THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU CO2 VỚI NĂNG SUẤT 5000 m3h (Autocad + thuyết minh chi tiết)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ
GIÁO
DỤC VÀ
TẠOTP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC
SƯ PHẠM
KỸĐÀO
THUẬT
TRƯỜNG
ĐẠICƠNG
HỌC SƯ
PHẠM
KỸHỌC
THUẬT
TP. HỒPHẨM
CHÍ MINH
KHOA
NGHỆ
HĨA
VÀ THỰC
KHOA CƠNG
NGHỆ
HĨANGHỆ
HỌC VÀ
THỰC
BỘ MƠN
CƠNG
HĨA
HỌCPHẨM
BỘ MƠN CƠNG

NGHỆ HĨA HỌC
---------------------------------------

ĐỒ ÁN MƠN HỌC Q TRÌNH THIẾT BỊ
ĐỒ ÁN MƠN HỌC Q TRÌNH THIẾT BỊ

TÊN ĐỀ
ĐỀ TÀI
TÀI:
TÊN
THIẾT
THÁP
ĐỆM
HẤP
THU
THIẾT
KẾKẾ
THÁP
ĐỆM
HÂP
THU
CO
CO
2 BẰNG NaOH
BẰNG
NaOH
SVTH: 1. Nguyễn Thị Kiều My
MSSV: 18128037
Thị
Kiều

My
18128037
SVTH: 1. Nguyễn
MSSV:
2. Nguyễn Thị Thanh Ngân MSSV:
18128040
2.
Nguyễn
Thị
Thanh
Ngân
18128040
MSSV:
GVHD: TS.Võ Thị Thu Như
GVHD: TS.Võ Thị Thu Như

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2021
Tp. Hồ Chí Minh, tháng …. năm 2020

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM

2


KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM
BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC
---oOo---

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MƠN HỌC MÁY VÀ THIẾT BỊ
Giáo viên hướng dẫn: TS. Võ Thị Thu Như

Họ và tên sinh viên thực hiện:
1. Nguyễn Thị Kiều My
2. Nguyễn Thị Thanh Ngân
1.

MSSV
18128037
18128040

Tên đồ án: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU CO2 VỚI NĂNG SUẤT
5000 m3/h

2.

Nhiệm vụ của đồ án:
Hiểu về quy trình hấp thu và nguyên lý làm việc của tháp đệm xử lý khí thải
Tính tốn các thông số cơ bản về cấu tạo tháp, các thông số hoạt động và thiết kế tháp
(bản thuyết minh và bản vẽ).

3.

Các số liệu ban đầu:
Năng suất: 5000 m3/h
Dung dịch hấp thu: NaOH
Nhiệt độ khí vào tháp: 30 C
̊
Nhiệt độ dung dịch NaOH: 30 ̊C

4.

5.

Yêu cầu về phần thuyết minh và tính tốn:
Mở đầu trình bày lý do chọn đề tài, mục đích, đối tượng và phạm vi thiết kế đồ án.
Trình bày tổng quan về khí CO2, các loại thiết bị hấp thu.
Giải thích quy trình cơng nghệ hấp thu khí CO2
Tính tốn các thơng số kỹ thuật của tháp đệm hấp thu khí và lựa chọn một số thiết bị
phụ cho quy trình sản xuất.
Yêu cầu về trình bày bản vẽ (dạng file)
Bản vẽ quy trình công nghệ: 01 bản in khổ A1 (gấp lại, kẹp trong quyển thuyết minh
đồ án) và 01 bản in khổ A3 đóng chung quyển thuyết minh.
Bản vẽ thiết bị chính: 01 bản in khổ A1 (gấp lại, kẹp trong quyển thuyết minh đồ án)
và 01 bản in khổ A3 đóng chung quyển thuyết minh.


Bản vẽ khổ A1 phải được gấp lại và kẹp trong quyển thuyết minh để nộp cho Bộ môn
đúng thời hạn Sinh viên được giao trong nhiệm vụ.
6.
7.
8.
9.

Yêu cầu khác: Thực hiện và thông qua đồ án đúng tiến độ
Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 04/03/2021
Ngày hoàn thành đồ án: 14/08/2021
Ý kiến của GV hướng dẫn
TRƯỞNG BỘ MƠN

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 14 tháng 08 năm 2021
Giảng viên hướng dẫn

Huỳnh Nguyễn Anh Tuấn

Võ Thị Thu Như

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC – THỰC PHẨM
BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦA


---------------------------------

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

MÔN HỌC: ĐỒ THIẾT KẾ MÁY THIẾT BỊ - HỌC KỲ 2 – NĂM HỌC 2020 – 2021
MÃ MÔN HỌC: PWPD322703

1. GVHD: Võ Thị Thu Như..........................................................................................
2. Sinh viên: Nguyễn Thị Kiều My........................ 3. MSSV: 18128037......................
4. Tên đề tài:Thiết kế tháp đệm hấp thu CO2 bằng NaOH.............................................
.......................................................................................................................................
5. Kết quả đánh giá:

1

Xác định được đối tượng và yêu cầu thiết kế

Thang

điểm
0 – 1,0

2

Lập qui trình cơng nghệ và tính toán được các chi tiết thiết bị

0 – 2,5

3

Đánh giá được sự phù hợp, điểm mạnh, yếu của thiết kế

0 – 0,75

4

Lập được kế hoạch triển khai thực hiện thiết kế

0 – 0,75

5

Lập được bản vẽ với phần mềm chuyên dụng

0 – 2,5

6

Hoàn thành thuyết minh thiết kế đầy đủ, chính xác và logic

0 – 1,0

7

Hồn thành trách nhiệm cá nhân trong nhóm

0 – 0,75

8

Thực hiện đúng kế hoạch cơng việc được GV giao

0 – 0,75

STT

Nội dung

TỔNG ĐIỂM (Bằng chữ:……………………………………….)

