tính toán thiết kế tháp hấp thụ khí NH3 bằng nước

1
LỜI CẢM ƠN
Thiết kế thiết bị hóa chất là một học phần tương đối khó đối với những sinh viên
còn non kinh nghiệm và kiến thức chuyên môn chưa vững vàng như chúng tôi. Bên
cạnh sự cố gắng tìm hiểu của bản thân, tôi còn nhận được sự giúp đỡ và chỉ dạy tận
tình của thầy, sự giúp đỡ và chia sẻ kinh nghiệm, tài liệu từ các bạn sinh viên khác.
Để hoàn thành khóa luận này, tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Trần Hoài
Đức đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình làm đồ án. Tôi cũng xin chân thành
cảm ơn quý Thầy, Cô trong khoa Công Nghệ Hóa Học, đặc biệt là các Thầy, Cô trong
bộ môn Máy và Thiết bị, Trường Đại Học Công Nghiệp Tp. HCM đã tận tình truyền
đạt kiến thức trong 3 năm học vừa qua. Với vốn kiến thức được tiếp thu trong quá
trình học không chỉ là nền tảng cho quá trình thực hiện đồ án mà còn là hành trang quí
báu để tôi vào đời một cách vững chắc và tự tin.
Tôi chân thành cảm ơn tất cả đã giúp tôi có thể hoàn thành đồ án này đúng hạn.
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2013
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Thị Hồng Đón
2
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

.









Phần đánh giá:

• Ý thức thực hiện:
• Nội dung thực hiện:
• Hình thức trình bày:
• Tổng hợp kết quả:
Điểm bằng số: Điểm bằng chữ:
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2013
Giáo viên hướng dẫn
3
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN










Phần đánh giá:
• Ý thức thực hiện:
• Nội dung thực hiện:
• Hình thức trình bày:
• Tổng hợp kết quả:
Điểm bằng số: Điểm bằng chữ:
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2013
Giáo viên phản biện
4
LỜI MỞ ĐẦU
Những năm gần đây, nền công nghiệp nước ta phát triển một cách nhanh

chóng, hệ quả của nó là môi trường sống của chúng ta đang bị hủy hoại nghiêm trọng
bởi một lượng lớn khí thải công nghiệp như: NH
3,
CO
2
, SO
2
,CO, H
2
S, … thải vào
trong không khí, điều đó đang trở thành mối quan tâm hàng đầu của các cấp chính
quyền, tổ chức, xí nghiệp và người dân. Tác hại của nó đang ở mức báo động khi mà
khí hậu dần thay đổi gây nên nhiều hậu quả to lớn cho con người và các sinh vật tự
nhiên.
Một bài toán nan giải đang thách thức chúng ta khi mà con người chưa nhận
thức hết hậu quả của nó, bên cạnh đó chưa có sự chú trọng đầu tư từ nhà sản xuất và
chưa có hệ thống quản lí môi trường chặt chẽ để có những giải pháp thiết thực nhằm
ngăn chặn và xử lí chúng.
Việc xử lí không khí có chứa các khí thải gây ô nhiễm là giải pháp mà nhiều
người đang hướng đến nhằm giảm thiểu ô nhiễm. Vì vậy đồ án học phần của em là
tính toán thiết kế tháp hấp thụ khí NH
3
bằng nước, em hi vọng nó sẽ góp phần làm
giảm lượng khí thải NH
3
.
Nôi dung cơ bản của đồ án này là trình bày việc thiết kế thiết bị mâm xuyên lỗ,
lựa chọn vật liệu, tính toán, xác lập mối quan hệ giữa các kích thước, kiểm tra độ bền
các chi tiết, tính toán thiêt bị phụ và tính toán sơ bộ giá thành thiết bị. Đây là lần đầu
em làm đồ án nên còn nhiều thiếu sót em mong quý thầy cô thông cảm và bỏ qua.

