Đồ Án Các Quá Trình Cơ Bản Trong Công Nghệ Môi Trường.pdf

Đồ án các q trình cơ bản trong cơng nghệ mơi trường –kysumoitruong.vn 

Tài liệu chỉ mang tính chất tham khảo khơng 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 MƠN HỌC .................................................................................................. 4 
Phần I. Tính tốn thiết kế tháp đệm ............................................................................................. 4 
I.  Tính tốn các điều kiện ban đầu ....................................................................................... 4 
II.  

Tính các thơng số của tháp ........................................................................................... 9 

1.  Tính đường kính tháp đệm. .............................................................................................. 9 
2.  Tính chiều cao tháp đệm ................................................................................................ 15 
3.    Tính trở lực tháp đệm ..................................................................................................... 16 
PHẦN 2: TÍNH TỐN CÁC THIẾT BỊ PHỤ .......................................................................... 24 
I.  Các thơng số đặc trưng của bơm .................................................................................... 24 
II.  

Máy nén khí ............................................................................................................... 29 

1.  Cơng của máy nén ly tâm ............................................................................................... 30 
2. Cơng suất máy nén............................................................................................................ 34 
4.  Cơng suất của động cơ điện............................................................................................ 35 
PHẦN III. TÍNH TỐN CƠ KHÍ ............................................................................................. 36 
I.  Chiều dày thân tháp ....................................................................................................... 36 
II.  

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 
2.  Bích nối ống dẫn lỏng với thân thiết bị. .......................................................................... 43 
3.  Bích nối ống hơi với thân thiết bị ................................................................................... 43 
V. 

Kết cấu đỡ tháp .......................................................................................................... 44 

1.  Khối lượng thân thiết bị ................................................................................................. 44 
2.  Khối lượng của đáy và nắp tháp: .................................................................................... 44 

~1~


                                                                                                       Phạm Kim Ngọc - KTMT K52 
3.  Khối lượng của đệm ....................................................................................................... 44 
4.  Khối lượng bích ............................................................................................................. 45 
VI. 

Bộ phận phân phối lỏng. ............................................................................................. 47 

KẾT LUẬN .............................................................................................................................. 49 
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................ 50

~ 2 ~ 


Đồ án các q trình cơ bản trong cơng nghệ mơi trường –kysumoitruong.vn 

Lời mở đầu
 
Hiện nay, do sự phát triển của các nghành cơng nghiệp tạo ra các 
sản phẩm phục vụ con người , đồng thời cũng tạo ra một lượng chất thải 
vơ  cùng  lớn  làm  phá  vỡ  cân  bằng  sinh  thái  gây  ơ  nhiễm  mơi  trường 
nghiêm trọng . 
Trong các loại ơ nhiễm , ơ nhiễm khơng khí ảnh hưởng trực tiếp 
đến  con  người ,  động  vật ,  thực  vật  và  các  cơng  trình  xây dựng .  Sức 
khỏe  và tuổi  thọ con người phụ thuộc rất nhiều vào  độ trong sạch  của 
mơi trường.Vì vậy, trong những năm gần đây ơ nhiễm khơng khí từ các 
nghành sản xuất cơng nghiệp ở nước ta đang là vấn đề quan tâm khơng 
chỉ của nhà nước mà cịn là của tồn xã hội bởi mức độ nguy hại của nó 
đã lên đến mức báo động . 
SO2  là  một  trong  những  chất  ơ  nhiễm  khơng  khí  được  sản  sinh 
nhiều trong các nghành sản xuất cơng nghiệp và sinh hoạt . Việc xử lý 
SO2 có nhiều phương pháp khác nhau . Phương pháp nào được áp dụng 
để xử  lý tùy thuộc  vào hiệu  quả và tính kinh tế của phương pháp . Vì 
vậy , đồ án mơn học với nhiệm vụ thiết kế tháp đệm hấp thu SO2 là một 
trong những phương án ghóp phần vào việc xử lý khí thải ơ nhiễm. 

