hôn mê và mất phản
xạ, Cá bị chết chìm ở đáy nƣớc, Cá bị ghẻ xƣớc ở vây hoặc cơ thể.
 Đối với ngƣời: Khi hít phải hoặc tiếp xúc trực tiếp với NH
3
. Thở khó, 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 áp nhanh chóng, Da bị kích ứng mạnh hoặc bị phỏng.Trong một số trƣờng
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 đƣờng
hô hấp rõ rệt.Trị số giới hạn cho phép làm việc với đủ phƣơng tiện phòng hộ trong một

giờ là từ 210-350 mg/m
3
.
1.4 Cấp cứu và điều trị
Trong trƣờng hợp hít phải NH3 cần đƣa nhanh nạn nhân ra khỏi môi trƣờng độc
hại, cho nằm nghỉ, thở oxi, điều trị triệu chứng; quan sát y học liên tục 24giờ trở lên để
phát hiện các biến đổi hô hấp.
Trƣờng hợp bị ô nhiễm da cần nhanh chóng rửa sạch bằng nƣớc hoặc dung dịch có
tác dụng trung hòa để bảo vệ da, điều trị triệu chứng.Trƣờng hợp bị ô nhiễm mắt phải
khẩn trƣơng rửa mắt thật kỹ.
1.5 Các vấn đề môi trƣờng liên quan đến NH
3

- Trong quá trình nuôi tôm ,cá, các quá trình xử lý nƣớc thải: nƣớc thải, khí thải và
bùn do phân hữu cơ, xác động vật, xác(vỏ) tôm sau khi tiêu hoá thức ăn thì chúng đƣợc
thải ra trong điều kiện kỵ khí dƣới sự tác dụng của vi khuẩn trong nƣớc xuất hiện H2S,
NH3, CH4 … các chất này rất độc cho ao nuôi và các động vật thuỷ sinh.
- Các trƣờng học trƣớc đây thƣờng không quan tâm đến vấn đề vệ sinh môi trƣờng
trong việc thiết kế và vận hành các nhà vệ sinh (ô nhiễm NH
3
trầm trọng) gây ảnh hƣởng
đến sức khoẻ và tâm sinh lý của học sinh.
- Các vụ rò rĩ khí NH
3
từ các nhà máy phân bón, SX nƣớc đá, đông lạnh… cũng
ảnh hƣởng lớn đến sức khoẻ công nhân và cộng đồng xung quanh
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƢ
SVTH: TRẦN VĂN BÉ BA-NGUYỄN PHÚC THỊNH TRANG 7

a. Nguồn phát thải

 Làm phân bón.
 Kỹ nghệ làm lạnh.
 Kỹ nghệ điện tử.
 NH
4
Cl đƣợc sử dụng trong công nghệ hàn.
 NH
3
đƣợc sử dụng trong công nghiệp dầu khí, thuốc lá, và trong công
nghệ sản xuất các chất gây nghiện bất hợp pháp.
b. Các cộng nghệ xử lý:
 Xử lý hoá học
Dựa vào tính chất hoá học của NH3 ta có thể xử lý NH
3
bằng các phun các dung
dịch acid loãng (HCl, H
2
SO
4
) để hấp thụ hoá học NH
3
.
2NH
3
+ H
2
SO
4
= (NH
4

)
2
SO
4

 Xử lý sinh học
Bể sinh học màng vi lọc (MBR) xử lý nitơ, ammonia trong nƣớc thải. Việc khử
chất ô nhiễm 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”.Trong đề tài “ Bƣớc đầu nghiên cứu phân lập vi khuẩn có khả năng sử dụng
NH
3
, H
2
S trong khí thải nhƣ là nguồn cơ chất để dinh dƣỡng” sử dụng chủng vi khuẩn
arthobacter cho việc xử lý NH
3
.
Xử lý NH
3
bằng hồ tuỳ tiện có thêm các chất trao đổi ion nhƣ 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 khác thì NH3 ít độc hại và xử lý tƣơng đối đơn giản. Vấn đề quan trọng là
trong kỹ thuật làm lạnh chúng ta cố gắng hạn chế tối đa sự cố môi trƣờng xảy ra, đồng
thời luôn có biện pháp đối phó để giảm thiểu thiệt hại và ảnh hƣởng môi trƣờng xung
quanh.
 Xử lý cơ học
Nhờ vào khả năng hoà tan tốt trong H