5
MỤC LỤC
6
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Sơ lược về hấp thụ
1.1.1. Khái niệm
− 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. Khí được hấp thụ gọi là chất bị hấp thụ
chất lỏng dùng hút gọi là dung môi (chất hất thụ) , 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 các cấu tử trong chất lỏng . Các quá trình xảy ra do sự tiếp xúc pha giữa khí và
lỏng. Quá trình này cần sự truyền vật chất từ pha khí vào pha lỏng . Nếu quá trình xảy
ra ngược lại , nghĩa là cần sự truyền vật chất từ pha lỏng vào pha hơi , ta có quá trình
nhả khí. Nguyên lý của hai quá trình là giống nhau .
1.1.2. Ứng dụng
Trong công nghiệp hóa chất, thực phẩm quá trình hấp thu dùng để:
− Thu hồi các cấu tử quý trong pha khí .
− Làm sạch pha khí .
− Tách hổn hợp tạo thành các cấu tử riêng biệt .
− Tạo thành một dung dịch sản phẩm.
1.1.3. Phân loại
− Hấp thu vật lý: dựa trên cơ sở hòa tan của cấu tử pha khí trong pha lỏng.
− Hấp thu hóa học : giữa hỗn hợp khí và dung môi có xảy ra phản ứng hóa
học.
1.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn dung môi tốt cho quá trình
tách hỗn hợp cấu tử:
− 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 hồn nguyên dung môi.
− Nhiệt độ sôi khác xa với nhiệt dộ sôi của chất hồ 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.
7
− Ít bay hơi, rẻ tiền , dễ kiếm và không độc hại với người và không ăn mòn
thiết bị
1.1.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả hấp thụ
− 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 .
− 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.
Khi đường làm việc AB không đổi thì động lực trung bình sẽ tăng quá trình
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 vận hành của tháp hấp thụ .
− 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. Sơ lược về NH3
1.2.1. Giới thiệu

Amoniac là một chất khí không màu có mùi rất khó chịu.
−Thuật ngữ 'amoniac' có nguồn gốc từ một liên kết hoá học có tên là 'clorua
ammoni' được tìm thấy gần đền thời thần Mộc tinh Ammon ở Ai Cập.
8
−Người đầu tiên chế ra amoniac nguyên chất là nhà hoá học Dzozè Prisly. Ông đã
thực hiện thành công thí nghiệm của mình vào năm 1774 và khi đó người ta
gọi amoniac là 'chất khí kiềm'.
1.2.2. Tính chất
Tính chất vật lý:
− Amoniac là một chất không màu, mùi khai và xốc, nhẹ hơn không khí, khối
lượng riêng D = 0,76g/l.
− Amoniac hoá lỏng ở -34
0
C và hoá rắn ở -78
0
C. Trong số các khí, tan được
nhiều nhất trong nước. Một lít nước ở 200
0
C hoà tan được 800 lít NH
3
.
Dung dịch đặc chứa 25% NH
3
có khối lượng riêng 0.91g/cm
3
. Dung dịch
NH
3
trong nước được gọi là nước amoniac hay dung dịch amoniac, khi hòa
tan NH3 vào nước thì tạo thành amonihydroxyt.

NH
3
+ H
2
O ↔ NH
4
OH ↔ NH4
+
+ OH
–
Tính chất hóa học:
− Sự phân hủy: như đã biết, phản ứng tổng hợp NH
3
là thuận nghịch. Điều
này có nghĩa, amoniac có thể phân huỷ sinh ra các đơn chất N
2
và H
2
.
Amoniac phân huỷ ở nhiệt độ 600 – 700
0
C và áp suất thường. Phản ứng
phân huỷ là phản ứng thu nhiệt và cũng thuận nghịch :
− Tác dụng với axit: nhúng hai đũa thuỷ tinh vào hai bình đựng dung dịch
HCl đặc và dung dịch NH
3
đặc sau đó đưa hai đầu đũa thủy tinh lại gần
nhau thì sẽ thấy khói màu trắng. Khói màu trắng là những hạt nhỏ của tinh
thể muối amoni clorua . Chất này được tạo do hai khí HCl và NH
3

hoá hợp
với nhau theo phương trình phản ứng:
NH
3
+ HCl → NH
4
Cl
− Tác dụng với chất oxi hóa:
- Tác dụng với O
2
:
Đốt amoniac trong oxi, nó cháy với ngọn lửa màu vàng tươi . NH3 bị oxi hoá
bởi oxi tạo ra N2 và H2O .
9
4NH
3
+ 3O
2
= 2N
2
+ 6H
2
O + Q
Trong thí nghiệm hỗn hợp NH
3
và O
2
được dẫn đi qua ống đựng chất xúc tác Pt
nung nóng. Khí NO sinh ra, đi tới bình cầu là nơi có nhiệt độ thường, thì hoá hợp với
trong không khí tạo ra khí NO