Trong đồ án này sẽ đi khảo sát một phương án: Xử lý SO2 bằng 
phương pháp hấp thụ với dung mơi là nước. 
Sau 15 tuần tìm hiểu, tính tốn và nhận được sự hướng dẫn nhiệt tình 
của cơ giáo hướng dẫn và các thầy cơ bộ mơn  nhưng do chưa có nhiều kinh 
nghiệm tính tốn, nên khơng thể tránh khỏi những sai sót, em rất mong nhận 
được ý kiến của các thầy, cơ để đồ án sau có kết quả tốt hơn. 
                                                                  Em xin chân thành cảm ơn! 

~3~


                                                                                                       Phạm Kim Ngọc - KTMT K52 

THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MƠN 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 mơi hấp thụ là H2O.

Các số liệu ban đầu và tính tốn
Hỗn hợp khí cần tách                                           : SO2 - khơng khí. 
 

 

: H 2O 

Lưu lượng khí thải vào tháp (Nm3/h)   

 

: 9 000 

Nồng độ khí thải vào tháp    (% thể tích) 

 

: 3,0 

Dung mơi                          

 

Nồng độ cuối của dung mơi  (% trọng lượng) 

: 1 

Hiệu suất q trình hấp thụ (%)  

: 80 

 

 

Phần I. Tính tốn thiết kế tháp đệm
I.

Tính tốn 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. 
⇒ yd=0,03 (kmol SO ⁄kmol pha khí ) 
Chuyển nồng độ thể tích sang nồng độ phần mol tương đối. 

Yd 

yd
1  yd

⇒ Nồng độ đầu của SO2 trong pha khí: 
Yd 

0, 03
 0, 03093 (kmol SO2/kmol khí trơ). 
1  0, 03

~ 4 ~ 


Đồ án các q trình cơ bản trong cơng nghệ mơi trường –kysumoitruong.vn 

Nồng độ cuối của SO2 trong pha khí: 

h

Yd  Yc
 0,8 ⇒ Yd -  Yc = 0,8Yd  => 0,2Yd = Yc 
Yd

⇒Yc = 0,2.0,03093 = 6,186.10-3 (kmol SO 2/kmol khí trơ) 

yc: nồng độ phần mol của khí cần hấp thụ trong hỗn hợp 

Yc 

yc
 6,186.10 3 ⇒ yc =6,148.10-3 (kmol SO2/ kmol hỗn hợp khí). 
1  yc

Nồng độ mol tương đối trung bình: 

Yd  Yc 0,03093  6,186.10 3
Ytb 

 0, 0186 (kmol SO2/kmol khí trơ) 
2
2
Nồng độ phần mol trung bình: 

ytb 

Ytb
0, 0186

 0, 01826 (kmol SO2/ kmol hỗn hợp khí). 
1  Ytb 1  0, 0186

Lưu lượng hỗn hợp khí: G = n =

,

= 401,786 kmol/h 

Lượng khí trơ: Gtrơ = G (1 − yđ ) =401,786.(1- 0,03)= 389,73  kmol/h 
Lượng SO2 được hấp thụ:  
GSO2 = G . yđ. h = 401,786.0,03.0,8 = 9,64 kmol

SO
. 
h

Nồng độ đầu của SO2 trong nước : xđ = 0 
Nồng độ cuối của SO2 trong nước : Theo bài ra  x’c=1 % khối lượng. 
⇒ Nồng độ phần mol của SO2 trong dung môi :  

x 'c
1%
M SO2
64

 2,833.10 3
xc 
x 'c
1  x 'c 1% 1  1%


64
18
M SO2 M H 2O
 
Nồng độ phần mol tương đối của SO 2 trong dung môi  

~5~

 ( kmol SO2/kmol H 2O) 


                                                                                                       Phạm Kim Ngọc - KTMT K52 

xc
7,044.104
Xc 

 7,05.104
4
1  xc 1  7,044.10
( kmol SO 2/kmol H2O). 
Xây dựng đường cân bằng và đường làm việc
 Phương trình đường cân bằng có dạng

