Thiết kế hệ thống hấp thụ cho hỗn hợp khí NH3 không khí

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (385.69 KB, 47 trang )

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
***
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
______________
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC
QUÁ TRÌNH CƠ BẢN TRONG CNMT
Họ và tên:Nguyễn Văn Vượng Số hiệu sinh viên: 20083572
Lớp: KTMT Khoá:53
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
Ngành: Kỹ thuât môi trường.
1.Đầu đề thiết kế:
Thiết kế hệ thống hấp thụ cho hỗn hợp khí NH
3
-không khí

.
2. Các số liệu ban đầu:
Hỗn hợp khí vào tháp hấp thụ: NH
3
và không khí.
Lưu lượng hỗn hợp đầu vào tháp: 7000Nm
3
/h
Thành phần hỗn hợp theo phần thể tích: 12 %
Áp suất,nhiệt độ: Tự chọn
Thiết bị hấp thụ loại : Tháp đệm.
3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán
1. Mở đầu
2. Tính toán thiết kế tháp đệm (Mô phỏng theo một số điều kiện)

- Đường kính.
- Chiều cao
- Trở lực của tháp.
3. Tính toán cơ khí.
4. Tính toán thiết bị phụ:
- Bơm.
- Máy nén.
5. Kết luận.
4. Các bản vẽ đồ thị (ghi rõ các loại bản vẽ và kích thước các loại bản vẽ):

1
1
5. Cán bộ hướng dẫn
TS:Nguyễn Phạm Hồng Liên
6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án môn học:
7. Ngày hoàn thành đồ án môn học:
Hà Nội, ngày tháng năm
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Ký, ghi rõ họ tên)
2
2
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU . Trang
PHẦN 1 : CÂN BẰNG VẬT LIỆU.
1. Điều kiện làm việc của tháp.
2. Thiết lập phương trình đường cân bằng.
3. Thiết lập phương trình đường nồng độ làm việc.
4. Đồ thị của đường cân bằng và đường làm việc của tháp.
PHẦN 2 : KẾT CẤU THÁP.

I. Đường kính tháp.
1. Lượng khí trung bình đi trong tháp.
2. Tốc độ khí trung bình đi trong tháp .
3. Đường kính tháp.
II. Chiều cao làm việc của tháp.
1. Chiều cao của một đơn vị chuyển khối.
2. Số đơn vị chuyển khối .
3. Chiều cao tháp :
Bảng mô phỏng.
PHẦN 3 : TRỞ LỰC CỦA THÁP.
1. Hệ số Re.
2. Tổn thất áp suất (trở lực ) của đệm khô.
3. Sức cản thuỷ học của tháp đệm đối với hệ khí _ lỏng và hơi lỏng ở điểm
4. Sức cản thuỷ lực trên điểm đảo pha trong chế độ nhũ tương.
5.Sức cản thuỷ lực ở dưới điểm đảo pha.
PHẦN 4 : THIẾT BỊ PHỤ.
I.Bơm chất lỏng.
1. Áp suất toàn phần của bơm.
2. Năng suất của bơm.
3. Hiệu suất chung của bơm .
4. Công suất động cơ điện.
II. Vận chuyển khí .
1. Áp suất toàn phần của quạt.
2.Công suất lý thuyết của quạt.
3. Công suất thực tế của quạt .
PHẦN 5 : TÍNH TOÁN CƠ KHÍ.
I. Tính thân hình trụ.
1. Chiều dày của thân hình trụ được tính theo công thức .
2. Kiểm tra ứng suất của thành theo áp suất thử .
II. Tính đáy và nắp thiết bị.

1. Chiều dày của đáy và nắp được tính theo công thức .
2. Kiểm tra ứng suất thành theo áo suất thử thuỷ lực .
III. Chọn mặt bích.
1. Bích nối nắp và đáy với thân thiết bị .
2.Bích nối đường ống với lỗ ở nắp và đáy .
IV. Chọn chân đỡ.
3
3
KẾT LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO
MỞ ĐẦU .

Hiện nay , trong các quá trình sản xuất của rất nhiều các ngành , các lĩnh vực
khác nhau đều đã và đang phát thải ra các chất khí với hàm lượng và khối lượng có thể
gây ảnh hưởng , ô nhiễm môi trường . Một trong những chất khí đó có thể nêu ra đó là
khí acmoniac (NH
3
).
Ở điều kiện bình thường , NH
3
là chất khí không màu , nhẹ , mùi khai , xốc , gây
cảm giác khó chịu . NH
3
có thể gây viêm đường hô hấp cho con người và động vật ,
gây loét giác mạc , thanh quản và khí quản . Thực vật bị nhiễm độc NH
3
ở nồng độ
cao làm lá cây bị trắng bạch , làm đốm lá và hoa , làm giảm rễ cây , thân cây bị lùn ,
giảm tỷ lệ hạt giống nảy mầm . Trong nước , NH
3

