Đồ án thiết kế hệ thống xử lý NH3 bằng tháp đệm

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ VĂN NHIỀU
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 khí thải vô cùng lớn làm phá vỡ cân bằng
sinh thái gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.
Trong các loại ô nhiễm, ô nhiễm không khí ảnh hưởng trực tiếp đến con người, động
vật, thực vật và các công trình xây dựng. Sức khỏe và tuổi thọ con người phụ thuộc rất
nhiều vào độ trong sạch của môi trường. Vì vậy, trong những năm gần đây ô nhiễm không
khí từ các ngành sản xuất công ở nước ta đang là vấn đề quan tâm không chỉ của các
nhà chuyên môn mà là của toàn xã hội bởi mức độ nguy hại của nó đã lên đến mức báo
động.
NH
3
là một trong những chất gây ô nhiễm không khí được sản sinh nhiều trong các
ngành sản xuất công nghiệp. Việc xử lý NH
3
có nhiều phương pháp khác nhau. Với mõi
phương pháp điều có ưu nhược điểm riêng của chúng. Vì vậy, đồ án môn học chúng em
chọn thiết kế hệ thống hấp thu NH
3
bằng tháp đệm và cũng là một trong những phương
pháp góp phần vào việc xử lý khí thải ô nhiễm.
Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Văn Nhiều, các thầy cô bộ môn Máy và Thiết
bị đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện cho chúng em hoàn thành đồ án môn học
này.
Trang 1
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ VĂN NHIỀU
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
Trang 2
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ VĂN NHIỀU
1.1. Giới thiệu về khí thải

Amôniăc là một chất khí không màu có mùi rất khó chịu.

1.1.1. Tính chất vật lí
Amôniăc là một chất không màu, mùi khai và xốc, nhẹ hơn không khí (Khối lượng
riêng D = 0,76g/l )
Amôniăc hoá lỏng ở -34
0
C và hoá rắn ở -78
0
C. Trong số các khí, amôniăc tan
được nhiều nhất trong nước: 1 lít nước ở 200
o
C hoà tan được 800 lít NH
3
.
1.1.2. Tính chất hóa học
a. Sự phân huỷ
Phản ứng tổng hợp NH
3
là thuận nghịch. Điều này có nghĩa, amôniăc có thể phân
huỷ sinh ra các đơn chất N
2
và H
2
.
Amôniăc phân huỷ ở nhiệt độ 600 – 700
0
C và áp suất thường. Phản ứng phân huỷ
là phản ứng thu nhiệt và cũng là phản ứng thuận nghịch :
2 NH

3
3 H
2
+ N
2
b. Tác dụng với axit
NH
3
+ HCl → NH
4
Cl
1.1.3. Độc tính của amôniăc : 3 dạng của amoniac
- Khí amoniac (NH
3
)
- Khí amoniac hóa lỏng
- Dung dịch amonia (NH
4
OH)
a. Đối với động vật thuỷ sinh:
NH
3
được xem như là một trong những “kẻ giết hại” thế giới thuỷ sinh, sự nhiễm
độc NH
3
thường xảy ra đối với những hồ nuôi mới hoặc những hồ nuôi cũ nhưng có mật
độ nuôi lớn
b.Đối với người:
Khi hít phải hoặc tiếp xúc trực tiếp với NH
3

Triệu chứng :
 Thở khó, ho, hắt hơi khi hít phải
Trang 3
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ VĂN NHIỀU
 Cổ họng bị rát, mắt, môi và mũi bị phỏng, tầm nhìn bị hạn chế.
 Mạch máu bị giảm áp nhanh chóng
 Da bị kích ứng mạnh hoặc bị phỏng
 Trong một số trường hợp nếu hít phải NH
3
nồng độ đậm đặc có thể bị ngất, thậm
chí bị tử vong.
Trường hợp bị nhiễm độc cấp tính:
- Nồng độ khí NH
3
trên 100 mg/m
3
gây kích ứng đường hô hấp rõ rệt.
- Trị số giới hạn cho phép làm việc với đủ phương tiện phòng hộ trong một giờ là từ
210-350 mg/m
3