Y

mX
1  (1  m) X

X

Y
⁄
(m  1)Y  m  ( kmol SO kmol khí trơ) 

Với  m 


P

( kmol SO ⁄kmol khí trơ) 

 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 q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất – tập 2), ta có  
  SO (300C) = 0,0364.106  (mmHg). 
2

Yc

Gx, Xd

0, 0364.106
 9,579  
⇒   m 
5.760
⇒ Phương trình cân bằng : 

Y

9,579 X
  (kmol SO2/kmol khí trơ) 
1  8,579 X

X

Y
  ( kmol SO2/kmol H2O) 
8,579Y  9,579

Gy, Yd

Xc

 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 – Yc) = Gx(X – Xd) 
Trong đó :  

~ 6 ~ 


Đồ án các q trình cơ bản trong cơng nghệ mơi trường –kysumoitruong.vn 

Xd: nồng độ ban đầu của cấu tử cần hấp thụ trong dung mơi.  
(kmol SO 2/kmol H 2O) 
Yc: nồng độ cuối của cấu tử cần hấp thụ trong hỗn hợp khí  
(kmol/kmol khí trơ) 
Gx: lưu lượng dung mơi đi vào thiết bị hấp thụ (kmol/h). 
Gtr:: lượng khí trơ đi vào thiết bị hấp thụ (kmol/h). 
Từ phương trình cân bằng vật liệu ta có: 
- Nồng độ cuối của cấu tử cần hấp thụ trong dung mơi: 

G
1
X c  tro (Yd  Yc )  (Yd  Yc )  2,84.10 3  (kmol SO2/kmol H2O) 
Gx
l
- Lượng dung môi tiêu tốn thực tế: 

l

Yd  Yc 0, 03093  6,186.103

 8, 7  (kmol H2O/kmol khơng khí) 
Xc
2,84.103

- Lưu lượng dung mơi đi vào thiết bị Gx: 
 
G x = l.Gtrơ =8,7. 389,73 = 3390,65 (kmol/h) 
- Phương trình đường làm việc cho một đoạn tháp bất kỳ: 
 
G trơ(Y - Yc) = Gx(X - Xd) 
 

=>  Y 

Gx
X  Yc  l. X  Yc  
Gtro
3

⇒ Phương trình đường làm việc: Y = 8,7.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

~7~


                                                                                                       Phạm Kim Ngọc - KTMT K52 

0.0016

0.020106

0.015539704

0.0018

0.021846

0.017512634

0.002

0.023586

0.019492451

0.0022

0.025326

0.021479194

0.0024

0.027066

0.023472898

0.0026

0.028806

0.025473599

0.0028

0.030546

0.027481335

0.00284

0.030894

0.027883729

 

Đồ thị đường cân bằng và đường làm việc trên cùng một hệ trục
tọa độ
0.035

Y

Y

0.03

0.025

Ycb
0.02

0.015

Y
Ycb

0.01

0.005

0
0

0.0005

0.001

0.0015

0.002

0.0025

0.003

-0.005

X
~ 8 ~ 


Đồ án các q trình cơ bản trong cơng nghệ mơi trường –kysumoitruong.vn 

II.

Tính các thơng số của tháp

1. Tính đường kính tháp đệm.
a. Tính khối lượng riêng trung bình (tr 183)
 Đối với pha lỏng 

1
 Áp dụng cơng thức:  

xtb



aSO2



 SO

1  aSO2

2

H O  
2

 xtb : khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp lỏng, kg/m3. 
aSO2  : Phần khối lượng trung bình của SO2 trong hỗn hợp. 

 SO ,  H O : khối lượng riêng của SO2 và H2O ở 30°C, kg/m3 
2

2

Tra bảng: I.5 và I.2 ( Sổ tay quá trình và thiết bị-Tập 1) tại 30°C. 