Điểm số

10

Ghi chú: GV HƯỚNG DẪN cho điểm lẻ tới 0,25 điểm

6. Các nhận xét khác (nếu có)
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................

.........................................................................................................................................
7. Kết luận
Được phép bảo vệ : 

Không được phép bảo vệ : 
Ngày …… tháng 8 năm 2021
Người nhận xét

(Ký & ghi rõ họ tên)

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC – THỰC PHẨM
BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC
---------------------------------

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦA
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

MƠN HỌC: ĐỒ THIẾT KẾ MÁY THIẾT BỊ - HỌC KỲ 2 – NĂM HỌC 2020 – 2021
MÃ MÔN HỌC: PWPD322703

1. GVHD: Võ Thị Thu Như..........................................................................................


2. Sinh viên: Nguyễn Thị Thanh Ngân................... 3. MSSV: 18128040......................
4. Tên đề tài:Thiết kế tháp đệm hấp thu CO2 bằng NaOH.............................................
.......................................................................................................................................
5. Kết quả đánh giá:

1

Xác định được đối tượng và u cầu thiết kế

Thang
điểm
0 – 1,0

2

Lập qui trình cơng nghệ và tính tốn được các chi tiết thiết bị

0 – 2,5

3

Đánh giá được sự phù hợp, điểm mạnh, yếu của thiết kế

0 – 0,75

4

Lập được kế hoạch triển khai thực hiện thiết kế

0 – 0,75

5

Lập được bản vẽ với phần mềm chuyên dụng

0 – 2,5

6

Hoàn thành thuyết minh thiết kế đầy đủ, chính xác và logic

0 – 1,0

7

Hồn thành trách nhiệm cá nhân trong nhóm

0 – 0,75

8

Thực hiện đúng kế hoạch công việc được GV giao

0 – 0,75

STT

Nội dung

TỔNG ĐIỂM (Bằng chữ:……………………………………….)

Điểm số

10

Ghi chú: GV HƯỚNG DẪN cho điểm lẻ tới 0,25 điểm

6. Các nhận xét khác (nếu có)
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
7. Kết luận
Được phép bảo vệ : 

Không được phép bảo vệ : 
Ngày …… tháng 8 năm 2021
Người nhận xét

(Ký & ghi rõ họ tên)

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC – THỰC PHẨM
BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC
---------------------------------

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦA
GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

MÔN HỌC: ĐỒ THIẾT KẾ MÁY THIẾT BỊ - HỌC KỲ 2 – NĂM HỌC 2020 – 2021
MÃ MÔN HỌC: PWPD322703

1. GVPB: .....................................................................................................................
2. Sinh viên:Nguyễn Thị Kiều My ........................ 3. MSSV: 18128037......................
4. Tên đề tài:Thiết kế tháp đệm hấp thu CO2 bằng NaOH.............................................
.......................................................................................................................................
5. Kết quả đánh giá:

STT

Thang
điểm

Nội dung

1

Lập qui trình cơng nghệ và tính tốn được các chi tiết thiết bị

0 – 2,5

2

Lập được bản vẽ với phần mềm chuyên dụng

0 – 2,5

3

Hoàn thành thuyết minh thiết kế đầy đủ, chính xác và logic

0 – 1,0

4

Trình bày được những nội dung cốt lõi của đồ án

0 – 1,0

5

Trả lời được các câu hỏi phản biện

0 – 3,0

TỔNG ĐIỂM (Bằng chữ:
……………………………………….)

Điểm
số

10

Ghi chú: GV PHẢN BIỆN cho điểm lẻ tới 0,25 điểm

6. Các nhận xét khác (nếu có)
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
Ngày …… tháng 08 năm 2021
Người phản biện
(Ký & ghi rõ họ tên)

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC – THỰC PHẨM
BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC
---------------------------------

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦA
GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

MƠN HỌC: ĐỒ THIẾT KẾ MÁY THIẾT BỊ - HỌC KỲ 2 – NĂM HỌC 2020 – 2021
MÃ MÔN HỌC: PWPD322703

1. GVPB: .....................................................................................................................
2. Sinh viên:Nguyễn Thị Thanh Ngân ................... 3. MSSV: 18128040......................
4. Tên đề tài:Thiết kế tháp đệm hấp thu CO2 bằng NaOH.............................................
.......................................................................................................................................
5. Kết quả đánh giá:
STT

Nội dung

Thang
điểm

1

Lập qui trình cơng nghệ và tính tốn được các chi tiết thiết bị

0 – 2,5

2

Lập được bản vẽ với phần mềm chuyên dụng

0 – 2,5

Điểm
số


3

Hồn thành thuyết minh thiết kế đầy đủ, chính xác và logic

0 – 1,0

4

Trình bày được những nội dung cốt lõi của đồ án

0 – 1,0

5

Trả lời được các câu hỏi phản biện

0 – 3,0

TỔNG ĐIỂM (Bằng chữ:
……………………………………….)

