đồ án quá trình thiết bị trích ly phenol trong nước thải bằng xút trong tháp đệm

Đồ án môn quá trình thiết bị GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
1. Họ và tên nhóm sinh viên: NHÓM 8
Lớp: DH09H1
Nghành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC
2. Nhiệm vụ thiết kế:
Trích ly phenol trong nước thải bằng xút trong tháp đệm
Dữ kiện ban đầu:
- Lượng nước thải đưa vào tháp khử phenol: 22000kg/h.
- Nồng độ đầu của phenol trong nước thải: C
1
= 2,8 g/l.
- Mức độ khử phenol: = 91%.
- Nồng độ kiềm trong dung dịch đưa vào tháp: C
2
= 7,8 %.
- Mức độ phản ứng kiềm: = 76%.
3. Nội dung bản thuyết minh.
3.1. Lời nói đầu.
3.2. Ý nghĩa kinh tế, kỹ thuật của đồ án.
3.3. Các phương pháp xử lý nước thải.
3.4. Lựa chọn sơ đồ công nghệ.
3.5. Tính toán thiết bị chính và chi tiết hình vẽ.
3.6. Tính toán và lựa chọn thiết bị phụ.
3.7. Kết luận.
3.8. Phụ lục.
3.9. Tài liệu tham khảo.
4. Bản vẽ hoàn chỉnh.
4.1. Sơ đồ công nghệ của quá trình trích ly.
4.2. Thiết bị chính (tháp khử phenol)
5. Ngày giao đồ án: 17/2/2012.

Ngày nộp đồ án: 21/4/2012.
Ngày báo cáo: 4/2012.
Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
Nhóm sinh viên thực hiện: 1.Lê Quốc Đại
2. Trần Bá Đại
Nhóm 8 lớp DH09H1 Trang 1
Đồ án môn quá trình thiết bị GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
Xác nhận của trưởng khoa cho phép bảo vệ:
Thành phần hội đồng bảo vệ :
1. ……………………………
2. ……………………………
3. ……………………………
4. …………………………….
5. ……………………………
Xác nhận của giảng viên hướng dẫn
sinh viên đã hoàn thành đầy đủnhiệm vụ được giao
Nhóm 8 lớp DH09H1 Trang 2
Đồ án môn quá trình thiết bị GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
Điểm: Số …….; Chữ ………
Vũng tàu, ngày …,tháng ….,năm 2012
Nhóm 8 lớp DH09H1 Trang 3
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành đồ án môn học Quá Trình Và Thiết Bị, nhóm chúng em
xin chân thành gửi lời cảm ơn đến :
Các thầy cô trong khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm đã giúp đỡ
chúng em trong quá trình nghiên cứu và tìm hiểu về đồ án của nhóm mình.
Nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn đặc biệt tới PGS.TS Nguyễn Văn
Thông, đã trực tiếp hướng dẫn nhóm chúng em hoàn thành đồ án này.
Vũng tàu, tháng 4năm 2012
Nhóm Sinh viên

LỜI NÓI ĐẦU
Theo xu hướng phát triển của nền kinh tế thì đang đặt ra cho môi
trường một trong những thách thức, một gánh nặng mà cần sự chung sức của
nhiều doanh nghiệp, nhiều cá nhân, tổ chức để đem lại cho con người và các
loài sinh vật khác một môi trường để sống, để tồn tại. Vì thế vấn đề môi
trường đang là mối quan tâm lớn khi mà các doanh nghiệp đi vào hoạt động.
Trong nhiều thập niên qua con người đã lường trước được hậu quả
mà những gì đã gây ra cho chính môi trường sống của chúng ta. Một trong
những hiểm họa của môi trường chính là vấn đề nước thải công nghiệp mà
chứa các kim loại nặng, các ion kim loại mà có thể gây ra những dòng sông
chết, những ao hồ mà không có một sinh vật nào có thể sinh sống được. Mà
một trong những chất độc gây hại chính là phenol, một chất cực độc với môi
trường, nó gây ra một hiểm họa lớn khi được xả trực tiếp vào môi trường.
Vì thế đồ án nghiên cứu quy trình trích ly phenol trong nước thải
bằng xút trong tháp đệm có thể đem đến cho các doanh nghiệp một giải pháp
vừa đơn giản vừa dễ thực hiện để có thể giảm bớt được nhu cầu bức thiết cho
vấn đề môi trường.
1.1.Ý nghĩa kinh tế, kỹ thuật của đồ án.
Phenol là hợp chất hữu cơ mà phân tử của chúng có nhóm –OH liên kết
trực tiếp với nguyên tử C của vòng benzene, là chất rắn không màu, ít tan
trong nước lạnh, tan vô hạn ở 66
0
C, tan tốt trong etanol, ete,…Phenol dễ chảy
rữa, thẫm màu.
Phenol là chất thải hữu cơ độc hại khó xử lý. Nó có mặt trong nước thải
của quá trình sản xuất nhựa phenolphomanđehit, dược phẩm, thuốc trừ sâu,
công nghiệp dệt Phenol có ảnh hưởng không tốt đến sức khỏe con người
ngay cả ở nồng độ rất thấp, nó là tác nhân tiềm ẩn gây ung thư.
Xút (NaOH) là một chất lỏng không màu tan vô hạn trong nước, là một
chất có tính kiềm mạnh được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp như

