đồ án thiết kế tháp hấp thụ loại tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền để hấp thụ so2 từ không khí bằng dung môi là nước

Đồ án Môn Học TRƯỜNG ĐHCN VIỆT TRÌ
LỜI MỞ ĐẦU
Ô nhiễm môi trường vấn đề chung mang tính toàn cầu cấp bách. Ở hầu
hết các quốc gia, chính phủ đã đầu tư rất nhiều , cả về vốn và công nghệ cho
việc xử lý chất gây ô nhiễm môi trường. Các nước càng phát triển, khoa học
công nghệ tiên tiến thì ô nhiễm môi trường càng trở nên nghiêm trọng. Ở Việt
Nam, tuy nền công nghiệp chưa phát triển mạnh mẽ nhưng do nhiều nguyên
nhân chủ quan và khách quan, làm cho môi trường nước ta ngày càng ô nhiễm.
Việc chặt phá rừng cũng như hoạt động của các nhà máy đã thải ra môi trường
rất nhiều chất gây ô nhiễm. Cũng như nhiều nước khác trên thế giới hiện nay,
vấn đề xử lý các chất gây ô nhiễm ở nước ta đang gặp nhiều khó khăn. Nguyên
nhân của ô nhiễm môi trường là do các chất thải từ nhà máy, khu công nghiệp và
các hoạt động khác. Một trong những khí gây ô nhiễm môi trường là SO
2
.
Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị là một môn học mang tính tổng
hợp trong quá trình học tập của các kỹ sư hoá tương lai. Môn học giúp sinh
viên giải quyết nhiệm vụ tính toán cụ thể về: yêu cầu công nghệ, kết cấu, giá
thành của một thiết bị trong sản xuất hoá chất - thực phẩm. Đây là bước đầu
tiên để sinh viên vận dụng những kiến thức đã học của nhiều môn học vào giải
quyết những vấn đề kỹ thuật thực tế một cách tổng hợp.
Dưới đây em xin trình bày đồ án thiết kế tháp thấp thụ loại tháp đĩa lỗ cố
ống chảy truyền để hấp thụ SO
2
từ không khí bằng dung môi là nước.
Lớp: CH
LT1
Đ
12
svth: Bùi Thị Lợi
1

Đồ án Môn Học TRƯỜNG ĐHCN VIỆT TRÌ
TỒNG QUAN
1.1.Tổng quan của SO
2
.
Lưu huỳnh điôxit(hay còn gọi là anhiđrit sunfurơ) là một hợp chất hóa
học với công thức SO
2
. Chất khí này là sản phẩm chính của sự đốt cháy hợp chất
lưu huỳnh và nó là một mối lo môi trường đáng kể. SO
2
thường được mô tả là
"mùi hôi của lưu huỳnh bị đốt cháy". Lưu huỳnh điôxit là một khí vô cơ không
màu, nặng hơn không khí. Nó có khả năng làm vẩn đục nước vôi trong, làm mất
màu dung dịch Brôm và làm mất màu cánh hoa hồng (2 tính chất sau được ứng
dụng để nhận biết SO
2
và phân biệt nó với CO
2
).
- Tính chất hóa học.
SO
2
là một ôxit axit, tan trong nước tạo thành dung dịch axit yếu H
2
SO
3
SO
2
+ H

2
O = H
2
SO
3
SO
2
là chất khử khi tác dụng một chất oxi hóa mạnh
SO
2
+ Br
2
+ 2H
2
O = 2HBr + H
2
SO
4
SO
2
+ 2KMnO
4
+ 2H
2
O = K
2
SO
4
+ 2MnSO
4

+ 2 H
2
SO
4
SO
2
là chất oxi hóa khi tác dụng với chất khử mạnh hơn
SO
2
+ 2H
2
S = 3S + 2H
2
O
SO
2
+ 2Mg = S + 2MgO
- Tác hại.
Lưu huỳnh điôxit là một trong những chất gây ô nhiễm môi trường . Nó
sinh ra như là sản phẩm phụ trong quá trình đốt cháy than đá, dầu, khí đốt .
Nó là một trong những chất gây ra mưa axit ăn mòn các công trình, phá hoại
Lớp: CH
LT1
Đ
12
svth: Bùi Thị Lợi
2
Đồ án Môn Học TRƯỜNG ĐHCN VIỆT TRÌ
cây cối, biến đất đai thành vùng hoang mạc . Khí SO
2

gây bệnh cho
người như viêm phổi, mắt, da.
- Ứng dụng.
• Sản xuất axit sunfuric(Ứng dụng quan trọng nhất)
• Tẩy trắng giấy, bột giấy, tẩy màu dung dịch đường
• Chống nấm mốc
- Điều chế.
• Trong phòng thí nghiệm :
Na
2
SO
3
+ H
2
SO
4
> Na
2
SO
4
+ H
2
O + SO
2
• Trong công nghiệp :
- Đốt lưu huỳnh:
S + O
2
(t
o

