đồ án tốt nghiệp thiết kế tháp mâm chóp xử lý NH3

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỐNG QUAN VÈ NGUỒN NGUYÊN LIỆU
VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NH
3
1.1 Tính chất
1.1.1 Amoniac là gì?
Thuật ngữ 'amôniăc' 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.Người đầu tiên chế ra amôniăc 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
amôniăc là 'chất khí kiềm'.
1.1.2 Tính chất vật lí
Amôniăc là một chất không màu, mùi khai và xốc, nhẹ hơn không khí (Khối lượng riêng D =
0,76g/l. Amôniăc hoá lỏng ở -34°c và hoá rắn ở -78°c. Trong số các khí, amôniăc tan được nhiều nhất
trong nước. Một lít nước ở 20°c hoà tan được 800 lít NH3. Hiện tượng tan được nhiều giải thích do có
tương tác giữa NH
3
và H
2
0, là nhừng chất đều có phân tử phân cực.
1.1.3 Tính chất hóa học
Sự phân huỷ như đã biết, phản ứng tống hợp NH
3
là thuận nghịch. Điều này có nghĩa, amôniăc có
thể phân huỷ sinh ra các đơn chất N
2
và H
2
. Amôniăc phân huỷ ỏ nhiệt độ 600 - 700°c và áp suất thường.
Phản ứng phân huỷ là phản ứng thu nhiệt và cũng thuận nghịch.
2NH
3

^ 3H
2
+ N
2
1.1.4 Tính bazo
Nhúng hai đũa thuỷ tinh vào hai bình đựng dung dịch HC1 đặc và dung dịch NH3 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
thế muối amoni clorua . Chất này được tạo do hai khí HC1 và NH
3
hoá hợp với nhau theo phương trình
phản ứng:
NH
3
+ HC1 -ỳ NH
4
C1
1.1.5 Tác dụng VÓI 0
2
Đốt amôniăc trong oxi, nó cháy với ngọn lửa màu vàng tươi NH3 bị oxi hoá bởi oxi tạo ra N
2
và
H?0 .
4NH
3
+ 30
2
-ỳ 2N
2
+ 6H
2

0 + Q
Trong thí nghiệm hỗn họp NH
3
và 0
2
được dẫn đi qua ống đụng chất xúc tác Pt nung nóng. Khí
NO sinh ra, đi tới bình cầu là nơi có nhiệt độ thường, thìhoá hợp với
trong không khí tạo ra khí N02 màu nâu đỏ.
NH
3
+ 50?-> 4NO + 6H
2
0
NO2 ^2NO + Ơ2
1.1.6 Tác dụng vói khí Clor
Dần khí NH
3
vào bình khí Cl
2
, hỗn hợp khí tự bốc cháy tạo ra ngọn lửa có khói trắng . Phương
trình phản ứng:
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƯ
SVTH: TRÀN VĂN BÉ BA-NGUYẺN PHÚC THỊNH TRANG 1
2NH
3
+ 3C1
2
-ỳ 6HC1 + N
2
Khói trắng là những hạt nhỏ tinh thế NH4CI được tạo nên do HC1 sau khi sinh ra

lại hoá hợp ngay với NH
3
: NH
3
+ HC1 -ỳ NH4CI.
1.1.7 Tính acid
Như ta đã biết NH3 là một bazơ tuy nhiên nó còn là một acid:
Li
3
N(s)+ 2NH3 (1) -> 3Li
+
(am) + 3 NH
2
“(am)
NH3 như là Ligand Tetraamminecopper(II), [Cu(NH3)
4
]
2
+
, có màu xanh dương đậm khi thêm
ammonia vào trong dung dịch muối đồng (II). Diamminesilver(I), [Ag(NH
3
)
2
]
+
, được gọi là tác chất
Tollens' reagent.
1.1.8 Điều chế
♦> Tổng hợp tù' thiên nhiên:

Trong không khí có một lượng amôniăc không đáng kê sinh ra do quá trình phân rã của động vật
và thực vật.
NH3 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 đối chất sinh ra NH3 và nó ngay lập tức chuyên
thành Urê.
♦♦♦ Tông 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 NH4CI + 2 CaO -ỳ CaCl
2
+ Ca(OH)
2
+ 2 NH
3
Trong công nghiệp người ta điều chế NH3 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 đế cho sản
phẩm và hiệu suất mong muốn
3H
2
+ N
2
^ 2 NH
3

1.2 ủng dụng
a. Làm phân bón
NH3 được xem như là thành phần của phân bón. NH3 có thế được bón trực tiếp lên ruộng đồng
bằng cách trộn với nước tưới mà không cần thêm một quá trình hoá học
NH3 tác dụng với acid (HCl, HNO3 ) 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 CO2 ở nhiệt độ 180-200°c, dưới áp suất khoảng 200atm ta điều chế
Ưrê (NH
2
)2CO là chất rắn màu trắng, tan tốt trong nước, chứa khoảng 46%N :
CO2 + 2NH3 (NH
2
)
2
CO + H
2
0
Trong đất dưới tác dụng của các vi sinh vật urê bị phân hủy cho thoát ra amoniac, hoặc chuyến
dần thành muối amonicacbonat khi tác dụng với nước:
(NH
2
)
2
CO + 2H
2
0 (NH
4
)
2