2
màu nâu đỏ.
NH
3
+ 5O
2
→ 4NO + 6H
2
O
2NO + O
2
→ NO
2
- Tác dụng với khí clo:
Dẫn khí NH
3
vào bình khí Cl
2
, hỗn hợp khí tự bốc cháy tạo ra ngọn lửa có khói
trắng . Khói trắng là những hạt nhỏ tinh thể NH
4
Cl được tạo nên do HCl sau khi sinh
ra lại hóa hợp ngay với NH
3
:
2NH
3
+ 3HCl → 6HCl + N
2
NH

3
+ HCl → NH
4
Cl
1.2.3. Điều chế
Tổng hợp từ thiên nhiên
− Trong không khí có một lượng amôniăc không đáng kể sinh ra do quá trình
phân rã của động vật và thực vật.
− NH
3
được sản xuất từ N
2
trong không khí dưới xúc tác của các enzim
nitrogenases
− Trong cơ thể các động vật trong quá trình trao đổi chất sinh ra NH
3
và nó
ngay lập tức chuyển thành Urê.
Tổng hợp hoá học
− NH
3
được sản xuất bằng cách chưng cất than tạo muối amôni sau
đó đem tác dụng với vôi sống:
2 NH
4
Cl + 2 CaO → CaCl
2
+ Ca(OH)
2
+ 2 NH

3
− Trong công nghiệp người ta điều chế NH
3
từ H
2
(được điều chế
bằng nhiều
cách khác nhau) sau đó đem tác dụng với N
2
lấy từ không khí. Phản ứng xảy ra thuận
nghịch nên phải thêm xúc tác để cho sản phẩm và hiệu suất mong muốn
2H
2
+ N
2
→ 2NH
3
10
1.2.4. Ứng dụng:
Điều chế acid nitrit
− Nguyên lý chung:
Ðiều chế acid nitric bằng phương pháp oxi hóa khí amôniăc ,được tiến hành qua
2 giai đoạn:
- Oxi hóa amoniac thành NO.
- Ðiều chế acid nitric (hấp thụ ).
− Oxi hóa amôniăc thành NO: xúc tác là hợp kim Pt - Rh (5 - 10%
Rh)
4NH
3
+ 5O

2
= 4NO + 6H
2
O
− Ðiều chế acid nitric :
2NO + O
2
⇔ NO
2
Hấp thụ NO
2
bằng nước tạo thành acid nitric :
3NO
2
+ H
2
O ⇔ 2HNO
3
+ NO
Làm phân bón
− NH
3
được xem như là thành phần của phân bón. NH
3
có thể được
bón trực tiếp lên ruộng đồng bằng cách trộn với nước tưới mà
không cần thêm một quá trình hoá học nào. NH
3
tác dụng với
acid (HCl, HNO

3
…) tạo muối là thành phần chính của phân bón
hoá học. Amôni Sunphat là một loại phân bón tốt. Amôni Nitrat
cũng được sử dụng như một loại phân bón và còn như một dạng
thuốc nổ.
− Khi cho amôniăc tác dụng với CO
2
ở nhiệt độ 180-200
o
C, dưới áp
suất khoảng 200atm ta điều chế Urê (NH
2
)
2
CO là chất rắn màu
trắng, tan tốt trong nước, chứa khoảng 46%N :
CO
2
+ 2NH
3
→ (NH
2
)
2
CO + H
2
O
− Trong đất dưới tác dụng của các vi sinh vật urê bị phân hủy cho
thoát ra amoniac, hoặc chuyển dần thành muối amonicacbonat
khi tác dụng với nước:

11
(NH
2
)
2
CO + 2H
2
O → (NH
4
)
2
CO
3
Kỹ nghệ làm lạnh
NH
3
là chất thay thế CFCs, HFCs bởi vì chúng kém độc và ít bắt cháy.
Trong phòng thí nghiệm và phân tích
NH
3
được xem như là hỗn hợp khí chuẩn cho việc kiểm soát phát thải môi
trường, kiểm soát vệ sinh môi trường,các phương pháp phân tích dạng vết.
Kỹ nghệ điện tử
NH
3
được sử dụng trong công nghệ sản xuất chất bán dẫn và một số vật liệu cao
cấp khác thông qua sự ngưng tụ silicon nitride (Si
3
N
4