) > SO
2
- Đốt pyrit sắt ( FeS
2
) :
4FeS
2
+ 11O
2
->2 Fe
2
O
3
+ 8SO
2
1.2.Khái niệm về hấp thụ.
Hấp thụ là quá trình hút khí bằng chất lỏng. Khí được hút là chất bị hấp
thụ, chất lỏng dùng để hút gọi là dung môi(hay chất hấp thụ), khí không bị hấp
thụ gọi là khí trơ.
Bản chất quá trình hấp thụ: Khí hòa tan vào trong lỏng sẽ tạo thành hỗn
hợp 2 cấu tử: (
Φ
=2,k = 2,c = 2-2+2 = 2 thành phần 2 pha. Hệ thống như vậy
theo định luật 2 pha) được gọi là hỗn hợp lỏng có 2 thành phần. Cân bằng pha
Lớp: CH
LT1
Đ
12
svth: Bùi Thị Lợi
3

Đồ án Môn Học TRƯỜNG ĐHCN VIỆT TRÌ
được xác định bởi P,T,C. Nếu T =const thì độ hòa tan phụ thuộc vào định
luật Henry.
Y
cb
= m.x
Với :
+ Với khí lí tưởng, m= const -> quan hệ y
cb
= f(x) là đường thẳng.
+ Với khí thực, m phụ thuộc vào đường cân bằng là đường cong.
Hệ số cân bằng m =
P
ψ
ᴪ : Hệ số Henry, có thứ nguyên của P.
P: Áp suốt [at]
• Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ
• Ảnh hưởng của lượng dung môi: Theo phương trình chuyển khối, lượng
khí bị hấp thụ được tính theo công thức sau:
G
tbY
YFk ∆=
Trong điều kiện nhất định, G là lượng không đổi và có thể coi số chuyển
khối là không đổi. Do đó, bề mặt tiếp xúc pha F chỉ được thay đổi tương ứng với
Lớp: CH
LT1
Đ
12
svth: Bùi Thị Lợi
y

a
a
1
a
2
a
3
a
4
b
x
y
c
o
x®
4
Đồ án Môn Học TRƯỜNG ĐHCN VIỆT TRÌ
sự thay đổi ∆ Y
tb
là nhỏ nhất. Đường AB gần song song với trục tung, nên ∆ Y
tb
là lớn nhất.
Dựa vào phương trình nồng độ làm việc Y = A.x

+ B với:
A = tang
α
=
tr
x

G
G
; B = Y
c
-
tr
x
G
G
Suy ra ứng với BA
4
có A
4
=
tr
x
G
G

Bé nhất(lượng dung môi tối thiểu) còn ứng với BA thì A =
tr
x
G
G
là lớn nhất nên
lượng dung môi còn là lớn nhất do Gtr không đổi.
Do đó nếu chọn lượng dung môi ít nhất, ta thu được Xc lớn nhưng thiết
bị phải rất lớn( vô cùng cao). Trái lại, nếu chọn lượng dung môi lớn nhất, thì
thiết bị bé nhưng dung dịch thu được lại quá loãng vì Xc bé. Do đó, khi chọn
điều kiện làm việc ta phải dựa vàochỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật.

 Ảnh hưởng của T và P lên quá trình hấp thụ:
Nhiệt độ T và áp suốt P là những yếu tố ảnh hưởng quan trọng lên quá
trình hấp thụ,mà chủ yếu ảnh hưởng lên trạng thái cân bằng và động lực quá
trình.
Từ phương trình Henry ta thấy, khi nhiệt độ tăng -> đường cân bằng dịch
chuyển về trục tung.
Lớp: CH
LT1
Đ
12
svth: Bùi Thị Lợi
5
Đồ án Môn Học TRƯỜNG ĐHCN VIỆT TRÌ
Nếu đường làm việc AB không đổi -> ∆y
tb
giảm, do đó cường độ chuyển khối
giảm theo.Nếu cứ tiếp tục tăng nhiệt độ, ví dụ đến t
4
thì không những ∆y
tb
giảm
mà ngay cả quá trình không thực hiện được (vì đường cân bằng và đường làm
việc cắt nhau, nên không thể đạt được nồng độ cuối X
c
. Đó là ảnh hưởng sấu của
tăng nhiệt độ. Tuy nhiên, khi T tăng thì độ nhớt của dung môi giảm nên vận tốc
khí tăng, cường độ chuyển khối cũng tăng theo.
-
Trong trường hợp tăng áp suốt, ta thấy hệ số cân bằng m
π