giấy, dệt nhuộm, xà phòng và chất tẩy rửa.
Việc xử lý phenol có trong nước thải chỉ bằng những nguyên liệu rẻ
tiền, đơn giản đang là nhu cầu của không ít công ty, doanh nghiệp bởi như
vậy sẽ mang lại lợi nhuận cao cho các công ty khi mà nhu cầu xử lý nước thải
đang chiếm một khoản không nhỏ trong doanh thu của các công ty này.
Vì vậy, đồ án mà nhóm chúng em nghiên cứu để trích ly phenol trong
nước thải bằng dung dịch xút với hy vọng sẽ giải quyết được một phần nào
nhu cầu bức thiết của môi trường khi vấn đề biến đổi khí hậu đang là chủ đề
nóng ở trên các cuộc thảo luận thường niên của các tổ chức trên thế giới.
1.2. Các phương pháp xử lý nước thải.
1.2.1. Phương pháp xử lý nước thải chứa phenol bằng phương pháp oxi
hóa điện hóa trên điện cực PbO
2
.
Mô tả: Điện cực PbO
2
được tổng hợp bằng phương pháp oxi hóa điện
hóa ion Pb
2+
từ dung dịch Pb(NO
3
)
2
trên nền graphit.
Ưu điểm của phương pháp này là các hóa chất rẻ, dễ tìm và dễ vận
hành do thiết bị khá đơn giản.
Hạn chế của phương pháp này là khó kiểm soát được các tác nhân như
PH, nồng độ các hóa chất, …
1.2.2. Xử lý nước thải chứa phenol và dẫn xuất bằng xúc tác zeolite
Fe–MORDENIT.

Mô tả: Nguồn nguyên liệu được kết tinh trong autoclavơ, nhiệt độ
70
o
C, PH = 10,5, thời gian 36 giờ. Sản phẩm sau khi kết tinh được lọc rửa
bằng nước cất, sấy ở 120
o
C trong 3 giờ.
Ưu điểm của phương pháp này là: Thân thiện với môi trường vì đây là
xúc tác sinh học, nguyên liệu thì đơn giản,dễ kiếm, điều kiện phản ứng mềm,
hiệu suất phản ứng cao.
Bên cạnh đó thì phương pháp này chỉ đúng cho phenol và o-clorophenol
nên
điều kiện phản ứng sẽ thay đổi đáng kể khi gặp phải những dẫn xuất
khác, xúc tác zeolite dễ bị ngộ độc bởi nhiều hợp chất có trong nước thải như
S, H
2
S…
1.2.3. Phương pháp trích ly phenol trong nước thải bằng xút trong tháp
đệm.
Mô tả: phenol có lẫn trong nước thải được dùng NaOH để tạo ra muối
phenolat C
6
H
5
ONa, muối này được tách ra dễ dàng dưới dạng dung
dịch và được thu hồi lại.
Ưu điểm của phương pháp này là: Hóa chất rất dễ kiếm, rẻ và được
dùng phổ biến trong sản xuất, chế độ công nghệ mềm, thiết bị dễ vận
hành, hiệu suất phản ứng cao, không cần xúc tác.
Nhược điểm là: Thiết bị quá cồng kềnh và đòi hỏi phải kiểm tra quy

