Tính toán thiết kế hệ thống hấp thụ khí SO2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
______________________OOO_____________________
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
CÁC QUÁ TRÌNH CƠ BẢN TRONG CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
Đề bài:
Tính toán thiết kế hệ thống hấp thụ khí SO
2
GVHD: TS. Vũ Đức Thảo
SVTH: Mai Thị Hiền
Lớp: Kỹ thuật môi trường K52
SHSV: 20071073
Hà Nội, tháng 12/2010
NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Họ và tên Sinh viên: Mai Thị Hiền
Lớp: Kỹ thuật môi trường
Khóa: 52
I. Đầu đề thiết kế: Thiết kế hệ thống hấp thụ khí SO
2
II. Các số liệu ban đầu:
- Hỗn hợp khí cần tách: SO
2
trong không khí
- Dung môi: nước
- Lưu lượng khí vào tháp: 25000 m
3
/h
- Nồng độ SO
2
: y
đ

= 0,028( mol/mol)
- Hiệu suất yêu cầu: η= 84%
- Nhiệt độ áp suất và lượng dung môi: mô phỏng theo một số điều kiện
- Loại thiêt bị: Tháp đệm
III. Các phần thuyết minh và tính toán:
1. Mở đầu
2. Tính toán thiết kế tháp hấp thụ (đường kính, chiều cao, trở lực)
3. Tính toán thiết bị phụ
- Tính bơm
- Tính máy nén khí
4. Tính toán cơ khí
5. Kết luận
IV. Các bản vẽ:
1. Bản vẽ sơ đồ dây chuyền khổ A3 hoặc A4
2. Bản vẽ tháp hấp thụ khổ A1
V. Giáo viên hướng dẫn: TS. Vũ Đức Thảo
VI. Ngày giao nhiệm vụ: Ngày 6 tháng 9 năm 2010
VII. Ngày hoàn thành nhiệm vụ:
Ngày tháng năm 2010 Giáo viên hướng dẫn
Chủ nhiệm khoa ( Họ tên và chữ kí)
( Họ tên và chữ kí)
Đánh giá kết quả Ngày tháng năm 2010
- Điểm thiết kế Cán bộ bảo vệ
- Điểm bảo vệ ( Họ tên và chữ kí)
- Điểm tổng hợp
PHẦN MỞ ĐẦU
Vấn đề xử lý các chất ô nhiễm không khí đã và đang nhận được sự quan tâm
của toàn nhân loại nói chung và của Việt Nam nói riêng. Với mục đích đó việc
thực hiện đồ án môn học thực sự cần thiết, trong quá trình làm đồ án em đã hiểu
được những phương pháp, cách tính toán, lựa chọn thiết bị có khả năng ứng

dụng vào thực tiễn để có thể xử lý các chất thải gây ô nhiễm
Sau 15 tuần tìm hiểu, tính toán và nhận được sự hướng dẫn nhiệt tình của các
thầy cô trong Viện, nhưng do hạn chế về tài liệu và kinh nghiệm tính toán, nên
không thể tránh khỏi những sai sót, em rất mong nhận được ý kiến của các thầy
cô để đồ án sau có kết quả tốt hơn
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 3 tháng 12 năm 2010
Sinh viên thực hiện

Mai Thị Hiền
PHẦN NỘI DUNG
I.Giới thiệu chung
1. Sơ lược về khí SO
2
Trong số những chất gây ô nhiễm không khí thì SO
2
là một chất gây ô nhiễm
khá điển hình. Sulfuro là sản phẩm chủ yếu của quá trình đốt cháy các nguyên,
nhiên liệu có chứa S. Các nhà máy điện thường là nguồn phát sinh ra nhiều SO
2
trong khí thải, ngoài ra còn phải kể đến các quá trình tinh chế dầu mỏ, luyện
kim, tinh luyện quặng đồng, sản xuất ximang và giao thông vận tải cũng là
những nơi phát sinh nhiều khí SO
2
Khí SO
2
là chất khí không màu, có mùi hăng cay khi nồng độ trong khí quyển
là 1 ppm. Khí SO
2
là khí tương đối nặng nên thường ở gần mặt đất ngang tầm