) bằng phương pháp ngưng tự
bốc hơi hoá học: Chemical Vapor Deposition (CVD).
Một số ứng dụng khác
NH
4
Cl được sử dụng trong công nghệ hàn, chế tạo thức ăn khô và trong y học…
NH
3
được sử dụng trong công nghiệp dầu khí, thuốc lá, và trong công nghệ sản xuất
các chất gây nghiện bất hợp pháp.
1.2.5. Độc tính
Đối với động vật thuỷ sinh:
NH
3
được xem như là một trong những “kẻ giết giết hại” chính 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.
− Triệu chứng :
- Cá thở dốc trên mặt nước
- Mang cá bị tím hoặc đỏ bầm
- Cá bị hôn mê và mất phản xạ
- Cá bị chết chìm ở đáy nước.
- Cá bị ghẻ xước ở vây hoặc cơ thể
Đối với người:
− Triệu chứng: khi hít phải hoặc tiếp xúc trực tiếp với NH
3
- Thở khó, ho, hắt hơi khi hít phải
- Cổ họng bị rát, mắt, môi và mũi bị phỏng, tầm nhìn bị hạn

chế.
- Mạch máu bị giảm áp nhanh chóng
12
- Da bị kích ứng mạnh hoặc bị phỏng
− Nhiễm độc cấp tính :
- Nồng độ khí NH3 trên 100 mg/m3 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/m3.
- Trong một số trường hợp nếu hít phải NH3 nồng độ đậm đặc
có thể bị ngất, thậm
chí bị tử vong.
- Trong một số trường hợp nếu hít phải NH
3
nồng độ đậm đặc có thể bị ngất, thậm
chí bị tử vong.
Bảng 1.1 Ảnh hưởng của nồng độ NH3 tới sức khỏe con người.
C
NH3
(ppm)
Triệu chứng Thời hạn tiếp xúc
50 Giới hạn nhận biết mùi Lao động được trong 8 giờ
400 Tác dụng trên các đường
hô hấp
Tiếp xúc ngoại lệ, hậu quả
trong 60phút
13
700 Tác dụng giới hạn trên
thị giác

Tiếp xúc ngoại lệ, hậu quả
dưới 60phút
1.720 Ho, co giật có thể chết
người
Cấm tiếp xúc, hậu quả dưới
30 phút
5000 đến
10.000
Co thắt do phản xạ họng,
xuất huyết phổi, có thể
chết
Cấm biết xúc, hậu quả sau
vài phút
14
CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ
2.1. Chọn quy trình công nghệ
− Chọn nguồn khí xử lí là khí NH3 thải ra từ nhà máy sản xuất
amoniac, khí đã qua xử lí sơ bộ trước khi vào tháp.
− Chọn dung môi là nước vì nó rẻ tiền, dễ kiếm, không ăn mòn
thiết bị và có tính kinh tế
Tháp hấp thụ là tháp mâm xuyên lỗ, chế tạo đơn giản, ít trở lực, vệ sinh dễ dàng và ít
tốn kim loại.
2.2. Giải thích sơ đồ
− Khí NH3 được đưa vào tháp bằng quạt ở áp suất 1atm, khí đi từ
dưới đáy tháp lên. Lưu lượng khí được điều chỉnh bằng van và
lưu lượng kế khí.
− Dung môi là nước được bơm lên bồn cao vị để ổn định lưu lượng,
sau đó đi vào tháp từ trên xuống.
− Hỗn hợp khí và lỏng tiếp xúc nhau ở các mâm xuyên lỗ, tại đây
nó thực hiện quá trình truyền khối giữa hai pha khí NH3 và lỏng

nước)
− Hỗn hợp khí trơ đi ra ở đỉnh tháp
− Dung dịch lỏng ở đáy tháp sẽ cho ra bồn chứa, ở đây nó sẽ được
xử lí sao cho đạt được nồng độ cho phép để thải ra ngoài môi
trường.
15
16
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÂM XUYÊN LỖ
3.1. Tính toán thông số đầu vào của tháp
− Nồng độ NH3 đầu mol
− Năng suất m
3
/h
− Hiệu suất hấp thu là %
− Áp suất làm việc 1atm
− Nhiệt độ làm việc
0
C
3.2. Cân bằng vật chất
DÒNG KHÍ RA DÒNG LỎNG VÀO
G, G
tr
, y
r
L, L
tr
, x
v
, X
v

