thiết kế hệ thống xử lý h2s bằng tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền với dung môi là nước

LỜI NÓI ĐẦU
Sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nhiệp đã tạo ra một lượng chất thải vô
cùng lớn, gây mất cân bằng sinh thái và ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, trong đó
bao gồm ô nhiễm không khí. Hydrosunfua- H
2
S cũng là một trong những khí ô
nhiễm sản sinh chủ yếu từ các ngành công nghiệp. Việc xử lý H
2
S có nhiều phương
pháp khác nhau, khi áp dụng cần dựa vào hiệu quả và tính kinh tế của từng phương
pháp.
Đồ án môn học là bước đầu để sinh viên ngành môi trường vận dụng những kiến
thức đã học để tiếp cận với việc giải quyết những vẫn đề kỹ thuật thực tế một cách
tổng hợp. Nhận nhiệm vụ của đồ án: “Thiết kế hệ thống xử lý H
2
S bằng tháp đĩa lỗ
có ống chảy chuyền với dung môi là nước”, sau gần 15 tuần tìm hiểu, tính toán, em
đã bước đầu tiếp cận và thiết kế một hệ thống xử lý sơ bộ.
Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của các thầy cô trong Viện và các
bạn sinh viên đã giúp em hoàn thành đồ án này. Tuy nhiên, do chưa có kinh nghiệm
nên trong quá trình thực hiện không thể tránh khỏi những sai sót, em rất mong quý
thầy cô góp ý và chỉ dẫn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 21 tháng 05 năm 2015.
Sinh viên thực hiện.
Đồ án 1 GVHD:
Đỗ Khắc Uẩn
MỤC LỤC
2
Đồ án 1 GVHD:
Đỗ Khắc Uẩn

I. MỞ ĐẦU
I.1. Tổng quan về khí H
2
S.
Hydro sunfua (H
2
S) là một chất khí không màu, có mùi đặc trưng (mùi trứng thối),
rất độc, không kém gì xyanua (HCN). H
2
S kém bền, ít tan trong nước, tan nhiều
trong dung môi hữu cơ. Trong đô thị, nồng độ H
2
S thường dưới 0,001ppm (1,391
µg/m
3
), nhưng ở gần các khu công nghiệp nồng độ khí H
2
S có thể lên đến 0,13ppm
(180,881µg/m
3
). Ngưỡng nhận biết bằng mùi của H2S ở nồng độ thấp, trong
khoảng 0,13 ppm (0,18 mg/m
3
) , nhưng sẽ khó nhận ra khi ở nồng độ cao (trên
150ppm) do cơ quan khứu giác đã bị tê liệt.[1]
I.1.1. Nguồn phát sinh:
a,Trong tự nhiên: ảnh hưởng của H
2
S trong tự nhiên đến môi trường không đáng kể,
do H

2
S không tích tụ trong không khí, mặc dù mỗi ngày có rất nhiều nguồn phát
sinh ra H
2
S (sự phân hủy xác động – thực vật; phân hủy chất hữu cơ ở các ao tù,
cống rãnh; trong hầm lò khai thác than,…
b, Trong sản xuất công nghiệp:
Trong công nghiệp, nguồn phát sinh H2S chủ yếu do các hoạt động sử dụng nguyên
liệu có chứa S: trong các quá trình khoan hay thử vỉa, trong các quá trình lọc và tinh
chế dầu mỏ, luyện cốc , sản xuất ure (nhà máy phân đạm Hà Bắc),…; do sự phân
hủy các chất hữu cơ được tập trung thành nguồn lớn: trong sản xuất giày da (phân
xưởng đế, phân xưởng chặt- may, phân xưởng hoàn thiện); sản xuất giấy (hơi khí từ
quá trình nấu bột giấy, quá trình hoàn nguyên bột giấy); trong nuôi trông thủy sản
(nuôi tôm); ngâm gỗ, rò rỉ từ các hệ thống xử lý nước thải, chất thải rắn; H
2
S còn
được thải ra từ các nhà máy hóa chất: tái sinh sợi, nấu thuốc nhuộm
H
2
S thải vào môi trường từ các hoạt động sản xuất công nghiệp có ảnh hưởng trực
tiếp đến sức khỏe, đời sống của con người.
I.1.2. Ảnh hưởng của H
2
S đến con người và môi trường.
a, Ảnh hưởng đến con người:
Ở nồng độ thấp, H
2
S gây nhức đầu, tinh thần mệt mỏi; nồng độ cao có thể gây hôn
mê, thậm chí tử vong. Nồng độ H
2