10

Ghi chú: GV PHẢN BIỆN cho điểm lẻ tới 0,25 điểm

6. Các nhận xét khác (nếu có)
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
Ngày …… tháng 08 năm 2021
Người phản biện
(Ký & ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên chúng em xin chân thành cảm ơn cô Võ Thị Thu Như đã tận tình chỉ dẫn,
cung cấp tài liệu cho chúng em và tạo mọi điều kiện thuận lợi để chúng em hồn thành
đồ án mơn học q trình thiết bị. Nhờ cô chúng em đã học thêm được nhiều kĩ năng,
học được nhiều kiến thức mới hơn về máy thiết bị.
Đồng thời, chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các quý thầy cô trong bộ mơn
Cơng nghệ Hóa học, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh thời
gian qua đã tận tình dạy dỗ, truyền đạt và trang bị kiến thức cho chúng em để hoàn
thành đồ án này.
Do thời gian nghiên cứu có hạn và lần đầu tiên tiếp xúc với đồ án nên chúng em chưa
có nhiều kinh nghiệm tính tốn và kiến thức chun sâu về máy, thiết bị, nên khơng
tránh khỏi những sai sót trong tính tốn. Vì vậy,chúng em rất mong nhận được nhiều
đóng góp ý kiến cũng như bổ sung của thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện
hơn.

Một lần nữa chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến quý thầy cô, chúc quý thầy
cô trong khoa và các bạn nhiều sức khỏe!


MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH


DANH MỤC BẢNG


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
CT:Cơng thức
tb:trung bình
ol:ống lỏng
ok:ống khí


MỞ ĐẦU
1 . Lý do chọn đề tài
Với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, các ngành sản xuất công nghiệp hiện nay phát
triển mạnh mẽ. Song với sự cơng nghiệp hóa hiện đại hóa của nhân loại thì việc ơ
nhiễm mơi trường do các khí độc thải từ các nhà máy xí nghiệp gây ra đang là vấn đề
nan giải của các nhà khoa học. Các chất khí thải độc hại ấy ngoài việc gây ra hiệu ứng
nhà kính, chúng cịn tác động rất xấu với con người, thực vật, sinh vật...
Vì vậy, việc ơ nhiễm khơng khí từ các ngành sản xuất công nghiệp của thế giới nói
chung và ở nước ta nói riêng đang là vấn đề rất được quan tâm bởi mức độ nguy hại
của nó đã lên đến mức báo động.
Trong đó, CO2 chiếm một phần trong lượng khí thải trong sản xuất cơng nghiệp. Có rất

nhiều phương pháp để xử lý khí CO2 trong cơng nghiệp sản xuất, mỗi phương pháp sẽ
có những ưu điểm và nhược điểm khác nhau.
Đồ án “Thiết kế tháp hấp thu CO 2 bằng dung môi NaOH năng suất 5000 m 3/h” nhằm
tìm hiểu quá trình xử lý khí một cách hiệu quả và kinh tế, để có thể đưa vào hệ thống
xử lý khí thải CO2 trong các ngành công nghiệp hiện nay.
Nội dung khảo sát: Thiết kế tháp đệm xử lý CO 2 bằng dung môi NaOH với năng suất
5000 m3/h, nồng độ CO2 chiếm 1% lưu lượng khí đầu vào.
2 . Mục đích
Hình thành nền tảng kiến thức về máy thiết bị ,hiểu hơn vai trò của kĩ sư trong nhà
máy,nâng cao các kiến thức về cơng nghệ kỹ thuật hóa học. Đồng thời, nghiên cứu về
các phương pháp xử lý khí thải nhằm áp dụng vào thực tiễn cuộc sống.
3 . Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu và phạm vi về cơ sở lý thuyết và các quá trình xử lý CO 2 và
thiết kế thiết bị hấp thu xử lý CO2.

11


1

TỔNG QUAN

1

Giới thiệu về khí CO2

1

Cấu trúc

Khí cacbon diơxit hay diơxit cacbon (cịn có tên gọi khác là than khí, anhiđrit
cacbonic, khí cacbonic,..) có cơng thức hóa học là CO2.
Phân tử diôxit cacbon ( C=O=C ) chứa hai liên kết đơi và có hình dạng tuyến tính. Nó
khơng có lưỡng cực điện. Do nó là hợp chất đã bị ơxi hóa hồn tồn nên về mặt hóa
học nó khơng hoạt động lắm và cụ thể là khơng cháy.
2
1

Tính chất
Tính chất vật lí

Trong điều kiện bình thường CO 2 là khí khơng màu, khơng mùi và có vị chua nhẹ hịa
tan tốt ở trong nước, nặng gấp 1,524 lần khơng khí.Khí CO2 khơng tham gia phản ứng
cháy và hóa lỏng tại nhiệt độ -78 0C. Ngồi ra,CO2 có thể bị phân hủy tại nhiệt độ cao
20000C thành CO và O2.CO2 tan tương đối tốt trong nước, nhất là ở nhiệt độ thấp. CO 2
là anhydrit của axit cacbonic. Nước sẽ hấp thụ một lượng nhất định dioxit cacbon, và
nhiều hơn lượng này khi khí bị nén. Khoảng 1% dioxit cacbon hịa tan chuyển hóa
thành axit cacbonic. Axit cacbonic phân ly một phần thành các ion bicacbonat (HCO 3-)
và cacbonat (CO3-).
2

Tính chất hóa học

CO2 là oxit axit
CO2 tan trong nước tạo thành axit cacbonic (là một điaxit rất yếu)
CO2 + H2O ↔ H2CO3
CO2 tác dụng với oxit bazơ → muối
CaO + CO2 → CaCO3
CO2 tác dụng với dung dịch bazơ → muối + H2O
NaOH + CO2 → NaHCO3

2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O
CO2 bền, ở nhiệt độ cao thể hiện tính oxi hóa khi tác dụng với các chất khử mạnh
CO2 + 2Mg → 2MgO + C
12


