Thiết kế hệ thống xử lý hỗn hợp khí thải ô nhiễm bụi và hơi nicotine từ lò sấy thuốc của dây chuyền sản xuất thuốc lá

ĐỒ ÁN MƠN HỌC
KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI

ĐỀ TÀI: “Thiết kế hệ thống xử lý hỗn hợp khí thải ơ nhiễm bụi
và hơi Nicotine từ lò sấy thuốc của dây chuyền sản xuất thuốc lá”

Số liệu:
Lưu lượng khí 6000 m3/h
T = 50oC
ρk = 1,00484 kg/m3
Kích thước hạt bụi: d < 5 m (90%), nồng độ bụi : 820 mg/m3
Áp suất làm việc: P = 760 mmHg
Nicotine đầu vào: C0 = 14,2 mg/m3
Nicotine đầu ra: Cc = 5.10-4 mg/m3

GVHD: ThS. Dư Mỹ Lệ 91303295
SVTH: Võ Ngọc Quyền 91303391

Võ Quốc Sĩ



ĐAMH Xử lý khí thải – HK161

MỤC LỤC

CHƯƠNG 3. TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ......................................6
3.1. TÍNH TỐN THIẾT BỊ LỌC TÚI VẢI...............................................................6
3.1.1. Mục tiêu xử lý...................................................................................................6
3.1.2. Tính tốn kích thước thiết bị lọc túi vải...........................................................6
3.1.3. Tính lượng bụi thu được...................................................................................8

3.1.4. Tính tốn cơ khí thiết bị túi vải........................................................................8
3.1.4.1. Tính ứng suất của thiết bị............................................................................8
3.1.4.2. Tính bề dày thân tháp................................................................................10
3.1.4.3. Tính đáy và nắp tháp.................................................................................10
3.1.4.4. Tính chân đỡ..............................................................................................11
3.2. TÍNH TỐN THIẾT BỊ HẤP PHỤ....................................................................11
3.2.1. Mục tiêu xử lý.................................................................................................11
3.2.2. Tính tốn pha lỗng qua ống khói và giải nhiệt............................................11
3.2.3. Thiết lập đường đẳng nhiệt hấp phụ..............................................................12
3.2.4. Tính cân bằng vật chất...................................................................................16
3.2.4.1. Trong hỗn hợp khí đầu vào thiết bị...........................................................16
3.2.4.2. Trong hỗn hợp khí đầu ra thiết bị..............................................................16
3.2.5. Tính đường kính tháp.....................................................................................17
3.2.6. Tính hệ số truyền khối....................................................................................18
3.2.7. Tính thời gian hấp phụ một chu kỳ................................................................20
3.2.8. Tính tốn lượng than cần thiết.......................................................................21
3.2.9. Tính nhiệt hấp phụ và sự thay đổi nhiệt độ khí sau hấp phụ........................22
3.2.10. Tính tốn cơ khí...........................................................................................23
3.2.10.1. Tính chiều dài thân, đáy, nắp...................................................................23
3.2.10.2. Tính các thiết bị phụ trợ của tháp............................................................26
3.2.10.3. Tính quạt trong hệ thống xử lý.................................................................30

SVTH: Võ Ngọc Quyền & Võ Quốc Sĩ

ĐAMH Xử lý khí thải – HK161

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Đặc điểm và tính chất của Nicotine.......................................................................10
Bảng 2.1 Nồng độ C của bụi và các chất vô cơ làm cơ sở tính nồng độ tối đa cho phép trong

khí thải cơng nghiệp.............................................................................................................20
Bảng 3.1 Bảng thơng số đầu vào và đầu ra của thiết bị hấp phụ...........................................30
Bảng 3.2 Bảng thể hiện sự thay đổi áp suất hơi bão hòa của Nicotine theo nhiệt độ............31
Bảng 3.3 Bảng thể hiện đường đằng nhiệt hấp phụ của Benzene và Nicotine......................32
Bảng 3.4 Bảng thể hiện sự tương quan giữa chiều cao lớp than hoạt tính và thời gian của
một chu kỳ hấp phụ..............................................................................................................39