S ở khoảng 150ppm sẽ gây tê liệt cơ quan khứu
giác, đường hô hấp, niêm mạc và giác mạc. H
2
S có tính xuyên thấm tốt qua màng
3
Đồ án 1 GVHD:
Đỗ Khắc Uẩn
sinh học, làm ngăn chặn hô hấp tế bào. Cơ quan đích mà H
2
S tấn công chính là thần
kinh trung ương và hô hấp. Ngộ độc H
2
S thường xảy ra do tai nạn nghề nghiệp.
Các triệu chúng ngộ độc H
2
S:
Ngộ độc nhẹ: chảy mước mắt, ngứa mắt, cảm giác có dị vật, chảy nước mũi, nóng
rát trong mũi và cổ họng; chóng mặt, nhức đầu, mệt mỏi,
Ngộ độc vừa phải: ngay lập tức chóng mặt, nhức đầu, buồn nôn, mất điều hòa, ho,
khó thở, ngực áp bức, kích ứng mắt, sợ ánh sáng,…
Nhiễm độc nặng: chóng mặt, đánh trống ngực, khó thở, rối loạn ý thức, nôn, co giật,
nhanh chóng rơi vào tình trạng hôn mê, phù phổi, phù não, cuối cùng có thể tê liệt
hô hấp và tử vong.
Ngộ độc rất nặng: đột ngột ngã xuống đất, bất tỉnh ngay lập tức, ngừng hô hấp tức
thời, tử vong trong vài phút.
Bảng 1. Ảnh hưởng của H
2
S đến con người theo nồng độ.[1][2]
Nồng độ (ppm) Triệu chứng
>1000 Tử vong trong thời gian ngắn.

700 Nguy hiểm đến tính mạng, có thể gây tổn thương não
vĩnh viễn, chết trong vòng 1 giờ.
400-700 Ho, suy sụp, bất tỉnh, có thể tử vong.
200 – 300 Trong vòng 1 giờ: ngộ độc cấp tính.
100 – 200 Liệt khứu giác.
50 – 100 Kích thích khí quản, viêm kết mạc.
15 Kích thích mắt và phổi.
10
(giá trị giới hạn)
Gây ảnh hưởng tối thiểu trong 8h.
0,41 Ngửi thấy mùi khó chịu.
0,00041 Bắt đầu ngửi thấy mùi đặc trưng (mùi trứng thối).
Giá trị giới hạn của khí H
2
S là 10ppm. Các hoạt động khi có sự tồn tại của khí H
2
S
với hàm lượng cao hơn không được phép kéo dài quá 8 giờ. Hầu hết các thông báo
chỉ dẫn đều nhấn mạnh 6-7ppm là hàm lượng tối đa mà H
2
S được phép tồn tại,
nhưng không quá 12 giờ. Riêng trong ngành dầu khí, hàm lượng H
2
S ảnh hưởng rất
nhiều đến công tác khoan
b, Ảnh hưởng đến thực vật: gây thương tổn lá cây, rụng lá, suy giảm sinh trưởng,…
4
Đồ án 1 GVHD:
Đỗ Khắc Uẩn
c, Ảnh hưởng đến vật liệu: gây ăn mòn nhanh các loại máy móc và đường ống dẫn,

như hệ thống đường ống cấp-thoát nước (do có tính axit).
d, Một số ví dụ về ảnh hưởng của H
2
S đến sức khỏe và đời sống:
Ở Việt Nam:
Nhà máy xử lý khí thải Bình Hưng, thuộc công ty TNHH MTV thoát nước đô thị
HCM (huyện Bình Chánh, quận 8, TP HCM): chất lượng không khí xung quanh
khu vực nhà máy có chỉ tiêu vượt ngưỡng cho phép, trong đó có H
2
S: do thiết kế
cách đây nhiều năm, hoạt động với công suất 130.000m
3
/ngày đêm, sắp tới lên đến
500.000m
3
/ngày đêm, công nghệ xử lý bùn tại nhà máy là công nghệ hở, nên nồng
độ H
2
S phát tán vào không khí xung quanh lớn, ảnh hưởng đến đời sống người dân.
Bãi chôn lấp Phước Hiệp (TP.HCM) có nồng độ H
2
S vượt 80 lần giá trị quy chuẩn
cho phép (QCVN06-2009/BTNMT về một số chất độc trong không khí xung
quanh : nồng độ H
2
S cho phép là 42µg/m
3
).
Ngày 18/06/2012, 4 thợ lặn đã tử vong trong khoang tàu Onnekas One (Malaysia)
trên biển xã Vĩnh Thanh, huyện Phú Vang, TT- Huế, nguyên nhân chính là do hàm

lượng H
2
S trong khoang tàu cao gấp 103 lần so với quy chuẩn Việt Nam.
Kết quả phân tích mẫu không khí ở khu vực bãi rác Đồng Ngo của sở tài nguyên
Môi trường Bắc Ninh (năm 2013) có nồng độ H
2
S và NH
3
cao gấp nhiều lần so với
quy chuẩn cho phép.
Tên thế giói: Năm 1950, tại Mexico, một nhà máy hóa chất thải ra và môi trường
một lượng H
2
S trong vòng 30 phút làm chết 22 người và 320 người dân của thành
phố Pozarica bị nhiễm độc.
I.2. Các phương pháp xử lý H
2
S hiện nay.
I.2.1. Xử lý H
2
S bằng muối cacbonat, muối photphat (Na
2
CO
3
, ( NH
4
)CO
3
, K
3