dễ hoà tan thành NH
4
OH gây nhiễm
độc cá và các sinh vật thuỷ sinh . NH
3
còn có khả năng tạo thành các sol khí và bụi lơ
long có tác dụng hấp thụ và khuếch tán ánh sáng mặt trời , làm giảm độ trong suốt của
khí quyển . Trong không khí NH
3
kết hợp với O
2
dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời
tạo NO
x
là tác nhân làm thủng tầng ozon , gây hiện tượng hiệu ứng nhà kính , mưa axít
.
Với sự gia tăng và ảnh hưởng ngày càng lớn của NH
3
tới môi trường . Đồng thời
tận dụng ưu điểm của NH
3
trong một số ngành công nghệ sản thì việc thu hồi và xử lý
NH
3
bằng mộ hệ thống thiết bị hấp thụ bằng tháp đệm là hết sức cần thiết , do đó đặt
ra một yêu cầu thiết kế sao cho hệ thống này đạt hiệu quả và năng suất cao nhất được
đưa ra .
Hấp thụ là quá trình hút khí ( hoặc hơi ) bằng chất lỏng , trong đó vật chất di
chuyển từ pha khí vào pha lỏng . Khí dược hút được gọi là chất được hấp thụ , chất
lỏng để hút gọi là dung môi ( hay chất hấp thụ ) , khí không bị hấp thụ gọi là khí trơ .

Bản chất của quá trình hấp thụ là khí hoà tan vào trong lỏng tạo thành hỗn hợp hai cấu
tử gồm hai thành phần và hai pha. Quá trình hấp thụ được dùng để :


Thu hồi các cấu tử quý .


Làm sạch khí .


Tách cấu tử quý thành từng cấu tử riêng biệt .
Trong sản xuất , các thiết bị hay được sử dụng để thực hiện quá trình hấp thụ là :


Thiết bị loại bề mặt .


Thiết bị loại màng .
4
4


Thiết bị loại phun .


Thiết bị loại đệm (tháp đệm ) .


Thiết bị loại đĩa ( tháp đĩa ) .
Trong các thiết bị hấp thụ ở trên , thì thiết bị hấp thụ tháp đệm được ứng dụng rộng

trong công nghệ môi trường để hấp thụ các chất khí gây ô nhiễm như : NH
3
, H
2
S ,
SO
2
… bởi tháp đệm có những ưu điểm sau :


Cấu tạo đơn giản , dễ thiết kế , gia công , chế tạo và vận hành đơn
giản.


Bề mặt tiếp xúc pha lớn , hiệu suất cao .


Trở lực trong tháp không quá lớn .


Giới hạn làm việc tương đối rộng .
tuy nhiên tháp đệm có nhược điểm là khó thấm ướt đều đệm .
Nguyên lý làm việc của tháp đệm rất đơn giản , trong tháp đệm , đệm được đổ đầy
trong thân hình trụ , chất lỏng đi từ trên xuống , phân bố đều trên bề mặt đệm , chất khí
đi từ dưới lên , phân tán trong pha lỏng và quá trình chuyển khối diễn ra .
Sau 12 tuần tìm hiểu, tính toán và nhận được sự hướng dẫn nhiệt tình của các thầy
cô giáo trong Viện. Đây là Đồ án đầu tiên của em, do có nhiều hạn chế về tài liệu và
kinh nghiệm tính toán, nên không thể tránh khỏi những sai sót, em mong nhận được ý
kiến đóng góp của các thầy cô giáo để đồ án sau có kết quả tốt hơn.
Nguyễn Văn

Vượng.
5
5
6
6
1
2
3
4
5
6
7
8
8
8
1. Tháp hấp thụ.
2. Bơm chất lỏng.
3. Quạt thổi khí.
4. Bể chứa nứơc.
5. Bể chứa chất lỏng ra khí tháp.
6. Nguồn cung cấp hỗn hợp khí cần xử lý.
7. Nơi tiếp nhận hỗn hợp khí sau xử lý.
8. Van.
chú thích :
sơ đồ dây tryền công nghệ
8
7
7
THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN :

Hỗn hợp khí cần xử lý ( NH
3
và không khí ) được quạt thổi khí đưa vào ở đáy tháp
, trên đường ống có van an toàn , van điều chỉnh để điều chỉnh lưu lượng phù hợp yêu
cầu .
Nước từ bể chứa được bơm ly tâm bơm lên trên đỉnh tháp , trên đường ống dẫn lỏng
có van điều chỉnh như ống dẫn khí .
Quá trình hấp thụ xảy ra , không khí chứa NH
3
sau khi được hấp thụ đi lên nắp tháp
và đi ra ngoài . Nước hấp thụ NH
3
đi xuống đáy và qua van tháo đi vào bể chứa .
PHẦN 1 : CÂN BẰNG VẬT LIỆU.
1. Điều kiện làm việc của tháp.