 H O = 995.68 (kg/m3) 
2

 SO  (20°C)=1383(kg/m3) ,     SO (40°C)=1327 (kg/m3) 
2

2

Nội suy ⇒  SO2  (30°C)= 1355 (kg/m3) 
Phần khối lượng trung bình của SO 2 trong pha lỏng. 

aSO2 

M SO .xtb

2

M SO2 .xtb  M H2O (1  xtb )

Với  xtb  là  nồng  độ  phần  mol  trung  bình  của  cấu  tử  cần  hấp  thụ  trong pha 
lỏng. 
( kmol SO 2/kmol H2O) 

xd  xc 0  2,84.103

 1, 42.103  ( kmol SO2/kmol H2O) 
⇒ xtb 
2
2
⇒

aSO2

64.1, 42.103

-3
64.1, 42.10 3  18.(1  1, 42.103 ) =5,03.10

~9~


                                                                                                       Phạm Kim Ngọc - KTMT K52 

Khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp lỏng 

 xtb 

aSO2

 SO

2

1
1

 997
3
  (kg/m3) 
1  aSO2 5, 03.10
1  5, 03.10 3


1355
995, 68
 H 2O

 Đối với pha khí 

Áp dụng cơng thức:  Pj 

mi
mj
V

.RT 

mj
V

 j 

Pj .M

j

RT

 

Khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp khí đi trong tháp: 

  ytb 

P.M y
RT



M y T0 P
. . ( kg / m3 )  
22, 4 T P0

Với: 

 ytb : Khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp khí đi trong tháp. 
My: Phân tử lượng trung bình của hỗn hợp khí. 
T0: Nhiệt độ ở đktc. T0=273°K. 
T: Nhiệt độ làm việc của tháp. T= 273+30=303 °K. 
P0: Áp suất ở đktc P0=1 atm. 
P: Áp suất làm việc của tháp P= 5atm. 
Tính Mytb . 
 Mytb = ytb. M SO + (1 - ytb). M KK =0,01826.64 + (1-0,01826).29= 29,64 (kg/kmol) 
2

29, 64 273 5

.
.  5,96 (kg/m3) 
⇒  ytb 
22, 4 303 1
Tính độ nhớt  x ,  y  
* Đối với pha lỏng   x  
Áp dụng công thức: 
~ 10 ~ 


Đồ án các q trình cơ bản trong cơng nghệ mơi trường –kysumoitruong.vn 

 

lg  x  xtb . lg  SO  (1  xtb ).lg  H O  
2

2

Trong đó: 
- xtb: phần mol trung bình của SO2 trong hỗn hợp lỏng,  
  x tb = 1,42.10-3 (kmol SO2/kmol H2O) 
-  SO ,  H O : độ nhớt của SO2 và H 2O ở 300C, Ns/m2. 
2

2

Tra bảng I.102 ( Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất – Tập 1, Tr )   
Ta có:  
 
 H O (300C) = 0,8.10-3 (Ns/m2) 
2

Tra bảng I.101, ta có: 
 
   SO (300C) = 0,279.10-3 (Ns/m2) 
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 = 7,988.10-4 (Ns/m2) 
* Đối với pha khí:
Áp dụng cơng thức: 

My
 

y

y tb .M SO2



 SO



(1  y tb ).M KK

2

 KK

 

 

 

 

 

Trong đó: 
-  y ,   SO ,   KK : độ nhớt trung bình của pha khí, của SO2 và của khơng khí 
2

ở nhiệt độ làm việc t = 300C, Ns/m2. 

M y , M SO 2 , M KK :  khối  lượng  phân  tử  của  pha  khí,  của  SO2  và  của 

-

khơng khí ở 30 0C, P = 5 atm. 
Tra đồ thị I-35( Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất – tập 1), ta có: 
 
 SO  (300C) = 128.10-7 Ns/m2  
2

 

 KK  (300C) = 181.10-7 Ns/m2 

 
 y 

My
ytb .M SO2

SO

2



(1  ytb ).M KK

 KK



29, 64
 1, 78.105 ( Ns / m 2 )
0, 01826.64 (1  0, 01826).29

128.107
181.107

 