trình công nghệ thường xuyên để tránh nguy cơ bị sốc trong đĩa đệm.
Và trong giai đoạn hiện nay thì phương pháp này vẫn đang là hướng đi
đúng trong quá trình xử lý phenol trong nước thải và một số nhược
điểm trong phương pháp này vẫn có thể khắc phục triệt để để nâng cao
hiệu suất và đảm bảo tính liên tục của quá trình vận hành.
1.3. Lựa chọn sơ đồ công nghệ
1.3.1. Sơ đồ công nghệ:
1.3.1.1. Thuyết minh sơ đồ công nghệ:
Nước thải chứa ammoniac và phenol được chứa trong thùng chứa (1)
nhờ bơm (2) đưa lên thùng cao vị (3).Khi mực nước thải trong thùng cao vị
cao hơn mức cho phép thì lượng nước thải dư sẽ chảy qua ống chảy tràn ở
thùng cao vị về thùng chứa (1).Nước thải ở thùng cao vị (3) được đưa vào
phần trên cột sữa vôi (4) nhờ một đường ống.Tại đây nước thải được tách
phần cấu tử ammoniac để phân hủy bằng hơi nước. Sau khi được tách phần
cấu tử dể phân hủy nước thải theo đường ống (a) đến thùng chứa trung gian
(6), sau đó được bơm (7) đưa lên đỉnh tháp khử phenol (8). Tại đây phenol
được thổi ra khỏi nước thải bằng hơi nước, phần hơi nước tuần hoàn và
phenol được quạt (9) đưa vào phần dưới tháp khử phenol (8) để khử phenol
bằng xút. Phần nước thải sau khi được khử phenol sẽ theo đường ống (b) đi
về bộ phận khuấy trộn bên dưới cột sữa vôi (4). Tại đây nước chứa ammoniac
sẽ được cho phản ứng với sữa vôi. Sau đó phần sữa vôi và ammoniac khó
phân hủy sẽ được đưa qua một trong hai cột phụ (5) (Do trong quá trình làm
việc các muối canxi hình thành sẽ làm tắc các đĩa chóp và các đường ống dẫn
của cột phụ. Người ta sẽ dừng cột phụ đang hoạt động chuyển qua cột phụ dự
phòng để quá trình xử lí nước thải được diễn ra liên tục, cột phụ vừa được
dừng sau khi cho tháo rửa sẽ trở thành cột phụ dự phòng.Như vậy, hai cột phụ
sẽ làm việc luân phiên nhau). Tại cột phụ (5) hơi ammoniac sẽ được tách khỏi
hỗn hợp và được đưa về phần bay hơi ở cột phụ (4), sau đó hơi amoniac sẽ
được làm bay hơi, hơi ammoniac đó sẽ được đưa vào thiết bị hồi lưu ống
chùm (22).Tại đây hơi ammoniac sẽ di chuyển giữa các ống, nước làm lạnh sẽ

di chuyển trong các ống và làm lạnh ammoniac xuống còn khảng 95 – 96
o
C.
Khi hàm lượng ammoniac trong nước đạt 8 – 10% thể tích thì sẽ được đem đi
xử lí bằng phương pháp trung hòa để sản xuất phân đạm hoặc được đưa sang
bộ phận trung hòa để thu hồi bazfiridin. Một phần hơi được hồi lưu lại cột sữa
vôi (4).Phần nước thải đã được tách ammoniac ở phần dưới cột phụ (5) được
đưa qua thùng lắng cặn (15) để tách cặn và mùn vôi trước khi thải ra môi
trường.
Quá trình tạo sữa vôi: Vôi chưa tôi được đưa vào tang quay (10). Bên
trong tang quay vôi được khuấy trộn giúp cho quá trình tôi vôi diễn ra nhanh
hơn. Sữa vôi tạo thành sẽ được đưa qua thiết bị lọc cát (11) để lọc sạch cát ra
khỏi sữa vôi. Cát sau khi lọc sẽ được đưa lên xe gòong (12) đem đi đổ. Sữa
vôi sau khi lọc sạch cát sẽ được đưa qua thùng khuấy (13) và được bơm (14)
đưa vào phần khuấy trộn phía dưới cột sữa vôi (4) theo đường ống (v), phần
sữa vôi dư sẽ theo đường ống (g) đi về thùng khuấy (13).
Quá trình tạo dung dịch xút: Xút khan được chứa trong thùng chứa xút
khan (16). Dưới tác dụng của hơi nước xút bị hòa tan tạo thành dung dịch xút
đậm đặc 40 – 45%, dung dịch xút này được chứa trong thùng chứa xút đặc
(17), sau đó được đưa qua thùng chứa xút loãng (18) và được pha loãng bằng
nước. Sau khi pha loãng, xút được bơm (19) đưa vào phía trên ngăn dưới của
tháp khử phenol (8) để khử phenol thành phenolat. Phenolat tạo thành sẽ lắng
xuống đáy tháp và được tháo ra tại đây qua van thủy lực vào thùng chứa (20),
sau khi được bơm (21) đưa vào kho hoặc được đưa đi xử lí tiếp.
1.3.2. Tháp trích ly phenol
1.3.2.1. Cấu tạo
Tháp trích ly phenol có đường kính từ 3,3 – 5m và chiều cao 30m
được chế tạo từ thép tấm gồm 3 ngăn:
Ngăn trên dùng để thổi phenol ra khỏi dung dịch nước thải chứa
amoniac bằng hơi tuần hoàn có chứa đầy đệm gỗ được xếp thành từng khoang