co
3
b. Kỹ nghệ làm lạnh
NH3 là chất thay thế CFCs, HFCs bởi vì kém độc và ít bắt cháy. Trong phòng thí nghiệm và phân
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƯ
SVTH: TRÀN VĂN BÉ BA-NGUYẺN PHÚC THỊNH TRANG 2
tích NH3 được xem như là hỗn hợp khí chuấn cho việc kiếm soát phát thải môi trường, kiếm soát vệ sinh
môi trường,các phương pháp phân tích dạng vết.
c. Kỹ nghệ điện tử
NH3 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 (SÌ3N4) bằng phương pháp ngưng tự’ bốc hơi hoá học: Chemical Vapor
Deposition (CVD).
d. Một số ứng dụng khác
NH4CI được sử dụng trong công nghệ hàn, chế tạo thức ăn khô và trong y học NH3 được sử
dụng trong công nghiệp dầu khí, thuốc lá, và trong công nghệ sản xuất các chất gây nghiện bất hợp pháp.
1.3 Độc tính
a. Độc tính của amôniăc
Trong phần này chúng tôi nói tới độc tính chung cho 3 dạng của amoniac:
• Khí amoniac (NH
3
).
• Khí amoniac hóa lỏng.
• Dung dich amoniac (NH4OH).
b. Đối với động vật thuỷ sinh
NH3 được xem như là một trong nhũng “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.
c. 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: Khi hít phải hoặc tiếp xúc trực tiếp với NH3. Thở khó, ho, hắt hơi khi hít
phải, cố họng bị rát, mắt, môi và mũi bị phỏng, tầm nhìn bị hạn chế, Mạch máu bị giảm áp nhanh chóng,
Da bị kích ứng mạnh hoặc bị phỏng.Trong một số trường hợp nếu hít phải NH3 nồng độ đậm đặc có thế
bị ngất, thậm chí bị tử vong.
> Nhiễm độc cấp tính: Nồng độ khí NH3 trên 100 mg/m
3
gây kích úng đường hô hấp rõ
rệt.Trị số giới hạn cho phép làm việc với đủ phương tiện phòng hộ trong một giờ là từ 210-350 mg/m
3
.
1.4 Cấp cứu và điều trị
Trong trường hợp hít phải NH3 cần đưa nhanh nạn nhân ra khỏi môi trường độc hại, cho nằm
nghỉ, thở oxi, điều trị triệu chứng; quan sát y học liên tục 24giờ trở lên đế phát hiện các biến đối hô hấp.
Trường hợp bị ô nhiễm da cần nhanh chóng rửa sạch bằng nước hoặc dung dịch có tác dụng trung
hòa để bảo vệ da, điều trị triệu chứng.Trường hợp bị ô nhiễm mắt phải khấn trương rửa măt thật kỹ.
1.5 Các vấn đề môi trưòng liên quan đến NH3
-Trong quá trình nuôi tôm ,cá, các quá trình xử lý nước thải: nước thái, khí thải và bùn do phân
hữu cơ, xác động vật, xác(vỏ) tôm sau khi tiêu hoá thức ăn thì chúng được thải ra trong điều kiện kỵ khí
dưới sự tác dụng của vi khuân trong nước xuất hiện H2S, NH3, CH4 các chất này rất độc cho ao nuôi
và các động vật thuỷ sinh.
-Các trường học trước đây thường không quan tâm đến vấn đề vệ sinh môi trường trong việc thiết
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƯ
SVTH: TRÀN VĂN BÉ BA-NGUYẺN PHÚC THỊNH TRANG 3
kế và vận hành các nhà vệ sinh (ô nhiễm NH3 trầm trọng) gây ảnh hưởng đến sức khoẻ và tâm sinh lý của
học sinh.
- Các vụ rò rĩ khí NH
3
tù’ các nhà máy phân bón, sx nước đá, đông lạnh cũng ảnh hưởng lớn
đến sức khoẻ công nhân và cộng đồng xung quanh

a. Nguồn phát thải
> Làm phân bón.
> Kỹ nghệ làm lạnh.
> Kỹ nghệ điện tử.
> NH4CI được sử dụng trong công nghệ hàn.
> NH3 được sử dụng trong công nghiệp dầu khí, thuốc lá, và trong công nghệ sản xuất
các chất gây nghiện bất hợp pháp.
b. Các cộng nghệ xử lý:
❖ Xử lý hoá học
Dựa vào tính chất hoá học của NH3 ta có thể xử lý NH
3
bằng các phun các dung dịch acid loãng
(HCl, H2SO4 ) để hấp thụ hoá học NH3.
2NH
3
+ H
2
S0
4
= (NH
4
)
2
S0
4
♦♦♦ Xử lý sinh học
Bế sinh học màng vi lọc (MBR) xử lý nitơ, ammonia trong nước thải. Việc khử chất ô nhiễm này
chỉ thực hiện duy nhất một quá trình là khử nitrit. “Quá trình này gồm hai giai đoạn chính đó là giai đoạn
nitrit hóa bán phần và khử nitrit thông qua hệ thống màng vi lọc”.Trong đề tài “ Bước đầu nghiên cứu
phân lập vi khuấn có khả năng sử dụng NH3, H?S trong khí thải như là nguồn cơ chất đế dinh dưỡng” sử