ψ
=

Giảm -> đường cân bằng dịch chuyển về phía trục hoành-> ∆y
tb tăng lên, quá
trình chuyển khối tốt hơn. Nhưng P tăng -> T tăng=> gây ảnh hưởng xấu đến
quá trình hấp thụ. Mặt khác P tăng gây khó khăn về mặt thiết bị=> quá trình hấp
thụ chỉ được thực hiện ở P cao đối với những khí khó hòa tan.
 Các loại tháp hấp thụ:
- Thiết bị bề mặt đơn giản, bề mặt tiếp xúc pha bé -> chỉ dung khi chất khí
dễ hòa tan trong lỏng.
- Thiết bị loại màng: Thiết bị loại ống, loại tấm.
- Thiết bị loại phun: Không phù hợp với khí khó hòa tan.
- Thiết bị loại đệm : Bề mặt tiếp xúc pha lớn, hiệu xuất cao nhưngkhó làm
ướt đều đệm.
Lớp: CH
LT1
Đ
12
svth: Bùi Thị Lợi
x
o
y
x
o
y
a
b
t
3

t
2
t
1
a
b
p4
p3
p2
p1
p3
p2
p1
t
3
t
2
t
1
6
Đồ án Môn Học TRƯỜNG ĐHCN VIỆT TRÌ
- Thiệt bị loại đĩa (tháp đĩa) gồm:
+ Đĩa tháp có ống chảy truyền: Đĩa chóp, đĩa lỗ, đĩa suppap, đĩa song chữ
s.
+ Tháp đĩa không có ống chảy truyền.
+ Tháp đĩa có ống chảy truyền.
Hiệu suốt của quá trình hấp thụ phụ thuộc rất nhiều vào vận tốc khí. Nếu
vận tốc khí bé thì khả năng sục khí kém, nhưng nếu vận tốc khí quá lớn sẽ làm
bắn chất lỏng hoặc cuốn chất lỏng theo khí. Hiện tượng bắn chất lỏng tất nhiên
còn phụ thuộc vào các yếu tố khác như: khoảng cách giữa các đĩa, khoảng cách

giữa các lỗ của đĩa, khoảng cách giữa các chóp, khối lượng riêng cấu tạo và ống
chảy truyền.
1.3.Giới thiệu tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền
Tháp đĩa lỗ
Tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền hình trụ,
bên trong có nhiều đĩa, có lỗ tròn, hoặc rảnh. Chất
lỏng chảy từ trên xuống qua các ống chảy chuyền.
Khi đi từ dưới lên qua các lỗ hoặc rảnh đĩa. Đĩa có
thể lấp cân bằng hoặc xuyên một góc với độ dóc
1/45- 1/50.
+ Ưu điểm: chế tạo đơn giản, vệ sing dễ dàng, trở lực ít hơn tháp chớp, ít
tốn kim loại hơn tháp chớp.
+ Nhược điểm: yêu cấu lấp đặt cao, mâm lấp phải rất phẳng
1.4.Thuyết minh sơ đồ hệ thống hấp thụ :
Lớp: CH
LT1
Đ
12
svth: Bùi Thị Lợi
7
Đồ án Môn Học TRƯỜNG ĐHCN VIỆT TRÌ
- Hỗn hợp khí cần sử lý SO2 và không khí được nén khí 2 vào ở đáy tháp, trên
đường ống có nắp van điều tiết lưu lượng khí và gắn vào ống trước khi đi vào
tháp một đồng hồi lưu lượng chất lỏng vào tháp 14.
- Nước từ bể 4 được bơm li tâm 3 lên thùng cao vị 8, trên đường ống có van an
toàn 1. Nước từ thùng cao vị 8 đi vào tháp với lưu lượng thích hợp, qua một
đồng hồ đo lưu lượng nước vào tháp 9, tới từ trên xuống dưới theo chiều cao
tháp hấp thụ 1.
- Khí SO2 sau khi được sử lý đi lên nắp tháp và ra ngoài lỗ nắp.
- Nước hấp thụ SO2 đi qua lỗ đáy, qua van nhả sản phẩm hấp thụ 16 đến hệ thống

nhả hấp thụ 6. Tuy nhiên trong khuôn khổ đồ án ta không tính đế hệ thống này.