SVTH: Võ Ngọc Quyền & Võ Quốc Sĩ

ĐAMH Xử lý khí thải – HK161
DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Cơng thức cấu tạo của Nicotine.............................................................................10
Hình 1.2 Mơ phỏng dạng 3D cơng thức cấu tạo của Nicotine..............................................10
Hình 2.1 Sơ đồ khối Phương án 1.........................................................................................21
Hình 2.2 Sơ đồ cơng nghệ xử lý dịng khí............................................................................22
Hình 3.1 Mục tiêu xử lý của thiết bị lọc túi vải....................................................................24
Hình 3.2 Bố trí túi vải trong thiết bị.....................................................................................25
Hình 3.3 Mục tiêu xử lý của thiết bị hấp phụ.......................................................................29

SVTH: Võ Ngọc Quyền & Võ Quốc Sĩ

ĐAMH Xử lý khí thải – HK161

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

WHO Tổ chức Y tế Thế giới (World Health Organization)
VOCs Hợp chất hữu cơ bay hơi (Volatile organic compounds)
LEL
UEL Giới hạn cháy nổ thấp (Lower explosive limit)

HAP Giới hạn cháy nổ cao (Upper explosive limit)
Khí thải nguy hại (Hazardous Air Pollutants)

SVTH: Võ Ngọc Quyền & Võ Quốc Sĩ

ĐAMH Xử lý khí thải – HK161

CHƯƠNG 3. TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ
3.1. TÍNH TỐN THIẾT BỊ LỌC TÚI VẢI
3.1.1. Mục tiêu xử lý

Bụi: 820 mg/m3 Bụi: 8,2 mg/m3
Nicotine: 14,2 mg/m3 Nicotine: 14,2 mg/m3

ΔP

E = 99%

Thiết bị lọc túi vải

Thu bụi

3.1.2. Hình 3.1 Mục tiêu xử lý của thiết bị lọc túi vải

Tính tốn kích thước thiết bị lọc túi vải

Theo Bảng 1.6 – Vận tốc lọc đối với một số loại bụi [1], khi xử lý bụi thuốc lá,
người ta thường dùng vận tốc lọc cho chế độ giũ bụi rung và thổi là từ 0,9 – 2,0
m/ph.

Chọn vận tốc lọc là 1,2 m/ph = 0,02 m/s.

 Chọn túi lọc làm bằng vải len bán sẵn trên thị trường, có đường kính D = 300
mm, chiều cao H = 3 m. Vì vải len có khả năng cho khí xuyên qua lớ, bảo đảm
độ sạch ổn định và dễ dàng phục hồi, có giá thành thấp, do nhiệt độ của dòng bụi
khơng q cao (500C), do khơng có mài mịn vật lý và ăn mịn hóa học.

 Diện tích một túi lọc là:

F .D.H  .D2 .0,3.3  2. .0,32 2,90
4 4 (m2)

 Diện tích vải lọc cần thiết là:

SVTH: Võ Ngọc Quyền & Võ Quốc Sĩ

ĐAMH Xử lý khí thải – HK161

Ffilter  Q 6000 / 60 98, 04
Vf . 1, 2.0,85
(m )2

 Với  : Hiệu suất làm việc của bề mặt lọc;  0,85

 Số túi lọc cần thiết là:

N  F filter 98,04 33,8
F 2,90
(túi)

 Chọn số túi lọc là 36 túi.

 Bố trí các túi lọc thành 7 hàng, mỗi hàng 6 túi (thêm 1 hàng để hoạt động khi tiến
hành giũ bụi).