CO2 + C → 2CO
1.1.1 Nguồn thải khí CO2
Khí CO2 được sinh ra từ nhiều nguồn khác nhau, do các ngun nhân như sau:
• Khí CO2 sinh ra từ hoạt động hô hấp của con người và động vật, quá trình
quang hợp của thực vật.
• Từ sự phân hủy xác động vật.
• Do núi lửa phun trào, sinh ra nhiều khói bụi chứa khí CO2
• Các hoạt động tiêu cực của con người: khí thải cơng nghiệp (nhà máy sản xuất
gang thép, nhà máy đốt than,…), quá trình đốt nhiên liệu của các phương tiên
giao thông vận tải , hoạt động đun nấu trong sinh hoạt, chặt phá rừng bừa bãi.
• Dân số tăng q nhanh cùng với q trình cơng nghiệp hóa- hiện đại hóa cũng
góp một phần khơng nhỏ vào lượng khí thải CO2 này.
3

Tác hại của khí CO2

Khí CO2 tuy khơng phải là khí q độc nhưng với nồng độ lớn thì sẽ làm giảm nồng độ
oxy trong khơng khí, gây ra các tác hại như mệt mỏi, khó thở, kích thích thần kinh,
tăng nhịp tim và các rối loạn khác.
1

Tác hại CO2 đến sức khỏe con người

Hàm lượng dioxin cacbon trong khơng khí trong lành là khoảng 0,004% và trong

khơng khí bị thải ra từ sự thở là 4,5%. Khi thở trong khơng khí với nồng độ cao
( khoảng 5% theo thể tích ), nó là độc hại đối với con người và các động vật khác .
Hemoglobin, phân tử chuyên chở oxi chính trong hồng cầu, có thể chở cả oxi và dioxit
cacbon, mặc dù theo các cách thức hoàn toàn khác nhau. Sự suy giảm liên kết với oxi
trong máu do sự tăng mức dioxit cacbon được biết đến như là hiệu ứng Haldane, và nó
là quan trọng trong việc vận chuyển dioxit cacbon từ các mô tới phổi. Ngược lại, sự
tăng áp suất thành phần của CO 2 hay pH thấp hơn sẽ sinh ra sự rút bớt oxi từ
hemoglobin. Hiệu ứng này gọi là hiệu ứng Bohr. Hemoglobin liên kết với CO 2 không
giống như liên kết với oxi, CO 2 liên kết với các nhóm chứa N trên 4 chuỗi globin. Tuy
nhiên, do các hiệu ứng khác khu vực hoạt hóa trên phân tử hemoglobin, lien kết của
CO2 làm giảm lượng oxi được liên kết đối với áp suất thành phần nhất định của oxi.
Dioxit cacbon có thể là một trong các chất trung gian để tự điều chỉnh việc cung cấp
máu theo khu vực. Nếu nồng độ của nó cao thì các mao mạch nở ra để cho nhiều máu
hơn đến các mô. Các ion bicacbonat là chủ yếu trong việc điều chỉnh pH của máu. Do
tần suất thở có ảnh hưởng tới mức CO2 trong máu, nên nhịp thở quá chậm hay quá
nông sẽ sinh ra hiện tượng nhiễm axit hô hấp, trong khi nhịp thở quá nhanh sinh ra
trong các chứng thở quá nhanh sẽ dẫn đến nhiễm kiềm hô hấp. Mặc dù oxi là chất cần
13


thiết của quá trình trao đổi chất của cơ thể, nhưng khơng phải nồng độ thấp của oxi
kích thích sự hô hấp mà lại là nồng độ cao của dioxit cacbon. Kết quả là, sự hơ hấp
trong khơng khí lỗng ( áp suất thấp ) hay hỗn hợp khí khơng có oxi ( ví dụ nitơ
ngun chất) dẫn đến sự bất tỉnh mà khơng cần có các vấn đề hơ hấp của cá thể đó.
Các giới hạn của OSHA (Cơ quan Quản lý An toàn và Sức khoẻ Nghề nghiệp) cho
nồng độ dioxit cacbon tại nơi làm việc là 0,5% cho thời gian dài, tối đa tới 3% cho
phơi nhiễm ngắn ( tối đa 10 phút ). OSHA cho rằng các nồng độ trên 4% là “ nguy
hiểm ngay lập tức đối với sức khỏe và sự sống”. Những người thở khơng khí chứa trên
5% dioxit cacbon trên 30 phút có các triệu chứng tăng anhidrit cacbonic máu cấp tính,
trong khi việc thở với nồng độ dioxit cacbon từ 7% - 10% có thể làm bất tỉnh trong vài

phút. CO2 rắn ( đá khơ ) có thể gây ra những vết bỏng rất khó lành.
2

Tác động của CO2 với mơi trường

CO2 gần như trong suốt với ánh sang nhưng lại là chất hấp thụ mạnh và phản phát xạ
bức xạ hồng ngoại, đặc biệt trong vùng bước sóng từ 12 18µm. Vì vậy khí CO2 tăng,
gây tăng nhiệt độ vùng khí quyển thấp, do nhiều bức xạ hồng ngoại từ trái đất bị giữ
lại. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng nhà kính, có thể làm tăng nhiệt độ Trái Đất
lên một cách lâu dài.
Các nghiên cứu cho thấy khi nồng độ CO2 tăng từ 300 đến 600 ppm thì nhiệt độ tăng
3,26oC. Nồng độ CO2 trung bình trong khí quyển vào khoảng 320 ppm. Nồng độ CO 2
trong khí quyển tăng hang năm trung bình khoảng 0,7 ppm. Hiệu ứng nhà kính làm
Trái Đất nóng lên, gây ra tác hại rất lớn đối với sự sống trên Trái Đất, như là làm tan
các biển núi băng ở hai cực Trái Đất, lượng băng tan sẽ làm cho mực nước biển dâng
cao và nước tràn ngập những vùng đồng bằng rộng lớn ven biển. Và nếu như khơng có
biệp pháp hữu hiệu giảm thiểu khí nhà kính thì mực nước biển có thể dâng cao tới 13m vào cuối thế kỉ này. Sau vài thế kỉ thiếp theo băng giá ở tây Antartic tan ra chảy
vào biển thì mực nước biển sẽ tăng cao tới 5 - 6m.
2