2
O, Khi sự cố môi trƣờng xảy ra (rò rĩ khí
amoniac) thì biện pháp đơn giản nhất đó là cách ly ngƣời dân và phun nƣớc pha loãng.




ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƢ
SVTH: TRẦN VĂN BÉ BA-NGUYỄN PHÚC THỊNH TRANG 8

1.6 Các loại tháp hấp thụ
1.6.1 tháp đĩa
a. Tháp đĩa có ống chảy chuyền
1. Tháp mâm chóp
Tháp đĩa thƣờng cấu tạo gồm thân hình trụ thẳng đứng, bên trong có đặt các tấm
ngăn (đĩa) cách nhau một khoảng nhất định. Trên mỗi đĩa hai pha chuyển động ngƣợc
hoặc chéo chiều:lỏng từ trên xuống (hoặc đi ngang), khí đi từ dƣới lên hoặc xuyên qua
chất lỏng chảy ngang; ở đây tiếp xúc pha xảy ra theo từng bậc là đĩa.Tùy thuộc cấu tạo
của đĩa chất lỏng trên đĩa có thể là khuấy lý tƣởng hay là dòng chảy qua. Trên đĩa có cấu
tạo đặc biệt để lỏng đi từ đĩa trên xuống đĩa dƣới theo đƣờng riêng gọi là ống chảy
chuyền, đĩa cuối cùng ống chảy chuyền ngập sâu trong khối chất lỏng đáy tháp tạo thành
van thủy lực ngăn không cho khí (hơi hay lỏng) đi theo ống lên đĩa trên.
Pha khí (hơi hay lỏng) xuyên qua các lỗ, khe chóp, khe lƣới,hay khe xupap sục
vào pha lỏng trên đĩa. Để phân phối đều chất lỏng ngƣời ta dùng tấm ngăn điều chỉnh
chiều cao mức chất lỏng trên đĩa.
+ Ƣu điểm: Hiệu suất truyền khối cao, hoạt động ổn định, làm việc với chất lỏng
bẩn, ít tiêu hao năng lƣợng.
+ Nhƣợc điểm: cấu tạo hức tạp, trở lực lớn, nặng.

ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƢ
SVTH: TRẦN VĂN BÉ BA-NGUYỄN PHÚC THỊNH TRANG 9

2. Tháp mâm lỗ
Tháp đĩa lƣới 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 dƣới lên qua các
lỗ hoặc rảnh đĩa. Đĩa có thể lấp cân bằng hoặc xuyên
một góc với độ dóc 1/45- 1/50.


+ Ƣu điểm: chế tạo đơn giản, vệ sing dễ dàng, trở lực ít hơn tháp chớp, ít tốn kim
loại hơn tháp chớp.
+ Nƣợc điểm: yêu cấu lấp đặt cao, mâm lấp phải rất phẳn.
b. Tháp đĩa không có ống chảy chuyền
Trong trƣờng hợp này khí và lỏng cùng chảy
qua một lỗ trên đĩa, vì vậy không có hiện
tƣợng giảm chiều cao chất lỏng trên đĩa nhƣ
trong các loại tháp có ống chảy chuyền, và
tất cả bề mặt đĩa dều làm việc, nên hiệu quả
của đĩa cao hơn. Vì vậy trong những năm
gần đây loại tháp này đƣợc sử dụng rộng rải.
Tháp đĩa không có ống chảy chuyền cũng có
nhiều loại nhƣng chủ yếu có hai loại: đĩa lỗ
và đĩa rảnh. Đĩa lỗ đƣợc cấu tạo bởi các tấm
ngăn và tấm phẳng, trên có nhiều lỗ tròn
đƣợc bố trí đều. Lỗ có đƣờng kính 2-8mm
phụ thuộc vào chất lỏng. Tháp đĩa rãnh là đĩa
gồm nhiều thanh hoặc là nhiều ống ghép lại
với nhau tạo thành các khe hở 3-4mm . ngoài ra đĩa còn có cấu tạo hình sống, trên có lỗ.