1.5. Sơ đồ dây chuyền hấp thụ
Lớp: CH
LT1
Đ
12
svth: Bùi Thị Lợi
8
Đồ án Môn Học TRƯỜNG ĐHCN VIỆT TRÌ
Chú thích :
1.Tháp hấp thụ 9. Đồng hồ đo lưu lượn nước.
2. Máy nén khí 10. van tự động
3.Bơm chất lỏng 11. Van lưu lượng nước
4. Bể chứa nước 12. Van lưu lượng khí sản phẩm đỉnh
5.Thùng chứa khí 16. Van nhả sản phẩm hấp thụ
6.Hệ thống nhả hấp thụ 13.Hệ thống phân phối chất lỏng
7.Van an toàn 14. Đồng hồ đo lưu lượng khí vào tháp
8.Thùng cao vị 15. Van điều tiết vào tháp
II. TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ .
Lớp: CH
LT1
Đ
12
svth: Bùi Thị Lợi
10
8
9
7
4

5
2
6
1
3

11
14
16
12
13
15
9
Đồ án Môn Học TRƯỜNG ĐHCN VIỆT TRÌ
Đề bài:
Thiết kế tháp hấp thụ loại tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền để hấp thụ
hỗn hợp SO
2
– không khí.
Các số liệu ban đầu:
- Lưu lượng khí : G
y
= 2000(m
3
/h).
- Nồng độ khí :
+ Ban đầu : 7% thể tích.
+ Ra : 0,05 %
- Tháp làm việc ở áp suất khí quyển 760mmhg
- Hấp thụ ở 30

o
C
- Dung môi là H
2
O
2.1.Tính cân bằng vật liệu.
Nồng độ phần mol SO
2
trong pha khí:
- Ban đầu: Y
đ
=
−
=
07,01
07,0
0,075(kmol SO
2
/kmol không khí)
- Cuối : Y
c

=
−
=
−
−
4
4
10.51

10.5
5,002.10
-4
(kmol SO
2
/kmol không khí)
Lưu lượng khí đi vào tháp:
G
v
= 2000(m
3
/h) = 80,496(kmol/h)
Tỷ số phần mol của SO
2
- Ban đầu : y
d

=
+
=
+
=
075,01
075,0
1
đ
đ
Y
Y
0,07(mol/mol)

- Cuối : y
c
=
+
=
+
=
−
−
4
4
10.002,51
10.002,5
1
c
c
Y
Y
4,999.10
-4
(mol/mol)
Lớp: CH
LT1
Đ
12
svth: Bùi Thị Lợi
10
Đồ án Môn Học TRƯỜNG ĐHCN VIỆT TRÌ
Xây dựng đường cân bằng và đường làm việc:
- Phương trình đường cân bằng có dạng :

y
cb

Xm
Xm
.1
.
+
=

Có m
P
ϕ
=

Trong đó :
φ : Hế số Henry (mmHg)
P : Áp suốt chung của hỗn hợp khí
Tra bảng IX.1 sổ tay hóa công tập 2-139 ta có
φ(30
o
C) = 0,0364.10
6
(mmHg)
 m
===
PP
6
10.0364,0
ϕ

47,895
 phương trình cân bằng :
y
cb
X
X
Xm
Xm
.895,471
.895,47
.1
.
+
=
+
=

- phương trình đường làm việc
Y
X
G
G
YX
G
G
tr
x
c
tr
x

−+=

- lượng khí trơ dùng:
Lớp: CH
LT1
Đ
12
svth: Bùi Thị Lợi
11
Đồ án Môn Học TRƯỜNG ĐHCN VIỆT TRÌ
G
tr
= G
y
.
=
+
đ
Y1
1
80,496.
=
+ 075,01
1
74,88(kmol/h)
Lượng dung môi tiêu tốn lý thuyết để hấp thụ :
G
x
= G
tr

.
đc
cđ
XX
YY
−
−

Lượng dung môi tối thiểu cần thiết để hấp thụ (giả thiết nồng độ cuối của dung
môi đạt cân bằng : X
c
= X
cb
).
Từ phương trình đường cân bằng:
Y
cb
X
X
.895,471
.895,47
+
=

 X
cb

075,0).895,471(895,47
075,0
−−

=

 G
Xmin
=
=
−
−
=
đcb
cđ
tr
XX
YY
G .
74,895
=
−
−
−
−
010.46,1
002.5075.0
.
3
5
3820,92(kmol/h)
Lượng dung môi thực tế lấy từ 1,2 lượng dung môi tối thiểu:
G
Xtt

= 1,2.G
Xmin
= 1,2.3820,92 = 4585,11(kmol/h)
 G
r
= G
tr
.(Y
c
+1) = 74,88.(5,002.10
-4
+ 1) = 74,917 (kmol/h)
Phương trình đường làm việc :
Y =
4
10.002,5.
88,74
11,4585

−
+=−+ XX
G
G
YX
Gtr
G
đ
tr
x
c

x
Y = 61,23.X + 5,002.10
-4
Ta có khi Y
đ
= 0,075 => X
c
= 1,217.10
-3
(kmol SO
2
/kmol nước)
Lớp: CH
LT1
Đ
12
svth: Bùi Thị Lợi
12
Đồ án Môn Học TRƯỜNG ĐHCN VIỆT TRÌ
 x
c