dụng chủng vi khuấn arthobacter cho việc xử lý NH3.
Xử lý NH3 bằng hồ tuỳ tiện có thêm các chất trao đổi ion như Zeolit. NH3 là một khí độc, và
cũng là một khí có nhiều ứng dụng trong kỹ nghệ.Tuy nhiên so với những chất khí thải khác thì NH3 ít
độc hại và xử lý tương đối đơn giản, vấn đề quan trọng là trong kỹ thuật làm lạnh chúng ta cố gắng hạn
chế tối đa sự cố môi trường xảy ra, đồng thời luôn có biện pháp đối phó để giảm thiểu thiệt hại và ảnh
hưởng môi trường xung quanh.
❖ Xử lý cơ học
Nhờ vào khả năng hoà tan tốt trong H?0, Khi sự cố môi trường xảy ra (rò rĩ khí amoniac) thì biện
pháp đơn giản nhất đó là cách ly người dân và phun nước pha loãng.
1.6 Các loại tháp hấp thụ
1.6.1 tháp đĩa
a. Tháp đĩa có ống chảy chuyền
1. Tháp mâm chóp
Tháp đĩa thường cấu tạo gồm thân hình trụ thẳng đúng, bên trong có đặt các tấm ngăn (đĩa) cách
ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƯ
SVTH: TRÀN VĂN BÉ BA-NGUYẺN PHÚC THỊNH TRANG 4
nhau một khoảng nhất định. Trên mỗi đĩa hai pha chuyến động ngược hoặc chéo chiều:lỏng từ trên xuống
(hoặc đi ngang), khí đi từ dưới lên hoặc xuyên qua chất lỏng chảy ngang; ở đây tiếp xúc pha xảy ra theo
từng bậc là đĩa.Tùy thuộc câu tạo của đĩa chất lỏng trên đĩa có thể là khuấy lý tưởng hay là dòng chảy
qua. Trên đĩa có cấu tạo đặc biệt để lỏng đi tù
-
đĩa trên xuống đĩa dưới theo đường riêng gọi là ống chảy
chuyền, đĩa cuối cùng ống chảy chuyền ngập sâu trong khối chất long đáy tháp tạo thành van thủy lực
ngăn không cho khí (hơi hay lỏng) đi theo ống lên đĩa trên.
sơ đồ tháp mâm chóp
1-đĩa; 2-chóp; 3-ống hơi; 4-ống chảy chuyền
Pha khí (hơi hay lỏng) xuyên qua các lỗ, khe chóp, khe lưới,hay khe xupap sục vào pha lỏng trên
đĩa. Đe phân phối đều chất lỏng người ta dùng tấm ngăn điều chỉnh chiều cao mức chất lỏng trên đĩa.
+ Ưu điếm: Hiệu suất truyền khối cao, hoạt động ốn định, làm việc với chất lỏng bân, ít tiêu hao
năng lượng.

ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƯ
SVTH: TRÀN VĂN BÉ BA-NGUYẺN PHÚC THỊNH TRANG 5
+ Nhược điểm: cấu tạo hức tạp, trở lực lớn, nặng.
2. Tháp mâm lỗ Tháp đĩa lưới 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 tù' 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.
Tháp mâm lô
+ ƯU điểm: chế tạo đơn giản, vệ sing dễ dàng, trở lực ít hơn tháp chớp, ít tốn kim loại hơn tháp
chớp.
+ Nược điểm: yêu cấu lấp đặt cao, mâm lấp phải rất phan.
b. Tháp đĩa không có ống chảy chuyền
Trong trường hợp này khí và lỏng cùng chảy qua một lỗ
trên đĩa, vì vậy không có hiện tượng giảm chiều
cao chất lỏng trên đĩa như trong các loại tháp có
ống chảy chuyền, và tất cả bề mặt đĩa dều làm việc,
nên hiệu quả của đĩa cao hơn. Vì vậy trong nhừng
năm gần đây loại tháp này được sử dụng rộng rải.
Tháp đĩa không có ống chảy chuyền cũng có nhiều loại
nhung chủ yếu có hai loại: đĩa lỗ và đĩa rảnh. Đĩa
lỗ được cấu tạo bởi các tấm ngăn và tấm phang,
trên có nhiều lỗ tròn được bố trí đều. Lỗ có đường
kính 2-8mm phụ thuộc vào chất lỏng. Tháp đĩa
rãnh là đĩa gồm nhiều thanh hoặc là nhiều ống
ghép lại với nhau tạo thành các khe hở 3-4mm .
ngoài ra đĩa
còn
có cấu
tạo hình
sống, trên có
lỗ.

Các sống gần nhau hợp thành góc 90°. Hơi đi từ dưới lên qua lỗ ở phần sống lồi, còn lỏng
Tháp mâm không có ống chảy chuyền a) đĩa
lỗ; b ) đĩa rảnh; c ) đĩa sốnq
đi từ trên xuống qua phần sống lõm.
1.6.2 Tháp phun
Loại này gồm thân và 1 ống vòi phun
2. Nhừng hạt chất lỏng sẻ được phun ra và tiếp xúc với dòng khí
đi từ dưới lên và quá trình hấp thụ xay ra. Loại thiết bị này
không phù hợp với các loại khí khó hoà tan.
Ngoài ra còn có những loại hấp thu cơ học. Chất lỏng bắn ra trong
các phễu, ở đó khí sẻ đươc tiếp xúc với chất long và có quá
trình hấp thụ. Khí chuyển động qua thiết bị theo đường
ngoằn ngoèo giữa các bậc. Chất lỏng chảy từ trên xuống và lấy
ra ở đáy. Bộ phận bắn tung chất lỏng được gắn vào một
trục quay, có tác dụng trì hoãn sự chảy của chất lỏng trong
phễu, tạo khả năng tiếp xúc tốt với pha khí.
+ ƯU điếm: Tháp hấp thụ rỗng được thiết kế đế dòng khí chuyến động theo tuyến đặc biệt và vòi
phun đặt dọc theo chiều cao tháp có thể đạt hiệu quả hấp thụ rất cao.
Khí
Thiết bị loại phun 1- thân; 2-vòi phun
Tiết bị hấp thụ cơ học loại cánh khuấy 1-thân; 2- đĩa; 3-trục với bộ phận bắn chất
1 ò 4-Uë. 0 4 ^ A lỏng; 4-cửa vào của chất lòng; 5-cửa vào của
thung 2 thanj 3 trục narn ngang) 4 đĩa I^!'. g.ẻịệrr, tách bọt; 7-cửa khí trơ; 8-dung
dìch ra
+ Khuyết điếm: yêu cấu lấp đặt cao, mâm lấp phải rất phan.
1.6.3 Tháp đệm
Cấu tạo gồm: thân tháp rỗng bên trong đố đầy đệm làm từ vật liệu khác nhau (gỗ, nhựa, kim
loại, gốm, ) với những hình dạng khác nhau (trụ, cầu, tấm, yên ngựa, lò xo, ); lưới đỡ đệm, ống dẫn
khí và lỏng vào ra. Đe phân phối đều lỏng lên khối đệm chứa trong tháp, người ta dùng bộ phận
phân phối dạng: lưới phân phối (lỏng đi trong ống - khí ngoài ống; lỏng và khí đi trong cùng ống);