Các sống gần nhau hợp thành góc 90
0
. Hơi đi từ dƣới lên qua lỗ ở phần sống lồi, còn lỏng
đi từ trên xuống qua phần sống lõm.

ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƢ
SVTH: TRẦN VĂN BÉ BA-NGUYỄN PHÚC THỊNH TRANG 10

1.6.2 Tháp phun
Loại này gồm thân và 1 ống vòi phun
2. Những hạt chất lỏng sẻ đƣợc phun ra và
tiếp xúc với dòng khí đi từ dƣới lên và quá
trình hấp thụ xảy ra. Loại thiết bị này không
phù hợp với các loại khí khó hoà tan.
Ngoài ra còn có những loại hấp thu cơ
học. Chất lỏng bắn ra trong các phễu, ở đó khí
sẻ đƣơc tiếp xúc với chất lỏng và có quá trình
hấp thụ. Khí chuyển động qua thiết bị theo đƣờng ngoằn ngoèo giữa các bậc. Chất lỏng
chảy từ trên xuống và lấy ra ở đáy. Bộ phận bắn tung chất lỏng đƣợc gắn vào một trục
quay, có tác dụng trì hoãn sự chảy của chất lỏng trong phễu, tạo khả năng tiếp xúc tốt với
pha khí.

+ Ƣu điểm: Tháp hấp thụ rỗng đƣợc thiết kế để dòng khí chuyển động theo tuyến
đặc biệt và vòi phun đặt dọc theo chiều cao tháp có thể đạt hiệu quả hấp thụ rất cao.
+ Khuyết điểm: yêu cấu lấp đặt cao, mâm lấp phải rất phẳn.



ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƢ
SVTH: TRẦN VĂN BÉ BA-NGUYỄN PHÚC THỊNH TRANG 11

1.6.3 Tháp đệm
Cấu tạo gồm: thân tháp rỗng bên trong đổ đầy đệm làm từ vật liệu khác nhau (gỗ,
nhựa, kim loại, gốm, ) với những hình dạng khác nhau (trụ, cầu, tấm, yên ngựa, lò xo, );
lƣới đỡ đệm, ống dẫn khí và lỏng vào ra. Để phân phối đều lỏng lên khối đệm chứa trong
tháp, ngƣời ta dùng bộ phận phân phối dạng: lƣới phân phối (lỏng đi trong ống – khí
ngoài ống; lỏng và khí đi 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 đƣợc đặc trƣng bằng: đƣờng kính d, chiều cao h, bề dày δ. Đối
với đệm trụ, h = d chứa đƣợc nhiều phần tử nhất trong 1 đơn vị thể tích.
- Khối đệm đƣợc đặc trƣng bằng các kích thƣớc: bề mặt riêng a (m2/m3); thể tích tự do ε
(m3/m3); đƣờng kính tƣơng đƣơng d(tđ) = 4r(thủy lực) = 4.S/n = 4 ε/a; tiết diện tự do S
(m2/m3).
Khi chọn đệm cần lƣu ý: thấm ƣớt tốt chất lỏng; trở lực nhỏ, thể tích tự do và và
tiết diện ngang lớn; có thể làm việc với tải trọng lớn của lỏng và khí khi ε và S lớn; khối
lƣợng riêng nhỏ; phân phối đều lỏng; có tính chịu ăn mòn cao, rẻ tiền, dễ kiếm Để làm
việc với chất lỏng bẩn nên chọn đệm cầu có khối lƣợng riêng nhỏ.
Ƣu – nhƣợc điểm - ứng dụng
+Ƣu: cấu tạo đơn giản; trở lực theo pha khí (hoạt động ở chế độ màng/quá độ)
nhỏ.
+Nhƣợc: hoạt động kém ổn định, hiệu suất thấp; dễ bị sặc; khó tách nhiệt, khó
thấm ƣớt.
+Ứng dụng:
- Dùng trong các trƣờng hợp năng suất thấp: tháp hấp thụ khí, tháp chƣng cất,
- Dùng trong các hệ thống trở lực nhỏ (nhƣ hệ thống hút chân không, ).


ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƢ
SVTH: TRẦN VĂN BÉ BA-NGUYỄN PHÚC THỊNH TRANG 12

1.6.4 Tháp màng
Bề mặt tiếp xúc pha là bề mặt chất lỏng chảy thành màng theo bề mặt vật rắn
thƣờng là thẳng đứng. Bề mặt vật rắn có thể là ống, tấm song song hoặc đệm tấm.
a. Tháp màng dạng ống:
Có cấu tạo tƣơng tự thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống
chùm, gồm có ống tạo màng đƣợc giữ bằng hai vĩ ống ở hai
đầu, khoảng không giữa ống và vỏ thiết bị để tách khi cần
thiết. Chất lỏng chảy thành màng theo thành ống từ trên
xuống, chất khí (hơi) đi theo khoảng không gian trong màng
chất lỏng từ dƣới lên.



ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƢ
SVTH: TRẦN VĂN BÉ BA-NGUYỄN PHÚC THỊNH TRANG 13

b. Tháp màng dạng tấm phẳng:
Các tấm đệm đặt ở dạng thẳng đứng đƣợc làm từ những vật liệu khác nhau (kim
loại, nhựa, vải căng treo trên khung ) đặt trong thân hình trụ. Để đảm bảo thấm ƣớt đều
chất lỏng từ cả 2 phía tấm đệm ta dùng dụng cụ phân phối đặc biệt có cấu tạo răng cƣa.
c. Tháp màng dạng ống khi lỏng và khí đi cùng chiều:
Cũng có cấu tạo từ các ống cố định trên 2 vỉ, khí đi qua thân gồm các ống phân
phối tƣơng ứng đặt đồng trục với ống tạo màng. Chất lỏng đi vào ống tạo màng qua khe
giữa 2 ống. Khi tốc độ khí lớn sẽ kéo theo chất lỏng từ dƣới lên chuyển động dƣới dạng
màng theo thành ống tạo màng. Khi cần tách nhiệt có thể cho tác nhân lạnh đi vào
khoảng không gian giữa vỏ và ống. Để nâng cao hiệu suất ngƣời ta dùng thiết bị nhiều
bậc giống nhau.
-Thủy động lực trong thiết bị dạng màng:
+ Khi Re < 300 – chảy màng , bề mặt pha nhẵn trơn

+ Khi 300 < Re < 1600 – chảy màng bắt đầu có gợn sóng
+ Khi Re > 1600 – chảy rối
Khi có dòng khí chuyển động ngƣợc chiều sẽ ảnh hƣởng lớn đến chế độ chảy
của màng. Khi đó, do lực ma sát giữa khí và lỏng sẽ có cản trở mạnh của dòng khí làm bề
dày màng tăng lên, trở lực dòng khí tăng. Tiếp tục tăng vận tốc dòng khí sẽ dẫn đến cân
bằng giữa trọng lực của màng lỏng và lực ma sát và dẫn đến chế độ sặc (nhiều khi pha
khí chỉ 3-6m/s đã xảy ra sặc). Khi tốc độ vƣợt qua tốc độ sặc sẽ làm kéo chất
lỏng theo pha khí ra ngoài.
- Ưu và nhược điểm của tháp màng:
+ Ƣu:
- trở lực theo pha khí nhỏ.
- có thể biết đƣợc bề mặt tiếp xúc pha (trong trƣờng hợp chất lỏng chảy thành màng).
- có thể thực hiện trao đổi nhiệt.
+ Nhƣợc:
- năng suất theo pha lỏng nhỏ.
- cấu tạo phức tạp, khi vận hành dễ bị sặc.
+ Ứng dụng:
- trong phòng thí nghiệm
- trong trƣờng hợp có năng suất thấp
- trong những hệ thống cần trở lực thấp (hệ thống hút chân không, )
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƢ
SVTH: TRẦN VĂN BÉ BA-NGUYỄN PHÚC THỊNH TRANG 14