có chiều cao 3m (mỗi khoang) khoảng cách 400 – 500mm. Phần trên của
khoang có 1 nắp đậy gắn kết bằng bulon. Phần dưới của ngăn có đáy tháo
amoniac đã khử phenol trở về ngăn khuấy trộn của cột sữa vôi.Hơi nước và
phenol được quạt hút từ ngăn trên rồi đẩy tiếp vào đáy tháp phenol và đẩy vào
ngăn cuối cùng (phần dưới của ngăn dưới).
Ngăn giữa có 1 loạt vòi phun phun vào dung dịch kiềm lên trên lớp
đệm kim loại trong găn dưới.
Ngăn dưới tháp chứa đầy đệm xoắn kim loại xếp thành nhiều
khoang có chiều cao 3,5 – 3,8m khoảng cách là 400 – 500mm dùng để thu hồi
phenol từ dòng hơi tuần hoàn.Dung dịch kiềm tưới vào dưới dạng phenolat.
Dung dịch kiềm mới được đưa vào tháp 15 phút/lần nhờ bộ phận điều
chỉnh đặc biệt.Hơi nước sau khi giải phóng hết phenol ở ngăn dưới sẽ lên
ngăn trên để thổi phenol ra khỏi nước chứa amoniac tưới vào trên đỉnh tháp.
Phenolat được tạo thành ở ngăn dưới sẽ tháo vào thùng chứa sau đó được
đưa vào kho bảo quản.
Lượng hơi tuần hoàn 1500 – 2000m
3
/1m
3
nước tưới vào trên đỉnh tháp.
Ngăn dưới và ngăn trên được thông nhau bằng ống dẫn khí thẳng đứng
có chóp để tránh nước amoniac sẽ rơi xuống ngăn dưới.
1.3.2.2. Nguyên lý làm việc
Nước thải chứa amoniac và phenol được đưa vào đỉnh tháp sẽ bị hơi
nước ở đáy tháp đi lên thổi phenol ra ngoài đỉnh tháp và được đưa quay trở lại
đáy tháp.Nước amoniac đã khử phenol được đưa ra ngoài để tiếp tục chế biến.
Hơi và phenol sau khi quay trở lại đáy tháp sẽ đi qua các đệm xoắn kim
loại sẽ gặp dung dịch xút được đưa vào phần trên của ngăn dưới, tại đó diễn
ra quá trình khử phenol bằng dung dịch xút. Phenolat được tạo thành sẽ lắng
xuống đáy và được đưa ra ngoài để xử lý.

Hơi nước đã mất phenol sẽ tiếp tục đi lên trên qua đệm khung gỗ sẽ gặp
nước có chứa amoniac và phenol, hơi này sẽ thổi phenol ra ngoài.Quá trình
này sẽ diễn ra liên tục như vậy.
NỘI DUNG TÍNH TOÁN
1 DỮ KIỆN BAN ĐẦU
- Lượng nước thải đưa vào tháp khử phenol: 22000 kg/h.
- Nồng độ đầu của phenol trong nước thải: C
1
= 2,8 g/l.
- Mức độ khử phenol: ƞ
1
= 91%.
- Nồng độ kiềm trong dung dịch đưa vào tháp: C
2
= 7,8%.
- Mức độ phản ứng kiềm: ƞ
2
= 76%.
2 TÍNH TOÁN THÁP TRÍCH LY PHENOL.
1 Tính toán ngăn trên của tháp.
- Lượng nước thải đưa vào tháp khử phenol: 22000 kg/h.
- Nồng độ đầu của phenol trong nước thải: C
1
= 2,8 g/l.
- Lượng phenol trong nước thải là :
= 61,6 (kg/h)
Với: 1000 kg/m
3
– khối lượng riêng của phenol.
- Do mức độ khử của phenol là 91%, nên trong nước còn có lượng

phenol không thể tách ra là :
0,09.61,6 = 5,5 (kg/h)
- Vậy lượng phenol tách ra khỏi nước thải là:
61,6 – 5,5 = 56,1 (kg/h)
- Hàm lượng phenol cực đại có trong hơi khi đi ra khỏi tháp là:
a
2max
= (kg/m
3
).
Trong đó :-a
2max
: hàm lượng phenol cực đại (kg/m
3
)
- p: áp suất hơi phenol trên dung dịch nước ammoniac (mmHg)
- M: khối lượng phân tử phenol, M = 94 đvC
- P: áp suất hơi khi ra khỏi tháp (mmHg)
Ta có: p = 0,18.C
Với C là hàm lượng phenol trong nước (g/l), C = 2,8 (g/l)
 p = 0,18.2,8 = 0,504 (mmHg)
- Như vậy, hàm lượng phenol cực đại là:
a
2max
= = = 0,00278 (kg/m
3
)
Với: P là áp suất hơi ra khỏi tháp thì chính là áp suất khí quyển,
P = 760 mmHg
haya

2max
= 2,78 (g/m
3
)
- Lượng phenol tối thiểu trong hơi tuần hoàn là:
V
min
= 100.(m
3
/h)
Trong đó:-G lượng phenol tách ra (kg/h)
- a
2max
: hàm lượng phenol cực đại trong hơi đi ra (g/m
3
)
- a
1
: lượng phenol trong hơi đi vào (g/m
3
)
Ngoài ra do mức độ khử phenol trong nước là 91% nên lượng hơi trong
ngăn trên của tháp là:
a
1
= 0,09.2,8 = 0,252 (g/m
3
)
Do đó :
V

min
= 1000. = 22191 (m
3
/h)
Mà lượng hơi thực tế đi vào tháp thường lớn hơn 1,5-2 lần so với lượng
hơi tối thiểu. Vì vậy ta chọn lượng hơi thực tế đi vào tháp là lớn hơn
1,5 lần so với lượng tối thiểu.
Vậy:
V
thực
= 1,5.V
min
= 1,5.22191 = 33287 (m
3
/h)
- Hàm lượng phenol thực tế trong hơi đi ra là:
a
2
– a
1
= .G
Với a
1
= 0,09.a
2
=>0,91.a
2
= .G => a
2
= .G