∗
Một số kí hiệu :



d
X
_nồng độ phần mol tương đối ban đầu của cấu tử hấp thụ trong dung môi.
kmol NH
3
/kmol dung môi.



c
X
_ nồng độ phần mol tương đối cuối của cấu tử hấp thụ trong dung môi
kmol NH
3
/kmol dung môi.



d
Y
_ nồng độ phần mol tương đối ban đầu của cấu tử cần hấp thụ trong hh
kmol NH
3
/kmol hh



c
Y
_ nồng độ phần mol tương đối cuối của cấu tử cần hấp thụ trong hh
kmol NH
3
/kmol hh



x
G
_ lượng dung môi đi vào thiết bị hấp thụ , kmol/h .



y
G
_ lượng hỗn hợp khí đi vào thiết bị hấp thụ , kmol/h.



tr
G
_lượng khí trơ đi vào thiết bị hấp thụ , kmol/h.

∗
Điều kiện làm việc của tháp.


Nhiệt độ :
Ct
0
25
=
hay
KT
0
298=
.


Áp suất :

1
=
P

at
hay
736
=
P

mmHg
.


Nồng độ khí thải vào tháp (phần thể tích ) :y
d
=12%=0,12
Đổi sang nồng độ mol tương đối :
8
8

d
Y
=
d
d
y
y
−1
=

12,01
12,0
−
=
1364,0
(kmol/kmol khí trơ).


Hiệu suất hấp thụ :
η
=
90,090
0
0
=
.

⇒

dc
YY ).1(
η
−=
=
01364,01364,0).90,01(
=−
(kmol/kmol khí trơ).


Lưu lượng khí thải vào tháp :

y
G
=
7000

hNm /
3
; hay
y
G
=
4,22
7000
=312,5
)/( hkmol
.


Lượng khí trơ đi vào thiết bị hấp thụ :

tr
G
=
y
G
.
d
Y
+

1
1
=
y
G
)1(
d
y
−
(IX.9_T2).
=
5,312
.
)12,01( −
=275 (kmol/h)


β
=
20,1
_lượng dung môi tiêu tốn so với lượng dung môi tối thiểu.
2. Thiết lập phương trình đường cân bằng.

∗
Theo địng luật Henrry :
p
=
ψ
x ; ( IX.1_T2 ).
Và từ công thức tính áp suất riêng phần của khí :

Pyy
cb
.=
; ( IX.2_T2 ).
ta có : y
cb
=
P
ψ
.x ; (1).
Trong các phương trình trên :



p
_ áp suất riêng phần của khí bị hấp thụ trong hỗn hợp khí trên mặt
thoáng dung dịch ở điều kiện cân bằng.



ψ
_ hằng số Henrry , có cùng thứ nguyên với áp suất.


x _ nồng độ phần mol của khí bị hấp thụ trong dung dịch .


y
cb

_ nồng độ phần mol của cấu tử bị hấp thụ trong hỗn hợp khi cân
bằng với chất lỏng.



P
_ áp suất chung của hỗn hợp khí.

∗
Đặt
m
=
P
ψ
hằng số cân bằng pha hay hệ số pha loãng , ta có phương
9
9
trình (1) trở thành : y
cb
=
m
x ; (2).
đổi sang nồng độ mol tương đối , phương trình (2) có dạng :

cb
Y
=
Xm
mX
)1(1 −+

; (3).

∗
Theo điều kiện làm việc của tháp có :



ψ
NH
3
(25
0
C)
=
6
10.00223,0

)(mmHg
; (bảng IX.1 _ T2 ).
( hằng số Henrry của
3
NH
ở 25
0
C ).


P
=
1

at
=
736

mmHg
.

⇒

m
=
P
CNH )25(
0
3
ψ
=
736
10.00223,0
6
=
03,3
.
Thay vào phương trình (3) ta được :

cb
Y
=
Xm

mX
)1(1 −+
=
X
X
).03,31(1
.03,3
−+

⇒

cb
Y
=
X
X
.03,21
.03,3
−
; (4).
Đây là phương trình đường cân bằng.
3. Thiết lập phương trình đường nồng độ làm việc.

∗
Lượng dung môi tối thiểu cần thiết để hấp thụ khi giả thiết nồng độ cuối của
dung môi đạt đến nồng độ cân bằng , tức là
c
X
=
cbc

X
như sau :

minx
G
=
tr
G
.
dcbc
cd
XX
YY
−
−
; (5).
Từ phương trình đường cân bằng rút ra :

X
=
03,3.03,2 +
cb
cb
Y
Y
, nên ứng với
d
Y
=
1364,0

(kmol/kmol khí trơ ) ,
ta có :
c
X
=
cbc
X
=
03,31364,0.03,2
1364,0
+
=
0412,0
(kmol/kmol khí trơ ).Thay vào
phương trình (5) ta có :

minx
G
=
tr
G
.
dcbc
cd
XX
YY
−
−
=
275

.
00412,0
01364,01364,0
−
−
=
39,189

)/( hkmol
.

∗
Thực tế các thiết bị hấp thụ thực không bao giờ đạt được cân bằng giữa
các pha , nghĩa là nồng độ cân bằng luôn lớn hơn nồng độ thực tế nên
10
10
lượng dung môi tiêu tốn luôn lớn hơn lượng dung môi tối thiểu và được
biểu thị bằng công thức :

x
G
=
minx
G
.
β
;
Với
β
=

20.1
đã cho , ta có :
x
G
=
39,819
.
20,.1
=
268,983

)/( hkmol
.