 Chọn khoảng cách giữa các túi lọc (ngang dọc như nhau) là d1 = d2 =100 mm;
khoảng cách túi lọc với thành thiết bị là d3 = 100 mm.

d1

Hình 3.2 Bố trí túi vải trong thiết bị
 Chiều dài thiết bị:

L 1 00 7  300 6 2500 (mm)
 Chiều rộng thiết bị:

W 1 00 7  300 6 2500 (mm)
 Chiều cao thiết bị:

SVTH: Võ Ngọc Quyền & Võ Quốc Sĩ

ĐAMH Xử lý khí thải – HK161

HT H  h1  h2 3 1 1,5 5,5 (m)

 Trong đó:

 H: chiều cao túi lọc; H = 3 m

 h1: chiều cao bộ phận giũ bụi; h1 = 1 m

 h2: chiều cao vùng thu hồi bụi; h2 = 1,5 m

 Tổn thất áp lực:

P 1 ,7Vf 40%Vf 1 ,7 1, 2(m / ph) 40% 1, 2(m / ph) 8, 27 6,70

0,3( ft / m) 0,3( ft / m) (in. H20)

 Chọn tổn thất áp lực của thiết bị là 10 in. H20 = 2488,4 Pa

3.1.3. Tính lượng bụi thu được

 Lượng hệ khí đi vào thiết bị túi vải:

Gv Q.pk 6000.1,00484 6029,040 kg/h

 Nồng độ bụi trong hệ thống khí tính theo phần trăm khối lượng khí đi vào thiết bị
lọc túi vải:

y C v  v 820.10 6 .100 0, 082%
pk 1,00484

 Nồng độ bụi trong hệ thống khí tính theo phần trăm khối lượng đi ra khỏi thiết bị
lọc túi vải:

yr yv (1 ) 0,082 (1 0,85) 0,0123%

 Lượng khí đi ra khỏi thiết bị:

Gr Gv  100  yv 6029,04  100  0,082 6024,837

100  yr 100  0,0123 kg/h

 Lượmg khí sạch hồn toàn:

Gs Gv  100  yv 6029,04  100  0,082 6024, 096

100 100 kg/h

 Lượng bụi thu được:

Gb Gr  Gs 6024,837  6024,096 0,741 kg/h

3.1.4. Tính tốn cơ khí thiết bị túi vải

3.1.4.1. Tính ứng suất của thiết bị

SVTH: Võ Ngọc Quyền & Võ Quốc Sĩ

ĐAMH Xử lý khí thải – HK161

 Chọn vật liệu:

 Thiết bị làm việc ở t = 500C

 Áp suất làm việc Plv= 1 atm = 101325 Pa

 Chọn vật liệu là thép carbon (thường để chế tạo thiết bị)

(Tra bảng XII.4, trang 309, Sổ tay QTTB tập 2)

 Ký hiệu thép: CT3

 Giới hạn bền kéo: k 380.106 Pa

 Giới hạn chảy: c 240.106 Pa

 Chiều dày tấm thép: b = 4 – 20 mm

 Độ dãn tương đối:  25%

Tra bảng XII.7, trang 313, Số tay QTTB tập 2)

 Hệ số dẫn nhiệt:  50 W/m.0C

 Khối lượng riêng:  7850 kg/m3

 Áp suất thử thủy lực: Pth = 1,5Plv

 Chọn công nghệ gia công là hàn tay bằng hồ quang điện, bằng cách hàn giáp mối
hai bên

(Tra bảng XIII.8, trang 362, Sồ tay QTTB tập 2)

 Hệ số hiệu chỉnh  1

 Hệ số an toàn bền kéo k 2,6

 Hệ số an toàn bền chảy c 1 ,5

 Hệ số bền mối hàn h 0,95

 Ứng suất cho phép của vật liệu theo giới hạn bền kéo:

   k   k  380.106 1 146,15.106
 k 2, 6 Pa

 Ứng suất cho phép của vật liệu theo giới hạn bền chảy:

   c   c  240.106 1 160.106
c 1, 5

SVTH: Võ Ngọc Quyền & Võ Quốc Sĩ

ĐAMH Xử lý khí thải – HK161

 Vậy dùng  k  1 46,15.106 Pa để tính tốn.