=
+
=
+
=
−
−
3

3
10.217,11
10.217,1
1
c
c
X
X
1,216.10
-3
(kmol/kmol)
 x
tb

=
+
=
+
=
−
3
10.216,10
2
3
cđ
XX
0,608.10
-3
Ta có bảng giá trị :
X Y Y

cb
0 5,002.10
-4
0
0,0001 6,6263.10
-3
4,812.10
-3
0,0002 0,013 9,67.10
-3
0,0004 0,025 0,015
0,0006 0,037 0,02
0,0008 0,049 0,04
0,001 0,062 0,05
0,00146 0,09 0,075
2.2. Cân bằng năng lượng :
Ký hiệu :
G
đ
, G
c
– lượng hỗn hợp khí ban đầu :
L
đ ,
L
c
- lượng dung dịch đầu và cuối.
t
đ ,
t

c
– nhiệt độ khí ban đầu và cuối ,
C
o
.
T
đ ,
T
c
– nhiệt đọ dung dịch đầu và cuối ,
C
o
.
I
đ
, I
c
– entanpi hỗn hợp khí ban đầu và cuối , kj/kg .
Q
0
– nhiệt mất mát , kj/h .
Phương trình cân bằng nhiệt lượng có dạng :
Lớp: CH
LT1
Đ
12
svth: Bùi Thị Lợi
13
Đồ án Môn Học TRƯỜNG ĐHCN VIỆT TRÌ
G

đ
I
đ
+ L
đ
C
đ
T
đ
+ Q
s
= G
c
I
c
+ L
c
C
c
T
c
+ Q
0
Với Q
s
– nhiệt lượng phát sinh do hấp thụ khí , kj/h .
Để đơn giản hóa vấn đề tính toán , ta có thể giả thiết như sau :
- Nhiệt độ mất mát ra môi trường không đáng kể , Q
0
= 0 .

- Nhiệt độ của hỗn 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 đỏi trong xuốt quá trình hấp thụ :
OHcđ
CCC
2
==

G
tr
Y
ñ
G
tr
Y
c
L
tr
X
ñ
L
tr
X
c

G
tr
t
ñ
I
ñ
G
c
t
c
I
c
L
ñ
C
ñ
T
ñ
L
c
C
c
T
c
Trong xuốt quá trình hấp thụ có thể phát sinh nhiệt , do đó nếu ký hiệu q là nhiệt
phát sinh của 1 mol cấu tử bị hấp thụ , thì ta có :
Q
s
= q . L
đ

.(X
c
– X
đ
)
Với mức độ gần đúng có thể coi q không đổi trong xuốt quá trình hấp thụ :
( )
ccccđcđđđđđ
TCLIGXXLqTCLIG +=−++
Lớp: CH
LT1
Đ
12
svth: Bùi Thị Lợi
14
Đồ án Môn Học TRƯỜNG ĐHCN VIỆT TRÌ
Hoặc :
( )
đc
cc
ccđđ
đ
c
đ
c
XX
CL
Lq
CL
IGIG

t
L
L
T −+
−
+=
.
.
.

.
Vì lượng cấu tử hòa tan trong dung dịch nhỏ nên có thể lấy :
1≈
c
đ
L
L
Đồng thời ta cũng có thể bỏ qua mức đọ chuyển biếnđổi nhiệt của pha khí
tức là :
0. ≈−
ccđđ
IGIG
Như vậy , công thức nhiệt độ cuối Tc của dung dịch sẽ có dạng như sau:

( )
đc
c
đ
đc
XX

CL
Lq
TT −+=
.
.
Do lượng cấu tử hòa tan trong dung dich nhỏ nên : L
đ
= L
c


( )
đcđc
XX
C
q
TT −+=
Phương trình hấp thụ của SO
2
trong dung môi nước .
SO
2
+ H
2
O
⇔
H
+
+ HSO
3

-
Theo sổ tay hóa lý , nhiệt sinh của :
SO
2
:
2
SO
∆Η
= -70,96 (kcal/mol) .
H
2
O :
OH
2
∆Η
= - 68,317 (kcal/mol) .
H
+
:
+
∆Η
H
= 0 (kcal/mol) .
HSO
3
-
:
−
∆Η
3

HSO
= -12157,29 (kcal/mol) .
Nhiệt phát sinh của 1 mol cấu tử SO
2
bị hấp thụ :
q = (-70,96 - 68,317) – ( 0 – 12157,29) = 12018,013 (kcal/mol) .
Nhiệt độ cuối của dung dịch ra khỏi tháp :
Lớp: CH
LT1
Đ
12
svth: Bùi Thị Lợi
15
Đồ án Môn Học TRƯỜNG ĐHCN VIỆT TRÌ