∗
Từ 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 :

)()(
dxctr
XXGYYG −=−
; (IX.6_T2).
Rút ra :
Y
=
tr
x
G
G
.

X

+
c
Y
-
tr
x
G
G
.
d
X

; (6).
Từ các thông số đã tính được ở trên ,thay vào phương trình (6) ta được :

Y
=
275
268,983
.
X
+

01364,0
-
0

⇒

Y
=
01364,0.5755,3
+
X
.
Đây là phương trình đường nồng độ làm việc của tháp.
4. Đồ thị của đường cân bằng và đường làm việc của tháp.
Từ phương trình đường cân bằng và phương trình đường làm việc , cùng với việc cho
một vài giá trị của X trong khoảng từ X = 0 đến X = X
c
, ta có bảng số liệu sau :
X
0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.012 0.014
cb
Y
0 0.0061 0.0122 0.0184 0.0246 0.0309 0.0373 0.0437
Y
0.0136 0.0208 0.0279 0.0351 0.0324 0.0422 0.0565 0.0637
X Ycb Y
0 0 0.0136
0.002 0.0061 0.0208
0.004 0.0122 0.0279
0.006 0.0184 0.0351
0.008 0.0246 0.0422
0.01 0.0309 0.0494
0.012 0.0373 0.0565
0.014 0.0437 0.0637
11

11
PHẦN 2 : KẾT CẤU THÁP.
I. Đường kính tháp.
Đường kính tháp được xác định theo công thức :

D
=
tb
tb
V
ωπ
.3600.
4
,
m
; (IX.89_T2).
Trong đó :


tb
V
_ lượng khí trung bình đi trong tháp ,
hm /
3
.

ω
tb
_ tốc độ khí trung bình đi trong tháp ,
sm /

.
1. Lượng khí trung bình đi trong tháp.

tb
V
=
2
cd
VV +
,
hm /
3
; (IX.101_T2).
Trong đó :



d
V
_lưu lượng hỗn hợp đầu ở điều kiện làm việc ,
hm /
3
.



c
V
_lưu lượng khí thải đi ra khỏi tháp ,
hm /

3
.
∗
Tính
d
V
:

d
V
=
y
G
.
ytb
ytb
M
ρ
,
hm /
3
. (7).
Trong đó :
•
ytb
M
_ khối lượng mol phân tử trung bình của hỗn hợp khí ,
kmolkg /
.
•

ytb
ρ
_ khối lượng riêng trung bình của pha khí ,
3
/ mkg
.
Ta có :
ytb
ρ
=
ytb
M
.
RT
P
=
4,22
ytb
M
.
TP
TP
.
.
0
0
; (I.3_T1).
⇒

ytb

ytb
M
ρ
=
0
0
.
4,22
TP
TP
thay vào phương trình (7) ta được :

d
V
=
y
G
.
0
0
.
4,22
TP
TP
=
7857,401
.
273.1
298.1.4,22
=

1755,9824

)/(
3
hm
.
∗
Tính
c
V
:

c
V
=
tr
V
.
)1(
c
Y+
,
hm /
3
.
12
12
Với
tr
V

=
tr
G
.
tr
tr
M
ρ

mà
tr
tr
M
ρ
=
0
0
.
4,22
TP
TP
nên ta có :

c
V
=
tr
G
.
0

0
.
4,22
TP
TP
.
)1(
c
Y+

=
7143,385
.
273.1
298.1.4,22
.
)005,01(
+
⇒

c
V
=
3652,9478

hm /
3
.
Vậy ta có :
tb

V
=
2
cd
VV +
=
2
3652,94781755,9824
+
=
2703,9651

)/(
3
hm
.
2. Tốc độ khí trung bình đi trong tháp :
Theo công thức thực nghiệm :
ω
tb
=(0,8
÷
0,9)
s
,
ω
, m/s.
Với
s
,

ω
_ tốc độ bắt đầu tạo nhũ tương ( tốc độ đảo pha) , được tính bằng công thức :

lg
















16,0
3
2
,
.

y
x
xtbd

ytbd
s
Vg
µ
µ
ρ
ρσω
=
75,1
−
A
.
.
4
1








y
x
G
G
8
1









xtb
ytb
ρ
ρ
; (IX.115_T2).
Trong đó :

d
σ
_ bề mặt riêng của đệm ,
d
V
_thể tích tự do của đệm.

d
σ
=
165

32
/ mm
;
d

V

=
76,0

33
/ mm
(bảng IX.8_T2).
( Chọn loại đệm vòng Rasiga đổ lộn xộn bằng sứ có kích thước :

5.33535 ××

mm
) .

xtb
ρ
_ khối lượng riêng trung bình của pha lỏng, kg/m
3
.
Với
xtb
ρ
tính theo công thức :

xtb
ρ
1
=
2

1
xtb
tb
a
ρ
+
2
1
1
xtb
tb
a
ρ
−
; (IX.104a_T20).
⇒

xtb
ρ
=
11·21
21
).1(.
.
xtbtbxtbtb
xtbxtb
aa
ρρ
ρρ
−+

; (8).
13
13
Trong đó :



1tb
a
_ phần khối lượng trung bình của NH
3
trong pha lỏng.
Từ phương trình cân bằng vật liệu trong tháp :

)()(
dcxcdtr
XXGYYG −=−

⇒

c
X
=
x
tr
G
G
.
)(

cd
YY −
.
=
4957,1320
7143,385
.
)005,00417,0(
−
=
0107,0
(kmol/kmol dung môi ).