Nên:
a
2
= = 1,85 (g/m
3
)
Lấy tròn số:
a
2
=1,85 ( g/m
3
) , a
1
= 0,17 (g/m
3
)
Khi đó:
v = = 33393 (m
3
/h)
- Thể tích tương ứng với 1m
3
nước đem khử phenol là:
V = =1,505 (m
3
)
1 Bề mặt tưới và kích thước ngăn trên của tháp
- Vì ngăn trên chứa đệm khung gỗ với những đặc trưng sau:
+ bề dày thành: a = 10 mm.
+ khoảng cách giữa 2 thanh: b = 19mm.

+ chiều cao thanh: c = 120 mm.
+ đường kính tương đương của đệm: d
e
= 2.b = 0,038 m.
- Tốc độ chuyển động giới hạn của hơi đi qua đệm là:
Với:
v
g/h
= 2320.
Trong đó: -v là độ động học của hơi nước (m
2
/s)
- Độ nhớt động học của hơi nước ở 100
o
C là:
v = 20,9.10
-6
(m
2
/s)
Suy ra:
V
g/h
= 2320. = 1,28 (m/s)
- Tiết diện tưới cần thiết của đệm là:
S
l
= = = 7,25 (m
2
)

- Tiết diện chung:
S
chung
=S
l
= 7,25.= 11,1 (m
2
)
- Đường kính của một vòng đệm là:
D = = = 3,76 (m)
- Theo tiêu chuẩn thì D = 3,5(m) nên ta phải tính lại:
S
chung
= 0,785.3,5
2
= 9,6 (m
2
)
S
l
= .9,6 = 6,3 (m
2
)
- Tốc độ thực tế của hơi trong đệm:
v
thực
= = = 1,47 (m/s)
- Hệ số nhả hấp phụ phenol từ hơi được xác định theo công thức sau:
K =
Trong đó: - k

g
hệ số nhả hấp phụ riêng phần của khí.
- k
l
hệ số nhả hấp phụ riêng phần qua màng chất lỏng.
- Hệ số nhả hấp phụ riêng phần của khí là:
k
g
=Nu
g.
Mà:
Nu
g
= 0,0445 ()
0,056
Với:
Re
g
= == 2673
Và: Pr
g
=
- Hệ số khuếch tán của phenol trong nước ở 0
0
C và 760 mmHg.
D
g
= (m
2
/s)

Trong đó: - M
1
khối lượng phân tử của phenol.
- M
2
khối lượng phân tử của nước.
Suy ra:
D
g
= = 10,9.10
-6
(m
2
/s)
- Hệ số khuếch tán đưa về 100
0
C và áp suất trung bình trong tháp
bằng
765 mmHg là:
D
g
= 10,9.10
-6
.()
2
.= 20,3.10
-6
(m
2
/s)

Pr
g
= = 1,03
Suy ra:
Nu
g
= 0,0445 ()
0,056
= 0,0445.2673
0,752
.1,03
0,628
.()
0,056
= 16,05
Nên:
k
g
= Nu
g
. = 16,05.= 0,0086 (m/s)
Hay:
k
g
= 0,0086.= 0,0086.= 0,17 (kg/m
2
.h.mmHg)
- Hệ số riêng phần khử hấp phụ qua màng chất lỏng là:
k
l

= Nu
l
.
Với:
Nu
l
= 471 ()
0,503
Mà:
Re =
Trong đó:-q là mật độ tưới (m
3
/h.m)
- v
l
là độ nhớt của dung dịch (m
2
/h)
Ngoài ra ta có: Độ nhớt của nước ở 100
o
C là z = 0,28 (centiqua)
Suy ra:
v
l
== = 0,293.10
-6
(m
2
/s)
Trong đó: -γ

phenol
= 958 là khối lượng riêng của phenol
Hay: v
l
= 1,05.10
-3
(m
2
/h)
- Mật độ tưới của nước là : q =
Trong đó: - W là lượng nước thải đưa vào là 22 (m
3
/h.m)
- l là chiều dài các thanh 1 vòng đệm (m)
Vì tiết diện S
1
= 6,3 m
2
nên chiều dài một vòng đệm là:
l == 332 (m)
Suy ra:
q = = = 0,033 (m
3
/h.m)
Vậy:
Re
l
= = 31,43
- Chuẩn số của chất lỏng:
P

r
=
Trong đó:-v
l
độ nhớt động học là 1,05.10
-3
(m
2
/h)
- D
l
hệ số khuếch tán của phenol trong nước (m
2
/h)
- Hệ số khuếch tán của phenol trong nước là:
D
l
= 0,0124.10
-6
(m
2
/h)
Trong đó: - T nhiệt độ chất lỏng (
o
C), T = 373
o
K
- γ
l
khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m