Giới thiệu về hấp thu

1

Định nghĩa hấp thu

Hấp thu là quá trình lơi cuốn khí và hỗn hợp khí bởi chất lỏng.Cấu tử được tách ra từ
hỗn hợp gọi là cấu tử mục tiêu hay cấu tử chính.
Hấp thu là q trình 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 q trình nhả khí. Ngun lý của hai quá trình là
giống nhau.
Quá trình hấp thu tách một hay nhiều chất ơ nhiễm ra khỏi dịng khí thải (pha khí)
bằng cách xử lý với chất lỏng (pha lỏng). Khi này hỗn hợp khí sẽ được cho tiếp xúc
với chất lỏng nhằm mục đích hịa tan chọn lựa một hay nhiều cấu tử của hỗn hợp khí
14


để tạo nên một dung dịch các cấu tử trong chất lỏng.
Khí được hấp thu gọi là chất bị hấp thu.Chất lỏng dùng để hấp thu được gọi là dung
môi (chất hấp thu). Khí khơng bị hấp thu gọi là khí trơ.
2

Phân loại

Phụ thuộc vào bản chất của sự tương tác giữa chất hấp thụ và chất bị hấp thu trong pha
khí, phương pháp hấp thu được chia làm 2 loại:
• Hấp thu vật lý: dựa trên sự hịa tan của cấu tử pha khí trong pha lỏng.
• Hấp thu hóa học: giữa chất bị hấp thu và chất hấp thu hoặc cấu tử trong pha
lỏng xảy ra phản ứng hóa học.
3

Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình hấp thu

Sự hấp thu phụ thuộc vào bản chất của các cấu tử (chất hấp thu và dung mơi). Những
chất có tính chất tương đồng thì càng dễ hồ tan vào nhau. Điều này đã được trình bày
ở phần trên. Ngồi ra nhiệt độ và áp suất là những yếu tố ảnh hưởng quan trọng lên
quá trình hấp thụ. Cụ thể là chúng có ảnh hưởng lên trạng thái cân bằng và động lực
quá trình.
Nếu tăng nhiệt độ thì giá trị hệ số của định luật Henry tăng, đường cân bằng sẽ dịch

chuyển về trục tung (hình 1.1). Giả sử đường làm việc là P, Q không đổi nếu nhiệt độ
tăng lên thì động lực truyền khối sẽ giảm. Nếu nhiệt độ tăng q cao thì khơng những
động lực truyền khối giảm mà ngay cả q trình sẽ khơng thực hiện được theo đường
làm việc P, G cho trước. Mặc dù vậy, nhiệt độ cao cũng ảnh hưởng tốt vì độ nhớt của
dung mơi giảm, có lợi đối với trường hợp trở lực khuyếch tán chủ yếu nằm trong pha
lỏng.

Nếu tăng P của hỗn hợp khí thì giá trị hệ số cân bằng sẽ giảm và do đó đường cân bằng

sẽ gần về trục hồnh (hình 1.1). Như vậy nếu tăng P thì quá tình truyền khối sẽ tốt hơn
Hình 1.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ áp suất lên quá trình hấp thu
vì động học quá trình lớn hơn. Nhưng quá trình tăng áp dẫn đến tăng nhiệt độ, và việc
15


tăng áp suất cũng gây khó khăn cho việc chế tạo thiết bị, cho nên ta chỉ thực hiện quá
trình hấp thu ở áp suất cao đối với chất khí khó hồ tan.
Ví dụ: hấp thụ CO2 với dung mơi là nước ở 17 at, còn với CO ở 120 at
4

Ứng dụng của quá trình hấp thu

Quá trình hấp thu đóng một vai trị quan trọng trong sản xuất hóa học, nó được dùng
để:
• Thu hồi các cấu tử q
• Làm sạch khí
• Tách hỗn hợp thành cấu tử riêng
• Tạo thành sản phẩm cuối cùng
Trong trường hợp thứ nhất và thứ ba bắt buộc chúng ta phải tiến hành quá trình nhả
sau khi hấp thụ để thu các cấu tử và dung môi riêng. Trong trường hợp thứ hai thì q

trình nhả khơng cần thiết nếu tìm dung mơi dễ kiếm (ví dụ như nước lạnh) vì khí
thường là bỏ đi, trường hợp này chỉ khi cần lấy lại dung mơi ta mới thực hiện q trình
nhả. Cịn trường hợp thứ tư thì q trình nhả khơng có ý nghĩa.
5