1.1.4. Các vấn đề MT liên quan đến NH
3
- Trong quá trình nuôi tôm, cá, các quá trình xử lý nước thải: nước thải, khí thải và
bùn do phân hữu cơ, xác động vật, xác(vỏ) tôm sau khi tiêu hoá thức ăn thì chúng được
thải ra trong điều kiện kỵ khí dưới sự tác dụng của vi khuẩn trong nước sinh ra H
2
S, NH
3
,

CH
4
… các chất này rất độc cho ao nuôi và các động vật thuỷ sinh.
- Các vụ rò rĩ khí NH
3
từ các nhà máy phân bón, SX nước đá, đông lạnh… cũng
ảnh hưởng lớn đến sức khoẻ công nhân và cộng đồng xung quanh.
1.2. Giới thiệu về quá trình hấp thụ
1.2.1. Khái niệm: Hấp thụ là quá trình xảy ra khi một cấu tử của pha khí khuếch
tán vào pha lỏng hoặc rắn do sự tiếp xúc giữa hai pha khí và lỏng (rắn).
- Khí được hấp thu gọi là chất bị hấp thụ ; chất lỏng( rắn) dùng để hút gọi là chất
hất thu, khí không bị hấp thụ gọi là khí trơ.
- Mục đích: hòa tan một hay nhiều cấu tử của hỗn hợp khí để tạo nên một dung
dịch (hỗn hợp) các cấu tử trong chất lỏng(chất rắn) . Các quá trình xảy ra do sự tiếp xúc
pha giữa khí và lỏng (rắn). Quá trình này cần sự truyền vật chất từ pha khí vào pha lỏng
(rắn). Nếu quá trình xảy ra ngược lại , nghĩa là cần sự truyền vật chất từ pha lỏng (rắn)
vào pha hơi, ta có quá trình nhả khí. Nguyên lý của cả hai quá trình là giống nhau .
- Trong công nghiệp hóa chất và thực phẩm, quá trình hấp thụ dùng để:
+ Thu hồi các cấu tử quý trong pha khí.
+ Làm sạch pha khí.
+ Tách hỗn hợp tạo thành các cấu tử riêng biệt.
+ Tạo thành một dung dịch(hỗn hợp) sản phẩm.
Trang 4
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ VĂN NHIỀU
 Hấp thụ vật lý: về thực chất chỉ là sự hòa tan các chất bị hấp
thụ vào trong dung môi hấp thụ, chất khí hòa tan không tạo ra
hợp chất hóa học với dung môi, nó chỉ thay đổi trạng thái vật lý
từ thể khí biến thành dung dịch lỏng (quá trình hòa tan đơn
thuần của chất khí trong chất lỏng).
 Hấp thụ hóa học: trong quá trình này chất bị hấp thụ sẽ tham