màng phân phối, vòi phun hoa sen (dạng trụ, bán cầu, khe); bánh xe quay (ống có lỗ, phun quay, ố
đỡ);
Các phần tủ
-
đệm được đặc trưng bằng: đường kính d, chiều cao h, bề dày ô. Đối với đệm
trụ, h = d chứa được nhiều phần tử nhất trong 1 đơn vị thế tích.
- Khối đệm được đặc trưng bằng các kích thước: bề mặt riêng a (m2/m3); thể tích tự do 8 (m3/m3);
đường kính tương đương d(tđ) = 4r(thủy lực) = 4.s/n = 4 e/a; tiết diện tự do s (m2/m3).
Khi chọn đệm cần lưu ý: thấm ướt tốt chất lỏng; trở lực nhỏ, thế tích tự do và và tiết diện
ngang lớn; có thế làm việc với tải trọng lớn của lỏng và khí khi 8 và s lớn; khối lượng riêng nhỏ;
phân phối đều lỏng; có tính chịu ăn mòn cao, rẻ tiền, dễ kiếm Đe làm việc với chất long bấn nên
chọn đệm cầu có khối lượng riêng nhỏ.
Ưu - nhưọc điểm - ứng dụng
+Ưu: cấu tạo đơn giản; trở lực theo pha khí (hoạt động ở chế độ màng/quá độ)
nhỏ.
+Nhược: hoạt động kém ốn định, hiệu suất thấp; dễ bị sặc; khó tách nhiệt, khó thấm ướt.
+ứng dụng:
- Dùng trong các trường hợp năng suất thấp: tháp hấp thụ khí, tháp chưng cất,
Dùng trong các hệ thống trở lực nhỏ (như hệ thống hút chân không, ).
-
1.6.4 Tháp màng
Be mặt tiếp xúc pha là bề mặt chất lỏng chảy thành màng theo bề mặt vật rắn thường là thắng
đứng. Be mặt vật rắn có thế là ống, tấm song song hoặc đệm tấm.
tí. Tháp màng dạng ống:
Gos
outlet
Liquid distributor
Có cấu tạo tương tự thiết bị trao đối nhiệt dạng ống chùm, gồm có ống tạo màng được giữ bằng hai vĩ
ống ở hai đầu, khoảng không giữa ống và vỏ thiết bị đế tách khi cần thiết. Chất lỏng chảy thành màng
theo thành ống tù' trên xuống, chất khí (hơi) đi theo khoảng không gian trong màng chất lỏng từ dưới lên.

b. Tháp màng dạng tẩm phẳng:
Các tấm đệm đặt ở dạng thắng đứng được làm từ những vật liệu khác nhau (kim loại, nhựa, vải
căng treo trên khung ) đặt trong thân hình trụ. Đe đảm bảo thấm ướt đều chất lỏng từ cả 2 phía tấm đệm
ta dùng dụng cụ phân phối đặc biệt có cấu tạo răng cưa.
c. Tháp màng dạng ống khi lỏng và khí đi cùng chiểu:
Cũng có cấu tạo từ các ống cố định trên 2 vỉ, khí đi qua thân gồm các ống phân phối tương
ứng đặt đồng trục với ống tạo màng. Chất lỏng đi vào ống tạo màng qua khe giữa 2 ống. Khi tốc độ khí
lớn sẽ kéo theo chất lỏng từ dưới lên chuyến động dưới dạng màng theo thành ống tạo màng. Khi cần
tách nhiệt có thể cho tác nhân lạnh đi vào khoảng không gian giừa vở và ống. Đe nâng cao hiệu suất
người ta dùng thiết bị nhiều bậc giống nhau.
-Thủy động lực trong thiết bị dạng màng:
+ Khi Re < 300 - chảy màng , bề mặt pha nhẵn trơn + Khi 300 < Re
< 1600 - chảy màng bắt đầu có gợn sóng + Khi Re > 1600 - chảy rối
Khi có dòng khí chuyển động ngược chiều sẽ ảnh hưởng lớn
đến chế
độchảy
của màng. Khi đó, do lực ma sát giừa khí và lỏng sẽ có cản trở mạnh của
dòng khí
làm bề
dày màng tăng lên, trở lực dòng khí tăng. Tiếp tục tăng vận tốc dòng khí sẽ dẫn đến cân bằng giừa trọng lực của
màng lỏng và lực ma sát và dẫn đến chế độ sặc (nhiều khi pha khí chỉ 3-6m/s đã xảy ra sặc). Khi tốc độ
vượt qua tốc độ sặc sẽ làm kéo chất lỏng theo pha khí ra ngoài.
- ưu và nhược điêm của tháp màng:
+ Ưu:
- trở lực theo pha khí nhở.
- có thể biết được bề mặt tiếp xúc pha (trong trường hợp chất lỏng chảy thành màng).
- có thê thực hiện trao đôi nhiệt.
+ Nhược:
- năng suất theo pha lỏng nhỏ.
- cấu tạo phức tạp, khi vận hành dễ bị sặc.