CHƢƠNG 2: SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ

Thiết minh quy trình công nghệ:
Khí xử lý khí NH
3
đƣợc lấy từ các nhà máy sản xuất phân bón , sản xuất phân Ure,
sẽ đƣợc thu lại rồi sau đó dùng quạt thổi khí vào tháp hấp thụ (tháp mâm xuyên lỗ). Dung

dịch dùng hấp thụ là nƣớc. Tháp hấp thụ làm việc nghịch chiều: nƣớc đƣợc bơm lên bồn
cao vị mục đích là để ổn định lƣu lƣợng, từ đó cho vào tháp từ trên đi xuống, hỗn hợp khí
đƣợc thổi từ dƣới 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 đƣợc cho đi qua ống khói để phát tán khí ra ngoài không gây ảnh hƣởng đến công
nhân.
Dung dịch sau hấp thụ ở đáy tháp đƣợc cho ra bồn chứa. Tại đây, dung dịch lỏng
này sẽ đƣợc xử lỳ để sao cho nồng độ của nƣớc thải đạt đƣợc nồng độ cho phép để có thể
thải ra môi trƣờng.



ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƢ
SVTH: TRẦN VĂN BÉ BA-NGUYỄN PHÚC THỊNH TRANG 15

CHƢƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THÁP MÂM
XUYÊN LỖ
3.1 Số liệu thiết kế ban đầu
- Năng suất lò hơi 5000 m
3
/h.
- Nhiệt độ đầu vào của tháp 30
o
C.
- Nhiệt độ ra 30
o
C.
- Áp suất khí thải: p = 1atm = 760mmHg.
3.2 Tính toán các số liệu thiết kế
3.2.1 Sơ đồ cân bằng vật chất của tháp mâm xuyên lỗ

DÒNG KHÍ RA DÒNG LỎNG VÀO
G, G
tr
, y
r
L, L
tr
, x
v
, X
v









DÒNG KHÍ VÀO DÒNG LỎNG RA
G, G
tr
, y
v
L, L
tr
, x
r
, X

r
Ý nghĩa các kí hiệu tính toán:
X
v
- Tỷ số mol khí trong dòng lỏng vào tháp hấp thụ ( kmolNH
3
/kmolH
2
O ).
X
r
- Tỷ số mol khí trong dòng lỏng ra tháp hấp thụ ( kmolNH
3
/kmolH
2
O ).
Y
v
- Tỷ số mol khí trong hỗn hợp khí thải vào tháp hấp thụ (kmolNH
3
/kmolkk ).
Y
r
- Tỷ số mol khí trong hỗn hợp khí thải ra tháp hấp thụ (kmolNH
3
/kmolkk ).
x
v
- Phần mol khí trong pha lỏng đi vào tháp hấp thụ (kmolNH
3

/kmolhh ).
x
r
- Phần mol khí trong pha lỏng ra khỏi tháp hấp thụ (kmolNH
3
/kmolhh ).
y
v
- Phần mol khí trong dòng khí khi đi vào tháp hấp thụ (kmolNH
3
/kmolhh ).
y
r
- Phần mol khí trong dòng khí khi đi ra tháp hấp thụ (kmolNH
3
/kmolhh ).
G - Suất lƣợng hỗn hợp khí ( kmolhh/h ).
G
tr
-Suất lƣợng khí trơ (kmoltrơ/h ).