PO
4
.
Quá trình xử lý H
2
S bằng Na
2
CO
3:
H
2
S + Na
2
CO
3
 NaHS + NaHCO
3
Thu hồi H
2
S:
2NaHS + H
2
S + 4NaVO
3
+ ½ O
2
 Na
2
V
4

O
9
+ NaOH + 3 S
NaVO
3
tham gia vào quá trình để hoàn nguyên chất xúc tác ADA:
Na
2
V
4
O
9
+ 2 NaOH + ½ O
2
+ 2 ADA  4 NaVO
3
+ 2 ADA
5
Đồ án 1 GVHD:
Đỗ Khắc Uẩn
Phương án thay thế cho natri cacbonat là dùng Kali photphat với ưu điểm là tính
bền vững, phản ứng với H
2
S mang tính chọn lựa khi có mặt của SO
2
trong khí thải.
Sau đó dùng hơi nước để làm bay hơi và thu hồi H
2
S.
K

3
PO
4
+ H
2
S  K
2
HPO
4
+ KHS
Ngoài ra, người ta có thể dùng các muối cacbonat của amoni hoặc kali làm dung
dịch hấp thụ H
2
S thay cho Natri cacbonat. Với amoni cacbonat, phản ứng xảy ra
như sau:
(NH4)
2
CO
3
+ H
2
S  (NH4)
2
S + H
2
O + CO
2
.
Phương án thay thế cho natri cacbonat là dùng Kali photphat với ưu điểm là tính
bền vững, phản ứng với H

2
S mang tính chọn lựa khi có mặt của SO
2
trong khí thải.
Sau đó dùng hơi nước để làm bay hơi và thu hồi H
2
S.
Amoni sunfua sau khi ra khỏi tháp hấp thụ sẽ được phân hủy thành NH
3
và H
2
S.
dung dịch NH
3
quay trở lại chu trình, kết hợp với CO
2
và H
2
O tạo thành (NH
4
)
2
CO
3
,
và phản ứng trên tiếp tục xảy ra.
I.2.2. Xử lý H
2
S bằng NaOH (xút).
Các phản ứng xảy ra:

H
2
S + NaOH  Na
2
S + 2H
2
O
Na
2
S + H
2
S  2NaHS
Na
2
S + H
2
O  NaHS +NaOH
Ngoài ra xút còn có tác dụng với CO
2
:
CO
2
+ NaOH  NaHCO
3
NaHCO
3
+ NaOH  Na
2
CO
3

+ H
2
O
Trong dung dịch còn xảy ra các quá trình oxy hóa góp phần làm giảm nhẹ khâu xử
lý dung dịch đã dùng trước khi thải ra hệ thống thoát nước.
Có thể dùng sữa vôi để thay thế NaOH. Lúc đó kết tủa thu được từ quá trình xử lý
H
2
S theo quá trình tương tự như trường hợp dùng NaOH là chất cặn nhão có chứa
CaS cần được xử lý trước khi thải ra ngoài.
NaOH đã dùng, chất cặn nhão sẽ được xử lý bằng Clorua vôi Ca(ClO)
2
để oxy hóa
các liên kết sunfit (dùng 6,3kg Clorua vôi 35% quy về cho 1kg lưu huỳnh).
Nồng độ kiềm đi vào tháp hấp thụ (scrubơ) được khống chế ở mức 7g/l; vân tốc khí
trong tháp là 0,6m/s; lượng NaOH hoặc CaO tiêu hao quy về cho 1kg lưu huỳnh là
8kg.
6
Đồ án 1 GVHD:
Đỗ Khắc Uẩn
Phương pháp này đảm bảo khử được 100% H
2
S trong khí thải. Hệ thống xử lý
không đòi hỏi chế tạo bằng vật liệu chống axit do nhược điểm của phương pháp là
gây ăn mòn thiết bị.
I.2.3. Xử lý H
2
S bằng Amoniac.
Khử H
2