⇒
x
c
=
c
c
X
X
+1
=
0107,01
0107,0
+
=
0106,0

)/( kmolkmol

.

⇒
x
tb

2
cd
xx +
=
2
c
x
=
2
0106,0
=
0053,0

)/( kmolkmol
.

⇒
khối lượng mol trung bình của pha lỏng :

xtb
M
= x
tb
.

3
NH
M
+
)1(
tb
x−
.
OH
M
2
.
=
0053,0
.
17
+
)0053,01(
−
.
18
=
9947,17

)/( kmolkg
.

⇒

1tb

a
=
xtb
NHtb
M
Mx
3
.
=
9947,17
17.0053,0
=
005,0

)/( kgkg
.



1xtb
ρ
_ khối lượng riêng trung bình của NH
3
trong pha lỏng lấy
theo nhiệt độ trung bình , kg/m
3
.

1xtb
ρ

=
3
NH
ρ
_lỏng(25
0
C)
=
615

3
/ mkg
; (hình I.1_T1).


2xtb
ρ
_ khối lượng riêng trung bình của H
2
O trong pha lỏng lấy theo
nhiệt độ trung bình, kg/m
3
.

2xtb
ρ
=
)25(
0
2

COH
ρ
=
08,997

3
/ mkg
; (bảng I.5_T1).
Thay các thông số ở trên vào phương trình (8) ta được :

xtb
ρ
=
615).0050,01(08,997.0050,0
08,997.615
−+
=
9911,993

)/(
3
mkg
.
14
14

•

ytb
ρ

_ khối lượng riêng trung bình của pha hơi , kg/m
3
.

ytb
ρ
=
[ ]
T
MyMy
tbtb
.4,22
273.).1(.
2111
−+
,
3
/ mkg
; (IX.102).
Trong đó :


y
1tb
_ nồng độ phần mol của NH
3
lấy theo giá trị trung bình :
y
1tb
=

2
11 cd
yy +
;
Với
1d
y
,
1c
y
_nồng độ tại hai đầu đoạn tháp của NH
3
trong pha khí.
+

1d
y
=
04,0

kmolkmol /
.
+

1c
y

=
c
c

Y
Y
+1
=
0050,01
0050,0
+
=
0049,0

)/( kmolkmol
.

⇒
y
1tb
=
2
0049,004,0 +
=
0225,0

)/( kmolkmol
.



1
M
,

2
M
_ khối lượng mol của NH
3
và không khí :

+

1
M
=
3
NH
M
=
17

kmolkg /
.

+

2
M
=
kk
M
=
29

kmolkg /
.

⇒
ytb
ρ
=
[ ]
298.4,22
273.29).0225,01(17.0225,0 −+
=
1749,1
)/(
3
mkg
.

x
µ
_ độ nhớt của pha lỏng theo nhiệt độ trung bình,
N.s/m
2
.

x
µ
tính theo công thức :

2211
lg.lg.lg

µµµ
xx
x
+=
; (I.12_T1).
Trong đó :



1
µ
,
2
µ
_ độ nhớt động lực của NH
3
và H
2
O trong pha lỏng ở
25
0
C , N.s/m
2
.


x
1
, x
2

_ nồng độ mol của NH
3
và H
2
O trong pha lỏng.
Từ công thức (I.12_T1) suy ra :

lg
x
µ
= x
tb
.
lg
)25(
0
3
CNH
µ

+

)1(
tb
x−
.
lg
)25(
0
2

COH
µ
.
15
15
ta có :
+

)25(
0
3
CNH
µ
=
3
10.152,0
−

2
/. msN
; (Hình I.25_T1).

+

)25(
0
2
COH
µ
=

3
10.8937,0
−
2
/. msN
; (Bảng I.102_T1).
⇒

x
µ
lg
=
)10.8937,0lg().0053,01()10.152,0lg(.0053,0
33 −−
−+
⇒

x
µ
=
3
10.8853,0
−

2
/. msN

.


n
µ
_ độ nhớt của nước ở 20
0
C.

n
µ
=
)20(
0
2
COH
µ
=
3
10.005,1
−

2
/. msN

; ( bảng I.102_T1).
A
_ hệ số, khi hấp thụ
022,0
=
A
.
G

x
_ lưu lượng lỏng , kg/s.
⇒

x
G
)/( skg
=
3600
)/(.MGx(kmol/h)
xtb
kmolkg

=
3600
.17,9947 1320,4957

⇒

x
G
=
6005,6

skg /
.
G
y
_ lưu lượng khí , kg/s.