THÁP HẤP THU
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƢ
SVTH: TRẦN VĂN BÉ BA-NGUYỄN PHÚC THỊNH TRANG 16

L - Suất lƣợng nƣớc (kmolH
2
O/h ) .
L
tr

- Suất lƣợng cấu tử lỏng trơ (kmoltrơ/h ).
3.2.2 Đƣờng cân bằng
( tra sổ tay qttb tập 2)
Y* =
Với m =
Trong đó:
H là hằng số Henry phụ thuộc vào nhiệt độ của chất khí, mmHg
P áp suất của khí đang xét, mmHg
Ở nhiệt độ t = 30
o
C
H×10
-6
= 0.00241 mmHg
P = 760 mmHg
 m = 0.00241×10
-6
÷ 760 = 3.17
 Đƣờng cân bằng của NH
3
ở 30
o
C có dạng Y
*
=
X
0
0.0002
0.0006
0.001

0.0014
Y
*

0
0.000634
0.0019
0.003163
0.004425



 Phƣơng trình đƣờng làm việc tƣơng đƣơng có dạng: Y
*
= 3.16×X+10
-6


ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƢ
SVTH: TRẦN VĂN BÉ BA-NGUYỄN PHÚC THỊNH TRANG 17

3.2.3 Đƣờng cân bằng vật chất
3.2.3.1 Tính cho 1m
3

C
kk
=
G
k

= C
kk
29 = 40.25 29 = 1167,25 g/m
3



 Mồng độ phần mol của NH
3

y
V
=
3.2.3.2 Nồng độ đầu ra của NH
3


y
r
=
3.2.3.3 Hiệu suất
Tỉ số phần mol của dóng khí đi vào, ra tháp hấp thụ
Y
v

Y
r


Hiệu suất tháp hấp thu

µ =
3.2.3.4 Ta có
G
trơ
= G
v
(1-y
v
)
Trong đó G
v
=
 G
trơ
= 201.24 × ( 1 – 0.0171) = 197.8
G
r
= G
trơ
× ( = 197.8×( ) = 197.9
3.2.4 Lập đƣờng làm việc của NH
3

L
min
= G
trơ
( )
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƢ
SVTH: TRẦN VĂN BÉ BA-NGUYỄN PHÚC THỊNH TRANG 18

Trong đó cho X
v
là tỉ số mol khí NH
3
trong dòng lỏng vào tháp hấp thu
( , X
v
= 0
X
max
= = = 5.5 (
 L
min
= 610
Lƣợng dung môi thực tế lấy từ 1.2 lƣợng dung môi tối thiểu:
L = 1.2×L
min
= 1.2×610 = 732
 X
r
= = = 2.31
Phƣơng trình đƣờng làm việc của NH3 sẻ đi qua hai điểm:
( X
v
; Y
r
) = (0; )
( X
r

; Y
v
) = (2.31 ; 0.0174)
Phƣơng trình đƣờng cân bằng pha có dạng:
Y
*
= 3.16×X+10
-6

Vẽ đƣờng làm việc và đƣờng cân bằng trên cùng một đồ thị


Từ đồ thị trên ta chọn số mâm lý thuyết là 1
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƢ
SVTH: TRẦN VĂN BÉ BA-NGUYỄN PHÚC THỊNH TRANG 19

Số mâm thực tế N
tt
= =
Theo đồ thị số mâm lý thuyết N
lt
= 11
Từ đồ thị 5.24a (stt2) mối liên hệ giữa hiêu suất mâm murphree và hiệu suất tổng
quát.
m = 3.17
= 0.801 × 10
-3