gia vào một số phản ứng hóa học với dung môi hấp thụ. Chất
khí độc hại sẽ biến đổi về bản chất hóa học và trở thành chất
khác.
Cơ cấu của quá trình này có thể chia thành ba bước:
 Khuếch tán các phân tử chất ô nhiễm thể khí trong khối khí thải đến bề
mặt của chất lỏng hấp thụ
 Thâm nhập và hòa tan chất khí vào bề mặt của chất hấp thụ
 Khuếch tán chất khí đã hoà tan trên bề mặt ngăn cách vào sâu trong
lòng khối chất lỏng hấp thụ
Quá trình hấp thụ mạnh hay yếu là tùy thuộc vào bản chất hóa học của dung môi
và các chất ô nhiễm trong khí thải. Như vậy để hấp thụ được một số chất nào đó ta phải
dựa vào độ hòa tan chọn lọc của chất khí trong dung môi để chọn lọc dung môi cho thích
hợp hoặc chọn dung dịch thích hợp (trong trường hợp hấp thụ hóa học). Quá trình hấp thụ
được thực hiện tốt hay xấu phần lớn là do tính chất dung môi quyết định.
Việc lựa chọn dung môi phụ thuộc và các yếu tố sau :
- Độ hòa tan tốt: có tính chọn lọc có nghĩa là chỉ hòa tan cấu tử cần tách và không hòa tan
không đáng kể các cấu tử còn lại . Đây là điều kiện quan trọng nhất.
- Độ nhớt của dung môi càng bé thì trở lực thuỷ học càng nhỏ và và có lợi cho quá trình
chuyển khối.
- Nhiệt dung riêng bé sẽ tốn ít nhiệt khi hoàn nguyên dung môi.
- Nhiệt độ sôi khác xa với nhiệt dộ sôi của chất hoà tan để dể tách các cấu tử ra khỏi dung
môi .
- Nhiệt độ đóng rắn thấp để tránh tắc thiết bị và thu hồi các cấu tử hòa tan dễ dàng hơn.
- Ít bay hơi, rẻ tiền , dễ kiếm và không độc hại với người và không ăn mòn kim loại.
1.2.2. Cơ sở thiết bị
a) Cơ sở vật lý của quá trình hấp thu :
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 , nghĩa là phân chia hai pha .Phụ
thuộc vào sự tương tác giữa chất hấp thu và chất bị hấp thu trong pha khí.
b) Phương trình cân bằng vật chất của quá trình hấp thu :

Trang 5
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ VĂN NHIỀU
Phương trình cân bằng vật liệu có dạng:
G
Y
Y
Đ
+ G
X
X
Đ
= G
X
X
C
+ G
Y
Y
C
Trong đó :
G
X
:luợng khí trơ không đổi khi vận hành ( kmol/ h)
G
Y
: lượng dung môi không đổi khi vận hành(kmol/ h)
Y
Đ
, Y
C

: nồng độ đầu và cuối của pha khí (kmol/kmolkhí trơ)
X
Đ
, X
C
: nồng độ cuối và đầu của pha lỏng (kmol/kmolkhí trơ)
1.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả hấp thu
a. Ảnh hưởng của nhiệt độ:
Khi các điều kiện khác không đổi mà nhiệt độ tháp tăng thì hệ số Henri sẽ tăng .
Kết quả là ảnh hưởng đường cân bằng dịch chuyển về phía trục tung . Nếu các đừơng
làm việc AB không đổi thì động lực trung bình sẽ giảm , số đĩa lý thuyêt sẽ tăng và chiều
cao của thiết bị 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.
b. Ảnh hưởng của áp 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 dịch chuyển về phía trục hoành.
Trang 6
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ VĂN NHIỀU
Khi đường làm việc AB không đổi thì động lực trung bình sẽ tăng quátrình chuyển
khối sẽ tốt hơn và số đĩa lý thuyết sẽ giảm làm chiều cao của tháp sẽ 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 vân hành của tháp hấp thụ
c. Các yếu tố khác:
Tính chất của dung môi , loại thiết bị và cấu tạo thiết bị độ chính xác của dụng cụ
đo, chế độ vận hành tháp… đều có ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất hấp thu.
1.2.4. Ưu, nhược điểm của quá trình hấp thu
 Ưu điểm:
Rẻ tiền, nhất là khi sử dụng H
2