y
G
)/( skg
=
3600
)/(.MGy(kmol/h)
ytb
kmolkg
Với
kktbNHtbytb
MyMyM ).1(.
11
3
−+=
=
73,2829).0225,01(17.0225,0 =−+

)/( kmolkg
.
⇒

y
G
=
3600
8,73401,7857.2
=
2065,3

)/( skg

.
 Thay các thông số đã tính được ở trên vào công thức (IX.115_T2) ta có :
lg
















16,0
3
2
,
.

n
x
xtbd
ytbd

s
Vg
µ
µ
ρ
ρσω
=
75,1
−
A
.
.
4
1








y
x
G
G
8
1









xtb
ytb
ρ
ρ
lg
















16,0
3-
3-

3
2
,
1,005.10
0,8853.10
.
9911,993.76,0.8,9
1749,1.165.
s
ω
=
75,1022,0
−
.
4
1
2065,3
6005,6






.
8
1
9911,993
1749,1







⇒
s
,
ω
=
91,1

sm /
.
16
16
 Chọn
tb
ω
=
8,0
.
s
,
ω
⇒
tb
ω
=
9,0

.
91,1
=
72,1

)/( sm
.
3. Đường kính tháp :

D
=
tb
tb
V
ωπ
.3600.
4
=
816,1.3600.14,3
2703,9651.4
=
4083,1

)(m
.
Quy chuẩn :
D
=
4,1

m
.

II. Chiều cao làm việc của tháp.
Chiều cao làm việc của tháp được xác định theo công thức sau :

H
=
dv
h
.
y
m
,
m
; (IX.68_T2).
Trong đó :



dv
h
_chiều cao của một đơn vị chuyển khối



y
m
_ số đơn vị chuyển khối xác định theo nồng độ trong pha khí và pha
lỏng.

1. Chiều cao của một đơn vị chuyển khối.
Công thức xác định :

dv
h
=
1
h
+
x
y
G
mG
.
2
h
,
m
; (IX.75_T2).
Trong đó :

∗

m
_ hằng số cân bằng pha hay hệ số pha loãng ;
m
=
03,3
.

∗

x
G
_ lưu lượng lỏng , kg/s ;
6005,6=
x
G

skg /
.

∗

y
G
_ lưu lượng hơi , kg/s ;
2065,3
=
y
G

skg /
.

∗

1
h
_ chiều cao của một đơn vị chuyển khối đối với pha khí ,

m
;

1
h
=
d
d
a
V
σψ

.
25,0
Re
y
.
3
2
Pr
y
,
m
; (IX.76_T2).
Với :
•

a
_hệ số phụ thuộc vào dạng đệm : với đệm vòng
a

=
123,0
.

•

d
V
=
76,0

33
/ mm
;
d
σ
=
165

32
/ mm
.

•

ψ
_ hệ số thấm ướt của đệm.

ψ
=

ht
tt
U
U
.
17
17
Trong đó :



tt
U
=
t
x
F
V
_ mật độ tưới thực tế ,
hmm
23
/
;

+

x
V
_ lưu lượng thể tích của chất lỏng ,
hm /

3
.

x
V
)/(
3
hm
=
)/(
)/(.3600
3
mkg
skgG
xtb
x
ρ
=
9911,993
6005,6.3600

⇒

x
V

=
9224,23

hm /

3
.

+

t
F
_ diện tích mặt cắt tháp , m
2
;

t
F
=
π
2
.4
D
=
4
.
14,3
4,1
2
=
5,2

)(
2
m

.

⇒

tt
U
=
5,2
9224,23
=
468,9

)./(
23
hmm
.



th
U
=
B
.
d
σ
_ mật độ tưới thích hợp ,
hmm
23
/

;
Với
B
_ hằng số :
B
=
158,0

hmm ./
23
; (bảng IX.6_T2).

⇒

th
U
=
158,0
.
165
=
07,26

)./(
23
hmm
.

⇒

ψ
=
ht
tt
U
U
.
=
07,26
468,9
=
363,0
.

•

y
Re
=
dy
sy
σµ
ωρ
.
4,0
_ chuẩn số Râynôn của pha hơi.
Với :


s

ω
_ vận tốc sặc , m/s ;
Từ công thức :
Y
=
2,1
.
X
e
.4−
; (IX.114_T2).
Trong đó :
+

Y
=
16.0
3
2
.










n
x
xtbd
ytbds
Vg
µ
µ
ρ
ρσω
=
16,0
3-
-3
2
1,005.10
0,8853.10
.
0443,997.76,0.81,9
1749,1.165.








s
ω
=

0147,0
.
2
s
ω
18
18

+

X
=
.
4
1








y
x
G
G
8
1









xtb
ytb
ρ
ρ
=
4
1
2065,3
6005,6






.
8
1
9911,993
1749,1







=
516,0
.
Thay vào công thức (IX.114_T2) ta có :

026,0
.
2
s
ω
=
2,1
.
516,0.4
−
e

⇒
s
ω
=
22,3

sm /
.



y
µ
=
ytb
µ
_ độ nhớt của pha khí , N.s/m
2
;
Từ công thức tính độ nhớt của hỗn hợp khí :

hh
hh
M
µ
=
1
11
.
µ
Mm

+

2
22
.
µ
Mm

+
; (I.18_T1).
trong đó :

+

hh
M
,
1
M
,
2
M
… _ trọng lượng phân tử của hỗn hợp khí
và của các cấu tử thành phần.