( )
đcđc
XX
C
q
TT −+=
= 30 +
3
3
10.217,1.
18.4200
10.18,4.013,12018
−
= 30,8
o

C
Như vậy : T
c

≈
T
đ
= 30
o
C . Ta xem quá trình hấp thụ là đẳng nhiệt .
2.3.Tính trở lực trong tháp :
Trở lực của tháp tính theo công thức:
∆P = N
tt
.∆P
đ
(N/m
2
) (IX.135:II_192)
Trong đó :
N
tt
: Số đĩa thực tế của tháp
∆P
đ
: Tổng trở lực của 1 đĩa (N/m
2
)
∆P
d

= ∆P
k
+ ∆P
s
+∆P
t
(IX.136:II_192)
2.3.1Trở lực đĩa khô:
∆P
k
2
.
.
2
0
ωρ
ε
y
=

Trong đó:
Ԑ= 4,5 : Hệ số trở lực
ρ
y
= 1,216(kg/m
3
) :Khối lượng riêng của pha khí
ω
o
: Tôc độ khí qua lỗ (m/s)

Với : ω
o


= 0,68 m/s
Vậy ∆P
k
2
.
.
2
0
ωρ
ε
y
=
==
2
68,0.216,1
.5,4
1,86048(N/m
2
)
2.3.2.Trở lực của lớp chất lỏng trên đĩa (trở lực thủy tĩnh)
Lớp: CH
LT1
Đ
12
svth: Bùi Thị Lợi
16

Đồ án Môn Học TRƯỜNG ĐHCN VIỆT TRÌ
∆P
t
= ρ
b
.g.h
b
(N/m
2
)
Trong đó:
g = 9,81(m
2
/s)
ρ
b
: Khối lượng của cột bọtρ
b
= (0,4÷0,6)ρ
x
h
b
: Chiều cao lớp bọt trên đĩa (m)
h
b
=4.dtđ.(
tđ
dg.
2
0

ω
)
2,0
⇒
hb=4.0,006.
2,0
2
006,0.81,9
68,0








=0,036
- Khối lượng riêng của cột bọt:
ρ
b
= 0,5.ρ
x
= 0,5.995,68 = 497,84 (kg/m
3
)
 Trở lực thủy tĩnh:
∆P
t
= ρ

b
.g.h
b
= 497,84.9,81.0,036 = 175,82 (N/m
3
)
 Trở lực của 1 đĩa:
∆P
d
= ∆P
t
+ ∆P
k
= 1,86048+ 175,82 = 177,68(N/m
2
)
Vậy trở lực của toàn tháp:
∆P = N
tt
.∆P
d
= 18 .177,68 = 3198,24 (N/m
2
)
2.4 . Tính số đĩa lý thuyết , số đĩa thực tế của tháp :
Chọn các giá trị X để tính như bảng
Góc nghiêng của đường cân bằng:
Lớp: CH
LT1
Đ

12
svth: Bùi Thị Lợi
17
Đồ án Môn Học TRƯỜNG ĐHCN VIỆT TRÌ
M = m = (y
cb
– y)/(x – x
cb
)
Các giá trị được tổng hợp ở bảng:
X Y Y
cb
Xcb m ky my cy bc
Y
b
0 0.0005 0


0.0001 0.0063 0.0048
0.0001
6
25.0000
0 0.00056
0.0023
3
1.0023
3 0.00150
0.0048
3
0.0002 0.0127 0.0097

0.0002
6
50.0000
0 0.00028
0.0011
7
1.0011
7 0.00300
0.0097
1
0.0004 0.025 0.0195
0.0005
0
55.5555
6 0.00025
0.0010
5
1.0010
5 0.00549
0.0195
1
0.0006 0.0372 0.0296
0.0007
3
58.4615
4 0.00024
0.0010
0
1.0010
0 0.00759

0.0296
1
0.0008 0.0495 0.0398
0.0009
6
60.6250
0 0.00023
0.0009
6
1.0009
6 0.00969
0.0389
1
0.001 0.0617
0.0502
0.0011
8
63.8888
9 0.00022
0.0009
1
1.0009
1 0.01149
0.0502
1
0.0014
6 0.0899
0.075

- Vẽ đường cong cân bằng : y
cb
= f(x)
- Vẽ đường làm việc
- Dựng các đường thẳng vuông góc với OX, các đường này cắt đường làm
việc tại A
1
, A
2
, A
3
,… , A
8
.
Lớp: CH
LT1
Đ
12
svth: Bùi Thị Lợi
18
ỏn Mụn Hc TRNG HCN VIT TRè
V ct ng cõn bng y
cb
= f(x) ti C
1
,C
2
,.,C
8