sinh hoạt của con người, nó còn có khả năng hòa tan trong nước nên dễ gây
phản ứng với cơ quan hô hấp của người và động vật. Khi hàm lượng thấp, SO
2
làm sưng niêm mạc, khi nồng độ cao> 0,5 mg/m
3
, SO
2
sẽ gây tức thở, ho, viêm
loét đường hô hấp
SO
2
làm thiệt hại mùa màng, làm nhiễm độc cây trồng. Mưa axit có nguồn
gốc từ khí SO
2
làm thay đổi pH của đất, nước, hủy hoại các công trình kiến trúc,
ăn mòn kim loại. Ngoài ra ô nhiễm SO
2
còn liên quan đến hiện tượng mù quang
hóa
Chính vì những tác động tiêu cực trên mà việc giảm tải lượng cũng như nồng
độ phát thải SO
2
vào môi trường là vấn đề rất được quan tâm
2. Phương pháp xử lý SO
2
Khí SO
2
thường được xử lý bằng phương pháp hấp thụ, tác nhân sử dụng để
hấp thụ thường là sữa vôi, sữa vôi kết hợp với MgSO
4

hoặc dung dịch kiềm...
Trong phạm vi đồ án này, với nhiệm vụ được giao là hấp thụ khí SO
2
bằng nước.
Đây là phương pháp hấp thụ vật lý nên hiệu suất hấp thụ không cao. Do đó ta
phải chọn điều kiện làm việc của tháp hấp thụ ở nhiệt độ thấp và áp suất cao để
nâng cao hiệu suất hấp thụ
3. Tháp đệm
Tháp đệm được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa chất vì đặc điểm dễ
thiết kế, gia công, chế tạo và vận hành đơn giản. Tháp đệm được sử dụng trong
các quá trình hấp thụ, chưng luyện, hấp phụ và một số quá trình khác. Tháp có
dạng hình trụ, trong có chứa đệm, tùy vào mục đích thiết kế mà đệm có thể được
xếp hay đổ lộn xộn. Thông thường lớp đệm dưới thường được sắp xếp, khoảng
từ lớp 3 trở đi, đệm được đổ lộn xộn
Tháp đệm có những ưu điểm sau:
- Cấu tạo đơn giản
- Bề mặt tiếp xúc pha lớn, hiệu suất cao
- Trở lực trong tháp không quá lớn
- Giới hạn làm việc tương đối rộng
Tuy nhiên, tháp có nhược điểm là khó thấm ướt đều đệm làm giảm khả năng hấp
thụ...
II.Thiết kế đồ án môn học
1. Đầu đề thiết kế:
Thiết kế hệ thống hấp thụ khí thải áp dụng trong công nghiệp
2. Các số liệu ban đầu
- Hỗn hợp khí cần tách: SO
2
trong không khí
- Dung môi: nước
- Lưu lượng khí vào tháp: 25000 m

3
/h
- Nồng độ SO
2
: y
đ
= 0,028( mol/mol)
- Hiệu suất yêu cầu: η= 84%
- Nhiệt độ áp suất và lượng dung môi: mô phỏng theo một số điều kiện
- Loại thiêt bị: Tháp đệm
3. Phương pháp hấp thụ xử lý SO
2
Sơ đồ của hệ thống
2
1
3
4
5
1. Bể chứa dung môi
2. Bơm chất lỏng
3. Tháp hấp thụ
4. Máy nén khí
5. Van an toàn
Thuyết minh dây chuyền:
- Hỗn hợp khí cần xử lý chứa SO
2
và không khí được máy nén khí đưa vào
từ phía dưới đáy tháp. Nước từ bể chứa được bơm li tâm đưa vào tháp hấp
thụ, trên đường ống có van điều chỉnh lưu lượng và đồng hồ đo lưu lượng.
Nước được bơm vào tháp với lưu lượng thích hợp, tưới từ trên xuống dưới

