tính toán thiết kế tháp hấp thụ loại đệm để hấp thụ HCl trong hỗn hợp khí bằng dung môi là nước

Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì
Khoa: Cơng nghệ hóa học



Đồ án QT&TBCN Hóa học

LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay, do sự phát triển của các ngành 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 ơ nhiễm mơi trường nghiêm trọng. Ơ nhiễm mơi trường là vấn đề
chung mang tính tồn cầu cấp bách, ở hầu hết quốc gia, chính phủ đầu tư rất nhiều, cả
về công nghệ và vốn cho việc xử lý chất gây ô nhiễm môi trường. Các nước phát triển,
khoa học cơng nghệ tiên tiến thì ơ nhiễm môi trường càng trở lên nghiêm trọng. Ở Việt
Nam, tuy nền kinh tế công nghiệp chưa phát triển mạnh mẽ nhưng do nhiều nguyên
nhân chủ quan và khách quan, làm cho ô nhiễm môi trường nước ta ngày càng ô nhiễm.
Việc chặt phá rừng cũng như hoạt động của các nhà máy đã thải ra môi trường rất nhiều
chất gây ô nhiễm. Cũng như nhiều nước khác trên thế giới hiện nay, vấn đề xử lý các
chất gây ô nhiễm ở nước ta cũng gặp nhiều khó khăn.
Trong các loại ô nhiễm, ô nhiễm không 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 vào rất nhiều vào độ trong sạch của môi trường. Trong đó, HCl là một trong
những chất ơ nhiễm khơng khí được sản sinh nhiều trong các ngành sản xuất cơng
nghiệp và sinh hoạt. Việc xử lý HCl có nhiều phương pháp khác nhau.
Đồ án mơn học q trình và thiết bị là một mơn học mang tính tổng hợp trong q
trình học tập của các kỹ sư hố tương lai. Mơn học giúp sinh viên giải quyết nhiệm vụ
tính tốn cụ thể về u cầu cơng nghệ, kết cấu, giá thành của một thiết bị trong sản xuất
hoá chất - thực phẩm. Đây là bước đầu tiên để sinh viên vận dụng những kiến thức đã
học của nhiều môn học vào giải quyết những vấn đề kỹ thuật thực tế một cách tổng hợp.
Dưới đây em xin trình bày đồ án: “tính tốn thiết kế tháp hấp thụ loại đệm để hấp
thụ HCl trong hỗn hợp khí bằng dung môi là nước”.

GVHD : TS. Vy Thị Minh Tâm
Sinh viên : Nguyễn Hán Giang

1

Lớp: CH1Đ11
Email:


Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì
Khoa: Cơng nghệ hóa học



Đồ án QT&TBCN Hóa học

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
Trong cơng nghiệp hóa khi chất có rất nhiều ngun liệu dạng khí được dùng,
cũng như nhiều sản phẩm thu được ở dạng khí. Ví dụ như khí Hidroclorua (HCl) là một
chất khí khơng màu độc hại có tính ăn mịn cao, tạo thành khói trắng khi tiếp xúc với
hơi ẩm. Hơi trắng này là axit clohidric được tạo thành khi hidroclorua hòa tan trong
nước. hidroclorua cũng như axit clohidric là nguồn gốc gây ra hiện tượng mưa axit vì
vậy Ta phải tách nó ra khỏi hỗn hợp khí chứa khí HCl trước khi đưa hỗn hợp khí ra mơi
trường ngồi hoặc đưa đi tới các cơng đoạn sản suất hóa chất tiếp theo. Chúng ta có thể
phân biệt ba phương pháp tách hỗn hợp khí:
 Phương pháp tách hút
 Phương pháp hóa lý
 Phương pháp hóa học
Phương pháp hóa lý tiến hành qua khí hóa lỏng. Phương pháp hút được hiểu là sự

tiếp nhận của một chất này vào một chất khác qua bề mặt phân pha của chúng. Nếu
dùng chất lỏng để hút khí thì ta gọi là hấp thụ, cịn dùng chất rắn xốp thì gọi là hấp phụ.
Như vậy, hấp thụ là q trình hút khí bằng chất lỏng, khí được hút gọi là chất bị hấp
thụ, chất lỏng để hút gọi là dung mơi (hay chất hấp thụ), khí khơng bị hấp thụ gọi là khí
trơ. Q trình hấp thụ được dùng để:
- Thu hồi các cầu tử quý
- Làm sạch khí
- Tách hỗn hợp khí thành từng cấu tử riêng biệt
Trong trường hợp thứ nhất và thứ ba, bắt buộc ta phải tiến hành quá trình nhả sau
khi hấp thụ để tách cấu tử được hấp thụ ra khỏi dung mơi. Đối với các trường hợp khác,
q trình nhả là không cần thiết, trừ khi phải dùng lại dung mơi (dung mơi q).
Q trình hấp thụ phụ thuộc chủ yếu vào dung mơi, do đó cần chọn dung mơi theo
những tính chất sau đây:

GVHD : TS. Vy Thị Minh Tâm
Sinh viên : Nguyễn Hán Giang

2

Lớp: CH1Đ11
Email:


Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì
Khoa: Cơng nghệ hóa học



Đồ án QT&TBCN Hóa học

1. Có tính chất hịa tan chọn lọc, nghĩa là chỉ hòa tan một cấu tử, còn những cấu tử
khác khơng có khả năng hịa tan hoặc hịa tan rất ít.
2. Độ nhớt của dung mơi phải bé, để giảm trở lực và tăng hệ số chuyển khối
3. Nhiệt dung riêng bé, để tiết kiệm nhiệt năng khi hồn ngun dung mơi
4. Có nhiệt độ sơi khác xa với nhiệt độ sơi của cấu tử hịa tan, để dễ dàng phân
riêng chúng qua chưng luyện
5. Có nhiệt độ đóng rắn thấp, để tránh hiện tượng đóng rắn làm tắc thiết bị
6. Không tạo thành kết tủa khi hòa tan, để tránh tắc thiết bị và dễ thu hồi
7. Ít bay hơi, để tránh tổn thất
8. Khơng độc và ăn mịn thiết bị
Tuy nhiên, trong thực tế khơng có dung mơi nào đạt được tất cả các tiêu chuẩn đã
nêu. Vì vậy, khi chọn dung mơi ta phải dựa vào những điều kiện cụ thể của sản xuất.
I. Cơ sở vật lý của quá trình hấp thụ
1. Độ hịa tan của khí trong lỏng
Khí hịa tan trong lỏng sẽ tạo thành hỗn hợp hai cấu tử, có hai thành phần và hai
pha. Hệ thống như vậy theo quy tắc pha (ø = 2, K = 2, C = 2 – 2 + 2 = 2) được coi như
hỗn hợp lỏng có hai thành phần. Cân bằng pha được xác định bởi áp suất, nhiệt độ và
nồng độ. Nếu nhiệt độ khơng đổi, thì độ hịa tan phụ thuộc vào áp suất. Sự phụ thuộc
này được biểu thị bằng định luật Henry:
ycb = mx
Đối với khí lý tưởng, m là hằng số dùng để biểu diễn quan hệ y cb = f(x) là đường
thẳng. Đối với khí thực, m phụ thuộc vào x, nên đường cân bằng là đường cong. Hằng
số cân bằng được tính:
m = ψ /P
Với: ψ – Hệ số Henry, được tra theo bảng 3.1, có thứ nguyên của áp suất
P – áp suất (at)