O làm dung môi hấp thụ,các khí độc hại như SO
2
,
H
2
S, NH
3
, HF, có thể được xử lí rất tốt với phương pháp này với dung môi nước và các
dung môi thích hợp.
Có thể sử dụng kết hợp khi cần rửa khí làm sạch bụi, khi trong khí thải có chứa cả
bụi lẫn các khí độc hại mà các chất khí có khả năng hòa tan tốt trong nước rửa.
 Nhược điểm:
Hiệu suất làm sạch không cao, hệ số làm sạch giảm khi nhiệt độ dòng khí cao nên
không thể dùng xử lí các dòng khí thải có nhiệt độ cao, quá trình hấp thụ là quá trình tỏa
nhiệt nên khi thiết kế, xây dựng và vận hành hệ thống thiết bị hấp thụ xử lí khí thải nhiều
trường hợp ta phải lắp đặt thêm thiết bị trao đổi nhiệt trong tháp hấp thụ để làm nguội
thiết bị, tăng hiệu quả của quá trình xử lí. Như vậy, thiết bị sẽ trở nên cồng kềnh, vận
hành phức tạp.
Khi làm việc, hiện tượng “sặc” rất dễ xảy ra khi ta khống chế, điều chỉnh mật độ
tưới của pha lỏng không tốt, đặc biệt khi dòng khí thải có hàm lượng bụi lớn.
Việc lựa chọn dung môi thích hợp sẽ rất khó khăn, khi chất khí cần xử lí không có
khả năng hòa tan trong nước. Lựa chọn dung môi hữu cơ sẽ nảy sinh vấn đề: các dung
môi này có độc hại cho người sử dụng và môi trường hay không? Việc lựa chọn dung môi
thích hợp là bài toán hóc búa mang tính kinh tế và kĩ thuật, giá thành dung môi quyết
định lớn đến giá thành xử lý và hiệu quả xử lý.
Phải tái sinh dung môi (dòng chất thải thứ cấp ) khi xử dụng dung môi đắt tiền.
Chất thải gây ô nhiễm nguồn nước hệ thống càng trở nên cồng kềnh phức tạp.
1.3. Thiết bị hấp thu
Thiết bị được sử dụng để tiến hành quá trình hấp thu được gọi là thiết bị hấp thu
hoặc cột hấp thu. Thiết bị hấp thu có thể làm việc gián đoạn hoặc liên tục và được chia

thành 4 nhóm sau:
Trang 7
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ VĂN NHIỀU
• Thiết bị hấp thu bề mặt : được dùng khi hấp thu một lượng nhỏ có tính hòa tan
tốt.
• Thiết bị hấp thu loại đệm : được sử dụng phổ biến nhất khi chất lỏng và chất khí
tinh khiết và có mât độ phun lớn.
• Thiết bị hấp thu loại sủi bọt : được dùng khi tháp có năng suất cao và cần thoát
ra một luợng nhệt lớn .
• Thiết bị hấp thu loại phun: thành tia và thiết bị hấp thu cơ khí .
Các loại tháp thường gặp :
1.3.1. Tháp màng
- Bề mặt tiếp xúc pha là bề mặt chất lỏng chảy thành màng theo bề mặt vật rắn
thường là thẳng đứng . bề mặt vật rắn có thể là ống , tấm song song hoặc đệm tấm .
a. Tháp màng dạng ống :
-Có cấu tạo tương tự thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm gồm có ống tạo màng
được giữ bằng hai vĩ ống ở hai đầu khoảng không giữa ống và vỏ thiết bị tách khi cần
thiết . chất lỏng chảy thành màng theo thành ống từ trên xuống , chất khí ( hơi ) đi theo
khoảng không gian trong màng chất lỏng từ dưới lên .


b. Tháp màng dạng tấm phẳng :
- các tấm đệm đặt ở dạng thẳng đứng được làm từ những vật liệu khác nhau ( kim
loại , nhựa , vải căng treo trên khung …) đặt trong thân hình trụ . để đảm bảo thấm ướt
đều chất lỏng từ cả 2 phía tấm đệm ta dùng dụng cụ phân phối đặc biệt có cấu tạo răng
cưa.
c. Tháp màng dạng ống khi lỏng và khí đi cùng chiều :
- Cũng có cấu tạo từ các ống cố định trên 2 vỉ , khí đi qua thân gồm các ống phân
phối tương ứng đặt đồng trục với ống tạo màng . chất lỏng đi vào ống tạo màng qua khe
giữa 2 ống . khi đó tốc độ khí lớn kéo theo chất lỏng từ dưới lên chuyển động dưới dạng