DÒNG KHÍ VÀO DÒNG LỎNG RA
G, G
tr
, y
v
L, L
tr
, x
r
, X
r
Ý nghĩa các kí hiệu tính toán:
X
v
- Tỷ số mol khí trong dòng lỏng vào tháp hấp thụ ( kmolNH
3
/kmolH
2
O ).
X
r
- Tỷ số mol khí trong dòng lỏng ra tháp hấp thụ ( kmolNH
3
/kmolH
2
O ).
Y
v
- Tỷ số mol khí trong hỗn hợp khí thải vào tháp hấp thụ (kmol NH
3

/kmolkk ).
Y
r
- Tỷ số mol khí trong hỗn hợp khí thải ra tháp hấp thụ (kmol NH
3
/kmolkk ).
x
v
- Phần mol khí trong pha lỏng đi vào tháp hấp thụ (kmol NH
3
/kmolhh ).
x
r
- Phần mol khí trong pha lỏng ra khỏi tháp hấp thụ (kmol NH
3
/kmolhh ).
y
v
- Phần mol khí trong dòng khí khi đi vào tháp hấp thụ (kmol NH
3
/kmolhh ).
THÁP HẤP THU
17
y
r
- Phần mol khí trong dòng khí khi đi ra tháp hấp thụ (kmol NH
3
/kmolhh ).
G - Suất lượng hỗn hợp khí, ( kmol/h ).
L- Suất lượng khối lượng pha lỏng, ( kmol/h )

Tính toán cân bằng vật chất
Theo định luật Henry, ta có:
X
Y
⇒ Phương trình đường cân bằng:
Nồng độ pha khí vào tháp:
Nồng độ pha khí ra khỏi tháp:
(molNH
3
/molkk)
Phần mol pha khí ra khỏi tháp
Từ phương trình cân bằng ⇒ (molNH
3
/molkk)
Phương trình cân bằng vất chất ()

Phương trình trạng thái:
Lượng mol pha khí vào tháp:
(Ví dụ )
18
Lượng khí trơ là:
(kmol/h)
(Ví dụ
Nồng độ pha lỏng vào tháp: (vì dung môi là nước)
Lượng dung môi tối thiểu sử dụng là:
(VD
Lượng dung môi sử dụng là:
(VD
Chọn b =
⇒ (kmolH

2
O/h)
Lượng dung môi tiêu hao riêng:
Phương trình đường làm việc:
⇒ B = Y
c
(do X
đ
= 0)
⇒ Y = 3,3846X + 0,011
Phương trình cân bằng vật liệu:
()
Do X
đ
= 0
Nồng độ pha lỏng ra khỏi tháp:
⇒ Phương trình làm việc sẽ qua 2 điểm:
(X
đ
,Y
c
) =
(X
c
,Y
đ
) = )
Hình 3.2. Đồ thị xác định số mâm lí thuyết
Số mâm lý thuyết: n
lt

= 5
Số mâm thực tế
Độ nhớt của nước ở 30
0
C, (kg/m.S) (Bảng )
Độ nhớt của dung dịch NH
3
ở 30
0
C
19
Độ nhớt hỗn hợp:
( công thức )
Trong đó:
x
2
= (1 y
tb
) = ( (molNH
3
/molH
2
O)
⇒
(Bảng )
⇒ , ()
Số mâm thực tế:
3.3. Tính đường kính tháp
Đường kính tháp: ( công thức
Trong đó:

Vtb: lượng hơi trung bình đi trong tháp, (m
3
/h)
Với, : lượng hơi vào và ra khỏi tháp, m
3
/h, m
3
/h
(m
3
/h)
⇒ (m
3
/h)
: tốc độ hơi trung bình trong tháp, m/s
ω
y
được xác định theo: Y = 10e
-4X
( STT2, công thức IX.112, trang 187)
Trong đó:
F: mặt cắt tự do thường chọn từ
g: gia tốc trọng trường, m/s
2
Độ nhớt hỗn hợp: = 0,74.10
-3
(N.S/m
3
)
Độ nhớt của nước ở 20

0
C: (N.S/m
3
) (bảng tra 43/trang 40)
d
tb
: đường kính tương đương của lỗ, mm. Do đây là chất lỏng sạch nên ta lấy
d
tb
=
Khối lượng riêng trung bình của pha khí: ( STT2, công thức IX.102, trang 183)
20
(kg/m
3
)
Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng:
Với nồng độ phần mol của nức lấy theo giá trị trung bình,
⇒ (molNH
3
/molH
2
O)
Ta có: khối lượng riêng của nước ở 30
0
C: (kg/m
3
) (Bảng ).
Khối lượng riêng của dung dịch NH
3
ở 30