~ 11 ~


                                                                                                       Phạm Kim Ngọc - KTMT K52 

b. Đường kính tháp.
Áp dụng cơng thức:  D 

4Vtb
Vtb

   (m)       
 .3600tb
0, 785tb

- Vytb: lượng khí trung bình đi trong tháp, m3/h. 
-  ytb : tốc độ khí trung bình đi trong tháp, m/s. 
* Tính lưu lượng thể tích khí và lỏng trung bình đi trong tháp:

 

Vtb 

G ytb .M ytb

 ytb

 (m3/h) 

Trong đó: 
- Gytb : lưu lượng khí trung bình đi trong tháp, kmol/h 
- Mytb: khối lượng phân tử trung bình của khí trong tháp, kg/kmol 
 ytb : khối lượng riêng trung bình của khí trong tháp, kg/m3 
 

=> G ytb 

 

 Vytb 

G yd  G yc

 Gtro (1  Ytb )  
2
 
Y tb = 0,0186 (kmol SO2/kmol khí trơ) 
- Lưu lượng khí trung bình đi trong tháp Gytb: 
       => G ytb = 389,73 (1 + 0,0186) = 396,98 (kmol/h)  

396,98.29, 64
 1974, 24 (m3/h) 
5,96

Lượng hơi trung bình trong tháp(kmol/h):  
 G y = G ytb. Mytb= 396,98. 29,64=11766,487 (kg/h). 
- Lưu lượng lỏng trung bình đi trong tháp: 
G  G xc
G xtb  xd
 
 (kg/h) 
2
 
G xd = 15306,62(kmol/h) 
 
G xc = Gxd +  G SO bị hấp thụ 
2

G SO2bihapthu

43, 47
 15328,355  (kmol/h)  
2
2
Mxtb=xtb.MSO2 +(1- xtb).MH2O=1,42.10-3.64+(1-1,42.10-3).18=18,065 
Lượng lỏng trung bình (kg/h). 
 
  Gx= Gxtb. Mxtb =15328,355 18,016 = 276155,6437 (kg/h) 
 Gxtb  Gxd 

 15306, 62  

~ 12 ~ 


Đồ án các q trình cơ bản trong cơng nghệ mơi trường –kysumoitruong.vn 

Vxtb 

Gxtb .M xtb

 xtb



276155,6437.18, 065
 5003,85 ( m3/h) 
997

*Tính vận tốc của khí đi trong tháp  ytb , m/s. 
Áp dụng cơng thức:  
                               Y =1,2.e-4X            

s2 . d . ytb   x 
 
Với    Y 
g .Vd3 . xtb   n 
 Gx
X 

G
 y

0,16

1
4

 
1
8

   ytb 
     
  xtb 

s : tốc độ đảo pha, m/s 

V đ: thể tích tự do của đệm, m3/m3 
d : bề mặt riêng của đệm, m2/m3 

Tháp hấp thụ SO2 mang tính  axit nên ta chọn đệm vịng Rasig đổ lộn xộn: 
đệm bằng sứ kích thước 30×30×3,5. 
V đ= 0,76 m3/m3 
d  =  165 m2/m3 

Gx, Gy: lượng lỏng và lượng hơi trung bình (kg/s). 
          Gy =11766,487 (kg/h) = 11766,487/3600 (kg/s). 
G x=  276155,6437 (kg/h) = 276155,6437 /3600(kg/s). 
g: gia tốc trọng trường, g=9,81m/s2 

           x ,  n : độ nhớt của pha lỏng theo nhiệt độ trung bình và độ nhớt của nước ở 
200C, Ns/m2. 
 

 n (200 C ) = 1,005.10-3 (Ns/m2) 