3
), γ
l
= 958 (kg/m
3
)
-γ
p
khối lượng riêng của phenol lỏng (kg/m
3
), γ
p
= 1060 (kg/m
3
)
- v
l
độ nhớt động học chất lỏng
- M khối lượng phân tử phenol, M = 94
Thay số vào ta được:
D
l
= 0,0124.10
-6
= 10,3.10
-6
(m
2
/s)
Suy ra:

Pr
l
= = 102
Do đó:
Nu
l
= 471.31,43
0,324
.102
0,165
.)
0,503
= 1731
Và:
K
l
= Nu
l
.= 1700.=0,47 (m/h)
Hay:
k
l
= (kg/m
2
.h.mmHg)
Trong đó: H là hằng số henry
Và p = 0,18.C => H = 0,18 (mmHg.m
3
/kg)
- Hệ số nhả hấp phụ:

k
l
= = = 2,61 (kg/m
2
.h.mmHg)
- Hệ số nhả hấp phụ chung:
K = = 0,168 (kg/m
2
.mmHg)
2 Phần phía trên ngăn trên của tháp:
- Áp suất riêng phần trong hơi phenol đi ra khỏi tháp
= = = 0,181.a
2
Hay:
= 0,181.1,85 = 0,33 (mmHg)
- Áp suất hơi của phenol treen nước đưa vào tháp:
p
l
= 0,18.C = 0,18.2,8 = 0,504 (mmHg)
- Động lực chuyển khối phần trên tháp là:
∆p
Ꞌ
= 0,504 – 0,33 = 0,174 (mmHg)
3 Phần phía dưới ngăn trên của tháp:
- Áp suất riêng phần của phenol trong hơi đưa vào:
p
ꞋꞋ
g
= .0,174 = 0,032 (mmHg)
- Áp suất hơi của phenol trên nước khi đi ra khỏi tháp:

p
ꞋꞋ
l
= 0,18.0,252 = 0,045 (mmHg)
Suy ra:
∆p
ꞋꞋ
= 0,045 – 0,032 = 0,013 (mmHg)
- Động lực chuyển khối trung bình của quá trình nhả hấp thụ:
∆
pcp
= = = 0,0621 (mmHg)
- Bề mặt nhả hấp thụ cần thiết:
F = == 5646 (m
2
)
- Bề mặt của 1 vòng đệm:
F = 2.l.c = 2.332.0.12 = 79,7 (m
2
)
- Do đó số vòng đệm cần thiết:
n = = 71 (vòng)
- Ta thừa nhận rằng trong 3 khoang mỗi khoang có 24 vòng thì tổng
số vòng là 72 vòng: 72.79,7 = 5738 (m
2
)
- Chiều cao của một khoang là:
H = 24.0,14 = 3,36 (m)
- Chiều cao phần tháp có đệm là:
H

1
= 3.3,36 + 2,05 = 11,08 (m)
- Chiều cao tổng cộng của ngăn trên tháp là:
H = H
1
+ 1,5.D
Thay số vào ta có:
H = 11,08 + 1,5.3,5 = 16,33 (m)
2 Phần ngăn dưới tháp
1 Tính vật liệu
- Hơi vào ngăn dưới với lượng 33393 m
3
/h ở điều kiện thực tế trong
đó chứa 1,85 g/m
3
phenol, nhiệt độ hơi vào 100
0
C, áp suất 780
mmHg.
- Hơi bị dung dịch kiềm tách ra dưới dạng phenolat, phenol trong hơi
đi ra khỏi tháp còn 0,17g/m
3
, áp suất hơi đi ra là 770mmHg, nhiệt độ
100
o
C.
- Lượng phenol tách ra là: 56,1 kg/h.
- Nồng độ NaOH trong dung dịch đi vào là 7,8% và mức độ phản ứng
kiềm là 76% do đó lượng NaOH phản ứng chỉ 5,93% tức là cần
59,3(g/l).

Ta có phương trình phản ứng:
C
6
H
5
OH + NaOH = C
6
H
5
ONa + H
2
O
- Lượng phenol bị NaOH hấp thụ là:
60. = 139 (g)
- Như vậy trong 1(l) NaOH có thể hấp thụ lượng phenol là: 139 (g).
- Vậy khi hấp thụ 56,1 (g) phenol cần lượng xút là:
= 404 (g/h)
- Số lượng NaOH này không đủ để hấp phụ hết lượng phenol nếu ta
tưới một cách liên tục nên ta phải đưa vào một cách gián đoạn để
tưới đều lên toàn bộ bề mặt đệm.
Vì vậy cứ 15 phút người ta sẽ đưa NaOH vào một lần với lượng 101
(l).
2 Bề mặt hấp thụ và kích thước tháp
- Ta thừa nhận rằng đường kính phần dưới bằng 3,5m
- Tiết diện ngang 9,6m
2
. Ta xác định được:
- Bề mặt của 1m
3
đệm: f = 130m