Trang 8
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ VĂN NHIỀU
màng theo thành ống . khi cần tách nhiệt có thể cho tác nhân lạnh đi vào khoảng không
gian giữa vỏ và ống . để nâng cao hiệu suất người ta dùng thiết bị nhiều bậc khác nhau.
- Thủy động lực trong thiết bị dạng màng : khi có dòng khí chuyển động ngược
chiều sẽ ảnh hưởng đến chế độ chảy của màng . khi đó , do lực ma sát giữa khí và lỏng
sẽ có cản trở mạnh của dòng khí làm bề dày màng tăng lên , trở lực dòng khí tăng . tiếp
tục tăng vận tốc dòng khí sẽ dẫn đến cân bằng giữa trọng lực của màng lọc và lực ma sát
và dẫn đến chế độ sặc.
* Ưu và nhược điểm của tháp màng:
+ Ưu:
- Trở lực theo pha khí nhỏ.
- Có thể biết được bề mặt tiếp xúc pha (trong trường hợp chất lỏng chảy
thành màng)
- Có thể thực hiện trao đổi nhiệt.
+ Nhược:
- Năng suất theo pha lỏng nhỏ.
- Cấu tạo phức tạp, khi vận hành dễ bị sặc.
* Ứng dụng:
- Trong phòng thí nghiệm
- Trong trường hợp có năng suất thấp
- Trong những hệ thống cần trở lực thấp (hệ thống hút chân không, )
* Ví dụ: Hệ thống chưng dầu vỏ hạt điều, tái sinh dầu nhờn, chưng cất tinh dầu, cô đặc
nước trái cây,
1.3.2. Tháp đệm
- Cấu tạo gồm: thân tháp rỗng bên trong đổ đầy đệm làm từ vật liệu khác nhau ( gỗ
nhựa, kim loại, gôm, …) với những hình dạng khá nhau ( trụ, cầu, tấm, yên ngựa, lò xo …)
, lưới đỡ đệm, ống dẫn khí và lỏng ra vào.
Trang 9
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ VĂN NHIỀU

- Để phân phối đều chất lỏng lên khối đệm chứa trong tháp , người ta dùng bộ phận
phân phối dạng : lưới phân phối ( lỏng đi trong ống – khí ngoài ống ; lỏng và khí trong
cùng ống ); màng phân phối , vòi phun hoa sen (dạng trụ , bán cầu , khe …); bánh xe
quay ( ống có lỗ, phun quay , ổ đỡ …)
- Các phần tử đệm được đặc trưng bằng dường kính d, chiều cao h , bề dày δ .
khối đệm được đặc trưng bằng các kích thước : bề mặt riêng a , thể tích tự do, đường
kính tương đương , tiết diện tự do S .
- Khi chọn đệm cần lưu ý : thấm ướt tốt chất lỏng ; trở lực nhỏ , thể tích tự do và
tiết diện ngang lớn ; có thể làm việc với tải trọng lớn của lỏng và khí , khối lượng riêng
nhỏ ; phân phối đều chất lỏng ; có tính chịu ăn mòn cao; rẻ tiền; dễ kiếm…
- Nguyên lý hoạt động: Chất lỏng chảy trong tháp theo đệm dưới dạng máng nên
bề mặt tiếp xúc pha là bề mặt thấm ướt của đệm .
- Ưu – nhược điểm - ứng dụng:
* Ưu: cấu tạo đơn giản; trở lực theo pha khí (hoạt động ở chế độ màng/quá độ)
nhỏ.
* Nhược: hoạt động kém ổn định, hiệu suất thấp; dễ bị sặc; khó tách nhiệt, khó
thấm ướt.
* Ứng dụng:
+ Dùng trong các trường hợp năng suất thấp: tháp hấp thụ khí, tháp chưng
cất,
+ Dùng trong các hệ thống trở lực nhỏ (như hệ thống hút chân không, )
1.3.3. Tháp đĩa
+ Sơ đồ cấu tạo :
- Tháp đĩa thường cấu tạo gồm thân hình trụ thẳng đứng, bên trong có đặt các tấm
ngăn(đĩa) cách nhau 1 khoảng nhất định. Trên mỗi đĩa 2 pha chuyển động ngược hoặc
Trang 10
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ VĂN NHIỀU
chéo chiều : lỏng từ trên xuống ( hoặc đi ngang ), khí đi từ dưới lên hoặc xuyên qua chất
lỏng chảy ngang, ở đây tiếp xúc pha xảy ra theo từng bậc là đĩa .
-Tháp đĩa có ống chảy chuyền : bao gồm tháp đĩa, chóp, lỗ, xupap, lưới, …trên đĩa