+ ứng dụng:
- trong phòng thí nghiệm
trong trường hợp có năng suất thấp
-
- trong những hệ thống cần trỏ' lực thấp (hệ thống hút chân không, )
CHƯƠNG 2: Sơ ĐÒ CÔNG NGHỆ
Thiết minh quy trình công nghệ:
Khí xử lý khí NH
3
được lấy từ các nhà máy sản xuất phân bón , sản xuất phân Ure, sẽ được thu lại
rồi sau đó dùng quạt thổi khí vào tháp hấp thụ (tháp mâm xuyên lỗ). Dung dịch dùng hấp thụ là nước.
Tháp hấp thụ làm việc nghịch chiều: nước được bơm lên bồn cao vị mục đích là đế ốn định lưu lượng, từ
đó cho vào tháp từ trên đi xuống, hỗn hợp khí được thổi tù’ dưới lên và quá trình hấp thụ xảy ra.
Hấp thụ xảy ra trong đoạn tháp có bố trí các mâm. Hỗn hợp khí trơ đi ra ở đỉnh tháp sẽ được cho đi
qua ống khói để phát tán khí ra ngoài không gây ảnh hưởng đến công nhân.
Dung dịch sau hấp thụ ở đáy tháp được cho ra bồn chứa. Tại đây, dung dịch lỏng này sẽ được xử lỳ để
sao cho nồng độ của nước thải đạt được nồng độ cho phép để có thể thải ra môi trường.
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KÉ THÁP MÂM
XUYÊN LỎ
3.1 Số liệu thiết kế
ban đầu
- Năng suất lò hơi 5000 m
3
/h.
- Nhiệt độ đầu vào của tháp 30°c.
- Nhiệt độ ra 30°c.
- Áp suất khí thải: p = latm = 760mmHg.
3.2Tính toán các số liệu thiết kế
Khí trơ
9. ÓNG KHÓI 8. QUẠT

THỔI KHỈ 7. B ÒN CHỬA
NƯỚC B ẨN 6. VAN
5. THÂN THÁP 4. LƯƠNG
KỂ CHẮT LÒNG 3. BỐN
CAO VỊ 2. BƠM NƯỚC 1.
BẺ CHỨA XƯỚC
3.2.1 So’ đồ cân bằng vật chất của tháp mâm xuyên lỗ
3.2.2
3.2.3 Ý nghĩa các kí hiệu tính toán:
3.2.4 X
v
- Tỷ số mol khí trong dòng lỏng vào tháp hấp thụ ( kmolNH
3
/kmolH
2
0 ). x
r
- Tỷ số mol
khí trong dòng long ra tháp hấp thụ ( kmolNH
3
/kmolH
2
0 ).
3.2.5 Y
v
- Tỷ số mol khí trong hỗn họp khí thải vào tháp hấp thụ (kmolNH
3
/kmolkk ). Y
r
- Tỷ số

mol khí trong hỗn hợp khí thải ra tháp hấp thụ (kmolNH
3
/kmolkk ). x
v
- Phần mol khí
trong pha lỏng đi vào tháp hấp thụ (kmolNH
3
/kmolhh ). x
r
- Phần mol khí trong pha lỏng
ra khỏi tháp hấp thụ (kmolNH
3
/kmolhh ). y
v
- Phần mol khí trong dòng khí khi đi vào tháp
hấp thụ (kmolNH
3
/kmolhh ).
3.2.6 y
r
- Phần mol khí trong dòng khí khi đi ra tháp hấp thụ (kmolNH
3
/kmolhh ). G - Suất lượng hỗn hợp
khí ( kmolhh/h ).
3.2.7 G
tr
-Suất lượng khí trơ (kmoltrơ/h ).
3.2.8 L - Suất lượng nước (kmolH
2
0/h ).

3.2.9 L
tr
- Suất lượng cấu tử lỏng trơ (kmoltrơ/h ).
3.2.10 Đưòìig cân bằng
3.2.11 (tra sổ tay qttb tập 2)
3.2.12 Y*
=

m
*
x
3.2.13 i+Cm-i)*
3.2.14 Với m = - p
3.2.15 Trong đó:
3.2.16 H là hằng số Henry phụ thuộc vào nhiệt độ của chất khí, mmHg p áp suất của
khí đang xét, mmHg
3.2.17 Ở nhiệt độ t = 30°c Hx10’
6
=
0.00241 mmHg p = 760 mmHg
3.2.18 m = 0.00241 Xl0'
6
- 760 = 3.17
3.2.1
9 X
3.2.
20
0
3.2.21 0.00
02

3.2.22 0.
0006
3.2.23
0.001
3.2.24 0.0
014
3.2.2
5 Y
3.2.
26
0
3.2.27 0.0
00634
3.2.28 0.
0019
3.2.29 0.0
03163
3.2.30 0.0
04425
3.2.31
3.2.2 Đường cân bằng của NH
3
ở 30°c
có dạng Y* =
3.2.1 3.
17
X
X
3.2.3 1
+