0
C: (kg/m
3
) (Bảng ) ⇒ (kg/m
3
).
G
y
, G
x
: lưu lượng lỏng và hơi đi trong tháp
Đường kính của tháp là:
3.4. Tính chiều cao
Chiều cao thân thiết bị: (công thức
Chọn H
đ
= do H
đ
phụ thuộc D (công thức )
Chọn δ = m và chọn
Chiều cao toàn bộ thiết bị:
Chọn đáy (nắp) elip tiêu chuẩn có: (cơ sở thiết kế/trang 125)
Chọn chiều cao gờ:
Chiều cao đáy (nắp):
Chiều cao toàn bộ thiết bị:
21
3.5. Thiết kế lỗ trên mâm
Chọn d
tđ
= mm.

Tổng diện tích tự do của lỗ bằng tiết diện tháp  tổng diện tích lỗ:
Diện tích của một lỗ trên đĩa
Tổng số lỗ trên đĩa
Cách phân bố lỗ theo hình lục giác đều, khoảng cách giữa hai tâm lỗ là 7mm.
Gọi a là số hình lục giác
Áp dụng công thức V.139/48,
Giải phương trình trên ta
Số lỗ trên đường chéo: )
3.6. Tính trở lực qua tháp
Trở lực trong tháp đĩa lỗ không có ống chảy chuyền được tính theo công thức.
ΔP
đ
= ΔP
k
+ ΔP
t
Ta có:
ΔP
k
: trở lực đĩa khô (N/m
2
), (công thức IX.144/195, )
Trong đó,
ρ
y
: khối lượng riêng của khí, kg/m
3

ξ: hệ số trở lực. Đối với đĩa lỗ nên chọn (công thức
ω

o
: tốc độ khí qua lỗ, m/s, được tính như sau:
Trở lực thuỷ tĩnh của lớp chất lỏng trên đĩa:
Trong đó:
h
b
chiều cao lớp bọt trên đĩa: (công thức ).
ρ
b
khối lượng riêng của lớp bọt trên đĩa (kg/m
3
), (công thức
Trong đó :
G
x
: lưu lượng lỏng (kg/h),
G
y
: lưu lượng lỏng (kg/h),
22
ρ
x
: khối lượng riêng của lỏng (kg/m
3
),
ρ
y
: khối lượng riêng của khí (kg/m
3
), )

µ
x
: độ nhớt của lỏng(N.s/m
2
),
µ
y :
độ nhớt của lỏng(N.s/m
2
), (công thức ).
Với (N.s/m
2
),C = 626 (bảng
)
Vậy,
Trở lực của toàn tháp
3.7. Tính chiều dày thân
Áp suất làm việc của tháp: (công thức(
Trong đó:
H: Chiều cao cột chất lỏng, m, H = m
ρ: khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m
3
, ρ
nước
= kg/m
3
g: gia tốc trọng trường, m/s
2
, g = m/s
2

P
m
: Áp suất làm việc của môi trường, N/m
2
P
m
= (N/m
2
)
(N/m
2
Chọn thân thiết bị là thân hình trụ hàn chịu được áp suất khoảng

N/m
2
Khi chế tạo loại này cần chú ý: (
− Đảm bảo đường hàn càng rắn càng tốt.
− Chỉ hàn giáp nối.
− Bố trí các đường hàn dọc ở các đoạn thân trụ riêng biệt lân cận
cách nhau ít nhất mm
− Bố trí các mối hàn ở các vị trí dễ quan sát.
− Không khoan lỗ qua mối hàn.
Chọn vật liệu là thép không gỉ ta có các số liệu sau:
Theo bảng , ta có
− Ký hiệu thép: CT3
− Giới hạn bền: σk = (N/m
2
)
23
− Giới hạn chảy: σch = (N/m