có cấu tạo đặc biệt để chất lỏng đi từ đĩa trên xuống đĩa dưới theo đường riêng gọi là ống
chảy chuyền .
-Tháp đĩa không có ống chảy chuyền ; khi có khí ( hơi hay lỏng ) và lỏng đi qua
cùng 1 lỗ trên đĩa
+ Ưu – nhược điểm và ứng dụng:
- Tháp đĩa lỗ: ưu điểm là kết cấu khá đơn giản, trở lực tương đối thấp, hiệu suất
khá cao. Tuy nhiên không làm việc được với chất lỏng bẩn, khoảng làm việc hẹp hơn
tháp chop (về lưu lượng khí).
- Tháp chóp: có thể làm việc với tỉ trọng của khí, lỏng thay đổi mạnh, khá ổn định.
Song có trở lực lớn, tiêu tốn nhiều vật tư kim loại chế tạo, kết cấu phức tạp. Nói chung
tháp chop có hiệu suất cao hơn tháp đĩa lỗ.
- Tháp xupap: dùng trong chưng cất dầu mỏ.
Trang 11
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ VĂN NHIỀU
CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH
CÔNG NGHỆ
Thuyết minh quy trinh công nghệ:
Khí cần được xử lý được lấy từ các nhà máy sản xuất phân bón, sản xuất phân Ure, sẽ
được thu lại rồi sau đó dùng quạt thổi khí vào tháp hấp thụ ( tháp đệm). Dung dịch dùng
hấp thụ là nước.
Trang 12
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ VĂN NHIỀU
Tháp hấp thụ làm việc nghịch chiều: nước được bơm lên bồn cao vị mục đích là để ổn
định lưu lượng, từ đó cho vào tháp từ trên đi xuống dưới, hỗn hợp khí được thổi từ dưới
lên và quá trình hấp thụ xảy ra.
Hỗn hợp khí trơ đi ra ở đỉnh tháp sẽ được cho đi qua ống khói để phát tán khí ra ngoài
không ảnh hưởng đến công nhân. Dung dịch sau hấp thu ở đáy tháp được cho ra bồn
chứa. Tại đây, dung dịch lỏng này sẽ được xử lý để sao cho nồng độ của nước thải đạt
được nồng độ cho phép để có thể thải ra môi trường.
Nếu trong khu công nghiệp thì xử lý sao cho nước thải đạt tiêu chuẩn loại B ( 1mg/l) hoặc

nếu đặt trong khu sinh hoạt thì phải xử lý cho đến khi đạt tiêu chuẩn loại A (0,1mg/l).
Trang 13
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ VĂN NHIỀU
1- Bồn chứa nhiên liệu
2- Bơm
3- Bồn cao vị
4- Lưu lượng kế lỏng
5- Tháp hấp thu
Trang 14
6- Van
7- Bồn chứa
8- Lưu lượng kế khí
9- Ống khói
10- Quạt
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ VĂN NHIỀU
CHƯƠNG 3: CÂN BẰNG
VẬT CHẤT
3.1. Các thông số ban đầu
o Lưu lượng khí thải: 15000 m
3
/h .
o Nồng độ NH
3
ban đầu: 0.5 g/m
3
o Nồng độ NH
3
sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn: 0.045 g/m
3
[7]