GVHD : TS. Vy Thị Minh Tâm
Sinh viên : Nguyễn Hán Giang

3

Lớp: CH1Đ11
Email:


Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì
Khoa: Cơng nghệ hóa học



Đồ án QT&TBCN Hóa học

Khi tính tốn q trình hấp thụ, ta thường dùng phần mol tương đối Y, X. Quan hệ
giữa phần mol x,y và phần mol tương đối X, Y như sau:
y=

Y
Y +1

và

x=

X
X +1

Thay giá trị x, y vào phương trình ta có quan hệ:
Y=

mX
1 + (1 − m) X

Như vậy, quan hệ tính theo phần mol tương đối sẽ ln là một đường cong.
2. Phương trình đường làm việc của quá trình hấp thụ
Phương trình đường làm việc của quá trình hấp thụ được lập trên cơ sở của lý
thuyết hai lớp màng. Đó là lớp mang ngăn cách giữa pha lỏng và pha khí. Qua lớp
màng, khí trong hỗn hợp sẽ khuếch tán vào pha lỏng.
Khi tính cân bằng vật liệu, thường người ta cho trước hỗn hợp khí, nồng độ đầu và cuối
của khí bị hấp thụ trong hỗn hợp khí và trong dung mơi.
Gọi: Gy – lượng hỗn hợp khí vào thiết bị hấp thụ, kmol/h
Yđ – nồng độ đầu của hỗn hợp khí, kmol/kmol khí trơ
Yc – nồng độ cuối của hỗn hợp khí, kmol/kmol khí trơ
Gx – lượng dung mơi vào thiết bị hấp thụ, kmol/h
Xđ – nồng độ đầu của dung môi, kmol/kmol dung môi
Xc – nồng độ cuối của dung môi, kmol/kmol dung mơi
Gtr – lượng khí trơ, kmol/h
Lượng khí trơ được tính theo cơng thức:
Gtr = G y

1
= G y (1 − yd ) , (kmol/h)
1 + Yd

Phương trình cân bằng vật liệu trong tháp hấp thụ:
Gtr (Yd − Yc ) = Gx ( X c − X d )

Lượng dung môi cần thiết:
GVHD : TS. Vy Thị Minh Tâm
Sinh viên : Nguyễn Hán Giang

4

Lớp: CH1Đ11
Email:


Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì
Khoa: Cơng nghệ hóa học



Gx = Gtr

Đồ án QT&TBCN Hóa học

Yd − Yc
, (kmol/h)
Xc − Xd

Lượng dung mơi tối thiểu cần dùng cho q trình hấp thụ:
Gx min = Gtr

Yd − Yc
, (kmol/h)
X cb.d − X d

Với: Xcb,d – nồng độ cân bằng ứng với nồng độ đầu của hỗn hợp khí.
Trong q trình hấp thụ, nồng độ cân bằng luôn lớn hơn nồng độ làm việc, vì thế
lượng dung mơi thực tế ln lớn hơn lượng dung môi tối thiểu, thường lớn hơn 20%.

Nếu tính lượng dung mơi theo 1kg khí trơ, ta có lượng dung môi tiêu hao riêng là:
l=

Gx
Y −Y
= d c , (kmol/h)
Gtr X c − X d

Quan hệ y = f(x) trong tháp hấp thụ
Nếu biểu diễn phương trình cân bằng vật liệu ở tiết diện bất kỳ của tháp ta có:
Gtr (Y − Yc ) = Gx ( X − X d )

Rút ra:
Y=

Gx
G
X + Yc − x X d
Gtr
Gtr

Hoặc: Y = AX + B
GVHD : TS. Vy Thị Minh Tâm
Sinh viên : Nguyễn Hán Giang

5

Lớp: CH1Đ11
Email:

Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì
Khoa: Cơng nghệ hóa học



Đồ án QT&TBCN Hóa học

Trong đó:
A=

Gx
,
Gtr

B = Yc −

Gx
Xd
Gtr

là hằng số

Phương trình Y = AX + B được gọi là phương trình đường nồng độ làm việc của
quá trình hấp thụ. Nếu biểu diễn trên tọa độ Y – X, là đường thẳng có hệ số góc tgα =
A, và cắt trục tung tại B.
3. Ảnh hưởng của lượng dung môi đến q trình hấp thụ
Để xem xét vai trị của dung mơi trong hấp thụ, ta dựa vào phương trình chuyển
khối chung và phương trình đường nồng độ làm việc.
Theo phương trình chuyển khối, lượng khí bị hấp thụ được tính:

G = KyF∆Ytb

Hình 3.2: Quan hệ X – Y
Trong điều kiện nhất định G là lượng khơng đổi và có thể coi hệ số chuyển khối K y
cũng không đổi. Do đó bề mặt tiếp xúc pha F chỉ được thay đổi tương ứng với sự thay
đổi ∆Ytb, sao cho tích F. ∆Ytb là khơng đổi. Bề mặt F thay đổi, tức là kích thước thiết bị
thay đổi, lớn khi F tăng và khi F giảm.
Dựa vào đồ thị hình 3.2 ta thấy, khi Y cb, Yc, Xđ cố định, thì nồng độ cuối của dung
mơi được quyết định theo động lực trung bình ∆Y tb, tức là điểm cuối của đường làm
việc AB. Điểm cuối của đường làm việc chỉ được dịch chuyển từ A đến A 4. Đường làm
GVHD : TS. Vy Thị Minh Tâm
Sinh viên : Nguyễn Hán Giang

6

Lớp: CH1Đ11
Email:


Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì
Khoa: Cơng nghệ hóa học



Đồ án QT&TBCN Hóa học

việc của BA4 cắt đường cân bằng, lúc này động lực trung bình ∆Ytb nhỏ nhất. Đường
BA gần với trục tung, nên động lực trung bình là rất lớn.
Vì F∆Ytb khơng đổi nên ứng với đường BA4 cho ra F lớn nhất và ứng với đường
AB có F bé nhất. Tương tự, tại A4 ta có Xc bé nhất. Dựa vào phương trình đường nồng

độ làm việc ta cũng thấy tương ứng với đường BA4 có A = Gx/Gtrơ bé nhất (có nghĩa là
lượng dung mơi bé nhất, cịn ứng với đường AB thì G x/Gtrơ lớn nhất, nên có lượng dung
mơi lớn, ví lượng khí trơ Gtrơ khơng đổi).
Vì vậy, nếu chọn lượng dung mơi ít nhất, ta thu được X c lớn, nhưng thiết bị phải rất
lớn (vô cùng cao), trái lại, nếu chọn lượng dung mơi lớn nhất, thì thiết bị bé, nhưng dung
dịch thu được q lỗng vì Xc bé. Do đó khi chọn điều kiện làm việc ta phải dựa vào chỉ
tiêu kinh tế kỹ thuật.
4. Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất lên quá trình hấp thụ
Nhiệt độ và áp suất là những yếu tố ảnh hưởng quan trọng lên quá trình hấp thụ, mà
chủ yếu ảnh hưởng lên trạng thái cân bằng và động lực của quá trình.
Từ phương trình Henry ta thấy, khi nhiệt độ tăng thì hệ số Henry tăng, nên đường
cân bằng sẽ dịch chuyển về phía trục tung.

GVHD : TS. Vy Thị Minh Tâm
Sinh viên : Nguyễn Hán Giang

7

Lớp: CH1Đ11
Email:


Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì
Khoa: Cơng nghệ hóa học



Đồ án QT&TBCN Hóa học

Hình 3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất lên quá trình hấp thụ

a) ảnh hưởng của nhiệt độ t1 < t2 < t3; b) ảnh hưởng của áp suất P1 < P2 < P3
Vì vậy, nếu đường làm việc AB khơng đổi thì động lực trung bình sẽ giảm, do đó
cường độ chuyển khối cũng giảm theo. Nếu ta cứ tiếp tục tăng nhiệt độ, ví dụ đến t3 thì
khơng những động lực trung bình giảm mà ngay cả q trình cũng khơng thực hiện
được (vì đường cân bằng và đường làm việc cắt nhau, nên khơng thể đạt được nồng độ
cuối Xc). Đó là ảnh hưởng xấu của sự tăng nhiệt độ. Tuy nhiên, khi nhiệt độ tăng thì độ
nhớt của dung mơi giảm (có lợi với trường hợp trở lực chủ yếu trong pha lỏng), vận tốc
khí tăng, cường độ chuyển khối cũng tăng theo.
Trong trường hợp tăng áp suất, ta thấy hệ số cân bằng m =ψ / P sẽ giảm, do đó
đường cân bằng sẽ dịch chuyển dần về phía trục hồnh, tức là động lực trung bình sẽ
tăng lên, q trình chuyển khối sẽ tốt hơn (hình 3.3). Nhưng sự tăng áp suất luôn luôn
kèm theo sự tăng nhiệt độ, nên nó gây ảnh hưởng xấu đếnx g q trình hấp thụ. Mặt
khác, sự tăng áp suất cũng gây khó khăn về măt thiết bị, vì vậy quá trình hấp thụ chỉ
được thực hiện ở áp suất cao đối với những khí khó hịa tan, ví dụ: hấp thụ CO 2 bằng
nước tiến hành ở áp suất 17at, thu hồi CO ở áp suất 120at,….
5. Hấp thụ không đẳng nhiệt
Nếu trong q trình hấp thụ, do sự hịa tan của khí trong dung mơi có sản sinh một
lượng nhiệt nhưng khơng được làm nguội, thì nhiệt độ trong thiết bị tăng lên. Khi đó cần
đề cập đến sự tăng nhiệt độ trong q trình tính tốn. Trong thực tế người ta bỏ qua sự
nóng lên của pha khí và có thể chấp nhận giả thiết: toàn bộ lượng nhiệt chỉ dùng để làm
nóng dung mơi. Từ hình 3.4 ta thấy, đường cong OD của đường cân bằng ở nhiệt độ t đ
của dung môi, và OC ứng với nhiệt độ cuối.

GVHD : TS. Vy Thị Minh Tâm
Sinh viên : Nguyễn Hán Giang

8

Lớp: CH1Đ11

Email:


Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì
Khoa: Cơng nghệ hóa học



Đồ án QT&TBCN Hóa học

Trong thực tế, đường cân bằng sẽ là AB, phụ thuộc vào sự biến thiên của nhiệt độ
trong quá trình hấp thụ (giả sử tại điểm M) có thành phần lỏng là X và khí là Y. Ta có
phương trình cân bằng nhiệt lượng:
qGkMy = GxC(t – tđ)Mx

Hình 3.4: Đường cân bằng trong hấp thụ khơng đẳng nhiệt
Trong đó:

q: lượng nhiệt được giải phóng của 1Kg khí khi hấp thụ, KJ/Kg
Gk: lượng khí được hấp thụ, Kmol/h
Gx: lượng dung môi, Kmol/h
C: nhiệt dung riêng của dung môi, J/Kg độ
tđ, t: nhiệt độ của dung môi, 0C

Mx , My: trọng lượng phân tử của khí và dung mơi
Thay quan hệ Gk = Gx(X – Xđ) và phương trình qGkMy = GxC(t – tđ)Mx ta có:
qMy(X – Xđ) = C.Mx(t – tđ)
Nhiệt độ của dung dịch được tính:
t = td +

GVHD : TS. Vy Thị Minh Tâm
Sinh viên : Nguyễn Hán Giang

qM y
CM x

9

(X − Xd ) ,

0

C

Lớp: CH1Đ11
Email:


Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì
Khoa: Cơng nghệ hóa học



Đồ án QT&TBCN Hóa học

Qua cơng thức ta thấy, nhiệt độ của chất lỏng phụ thuộc vào nồng độ khí được
hấp thụ X.