Lựa chọn dung mơi

Nếu mục đích chính của q trình hấp thu là để tạo nên một dung dịch sản phẩm xác
định (ví dụ như sản xuất dung dịch axit clohydric) thì dung mơi đã được xác định bởi
bản chất của sản phẩm. Nếu mục đích của q trình hấp thu là tách các cấu tử của hỗn
hợp khí thì khi đó ta có thể lựa chọn một dung mơi tốt dựa trên những tính chất sau:
• Độ hịa tan chọn lọc: Đây là tính chất chủ yếu của dung mơi, là tính chất chỉ
hịa tan tốt cấu tử cần tách ra khỏi hỗn hợp khí mà khơng hịa tan các cấu tử cịn
lại hoặc hịa tan khơng đáng kể. Đây là tính chất chủ yếu của dung mơi. Tổng
qt, dung mơi và dung chất tạo nên phản ứng hóa học thì làm tăng độ hịa tan
lên rất nhiều, nhưng nếu dung mơi được thu hồi để dùng lại thì phản ứng phải
có tính hồn ngun.
• Độ bay hơi tương đối: Dung mơi nên có áp suất hơi thấp vì pha khí sau q
trình hấp thu sẽ bão hịa hơi dung mơi do đó dung mơi bị mất.
• Tính ăn mịn của dung mơi: Dung mơi nên có tính ăn mịn thấp để vật liệu chế
tạo thiết bị dễ tìm và rẻ tiền.
• Chi phí: Dung mơi dễ tìm và rẻ để sự thất thốt khơng tốn kém nhiều.
• Độ nhớt: Dung mơi có độ nhớt thấp sẽ tăng tốc độ hấp thu, cải thiện điều kiện
16


ngập lụt trong tháp hấp thu, độ giảm áp thấp và truyền nhiệt tốt.
• Các tính chất khác: Dung mơi nên có nhiệt dung riêng thấp để ít tốn nhiệt khi
hồn ngun dung mơi, nhiệt độ đóng rắn thấp để tránh hiện tượng đóng rắn
làm tắc thiết bị, khơng tạo kết tủa, khơng độc.

Trong thực tế khơng có một dung môi nào cùng lúc đáp ứng được tất cả các tính chất
trên, do đó khi chọn phải dựa vào những điều kiện cụ thể khi thực hiện quá trình hấp
thu. Dù sao tính chất thứ nhất của dung mơi cũng không thể thiếu được trong bất cứ
trường hợp nào.
6

Các loại tháp hấp thu

Trong sản xuất thường dùng nhiều loại thiết bị khác nhau để thực hiện quá trình hấp
thu. Nếu pha khí phân tán vào pha lỏng ta có các loại tháp mâm, nếu pha lỏng phân tán
vào pha khí ta có tháp chêm, tháp phun.
Tháp hấp thu phải thỏa mãn các yêu cầu sau: diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn,
hiệu quả và có khả năng cho khí xuyên qua, trở lực thấp (< 3000Pa), kết cấu đơn giản
và vận hành thuận tiện, khối lượng nhỏ, ít bị tắc nghẽn bởi cặn sinh ra trong quá trình
hấp thu.
1

Tháp đệm

Cấu tạo gồm: thân tháp rỗng bên trong, đồ đậy đệm làm từ vật liệu khác nhau (gỗ,
nhựa, kim loại, gốm...) với những hình dạng khác nhau (trụ, cầu, n ngựa, lị xo,…),
lưới đỡ đệm, ống dẫn khí và lỏng vào ra.
Trong tháp, thường được nhồi các vật thể đệm như: ốc, sành sứ, lò so kim loại, vụn
than cốc,…để làm tăng diện tích tiếp xúc hai pha. Khi vận hành, khí thải được đi từ
dưới lên trên cịn chất lỏng từ trên được phun xuống. Lưu lượng của hai pha ln
được tính tốn trước để thiết bị đạt hiểu quả cao nhất.
Để phân phối đều chất lỏng lên khối đệm chứa trong tháp, người ta dùng bộ phận phân
phối dạng: lưới phân phối (lỏng đi trong ống, khí đi ngồi ống hoặc lỏng và khí cùng
đi trong ống), màng phân phối, vòi phun hoa sen (dạng trụ, bán cầu, khe…), bánh xe
quay (ống có lỗ, phun quay, ơ đỡ),...

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 khi và S lớn, khối lượng
riêng nhỏ, phân phối đều chất lỏng, có tính chịu ăn mòn cao, rẻ tiền, dễ kiếm... Để làm
việc với chất lỏng bẩn nên chọn đệm cầu có khối lượng riêng nhỏ.
Ưu điểm:
•

Có bề mặt tiếp xúc pha lớn, hiệu suất cao.

17


• Cấu tạo đơn giản.
•

Trở lực trong tháp không lớn lắm.

• Giới hạn làm việc tương đối rộng.
Nhược điểm: hoạt động kém ổn định, hiệu suất thấp, dễ bị sặc, khó tách nhiệt, khó
thấm ướt.
Ứng dụng
• Dùng trong các trường hợp năng suất thấp: tháp hấp thụ khí, tháp chưng cất…
•

Dùng trong các hệ thống trở lực nhỏ như hệ thơng hút chân khơng…

Hình 1.2 Tháp đệm

2

Tháp
mâm

chóp
Tháp mâm thường cấu tạo gồm thân hình trụ thẳng đứng, bên trong có đặt các tấm
ngăn (mâm) cách nhau một khoảng nhất định. Trên mỗi mâm hai pha chuyển động
ngược chiều hoặc chéo chiều: lỏng từ trên xuống (hoặc đi ngang), khí đi từ dưới lên
hoặc xuyên qua chất lỏng chảy ngang.
Pha khí xuyên qua các lỗ (khe chóp hay khe lưới,...) sục vào pha lỏng trên mâm. Để
phân phối đều chất lỏng người ta dùng tấm ngăn điều chỉnh chiều cao mực chất lỏng
trên mâm.
Ưu điểm: Hiệu suất truyền khối cao, làm việc với tỉ trọng của khí, lỏng thay đổi mạnh,
khá ổn định, hoạt động ổn định, tiết kiệm năng lượng.