3.1.4.2. Tính bề dày thân tháp

 Áp suất tính tốn trong thiết bị: P = Plv = 101325 Pa

 k  h 146,15.106 0,95 1 370  50

P 101325

 Bề dày tối thiểu thân thiết bị:

S '  Dt .P  C  2, 8 101325 1 , 02.10 3

2 k  .h
6
2 146,15.10 0,95 m

 Trong đó: Dt: đường kính quy đổi; Dt = 2,8 m

 Chọn hệ số bổ sung để quy trịn kích thước:

C= C1 + C2 + C3 = 1 + 1 + 0,4 = 2.4 mm

Trong đó:

 C1: hệ số bổ sung do ăn mịn hóa học trong thời hạn sử dụng thiết bị là 15
năm với tốc độ ăn mòn 0,1mm/năm; C1 = 1 mm

 C2: hệ số bổ sung do hao mòn; C2 = 1 mm

 C3: hệ số bổ sung do dung sai âm (Tra bảng XIII.9, Sổ tay QTTB tập 2);
C3 = 0,4 mm

 Chiều dày thực của thân:

S = S’ + C = 1,02 + 2,4 = 3,42 mm

 Chọn S = 4 mm

 Kiểm tra lại ứng suất thành thiết bị theo áp suất thử tính tốn:

 Áp suất thử Pth được tính theo cơng thức trong bảng XII.5, Sổ tay QTTB tập 2:

Pth = 1,5Plv = 1,5.101325 = 151987,5  152000 Pa

 Ứng suất theo áp suất tính tốn:

 [Dt  (S  C)].Pth [2,8  (4  2, 4).10 3].152000 140, 08.10 6

2(S  C).h 3
2(4  2, 4).10 0,95 Pa

k 380.106 316,67.106   140,08.106
 Xét 1, 2 1, 2

 Vậy chọn S = 4 mm

SVTH: Võ Ngọc Quyền & Võ Quốc Sĩ

ĐAMH Xử lý khí thải – HK161

3.1.4.3. Tính đáy và nắp tháp
 Bề dày nắp lấy bằng bề dày thân: S = 4 mm.
 Bề dày đáy lấy bằng bề dày thân: S = 4 mm.

3.1.4.4. Tính chân đỡ
 Chọn vật liệu làm chân đỡ là thép CT3
 Khối lượng riêng của thép CT3 là  7850 kg/m3

3.2. TÍNH TỐN THIẾT BỊ HẤP PHỤ
3.2.1. Mục tiêu xử lý

Bụi: 8,2 mg/m3

Nicotine: 0,0005 mg/m3

Bụi: 8,2 mg/m3 Bụi: 8,2 mg/m3
Nicotine: 14,2 mg/m3 Nicotine : 1,28 mg/m3

T1=500C T2=300C T3 800C

Ống khói

E = 90%

Quạt hút

Tháp giải nhiệt Tháp hấp phụ

3.2.2. Thu
Nicotine

Hình 3.3 Mục tiêu xử lý của thiết bị hấp phụ
Tính tốn pha lỗng qua ống khói và giải nhiệt

SVTH: Võ Ngọc Quyền & Võ Quốc Sĩ

ĐAMH Xử lý khí thải – HK161

 Nicotine sau xử lý bằng tháp hấp phụ ta sẽ pha loãng 10% bằng ống khói, vậy
nồng độ Nicotine sau khi ra khỏi tháp hấp phụ ( CrHP ) được tính bằng:

Cd  Cxl  10%Cxl 5.10 4

 C C xl  d  5.10 4 15,137  5.10 4 15,1365 13,76
1,1 1,1 1,1 (mg/m3)

 CrHP Cd  Cxl 1 5,137  13, 76 1 ,377 (mg/m3)

 Hiệu suất quá trình hấp phụ:

H CrHP  1,377 0,091 91%
Cd 15,137

 Thông số đầu vào và đầu ra thiết bị hấp phụ:

Bảng 3.1 Bảng thông số đầu vào và đầu ra của thiết bị hấp phụ

Thông số Đầu vào Đầu ra
6000
Lưu lượng (m3/h) 6000 >30
1,377
Nhiệt độ (oC) 30

Nồng độ (mg/m3) 15,137

3.2.3. Thiết lập đường đẳng nhiệt hấp phụ

 Chọn chất chuẩn là Benzene, dựa vào đường đẳng nhiệt hấp phụ của Benzene
(Hình X.1 trang 245 [1]), ta xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ của Nicotine.

 Đại lượng hấp phụ tính theo cơng thức:

a 2* a 1* v1

v2

a*1 : Tung độ đẳng nhiệt hấp phụ của Benzene, kg/kg than

a*2 : Tung độ đẳng nhiệt hấp phụ của Nicotine, kg/kg than

v1 , v2 : Thể tích mol của Benzene và Nicotine

Với:

M : Khối lượng phân tử của chất được hấp phụ, kg/kmol

ρ : Khối lượng riêng của chất được hấp phụ ở trạng thái lỏng,

Khối lượng riêng của Benzene: ρB = 879 kg/m3,

SVTH: Võ Ngọc Quyền & Võ Quốc Sĩ

ĐAMH Xử lý khí thải – HK161
Khối lượng riêng của Nicotine: ρN = 1010 kg/m3
v M


 Đối với áp suất tính theo cơng thức:
lg p2 lg Ps2   T1 lg Ps1
T2 p1

p1, p2 : Áp suất riêng phần của Benzene và Nicotine, mmHg
T1, T2 : Nhiệt độ của Benzene và Nicotine khi hấp phụ, T1 = 293oK, T2 = 303oK
Ps1, Ps2 : Áp suất bảo hòa hơi của Benzene ở 20oC và Nicotine ở 30oC,

Ps1 75 mmHg
 Thể tích mol của Benzene:
v1 M  78 879 0,08874 (m3 / kmol)
v2 M  162 1010 0,16040 (m3 / kmol)
 Theo “Perrys Chemical Engineering Handbook” ta có bảng thể hiện sự thay đổi
áp suất bão hòa hơi của Nicotine:
Bảng 3.2 Bảng thể hiện sự thay đổi áp suất hơi bão hòa của Nicotine theo nhiệt độ
Áp suất 1 5 10 20 40 60 100 200 400 760
(mmHg)
Nhiệt độ 61,8 91,8 107,2 123,7 142,1 154,7 169,5 193,8 291,8 247,3
(oC)

SVTH: Võ Ngọc Quyền & Võ Quốc Sĩ

ĐAMH Xử lý khí thải – HK161

Đường cong thể hiện sự thay đổi áp suất bão hòa hơi theo nhiệt độ của Nicotine

800
f(x) = 0 x^4.35

700 R² = 0.97
600

500

Áp suất 400

300

200

100

050 100 150 200 250 300 350

Nhiệt độ

 Nội suy áp suất bão hòa hơi với nhiệt độ 30oC, ta được:

 8 4,3539  8 4,3539
Ps2 2.10 .x 2.10 .30 0,054 (mmHg)

 Hệ số ái lực (hệ số Aphin):

 v2 0,16040 1,8075
v1 0,08874

 Nhận xét: Hệ số ái lực  1 ,8075 có tỉ lệ sai lệch so với chất chuẩn Benzene là
80%, điều này có nghĩa là kết quả tính sẽ ảnh hưởng đến lượng than sử dụng cuối
cùng tương đối lớn. Lượng than tính ra cần được tăng thêm một lượng là 50% tỉ
lệ sai lệch (do cịn bù trừ với hiệu suất của q trình), tức là:

Mthan' Mthan  40%.Mthan

 Ta lấy các điểm trên đường đẳng nhiệt hấp phụ của Benzene, theo cơng thức ta tính
được tọa độ các điểm tương ứng trên đường đẳng nhiệt hấp phụ của Nicotine. Điểm
thứ nhất:

a 1* 0,103 (kg / kg)

a 2* a 1* v1 0,103. 0,08874 0,05698 (kg / kg)
v2 0,16040

p1 0,105 (mmHg)

lg p2 lg Ps2   T1 lg Ps1 lg(0,054)  1,8075. 293 lg( 75 )  6, 25585
T2 p1 303 0,105

p2 1 0lg p2 1 0 6,25585 5,55.10 7 (mmHg)

SVTH: Võ Ngọc Quyền & Võ Quốc Sĩ

ĐAMH Xử lý khí thải – HK161
 Thực hiện tương tự với các điểm còn lại ta được bảng kết quả:
Bảng 3.3 Bảng thể hiện đường đằng nhiệt hấp phụ của Benzene và Nicotine

Đường đẳng nhiệt hấp phụ của Benzene Đường đẳng nhiệt hấp phụ của Nicotine

a 1* (kg / kg) p1 (mmHg) a 2 * (kg / kg) p2 (mmHg)
0,05698
0,103 0,105 0,06750 5,55.10-7
0,122 0,223 0,11507 2,07.10-6
0,208 0,12890 2,85.10-5
0,233 1 0,14495 1,95.10-4
0,262 3 0,15270 1,08.10-3
0,276 8 0,16265 2,52.10-3
0,294 13 0,17593 4,90.10-3
0,318 19 0,18670 1,29.10-2
0,338 33 0,19861 1,96.10-2

0,359 42 2,66.10-2
50

Đường đẳng nhiệt hấp phụ Nicotine

0.25

a* (kg hơi Nicotine/kg than) 0.2

f(x) = 0.01 ln(x) + 0.23
0.15 R² = 0.98

0.1

0.05

0 5.00E-03 1.00E-02 1.50E-02 2.00E-02 2.50E-02 3.00E-02
0.00E+00 p (mmHg)

 Áp suất riêng phần của hơi Nicotine tương ứng với nồng độ đầu vào:
pN Cd RT  106 15,137 . 22, 4 273.162 .303.7601,77.10 3 (mmHg)

 Dựa vào đường đẳng nhiệt hấp phụ của Nicotine ta thay áp suất hơi riêng phần vào
để tìm nồng độ cân bằng của Nicotine:
aN* 0,0123.ln( pN )  0, 233 0,0123.ln(1,77.10 3)  0, 233 0,155 (kg/kg)

3.2.4. Tính cân bằng vật chất
3.2.4.1. Trong hỗn hợp khí đầu vào thiết bị

SVTH: Võ Ngọc Quyền & Võ Quốc Sĩ

ĐAMH Xử lý khí thải – HK161

 Phần mol hơi Nicotine trong hỗn hợp khí đầu vào:

Cd .R.T 15,137.10 6. 22, 4 .303
273 6
yd   2, 323.10
M N .P 162.1
(kmol Nicotine/kmol hỗn hợp)

 Phần khối lượng hơi Nicotine trong hỗn hợp khí đầu vào:

yd  yd .M N

yd .M N  (1 yd ).M K

2,323.10 6.162  5
  6 1,3.10
6
2,323.10 .162  (1 2,323.10 ).29 (kg Nicotine/kg hỗn hợp)

 Khối lượng riêng của hỗn hợp khí đầu vào:

d  M N .yd  M K .(1 yd ) . T0.P

22, 4.T.P0

162.2,323.10 6  29.(1 2,323.10 6 ) . 273.1 22, 4.303.1 1 ,166834 (kg/m3)

 Lưu lượng khối lượng của hỗn hợp khí đầu vào:

Gd Vd .d 6000.1,166834. 1h 3600s 1 ,9447 (kg/s)

 Lưu lượng khối lượng của hơi Nicotine trong hỗn hợp khí đầu vào:

GNd Gd .yd Vd .Cd 6000.15,137 6 . 1h 3600s 2,523.10 5 (kg/s)

 Lưu lượng khối lượng của khơng khí trong hỗn hợp khí đầu vào:

GKd Gd .(1 yd ) Gd  GNd 1 ,9447  2,523.10 5 1 ,94467477 (kg/s)

3.2.4.2. Trong hỗn hợp khí đầu ra thiết bị

 Phần mol hơi Nicotine trong hỗn hợp khí đầu ra:

yc Cc.R.T yd .(1 )
M N .P

2,323.10 6.(1  0,91) 2, 0907.10 7 (kmol Nicotine/kmol hỗn hợp)

 Phần khối lượng hơi Nicotine trong hỗn hợp khí đầu ra:

SVTH: Võ Ngọc Quyền & Võ Quốc Sĩ

ĐAMH Xử lý khí thải – HK161

yc  yc.M N
yc.M N  (1 yc ).M K

2,0907.10 7.162  6
  7 1,168.10
7
2,0907.10 .162  (1 2,0907.10 ).29 (kg Nicotine/kg hỗn hợp)

 Khối lượng riêng của hỗn hợp khí đầu ra:

 c  M N .yc  M K .(1 yc ) . T0.P

 22, 4.T.P0
3.2.5.
 162.2,0907.10 7  29.(1 2,0907.10 7) . 273.1 22, 4.303.1 1 ,166462 (kg/m3)
Khối lượng hơi Nicotine bị hấp phụ bởi than hoạt tính:

M GNd . 2,523.10 5.91% 2, 29593.10 5 (kg/s)
Lưu lượng khối lượng của hơi Nicotine trong hỗn hợp khí đầu ra:

GNc GNd  M 2,523.10 5  2, 29593.10 5 2, 2707.10 6 (kg/s)
Lưu lượng khối lượng của hỗn hợp khí đầu ra:

Gc GKd  GNc 1,94467477  2, 2707.10 6 1,944677 (kg/s)
Tính đường kính tháp
Đường kính tháp hấp phụ:

D  GTB
0, 785.hh .v

GTB : Lưu lượng khối lượng trung bình của hỗn hợp khí

GTB Gd  Gc 2 1,9447 1,944677 2 1 ,9446885 (kg/s)

hh : Khối lượng riêng của hỗn hợp khí

hh d  c 2 1,166834 1,166462 2 1,166648 (kg/m3)
v : Vận tốc khí khi vào thiết bị hấp phụ, chọn v 0,5 m / s

 Dt  GTB  1,9446885 2,061 (m)
0,785.hh.v 0, 785.1,166648.0,5

SVTH: Võ Ngọc Quyền & Võ Quốc Sĩ

ĐAMH Xử lý khí thải – HK161

 Chọn Dt = 2 m để tiện cho việc gia công.
 Tính lại vận tốc khí khi vào thiết bị hấp phụ:
3.2.6.
 v  2 GTB  2 1,9446885 0,531
0,785.hh.D 0,785.1,166648.2 (m/s)

Tính hệ số truyền khối

Với điều kiện quá trình hấp phụ đẳng nhiệt được biểu diễn bằng phương trình
Langmuir:

Sh 1 , 6.Re0,54 (1)

Trong đó:

Sh ky.dg2 (2)
D

Re v.dg (3)


D.v 0,54
ky 1 , 6 0,54 1,46
Từ (1), (2) và (3), ta suy ra:  .dg (m/s)

v : Vận tốc của dịng hơi khí tính theo tiết diện ngang tự do của thiết bị

v 0,531 (m / s)

D : Hệ số khuếch tán của Nicotine ở 30oC
 : Độ nhớt động học của hỗn hợp hơi khí ở 30oC
dg : Đường kính trung bình của hạt than, chọn than có đường kính dg = 0,004 m
và khối lượng riêng đổ đống là ρt = 500 kg/m3
Hệ số khuếch tán tính theo cơng thức:

4,3.10 7T 3/2 1 1 (m2 / s)
D  1/3 M N M KK
1/3 2
P(vN  vKK )

T : Nhiệt độ dịng khí, T = 303oK kg / kmol
P : Áp suất làm việc, P = 760 mmHg = 1 at
vN : Thể tích mol của Nicotine, cm3/mol
vK : Thể tích mol của khơng khí, cm3/mol
M N : Khối lượng mol của Nicotine, M N 162