II. Thiết bị hấp thụ
1. Khái niệm

Trong sản xuất, người ta dùng nhiều loại thiết bị khác nhau để thực hiện q trình
hấp thụ. Tuy nhiên, chúng có cùng chung yêu cầu căn bản là có bề mặt tiếp xúc lớn để
tăng hiệu suất của quá trình. Các thiết bị thường dùng trong sản xuất là:
 Thiết bị loại bề mặt
 Thiết bị loại màng
 Thiết bị loại phun
 Thiết bị loại đệm (tháp đệm)
 Thiết bị loại đĩa (tháp đĩa)
2. Tháp đệm
Tháp đệm được sử dụng cho quá trình hấp thụ, hấp phụ, chưng luyện và các quá
trình khác. Tháp đệm hình trụ, bên trong có đổ đầy đệm. Đệm có nhiều loại, phổ biến
nhất có các loại đệm sau đây:
 Đệm vịng, kích thước từ 10 đến 100mm
 Đệm hạt, kích thước từ 20 đến 100mm
 Đệm xoắn, đường kính dây cỡ 0.3 đến 1mm, đường kính vịng xoắn cỡ 3
đến 8mm, chiều dài dày khơng q 25m
 Đệm lưới bằng gỗ
Tất cả các loại đệm đều có u cầu chung:
1) Có bề mặt riêng lớn (kí hiệu σ, thứ nguyên m2/m3)
2) Thể tích tự do lớn (kí hiệu Vtb, thứ nguyên m3/m3)
3) Khối lượng riêng bé
4) Bền hóa học
GVHD : TS. Vy Thị Minh Tâm
Sinh viên : Nguyễn Hán Giang

10

Lớp: CH1Đ11
Email:

Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì
Khoa: Cơng nghệ hóa học



Đồ án QT&TBCN Hóa học

Trong thực tế, khơng có loại đệm nào có đủ hết các yêu cầu trên, nên tùy theo điều
kiện cụ thể mà chọn đệm cho phù hợp.
Đệm lưới bằng gỗ thường được sử dụng trong các tháp làm lạnh hoặc hấp thụ khí
sơ bộ. Vì đệm gỗ thường có kích thước lớn nên bề mặt riêng của đệm bé. Để tăng độ
phân cách người ta chọn loại đệm có kích thước bé, tức đệm có bề mặt riêng lớn, tạo
khả năng tếp xúc giữa các pha tốt hơn.

Tháp đệm có những ưu điểm:
- Có bề mặt tiếp xúc pha lớn, hiệu suất cao
- Cấu tạo đơn giản
- Trở lực trong tháp không lớn lắm
- Giới hạn làm việc tương đối rộng
GVHD : TS. Vy Thị Minh Tâm
Sinh viên : Nguyễn Hán Giang

11

Lớp: CH1Đ11
Email:


Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì

Khoa: Cơng nghệ hóa học



Đồ án QT&TBCN Hóa học

Tuy nhiên tháp đệm có nhược điểm là khó làm ướt đều đệm. Do dó, nếu tháp cao
q thì chất lỏng phân bố khơng đều. Vì vậy, người ta phải chia tầng ở mỗi tầng và ở
mỗi tầng có đặt thêm bộ phận phân phối chất lỏng.

3. Chế độ làm việc của tháp đệm
Trong tháp đệm, chất lỏng chảy từ trên xuống, phân bố đều trên bề mặt đệm, khí đi
từ dưới lên phân tán trong lỏng. Trên cơ sở nghiên cứu quá trình khuếch tán ở tháp đệm,
Kafarov cho rằng, quá trình chuyển khối trong tháp đệm khơng những phụ thuộc vào
khuếch tán, mà cịn chịu ảnh hưởng của chế độ thủy động trong tháp.
Tùy thuộc vào vận tốc khí mà chế độ thủy động trong tháp đệm là chế độ dịng,
xốy hay sủi bọt. Ở chế độ dịng, vận tốc khí cịn bé, lực hút phân tử lớn hơn lực ỳ nên
chuyển khối được quyết định bằng khuếch tán phân tử. Tăng dần vận tốc khí đến khi
lực ỳ bằng lực phân tử q trình chuyển khối được quyết định không chỉ bằng khuếch
tán phân tử mà cịn có khuếch tán đối lưu. Chế độ thủy động chuyển sang chế độ quá
độ. Nếu tiếp tục tăng vận tốc khí lên nữa, ta có chế độ xốy và q trình chuyển khối
được quyết định bởi khuếch tán đối lưu. Đến một giới hạn nào đó của vận tốc khí sẽ xảy
ra hiện tượng đảo pha. Lúc này chất lỏng sẽ chốn tồn bộ tháp và trở thành pha liên
tục, cịn khí phân tán vào chất lỏng và trở thành pha phân tán (hình 3.13). Vận tốc khí
ứng với điểm đảo pha gọi là vận tốc đảo pha. Do khí sục vào lỏng nên tạo bọt. Trên đồ
thị 3.13 thì OA ứng với chế độ dịng, AB ứng với chế độ quá độ, BC ứng với chế độ
xoáy và CD ứng với chế độ sủi bọt. Vận tốc khí ứng với điểm D là vận tốc sặc. Vì nếu
khí có vận tốc vượt q điểm D thì chất lỏng sẽ theo khí ra khỏi tháp.
Theo thực nghiệm thì quá trình chuyển khối ở chế độ sủi bọt là tốt nhất, song trong
thực tế tháp đệm chỉ làm việc ở tốc độ dảo pha (tại điểm C), vì nếu tăng nữa sẽ rất khó

đảm bảo q trình ổn định. Ở chế độ này, chất lỏng chảy thành màng bao quanh đệm,
nên còn gọi là chế độ màng, và sau điểm C ta có chế độ sủi bọt. Do đó, trong thực tế
tháp làm việc ở chế độ màng.
GVHD : TS. Vy Thị Minh Tâm
Sinh viên : Nguyễn Hán Giang

12

Lớp: CH1Đ11
Email:


Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì
Khoa: Cơng nghệ hóa học



Đồ án QT&TBCN Hóa học

III. Tổng quan về chất bị hấp thụ
Hidroclorua (HCl) là một chất khí khơng màu đọc hại có tính ăn mịn cao,
tạo thành khói trắng khi tiếp xúc với hơi ẩm. Hơi trăng này là axit clohidric
được tạo thành khi hidroclorua hòa tan trong nước. hidroclorua cũng như axit
clohidric là nguồn gốc gây ra hiện tượng mưa axit
Phân tử hiđrô clorua (HCl) là một phân tử hai nguyên tử đơn giản, bao
gồm một nguyên tử hiđrô và một nguyên tử clo kết hợp với nhau thông qua một
liên kết đơn cộng hóa trị. Do nguyên tử clo có độ âm điện cao hơn so với
ngun tử hiđrơ nên liên kết cộng hóa trị này là phân cực rõ ràng. Do phân tử
tổng thể có mơmen lưỡng cực lớn với điện tích một phần âm δ- tại nguyên tử clo
và điện tích dương δ+ tại ngun tử hiđrơ, nên phân tử hai nguyên tử hiđrô

clorua là phân tử phân cực mạnh. VÌ thế, nó rất dễ dàng hịa tan trong nước cũng
như trong các dung môi phân cực khác.
Khi tiếp xúc với nước, nó nhanh chóng bị ion hóa, tạo thành các cation
hiđrơ (H3O+) và các anion clorua (Cl-) thơng qua phản ứng hóa học thuận
nghịch sau:
HCl + H2O → H3O+ + Cl−
Dung dịch tạo thành được gọi là axít clohiđric và nó là một axít mạnh.
Hằng số điện li axít hay hằng số ion hóa Ka là rất lớn, nghĩa là HCl bị điện li
hay ion hóa tồn phần trong nước.
Kể cả khi khơng có mặt nước thì hiđrơ clorua vẫn có thể có phản ứng như
một axít. Ví dụ, hiđrơ clorua có thể hịa tan trong các dung mơi phân cực khác
như mêtanol và có phản ứng như một chất xúc tác axít cho các phản ứng hóa
học khi điều kiện khan nước (anhiđrơ) là mong muốn.
HCl + CH3OH → CH3O+H2 + Cl−
HCl cung cấp proton cho phân tử mêtanol (CH3OH)
Do bản chất axít của nó, hiđrơ clorua là một chất khí có tính ăn mịn, cụ
thể là khi có sự hiện diện của hơi ẩm.

GVHD : TS. Vy Thị Minh Tâm
Sinh viên : Nguyễn Hán Giang

13

Lớp: CH1Đ11
Email:


Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì
Khoa: Cơng nghệ hóa học



Đồ án QT&TBCN Hóa học

Hiđrơ clorua tạo thành axít clohiđric có tính ăn mịn cao khi tiếp xúc với cơ thể.
Việc hít thở phải hơi khói gây ra ho, nghẹt thở, viêm mũi, họng và phần phía
trên của hệ hơ hấp. Trong những trường hợp nghiêm trọng là phù phổi, tê liệt hệ
tuần hoàn và tử vong. Tiếp xúc với da có thể gây mẩn đỏ, các thương tổn hay
bỏng nghiêm trọng. Nó cũng có thể gây ra mù mắt trong những trường hợp
nghiêm trọngCác nhà giả kim thuật kể từ thời Trung cổ đã nhận ra rằng axít
clohiđric (khi đó gọi là rượu của muối hay acidum salis) sinh ra hiđrơ clorua ở
dạng hơi, khi đó gọi là marine acid air (khí axít biển).
Trong thế kỷ 17, Johann Rudolf Glauber sử dụng muối (natri clorua) và axít
sunfuric để điều chế natri sunfat, giải phóng ra khí hiđrơ clorua.
2NaCl + H2SO4 → 2HCl + Na2SO4
Năm 1772, Carl Wilhelm Scheele cũng thực hiện phản ứng này và đôi khi được
coi là người phát hiện ra nó. Joseph Priestley điều chế được hiđrơ clorua tinh
chất vào năm 1772 và vào năm 1818 thì Humphry Davy chứng minh rằng nó là
hợp chất của hiđrơ và clo.
Trong thời kỳ cách mạng công nghiệp, nhu cầu về các hợp chất kiềm như tro xô
đa (Na2CO3) đã tăng lên và Nicolas Leblanc đã phát triển một công nghệ mới ở
quy mô công nghiệp để sản xuất tro xơ đa. Trong cơng nghệ Leblanc, muối ăn
được chuỷển hóa thành tro xơ đa bằng axít sunfuric, đá vơi và than, tạo ra hiđrô
clorua như một sản phẩm phụ. Ban đầu, nó đã bị xả ra ngồi khơng khí, nhưng
đạo luật Kiềm năm 1863 đã nghiêm cấm việc xả khí này, vì thế các nhà sản xuất
tro xơ đa đã cho hấp thụ khí thải HCl trong nước, tạo ra axít clohiđric với sản
lượng quy mơ cơng nghiệp. Sau đó cơng nghệ Hargreaves đã được tạo ra, nó là
tương tự như công nghệ Leblanc, ngoại trừ việc người ta sử dụng lưu huỳnh
điơxít, nước, khơng khí thay cho axít sulfuric trong phản ứng là tỏa nhiệt về tổng
thể. Trong đầu thế kỷ 20 thì cơng nghệ Leblanc đã được thay thế bằng cơng

nghệ Solvay, nó khơng sinh ra HCl. Tuy nhiên, việc sản xuất hiđrô clorua vẫn
được tiếp tục như là một bước trong sản xuất axít clohiđric.
Các cơng dụng lịch sử của hiđrô clorua trong thế kỷ 20 bao gồm hiđroclorinat
hóa các Ankyl trong sản xuất các monome clorinat hóa như cloropren
(CH2=CCl-CH=CH2) và clorua vinyl (CH2=CHCl), để sau đó nhờ polyme hóa
sinh ra polycloropren (neopren) và polyvinyl clorua (PVC). Trong sản xuất vinyl
GVHD : TS. Vy Thị Minh Tâm
Sinh viên : Nguyễn Hán Giang

14

Lớp: CH1Đ11
Email:


Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì
Khoa: Cơng nghệ hóa học



Đồ án QT&TBCN Hóa học

clorua, axetylen (C2H2) được hiđroclorinat hóa bằng cách bổ sung HCl vào để
phá vỡ liên kết ba của phân tử C2H2, tạo ra liên kết đôi, sinh ra vinyl clorua.
"Công nghệ axetylen", được sử dụng cho tới thập niên 1960 để sản xuất
cloropren, bắt đầu bằng việc kết nối hai phân tử axetylen, sau đó bổ sung HCl
vào chất trung gian đã kết nối thông qua liên kết ba để chuyển nó thành
cloropren.
Cơng nghệ axetylen này đã được thay thế bằng cơng nghệ khác, trong đó người
ta bổ sung Cl2 vào một trong các liên kết đôi trong 1,3-butadien (CH2=CHCH=CH2), và kết quả là có thể sản sinh ra cloropren và HCl.

Hiện nay, phần lớn hiđrô clorua được sản xuất ra để sản xuất axít clohiđric.

CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN CƠNG NGHỆ
I. Các thơng số ban đầu
o Dùng H2O để hấp thụ HCl trong hỗn hợp khí HCl – khơng khí
o Năng suất tính theo hỗn hợp khí vào thiết bị: 2500m3/h
o Nồng độ đầu vào của HCl trong hỗn hợp khí là 10% thể tích
o Nồng độ đầu ra của HCl trong hỗn hợp khí là 2% thể tích
o Áp suất làm việc trong tháp 1,5 (at)
o Nhiệt đơ làm việc: 300C
II. Tính cân bằng vật chất
1. Cân bằng pha
Thành phần cân bằng của các pha trong hệ khí – dung dịch chất lỏng hịa tan khí
đối với các khí lý tưởng ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tới hạn được xác định theo định luật
Henri:
p=ψ ×x

[CT IX.1, 138, II]

Trong đó:
x: nồng độ phần mol của HCl trong dịng khí ở điều kiện cân bằng
p: áp suất riêng phần của cấu tử khí hịa tan khi cân bằng

GVHD : TS. Vy Thị Minh Tâm
Sinh viên : Nguyễn Hán Giang

15

Lớp: CH1Đ11
Email:

Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì
Khoa: Cơng nghệ hóa học



Đồ án QT&TBCN Hóa học

ψ : hệ số Henri
Mặt khác, áp suất riêng phần cân bằng của khí cũng có thể xác định theo phương
trình sau:
p = ycb × P

[CT IX.2, 138, II]

Trong đó:
ycb: nồng độ phần mol của cấu tử bị hấp thụ trong hỗn hợp khi cân bằng với chất lỏng
P: áp suất chưng của hỗn hợp khí
Từ hai phương trình trên ta có:
ycb =

ψ
x,
P

(kmol CO/kmol hỗn hợp khí)

Hay ycb = m × x, (kmol NH3/kmol hỗn hợp khí)
Trong đó m =

ψ
hằng số cân bằng pha hay hệ số phân bố
P

Ở 300C ψ = 0,0022.106 (mmHg)

[Bảng 3.1 giáo trình các q trình, thiết bị

trong cơng nghệ hóa chất và thực phẩm tập 4 trang153.]
m=

ψ
1
= 0,0022.10 6.
= 1,93
p
1,5.760

Ta thấy khí HCl là khí rễ hịa tan nên q trình hấp thụ chỉ được thực hiện ở áp suất
thấp (p=1,5 at).
2. Cân bằng vật liệu của quá trình hấp thụ
a, Một số kí hiệu
Xd: nồng độ ban đầu của HCl trong dung môi, kmol HCl/kmol dung môi
Xc: nồng độ cuối của HCl trong dung môi, kmol HCl/kmol dung môi
Yd: nồng độ ban đầu của HCl trong hỗn hợp khí, kmol/kmol khí trơ
Yc: nồng độ cuối của HCl trong hỗn hợp khí, kmol/kmol khí trơ
Gy: lượng hỗn hợp khí đi vào thiết bị hấp thụ, kmol/h
Gx: lượng dung môi đi vào thiết bị hấp thụ, kmol/h
Gtr: lượng khí trơ đi vào thiết bị hấp thụ, kmol/h

GVHD : TS. Vy Thị Minh Tâm
Sinh viên : Nguyễn Hán Giang

16

Lớp: CH1Đ11
Email:


Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì
Khoa: Cơng nghệ hóa học



Đồ án QT&TBCN Hóa học

b, Phương trình cân bằng vật liệu
Khi tính tốn hấp thụ, ta thường dung nồng độ phần mol tương đối. Do đó phương
trình có dạng:
Ycb =

m. X
1 + (1 − m) X

[CT IX.4, 140, II]

Với m = 1,9
m. X

⇒ Ycb = 1 + (1 − m) X

1,9. X

1,9. X

= 1 + (1 − 1,9). X = 1 + X − 0,9 X

Phương trình cân bằng vật liệu của quá trình hấp thụ được biểu diễn như sau:
Gtr (Yd − Yc ) = Gx ( X c − X d )

[CT IX.5, 140, II]

Ta viết phương trình cân bằng vật liệu đối với khoảng thể tích thiết bị kể từ một tiết
diện bất kỳ nào đó tới phần trên của thiết bị:
Gtr (Y − Yc ) = Gx ( X − X d )

[CT IX.6, 140, II]

Từ phương trình trên ta rút ra:
Y=
G

Gx
G
X + Yc − x X d
Gtr
Gtr

G

x
x
Đặt A = G ; B = Yc − G X d
tr
tr

⇒ Y = AX + B
Vì lượng dung mơi, lượng khí trơ cũng như nồng độ đầu và cuối là những đại lượng
cho trước và không đổi nên phương trình Y = AX + B là phương trình đường thẳng.
Phương trình Y = AX + B là phương trình đường nồng độ làm việc của quá trình hấp
thụ.

GVHD : TS. Vy Thị Minh Tâm
Sinh viên : Nguyễn Hán Giang

17

Lớp: CH1Đ11
Email:


Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì
Khoa: Cơng nghệ hóa học



Đồ án QT&TBCN Hóa học

Từ các thơng số ban đầu ta có:
Nồng độ thể tích ban đầu của HCl trong hỗn hợp khí:

yd = 10% = 0,10
Nồng độ phần mol ban đầu của HCl trong hỗn hợp khí:
Yd =

yd
0,10
=
= 0,11 (Kmol HCl/Kmol khí trơ)
1 − y d 1 − 0,10

Nồng độ thể tích cuối c ủa HCl trong hỗn hợp:
yc = 2% = 0.02
⇒ y tb =

y d + y c 0,10 + 0.02
=
=0,06 (Kmol HCl/Kmol khí trơ)
2
2

Nồng độ phần mol cuối của HCl trong hỗn hợp khí:
Yc =

yc
0, 02
=
≈ 0, 0204 (Kmol HCl/Kmol khí trơ)
1 − yc 1 − 0, 02

Áp suất làm việc trong tháp: P = 1,5 (at)

- Lượng hỗn hợp khí đi vào thiết bị hấp thụ:
Gy = n =

2500
= 111, 6 (Kmol/h)
22, 4

- Lượng khí trơ được xác định theo công thức:

GVHD : TS. Vy Thị Minh Tâm
Sinh viên : Nguyễn Hán Giang

18

Lớp: CH1Đ11
Email:


Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì
Khoa: Cơng nghệ hóa học

Gtr = G y .