2
- Khối lượng đống của đệm: γ = 104 kg/m
3
- Thể tích tự do của đệm:
V
đệm
= = 0,9867 (m
3
/m
3
)
Với 7800 là khối lượng riêng của sắt, kg/m
3
.
Do đó tiết dện tưới của đệm chính là: 0,9867 m
3
/m
3
- Đường kính tương đương của đệm là:
d
e
= = = 0,0304 (m)
- Tốc độ thực của khí trong đệm:
v== = 0,979 (m/s)
- Chuẩn số Reynold:
Re = = = 1424
Với v là độ nhớt động học của hơi ở 100
o
C.
- Chuẩn số Prand:

Pr =
Ta có:
v
g
= 20,9.10
-6
(m
2
/s)
Suy ra:
Pr
g
= = 1,03
Và:
Nu
g
= 0,0445 = 0,0445.1424
0,752
.1,03
0,628
= 10,66
- Hệ số hấp thụ qua màng khí là:
k
g
= Nu
g
.= 10,66.= 0,0071 (m/s)
Hay:
k
g

= 0,0071.= 0,141 (kg/m
3
.h.mmHg)
3 Xác định động lực của quá trình chuyển khối
- Áp suất riêng phần của phenol trong hơi đi vào:
p
g
Ꞌ
= .780 = 0,344 (mmHg)
- Áp suất hơi riêng phần của hơi phenol đi ra:
p
g
ꞋꞋ
= = 0,031 (mmHg)
- Áp suất hơi của phenol trên dung dịch đi vào: p
l
ꞋꞋ
= 0.
- Áp suất hơi của phenol trong dung dịch phenolat đi ra được xác định
theo phương trình phản ứng:
C
6
H
5
OH + NaOH = C
6
H
5
ONa + H
2

O
- Vì lượng phenol bị hấp thụ bởi 1 lít dung dịch NaOH là 139g. Khi
mức độ thủy phân của C
6
H
5
ONa là 1% thì lượng phenol tự do là
1,39(g/l)
- Vậy áp suất hơi của phenol trên dung dịch đó là:
p
l
Ꞌ
= 0,18.1,39 = 0,25 (mmHg)
- Động lực hấp thụ phía trên của ngăn dưới tháp là:
∆p
Ꞌ
= 0,032 (mmHg)
- Động lực hấp thụ phía dưới của ngăn dưới tháp là:
∆p
ꞋꞋ
= 0,344 – 0,25 = 0,094(mmHg)
∆p
tb
= = 0,0576 (mmHg)
- Bề mặt hấp thụ cần thiết:
F = = = 6907 (m
2
)
- Khi bề mặt 1m
3

đệm là 130m
2
thì thể tích đệm là:
= 53 (m)
- Vì tiết diện tự do của đệm là 9,6m
2
nên chiều cao đệm là:
=5,5 (m)
- Ta thừa nhận rằng 2 khoang đệm có chiều cao là 5,5(m) nên chiều
cao mỗi khoang là 2,75(m). Khoảng cách giữa 2 khoang là 0,5(m).
Nên chiều cao phần ngăn dưới tháp có chứa đệm là 6(m).
- Vậy chiều cao của ngăn dưới tháp là:
H = 6 +1,5.D = 6 + 1,5.3,5 = 11,25 (m)
3. TÍNH CƠ KHÍ
3.1. Tính bề dày thân:
3.1.1. Chọn vật liệu
Nhiệt độ làm việc t
o
C = 30
0
C
Áp suất làm việc P
mt
= 1atm = 1,03.10
5
(N/m
2
)
Chọn vật liệu là thép không gỉ để chế tạo thiết bị:
Kí hiệu thép: X18H10T (C ≤ 0,12%, Cr ≤ 18% ,N ≤ 10%, T nằm trong

khoảng 1-5% )
Giới hạn bền: ρ.g.H = 550.10
6
(N/m
2
)
Giới hạn chảy: σ
c
= 220.10
6
(N/m
2
)
Chiều dày tấm thép: b = 4-25 (mm)
Độ giãn tương đối: δ = 40%
Hệ số dẫn nhiệt: λ = 16,3 (W/m.
o
C)
Khối lượng riêng: ρ = 7900 (kg/m
3
)
- Chọn tháp hàn tay bằng hồ quang điện với đường kính tháp
D
t
>700mm nên ta có hệ số bền mối hàn là φ
h
= 0,95 [3]
Hệ số hiệu chỉnh: ƞ = 1
Hệ số an toàn bền kéo: n
k

= 2,6
Hệ số an toàn bền chảy: n
c
= 1,5
3.1.2. Bề dày thân
- Công thức tính bề dày thân thiết bị:
S = + C
Trong đó: - D
t
là đường kính trong thiết bị (m), D
t
= 3,5 (m)
- là ứng suất cho phép và được tính theo công thức:
σ
k
= .ƞ = .1= 146,667.10
6
(N/m
2
)
- là hệ số bền hàn, = 0,95
- P là áp suất trong thiết bị: P = P
mt
+ P
tt
P
mt
là áp suất môi trường, = 1,03.10
5
(N/m