+

hh
µ
,
1
µ
,
2
µ
…_ độ nhớt của hỗn hợp khí và của các cấu
tử thành phần.

+

1
m
,
2
m
…_nồng độ của các cấu tử tính bằng phần thể tích .

⇒

ytb
ytb
M
µ
=
3
3
.
1
NH
NHtb
My
µ

+

kk
kktb

My
µ
).1(
1
−

với :
3
NH
µ
=
3
10.0103,0
−

2
/. msN
;

kk
µ
=
3
10.018,0
−

2
/. msN
; (Hình I.35_T1).

⇒

ytb
µ
73,28
=
3
10.0103,0
17.0225,0
−

+

3
10.018,0
29).0225,01(
−
−

⇒

ytb
µ
=
3
10.0178,0
−
2
/. msN
;

⇒

y
Re
=
dytb
sytb
σµ
ωρ
.
4,0
=
165.10.0178,0
22,3.1749,1.4,0
3−
=
4338,506
.

•

y
Pr
=
yy
y
D.
ρ
µ

_ cuẩn số Pran của pha khí .
19
19
Với :
y
D
_ hệ số khuếch tán của pha khí , m
2
/s. Được tính bằng công
thức :

y
D
=
2
3
1
3
1
5,14
).(
.10.0043.0
3
kkNH
vvP
T
+
−
.









+
kkNH
MM
11
3
,
sm /
2
.
trong đó : v
3
NH
, v
kk
_thể tích mol của khí NH
3
và không khí .


v
3
NH
=

8,25

molcm /
3
.


v
kk
=
9,29

molcm /
3
. (Bảng VIII.2_T2).

⇒

y
D
=
2
3
1
3
1
5,14
)9,298,25.(1
298.10.0043.0
+

−
.






+
29
1
17
1
=
4
10.184,0
−

)/(
2
sm
.

⇒

y
Pr
=
yy
y

D.
ρ
µ
=
yytb
ytb
D.
ρ
µ
=
4
3
10.184,0.1749,1
10.0178,0
−
−
=
8374,0
.

⇒

1
h
=
d
d
a
V
σψ

.
25,0
Re
y
.
3
2
Pr
y
=
165.363,0.123,0
76,0
.
25,0
4338,506
.
3
2
8374,0
=
4346,0

)(m
.

∗

2
h

_ chiều cao của một đơn vị chuyển khối đối với pha lỏng , m.

2
h
=
256
.
5,025,0
3
2
Pr.Re.
xx
x
x








ρ
µ
,
m
. (IX.77_T2).
Với :
•
x

µ
=
3
10.8853,0
−

2
/. msN

_ độ nhớt của pha lỏng .

•
x
ρ
=
xtb
ρ
=
9911,993

3
/ mkg
_ khối lượng riêng của lỏng.

•
x
Re
_ chuẩn số Râynôn của pha lỏng.

x

Re
=
04,0
.
xdt
x
F
G
µσ

.
=
04,0
.
3
10.8853,0.165.5,2
6005,6
−
20
20
=
716.0
.

•

x
Pr
=
xx

x
D.
ρ
µ
_ chuẩn số Pran của pha lỏng.
Trong đó :

x
D
_ hệ số khuếch tán trong pha lỏng , m
2
/s.


ở 20
0
C :

20
D
=
2
3
1
3
1
,
6
3
23

11
.10






+








+
−
nNHn
OHNH
vvBA
MM
µ
,
sm /
2
. (VIII.14_T2).
Với :

+
A
và
B
là hệ số liên hợp.

A
=
1
;
B
=
7,4
.

+
,
n
µ
_ độ nhớt của nước ở 20
0
C , cP.

,
n
µ
=
3
10
−

.
n
µ
=
3
10
−
.
3
1,005.10
=
1,005

cP
.

+

n
v
_ thể tích mol của nước.
từ
)20(
0
Cn
v
=
6
10.77,1000
−

kgm /
3
; (Bảng I.5_T1).

⇒

n
v
=
0149,18

molcm /
3
.

⇒

20
D
=
2
3
1
3
1
6
6
0149,188,25.10.005,1.7,4.1
18

1
17
1
.10








+






+
−
−
=
6
10.3083,2
−

)/(
2
sm

.


Ở 25
0
:
Theo công thức tính hệ số khuếch tán ở nhiệt độ t
0
C :

C
D
0
25
=
20
D
.
( )
[ ]
20.1
−+
tb
,
sm /
2
; (VIII.15_T2).
trong đó :
3
,

.2,0
n
n
b
ρ
µ
=
=
3
6
23,998
10.005,1.2,0
−
=
5
10.006,2
−
.
21
21

+

,
n
µ
_ độ nhớt của nước ở 20
0
C , cP.