 

 x (30 0 C ) = 7,988.10-4(Ns/m2) 

 xtb ,  ytb : khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và pha khí (kg/m3) 
 

 x   xtb = 997 (kg/m3) 
~ 13 ~


                                                                                                       Phạm Kim Ngọc - KTMT K52 

 

 y   ytb = 5,96 (kg/m3) 
1

G
⇒ X   x
 Gy

1

1

1

 4   ytb 8  246522,3 / 3600  4  5,96 8
 
 
  997   0,513  
276155,6437
/
3600





xtb




Từ phương trình của Y ta có:  
s 

1, 2.e 4 X  g  Vd3   xtb
 
 d   ytb   x 
 n 

0,16



1, 2.e4.0,513  9,81 0, 763  996
 7,988.10 4 
165.5,96  
3 
 1, 005.10 

0,16

 0,835 m/s 

Theo thực nghiệm thì q trình chuyển khối ở chế độ sủi bọt là tốt nhất, xong thực 
tế tháp đệm chỉ làm việc ở tốc độ đảo pha vì nếu tăng nữa sẽ rất khó bảo đảm q 
trình ổn định. Vì vậy 
Tốc độ thích hợp tính theo phương pháp này thường bằng khoảng:  
 y = (0,8   0,9)   dp   
 
Ta chọn:    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: 
 

D

4.1974, 24
 0, 992( m)
3600.3,14.0, 71
 

Quy chuẩn D=1(m) 
=> Lúc này tốc độ khí trung bình đi trong tháp là: 

 ytb 

4.Vytb
D 2 .3600.



4.1974, 24
 0, 70(m / s)
12.3600.3,14
 

có   ytb   (0,8   0,9)   dp => kết quả phù hợp
 
Kiểm tra điều kiện thiết kế
 

d dem 4.Vd
4.0, 76
1


 0, 018 
 0, 02   
D
 d .D 165.1

50

⇒Đệm trên là phù hợp. 

~ 14 ~ 


Đồ án các q trình cơ bản trong cơng nghệ mơi trường –kysumoitruong.vn 

Kiểm tra theo mật độ tưới
- Mật độ tưới thực tế:  U tt 

Vx
  ,m3 /m2.h 
Ft

Vx: Lưu lượng thể tích của chất lỏng ,m3/h. 
Ft: Diện tích mặt cắt tháp. 
    Ft = .D2/4 = 3,14.12/4 = 0,785 ,m2. 
   Vx= 5003,85 (m3/h). 
⇒ U tt 

Vx 5003,85

 6374,33  , m3 /m2.h 
Ft
0, 785

- Mật độ tưới thích hợp: 
                  Ut.h =   d .B (m3/m2.h)   

B= 0,158 m3 /m.h ,     d : bề mặt riêng của đệm,   d =165 (m2/m3) 
Ut.h=0,158.165=26,07 ,m3 /m2.h 
U t .t 6374,33

 244,5  > 1 
⇒ 
U t .h
26, 07

⇒ Đệm thấm ướt tốt.
2. Tính chiều cao tháp đệm
Áp dụng cơng thức xác định chiều cao của lớp đệm: 
 
 
 
 
 
 Hđ = my.hy  ,m.     
Trong đó:  

 

my : số đơn vị chuyển khối xác định theo nồng độ trong pha hơi (khí) 
hy : chiều cao của một đơn vị chuyển khối. 
* Tính chiều cao của một đơn vị chuyển khối
Ta áp dụng cơng thức: 
 

hy  h1  m.

Gy
Gx

.h2       ,m.                          

   

Trong đó: 
h1, h2  : chiều cao của một đơn vị chuyển khối pha khí, pha lỏng (m) 

~ 15 ~


                                                                                                       Phạm Kim Ngọc - KTMT K52 

Gx, Gy: lưu lượng trung bình của pha lỏng, pha khí (kg/h) 
m: hệ số góc của đường cong cân bằng 
* Tính h1.

h1 
Áp dụng cơng thức:

Vd
Re0,25
.Pry2/3 , m
y
a. . d

Trong đó: 
          Vđ: Thể tích tự do của đệm Vđ= 0,76 (m3/m3) 

          a: hệ số phụ thuộc vào dạng đệm. Đệm vịng a= 0,123. 
Rey : chuẩn số Reynold cho pha hơi. 
Pry : chuẩn số Prandt cho pha hơi. 
Ψ: Hệ số thấm ướt của đệm 
Ta có:  Re y 