theo chiều cao tháp hấp thụ
- Hỗn hợp khí sau khi đi qua lớp đệm xảy ra quá trình hấp thụ sẽ đi lên đỉnh
tháp và ra ngoài theo đường ống thoát khí. Khí sau khi ra khỏi tháp có
nồng độ khí SO
2
giảm, mức độ giảm tùy thuộc vào hiệu suất hấp thụ của
tháp hấp thụ
- Nước sau khi hấp thụ SO
2
đi xuống đáy tháp đi và ra ngoài theo đường
ống thoát chất lỏng. Nước sau khi hấp thụ nếu nồng độ SO
2
cao sẽ được
xử lý và tái sử dụng.
Gọi:
G
y
: lưu lượng hỗn hợp khí vào tháp( kmol/h)
G
x
: lưu lượng nước vào tháp( kmol/h)
G
trơ
: lưu lượng khí trơ( kmol/h)
Y
đ
: nồng độ phần mol tương đối của SO
2
trong khí đi vào tháp ( kmol SO
2

/kmol
kk)
Y
c
: nồng độ phần mol tương đối của SO
2
trong khí đi ra khỏi tháp ( kmol
SO
2
/kmol kk)
Xđ: nồng độ phần mol tương đối của SO
2
trong nước đi vào tháp( kmol
SO
2
/kmol dm)
Xc: nồng độ phần mol tương đối của SO
2
trong nước đi ra khỏi tháp( kmol
SO
2
/kmol dm)
Theo đề bài: y
đ
= 0,028 (mol/mol) → Y
đ
=
0,028
1 1 0,028
d

d
y
y
=
− −
= 0,0288 (kmol
SO
2
/kmol kk)
Biết hiệu suất hấp thụ là: η= 84%
Do đó: Y
c
= Y
đ
( 1-η) =0,0288.( 1-0,84)= 4,608.10
-3
(kmol SO2/kmol kk)
→ y
c
=
3
3
4,608 10
1 1 4,608 10
c
c
Y
Y
−
−

×
=
+ + ×
=4,587.10
-3
(kmol/kmol)
→ y
tb
=
2
d c
y y+
=
3
0,028 4,587 10
2
−
+ ×
= 0,0163 kmol/kmol
Dung môi ban đầu là nước → X
đ
= 0
Giả sử điều kiện làm việc của tháp là T =25
0
C→T =298K
P =1atm = 760mmHg
P=1 atm = 1,0326 at
Ta coi hỗn hợp khí là lý tưởng. Theo phương trình trạng thái khí lý tưởng ta có:
G
y

= n =
1 25000
0,082 298
PV
RT
×
=
×
= 1023,08( kmol/h)
→ G
trơ
=
1023,08
1 1 0,0288
y
d
G
Y
=
+ +
= 994,44( kmol/h)
 Thiết lập phương trình đường cân bằng:
Theo định luật Henry ta có: y
cb
= mx
→ Y
cb
=
1 (1 )
mX

m X+ −
Ta có m=
P
ψ
Ở 25
0
C với khí SO
2
thì ψ =0,031.10
6
mmHg
→ m =
6
0,031.10
760
= 40,79
→ Y
cb
=
40,79
1 39,79
X
X−
 Thiết lập phương trình đường làm việc:
Phương trình cân bằng vật liệu cho thiết bị:
G
trơ
. Y + G
x
. X