+
n
ρ
_ khối lượng riêng của nước ở 20
0
C.

n
ρ
=
23,998

3
/ mkg
(Bảng I.5_T1).

⇒

C
D
0
25
=
6
10.3083,2
−
.
( )
[ ]
202510.006,21

5
−+
−
=
6
10.3085,2
−

)/(
2
sm
.

⇒

x
D
=
C
D
0
25
=
6
10.3085,2
−
sm /
2
.

⇒

x
Pr
=
xxtb
x
D.
ρ
µ
=
6
3
10.3083,2.9911,993
10.8853,0
−
−
=
385,0
.

⇒

2
h
=
256
.
5,025,0
3

2
Pr.Re.
xx
x
x








ρ
µ
=
256
.
5,025,0
3
2
3
385,0.723,0.
0443,997
10.8853,0









−
=
076,0

)(m
.

dv
h
=
1
h
+
x
y
G
mG
.
2
h

=
4346,0
+
6005,6
2065,3.03,3
.

076,0
=
547,0

)(m
.
2. Số đơn vị chuyển khối .
Công thức xác định :
y
m
=
∫
−
2
1
Y
Y
cb
YY
dY
; (IX.70_T2).
Xác định số đơn vị chuyển khối theo phương pháp thể tích đơn vị.
Từ việc xây dựng như trên ta có :

y
m
=
6
+
ST

AP
=
6
+

009,0
004,0
=
4,6
.
Đồ thị xác định số đơn vị chuyển khối theo số đơn vị thể tích :
3. Chiều cao tháp :
22
22

ydv
mhH .
=

53,348,6.547,0 ==

)(m
.
Quy chuẩn :
5,3=H

m
.
23
23

Nhận xét :


Ở cùng một nhiệt độ và áp suất thì khi tăng lượng dung môi thì trở lực của tháp
giảm nhưng đường kính và chiều cao của đệm tăng tăng chi phí thiết kế thiết bị .


Ở cùng một nhiệt độ và lượng dung môi , khi tăng áp suất thì đường kính giảm
nhưng chiều cao của đệm tăng và trở lực của tháp cũng tăng .


Ở cùng một áp suất và lượng dung môi , khi tăng nhiệt độ thì trở lực giảm nhưng
đường kính tăng còn chiều cao lớp đệm không ổn định giảm khi từ 20
0
C nâng lên 25
0
C
nhưng lại tăng khi từ 25
0
C nâng lên 30
0
C.
PHẦN 3 : TRỞ LỰC CỦA THÁP.
1. Hệ số Re :

∗

x
Re
_ chuẩn số Râynôn của pha lỏng.

x
Re
=
7158,0
.

∗

y
Re
_ chuẩn số Râynôn của pha hơi.

y
Re
=
4338,506
.
2. Tổn thất áp suất (trở lực ) của đệm khô.
Công thức tính :

k
P
∆
=
4
,
λ
.

3
.
d
d
V
H
σ
.
2
.
2
,
yy
ρω
,
2
/ mN
; (IX.119_T2).
Trong đó :

•

5,3=H

m
_ chiều cao lớp đệm.

•

,

λ
_ hệ số trở lực của đệm ( bao gồm cả trở lực do ma sát và trở lực
cục bộ).
Do đệm đổ lộn xộn ở ché độ xoáy (
y
Re
=
4338,506

>

40
) nên :

,
λ
=
2,0
Re
16
y
=
2,0
4338,506
16
=
6049,4
.

•

,
y
ω
_ tốc độ của khí tính trên toàn bộ tiết diện tháp, m/s.
24
24

,
y
ω
=
ytd
y
y
d
ρ
µ
.
.Re
,
,
sm /
; ( IX.116_T2).
Với :



td
d

=
d
d
V
σ
.4
,
m
_ đường kính tương đương của đệm .

⇒

td
d
=
165
76,0.4
=
0184,0

)(m
.



y
,
Re
=
57,0

.045,0 Ar
.
43,0








x
y
G
G
; (IX.117_T2).

Ar
=
( )
2
3

y
yxytd
gd
µ
ρρρ
−
=

23
3
)10.0178,0(
81,9).1749,19911,993.(1749,1.0184,0
−
−
=
217298163
.

⇒

y
,
Re
=
57,0
217298163.045,0
.
43,0
6005,6
2065,3






=
704,1863

.
⇒

,
y
ω
=
1749,1.0184,0
10.0178,0.704,1863
3−
=
5614,1

)/( sm
.
⇒

k
P
∆
=
4
,
λ
.
3
.
d
d
V

H
σ
.
2
.
2
,
yy
ρω
=
4
6049,4
.
3
76,0
165.5,3
.
2
1749,1.5614,1
2
=
152,2169

)/(
2
mN
.
3. Sức cản thuỷ học của tháp đệm đối với hệ khí _ lỏng và hơi lỏng ở điểm
đảo pha.
Công thức :