2
)
− Chiều dày tấm thép: b = mm
− Độ dãn tương đối: δ =
Theo bảng ta có
− Hệ số dẫn nhiệt: λ = (W/mo)
− Khối lượng riêng: ρ = (kg/m
3
)
− Theo bảng
− Hệ số hiệu chỉnh: η =
Theo bảng , ta có
− Hệ số an toàn bền kéo: ηk =
− Hệ số an toàn bền chảy: ηc =
− Theo bảng , ta có
− Hệ số bền mối hàn: ϕ = (thân hình trụ hàn dọc, hàn tay bằng hồ
quang điện, hàn giáp mối 2 bên, đường kính Dmm).
σ: ứng suất dọc trục, N/m
2
, (Theo ví dụ
Ứng suất cho phép ở trên làm ứng suất cho phép tiêu chuẩn bền kéo và bền chảy,
Ta lấy giới hạn bé hơn trong 2 ứng suất cho phép ở trên làm ứng suất cho phép tiêu
chuẩn: [σ] = (N/m
2
) = (N/mm
2
)
Chiều dày tối thiểu thân hình trụ được xác định theo công thức:công thức
Trong đó:
D

t
: đường kính trong thiết bị (m), m
P: áp suất trong thiết bị (N/m
2
) = (N/m
2
Chiều dày tối thiểu thân hình trụ được xác định theo công thức:
S = S
’
+ C (công thức
C: Hệ số bổ sung do bào mòn
C = C
1
+ C
2
+ C
3
(Theo công thức
Ta có: C
1
là số bổ sung do ăn mòn xuất phát từ điều kiện ăn mòn vật liệu của
môi trường và thời gian làm việc của thiết bị, m. Chọn C
1
= 1mm trong thời hạn sử
24
dụng thiết bị là 15 năm với tốc độ ăn mòn mm/năm. C
2
là đại lượng bổ sung do bào
mòn, chọn C
2

= 0. C3 là hệ số do dung sai của chiều dày ( tra bảng ) chọn C
3
= mm.
⇒ C = mm
⇒ S = S’+C =(mm)
Chọn chiều dày thân s = 2,5mm (theo bảng XIII.9/364, ).
Kiểm tra ứng suất của thành theo áp suất thử (dùng nước), áp suất thử được tính toán
như sau (P
0
) ( Công thức
Trong đó:
: áp suất thử thuỷ lực được lấy theo bảng, N/m
2
, (công thức ),

= (N/m
2
)


=(N/mm
2
)
P
1
: áp suất thuỷ tĩnh của nước, N/m
2
, (công thức
(N/m
2

)
Với, H: Chiều cao cột chất lỏng, m, H = m
ρ: khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m
3
, ρ
nước
= kg/m
3
g: gia tốc trọng trường, m/s
2
, g = m/s
2
P
0
= (N/m
2
)
Kiểm tra ứng suất của thân thiết bị theo áp suất thử tính toán theo công thức (công
thức
N/m
2
)
(Thoả điều kiện chọn )
3.8. Tính đáy và nắp thiết bị
Chiều dày nắp và đáy làm việc chịu áp suất trong, (công thức XIII.47/385, )
k: hệ số không thứ nguyên. k = 1 do sử dụng vòng tăng cứng.
Ta có
Công thức tính bề dày đáy và nắp thiết bị:
25
Trong đó:

h
= 1 do nắp hàn tay hồ quang điện (theo bảng
σ
D
t
= m.
h
b
= mm (theo bảng
Chọn S
đn
= S
thân
= mm, kiểm tra ứng suất thành của đáy theo áp suất thử thuỷ lực
bằng công thức (công thức ).
3.9. Tính toán ống dẫn nhập tháo liệu
3.9.1. Tính toán ống dẫn khí
Vận tốc khí trong ống khoảng 10-30 m/s. Chọn tốc độ dòng khí vào bằng dòng
khí ra, v
v
= v
r
= (m/s).
Lưu lượng khí vào Q
v
= m
3
/h
Chọn đường kính ống dẫn khí vào là mm
Do thể tích chất ô nhiễm bị giữ lại trong tháp tương đối nhỏ, có thể xem lưu

lượng khí ra khỏi tháp bằng lưu lượng khí vào tháp.
D
r
= mm
3.9.2. Tính toán ống dẫn lỏng
Đường kính ống dẫn lỏng:
Tính ống dẫn dung dịch sau khi hấp thụ ra khỏi tháp:
Vận tốc dòng lỏng trong ống dẫn vào, ra tháp từ m/s ( Bảng ). Chọn vận tốc vào là v
v
= v
r
= m/s.
Lưu lượng nước cần cung cấp vào tháp:
L
v
= (kmol nước/h) = (m
3
/s)
Chọn D
v
= (mm)
D
v
= D
r
do lưu lượng nước ra không chênh lệch đáng kể so với lưu lượng vào,
L
r
= (m
3

/s)