đ
= G
trơ
. Y
c
+ G
x
. X
→ G
trơ
( Y- Y
c
) = G
x
( X- X
đ
)
Do Xđ = 0 nên pt trở thành: G
trơ
.( Y- Y
c
) = G
x
. X
→ Y=
x
tro
G
G
.X+Y

c
Giả thiết X
c
= X
cbc
thì lượng dung môi tối thiểu cần để hấp thụ là:
G
x
min = G
tro
.
d c
cbc d
Y Y
X X
−
−
Từ phương trình đường cân bằng Y
cb
=
1 (1 )
mX
m X+ −
→ X
cb
=
(1 )
Y
m m Y− −
Y

đ
= 0.0288(kmol SO
2
/kmol kk)
→ X
cbc
=
0,0288
40,79 39,79 0,0288+ ×
=6,868.10
-4
(kmol SO2/kmol nước)
→ G
x
min = 994,44.
3
4
0,0288 4,608 10
6,868 10
−
−
− ×
×
= 35028,38 kmol/h
Lượng dung môi cần thiết để hấp thụ : G
x
= β. G
x
min
Thông thường β = 1,2÷1,5. Chọn β = 1,2

→ G
x
= 1,2.35028,38 = 42034,056 kmol/h →
x
tro
G
G
=
42034,056
994,44
=42,269
→ Y = 42,269X+ 4,608.10
-3
G
x
, X
d
Y
c
X
c
G
y
, Y
d
→ khi Y
d
= 0.0288 thì X
c
=

3
4,608 10
42,269
d
Y
−
− ×
=
3
0,0288 4,608 10
42,269
−
− ×
= 5,723.10
-4

(kmol SO
2
/kmol H
2
O) → x
c
=
1
c
c
X
X+
= 5,72.10
-4

( kmol/kmol)
→ x
tb
=
2
d c
x x+
=
4
0 5,72 10
2
−
+ ×
=2,86.10
-4
( kmol/kmol)
X Y Ycb
0 4,608.10
-3
0
0,0001 8,835.10
-3
4,095.10
-3
0,0002 0,013 8,223.10
-3
0,0003 0,0173 0,0124
0,0004 0,0215 0,0166
0,0005 0,0257 0,021
0,0005723 0,0288 0,0239

0,0006868 0,0288
Vẽ đồ thị đường cân bằng và đường làm việc
II.1 Tính đường kính tháp:
1. Tính khối lượng riêng:
 Đối với pha lỏng:
Áp dụng công thức:
OH
SO
SO
SO
xtb
aa
2
2
2
2
1
1
ρρρ
−
+=
Trong đó:
•
xtb
ρ
: Khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp lỏng, kg/m
3
.
•
:

2
SO
a
Phần khối lượng của SO
2
trong pha lỏng
•
OHSO
22
,
ρρ
: Khối lượng riêng của SO
2
và H
2
O ở 25
0
C, kg/m
3
.
- Tra bảng I.5 ở 25
0
C có:
OH
2
ρ
= 997,08 (kg/m
3
)
- Tra bảng I.2 ở 25

0
C có:
2
SO
ρ
(20
0
C) = 1383 (kg/m
3
)

2
SO
ρ
(40
0
C) = 1327(kg/m
3
)
Dùng phương pháp nội suy =>
2
SO
ρ
(25
0
C) = 1369 (kg/m
3
)
- Tính
:

2
SO
a
Áp dụng công thức
2
2
2 2
.
. (1 )
SO
tb
SO
SO tb H O tb
M x
a
M x M x
=
+ −
Trong đó
•
:
2
SO
a
Phần khối lượng trung bình của SO
2
trong hỗn hợp.
x
tb
: Nồng độ phần mol trung bình của SO

2
trong pha lỏng, (kmol
SO
2
/kmol H
2
O)
x
tb
= 2,86.10
-4
(kmol SO
2
/kmol H
2
O)
→
2
SO
a
=
4
4 4
64 2,86.10
64 2,86.10 (1 2,86.10 ) 18
−
− −
×
× + − ×
= 1,016.10

-3
- Tính khối lượng phân tử của hỗn hợp lỏng M
x
x
M
= x
tb
.
2
SO
M
+(1–x
tb
).
OH
M
2
= 2,86.10
-4
×64+(1-2,86.10
-4
)×18
=18,013156
Làm tròn M
x
=18
 Đối với pha khí:
- Tính M
y
Áp dụng công thức: M

y
= y
tb
.
2
SO
M
+ (1 - y
tb
).
KK
M
Trong đó:
• M
y
: Phân tử lượng trung bình của hỗn hợp khí, (kg/kmol)
•
2
SO
M
,
KK
M
: Khối lượng phân tử của SO
2
và không khí, (kg/kmol)
• y
tb
: Phần mol trung bình của SO
2

trong hỗn hợp
(kmol SO
2
/kmol hỗn hợp khí)
→ M
y
= 0,0163×64 + (1-0,0163)×29 = 29,5705
- Tính
ytb
ρ
=
2
[ (1 ) ] 273
22,4
tb SO tb kk
y M y M
T
× + − × ×
×
=
[0,0163 64 (1 0,0163) 29] 273
22,4 298
× + − × ×
×
→
ytb
ρ
= 1,209 kg/m
3
- Tính

xtb
ρ
:
2 2
2 2
1
1
SO SO
xtb SO H O
a a
ρ ρ ρ
−
= +
→
2 2
2 2
3 3
1 1
997,36
1
1,016.10 1 1,016.10
1369 997,08
xtb
SO SO
SO H O
a a
ρ
ρ ρ
− −
= = =

−
−
+
+
(kg/m
3
)
2. Lượng khí trung bình đi trong tháp:
V
ytb
=
2
cd
VV
+
(m
3
/ h) (II.183)
với: V
đ
: Lưu lượng hỗn hợp đầu ở điều kiện làm việc (m
3
/ h)
V
c
: Lưu lượng khí thải đi ra khỏi tháp (m
3
/ h): V
c
= V

tr
* (1 +
c
Y
)
(II.183)
V
đ
=
y ytb
ytb
G M
ρ
×
=
1023,08 29,5705
25023,15
1,209
×
=
m
3
/h
với: M
ytb
: Khối lượng mol phân tử trung bình của hỗn hợp khí (kg /
kmol)
ytb
ρ
: Khối lượng riêng trung bình của pha khí (kg / m

3
)
Tương tự: V
tr
=
tr ytb
ytb
G M
ρ
×
=
994,44 29,5705
24322,65
1,209
×
=
m
3
/h
→
V
c
= V
tr
×(1+
c
Y
) = 24322,65×(1+4,608.10
-3
)=24434,73 m

3
/h
→ V
ytb
= 24728,94 m
3
/h
3. Độ nhớt
,
x y
µ µ
:
Đối với pha lỏng:
Áp dung công thức:
2 2
lg lg (1 ) lg
x tb SO tb H O
x x
µ µ µ
= × + − ×
I-84
Trong đó:
OHSO
22
,
µµ
: độ nhớt của SO
2
và H
2

O ở 25
0
C, Ns/m2
Tra bảng I-101 sổ tay I:
2
SO
µ
(20
0
C)= 0,304.10
-3
Ns/m
2

2
SO
µ
(30
0
C)= 0,279.10
-3
Ns/m
2
→
2
SO
µ
(25
0
C) =0,2915.10

-3
Ns/m
2

Tra bảng I-102 sổ tay I:
2
H O
µ
(25
0
C)= 0,8937.10
-3
Ns/m
2
x
tb
: Nồng độ phần mol trung bình của SO
2
trong pha lỏng, (kmol SO
2
/kmol H
2
O)
x
tb
= 2.86*10
-4
(kmol SO
2
/kmol H

2
O)
→
lg
x
µ
= 2,86.10
-4
×lg(0,2915.10
-3
)+(1-2,86.10
-4
)×lg(0,8937.10
-3
)= -3,0489
→
x
µ
= 8,935.10
-4
Ns/m
2
Đối với pha khí:
Áp dụng công thức:
KK
KKtb
SO
SOtb
y
y

My
My
M
µµµ
).1(
.
2
2
−
+=
Trong đó
2
, ,
y SO kk
µ µ µ
: độ nhớt trung bình của pha khí, của SO
2
và của không khí
ở điều kiện làm việc 25
0
C, Ns/m
2

2
, ,
y SO kk
M M M
: khối lượng phân tử của pha khí, của SO
2
và của không

khí ở điều kiện làm việc 25
0
C và P=1atm
Tra đồ thị I-35 ta có :
2
SO
µ
(25
0
C)=0,0125.10
-3
, Ns/m
2

kk
µ
(25
0
C)=0,018.10
-3
, Ns/m
2
2
2
5 2
3 3
29,5705
1,77.10 ( / )
. 0,0163 64 (1 0,0163) 29
(1 ).

0,0125.10 0,018.10
y
y
tb SO
tb KK
SO KK
M
Ns m
y M
y M
µ
µ µ
−
− −
⇒ = = =
× − ×
−
+
+
4. Tính vận tốc đảo pha:
Áp dụng công thức:
Y =1,2.e
-4X
( II-187 )
Với
0,16
2
3
. .
. .

s d ytb
x
d xtb n
Y
g V
ω σ ρ
µ
ρ µ
 
=
 ÷
 

1
1
4
8
ytb
x
y xtb
G
X
G
ρ
ρ
 
 
=
 ÷
 ÷

 ÷
 
 
s
ω
: tốc độ đảo pha, m/s
V
đ
: thể tích tự do của đệm, m
3
/m
3
d
σ
: bề mặt riêng của đệm, m
2
/m
3
Tháp hấp thụ SO
2
mang tính axit nên ta chọn đệm vòng Rasig đổ lộn xộn: đệm
bằng sứ kích thước 25×25×3.0
V
đ
= 0,75 m
3
/m
3
d
σ

= 195 m
3
/m
3
g: gia tốc trọng trường, g=9,81m/s
2
G
x
, G
y
là lượng lỏng và lượng hơi trung bình( kg/s)
G
x
=
2
* *
2 2 2
SO bihapthu
xd xc tro d
xd xd
G
G G G Y
G G
η
+
= + = +
= 42034,056+
994,44 0,0288 0,84
2
× ×

→G
x
= 42046,08 kmol/h
→G
x
=42046,08 ×18=756829,44 kg/h→ G
x
=
756829,44
210,2304
3600
=
kg/s
G
y
=
2
1023.08 1023,08 994,44 0,0288 0,84
2 2 2
yd yd SO bihapthu
yd yc
G G G
G G
+ −
+
+ − × ×
= =
→ G
y
= 1011,05 kmol/h

→G
y
=1011,05 ×29,5705=29897,25 kg/h→ G
y
=
29897,25
8,305
3600
=
kg/s
→
1
1
1 1
4
8
4 8
210,2304 1,209
0,969
8,305 997,36
ytb
x
y xtb
G
X
G
ρ
ρ
 
 

   
= = =
 ÷
 ÷
 ÷  ÷
 ÷
   
 
 
Từ phương trình của Y ta có:
4 3
4*0,969 3
0,16 0,16
4
3
1,2.
1,2. 9,81 0,75 997,36
0,666
8,935.10
195*1,209
1,005.10
X
d xtb
s
x
d ytb
n
e g V
e
ρ

ω
µ
σ ρ
µ
−
−
−
−
× × ×
× × ×
= = =
   
×
× ×
 ÷  ÷
 
 
m/s
Thông thường:
(0,8 0,9)
tb s
ω ω
= ÷
Chọn
tb
ω
=0,85
s
ω
→

tb
ω
=0,85×0,666=0,5661 m/s
5. Tính đường kính tháp
Đường kính tháp:
Công thức: D=
4
3600
ytb
tb
V
π ω
×
× ×
=
4 24728,94
3,93
3600 0,5661
π
×
=
× ×
m→ Quy tròn D=3,9 m
Kiểm tra:
+
1
50
td
d
D

<
Ta có
4
4 0,75
0,0154
195
d
td
d
V
d
σ
×
×
= = =
→
3
3,
0,0154 1
3, 1
9
95 0
50
td
d
D
−
= = × <
→ thỏa mãn điều kiện
Kiểm tra theo mật độ tưới U =

f
L
f
V
l
l
ρ
=
(m
2
/m
2
h)
Với V
1
là lưu lượng thể tích chất lỏng, m
3
/h
f: tiết diện tháp, m
2
f=
2 2
3,9
11,95
4 4
D
π π
×
= =
m

2
→ U=
42034,056 18
63,5
997,08 11,95
×
=
×
> 1,5 là giá trị mật độ tưới tối thiểu
Mật độ tưới tới hạn U
th
= σ
đ
.b (m
3
/m
2
h) (II.177)
Trong đó:
b: hằng số (chọn b = 0,158)
⇒ U
th
= 195×0,158 = 30,81 m
3
/m
2
h
Vậy
63,5
30,81

th
U
U
=
=2,06>1
→Đệm thấm ướt rất tốt
II.2 Tính toán chiều cao tháp:
Chiều cao tháp được xác định theo phương pháp số đơn vị chuyển khối:
H = h
dv
.m
y
(m)
Trong đó: H: chiều cao tháp, m
h
dv
: chiều cao một đơn vị chuyển khối, m
m
y
: số đơn vị chuyển khối
Xác định chiều cao một đơn vị chuyển khối:
h
dv
= h
1
+
2
'.
y
x

m G
h
G
(m)
Trong đó: h
1
: chiều cao 1 đơn vị chuyển khối ứng với pha khí
h
2
: chiều cao 1 đơn vị chuyển khối ứng với pha lỏng
m’: giá trị trung bình của tg góc nghiêng đường cân bằng Y*=f(X)
với mặt phẳng ngang
Tính h
1
và h
2
:
0.25 2/3
1
Re Pr
d
y y
d
V
h
a
ψ σ
= × ×
× ×
, m

Trong đó: a : hệ số phụ thuộc vào dạng đệm, với đệm vòng a=0,123

ψ
: hệ số thấm ướt của đệm, do
1
th
U
U
>
nên
ψ
=1
Re
y
: chuẩn số Renoyd đối với pha khí

0,4
Re
y s
y
y d
ρ ω
µ σ
× ×
=
×
→
5
0,4 1,209 0,666
Re 93,3

1,77.10 195
y
−
× ×
= =
×
Pr
y
: chuẩn số Pran:
Pr
y
y
y y
D
µ
ρ
=
D
y
=
kkSO
23/1
kk
3/1
SO
5,14
M
1
M
1

)vv(P
T10.0043,0
22
+
+
−
(m
2
/s)
Trong đó: T: nhiệt độ làm việc tuyệt đối T=298K
P: áp suất làm việc P=1atm

2
SO
v
: thể tích mol của SO
2
,
2
SO
v
=44,8 cm
3
/mol

kk
v
: thể tích mol của không khí,
kk
v

=29,9 cm
3
/mol
→ D
y
=
4 1,5
5
1/3 1/3 2
0,0043.10 298 1 1
1,0826.10
1,0326 (44,8 29,9 ) 64 29
−
−
×
+ =
× +
m
2
/s
Vậy
5
5
1,77.10
1,209 1,0826. 0
Pr
1
y
−
−

=
×
=1,3523
→
0,25 2/3
1
93,3 *1,3523
0,123 1 195
0,75
h = ×
× ×
= 0,119 m
2/3 0.25 0.5
2
256 ( ) Re Pr
x
x x
x
h
µ
ρ
= × × ×
Trong đó : G
x
=42046,08×18=756829,44 kg/h→ G
x
=
756829,44
210,2304
3600

=
kg/s
Re
x
là chuẩn số Renoyd đối với pha lỏng:
0,04
Re
x
x
t d x
G
F
σ µ
×
=
× ×
=
4
0,04 210,2304
11,95 195 8,935.10
−
×
× ×
= 4,03886
Pr
x
là chuẩn số Pran đối với pha lỏng:
Pr
x
x

x x
D
µ
ρ
=
×
D
x
: hệ số khuếch tán của SO
2
vào nước ở nhiệt độ 25
0
C
D
t
= D
20
[1+b(t-20)] (m
2
/s)
Trong đó: D
20
: hệ số khuếch tán của SO
2
vào nước ở 20
0
C
D
20
=

2 2
2 2 2
6
1/3 1/3 2
10 1 1
( )
SO H O
H O SO H O
M M
AB v v
µ
−
+
+
(m
2
/s)
A: hệ số, đối với chất khí tan trong nước A=1
B: hệ số, dung môi là nước B=4,7
2
SO
v
: thể tích mol của SO
2
ở 20
0
C,
2
SO
v

=44,8 cm
3
/mol
2
H O
v
: thể tích mol của H
2
O ở 20
0
C,
2
H O
v
=18,9 cm
3
/mol
2
H O
µ
: độ nhớt của nước ở 20
0
C,
2
H O
µ
=1,005*10
-3
Ns/m
2

=1,005 cP(bảng I.102-94)
→ D
20
=
6
9
1/3 1/3 2
10 1 1
1, 466.10
64 18
1 4,7 1,005(44,8 18,9 )
−
−
+ =
× × +
(m
2
/s)
b =
2
2
3
0,2
H O
H O
µ
ρ

2
H O

ρ
: khối lượng riêng của nước ở 20
0
C,
2
H O
ρ
= 998,23 kg/m3 bảng I.5-11
→b =
3
0,2 1,005
0,02
998,23
;

→D
x
= 1,466.10
-9
[1+0,02(25-20)]= 1,6126.10
-9
m
2
/s
→
9
4
Pr 555,5
997,36 1,6126.10
8,935.10

x
−
−
= =
×
→
2/3 0,5
2
4
0,25
256 ( ) 4,03886 555,5 0
8,935.10
997
, 95
,36
7h m
−
= × × × =
Tính m’: Từ phương trình đường cân bằng ta có: m’=41,697
G
y
=1011,05 ×29,5705=29897,25 kg/h→ G
y
=
29897,25
8,305
3600
=
kg/s
Vậy ta xác định được chiều cao của một đơn vị chuyển khối:

h
dv
= 0,119 +
41,697 8,305
0,795
210,2304
×
×
=1,428 m
Xác định số đơn vị chuyển khối:
Dựa vào giá trị X
cbc
= 6.868*10
-4
(kmol SO2/kmol nước)
X Y Ycb Y-Ycb 1/(Y-Ycb)
0 4,608*10
-3
0 4,608*10
-3
217
0,0001 8,835*10
-3
4,095*10
-3
4,74*10
-3
210,97
0,0002 0,013 8,223*10
-3

4,777*10
-3
209,336
0,0003 0,0173 0,0124 4,9*10
-3
204,08
0,0004 0,0215 0,0166 4,9*10
-3
204,08
0,0005 0,0257 0,021 4,7*10
-3
212,77
0,0005723 0,0288 0,0239 4,9*10
-3
204,08
0,0006 0,03 0,025 5*10
-3
200
0,0006868 0,0336 0,0288 4,8*10
-3
208,33
Công thức tính số đơn vị chuyển khối:
m
y
=
d
c
Y
cb
Y

dY
Y Y−
∫
(II.175)
Vẽ hình thang cong quan hệ giữa Y và f(Y)=
1
cb
Y Y−
Y 1/(Y-Ycb) S m
y
4,608.10
-3
217 0,904514595 6,02472674