18


Nhược điểm: cấu tạo tháp phức tạp, trở lực lớn, tiêu tốn nhiều vật tư kim loại chế tạo,
kết cấu phức tạp.
3

Tháp mâm lỗ

Hình 1.3 Tháp mâm chóp
Tháp mâm lỗ hình trụ, bên trong có nhiều mâm có lỗ trịn hoặc rãnh. Chất lỏng chảy từ
trên xuống qua các ống chảy chuyền. Tháp mâm xuyên lỗ có kết cấu khá đơn giản, trở
lực tương đối thấp, hiệu suất khá cao.
Ưu điểm: chế tạo đơn giản, dễ dàng vệ sinh, trở lực nhỏ và tốn ít kim loại hơn tháp
chóp.
Nhược điểm: yêu cầu lắp đặt cao, mâm lắp phải rất phẳng, không làm việc được với

chất lỏng bẩn khoảng làm việc hẹp hơn tháp chóp (về lưu lượng khí).
4

Tháp phun

Loại này gồm thân và vòi phun. Những hạt chất lỏng sẽ được phun ra và tiếp xúc với
dịng khí đi từ dưới lên và quá trình hấp thụ xảy ra. Loại thiết bị này khơng phù hợp
với các loại khí khó hoà tan.
Ưu điểm: tháp hấp thụ rỗng được thiết kế để dịng khí chuyển động theo tuyến đặc biệt
và vịi phun đặt dọc theo chiều cao tháp có thể đạt hiệu quả hấp thụ rất cao
Nhược điểm: yêu cầu lắp đặt cao, mâm lắp phải rất phẳng.
1.2

Các phương pháp xử lí khí CO2

1.2.1 Xử lý khí CO2 bằng phương pháp hấp thụ
Xử lý khí CO2 bằng phương pháp hấp thụ với dung dịch Etanolamin: Đối với phương
pháp này khí CO2 được xử lý với chi phí thấp. Khí có khả năng phản ứng cao. Tuy
nhiên dung dịch khi phản ứng khơng thuận nghịch khí CO 2. Áp suất của dung dịch hơi
cao.
Xử lý khí CO2 bằng phương pháp hấp thụ với dung dịch Amoniac: Đây là phương
pháp có hiệu quả cao, khả năng giảm nồng độ CO 2 từ 34% xuống cịn 0,015%. Nhưng
có hạn chế khi sử dụng phương pháp này rất dễ dẫn đến việc thải khí NH 3 ra ngồi mơi
19


trường – một trong những loại khí gây hại khá lớn đối với sức khỏe.
Xử lý khí CO2 bằng phương pháp hấp thụ với nước: Đây là phương pháp đơn giản, có
lịch sử sử dụng lâu đời.
Xử lý khí CO2 bằng phương pháp hấp thụ bằng dung dịch nước vôi trong Ca(OH) 2:

Đây là phương pháp được sử dụng rộng rãi và xử lý hiệu quả khí CO 2. Khí CO2 sau
khi được tách ra sẽ hình thành cặn vơi CaCO3. Sau đó được lắng và đem đi xử lý.
1.2.2 Xử lý khí CO2 bằng màng lọc
Màng lọc khí CO2 này được chế tạo nên bởi chất dẻo plastic bằng ứng dụng cơng nghệ
Nano mới. Với màng lọc này. Khí CO 2 sẽ được tách ra một cách hữu hiệu mà lại rất
tiết kiệm chi phí và khơng làm ảnh hưởng đến mơi trường. Hàm lượng khí CO 2 càng
cao thì hiệu quả sử dụng màng lọc càng cao hơn.
Màng lọc này có tác dụng hiệu quả trong việc phân tách các phân tử khí. Trong q
trình lọc khí, nhờ lớp màng lọc này mà các phân tử khí bicarbonate (HCO 3). Và các
phân tử nước sẽ thấm qua màng lọc và bị giữ lại. Và chỉ có khí CO 2 là được giải phóng
ra khỏi màng lọc.
1.2.3 Xử lý khí CO2 bằng máy hút khí CO2
Mới đây, các nhà khoa học đã nghiên cứu chế tạo thành công một loại máy hút khí
CO2 ra khỏi khơng khí. Đây là một trong những phương pháp hiện đại xử lý khí thải
CO2. Chống biến đổi khí hậu hiệu quả nhất trong tương lai.
Với việc ứng dụng cơng nghệ hút khí CO 2 hiện đại của máy hút khí. Khí CO 2 sẽ nhanh
chóng bị giảm nồng độ trong khơng khí. Khí CO 2 có thể bị hút nhanh chóng mà vẫn
khơng bị suy biến. Sở dĩ khí CO 2 nhanh chóng bị hút ra khỏi khơng khí là nhờ vào
hoạt động của chuỗi amin tham gia vào quá trình gia nhiệt ở nhiệt độ rất cao.