2
.
1
7
X
A
3.2.32
3.2.33 Phương trình đường làm việc tương đương có dạng: Y* = 3.16xX+10’
6
3.2.34 Đưòìig cân bằng vật chất
3.2.3.1 Tính cho Im
3
3.2.35 ^ _ PV l x l
rnolhhkhi
4n
_ _ mol
3.2.36 Cick — _ — 0.04025 — 40.25
3.2.37 0.082x^273+39) 0.082x(273+39) l m
3
3.2.38 G
k
= c
kk
X 29 = 40.25 X 29 = 1167,25 g/m
3
G
nh
3
= 1% G
k

=
11,673 g/m
3
3.2.39 11.673
3.2.40
n
\H - — 0.6866 mol/m
3.2.41 Mồng độ phần mol của NH
3
3.2.42 0.6866 molNH3
3.2.43 = = 0.0171
3.2.44
J v
40.25 mol khi
3.2.3.2 Nồng độ đầu ra của NH
3
3.2.3.3
3.2.3.4 l-y
r
1-7.3x10
5
7noi khi
3.2.3.5 Hiệu suất tháp hấp thu
3.2.3.6 yj^r
=
°'oi74-4 3
7X1
0-^
3.2.3.7 ^ y
v

0.0174
3.2.3.8 Ta có
3.2.3.9 Gtrơ G
v
x(l-y
v
)
3.2.3.10
m
„ 1X5000 . kmoỉ
3.2.3.11 Trong đó G
v
=
3.2.4
= 201.24 ——
3.2.3.12 ° 0.082x303 h
3.2.3.13 G
trơ
= 201.24 X ( 1 -0.0171)= 197.8 —7—kmol
3.2.3.14 G
r
= G
trơ
X (v
r
+ 1) = 197.8
X
(4.37 X 10‘
4
+ 1) = 197.9

3.2.45 Lập đưòìig làm việc của NH
3
3.2.3.15 Lmin = G„„ (7-^—-7)
3.2.3.16 Trong đó cho X
v
là tỉ số mol khí NH3 trong dòng lỏng vào tháp hấp th
3.2.3.17 u
3.2.3.18 (~~T~77—')> Xv= 0
3.2.3.19
K
mol hh lóng
3.2.3.20
v
3.2.3.21 X
max
= =
QQ1
qf~*= 5.5 X 10 -
3
(
3.2.3.22 3,16 3,16 IHUL un iưnj/
- „ ^kmol
3.2.3.23 -> L
min
= 610
~Y~
3.2.3.24 Lượng dung môi thực tế lấy từ 1.2 lượng dung môi tối thiếu:
3.2.3.25 _ kmoỉ
3.2.3.26 L = 1.2xL
min

= 1.2x610 = 732 ——
3.2.3.27 h
3.2.3.28 ^ xr
Y
v~
Y
r 0.0174- 4.37X10'-
1
5 mOlỉiHÌ
3.2.3.29 x
r
= ——— = -T— = 2.31x10
5
- 1
3.2.3.30 L 732 mol hh lõng
3.2.3.31 Phương trình đường làm việc của NH3 sẻ đi qua hai điêm:
3.2.3.32 ( x
v
; Y
r
) = (0; 4.37 X 10~
4
)
3.2.3.33 (X
r
; Y
v
) = (2.31 X 10 "
5
; 0.0174)

3.2.3.34 Phương trình đường cân bằng pha có dạng:
3.2.3.35 Y* = 3.16xX+10'
6
Vẽ đường làm việc và đường cân bằng trên cùng một đồ thị
3.2.3.36 molNH
3.2.3.37
3.2.3.38Từ đồ thị trên ta chọn số mâm lý thuyết là 1
3.2.3.39
3.2.3.40Theo đồ thị số mâm lý thuyết Nit = 11
3.2.3.41Từ đồ thị 5.24a (stt2) mối liên hệ giữa hiêu suất mâm murphree và hiệu suất tống quát.
3.2.3.42 m = 3.17
3.2.3.43 ụ
r
= 0.801 X 10'
3
^
3.2.3.44
3.2.3.45 Nu™ 15.7
Chọn 16 mâm.
3.2.46 Tính đường kính tháp
3.2.3.46 D = Ị
Gth

3.2.3.47 yỊ 0,785xoi
3.2.5 3
3.2.6 đườnq cân bằnq pha đườnq làm việc
3.2.3.48 yG
a
lưu lượng trang bình cùa pha khí (—)
3.2.3.49

G
ĩ^r
=
ì2Hi^ĩĩl
=
199.57^
1
2 trong đó:
3 Hx, M-y (N.s/m
2
) độ nhớt của lởng nước ở 20°c.
4 p
x
, py (kg/m
3
) khối lượng riêng của pha lỏng khí.
5 G
x
, Gy (kg/h) lun lượng pha lỏng, khí.
6 g = 9.81 (m/s
2
) gia tốc trọng trường.
7 dtd
=
6 (mm) đường kính tu’ơng đương của lỗ.
8 f.
d
diên zieh măt cát tư do của ăia 2 / 3x
9 Ftd
= =

- •^ (m /m )
10 f
ẩ
diện ĩ ich chung cùa ỈM
11 Ta CÓ F
td
từ 10% -> 30%, chọn F
td
=20%=0.2 Px=
Pnước = 1 000 kg/m
3
(tra sổ tay tập 1 trang 187)
12 ịi
x
(30°C)= 0.801X10'
3
(N.s/m
2
)
13 Hn(20°C) = 1.005* 10'
3
(N.s/m
2
)
14 [0.0027xAfvK
a
+(l—0.002 X273
15 22.4x303 -> Py=
1.14(kg/m
3