= = 1000
= = 18 g/mol

 = 0.06  = 0.7
N
tt
= = 15.7
Chọn 16 mâm.
3.2.5 Tính đƣờng kính tháp
D =
lƣu lƣợng trung bình của pha khí ( )
= = = 199.57
= 199,57×22.4× = 4961.6 = 1.37
Tính vận tốc khí.
ω
yt
= đƣơc xác định theo phuong trình y = 10× e
-4x

với y =
x =
trong đó:
µ
x
, µ
y
(N.s/m
2
) độ nhớt của lỏng nƣớc ở 20
o
C.
ρ
x

, ρ
y
(kg/m
3
) khối lƣợng riêng của pha lỏng khí.
G
x
, G
y
(kg/h) lƣu lƣợng pha lỏng, khí.
g = 9.81 (m/s
2
) gia tốc trọng trƣờng.
d
td
= 6 (mm) đƣờng kính tƣơng đƣơng của lỗ.
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƢ
SVTH: TRẦN VĂN BÉ BA-NGUYỄN PHÚC THỊNH TRANG 20

F
td
= = (m
2
/m
3
)
Ta có F
td
từ 10%  30%, chọn F
td

=20%=0.2
ρ
x
= ρ
nƣớc
= 1000 kg/m
3

(tra sổ tay tập 1 trang 187)
µ
x
(30
0
C)= 0.801×10
-3
(N.s/m
2
)
µ
n
(20
0
C) = 1.005×10
-3
(N.s/m
2
)
ρ
y
=

 ρ
y
= 1.14(kg/m
3
)
G
x
= L×18 = 749×18 = 13482(kg/h)
G
y
= 201.24×29 = 5835.96 (kg/h)
 x =
x= 0.528
 y = 10× e
-4x

y= 1.2
y = = 0.0432
 = = 27.74
= 5.26 (m/s)
Vận tốc làm việc = (0.8÷0.9)
= 5.26×0.8 = 4.2 (m/s)
 D = = = 0.64 (m)

Chọn D = 1(m) theo tieu chuẩn
 ω
k
= = 1.74(m/s)
3.2.6 Tính chiều cao tháp tính từ hai mép nối nắp và đáy
Đƣợc 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
= 16 số đĩa thực tế
- s
đĩa
chiều dày của đĩa tháp, m
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƢ
SVTH: TRẦN VĂN BÉ BA-NGUYỄN PHÚC THỊNH TRANG 21

s từ 0.1÷0.3 lần đƣờng kính lỗ mâm.
- Chọn s
đĩa
= 0.3×0.006 = 0.0018 (m)
- Chọn s
đĩa
= 3 (mm)
- H
cp
(0.8 ÷ 1), m khoảng cách cho phép ở đỉnh và đáy thiết bị với H
cp
gồm :

 h
1
khoảng cách cho phép ở mép dƣới nối nắp đến thiết bị phân phối lỏng (
chọn h
1
= 0.25 m )
 h
2
khoảng cách từ thiết bị phân phối lỏng đến mâm thứ I (chọn h
2
= 0.3 m)
 h
3
khoảng cách từ mâm cuối cùng tới mép trên nối đáy tháp ( chọn
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)
= 16×(0.3 +0.003) +1 = 5.9 (m)
Chọn H = 6 (m)
3.2.7 Thuyết kế lổ trên mâm
d
tđ
= 6 mm.
Tổng diện tích tự do của lỗ bằng 20% tiết diện lỗ  tổng diện tích lổ.
ΣF
lỗ
= 0.2×( ) = 0.2×( ) = 0.157 m
2

= 157000 mm
2

Diện tích của một lỗ trên đĩa
lỗ
= = =30 mm
2

Tổng số lỗ trên đĩa n = = = 5233 (lỗ)
Cách phân bố lỗ theo hình tam giác đều tâm lỗ, khoảng cách giữa hai tâm lỗ là
15mm.
3.2.8 Tính toán trở lực
Trở lực trong tháp đĩa lỗ không có ống chảy chuyền đƣợc tính theo công thức.
ΔP
đ
= ΔP

k
+ ΔP
t

Ta có:
ΔP
k
: trở lực đĩa khô (N/m2)
ΔP
k
= ξ công thức (IX.144 stt2/trang 195)
Trong đó
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƢ
SVTH: TRẦN VĂN BÉ BA-NGUYỄN PHÚC THỊNH TRANG 22