.T ú xỏc nh c
BC
theo cụng thc :
BC
=
M : AC = y
cb
- y
- Xỏc nh C
y
theo cụng thc : C
y

my
e
=
- V ng cong ph i qua cỏc im B
i
(i=1ữ).
- V s bc nm gia ng cong ph v ng lm vic , s bc l s a
thc t ca thỏp.
Xác định đờng cong phụ bằng cách tìm đoạn
BC
theo công thức
Với :
A: thuộc đờng cân bằng
C: thuộc đờng làm việc
Ta có : Y
C
Y

B
=
BC
=
y
C
AC
=
y
AC
C
YY

Y
B
= Y
C
-
y
AC
C
YY
Nối các điểm B
1
,B
2
, ,B
n
ta có đờng cong phụ
Vẽ trên đồ thị ta xác định đợc N

tt
= 18
Lp: CH
LT1

12
svth: Bựi Th Li
y
C
AC
19
Đồ án Môn Học TRƯỜNG ĐHCN VIỆT TRÌ
TÍNH CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA THÁP
3.1. Đường kính của tháp.

ytb
tb
V
D
ωπ
.3600.
.4
=
(XI.89)
Trong đó :
V
tb
: Lượng khí trung bình đi trong tháp (m
3
/h)

ω
ytb
: Tốc độ khí trung bình đi trong tháp (m/s)
3.1.1.Tính khối lượng riêng trung bình.
+ Đối với pha lỏng:

tbH
tbS
tbSO
tbS
xtb
aa
0
00
2
2
2
2
1
1
ρρρ
−
+=

Lớp: CH
LT1
Đ
12
svth: Bùi Thị Lợi
20

Đồ án Môn Học TRƯỜNG ĐHCN VIỆT TRÌ
ρ
xtb
OtbH
tbSO
tbSO
tbSO
aa
2
2
2
2
1
1
ρρ
−
+
=

Trong đó :
ρ
xtb
: khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp lỏng(kg/m
3
)
ρ
SO2
: khối lượng riêng trung bình của SO
2
ở 30

o
C(kg/m
3
)
ρ
H2O
:khối lượng riêng trung bình của H
2
O ở 30
o
C(kg/m
3
)
Tra bảng I.5 và I.2 sổ tay quá trình và thiết bị tập 1và nội suy:
Tại 30
o
C : ρ
SO2
= 1360,47(kg/m
3
)
ρ
H2O
= 995,1(kg/m
3
)
a
SO2
OHtbSO
trSO

MxM
xM
22
2
).1(
.
−+
=

3
33
3
10.158,2
10.608,0.64)10.608,01.(18
10.608,0.64
−
−−
−
=
+−
=

ρ
xtb
)/(68,995
1,995
10.158,21
47.1360
10.158,2
1

3
33
mkg=
−
+
=
−−

Khối lượng phân tử của hỗn hợp lỏng:
M
x
= x
tb
.M
SO2
+ (1-x
tb
).M
H2O
= 0,608.10
-3
.64 + (1-0,608.10
-3
).18 = 18,03
+ Đối với pha khí:
M
y
= y
tb
.M

SO2
+ (1- y
tb
).M
kk
= 0,035.64 + (1-0,035).29 = 30,225
Lớp: CH
LT1
Đ
12
svth: Bùi Thị Lợi
21
Đồ án Môn Học TRƯỜNG ĐHCN VIỆT TRÌ
ρ
ytb =
T
MyMy
kktbSOtb
.4,22
273].).1(.[
2
−+
(kg/m
3
)

=
−+
=
303.4,22

273].29).035,01(64.035,0[
1,216(kg/m
3
)
3.1.2.Lượng khí trung bình đi trong tháp hấp thụ.
V
tb
2
Cđ
VV +
=

Trong đó:
V
đ
: lưu lượng hỗn hợp đầu ở điều kiện làm việc (m
3
/h)
V
c
: lưu lượng hỗn hợp khí thải ra khỏi tháp (m
3
/h)
V
đ

)/(83,2000
216,1
225,30.496,80
.

3
hm
MG
ytb
ytby
===
ρ

V
đ

)/(22.1861
216,1
225,30.88,74
.
3
hm
MG
ytb
ytbtr
===
ρ

Lại có : V
c
= V
tr
. (1+ Y
c
) = 1861,22 . (1+ 5,002.10

-4
) = 1862,15(m
3
/h)
V
tb
=
+
=
+
=
2
15,186282,2000
2
VcVđ
1931,485(m
3
/h)
3.1.3.Tốc độ khí đi trong tháp.
(ρ
y
ω
y
)
tb
xtbytb
h
ρρσϕ
] [.065,0=
kg/m

3
.s) (IX.105)
Có sức căng bề măt:
21
111
ρρρ
+=
hh
(I.299)
Lớp: CH
LT1
Đ
12
svth: Bùi Thị Lợi
22
Đồ án Môn Học TRƯỜNG ĐHCN VIỆT TRÌ

hh
σ
→
=
21
21
.
σσ
σσ
+

Trong đó :
21

,
σσ
: sức căng bề mặt của SO
2
và của không khí.