)
16 G
x
= Lx 18 = 749x 18 = 13482(kg/h)
17 Gy = 201.24x29 = 5835.96 (kg/h)
18 =
- ríkM
_ ^f^Q.25 ^ 0,125
Gy
x= 0.528 y =
10x e‘
4x
y=1.2
19
x =
W Gy— —

A

— X (—) °'
16
= 0.0432a4
20 gxd
ĩd
xF
td
xp
x
v
r

/
yt
21
x
9 1.39
22 -» ứ)“
r
=—— = 27.74
23 *
r
0.0432
24 OJ
3
.
t
= 5.26 (m/s) Vận tốc làm
việc = (0.8-H3.9) ù)
yĩ
(ứy =5.26x0.8 =
4.2 (m/s)
25 ỉ I 1.3 V r\ ỵ- A / \
26 D = 1———= Ị——— = 0.64 (m)
27 0.785X6^,
0.785x4.2
28 Chọn D = 1 (m) theo tieu chuẩn
29 ft>k = - ~s= 1.74(m/s)
30
K
0.785x0-
v

7
3.2.47 Tính chiều cao tháp tính từ hai mép nối nắp và đáy
31 Được tính theo công thức sau: (theo công thức X.54/ trang 169 Stt2)
32 H = N
tt
(H
đ
+s đĩa) + H
C
p (m)
- N
tt
= 16 số đĩa thực tế
- Sđĩa chiều dày của đĩa tháp, m
33 s từ 0. H0.3 lần đường kính lỗ mâm.
- Chọn SđTa = 0.3x0.006 = 0.0018 (m)
- Chọn Sđĩa = 3 (mm)
- H
C
p (0.8 -ỉ- 1), m khoảng cách cho phép ở đỉnh và đáy thiết bị với H
C
p gồm :
34 + hi khoảng cách cho phép ở mép dưới nối nắp đến thiết bị phân phối lỏng ( chọn h|=
0.25 m )
35 + h
2
khoảng cách từ thiết bị phân phối long đến mâm thứ ỉ (chọn h
2
= 0.3 m)
36 + h

3
khoảng cách từ mâm cuối cùng tới mép trên nối đáy tháp ( chọn h
3
=0.45m)
37 H
C
p = lm
38 Với D=l(m) chọn khoảng cách giữa các đĩa H
đ
= 0.3m (stt2/ trang 184)
* H = N
tt
(H
đ
+s đĩa) + Hcp (m)
39 = 16x(0.3 í 0.003) I 1 = 5.9 (m)
40 Chọn H = 6 (m)
41 Thuyết kế lổ trên mâmdtđ = 6 mm.
42 Tống diện tích tự do của lỗ bằng 20% tiết diện lỗ -ỳ tống diện tích lố.
43
44 Cách phân bố lỗ theo hình tam giác đều tâm lỗ, khoảng cách giữa hai tâm lỗ là
45 15mm.
3.2.48 Tính toán trở lực
46 Trở lực trong tháp đĩa lỗ không có ống chảy chuyền được tính theo công thức.
47 ÀP
đ
— ÀP
k
+ AP
t

48 Ta có:
49 ÀP
k
: trở lực đĩa khô (N/m2)
50 ÀP
k
= 4 X công thức (IX. 144 Stt2/trang 195)
51 Trong đó
- co
0
(m/s) tốc độ khí qua lỗ
- Py (kg/m
3
) khối lượng riêng của khí
- (Ẹ, hệ số trở lực ( đối với đĩa lỗ ệ = 2.1, đối với đĩa lưới ị= 1.4 + 1.5, đối với đĩa
lưới ống làm bằng các đoạn lưới ống trên đĩa ị = 0.9+ 1).
52 Chọn ạ = 2.1 Vận tốc khí qua lỗ được tính
53 Cù
0
= — = — = 9 (m/s)
54 F
td
0.2
v
'
55-> AP
t
= ệx^
56 9
2

X1.14
57 = 2 . 1 X — 9 6 . 9 6 ( N / m 2 )
58 AP
t
trở lực thuỷ tĩnh của lớp chất long trên đĩa.
59 A
P
t
=
p
b
xgxh
b
Trong đó:
60 -h
b
chiều cao lớp bọt tren đĩa:
61
h
» =
4
*
d
*
x
ỡ
0
-
2
62 h

b
= 4x0.006(
9
-——ý-
2
= 0.1 (m)
63 ^9.81x0.006'
v 7
64 "Pb khối lượng riêng của lớp bọt trên đĩa (kg/m
3
)
65 A Q V, '\ 0,3 25 V . 0.18 w
0.036.,
66 p
b
= 0.43 X XX (—)
Xp
67 Gy p
x
Hy
68 Trong đó :
69 G
x
= 13482(kg/h).
70 Gy = 5835.96
(kg/h). px= 1000 (kg/m3).
71 Py= 0.724 (kg/m3). |
J,
X
= 0.801 X10"

3
72 m
73 273+c T 2/3
74 í'.VJÍ
3
- í'o
x

r+c
X (
273
)
75 Tra bảng 1.113 Stt2/trang 115). c=
503
76 /I
0
= 93xl0‘
7
rf
77 m
78 T =303°K
79
80
K
5835.96
V
100(T
v
0.17x10
81 pb = 191.48 kg/m

3
82 APt = 191.48x9.81x0.1= 187.86-^
83 m
84 APd — ÀP
k
+ AP
t
85 = 96.96+187.86 = 284.82
86 m
87 Trở lực của toàn tháp AP
thá
p = N
tt
x
AP
đ
= 16x284.82 = 4557.1 -77
88
89 mChương 4:TÍNH TOÁN co KHÍ VÀ CÁC THIẾT BỊ
PHỤ TRỢ
90 Chọn vật liệu chế tạo thân, đáy, nắp của tháp là thép CT3 với ơ
k
=
380x1o
6
-%
91 m
92 ơ
c
= 240xl0

6
-^.
93 m
4.1 (theo bảng XII.4 Stt2/trang 309).Tính thân thiết bị
94 Áp suất làm việc của tháp:
95 p
=
APtháp +
Pi + Pkhí Trong đó ÀP
thá
p = 0,0456x1
o
5
-^7 p, = p x g xH
96 Trong đó H= 6,54m chiều cao toàn bộ của tháp
p, = 1000x9.81x6.54= 0.64x1 o
5
-^-
97 m
98p khi = 0.981 xio
5
^-
99 m
* p= 0,0456x 1 0
5
+0.64x 10
5
+ 0.981X1 o
5
= 0.16 X1 o

6
4r
100 m
101 Chọn thân thiết bị là thân hình trụ hàn:
102 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
103 nhất lOOmm
- Bố trí các mối hàn ở các vị trí dề quang sát.
- Không khoang lỗ qua mối hàn.
- Chiều dày thân hình trụ được xác định theo công
thức:
104
105 trong đó
106 D
t
đường kính trong của thân thiết bị (m)
107 6 iV
108 p = 0.16 X10 —7 áp suât làm việc trong thiêt bị.
109 m
110 ơ ứng suất dọc trục, N/m
111
2
112
380xl0
Ể
1
113 X 1 = 146.2 X 10

6
4
114 m
115 X 1= 16 0 X 10‘
116 4
117 trong đó
118 ĩ| là hệ số hiệu chỉnh. Tháp hấp thu này là tháp loại I
(nhận địnhco? là khí độc khi ở nồng độ cao). Tra
bảng XIII.2 giá trị của hệ số hiệu chỉnh, trang 256,
số tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2
_
ơ
k ơk = — X
rj =
n
k
1.
5
2.6
240xiũ
ố
119)Ta chọn ĩ| = 1
120 n
k
. n
c
lần lượt là hệ số an toàn theo giới hạn kéo và chảy. Tra bảng XIII.3,
trang 356, sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2), ta được: n
k
= 2.5 n

c
= 1.5
121 c = Ci + c
2
+ c
3
122Ci là số bố sung do ăn mòn, chọn Ci = lmm
c
2
là hệ cố bổ sung do bào mòn, chọn c
2
= 0
123C3 là hệ số do dung sai của chiều dày ( t r a bảng XII.9 Stt2/ trang 364) chọn c
3
=
0,3 mm.
124 c = 1.3mm
125 Ìx0.i6xỉ0
ồ
3
126 * s= —^

2=■

+
1.3xl0'
J
= 1.87xl0'
3
(m)

127 2x146x10 X0,9 5-0,16x10
v 7
128 Chọn chiều dày thân st = 3mm (theo bản XII.9 Stt2/trang 364).
129 Kiểm tra úng suất của thành theo áp suất thử (dùng nước), áp suất thử được tính
toán như sau (P
0
) ( công thức XIII.27 Stt2/trang 366)
130 Po= Pth + Pi
131 Trong đó
132 Pth áp suất thử thuỷ lực được lấy theo bảng (XIII.5 Stt2/trang 358),
133 m
134 X
135 Pi Ap suât thuỷ tĩnh của nước, —J
136 m
137 Po = (0.16+0.1 )x 1 o
6
+ 0.064X 1 o
6
= 0.324X 1 o
6
138 m
139 Kiểm tra ứng suất của thân thiết bị theo áp suất thử tính toán theo công thức
(XIII.26 Stt2/trang 365).
140
141 Thoả điều kiện chọn Stháp
=
3mm.
142 Tính đáy nắp elỉp có gò’
143
144

145 Chiều dày nắp và đáy elip được tính theo công thức:
146D.XP D
r
147 + c
3.8 x[ơ
k
]xkx<p
h
— p 2 xh
b
148 Ịi
h
= 0.95 do nắp hàn bằng tay
149 ơ= 146x10
6
4-
150 m
151 D
t
= lOOOmm.
152 H
b
= 250 min.
153 Do sử dụng vòng tăng cứng hoàn toàn k=l
154 lxO.léxlũ
6
i
155 + c
156 3,8x146x10 X 1x0.95- o.lõxio
6

2x0,25
157 s = 6.06 xlO-
4
+ C Chiều dày nắp và đáy elip làm việc chịu áp suất ngoài
s =
s =
2
158 .
159 D.XP
160 + c
161 p,J 2xh
&
162 trong đó kị = 1 do sử dụng vòng tăng cúng
163 k đối với đáy không lỗ hoặc sử dụng vòng tăng cứng thì k = 0.74, đối với đáy có
lỗ không sử sụng tăng cứng k = 0.64
164 1x0.324X10
6
1
165 + c
166 3.8x 146x10
ổ
x 1x0.74x0.95- 0.324xlQ
ổ
2x0.25
167 s= 1.7xiO'
3
+ C ( m )
168 SVTH: TRÀN VĂN BÉ BA-NGUYẺN PHÚC THỊN
s =
TRANG 27