- ω
o
(m/s) tốc độ khí qua lỗ
- ρ
y
(kg/m
3
) khối lƣợng riêng của khí
- ξ hệ số trở lực ( đối với đĩa lỗ ξ = 2.1, đối với đĩa lƣới ξ = 1.4 ÷ 1.5, đối
với đĩa lƣới ống làm bằng các đoạn lƣới ống trên đĩa ξ = 0.9 ÷ 1).
Chọn ξ = 2.1
Vận tốc khí qua lỗ đƣợc tính
ω
o
= = = 9 (m/s)

 ΔP
k
= ξ
= 2.1× = 96.96(N/m2)
ΔP
t
trở lực thuỷ tĩnh của lớp chất lỏng trên đĩa.
ΔP
t
= ρ
b
×g×h
b

Trong đó:
-h
b
chiều cao lớp bọt tren đĩa:
h
b
= 4×d
tđ
×( )
0.2

 h
b
= 4×0.006( )
0.2
= 0.1 (m)

-ρ
b
khối lƣợng riêng của lớp bọt trên đĩa (kg/m
3
)
ρ
b
×
Trong đó :
G
x
= 13482(kg/h).
G
y
= 5835.96 (kg/h).
ρ
x
= 1000 (kg/m3).
ρ
y
= 0.724 (kg/m3).
µ
x
= 0.801×10
-3
.
)
2/3

Tra bảng I.113 stt2/trang 115).

C= 503
= 93×10
-7

T = 303
0
K
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƢ
SVTH: TRẦN VĂN BÉ BA-NGUYỄN PHÚC THỊNH TRANG 23

 )
2/3
=
µ
khí
= = = 171×10
-7

 µ
y
= = = 1.7×10
-5

 ρ
b
×
ρ
b
= 191.48 kg/m
3

 ΔP
t
= 191.48×9.81×0.1= 187.86
ΔP
đ
= ΔP
k
+ ΔP
t

= 96.96+187.86 = 284.82
Trở lực của toàn tháp ΔP
tháp
= N
tt
× ΔP
đ
= 16×284.82 = 4557.1

ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƢ
SVTH: TRẦN VĂN BÉ BA-NGUYỄN PHÚC THỊNH TRANG 24







Chƣơng 4:TÍNH TOÁN CƠ KHÍ VÀ CÁC THIẾT BỊ
PHỤ TRỢ

Chọn vật liệu chế tạo thân, đáy, nắp của tháp là thép CT3 với
ζ
k
= 380×10
6
.
ζ
c
= 240×10
6

.
(theo bảng XII.4 stt2/trang 309).
4.1 Tính thân thiết bị
Áp suất làm việc của tháp:
P = ΔP
tháp
+ P
1
+ P
khí

Trong đó ΔP
tháp
= 0,0456×10
5

P
1
= ρ×g×H
Trong đó H= 6,54m chiều cao toàn bộ của tháp
P
1
= 1000×9.81×6.54= 0.64×10
5

P
khí
= 0.981×10
5

 P= 0,0456×10
5
+0.64×10
5
+ 0.981×10
5
= 0.16 ×10
6

Chọn thân thiết bị là thân hình trụ hàn:
Khi chế tạo loại này cần chú ý:
- Đảm bảo đƣờng hàn càng rắn càng tốt, Chỉ hàn giáp nối.
- Bố trí các đƣờng hàn dọc ở các đoạn thân trụ riêng biệt lân cận cách nhau ít
nhất 100mm
- Bố trí các mối hàn ở các vị trí dễ quang sát.
- Không khoang lỗ qua mối hàn.
- Chiều dày thân hình trụ đƣợc xác định theo công thức: