Đồ án môn học xử lý khi HCL trong môi trường

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

1

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN


I.1 SƠ LƯC VỀ QUÁ TRÌNH ĐIỆN PHÂN NaOH-Cl
2
:
I.1.1 Công Nghệ Sản Xuất Xút:
Sản xuất xút(NaOH) 31,5% được sản xuất theo phương pháp điện phân nước
muối trong thùng điện phân có màng trao đổi iôn. Quá trình điện phân xảy ra theo
phương trình
2NaCl + 2H
2
O > 2NaOH + Cl
2
+ H
2

Quy trình sản xuất được hình thành từ 5 công đoạn sản xuất chính là:
1. Công đoạn tinh chế nước muối sơ cấp
Muối nguyên liệu từ kho chứa được đưa vào thiết bò hòa tan bằng băng tải.
Nước muối đi từ dười lên qua cột muối. Tiếp đó các iôn Ca
2+
, Mg
2+
, SO
4

2-
có ảnh
hưởng xấu đến quá trình điện phân được kết tủa bằng Na
2
CO
3
, BaCl
2
, NaOH theo
phương trình:
SO
4
2-
+ BaCl
2
> BaSO
4
+ 2Cl
-

Ca
2+
+ Na
2
CO
3
> CaCO
3
+ 2Na
+

Mg
2+
+ NaOH > Mg(OH)
2
+ 2Na
+


2. Công đoạn điện phân
Hệ thống thùng điện phân hoạt động theo công nghệ màng trao đổi iôn. Quá
trình điện phân xảy ra theo phương trình:
2NaCl + 2H
2
O > 2NaOH + Cl
2
+ H
2


3. Công đoạn xử lý nước muối thứ cấp và nước muối nghèo
Trong quá trình điện phân đồng thời xảy ra phản ứng phụ tạo ra sản phẩm
không mong muốn như ClO
-
, ClO
3-
. Các iôn này tồn tại trong nước muối nghèo và có
hại đối với quá trình tái bão hòa nước muối, do đó cần được xử lý theo các bước sau
đây:
Dùng axit HCl phân hủy ClO

-
, ClO
3-
thành Cl
2

HCl + HClO > Cl
2
+ H
2
O
HCl + NaClO
3
> Cl
2
+ NaCl + H
2
O
Tách khí clo ra khỏi dung dòch nước muối bằng cách giảm áp suất riêng phần
trên bề mặt dung dòch trong tháp đệm làm việc ở áp suất chân không

4. Công đoạn điều dụng xút
TÀI LIỆU CHỈ MANG TÍNH CHẤT THAM KHẢO
MOITRUONGXANH.INFO

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

2

NaOH sau khi ra khỏi thùng điện phân một phần tuần hoàn về thùng điện phân,

phần còn lại được đưa tới hệ thống kho chứa hoặc hệ thống phân phối sử dụng

5. Công đoạn điều dụng khí clo, hydro
Khí clo, hidro ra khỏi thùng điện phân sẽ được làm nguội, điều chỉnh áp suất
thích hợp bảo đảm cho hệ thống luôn làm việc ở áp suất âm đối với clo và dương đối
với hydro. Quạt đẩy vận chuyển khí clo đến vò trí có nhu cầu sử dụng thuộc các dây
chuyền sản xuất sản phẩm gốc clo

I.1.2 Công Nghệ Sản Xuất HCl:
Axit HCl được tổng hợp từ khí clo và hidro đã làm nguội, ở điều kiện áp suất
dương . Quá trình tổng hợp là phản ứng giữa khí clo và hydro xảy ra trong tháp hỗn
hợp

v PHÂN TÍCH CÁC KHÍ Ô NHIỄM TỪ QUÁ TRÌNH ĐIỆN PHÂN :
Có một vài nguồn gây ô nhiễm cho trong các quá trình điện phân. Do các điện
cực làm việc ở điều kiện chân không thấp, trong trường hợp không giữ được điều kiện
làm việc thì có thể gây ra áp suất và dẫn tới khí cho có thể thoát ra ngoài không khí.
Ngoài ra còn có một lượng nhỏ clo bò thoát ra do lấy mẫu và khi thay điện cực. Khí clo
cũng có thể bò thoát ra ngoài ở chỗ các van, vòng đệm của bơm và trục của máy nén.
Tại khu vực cho clo vào bình hoặc thùng chứa clo cũng có thể có clo thoát ra với lượng
nhỏ khi cấp clo hoặc lấy ra
Khí HCl được hình thành trong tháp tổng hợp HCl từ H
2
và Cl
2
, khí này được
đưa sang tháp hấp thụ tại đây axit HCl đặc được tạo ra do quá trình hấp thụ hơi HCl
bằng axit loãng. Dòng khí ra khỏi tháp hấp thụ được tiếp tục đi qua thiết bò phun để thu
hồi phần hơi axit còn lại.
Sau tháp tổng hợp HCl, khí thải ra còn chứa hơi HCl chưa hấp thụ hết, một

lượng khí Cl
2
còn lại cùng với khí hidro và hơi nước. Tuy nhiên hàm lượng khí Cl
2
tương đối nhỏ nên không đáng kể nên khí thải chính là HCl với hàm lượng
08,0=
d
y (phần khối lượng). Ta sẽ lựa chọn phương pháp hợp lý thiết kế tháp có năng
suất 5000m
3
/h để xử lý lượng khí thải HCl trên trước khi thải ra ngoài môi trường

I.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KHÍ THẢI Cl
2 -
HCl:
I.2.1 Nguồn Gốc:

Trong khí quyển, khí Clo và HCl có nhiều ở vùng nhà máy hóa chất , các nhà máy
sản xuất bột giặt , chất tẩy rửa
Khi đốt than , giấy , chất dẻo và nhiên liệu rắn cũng tạo ra khí clo và HCl
Khí thải từ các nhà máy gia công bề mặt kim loại điển hình là nhà máy mạ kẽm
bằng phương pháp nhúng nóng với công suất hàng trăm nghìn tấn

I.2.2 Đặc Điểm
TÀI LIỆU CHỈ MANG TÍNH CHẤT THAM KHẢO
MOITRUONGXANH.INFO

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

3

Dung dòch HCl được tạo thành từ khí hydroclorua hoà tan trong nước
Khi mở nút chai đựng HCl thường bốc ra khói trắng
Khí HCl gặp hơi nước trong không khí thường ngưng tụ thành các giọt nhỏ rất
kích ứng

I.2.3 Tác Hại :
Gây kích ứng , làm hư hại , tổn thương (bỏng) các bộ phận cơ thể tiếp xúc , va
chạm gây dính như : đường hô hấp, đường tiêu hóa , mắt , da, răng …
Theo kết quả nghiên cứu của Tổ chức Y tế thế giới(WHO), HCl có thể gây ảnh
hưởng hệ thống vò giác, mắt, da, mũi, mồm
- Bắt đầu ở nồng độ 0,1-3,23 mg/m
3
đã thấy có mùi; từ 2,83-12,8 mg/m
3
thấy
mùi rõ và từ 8,3-32,9 mg/m
3
: thấy mùi nặng
- Công nhân làm việc nồng độ 15 mg/m
3
ở thời gian dài có thể bò hỏng răng
và để bảo vệ sức khỏe công nhân nên duy trì nồng độ ở mức 2,9 mg/m
3

- Không gây ung thư
Khi hít phải các hơi axit trong không khí hoặc các sản phẩm của hơi axit luôn
luôn bốc ra khí HCl gây kích ứng đường hô hấp khi tác dụng với kim loại và đun nóng
càng bốc ra nhiều khí HCl , có thể gây viêm phổi hóa học
HCl làm cho cây cối chậm phát triển , với nồng độ cao thì cây chết

HCl có tác dụng làm giảm độ mỡ bóng của lá cây , làm cho các tế bào biểu bì
của lá bò co lại

I.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CHUNG :
Đối với khí thải công nghiệp , các cơ sở cần xử lý tại nguồn , các phương pháp
căn bản có thể áp dụng là:
- Pha loãng khí bằng ống khói có chiều cao phù hợp
- Thay đổi nhiên liệu , nguyên vật liệu thiết bò nhằm giảm ô nhiễm
- Lắp đặt các hệ thống xử lý ô nhiễm (lắng , lọc , hấp thụ hấp phụ , phân hủy
sinh học…)

I.3.1 Cơ Sở Lý Thuyết Của Quá Trình Xử Lý Khí Độc Hại :
Gồm 3 phương pháp chính :
- Hấp thụ các chất khí độc hại bằng chất lỏng (nước , dung dòch …)
- Hấp phụ các chất ô nhiễm trên bề mặt vật liệu rắn ( than hoạt tính , than bùn
than nâu , đất xốp, phân rác….)
- Biến đổi hóa học các chất ô nhiễm bằng quá trình thiêu đốt ( đốt cháy sau )
hoặc xử lý bằng chất xúc tác đối với khí thải

I.3.2 Hấp Thụ Khí Bằng Chất Lỏng :
Hấp thu là quá trình xảy ra 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, nghóa là cần sự
TÀI LIỆU CHỈ MANG TÍNH CHẤT THAM KHẢO
MOITRUONGXANH.INFO

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

4

truyền vật chất từ pha lỏng vào pha khí, ta có quá trình nhả khí. Nguyên lý của cả hai

quá trình là giống nhau.
Quá trình hấp thu tách bỏ một hay nhiều chất ô nhiễm ra khỏi dòng khí thải
(pha khí) bằng cách xử lý với chất lỏng (pha lỏng). Khi này hỗn hợp khí được cho tiếp
xúc với chất lỏng nhằm mục đích hòa tan chọn lựa một hay nhiều cấu tử của hỗn hợp
khí để tạo nên một dung dòch các cấu tử trong chất lỏng.
- Khí được hấp thụ gọi là chất bò hấp thụ
- Chất lỏng dùng để hấp thu gọi là dung môi (chất hấp thụ)
- Khí không bò hấp thụ gọi là khí trơ.
Nguyên tắc: cho khí thải tiếp xúc với chất lỏng , các khí này hoặc được hòa tan
vào chất lỏng hoặc được biến đổi thành phần
Hiệu quả của hấp thụ phụ thuộc vào :
ü Sự tiếp xúc giữa pha khí và pha lỏng
ü Thời gian tiếp xúc
ü Nồng độ môi trường hấp thụ
ü Tốc độ phản ứng giữa chất hấp thụ và khí thải
Phương pháp này được sử dụng nhiều trong khử SO
x
trong khí thải do đốt than,
dầu và từ lò nấu kimloại , khử hơi H
2
SO
4
từ công nghệ sản xuất hóa chất; khử H
2
S từ
công nghệ xử lý khí thiên nhiên và lọc dầu ; khử khí Cl
2
từ sản xuất hóa chất;khử NH
3

từ quá trình mạ kim loại và khử các halogen,CO
2
, NO
2
và bụi từ các quá trình công
nghệ khác …

I.3.3 Hấp Phụ Khí Bằng Vật Liệu Rắn :
Quá trình hấp phụ phù hợp cho những trường hợp sau :
1. Chất khí ô nhiễm không cháy được hoặc khó cháy
2. Chất khí cần khử là có giá trò và cần thu hồi
3. Chất khí ô nhiễm có nồng độ thấp trong khí thải mà các khí khử khác không
thể áp dụng
Hấp phụ bao gồm 2 loại
I.3.3.1 Hấp Phụ Vật Lý :
Ưu điểm :
- Hấp phụ vật lý là quá trình thuận nghòch vì vậy để thu hồi chất bò hấp phụ
có giá trò hoặc hoàn nguyên chất hấp phụ đã bão hòa để tái sử dụng
- Tồc độ hấp phụ diễn ra rất nhanh
Khuyết điểm :
- Lượng khí bò hấp phụ vật lý giảm đi rất nhanh khi nhiệt độ tăng và có trò số
rất bé khi cao hơn nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tới hạn của chất bò hấp phụ

I.3.3.2 Hấp Phụ Hóa Học :
Ưu điểm :
TÀI LIỆU CHỈ MANG TÍNH CHẤT THAM KHẢO
MOITRUONGXANH.INFO

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

5

- Lượng nhiệt tỏa ra lớn hơn nhiều so với lượng nhiệt được giải phóng vì thế
năng lượng cần cho phản ứng các chất ấy trong pha khí
- Tính không thuận nghòch vì vậy bản chất hóa học của chất khí thay đổi khi
giải hấp
Phạm vi ứng dụng : tái sinh hơi cồn từ kho chứa rượu , lọc sạch khí thải lò đốt ,
khử ẩm trong không khí , khử khí độc hại và mùi trong khí thải , thu hồi các loại khí có
giá trò lẫn trong không khí thải

I.3.4 Xử Lý Ô Nhiễm Bằng Quá Trình Thiêu Đốt-Đốt Cháy Sau :
Lượng khí thải lớn nồng độ cháy được lại rất bé , đặc biệt là những chất ô
nhiễm có mùi khó chòu
Nguyên lý : đốt cháy trực tiếp các hơi khí độc cần xử lý để tạo nên sản phẩm
cháy là các loại khí khác
Ưu điểm :
- Phân hủy được hoàn toàn các chất ô nhiễm cháy được khi thiết bò thiêu đốt
được thiết kế và vận hành đúng quy cách
- Thích ứng với thay đổi nồng độ lưu lượng khí
- Hiệu quả xử lý cao
- Không cần hoàn nguyên
- Tận dụng được nhiệt thải
Khuyết điểm :
- Chi phí đầu tư và vận hành lớn
- Phức tạp thêm vần đề ô nhiễm không khí do có chứa thêm những hợp chất
của clorin, nitơ và lưu huỳnh… ngoài các nguyên tố C , H , O
- Cung cấp thêm nhiên liệu , chất xúc tác gây cản trở hoạt động thiết bò

I.4 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ
Trong 3 phương pháp trên , để xử lý lượng khí HCl do nhà máy điện phân

NaOH-CL
2
thải ra phương pháp thường được sử dụng hơn cả là hấp thụ và hấp phụ
Hấp thụ hidro clorua bằng nước được thực hiện trong các thiết bò khác nhau .
Hiệu quả xử lý phụ thuộc lượng nước tưới . Trong tháp đệm hiệu quả có thể đạt 88%,
tháp đóa 90-99%, tháp dóa chóp 97,8%
Để hấp thụ hidro clorua người ta thường sử dụng nước,dung dòch kiềm NaOH,
Ca(OH)
2
hoặc Na
2
CO
3
để hấp thụ HCl cho phép tăng hiệu quả xử lý và đồng thời
trung hòa nườc thải. Phương pháp cho phép tận dụng hidro clorua để sản xuất các
clorua kim loại: CaCl
2
,FeCl
3
,ZnCl
2
,BaCl
2
,NaCl
Để hấp phụ hydro clorua người ta có thể dùng oxit clorua sắt và clorua oxit
đồng trong hỗn hợp với oxit magiê,sunfat và photphat đồng ,chì ,cadmi tạo thành các
phức với 2 phân tử HCl và vài vật liệu polime hữu cơ,zeolit…Các hợp chất hấp phụ này
cho phép xử lý khí với nồng độ HCl thấp đến 1% thể tích trong khoảng nhiệt độ
TÀI LIỆU CHỈ MANG TÍNH CHẤT THAM KHẢO
MOITRUONGXANH.INFO

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

6

rộng.Phương pháp này ít được sử dụng là do chi phí phục hồi chất hấp phụ lớn,chất hấp
phụ thường đắt và hiếm
Từ việc phân tích ưu và nhược điểm của từng phương pháp trên và theo yêu cầu
của đồ án : năng suất cuả tháp là 5000 m
3
/h ,khí đạt tiêu chuẩn loại B: nồng độ đầu ra
200 mg/l (TCVN 5939-1995), hiệu suất xử lý của thiết bò chính đạt được 90% , ta sẽ
chọn thiết bò xử lý dùng trong trường hợp này là HẤP THỤ

TÀI LIỆU CHỈ MANG TÍNH CHẤT THAM KHẢO
MOITRUONGXANH.INFO

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

7

CHƯƠNG i i : HẤP THỤ VÀ CÁC LỰA CHỌN CHI TIẾT



II.1 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH HẤP THỤ

II.1.1 Cơ Chế Quá Trình:
Hấp thu là quá trình quan trọng để xử lý khí và được ứng dụng trong rất nhiều quá
trình khác.Hấp thu trên cơ sở của quá trình truyền khối ,được mô tả và tính toán dựa
vào phân chia 2 pha (cân bằng pha, khuếch tán).
Cơ chế quá trình có thể chia thành 3 bước:
+ Khuếch tán các phân tử chất ô nhiễm thể khí trong khối khí thải đến bề mặt
của chất lỏng hấp thụ. Nồng độ phân tử ở phía chất khí phụ thuộc vào cả 2 hiện tượng
khuếch tán:
Khuếch tán rối: có tác dụng làm nồng độ phân tử được đều đặn trong khối khí.
Khuếch tán phân tử: làm cho các phân tử khí chuyển động về phía lớp biên
Trong pha lỏng cũng xảy ra hiện tượng tương tự như thế:
Khuếch tán rối: được hình thành để giữ cho nồng độ được đều đặn trong toàn bộ
khối chất lỏng
Khuếch tán phân tử: làm dòch chuyển các phân tử đến lớp biên hoặc từ lớp biên
đi vào pha khí
+ Thâm nhập và hòa tan chất khí vào bề mặt của chất hấp thụ
+ Khuếch tán chất khí đã hòa tan trên bề mặt nhăn cách vào sâu trong lòng chất
lỏng hấp thụ.
Quá trình hấp thụ phụ thuộc vào sự tương tác giữa chất hấp thụ và chất bò hấp thụ
trong pha khí.
II.1.2 Quá Trình Trao Đổi Chất:
Khi chất ô nhiễm từ khí thải vào chất lỏng hấp thụ các phân tử được trao đổi qua
vùng ranh giới gọi là lớp biên (màng, phim). Các phân tử đi qua lớp biên từ cả 2 phía,
một số từ phía chất khí, một số từ phía chất lỏng.
Cường độ trao đổi phụ thuộc vào các yếu tố tác động lên hệ thống như áp suất,
nhiệt độ, nồng độ và độ hòa tan của phân tử. Cường độ trao đổi sẽ tăng nếu giữa pha
lỏng và pha khí có diễn ra phản ứng hóa học hay các phân tử khí không hể quay trở về
khối khí khi có tác động của các quá trình vật lý.
Quá trình hấp thụ kèm theo sự tỏa nhiệt và làm tăng nhiệt độ của hệ thống.
Khi pha khí phân tán vào pha lỏng xảy ra hiện tượng dẫn nhiệt làm năng lượng của

cấu tử pha khí bò giảm. Hiện tượng này xảy ra là do sự chuyển động hỗn loạn của các
phân tử khí, làm cho các phân tử này bò xáo trộn từ đó dẫn tới sự cân bằng năng lượng
TÀI LIỆU CHỈ MANG TÍNH CHẤT THAM KHẢO
MOITRUONGXANH.INFO

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

8

giữa hai pha. Nhờ có chuyển động này mà sự khác biệt cục bộ về nồng độ chất khí
trong hỗn hợp sẽ được giảm dần ngay cả khi không có sự can thiệp của ngoại lực như
quấy, lắc.
Mặt khác tổng thể tích của hệ thống trong quá trình hấp thụ cũng bò giảm do thể
tích pha khí giảm. Theo Nguyên lý Le Chartelier: độ hòa tan của khí trong chất lỏng
tăng nếu tăng áp suất và giảm nhiệt độ của quá trình.
Trong thực tế có 2 hiện tượng hấp thụ:
Hấp thụ đẳng nhiệt: được tiến hành với sự giải nhiệt pha lỏng bằng thiết bò
truyền nhiệt bố trí trong tháp hấp thụ. Nếu nồng độ ban đầu không lớn hoặc khi lưu
lượng chất lỏng lớn thì sự thay đổi nhiệt độ của chất lỏng không đáng kể.
Hấp thụ đẳng áp: diễn ra khi không có sự trao đổi với môi trường bên ngoài,
khi này cơ cấu thiết bò được đơn giản hóa nhưng điều kiện cân bằng không tốt
Có 2 phương pháp hấp thụ :
Hấp thụ vật lý: được dựa trên sự hòa tan của cấu tử pha khí trong pha lỏng
Hấp thụ hóa học: có phản ứng hóa học giữa chất bò hấp thụ và chất hấp thụ.
Khi này hiệu nồng độ ở bề mặt phân chia pha tăng, vận tốc hấp thụ hóa học tăng hơn
khi hấp thụ vật lý. Vận tốc phản ứng hóa học càng tăng, vận tốc hấp thụ hóa học càng
tăng.

II.2 CÁC LOẠI THÁP HẤP THỤ
Thiết bò hấp thụ có chức năng tạo ra bề mặt tiếp xúc giữa hai pha khí và lỏng càng

lớn càng tốt. Có nhiều dạng tháp hấp thu:
1. Tháp phun:
Là tháp có cơ cấu phun chất lỏng bằng cơ học hay bằng áp suất trong đó chất
lỏng được phun thành những giọt nhỏ trong thể tích rỗng của thiết bò và cho dòng khí đi
qua. Tháp phun đươc sử dụng khi yêu cầu trở lực bé và khí có chứa hạt rắn.
2. Tháp sủi bọt:
Khí được cho qua tấm đục lỗ bên trên có chứa lớp nước mỏng .
3. Tháp sục khí:
Khí được phân tán dưới dạng các bong bóng đi qua lớp chất lỏng. Quá trình phân
tán khí có thể thực hiện bằng cách cho khí đi qua tấm xốp, tấm đục lỗ hoặc bằng cách
khuấy cơ học.
4. Tháp đệm:
Chất lỏng được tưới trên lớp đệm rỗng và chảy xuống dưới tạo ra bề mặt ướt của
lớp đệm để dòng khí tiếp xúc khi đi từ dưới lên. Tháp đệm thường được sử dụng khi
năng suất nhỏ, môi trường ăn mòn, tỉ lệ lỏng : khí lớn, khí không chứa bụi và hấp thụ
không tạo ra cặn lắng.
5. Tháp đóa:
TÀI LIỆU CHỈ MANG TÍNH CHẤT THAM KHẢO
MOITRUONGXANH.INFO

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

9

Cho phép vận tốc khí lớn nên đường kính tháp tương đối nhỏ, kinh tế hơn những
tháp khác. Được sử dụng khi năng suất lớn, lưu lượng lỏng nhỏ và môi trường không ăn
mòn.
Tháp hấp thụ phải thoả mãn những yêu cầu sau: hiệu quả và có khả năng cho khí
đi qua, trở lực thấp (<3000Pa), kết cấu đơn giản và vận hành thuận tiện, khối lượng
nhỏ, không bò tắc nghẽn bởi cặn sinh ra trong quá trình hấp thụ.

Khi đồng thời hấp thụ nhiều khí, vận tốc hấp thụ của mỗi khí bò giảm xuống.
Khí hấp thụ hoá học trong tháp xuất hiện đối lưu bề mặt, nghóa là trên bề mặt phân
chia pha xuất hiện dòng đối lưu cưỡng bức thúc đẩy quá trình truyền khối.

II.3 DUNG MÔI HẤP THỤ :
Chất hấp thụ có thể là H
2
O , dung dòch NaOH , KOH , Ca(OH)
2
, Na
2
CO
3
,
K
2
CO
3
…

II.4 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU QUẢ HẤP THU:
II.4.1 nh Hưởng Của Nhiệt Độ:
Khi các điều kiện khác không đổi mà nhiệt độ tháp tăng thì hệ số Henry sẽ tăng.
Kết quả là ảnh hưởng đường cân bằng dòch chuyển về phía trục tung. Nếu đường làm
việc AB không đổi thì động lực trung bình sẽ giảm, số đóa lý thuyêt sẽ tăng và chiều
cao của thiết bò sẽ tăng. Thậm chí có khi tháp không làm việc được vì nhiệt độ tăng
quá so với yêu cầu kỹ thuật. Nhưng nhiệt độ tăng cũng có lợi là làm cho độ nhớt cả hai
pha khí và lỏng tăng.

II.4.2 nh Hưởng Của p Suất :

Nếu các điều kiện khác giữ nguyên mà chỉ tăng áp suất trong tháp thì hệ số cân
bằng sẽ tăng và cân bằng sẽ dòch chuyển về phía trục hoành.
Khi đường làm việc AB không đổi dẫn đến động lực trung bình tăng quá trình
truyền khối sẽ tốt hơn vì thế số đóa lý thuyết sẽ giảm làm chiều cao của tháp thấp hơn.
Tuy nhiên, việc tăng áp suất thường kèm theo sự tăng nhiệt độ. Mặt khác, sự tăng
áp suất cũng gây khó khăn trong việc chế tạo và vậân hành của tháp hấp thụ.

II.4.3 Các Yếu Tố Khác:
Tính chất của dung môi, loại thiết bò, cấu tạo thiết bò, độ chính xác của dụng cụ đo,
chế độ vận hành tháp… đều có ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất hấp thu.

II.5 CÁC PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ KHÍ CL
2
VÀ HCl BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP
THỤ
II.5.1 Hấp Thụ Bằng Huyền Phù CaCO
3
, Sữa Vôi :
Ca(OH)
2
+ 2Cl
2
= Ca(OCl)
2
+ CaCl
2
+ 2H
2
O
Phản ứng trên xảy ra trong môi trường kiềm (đầy đủ vôi ) và cho ra các chất canxi

hypoclorit , canxi clorua và nước
TÀI LIỆU CHỈ MANG TÍNH CHẤT THAM KHẢO
MOITRUONGXANH.INFO

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

10

Ca(OCl)
2
+ 4HCl = CaCl
2
+ 4HClO
Ca(OH)
2
+ 2HCl = CaCl
2
+ 2H
2
O
Ưu điểm :
a. Rẻ nhất , tác chất dễ kiếm
b. Không cần chống ăn mòn thiềt bò kó lưỡng vì môi trường kiềm
Nhược điểm
a. Hiệu quả xử lý không cao , dễ bò đóng cặn gây tách nghẽn đường
ống
b. Dùng dung dòch NaOH và Na
2
CO
3

hiệu quả tăng đến 98%

II.5.2 Hấp Thụ Bằng Phương Pháp Axit
Phương pháp này được sử dụng nhiều khi trong khí thải ngoài clo và hidro clorua
còn chứa nhiều khí suafua dioxit
Ưu điểm :
a. Phương pháp axit cho khả năng hấp thụ đồng thời clo và sunfua
dioxit
Nhược điểm :
b. Vận hành tốn kém do kèm theo xử lý thêm hidro sunfua

II.5.3 Hấp Thụ Khí HCl Bằng Nước :
Ưu điểm :
a. HCl tan nhiều trong nước(1 thể tích nước có thể hòa tan 500 thể
tích khí HCl)
b. Nước là dung môi rẻ tiền, dễ sử dụng,dễ kiếm và không gây độc
hại
Nhược điểm:
Tạo sương mù các giọt axit lỏng mà việc thu hồi lại đạt hiệu quả
không cao

II.6 LỰA CHỌN THIẾT BỊ
Từ những điều phân tích ở trên,ta sẽ lựa chọn tháp hấp thụ là tháp đệm vì năng
suất tháp khoảng 5000m
3
/ngày tương đối nhỏ hơn nữa HCl là một môi trường ăn mòn
cao , quá trình điện phân cũng không phát sinh nhiều bụi
Dùng dung môi hấp thụ là nước do những ưu điểm đã được phân tích ở trên

CHƯƠNG I I I : ĐỀ XUẤT VÀ THUYẾT MINH CÔNG NGHỆ

TÀI LIỆU CHỈ MANG TÍNH CHẤT THAM KHẢO
MOITRUONGXANH.INFO

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

11


III.1 YỀU CẦU THIẾT KẾ:
III.1.1 Đầu đề các số liệu cho
Các số liệu ban đầu cho thiết kế như sau:
- Năng suất 5000 m
3
/h
- Đạt tiêu chuẩn khí thải loại B
- Hiệu suất xử lý của thiết bò chính 90%
Các số liệu tự chọn:
- Nhiệt độ pha khí HCl: 30
0
C
- Nhiệt độ của nước : 30
0
C
- p suất khí quyển : 1at

III.1.2 Yêu cầu thiết kế:

Thiết kế hệ thống xử lý khí thải HCl từ nhà máy điện phân NaOH-Cl
2


III.2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ :





III.3 THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ :
Khí thải HCl từ quá trình điện phân đi vào Scubơ để lọc bỏ bụi. Sau đó được đưa
qua tháp hấp thụ. Nước từ bể chứa được bơm lên bồn cao vò để chảy vào tháp hấp
Khí

Scubơ
lọc bụi
Bụi

Tháp hấp
thụ
Bơm

Bồn cao vò

Bể chứa

Nước

ng

khói
Phát
thải
Bồn
chứa

khí
Bể trung hòa
HCl
Xả bụi

Nứơc thải
Công
trình
XLNT
TÀI LIỆU CHỈ MANG TÍNH CHẤT THAM KHẢO
MOITRUONGXANH.INFO

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

12

thụ.Nước được đưa vào tháp hấp thụ qua bộ phận phân phối lỏng phải thấm ướt toàn bộ
vật chêm tiếp xúc với khí thải HCl đi từ dưới lên .Tại lớp vật liệu đệm trong tháp sẽ
xảy ra quá trình hấp thụ khí thải HCl vào trong dung môi là nước.Do hiệu suất hấp thụ
của tháp hấp thụ chỉ đạt đến 90% nên khoảng10% lượng khí thải sẽ thoát ra ngoài qua
quạt hút đi vào ống khói thải ra khí quyển với tiêu chuẩn thải được cho phép.90% khí
thải HCl được hấp thụ vào nước thành dung dòch axit clohidric.Dẫn dung dòch qua bể
trung hòa cho hoàn lưu trở lại tháp hấp thụ, phần còn lại cho qua hệ thống xử lý nước
thải của nhà máy.

TÀI LIỆU CHỈ MANG TÍNH CHẤT THAM KHẢO
MOITRUONGXANH.INFO

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

13

CHƯƠNG IV : TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ PHỤ
TR



Các thông số chọn:
- Nhiệt độ pha khí HCl: 30
0
C
- Nhiệt độ của nước : 30
0
C
- p suất khí quyển : 1at

IV.1 TÍNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO, ĐẦU RA:
Lưu lượng khối lượng của hỗn hợp khí ở đầu vào thiết bò
G
đ
=V
0
. r
0

r
(
)
4,22
1
4,22
0
dB
d
A
yM
y
M
-
+=

0646,0
29
08,01
5,36
08,0
5,36
08,0
1
=
-
+
=

-
+
=
B
d
A
d
A
d
d
M
y
M
y
M
y
y
(KmolHCl/Kmolhh khí)

r
0
=
)/(3163,1)0646,01(
4,22
29
0646,0.
4,22
5,36
3
mKg=-+

G
đ
= )/(8282,13163,1.
3600
5000
sKg=


Lưu lượng của cấu tử phân tán:

G

= )/(1463,008,0.8282,1. sKgyG
dd
==
G
Bđ
=
(
)
)/(6819,1)08,01.(8282,11. sKgyG
dd
=-=-
Khối lượng HCl được hấp thụ bởi nước:
M = G

. 0,9 = 0,1463.0,9 = 0,1316 (Kg/s)
Khối lượng HCl còn lại trong hỗn hợp khí đầu ra:
G

Ac
= G

– M = 0,1463 – 0,1316 = 0,0146(Kg/s)
Tổng lượng khí đầu ra:
G
Bc
= G
Bđ
+ G
Ac
= 1,6819 + 0,0146 = 1,6965(Kg/s)
Nồng độ phần khối lượng HCl ở đầu vào:

d
Y

= )/(0870,0
6819,1
1463,0
KgkkKgHCl
G
G
Bd
Ad
==
TÀI LIỆU CHỈ MANG TÍNH CHẤT THAM KHẢO
MOITRUONGXANH.INFO

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

14

Nồng độ phần khối lượng HCl ở đầu ra:
)/(0087,0
6819,1
0146,0
KgkkKgHCl
G
G
Y
Bd
Ac
c
===

IV.2 XÁC ĐỊNH LƯU LƯNG KHỐI LƯNG PHA LỎNG
Lưu lượng pha lỏng(nước) được tính bằng phương pháp đồ thò.Trên đồ thò ta dựng
đường cân bằng và đường làm việc của quá trình hấp thụ

IV.2.1 PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG CÂN BẰNG:
Đường cân bằng dựng được nhờ vào phương trình Henry:

***
x
P
H
xmy ==

)1(

*
P
H
X
M
M
X
p
H
M
M
Y
C
A
B
A
-+
= (*)

M
A
, M
B
,

M
C
: lần lượt là khối lượng phân tử của khí HCl,không khí,nước
H: hằng số Henry(tra bảng IX.1 trong[1])

P: áp suất tuyệt đối trong thiết bò

Nồng độ tối đa HCl trong chất lỏng có thể xác đònh từ phương trình(*):
điều kiện 30
0
C hằng số Henry tra bảng IX.1[1] H=2200mmHg

÷
ø
ư
ç
è
ỉ
-+
===
760
2200
1
18
5,36
.
760
2200
.
29
5,36
0870,0
max
max
X

X
YY
dcb

Þ 0463,0
max
=X (KgHCl/KgH
2
O)
Cho
X
thay đổi trong khoảng từ 0 đến 0,05 với bước nhảy 0,005: ta dựng đường
cân bằng
Xét đến sự thay đổi nhiệt độ giữa đầu vào và đầu ra của khí HCl, ta xét đến hiệu
ứng nhiệt:
· Lượng năng lượng mà chất lỏng đó hấp thụ: L.c.(t
c
-t
đ
)
Trong đó:
L: lưu lượng chất lỏng(kg/s)
c: nhiệt dung riêng của nước c=4,19KJ/Kg.K
t
đ
,

t
c
: nhiệt độ đầu và cuối của nước

· Lượng khí hòa tan trong lỏng: L.q
÷
÷
ø
ư
ç
ç
è
ỉ
-
dc
XX

q: hiệu ứng nhiệt hấp thụ của HCl trong nước(KJ/Kg)
q=f(t
0
x
) : tra bảng thay đổi theo nhiệt độ
· Phương trình cân bằng nhiệt lượng:
TÀI LIỆU CHỈ MANG TÍNH CHẤT THAM KHẢO
MOITRUONGXANH.INFO

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

15

L.c.(t
c
-t
đ

)= L.q
(
)
dc
XX -
Þ t
c
= t
đ
+
(
)
dc
XX
c
q
-
v Đối với khoảng thứ nhất:

d
X = 0, 0025,0
2
005,00
,005,0 =
+
=C=C
tbc

Nhiệt độ chất lỏng t
c

tương ứng với nồng độ
c
C được xác đònh theo phương trình
cân bằng nhiệt lượng:
t
c
= tđ +
(
)
dc
XX
c
q
-
C
0
3
3,32)0005,0(
19,4
10.925,1
30 =-+=
Nhiệt độ trung bình của chất lỏng trong khoảng thay đổi nồng độ trên là:
t
tb
= C
tt
cd
0
15,31
2

3,3230
2
=
+
=
+

đối với nhiệt độ này hằng số Henry là H=2230 mmHg
Từ công thức (*) ta tính được nồng độ cân bằng:
KgkkKgHClY
cb
/0091,0
)
760
2230
1.(005,0
18
5,36
005,0
.
760
2230
.
29
5,36
=
-+
=
Tính tương tự cho các khoảng tiếp theo ta được bảng số liệu sau:

Nồng độ HCl
Nhiệt độ chất hấp
thụ (
0
C)


H

STT










q.10
3
(KJ/Kg)

t
đ
t
c
t

tb

mmHg

1 0 0,005 0,0025 1,925 30 32,3 31,1 2230 0,0091

2 0,005 0,01 0,0075 1,922 32,3 34,6 33,4 2238 0,0185

3 0,01 0,015 0,0125 1,919 34,6 36,9 35,7 2250 0,028
4 0,015 0,02 0,0175 1,916 36,9 39,2 38 2260 0,0376

5 0,02 0,025 0,0225 1,912 39,2 41,4 40,3 2270 0,0475

6 0,025 0,03 0,0275 1,91 41,4 43,7 42,6 2275 0,0574

7 0,03 0,035 0,0325 1,906 43,7 46 44,9 2280 0,0675

8 0,035 0,04 0,0375 1,903 46 48,3 47,1 2284 0,0777

9 0,04 0,045 0,0425 1,9 48,3 50,5 49,4 2289 0,0881

10 0,045 0,05 0,0475 1,898 50,5 52,8 51,7 2293 0,0985


IV.2.2 Phương Trình Đường Làm Việc:
Dạng đường làm việc đi qua 2 điểm:
Y
d
X
c

X
tb
X
TÀI LIỆU CHỈ MANG TÍNH CHẤT THAM KHẢO
MOITRUONGXANH.INFO

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

16

· A(
cd
YX , ) A(0;0,0087)
· B (
dc
YX , ) 087,0=
d
Y , điểm B là giao điểm của đường cân bằng và đøng
làm việc . Vì vậy ta dựng được đường làm việc của quá trình hấp thụ tương
ứng với lưu lượng chất hấp thụ tối thiểu (m
min
).
087,0=
d
Y dựa vào đường cân bằng xác đònh được OKgHKgHClX
2
*
/0396,0=
KgKKOKgH
XX

YY
tgm
d
cd
/9773,1
00396,0
0087,0087,0
2
*
minmin
=
-
-
=
-
-
==
a

Lượng nước thực tế được lấy từ 10-30% lớn hơn lưu lượng nước tối thiểu:

min
)3,11,1( mm -=
3728,29773,1.2,1
=
=
m KgHCl/KgH
2
O
Phương trình đường làm việc có dạng:

0087,03728,2 += XY
Nồng độ HCl trong pha lỏng ở đầu ra:
087,0=
d
Y dựa vào phương trình đường làm việc Þ 033,0=
c
X
Lưu lượng nước hấp thụ:
L
đ
= m.G
Bđ
= 2,3728.1,6819 = 3,9908 Kg/s
Lưu lượng pha lỏng ở đầu vào: 4 Kg/s
Lưu lượng pha lỏng ở đầu ra:
L
c
=L
đ
+M = 3,9908 + 0,1316 = 4,1224 Kg/s
Nhiệt độ chất lỏng ở đầu ra:

( )
Ct
c
0
06,457,4303,0033,0
19,4
1903
=+-=

TÀI LIỆU CHỈ MANG TÍNH CHẤT THAM KHẢO
MOITRUONGXANH.INFO

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

17


IV.3 TÍNH THÁP HẤP THỤ
Chọn vật liệu đệm:(Bảng IX.8 Đặc trưng của đệm[1])
Đệm vòng rasig xếp ngẫu nhiên đệm bằng sứ :
· Kích thước: 30x30x3,5 mm
· Bề mặt tự do riêng s = 165m
2
/m
3

· Thể tích tự do v
đ
= 0,76m
3
/m
3

· Số đệm trong 1 m
3
: 25.10
3

· Khối lượng riêng xốp: r
đ
= 570 kg/m
3


IV.3.1 Vận Tốc Dòng Khí Đi Trong Tháp :
Vận tốc dòng khí đi trong tháp:
nww
gk
.=
w
g
: vận tốc tới hạn tương ứng với điểm nghòch đảo, nghóa là chuyển từ
chế độ chảy màng sang dạng như sương, xác đònh theo công thức:

8/14/1
16,0
3
2
).().(75,1.


lg
l
k
tb
tb
n

x
ld
kdg
G
L
A
vg
r
r
m
m
r
rsw
-=
ú
ú
û
ù
ê
ê
ë
é
÷
÷
ø
ư
ç
ç
è
ỉ

ĐƯỜNG CÂN BẰNG-ĐƯỜNG LÀM VIỆC
B
A
y = 1,9876x + 0,0083
R
2
= 0,9997
y = 2,3727x + 0,0087
R
2
= 1
0,0000
0,0200
0,0400
0,0600
0,0800
0,1000
0,1200
0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05
X,Kmol HCl/kmol nước
Y,Kmol HCl/Kmol kk
Đường cân bằng
Đường làm việc
Linear (Đường cân
bằng)
Linear (Đường làm
việc)
TÀI LIỆU CHỈ MANG TÍNH CHẤT THAM KHẢO
MOITRUONGXANH.INFO

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

18

· m
n
: độ nhớt của nước ở 20
0
C
µ
nước
= 1 .10
-3
N.s/m
2
(bảng 1.1[2])
· µ
x
: độ nhớt pha lỏng theo nhiệt độ trung bình
t
tb
= (30+45,06)/2=37,53
0
C (bảng 1.1[2])Þµ
x
= 0,6918.10
-3
N.s/m
2

· r
l
:Khối lượng riêng trung bình của chất lỏng ở 30
0
C,Kg/m
3

r
xtb
=
( )
xcxd
rr
+
2
1

r
xđ
=1000 (kg/m
3
)

780
016,01
1134
016,01 -
+==
å

x
c
xc
x
rr
Þ r
xc
= 784 (kg/m
3
)


)/(016,0
5,36033,0.18
033,0.18
.
.
KmolhhkhiKmolHCl
MXM
XM
x
AcB
cb
c
=
+
=
+
=

· L
tb
: lưu lượng trung bình của chất hấp thụ, Kg/s
L
tb
=0,5(L
đ
+L
c
)=0,5(3,9908+4,1224)=4,0516(Kg/s)
· Lưu lượng trung bình của pha khí:
)/(7624,1
2
6965,18282,1
2
sKg
GG
G
cd
cp
=
+
=
+
=
· Khối lượng riêng trung bình của pha khí:

(
)
cdy

rrr
+= .5,0
Trong đó:
r
đ
.

r
c
: khối lượng riêng của khí ở đầu vào và đầu ra
( )
c
B
c
A
c
y
M
y
M
-+= 1
4,224,22
r


)/(0069,0
5,360087,0.29
0087,0.29
.
.

hiKmolkhongkkmolHCl
MYM
YM
y
AcB
cB
c
=
+
=
+
=

)/(2969,1)0069,01(
4,22
29
0069,0
4,22
5,36
3
mKg
c
=-+=
r

Khối lượng riêng trung bình của pha khí:
)/(3066,1)2969,13163,1.(5,0
3
mKg
y

=+=
r

· Giá trò A=0,022 khi hấp thụ [1]

Vận tốc tới hạn:
125,0
25,0
16,0
3
3
2
2
784
3066,1
.
7624,1
0516,4
75,1022,0
10.1
10.6918,0
784.76,0.81,9
3066,1.165.
lg
÷
ø
ư
ç
è
ỉ

÷
ø
ư
ç
è
ỉ
-=
ú
ú
û
ù
ê
ê
ë
é
÷
÷
ø
ư
ç
ç
è
ỉ
-
-
g
w

Þ w
g

= 1,37 m/s
TÀI LIỆU CHỈ MANG TÍNH CHẤT THAM KHẢO
MOITRUONGXANH.INFO

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

19

Hệ số n được chọn theo bảng phụ thuộc mục tiêu quá trình và chế độ thủy động của
tháp (xem phụ lục)
Chọn chế độ xoáy rối vì nó đảm bảo cường độ quá trình cao và trở lực thấp hơn so
với chế độ đảo dòng
Chọn n=0,9
Vận tốc dòng khí đi trong tháp:
w
k
= 0,9.1,37 =1,24 (m/s)

IV.3.2 Xác Đònh Đường Kính Tháp Hấp Thụ :
Đường kính tháp được xác đònh từ phương trình lưu lượng theo pha liên tục:

yk
tb
w
G
d
r
785,0
=
Trong đó:

G
tb
: lưu lượng trung bình của pha khí Kg/s
r
y
: khối lượng riêng trung bình pha khí Kg/s
w
k
: vận tốc khí qua tiết diện tháp m/s

)(18,1
3066,1.24,1.785,0
7624,1
md
k
==

Chọn đường kính là 1,2m-đường kính trong thân hình trụ rèn bằng thép không
rỉ(Bảng XIII.6 [1] )
Vận tốc làm việc chính xác là:
)/(19,1
3066,1.2,1.785,0
7624,1
785,0
22
sm
d
G
w
y

k
cp
k
===
r

187,0
37,1
19,1
<==
g
k
w
w
vẫn đảm bảo chế độ xoáy rối
Vậy vận tốc dòng khí đi trong tháp là w
k
=1,19m/s

IV.4 TÍNH CHIỀU CAO LỚP ĐỆM:
Chiều cao lớp đêm trong tháp hấp thụ (H) thường được xác đònh theo số đơn vò
truyền khối(
y
m ) và chiều cao tương đng một đơn vò truyền khối(h
0
)

0
.hmH
y

=

IV.4.1 Tính Số Bậc Truyền Khối:
Số đơn vò truyền khối xác đònh theo công thức:

ò
-
=
d
c
Y
Y
cb
y
YY
Yd
m
Dùng phương pháp tích phân đồ thò để tính số đơn vò truyền khối
Ta lập bảng số liệu sau :
TÀI LIỆU CHỈ MANG TÍNH CHẤT THAM KHẢO
MOITRUONGXANH.INFO

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

20


STT

X

Y

*
Y

*
Y
Y
-

*
1
Y
Y
-

1 0 0,0087 0 0,0087 114,94
2 0,005 0,0206 0,0091 0,0115 87,23
3 0,01 0,0324 0,0185 0,0139 71,80
4 0,015 0,0443 0,028 0,0163 61,39
5 0,02 0,0562 0,0376 0,0186 53,90
6 0,025 0,0680 0,0475 0,0205 48,74
7 0,03 0,0799 0,0572 0,0227 44,09
8 0,033 0,0870 0,0675 0,0195 51,28

Từ bảng số liệu trên ta dựng đồ thò (
*
1
,

Y
Y
Y
-
)

Yc
Yd
0
20
40
60
80
100
120
140
0,000 0,020 0,040 0,060 0,080 0,100
Y
1/(Y-Y*)

Số bậc truyền khối được xác đònh bằng diện tích được giới hạn bởi trục x, đường
cong
*
1
Y
Y
-
, 2 đøng thẳng song song với trục tung x= 0087,0=
c
Y , x= 087,0=

d
Y
Chia nhỏ diện tích được giới hạn trên thành nhiều diện tích nhỏ, tổng các diện tích
nhỏ đó chính là số bậc truyền khối của quá trình. Số bậc truyền khối của quá trình là
5,12. Chọn số bậc truyền khối là 5,5

TÀI LIỆU CHỈ MANG TÍNH CHẤT THAM KHẢO
MOITRUONGXANH.INFO

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

21

IV.4.2 Chiều Cao Một Đơn Vò Truyền Khối:
Chiều cao 1 đơn vò truyền khối phụ thuộc đặc tính đệm, chế độ thủy động lực của
tháp và tính chất hóa lý các pha,h
0
thay đổi theo chiều cao thiết bò và vậy được tính:

X
tb
tb
Y
h
L
Gm
hh .
.
0
+=

· m: hệ số phân phối, hệ số góc đường tiếp tuyến với đường cân bằng. Bởi vì
đường cân bằng là đường cong và do đó hệ số góc thay đổi nên ta xác đònh
hệ số phân phối trung bình như sau
2

321
»
+
+
+
+
=
n
mmmm
m
n

§ m
1
, m
2
các hệ số góc của đường cân bằng
§ n: số khoảng chia

· :
y
h chiều cao một đơn vò truyền khối đối với pha hơi
· :
X
h chiều cao một đơn vò truyền khối đối với pha lỏng

· G
tb
: lưu lượng trung bình pha hơi (Kg/s)
G
x
=1,7624 Kg/s
· L
tb :
lưu

lượng trung bình pha lỏng (Kg/s)
L
tb
= 4,0516 Kg/s

IV.4.2.1 Chiều cao một đơn vò truyền khối đối với pha hơi:


67,0
25,0
Pr.Re

dyy
d
d
Y
a
v
h
s

Y
=
Trong đó:
· a: hệ số phụ thuộc dạng đệm, tra bảng đối với vòng rasig a=0,123
· y: hệ số thấm ướt của đệm, xác đònh theo đồ thò phụ thuộc tỉ lệ mật độ tưới
thực tế lên tiết diện ngang của tháp(U
tt
) trên mật độ tưới thích hợp (U
th
)
)./(46,16
2,1.785,0.784
3600.0516,4
.785,0.
3600.
32
22
hmm
d
L
F
V
U
kl
tb
t
x
tt
====
r

Mật độ tưới tối ưu được xác đònh theo công thức:
U
tư
= B.s
đ
· B: hệ số phụ thuộc dạng quá trình.
Tra bảng IX.6[1] đối với hấp thụ B=0,158m
3
/m.h
·
s
đ
: bề mặt riêng của đệm, m
2
/m
3
s
đ
=165 m
2
/m
3
U
tư
= 0,158.165 =26,07(m
3
/m
2
.h)

Lập tỉ số:
63,0
07,26
46,16
==
tu
U
U
Do đó theo đồ thò (IX.16[1]): y=0,65
TÀI LIỆU CHỈ MANG TÍNH CHẤT THAM KHẢO
MOITRUONGXANH.INFO

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

22


· Re
y
: Chuẩn số Reinolds đối với pha khí của tháp đệm:

dy
yk
y
w
sm
r
.
4
Re =

· m
y
: Độ nhớt động học của pha khí tính như độ nhớt hỗn hợp của hai
cấu tử hơi:

B
BB
A
AA
k
k
yy
mmm
M
+
M
=
M

.

· y
A
: Nồng độ mol của HCl trong pha khí

)/(0704,0
29
087,01
5,36
087,0

5,36
087,0
KmolkkkmolHCly
A
=
-
+
=

· M
k
: khối lượng phân tử khí hỗn hợp
M
k
=0,0704.36,5+(1-0,0704).29=29,528
Như vậy độ nhớt là:

(
)
33
10.018,0
29.0704,01
10.013,0
5,36.0704,0528,29

-
+=
y
m

Þ m
y
= 0,0174.10
-3
N.s/m
2

Chuẩn số Reinolds đối với pha khí của tháp đệm:
2166
165.10.0174,0
19,1.3066,1.4
Re
3
==
-
y


· Pr
dy
: Chuẩn số Prandl truyền khối

yy
y
dy
D.
Pr
r
m
=

Trong đó:
· D
y
: hệ số khuếch tán phân tử khí HCl trong pha khí,m
2
/s
Hệ số khuếch tán của HCl ở điều kiện chuẩn D
0
=13.10
-6
m
2
/s (Bảng5-5[3])
)/(10.2,15
273
30273
.
760
760
.10.13
26
2
3
6
2
3
0
0
0
sm

T
T
P
P
DD
k
k
y

=
÷
ø
ư
ç
è
ỉ
+
=
÷
÷
ø
ư
ç
ç
è
ỉ
=

876,0
10.2,15.3066,1

10.0174,0
Pr
6
3
==
-
-
dy


Chiều cao một đơn vò truyền khối theo pha khí:
TÀI LIỆU CHỈ MANG TÍNH CHẤT THAM KHẢO
MOITRUONGXANH.INFO

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

23

)(36,0876,0.2166.
123,0.65,0.165
76,0
67,025,0
mh
Y
==


IV.4.2.2 Chiều cao một đơn vò truyền khối theo pha lỏng:
5,025,0
33,0

2
1
2
1
Pr.Re.
.
119
dll
X
g
h
÷
÷
ø
ư
ç
ç
è
ỉ
=
r
m

· Re
l
: chuẩn số Reinolds lỏng trong tháp đệm
108
10.8007,0.165.2,1.785,0
0516,4.4

.4
Re
32
===
-
ldt
tb
l
F
L
ms

· Pr
dx
: Chuẩn số Prandl pha lỏng

xx
x
dx
D.
Pr
r
m
=
o D
x
: Hệ số khuếch tán HCl trong nước ở 12
0
C D
0

=2,3.10
-9
m
2
/s(Bảng
5.6[3])
điều kiện nhiệt độ trung bình của chất lỏng
Ct
tb
0
53,37
2
3006,45
=
+
=
Hệ số khuếch tán HCl trong nườc ở nhiệt độ trung bình 38,615
0
C:
D
l
= D
0.
[1+0,02.(t
tb
-12)]
Þ D
1
= 2,3.10
-9

.[1+0,02(37,53-12)]=3,47.10
-9
(m
2
/s)
Chuẩn số Prandl:
294
10.47,3.784
10.8007,0
Pr
9
3
==
-
-
dx


Chiều cao một đơn vò truyền khối theo pha lỏng:
)(344,0294.108
81,9.784
)10.8007,0(
119
5,025,0
33,0
2
23
mh
X
=

÷
÷
ø
ư
ç
ç
è
ỉ
=
-

Chiều cao của một đơn vò truyền khối:

)(66,0344,0.
0516,4
7624,1.2
36,0
0
mh =+=

Tổng chiều cao của lớp đệm:
H=5,12.0,66=3,38(m)
Chọn chiều cao của lớp đệm là 3,5m

Tỉ lệ chiều cao và đường kính:
91,2
2,1
5,3
==
k

d
H

Chiều cao của phần tách lỏng H
c
và đáy H
đ
được chọn theo bảng sau, phụ thuộc
đường kính tháp(xem phụ lục)
TÀI LIỆU CHỈ MANG TÍNH CHẤT THAM KHẢO
MOITRUONGXANH.INFO

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

24

Như vậy đối với tháp có đường kính nhỏ D=1,2m, ta chọn H
c
=0,8 ; H
đ
= 2m
Tổng chiều cao của tháp hấp thụ :
H= H + H
đ
+ H
c
= 3,5 + 0,8 + 2 = 6,3(m)
Chọn chiều cao của tháp là 6,5m; H
c
=1m, H

đ
=2m đường kính tháp là 1,2m

IV.5 TÍNH TRỞ LỰC CỦA THÁP:
IV.5.1 Tổn Thấp p Suất Của Đệm Khô:
Dp
k
=
2
.
.
.
.
4
2
'
3
'
y
y
d
d
V
H
rw
sl

· Re
y
>40 443,3

2166
16
Re
16
2,02,0
'
===
y
l

· w
y’
: tốc độ của khí tính trên toàn bộ diện tích tháp
ytd
yy
y
d
w
r
m
.
.Re
'
'
=

43,0
57,0'
045,0Re
÷

÷
ø
ư
ç
ç
è
ỉ
=
y
x
y
G
G
Ar
· )(184,0
165
76,0.4.4
m
v
d
d
d
td
===
s

·
(
)
(

)
6
23
3
2
3
10.402
)10.014,0(
81,9.3066,1989.3066,1.0184,0

=
-
=
-
=
-
y
yxytd
gd
Ar
m
rrr

( )
2524
0516,4
7624,1
.10.402.045,0Re
43,0
57,0

6'
=
÷
ø
ư
ç
è
ỉ
=
y

)/(47,1
3066,1.0184,0
10.014,0.2524
3
'
smw
y
==
-


Tổn thất áp suất của đệm khô:
)/(78,1543
2
3066,1.47,1
.
76,0
165.38,3
.

4
443,3
2
2
3
mNp
k
==L

IV.5.2 Tổn thất áp suất của đệm ướt

Dp
ư
= ))()()(1(
n
x
y
mc
y
x
k
L
G
AP
r
r
m
m
+D
Trong đó: Bảng IX.7[1]

A = 8,4
c = 0,015
TÀI LIỆU CHỈ MANG TÍNH CHẤT THAM KHẢO
MOITRUONGXANH.INFO

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

25

m = 0,405
n = 0,225

)/(7790
10.0174,0
10.6918,0
.
784
3066,1
.
7624,1
0516,4
.4,81.1973
2
015,0
3
3
225,0
405,0
mNp
u

=
ú
ú
û
ù
ê
ê
ë
é
÷
÷
ø
ư
ç
ç
è
ỉ
÷
ø
ư
ç
è
ỉ
÷
ø
ư
ç
è
ỉ
+=L

-
-


Trở lực của tháp DP = Max(Dp
ư
, Dp
k
)=Dp
ư
= 7790N/m
2


IV.6 TÍNH CÁC THIẾT BỊ PHỤ TR
Chiều cao làm việc của tháp H
lv
= 3,38 (m)
Chiều cao thân tháp H = 6,5(m)
Đường kính tháp D
t
= 1,2 (m)

IV.6.1 Đường ng Dẫn :
IV.6.1.1 Đường ống dẫn khí :
Vận tốc khí trong ống khoảng 4-15m/s (II.2 [5], ta chọn vận tốc dòng khí vào 15m/s
:

34,0
3600.15.785,0

5000
.
4
1
===
v
V
D
d
p

(m)

Chọn đường kính ống dẫn khí vào tháp D
1
= 300 (mm) [1]
Þ )/(7,19
3600.785,0.3,0
5000
4
.
2
2
sm
D
V
v
d
===
p

Chọn đường kính ống dẫn khí ra khỏi tháp D
2
=D
1
=300(mm) làm bằng tháp không
rỉ
Bề dày ống b=4mm

IV.6.1.2 Tính đường ống dẫn lỏng:
· Ống dẫn lỏng vào:
Vận tốc lỏng vào tháp khoảng 1,5 – 2,5 m/s (bảng II.2 [5])
Chọn vận tốc v = 2,5 (m/s)
045,0
1000.5,2.785,0
4
.
4
3
===
v
L
D
d
p
(m)
Chọn đường kính ống dẫn lỏng vào D
3
= 50 (mm)

TÀI LIỆU CHỈ MANG TÍNH CHẤT THAM KHẢO
MOITRUONGXANH.INFO