20


CHƯƠNG 2
3

QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ

Thuyết minh quy trình cơng nghệ

Khí thải có chứa CO2 cần hấp thu sẽ đi từ phía dưới tháp đệm, di chuyển lên trên đi
qua các lớp đệm nhờ hệ thống quạt thổi. Lưu lượng dòng khí vào tháp đệm được điều
chỉnh bằng các van dựa vào lưu lượng kế khí. Chất lỏng là NaOH sẽ được bơm từ bể
chứa lên bồn cao vị với mục đích ổn định lưu lượng, dùng van để điều chỉnh lưu lượng
NaOH đi vào tháp. Quá trình hấp thu xảy ra trong tháp giữa pha ngược chiều là dòng
NaOH đi từ trên xuống và dịng khí đi từ dưới lên. Nguồn khí thải sau khi hấp thu sẽ
được thải ra ngồi theo ống khói. Dung dịch sau khi hấp thu có chứa Na 2CO3, NaOH
dư. Bơm dung dịch này sang một bể chứa khác thêm NaHCO 3 vừa đủ để chuyển hết
NaOH dư thành Na2CO3. Kết tinh Na2CO3 .

21


2

TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG

1

Các thơng số ban đầu

Năng suất: 5000 m3/h
Nồng độ CO2 đầu vào: 1% thể tích hỗn hợp khí
Nhiệt độ khí vào tháp: 30 C
̊
Nhiệt độ dung dịch NaOH: 30 ̊C
Hiệu suất hấp thu: 95%
Nồng độ dung dịch NaOH: 10%
Chọn điều kiện làm việc của tháp là nhiệt độ trung bình của dịng khí vào và dịng lỏng
vào, T = 30 ̊C. Hỗn hợp khí xử lý xem như gồm CO2 và khơng khí.

2.1

Cân bằng vật chất

Phương trình cân bằng của dung dịch hấp thu CO 2 bằng H2O được biểu diễn theo định
luật Henry:

Trong đó:
y* : nồng độ phần mol CO2 trong pha khí tại trang thái cân bằng
x*: nồng độ phần mol của CO2 trong pha lỏng tại trang thái cân bằng pha
P: áp suất riêng phần của cấu tử khí hịa tan khi cân bằng
Pt: áp suất tổng của hệ hấp thu
H: Hệ số Henry
m: hệ số phân bố
1

Cách tính hệ số Henry

Hệ số Henry của CO2 với H2O ở 30 ̊ C:
(Bảng IX.I trang 139 [1])
Hệ số Henry của CO2 với NaOH:

22


(CT A.2 trang 24 [2])
(CT trang 24 [2])
Bảng 3.1 Hệ số cân bằng cho phương trình (2),(3)
Ion
Na+

OHHCO3CO32-

Gas A
0,1143
0,0839
0,0967
0,1423

CO2

-0,0172

-0,338.10-3

(Theo Bảng A.1 trang 24 [2])

Quy đổi NaOH 10% sang nồng độ mol:

Khối lượng riêng của NaOH 10% ở 30 ̊ C: ρ = 1104 (kg/m3)

(CT IX.3 trang 138 [1])
2.1.1 Đầu vào
Nồng độ phần mol của khí CO2 trong pha khí vào tháp:
yd=1%=0,01 (kmol CO2/kmol khí trơ)
Tỉ số mol của khí CO2 vào tháp:

Tỉ số mol của khí CO2 ra khỏi tháp:

23

Suất lượng dịng khí vào tháp:

Suất lượng dịng khí CO2 vào tháp:

Suất lượng dịng khí trơ trong hỗn hợp khí vào tháp:

2

Đầu ra

Tỉ số mol của khí CO2 ra khỏi tháp:

Suất lượng mole của CO2 được hấp thu:

Suất lượng mole của CO2 cịn lại trong hỗn hợp khí ở đầu ra:

Suất lượng mole của khí ở đầu ra:

Phương trình cân bằng vật chất có dạng:
Gtr.Yd + Gx.Xd = Gtr.Yc + Gx.Xc

Hấp thu CO

2

bằng NaOH, chọn dung môi sạch khi vào tháp nên: Xd=0

Với Xd: nồng độ đầu của pha lỏng, kmolCO2/kmolNaOH
Giả thiết nồng độ cuối của dung môi đạt đến nồng độ cân bằng (Xc=X*)

Thay Yd=0,0101 vào phương trình đường cân bằng (5) → X*=1,49.10-5
Lượng dung môi thối thiểu cần thiết để hấp thụ:

(CT IX.11 trang 141 [1])
Ta có:

24


Chọn α=1,2→Gx=1,2Gxmin=1,2.128294,2942=153953,153 (kmolNaOH/h)
Nồng độ khí CO2 trong dung mơi NaOH ra khỏi tháp

Lượng dung mơi NaOH cịn dư sau hấp thu:
153953,153-153953,153.1,2417.10-5 = 153951,241 (kmolNaOH/h)
Phương trình đường làm việc:

Bảng 3.2 Số liệu tọa độ của đường làm việc và đường cân bằng
X
0
0,0000025
0,000005
0,0000075
0,00001
0,0000125
0,000015
0,0000175
0,00002

Y
0,000505

0,002437
0,004369
0,006301
0,008233
0,010167
0,012099
0,014032
0,015964

Ycb
0
0,001679
0,003363
0,005053
0,006748
0,008449
0,010156
0,011869
0,013588

Ta xây dựng được đường nồng độ làm việc và đường cân bằng vật liệu cho quá trình
hấp thu :

Hình 3.4 Đồ thị đường làm việc và đường cân bằng
2.2 Cân bằng năng lượng
Phương trình cân bằng nhiệt lượng có dạng:
Gđ .Iđ +Lđ .Cđ .Tđ + Qs =Gc .Ic+Lc.Cc.Tc + Q0
Trong đó:
Gđ,Gc:Lượng hỗn hợp khí đầu và cuối
Lđ,Lc:Lượng dung dịch đầu và cuối

Tđ,Tc :Nhiệt độ dung dịch đầu và cuối
Iđ,Ic :Entanpi hỗn hợp khí ban đầu và cuối
25