SVTH: Võ Ngọc Quyền & Võ Quốc Sĩ

ĐAMH Xử lý khí thải – HK161

M KK : Khối lượng mol của khơng khí, M KK 29 kg / kmol
 Các hằng số cấu tạo: (Tham khảo “Sổ tay quá trình và thiết bị tập 2, trang 127)

Vòng Benzene: -15
Vòng Naptalen: -30
Vòng Antraxen: -47,5
 Tra bảng VIII.2. “Sổ tay quá trình và thiết bị tập 2, trang 127” ta có thể tích mol:

vKK 29,9 (cm3 / mol)

Thể tích mol nguyên tố:
C = 14,8 (cm3/nguyên tử)
H = 3,7 (cm3/nguyên tử)
N = 15,6 (cm3/nguyên tử)

VN 1 0.14,8 14.3,7  2.15,6  15 216 (cm3 / mol)

4,3.10 7.3033/2 1  1 5,518.10 6
 D 1.(2161/3  29,91/3)2 162 29
(m2/s)

 Nội suy bảng giá trị các thơng số của khơng khí ta được giá trị độ nhớt động học
của khơng khí ở 30oC:

30  20  K  15,11.10   6 5
 6  K 1,604.10
6

40  20 16,97.10  15,11.10 (m2/s)

 Độ nhớt động lực của khơng khí ở 30oC

K K .K 1 ,604.10 5.1,00484 1, 612.10 5 (Pa.s)
 Độ nhớt động lực của Nicotine ở 30oC:

N 0, 007.10 3 (Pa.s)
 Độ nhớt động học của hỗn hợp hơi ở 30oC:

ytb  yd  yc 2

2,323.10 6  2,0907.10 7 1, 266035.10 6
2 (kmol Nicotine/kmol hỗn hợp)

M hh 1 92.ytb  29.(1 ytb )

SVTH: Võ Ngọc Quyền & Võ Quốc Sĩ

ĐAMH Xử lý khí thải – HK161

162.1, 266035.10 6  29.(1 1, 266035.10 6) 29,0002 (kg/kmol)

M hh  ytb.M N  (1 ytb ).M K
hh N K

29,0002 1, 266035.10 6.162 (1  1, 266035.10 6).29
 hh  0,007.10 3 
1, 612.10 5

 hh 1 ,612.10 5 (Pa.s)

  hh 1,612.10 5 1 ,382.10 5
hh 1,166648
(m2/s)

 Hệ số truyền khối:

 6 0,54
3.2.7. 5,518.10 .0,531
 ky 1 , 6 (1,382.10 5 )0,54 .0,0041,46 8,365

Nhận xét: Hệ số truyền khối khá lớn, điều này thể hiện sự chuyển động qua lại
giữa 2 pha (rắn và khí) cao, nghĩa là tốc độ truyền khối lớn.

Tính thời gian hấp phụ một chu kỳ

Từ đường đẳng nhiệt hấp phụ ta nhận thấy a 0 * 0,155 kg / kg nằm trong khu
vực thứ hai (khu vực đường cong) nên thời gian hấp phụ được tính theo công
thức:

  a*N H  v  1 ln( Cd  1)  ln Cd  1  
vCd  k y   CrHP CrHP  

 : Thời gian hấp phụ, s

H : Chiều cao lớp than hoạt tính, m

C d : Nồng độ ban đầu của chất bị hấp phụ trong lưu chất hơi khí, kg/m3
Cd 1 5,137.10 6 (kg / m3)

a*N : Nồng độ chất bị hấp phụ cân bằng với nồng độ C d của lưu chất, kg/m3
a N * 0,155 kgkg .500 m3 kg 77,5 kg / m3

K y : Hệ số truyền khối, m/s
K y 8,365 (m / s)

SVTH: Võ Ngọc Quyền & Võ Quốc Sĩ