1
σ
=
C
o
SO
30,
2
σ
= 20,75.10
-3
(N/m)

2
σ
=
C
o
OH 30,
2
σ
= 71,15.10
-3
(N/m)

hh
σ
→
= 16,06.10
-3
(N/m)
Ta có: σ < 20 dyn/cm =>[ σ].φ = 0,8
Gỉa sử đường kính tháp nằm trong khoảng 1,2m : 1,8m chọn h= 0,35
(ρ
y
ω
y
)
tb
xtbytb
h
ρρσϕ
] [.065,0
=

=>ω
ytb
y
xtbytb
h
ρ
ρρσϕ
] [.065,0
=
ω

ytb
216,1
216,1.68,995.35,0.8,0.065,0
=

 ω
ytb
= 0,88
Đường kính tháp:
D
88,0
88,0.3600.14,3
485,1931.4
3600.
.4
===
tb
tb
V
ωπ
(m)
Quy tròn đường kính : D = 1 (m)
Lớp: CH
LT1
Đ
12
svth: Bùi Thị Lợi
23
Đồ án Môn Học TRƯỜNG ĐHCN VIỆT TRÌ
Vận tốc thực tế của tháp :

ω
==
2
3600.
.4
D
V
tb
π
0,68 (m/s)
3.2. Tính khoảng cách đĩa:
Với đường kính thân tháp D=1m ta chọn khoảng cách giữa các đĩa
H
đ
= 0,3m (stt2/trang 184)
3.3.Tính chiều cao của tháp:
Được tính theo công thức sau: (theo công thức X.54/ trang 169 stt2)
H = N
tt
(H
đ
+s
đĩa
) + H
cp
(m)
- N
tt
= 18 số đĩa thực tế
- s

đĩa
chiều dày của đĩa tháp, m
s từ 0,1÷0,3 lần đường kính lỗ đĩa
- Chọn s
đĩa
= 0,3×0,006 = 0,0018 (m)
- Chọn s
đĩa
= 3 (mm)
- H
cp
(0.8 ÷ 1), m khoảng cách cho phép ở đỉnh và đáy thiết bị với H
cp
gồm :
-
+ h
1
khoảng cách cho phép ở mép dưới nối nắp đến thiết bị phân phối
lỏng ( chọn h
1
= 0,25 m )
+ h
2
khoảng cách từ thiết bị phân phối lỏng đến đĩa thứ I (chọn h
2
=
0,3 m)
+ h
3
khoảng cách từ đĩa cuối cùng tới mép trên nối đáy tháp ( chọn

h
3
=0,45m)
 H
cp
= 1m
Với D=1(m) chọn khoảng cách giữa các đĩa H
đ
= 0,3m (stt2/ trang 184)
 H = N
tt
(H
đ
+s
đĩa
) + H
cp
(m)
Lớp: CH
LT1
Đ
12
svth: Bùi Thị Lợi
24
Đồ án Môn Học TRƯỜNG ĐHCN VIỆT TRÌ
= 18.(0,3 +0,003) +1 = 6,454(m)
Chọn H = 6,5 (m)
3.4 . Thiết kế lổ trên đĩa
Chọn : d
tđ

= 6 mm.
Tổng diện tích tự do của lỗ bằng 20% tiết diện lỗ  tổng diện tích lổ.
ΣF
lỗ

=
0,2.(
4
.
2
D
π
)
=
0,2.(
4
1.
2
π
)
=
0.157 m
2
= 157000 mm
2
Diện tích của một lỗ trên đĩa f
lỗ
30
4
6.14,3

4
.
22
===
td
d
π
mm
2
Tổng số lỗ trên đĩa n
==
∑
=
30
157000
lô
lô
f
F
5233 (lỗ)
Cách phân bố lỗ theo hình tam giác đều tâm lỗ, khoảng cách giữa hai tâm lỗ là
15mm.
3.4.1.Hệ số khuếch tán
+ Hệ số khuếch tán pha lỏng:
Hệ số khuếch tán pha lỏng ở 20
o
C
μ
H2O
= 1,005.10

-3
N.s/m
2
= 1,005 cp (bảng I.102:II_94)
Thể tích mol của SO
2
và H
2
O :
V
SO2
= 44,8
V
H2O
= 18,9

=
+
+
=
−
2
3
1
3
1
6
20
)9,188,44.(005,1.7,4
18

1
64
1
.10.1
x
D
1,446.10
-9
(m
2
/s)
Hệ số khuếch tán ở nhiệt đô t = 30
o
C
Lớp: CH
LT1
Đ
12
svth: Bùi Thị Lợi
25