Trang 15
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ VĂN NHIỀU
o Chọn nhiệt độ làm việc của tháp T= 30
0
C
o Áp suất làm việc 1atm
3.2. Tính cân bằng vật chất:
Phương trình cân bằng của dung dịch hấp thu NH
3
bằng H
2
O được biểu diễn theo định
luật Henry:
Ở 30
o
C Ψ.10
-6
= 0.00241 (mmHg) [4]-bảng 2.1, trang 31
M = =


= 3.17
(1) Y
*
= =
Nồng độ thể tích ban đầu của dòng khí :
(kmol NH
3
/kmol hh)
Nồng độ đầu của pha khí theo tỷ số mol :

Y
đ
= = 7.312 ×10
-4
(kmol NH
3
/kmol khí trơ)
(kmol NH
3
/kmol hh)
Nồng độ cuối của pha khí theo tỷ số mol :
Y
c
= (kmol NH
3
/kmol khí trơ)
Trang 16
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ VĂN NHIỀU
Hấp thu NH
3
bằng nước, chọn dung môi sạch khi vào tháp nên : X
đ
= 0
Với X
đ
: nồng độ đầu của pha lỏng, kmol NH
3
/kmol H
2
O

X
c
: nồng độ đầu ra của pha lỏng, kmol NH
3
/ kmol H
2
O :
Từ phương trình (1)
Ta thế (kmol NH
3
/kmol khí trơ)
(kmol NH
3
/kmol khí trơ)
Lưu lượng hỗn hợp khí vào tháp hấp thu :
G
hh
= (kmol/h)
Suất lượng dòng khí trơ trong hỗn hợp :
G
tr
= G
hh
(1-y
đ
) = (1-)× 603.7 = 603.3 (kmol/h)
Lượng dung mơi tối thiểu được sử dụng :
G
tr
: suất lượng dòng khí trơ trong hỗn hợp

X
*
: nồng độ pha lỏng cân bằng tương ứng với X
đ
.
)=)=1741.7 kmol/h
Chọn b= 1.4
Chọn L
tr
= 1.4× L
min
Với L
tr
: lượng dung mơi không đổi khi vận hành, kmol/h.
Suất lượng dung môi làm việc:
Trang 17
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ VĂN NHIỀU
L
tr
= bL
tr min
= 1.4× 174.7= 2438.38 (kmol H
2
O/h)
Phương trình cân bằng vật chất có dạng:
G
tr
Y
đ
+ L

tr
X
đ
= G
tr
Y
c
+ L
tr
X
c
Suy ra :
X
c
= = (kmol NH
3
/kmol H
2
O)
Phương trình đường cân bằng đi qua 2 điểm
A (X
đ
, Y
đ)
A(0, 0)
B (X
c max,
Y
đ
)B (2.305× 10

-4
, 7.312× 10
-4
)
Phương trình đường làm việc đi qua 2 điểm:
C (0,Y
c
) C (0. 6.577× 10
-5
)
D (X
c
, Y
đ
) D(6.567× 10
-5
, )
Phương trình đường làm việc có dạng:

= 4.042.X+
• Hiệu suất hấp thu:
Trang 18
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ VĂN NHIỀU
Trang 19
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ VĂN NHIỀU
CHƯƠNG 4: CÂN BẰNG
NĂNG LƯỢNG
4.1. Cân Bằng Năng Lượng:
Ký hiệu:
G

đ
, G
c
– lượng hổn hợp khí đầu và cuối.
L
đ,
L
c
- lượng dung dịch đầu và cuối.
t
c,
t
c
– nhiệt độ khí ban đầu và cuối, .
T
đ ,
T
c
– nhiệt độ dung dịch đầu và cuối, .
I
đ
, I
c
– entanpy hỗn hợp khí ban đầu và cuối, kj/kg.
Q
0
– nhiệt mất mát, kj/h.
Q
s
– nhiệt lượng phát sinh do hấp thụ khí, kj/h.