2
)
P
tt
là áp suất thủy tĩnh (N/m
2
)
Mà:
P
tt
= ρ.g.H (N/m
2
)
ρ là khối lượng riêng của dung dịch hỗn hợp trung bình trong tháp (kg/m
3
)
ρ = = =973 (kg/m
3
)
H = H
tháp
– 2.(hb + h)
Với: - H
tháp
là chiều cao tháp (m)
- (hb + h) chiều cao của nắp
=> H = 29,58 – 2.(0,875 + 0,025) = 27,78 (m)
Vậy: P
tt
= 973.9,81.27,78 = 2,65.10

5
(N/m
2
)
P = (1,03 + 2,65).10
5
= 3,68.10
5
(N/m
2
)
Ta xét:
C = C
0
+ C
1
+ C
2
+C
3
Trong đó: - C là hệ số bổ sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai âm về chiều
dày.
- C
0
là hệ số bổ sung để quy tròn kích thước, mm, C
0
= 1,05 mm.
- C
1
là hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học của môi trường. Thời hạn

sử dụng tháp là 15năm, tốc độ ăn mòn là 0,1mm/năm.
C
1
= 0,1.15 = 1,5
- C
2
là hệ số bổ sung do bào mòn cơ học của môi trường. Đối với
thiết bị hóa chất thì C
2
= 0
- C
3
= 0,8 là hệ số bổ sung do dung sai âm [3]
Vậy: C = 1,05 + 1,5 + 0,8 = 3,35 (mm) = 3,35.10
-3
(m)
[σ] =.ƞ = .1= 84,62.10
6
(N/m
2
)
Xét:
.φ
h
= .0,95 = 379> 50
S = + 3,35.10
-3
= 7,9.10
-3
(m)

Như vậy ta chọn: S = 8 mm
3.1.3. Kiểm tra lại ứng suất thành thiết bị theo áp suất thử tính toán.
- Áp suất thử P
0
được tính theo công thức bảng VIII-5 [3]
P
0
= 1,5.P = 1,5.3,68.10
5
= 55,2.10
4
(N/m
2
)
- Ứng suất theo áp suất thử tính toán:
- Kiểm tra ứng suất theo áp suất bằng công thức:
σ =<
σ == = 219.10
6
(N/m
2
)
Xét:
= = 183,33.10
6
<σ =219.10
6
(không thỏa)
Vì vậy ta chọn lại: S = 9mm
Kiểm tra lại áp suất:

σ = = 180,3.10
6
<= 188,33.10
6
(thỏa điều kiện)
Vậy ta chọn chiều dày thân tháp là: 9mm
3.2. Tính toán nắp và đáy thiết bị
Chọn nắp và đáy thiết bị dạng elip có gờ cao, nắp và đáy thiết bị được ghép
với thân bằng cách gép bích.
Chiều dài đáy và nắp được xác định bằng công thức:
S = .+ C
Với: hb là chiều cao phần lồi của đáy
là hệ số bền của mối hàn hướng tâm.
k là hệ số không thứ nguyên, k = 1 và = 2
.k.φ
h
= .1.0,95 = 379>> 50
Vì vậy ta có thể bỏ qua P ở mẫu số
Vậy:
S = + 3,35.10
-3
= 5,78.10
-3
(m)
Ta chọn chiều dày thân và nắp: S = 6mm
Kiểm tra lại ứng suất thành ở áp suất thủy lực:
σ = ≤ = 188,33.10
6
(N/m
2

)
Thay số vào ta có:
σ = = 1,9.10
6
(N/m
2
) <
Vậy ta chọn:
S
d
= S
n
= 6mm
3.3. Tính bích
3.3.1. Tính bích nối đáy tháp với thân, chọn bích liền bằng thép để nối
thiết bị
Tra bảng VIII.27, [3] ta có:
Đường kính trong của tháp: D
t
= 3500mm
Đường kính ngoài của tháp: D
n
= 3518mm
Đường kính ngoài của bích: D = 3720mm
Đường kính bulon: d
b
= M30
Số bulon: z = 76cái
Chiều cao bích: h = 120mm
- Khối lượng bích:

m
1
= .(3,720
2
-3,518
2
).0,12.7,9.10
3
= 1090 (kg)
3.3.2. Tính mặt bích nối ống dẫn:
* Ống dẫn vào D = 100mm
Chọn loại bích liền bằng kim loại đen để nối:
Đường kính ngoài: D
n
= 112mm
Đường kính ngoài của bích nối ống dẫn: D = 134mm
Đường kính bulon: D
b
= M20
Số bulon: z = 8 cái
Chiều cao bích: h = 16mm
- Khối lượng bích:
m
1
= .(0,134
2
-0,112
2
).0,016.7,9.10
3

=0,54 (kg)
*Ống dẫn ra: D = 160mm
Chọn loại bích liền bằng kim loại đen để nối
Đường kính ngoài: D
n
= 172mm
Đường kính ngoài của bích: D = 194mm
Đường kính bulon: d
b
= M12