4. y . y

 d . y  

Trong đó: 

 y : vận tốc khí đi trong tháp (m/s) 

 y   ytb  0, 7( m / s )  

 

 y : khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp khí trong tháp (kg/m3) 

 y   ytb  5,96(kg / m3 )  

 

 d : bề mặt riêng của đệm,   d =165 (m2/m3) 
 y :độ nhớt trung bình của pha khí, (Ns/m2) 
Re y 
Pry 

0, 4. y . y

 d . y



0, 4  0, 70  5, 96
 568, 2
165 1, 78.10 5

y
 y .D y

 

Trong đó: 
 y : độ nhớt hỗn hợp khí, (Ns/m2) 
~ 16 ~ 


Đồ án các q trình cơ bản trong cơng nghệ mơi trường –kysumoitruong.vn 

 y : khối lượng riêng trung bình của pha khí, (kg/m3) 
Dy  : hệ số khuếch tán của pha khí, m2/s 

4,3.107.T 1,5

.
1/3 2
P(u1/3
u

)

SO2
kk

Dy  DSO2 kk

 1
1  2


 , m / s                           
M
M
kk 
 SO2

T  : nhiệt độ K, T = 273 + 30 = 303K 
P = 5 atm =5,163 at 

M SO , M kk : khối lượng mol của SO2, khơng khí (kg/kmol) 
2

u SO , u kk : thể tích mol của SO2, khơng khí (cm3/mol) 
2

 
Tra bảng VIII.2 – II (tr 127). 
 

=>  

uSO2  44,8(cm3 / mol )  

 

  

ukk = 29,9(cm3/mol) 

 DSO2  kk
=> Pry 

0, 0043.104  3031,5
1
1



 2, 22.106 ( m 2 / s)  
1/3
1/3 2
5,163  (44,8  29,9 )
64 29

y
 y .Dy



1, 78.105
 1,345
5,96  2, 22.106

 

Tính ψ. 
 Ψ: phụ thuộc vào tỷ số giữa mật độ tưới thực tế lên tiết diện ngang của tháp 
và mật độ tưới thích hợp. 
Ta có: 

Ut .t 6374,33

 244,5  > 1 
U t .h
26, 07

⇒  = 1 
⇒ h1 

Vd
0, 76
Re 0,25
.Pry2/3 
.568, 20,25.1,3452/3  0, 223 m 
y
a. . d
0,123.1.165

* Tính h 2 chiều cao của một đơn vị chuyển khối trong pha lỏng 

1/3

  x2 
0,25
0,5
h

256.
 
 2  .Re x .Prx (m)                                             
2
 x 
Trong đó: 
~ 17 ~


                                                                                                       Phạm Kim Ngọc - KTMT K52 

 x : độ nhớt trung bình của pha lỏng, Ns/m2   
 x : khối lượng riêng trung bình của pha lỏng,kg/m3 
Ta có: 

Re x 

0,04.Gx
0,04.276155, 6437

 29,63  
Ft . d . x 3600.0,785.165.7, 996.104

Với: 
           d   : bề mặt riêng của đệm (m2/m3),   d = 165(m2/m3) 
Gx: lưu lượng trung bình của pha lỏng, Gx=276155,6437/3600 (kg/s). 
Ft: Diện tích mặt cắt tháp. Ft = 0,785,m2. 
          x : độ nhớt trung bình của pha lỏng = 7,996.10-4 Ns/m2 
Prx 

 

x
 
Dx . xtb

Trong đó: 
 
 xtb  : khối lượng riêng trung bình của pha lỏng, kg/m3 
Dx 

  : hệ số khuếch tán trong pha lỏng, m

1
1

M SO
MH O

10 6
D x20 

2

AB.  H O .(u
2

2

1/ 3
SO2

u

1/ 3
H 2O

)

2

2

/s 

(m 2 / s)                                             

Trong đó: 

Dx20 : hệ số khuếch tán của dung dịch lỏng ở 200C (m2/s) 

M SO , M H O : khối lượng mol của SO2, H2O (kg/kmol) 
2

2

 

M SO = 64 (kg/kmol) 

 

M H O = 18 (kg/kmol) 

2

2

A, B: hệ số liên hợp 
Với các chất khí tan trong nước A = 1. 
Với dung mơi là nước B = 4,7. 