S bằng amoniac là qua trình rất đơn giản, được áp dụng rộng rãi. Trong tháp
hấp thụ, H
2
S trong khí thải tiếp xúc trực tiếp với dung dịch amoniac và kết hợp với
nhau theo phản ứng:
NH
3
+ H
2
S  (NH
4
)
2
S
Ở nhiệt độ và áp suất thích hợp, Amoni sunfua phân giải thành NH
3
và H
2
S. NH
3
quay lại chu trình làm việc, còn H
2
S được đưa sang công đoạn điều chế axit hoặc
lưu huỳnh đơn chất. Đây là quá trình tuần hoàn 100% dung dịch hấp thụ.
I.2.4. Xử lý H
2
S bằng dung dịch Natri thioasenat (Na
4
As
2

S
5
O
2
).
Phản ứng hấp thụ:
H
2
S + Na
2
As
2
S
5
O
2
 Na
4
As
2
S
6
O + H
2
O
Phản ứng tai sinh Natri thioasenat (Na
4
As
2
S

5
O
2
):
2Na
4
As
2
S
6
O + O
2
 2Na
4
As
2
S
5
O
2
+2S
Hai phản ứng trên xảy ra rất nhanh và là các phản ứng chủ yếu trong hầu hết các
điều kiện vận hành.
Trường hợp nồng độ H
2
S trong khí thải rất cao hoặc thời gian tiếp xúc giữa 2 pha
lỏng- khí kéo dài có thể xảy ra các phản ứng phụ, chậm hơn:
2Na
4
As

2
S
5
O
2
+ H
2
S  Na
4
As
2
S
7
+ H
2
O
2Na
4
As
2
S
7
+ O
2
 2Na
4
As
2
S
6

O + 2S
Dung dịch hấp thụ Natri Thiasenat được chuẩn bị bằng cách hòa tan As
2
O
3
và Natri
cacbonat Na
2
CO
3
trong nước với tỉ lệ mol là 1: 2 . Trong dung dịch sẽ có Natri
Cacbonat và Bicacbonat, Natri Asenit và Axit Asenic, các chất trên sẽ phản ứng xen
kẽ với H
2
S và oxy để tạo thành Natri Thioasenat Na
4
As
2
S
5
O
2
.
Hiệu quả của hệ thống có thể đạt 85- 95%.
I.2.5. Xử lý H
2
S bằng chất hấp phụ oxit sắt Fe
2
O
3

.
Đây là phương pháp cổ điển nhất, dựa trên cơ sở các phản ứng sau:
Fe
2
O
3
+ 3 H
2
S - Fe
2
S
3
+ 3H
2
O
2Fe
2
S
3
+ 3O
2
 2Fe
2
O
3
+ 6S
Sau khi hòa tan H
2
S, oxit sắt được tái sinh lại bằng không khí (cấp oxy) để thu lưu
huỳnh. Tốc độ phản ứng hấp thụ H

2
S của oxit sắt phụ thuộc vào mức độ tiếp xúc
giữa khí và bề mặt vật liệu hấp thụ. Do đó để nâng cao tốc độ phản ứng, độ rỗng
của vật liệu hấp thụ phải lớn. Độ rỗng của oxit sắt thường không nhỏ hơn 50%.
Điều kiện tốt nhất của quá trình hấp thụ khí H
2
S của oxit sắt là ở khoảng nhiệt độ
nằm trong khoảng 28 – 30
0
C, độ ẩm của vật liệu hấp thụ khoảng 30%.
Fe
2
O
3
được hoàn nguyên bằng các cách:
7
Đồ án 1 GVHD:
Đỗ Khắc Uẩn
- Oxy hóa vật liệu hấp phụ bằng oxy trong không khí.
- Thổi hỗn hợp khí có chứa 2-3% oxy qua lớp vật liệu hấp phụ. Nhiệt độ hoàn nguyên
từ 600 đến 800
o
C.
Hoàn nguyên liên tục khối vật liệu hấp phụ bằng cách bổ sung vào dòng khí cần xử
lý một thể tích không khí với tính toán sao cho lượng oxy trong hỗn hợp khí gấp 1,5
lần lượng oxy lý thuyết cần cho quá trình oxy hóa. Quá trình hoàn nguyên sẽ xảy ra
song song với quá trình hấp phụ. Khi nồng độ H
2
S dưới 0,5% (tức dưới 7,5g/m
3

) có
thể sử dụng quặng bùn có chứa Fe(OH)
3
làm vật liệu hấp phụ, điều kiện làm việc ở
28-30
o
C, độ ẩm vật liệu không dưới 30%.
I.2.6. Xử lý H
2
S bằng than hoạt tính.
Quá trình hấp phụ xảy ra theo phản ứng:
H
2
S +
1
/
2
O
2
 H
2
O + S + 222 KJ/mol
Để thúc đẩy quá trình oxy hóa người ta thêm vào khí cần lọc một lượng nhỏ
Amoniac (0,2g/m
3
)
Lưu huỳnh được giải phóng ra trong phản ứng oxy hóa nêu trên dần dần tích tụ
trong lớp than và làm cho vật liệu hấp thụ trở nên bão hòa,lúc đó cần tiến hành hoàn
nguyên vật liệu hấp thụ bằng Amoni sunfua (NH
4

)
2
S:
2(NH
4
)
2
S + 6S  2(NH
4
)
2
S
4
2(NH
4
)
2
S + 6S  2(NH
4
)
2
S
4
(NH
4
)
2
S
n
 (NH

4
)
2
S + (n-1)S
Độ tinh khiết của lưu huỳnh có thể đạt được 99.9 % ,còn hơi ngưng tụ lại trong quá
trình phân hủy dung dịch là Amoni sunfua sạch.
Sau khi tách lưu huỳnh ra khỏi than bão hòa người ta rửa than bằng nước cho tới
khi không còn SO
2
trong nước mới thôi , sau đó than được sấy khô để dùng trở lại.
Kết quả nghiên cứu thực tế cho biết kích thước hạt than hoạt tính càng nhỏ thì độ
ngậm H
2
S của than càng lớn.
Thường người ta sản xuất than có cỡ hạt 1 – 2 mm.
Hệ thống xử lý H
2
S bằng than hoạt tính làm việc theo chu trình kín vào liên tục.
Các phương pháp xử lý H
2
S ở trên đều yêu cầu phải sử dụng thêm nhiều loại hóa
chất hay vật liệu khác (than hoạt tính) khiến kinh phí đầu tư lớn, ngoài ra còn thải ra
8
Đồ án 1 GVHD:
Đỗ Khắc Uẩn
ngoài môi trường lượng hóa chất sau khi sử dụng, cần có thêm công đoạn xử lý
trước khi thải trực tiếp vào môi trường. Để tiết kiệm kinh phí, ta có thể dùng dung
môi là nước để hấp thụ khí H
2
S trong khí thải mà vẫn đảm bảo hiệu suất cao bằng

việc điều chỉnh điều kiện làm việc. Lượng nước sau khi hấp thụ dễ xử lý hơn, và có
thể tái sử dụng. Ở đồ án này, em xin trình bày phương pháp hấp thụ H
2
S với dung
môi là nước bằng thiết bị tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền.
9
Đồ án 1 GVHD:
Đỗ Khắc Uẩn
II. TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ.
II.1. Nhiệm vụ đồ án.
Thiết kế hệ thống hấp thụ H
2
S bằng tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền, dung môi là
nước.
Số liệu ban đầu:
Lưu lượng dòng khí ô nhiễm: 15000 Nm
3
/h.
Nồng độ chất ô nhiễm: 0,01 mol/mol.
Hiệu suất hấp thụ: 85%.
Nhiệt độ khí vào tháp: 30
o
C.
Nhiệt độ dung môi (nước sạch): 25
o
C.
Áp suất làm việc: 15at.
Lượng dung môi tiêu tốn so với lượng dung môi tối thiểu là 1,3.
II.2. Sơ đồ công nghệ. (Hình 2.1).
10

Đồ án 1 GVHD:
Đỗ Khắc Uẩn
11
Đồ án 1 GVHD:
Đỗ Khắc Uẩn
II.3. Tính toán thiết kế tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền.
II.3.1. Tính toán cân bằng vật chất và năng lượng.
Nhiệt độ dung môi (nước) vào tháp là: t
2
= 25.
Suy ra nhiệt độ làm việc của tháp hấp thụ: .
Nhiệt độ dòng khí vào tháp là: t
1
= 30.
Áp suất làm việc của tháp: p
lv
= 15at, tương đương với 14,52atm, hay p
lv
= 11034
mmHg.
Lưu lượng khí vào tháp:
.
.
Hiệu suất hấp thụ là:
Suy ra:
Lưu lượng khí trơ:
Phương trình đường cân bằng:
Hay:
Hệ số cân bằng: , trong đó ψ (mmHg) là hệ số Henry phụ thuộc vào nhiệt độ cũng
như tính chất của khí và lỏng.

Phương trình cân bằng vật liệu:
Lượng dung môi tối thiểu:
Mà, theo (2.2), ta có:
Lượng dung môi tiêu tốn:
Phương trình đường làm việc:
Nồng độ lỏng ra:
.
Cân bằng nhiệt lượng:
Bỏ qua trao đổi nhiệt với bên ngoài, ta có:
.
.
• Nhiệt lượng khí tỏa ra:
Khối lượng khí:
Nhiệt dung riêng của khí:
.
.
Nhiệt lượng khí tỏa ra:
• Nhiệt lượng lỏng thu vào:
Khối lượng lỏng:
Nhiệt dung riêng của lỏng:
Nhiệt lượng lỏng thu vào:
12
Đồ án 1 GVHD:
Đỗ Khắc Uẩn
Từ (2.13), (2.16) suy ra nhiệt độ cân bằng:
Nhiệt độ cân bằng chính là nhiệt độ làm việc trong tháp, và là nhiệt độ ra khỏi tháp
của hai pha khí và lỏng.
Chọn nhiệt độ làm việc trong khoảng từ 25 đến 30, ta có bảng tính toán sau:
13
Đồ án 1 GVHD:

Đỗ Khắc Uẩn
Bảng 2.1. Lựa chọn nhiệt độ làm việc thích hợp trong tháp.
14
Đồ án 1 GVHD:
Đỗ Khắc Uẩn
Chọn nhiệt độ làm việc ở 25, khi đó lượng dung môi tiêu tốn là ít nhất, nhiệt độ cân
bằng khi 2 pha khí-lỏng trao đổi nhiệt với nhau chính bằng 25. Nước sau khi sử
dụng có thể đưa vào các bể chứa, rồi tiếp tục được tuần hoàn, tái sử dụng.
Ở 25, khối lượng riêng của nước là:
.
Vậy phương trình đường cân bằng:
Phương trình đường làm việc:
II.3.2. Tính đường kính tháp.
Ở điều kiện làm việc:
Lưu lượng khí vào tháp:
Lưu lượng khí ra khỏi tháp:

.
.
Khối lượng riêng của lỏng và khí:
.
.
Ở điều kiện làm việc: 25, 15at:
.
.
Suy ra: .
.

Sức căng bề mặt của nước ở điều kiện làm viêc[3.301]: .
Hay:.

Tốc độ của khí đi trong tháp[4.184]:
.
.
Trong đó:
C- đại lượng phụ thuộc khoảng cách giữa 2 đĩa và sức căng bề mặt (xác định theo
đồ thị hình IX.20 [4.184] với ).
- khoảng cách giữa các đĩa,m (phụ thuộc vào đường kính tháp[4.184].)
Đường kính tháp:
Bảng 2.2: Tốc độ khí đi trong tháp và đường kính tháp.
15
Đồ án 1 GVHD:
Đỗ Khắc Uẩn
Từ bảng 2.2 suy ra đường kính tháp D=1,2m là thích hợp. Khi đó:
.
Tiết diện ngang của tháp:
II.3.3. Tính chiều cao tháp.
* Lựa chọn sơ bộ:
Với đường kính tháp D=1,2m thì sử dụng đĩa có một đường đi của lỏng, khoảng
cách giữa các đĩa thông thường sẽ nằm trong khoảng (0,3-0,6)m, ưu tiên chọn
khoảng cách giữa các đĩa từ (0,3-0,45)m, như đã tính ở trên, ta có:
Vùng chảy chuyền hình viên phân (chiếm khoảng 25% diện tích tiết diện ngang của
tháp) có thiết kế đơn giản, ít tốn kém, và tạo điều kiện sử dụng hiệu quả diện tích
của đĩa cho chảy chuyền lỏng, khi đó, chiều dài của ngưỡng chảy tràn lỏng thường
nằm trong khoảng 60-80% đường kính tháp, vùng chảy chuyền lỏng tại mỗi bên của
đĩa sẽ chiếm khoảng từ 5% đến 15% diện tích tiết diện ngang của đĩa.
Hình 2.2- Thiết kế ống chảy chuyền hình viên phân.
Chọn phần kênh chảy chuyền sao cho .
Khi đó chiều dài ngưỡng chảy tràn: .
Diện tích hình quạt (OAB):
Diện tích tam giác vuông OAB:

16
Đồ án 1 GVHD:
Đỗ Khắc Uẩn
Diện tích kênh chảy chuyền:
.
(: phù hợp).
Hình 2.3. Thiết kế sơ bộ mặt đĩa.
Để lắp đĩa vào trong tháp cần để chừa băng không đục lỗ rộng khoảng 5mm ở rìa
đĩa, ngoài ra cũng để lại về hai phía ngay sát ngưỡng chảy tràn một khoảng không
đục lỗ rộng 50mm làm cơ cấu kẹp đĩa và ổn định dòng.
Chiều dài băng không đục lỗ ở mép đĩa: .
Diện tích băng không đục lỗ ở mép đĩa: .
Chiều dài vùng ổn định dòng: .
Diện tích vùng ổn định dòng: .
Diện tích phần đục lỗ trên đĩa (xảy ra quá trình hấp thụ):
.
Diện tích sơ bộ của lỗ: .
Đường kính lỗ phổ biến nằm trong khoảng 4-12mm, chọn: .
Diện tích 1 lỗ: .
Khi phân bố lỗ trên đĩa theo hình tam giác đều thì bước lỗ p thường nằm trong
khoảng (2,5-4) lần đường kính lỗ : .
Số lỗ trên đĩa: .
Chiều cao ngưỡng chảy tràn thường nằm trong khoảng (80-100)mm để tăng thời
gian lưu trong tháp, chọn .
17
Đồ án 1 GVHD:
Đỗ Khắc Uẩn
Khoảng cách từ mép dưới của kênh chảy chuyền tới mặt đĩa thường thấp hơn
ngưỡng chảy tràn 13mm để đảm bảo kênh chảy chuyền luôn ngập trong lỏng[2]: .
Tháp làm việc ở áp suất cao (15at), dường kính đĩa là 1,2m, nên chọn bề dày của đĩa

là: .
Sức căng bề mặt của nước: .
Trở lực sức căng bề mặt[4.194]:
.
Trở lực thủy tĩnh[4.194]:
.
.
Trong đó:
Gx: lưu lượng lỏng, /h.
: chiều cao ống chảy chuyền nhô lên trên đĩa, m.
: chiều dài của chảy tràn, m.
K: tỉ số khối lượng riêng giữa bọt và lỏng không bọt, K=0,5.
m: hệ số lưu lượng qua cửa chảy tràn: (/m.h thì m=6400; /m.h thì m=10000)
Trờ lực của đĩa khô[4.194]: .
Trong đó:
ξ – hệ số trở lực, đối với đĩa có tiết diện tự do của lỗ <10% diện tích chung thì
ξ=1,82.
-tốc độ khí đi qua lỗ: .
.
Sức cản thủy lực của lớp chất lỏng trên đĩa:
.
.
18
Đồ án 1 GVHD:
Đỗ Khắc Uẩn
Hệ số cấp khối[4.164]:
.
.
Hệ số chuyển khối[4.162]:
.

.
Số đơn vị chuyển khối với mỗi đĩa[4.173]: .
.
Hình 2.4. Sự thay đổi nồng độ pha khí trên một đĩa thực tế.
 Xác định số đĩa thực tế theo phương pháp đường cong động học:
Vẽ đồ thị đường cân bằng và đường làm việc.
Dựng các đoạn thằng song song với trục tung với nằm trên đường làm việc, nằm
trên đường cân bằng.
Xác định các điểm theo công thức:
Ta có bảng tính toán sau:
Bảng 2.3: Tính toán xác định đường cong động học.
19
Đồ án 1 GVHD:
Đỗ Khắc Uẩn
Vẽ đường cong phụ đi qua các điểm .
Vẽ số bậc nằm giữa đường cong phụ và đường làm việc, ta được đồ thị hình 2.2. Số
bậc là số đĩa thực tế của tháp.
Chiều cao tháp:
Trong đó: C là khoảng để lắp đường ống dẫn lỏng và dẫn khí vào tháp.
Chọn C = 1 + 0,6 = 1,6 (m).
20
Đồ án 1 GVHD:
Đỗ Khắc Uẩn
Hình 2.5. Đồ thị xác định số đĩa thực tế của tháp hấp thụ.
Từ đồ thị, ta đếm được 11 bậc thay đổi nồng độ, tương đương với 11 đĩa.
Suy ra, chiều cao hiệu dụng của tháp: .
Quy chuẩn chiều cao tháp: H
hd
= 5,5m.
Khi đó, khoảng để lắp ống nối đường ống dẫn chất lỏng là 1m, khoảng để lắp ống

nối đường ống dẫn khí là 0,54m.
III.TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ TRỢ.
3.1. Tính toán bơm chất lỏng.
Áp suất mặt thoáng:
Áp suất làm việc:
21
Đồ án 1 GVHD:
Đỗ Khắc Uẩn
Gia tốc trọng trường:
Vận tốc dòng lỏng trong ống dẫn vào- ra tháp từ 1,52,5 m/s [3.370], chọn vận tốc
lỏng vào là =2m/s.
Công suất yêu cầu trên trục bơm[3.439]: (3.1)
Trong đó: Q- năng suất bơm: m
3
/s.
- khối lượng riêng của chất lỏng, Ở 25.
g- gia tốc trọng trường, g = 9,81m/s
2
.
H- áp suất toàn phần của bơm, m.
Ƞ- hiệu suất bơm.
Dòng lỏng đi vào tháp hấp thụ làm việc ở áp suất 15at, nên áp suất toàn phần của
bơm[3.438]:
(3.2)
Áp suất trên bề mặt ống hút: P
1
= P
kk
= 1,013.10
5

N/m
2
.
Áp suất trên bề mặt ống đẩy: P
2
= P
lv
= 1470716,053 N/m
2
.
H
0
- chiều cao nâng chất lỏng, tháp hấp thụ cao 5m, ta chọn H
0
= 6m.
Áp suất toàn phần[3.376]:
Áp suất động lực học:
Chọn chiều dài toàn bộ hệ thống ống dẫn nước: L=10m.
Đường kính ống hút và ống đẩy bằng nhau và bằng (chọn ống dẫn tròn)[3.369]:
Quy chuẩn đường kính ống: d=0,3m.
Vận tốc dòng lỏng đi trong tháp: .
Vận tốc dòng lỏng trong ống dẫn: .
Ở 25
Chuẩn số Reynol: > 10000.
Chọn ống làm từ vật liệu thép mới, không hàn có độ nhám tuyệt đối: . Chọn .
22
Đồ án 1 GVHD:
Đỗ Khắc Uẩn
Độ nhám tương đối: .
Trị số Reynol giới hạn trên:

Chất lỏng chảy xoáy,với hệ số ma sát:
.
Áp suất khắc phục trở lực ma sát:
Đường ống dẫn chất lỏng vào tháp hấp thụ có một van một chiều ở đường ống hút,
có hệ số trở lực ξ
1
=2, một van điều chỉnh lưu lượng trên đường ống đẩy có ξ
2
=5,3,
và hai khuỷu 90, mỗi khuỷu được ghép bởi hai khuỷu 45 có ξ
3
=0,38. [3.401-397-
394]
Hệ số trở lực cục bộ: .
Áp suất khắc phục trở lực cục bộ:
=
Áp suất cần thiết để nâng chất lỏng lên độ cao H
0
= 6 m:
Áp suất khắc phục trở lực trong thiết bị: coi .
Áp suất bổ sung: coi .
Suy ra, áp suất toàn phần:
= 1994,16 + 807,63 + 58688,13 + 14246,68 = 75736,6 (N/m
2
).
Áp suất tiêu tốn để thắng toàn bộ trở lực trên đường ống hút và đường ống đẩy:
.
.
Chọn bơm li tâm có hiệu suất thể tích tính đến sự hao hụt chất lỏng chảy từ vùng áp
suất cao đến vùng áp suất thấp và do chất lỏng rò qua các chỗ hở của bơm ƞ

0
=0,9;
23
Đồ án 1 GVHD:
Đỗ Khắc Uẩn
Hiệu suất thủy lực, tính đến ma sát và sự tạo ra dòng xoáy trong bơm ƞ
tl
= 0,8; Hiệu
suất cơ khí, tính đến ma sát cơ khí ở ổ bi, ổ lót trục ƞ
ck
= 0,9.[3.439]
Hiệu suất bơm: .
Công suất yêu cầu trên trục của bơm:
.
Công suất động cơ điện: (kW) (3.3)
Trong đó: ƞ
tr
–hiệu suất truyền động, chọn bằng 0,85;
ƞ
đc
–hiệu suất động cơ điên, chọn bằng 0,9.
> 50kW.
Hệ số dự trữ để bơm hoạt động an toàn là: [3.440].
Khi đó, công suất thực tế của động cơ bơm: N
tt
=.N
đc
= 1,1. 394,536 = 433,99 (kW).
3.2. Máy nén khí:
Áp suất làm việc trong tháp hấp thụ là 15at, do đó chọn máy nén pittong nhiều cấp

để đưa khí cần xử lý vào trong tháp hấp thụ.
Vận tốc khí trong đường ống đẩy của máy nén trong khoảng 1525 m/s[3.370],
chọn ; chọn vận tốc khí trong đường ống hút là .
Lưu lượng đầu vào của khí thải: .
a, Tính áp suất trước khi nén:
Đường kính ống hút:.
Quy chuẩn . Khi đó: : .
Ở 25 và 1atm, độ nhớt của H
2
S và không khí lần lượt là[3.117]:
.
.
Độ nhớt của hỗn hợp khí[3.85]:
24
Đồ án 1 GVHD:
Đỗ Khắc Uẩn
.
.
Lấy .
Ở điều kiện 25, 1atm: .
Chuẩn số Reynol: > 10000.
Chọn ống làm từ vật liệu thép mới, không hàn có độ nhám tuyệt đối:
. Chọn .
Độ nhám tương đối: .
Trị số Reynol giới hạn trên: <Re.
Chất lỏng chảy xoáy,với hệ số ma sát:
.
.
Chọn chiều dài đường ống hút là:
Tổn thất áp suất do ma sát trên đường ống hút :

.
Trên đường ống hút lắp 1 van một chiều có hệ số trở lực ξ

= 2.
Tổn thất áp suất cục bộ qua van một chiều :
=
Do đường ống đặt nằm ngang, nên tổn thất áp suất trên đường ống hút:
.
Vậy áp suất trước khi nén: .
b, Tính áp suất sau khi nén :
Khí vào tháp, lên đỉnh tháp với chênh lệch độ cao khoảng : .
Tổn thất áp suất khi vận chuyển khí từ dưới lên đỉnh tháp :
25