Trang 20
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ VĂN NHIỀU
Phương trình cân bằng nhiệt lượng có dạng:
G
đ
I
đ
+ L
đ
C
đ
T
đ
+ Q
s
= G
c
I
c
+ L
c
C
c
T
c
+ Q
0
Để đơn giản hóa vấn đề tính tóan, ta có thể giả thiết như sau :
- Nhiệt độ mất mát ra môi trường xung quanh không đáng kể,
Q

0
= 0.
- Nhiệt độ của hổn hợp khí ra khỏi tháp bằng nhiệt độ dung dịch vào tháp: t
c
= t
đ
= 30
0
C.
- Tỷ nhiệt của dung dịch không đổi trong suốt quá trình hấp thu: C
đ
= C
c
= C
Trong quá trình hấp thu có thể phát sinh nhiệt, do đó nếu ký hiệu q là nhiệt phát sinh của 1
mol cấu tử bị hấp thu , thì ta có:
Q
s
= qL
tr
( X
c
– X
đ
)
Với mức độ gần đúng có thể coi q không đổi trong suốt quá trình hấp thu:
Trang 21
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ VĂN NHIỀU
Hoặc:
Vì lượng cấu tử hòa tan trong dung dịch nhỏ nên có thể lấy:

Đồng thời ta cũng có thể bỏ qua mức độ biến đổi nhiệt của pha khí, tức l:
Như vậy, công thức tính nhiệt độ cuối T
c
của dung dịch sẽ có dạng như sau :

Do lượng cấu tử hòa tan trong dung dịch nhỏ nên: L
đ
= L
c
= L
tr

Phương trình hấp thu của NH
3
trong dung môi nước.
NH
3
+ H
2
O OH
-
+ NH
4
+
Ta có:
NH
3
: = -80.08 (kj/mol).
H
2

O: = - 285.83 (kj/mol).
NH
4
+
: = -132.51 (kj/mol).
Trang 22
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ VĂN NHIỀU
OH
-
: = -229.99 (kj/mol).
Nhiệt phát sinh của 1 mol cấu tử NH
3
bị hấp thu:
q = +)
= (-132.51- 229.99
)- (-80.08- 285.83) = 3.14 (kj/mol) .
Ta biến đổi phương trình cân bằng năng lượng:
L.C (T
c
– T
đ
) = qL(X
c
– X
đ
)
⇒ ∆T = T
c
– T
đ

=
Do dung dịch lỏng (x<0.2).
C = 4.186 (1-x) kj/kg độ
x = x
tb
=
⇒C = 4.186(1 – 3.283×10
-5
) = 4.186 kj/kg độ
T rất bé nên xem nhiệt độ dung dịch đi ra khỏi tháp bằng dung dịch vào và cũng bằng
dung dịch khí ra khỏi tháp(T=30
0
C).

Trang 23
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ VĂN NHIỀU
Trang 24
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ VĂN NHIỀU
CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN
THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH
5.1. Tính kích thước tháp hấp thu:
5.1.1. Các thông số vật lý của dòng khí :
- Lưu lượng khí trung bình đi trong tháp hấp thu :
V
d
, V
c
– lưu lượng khí vào và ra khỏi tháp, m
3
/h.

V
c
= V
tr
( 1 + Y
c
)
= (m
3
/h)
Suy ra : V
ytb
= (m
3
/h) .
Trang 25