~ 18 ~ 

 


Đồ án các q trình cơ bản trong cơng nghệ mơi trường –kysumoitruong.vn 

 H O : độ nhớt của nước ở 200C,   H O = 1cp = 10-3 Ns/s. 
2

2

u SO , u H O : thể tích mol của SO2, H2O (cm3/mol) 
2

2

3
u SO = 44,8 (cm /mol) 

  
   u H O = 18,9 (cm3/mol) 
2

2

1
1

64 18
 1,469.109 (m2/s) 
 Dx20 
1/ 3
1/ 3 2
4,7  1  (44,8  18,9 )
10 6

 

Dxt  =  Dx20 [1 + b(t - 20)]  (m2/s) 

Trong đó: 

b

0,2.  H O
2

3



 

 

 H O : độ nhớt của nước ở 200C,   H O = 1cp = 10-3 Ns/s.  
2

2

 

 : khối lượng riêng của nước ở 20 0C. 
Tra bảng I.5  =>    = 998,23 (kg/m3) 
      =>  b 

0,2. 1
 0,02  
3
998,23

 Dx 30  1, 469.10 9  1  0, 02.(30  20)  1, 763.109
7,988.104
 Prx 
 454, 45
      
997 1, 763.109
2/3

 7,988.104 
0,25
0,5
h

256.
⇒  2

 29, 63. .454, 45  1,1(m)  
997


*Tính m hệ số góc của đường cân bằng
Dựa vào bảng số liệu =>  m = 9,83 
 
⇒ Chiều cao của một đơn vị chuyển khối
hdv = 0,223+ 
 

9,83.11766, 487
.1,1 =0,27  m 

276155, 6437

 
~ 19 ~

 


                                                                                                       Phạm Kim Ngọc - KTMT K52 

*Tính số đơn vị chuyển khối xác định theo nồng độ trong pha khí
Yd

 

my 

dY
 Y  Ycb     
Yc

 

 

 

 

Y  : thành phần làm việc của hơi. 

Ycb : thành phần mol cân bằng của hơi. 
Ta xác định số đơn vị chuyển khối theo phương pháp tích phân đồ thị. Việc tính 
1
1
tích phân đó có thể dựa vồ việc vận dụng đồ thị 
 trong hệ toạ độ 
- 
Y  Ycb
Y  Ycb
Y. Giá trị của tích phân bằn diện tích hình thang cong giới hạn bởi đồ thị 

1
 
Y  Ycb

và đường Yd = 0,03093 (kmol SO2/kmol khơng khí)  
      Yc = 6,186.10-3 (kmol SO2/kmol khơng khí) 

Bảng số liệu cho đồ thị tích phân
Y 

Ycb 

1/(Y-Ycb) 

Si 

0.006186 

0 

161.6553508 

 

0.007926 

0.001919093 

166.4750201 

0.285473423 

0.009666 

0.003844794 

171.7857029 

0.294286829 

0.011406 

0.005777137 

177.6557791 

0.304014089 

0.013146 

0.007716158 

184.1674056 

0.314786171 

0.014886 

0.009661889 

191.4201415 

0.326761166 

0.016626 

0.011614368 

199.5357837 

0.340131655 

0.018366 

0.013573627 

208.664911 

0.355134604 

0.020106 

0.015539704 

218.995887 

0.372064894 

0.021846 

0.017512634 

230.7674693 

0.39129412 

0.023586 

0.019492451 

244.2868323 

0.413297242 

0.025326 

0.021479194 

259.9559227 

0.438691197 

~ 20 ~