Đồ án QT&TBCN Hóa học

1
= G y (1 − y d ) = 111,6(1 − 0,10) = 100,44 (Kmol/h) [CT IX.9, 141, II]
1 + Yd

- Lưu lượng khí HCl được hấp thụ:
GHCl = Gy.Yd.η
Ta có: η =

Yd − Yc 0,11 − 0,02
=
= 0,82
Yd
0,11

⇒ GHCl = 111,6.0,11.0,82 = 10,07(Kmol HCl/h)
- Hấp thụ HCl bằng nước, chọn dung môi sạch khi vào tháp nên: Nồng độ ban đầu của
NH3 trong nước Xd = 0. Do dung môi thải vào môi trường sau khi hấp thụ nên ta chọn
tiêu chuẩn cho dung môi đạt 0,02%.
Suy ra xc = 0,02% = 0,2.10-3
xd + xc 0 + 0, 2.10−3
=
= 0,1.10−3 (Kmol HCl/Kmol H2O)
⇒ xtb =
2
2

Nồng độ cuối của pha lỏng là:
Xc =

xc
0, 2.10−3
=
= 0, 2.10−3 (Kmol HCl/Kmol H2O)

1 − xc 1 − 0, 2.10−3

Lượng dung mơi tiêu tốn lý thuyết tính theo công thức sau:
Gx = Gtr

Yd − Yc
Xc − Xd

[CT IX.10, 141, II]

Giả thiết Xc = Xcbd thì lượng dung mơi tối thiểu cần để hấp thụ là:
Gx min = Gtr

Yd − Yc
X cbd − X d

[CT IX.11, 141, II]

0,11 − 0,02

⇒ G x min = 100,44 0,2.10 −3 − 0 = 45198 (Kmol/h)
Lượng dung môi cần thiết để hấp thụ: Gx = β.Gxmin
Thông thường β = 1,2 – 1,5. Chọn β = 1,2
⇒ Gx = 1,2.45198 = 54237,6 (Kmol/h)
GVHD : TS. Vy Thị Minh Tâm
Sinh viên : Nguyễn Hán Giang

19

Lớp: CH1Đ11

Email:


Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì
Khoa: Cơng nghệ hóa học



Đồ án QT&TBCN Hóa học

Lượng dung mơi thích hợp:
Nếu gọi l là lượng dung mơi tiêu tốn riêng thì:
l=
G

G x 54237,6
=
= 540 (Kmol H2O/Kmol khí trơ)
Gtr
100,44

54237,6

x
Vậy A = G = 100,44 = 540
tr

B = Yc −

Gx

X d = 0, 02
Gtr

⇒ Phương trình đường nồng độ làm việc: Y=540X+0,02
Từ phương trình đường nồng độ làm việc và phương trình đường cân bằng ta có bảng
số liệu: Y=540X+0,02
Ycb =

m. X
1,9. X
= 1 + X − 0,9 X
1 + (1 − m) X

X

Ycb

Y

0

0

0,02

0,00004

7,6.10-5

0,0416

0,00008

1,5.10-4

0,0632

0,001

1,9.10-3

0,542

0,0012

2,3.10-3

0,668

0,0014

2,6.10-3

0,776

0,0016

3,04.10-3

0,884

0,0018

3.42.10-3

0,992

0,002

3,8.10-3

1,1

GVHD : TS. Vy Thị Minh Tâm
Sinh viên : Nguyễn Hán Giang

20

Lớp: CH1Đ11
Email:


Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì
Khoa: Cơng nghệ hóa học



Từ bảng số liệu ta vẽ được đồ thị

Đồ án QT&TBCN Hóa học

số đĩa lý thuyết Nlt =3 đĩa

III. Cân bằng nhiệt lượng
Kí hiệu:
 Gd, Gc: lượng hỗn hợp khí đầu và cuối
 Ld, Lc: lượng dd đầu và cuối
 td, tc: nhiệt độ khí ban đầu và cuối, 0C
 Td, Tc: nhiệt độ dung dịch đầu và cuối, 0C
 Id, Ic: entanpi hỗn hợp khí ban đầu và cuối, KJ/Kg
 Q0: nhiệt mất mát, KJ/h
Phương trình cân bằng nhiệt lượng có dạng:
Gd.Id + Ld.Cd.Td + Qs = Gc.Ic + Lc.Cc.Tc + Q0
Với Qs: nhiệt lượng phát sinh do hấp thụ khí, KJ/h
Để đơn giản hóa vấn đề tính tốn, ta có thể giả thiết như sau:
- Nhiệt độ mất mát ra môi trường xung quanh không đáng kể Q0 = 0
- Nhiệt độ của hỗn hợp khí ra khỏi tháp bằng nhiệt độ dung dịch vào tháp tc = td =
50C
GVHD : TS. Vy Thị Minh Tâm
Sinh viên : Nguyễn Hán Giang

21

Lớp: CH1Đ11
Email:


Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì
Khoa: Cơng nghệ hóa học



Đồ án QT&TBCN Hóa học

- Tỷ nhiệt của dung dịch khơng đổi trong suốt quá trình hấp thụ Cd = Cc = CH O
2

G tr Yc

L tr Xñ

Gc tc Ic

Gtr Yñ

L tr Xc

Gtr tđ Iđ

Lđ Cđ Tđ

Lc Cc Tc

Trong q trình hấp thụ có thể phát sinh nhiệt, do đó nếu kí hiệu q là nhiệt phát sinh
của 1 mol cấu tử bị hấp thụ, thì ta có:
Qs = q.Ltr.(Xc – Xd)
Với mức độ gần đúng có thể coi q khơng đổi trong suốt quá trình hấp thụ:
Gd .I d + Ld .C.Td + q.Ltr . ( X c − X d ) = Gc I c + Lc .C.Tc
Ld

Hoặc: Tc = L .td +
c

Gd .I d − Gc .I c q.L
+
( Xc − Xd )
Lc .C
Lc .C
L

d
Vì lượng cấu tử hịa tan trong dung dịch nhỏ nên có thể lấy: L ≈ 1
c

Đồng thời ta cũng có thể bỏ qua mức độ biến đổi nhiệt của pha khí, tức là:
Gd .I d − Gc .I c ≈ 0

Như vậy, công thức tính nhiệt độ cuối Tc của dung dịch sẽ có dạng như sau:
Tc = Td +

q.Ltr
( Xc − Xd )
Lc .C

Do lượng cấu tử hòa tan trong dung dịch nhỏ nên: Lñ = Lc = Ltr

GVHD : TS. Vy Thị Minh Tâm
Sinh viên : Nguyễn Hán Giang

22

Lớp: CH1Đ11
Email:


Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì
Khoa: Cơng nghệ hóa học



Tc = Td +

Đồ án QT&TBCN Hóa học

q
( Xc − Xd )
C

Phương trình hấp thụ của NH3 trong dung mơi nước
HCl (k ) + H2O = HCl dungdich
IV. Tính kích thước thiết bị hấp thụ
1. Tính khối lượng riêng
• Đối với pha lỏng
a

1

1− a

HCl

HCl
Áp dụng công thức: ρ = ρ = ρ
xtb
HCl
H o
2

Trong đó:
 ρ xtb : Khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp lỏng, kg/m3
 a HCl : Phần khối lượng của HCl trong pha lỏng
 ρ HCl , ρ H O : Khối lượng riêng của HCl và H2O ở 50C, kg/m3
2

Tra bảng I.5 ở 50C có: ρ H O = 999,99 (kg/m3)

[Bảng I.5,11, I]

Tra bảng I.7 có: ρ HCl = 1,6394 (kg/m3)

[Bảng I.7,13, I]

2

Tính a HCl :
M

.x

HCl tb
Áp dụng công thức: a HCl = M .x + M .(1 − x )

HCl tb
H O
tb
2

Trong đó:
 a HCl : Phần khối lượng trung bình của HCl trong hỗn hợp
 xtb: Nồng độ phần mol trung bình của HCl trong pha lỏng, (Kmol HCl/Kmol
H2O)
xtb = 0,1.10 −3 (Kmol HCl/Kmol H2O)
⇒ a HCl =

36,5.0,1.10 −3
= 1,7.10 − 4 ( KmolHCl / KmolH 2 O)
−3
−3
36,5.0,1.10 + 18(1 − 0,1.10 )

Tính khối lượng phân tử của hỗn hợp lỏng Mx:
Mx = xtb.MHCl + (1- xtb). M H O = 0,1.10 −3 .36,5 + (1-1.10-4).18 = 18
2

• Đối với pha khí:
GVHD : TS. Vy Thị Minh Tâm
Sinh viên : Nguyễn Hán Giang

23

Lớp: CH1Đ11
Email:

Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì
Khoa: Cơng nghệ hóa học



Đồ án QT&TBCN Hóa học

Tính My:
Áp dụng cơng thức: My = ytb.MHCl + (1 – ytb).Mkk
Trong đó:
• My: Phân tử lượng trung bình của hỗn hợp khí, (Kg/kmol)
• MHCl, Mkk: Khối lượng phân tử của HCl và khơng khí, (Kg/kmol)
• ytb: Phần mol trung bình của HCl trong hỗn hợp (Kmol HCl/kmol hỗn hợp khí)
⇒ My = 0,06.36,5+(1-0,06).29 = 29,45 (kg/kmol)
Tính ρ ytb :
ρ ytb =

[ ytb M HCl + (1 − ytb ).M kk ].273 = [ 0,06 .36,5 + (1 - 0,06 ).29].273 = 1,204
22,4.T

22,4.298

(Kg/m3)

Tính ρ xtb :
a
1 − a HCl 1,7.10 −4 1 − 1,7.10 −4
1

= HCl +
=
+
= 1,10.10 −3
ρ xtb ρ HCl
ρ H 2O
1,6394
999,99

⇒ ρ xtb = 909,09 (Kg/m3)
2. Lượng khí trung bình đi trong tháp
Vytb =

Vd + Vc
(m3/h)
2

Với: Vd: Lưu lượng hỗn hợp đầu ở điều kiện làm việc (m3/h)
Vc: Lưu lượng khí thải đi ra khỏi tháp (m3/h)
Vc = Vtr.(1 +Yc)
Vd =

Gy .M ytb

ρ ytb

=

111, 6.27,8846
= 314

9,92

Với:
M ytb : Khối lượng mol phân tử trung bình của hỗn hợp khí (kg/kmol)

ρ ytb : Khối lượng riêng trung bình của pha khí (kg/m3)

Tương tự:
Vtr =

Gtr .M ytb

ρ ytb

=

111, 6.28,915
= 325 (m3/h)
9,92

Vc = Vtr.(1 + Yc) = 325.(1 + 0,0204) = 360(m3/h)
GVHD : TS. Vy Thị Minh Tâm
Sinh viên : Nguyễn Hán Giang

24

Lớp: CH1Đ11
Email:

Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì
Khoa: Cơng nghệ hóa học

⇒ Vytb =



Đồ án QT&TBCN Hóa học

Vd + Vc 314 + 360
=
= 337 (m3/h)
2
2

3. Độ nhớt
 Đối với pha lỏng:
lg µ x = xtb .lg µCO + (1 − xtb ).lg µ H 2O

Áp dụng cơng thức:
Trong đó:

µCO , µ H 2O : độ nhớt của HCl và H2O ở 300C, Ns/m2

Tra bảng I.120: ở 7 at: µ HCl = 0, 27.10−3 Ns/m2

[Bảng I.120, 121, I]

−3
Tra bảng I.102: µ H O = 0,8.10 Ns/m2

[Bảng I.120, 94, I]

2

⇒ lg µ x = xtb .lg µ HCl + (1 − xtb ).lg µ H O
2

= 0, 02.lg(0, 27.10−3 ) + (1 − 0, 02).lg(0,8.10−3 ) = −4.34
−2
⇒ µ x = 6, 42.10 Ns/m2

 Đối với pha khí:
My

Áp dụng cơng thức:

µy

=

ytb .M HCl (1 − ytb ).M kk
+
µ HCl
µkk

Trong đó:
µ y , µ HCl , µkk độ nhớt trung bình của pha khí, của HCl và của khơng khí ở điều

kiện làm việc 50C, Ns/m2

My, MHCL, Mkk khối lượng phân tử của pha khí, của HCl và của khơng khí
Tra bảng I.114: µkk = 181.10−7 Ns/m2
⇒

µy =

ytb .M HCl
µ HCl

[Bảng I.114, 118, I]

My
1, 278
=
= 1, 713.10−5
(1 − ytb ).M kk 0, 09278.17 (1 − 0, 09278).17
(Ns/m2)
+
+
1.10−5
181.10−7
µ kk

4. Tính vận tốc đảo pha
Áp dụng cơng thức:
Y = 1, 2.e −4 X
0,16

ωs2 .σ d .ρ ytb à x
Vi: Y =

ữ
g .Vd3 . xtb  µn 

GVHD : TS. Vy Thị Minh Tâm
Sinh viên : Nguyễn Hán Giang

25

Lớp: CH1Đ11
Email: