Hấp thu

Bài báo cáo: Dùng tháp mâm chóp để hấp thu NH3 GVHD: Nguyễn HữuTrung
CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
I. GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC HẤP THU
I.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. Nếu quá trình xảy ra ngược lại, nghĩa là cần sự truyền
vật chất từ pha lỏng vào pha khí, ta có quá trình nhả khí. Nguyên lý của cả hai quá trình
là giống nhau.
I.2. Áp dụng của hấp thu
Trong công nghiệp hóa chất ,thực phẩm, quá trình hấp thu được 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.
I.3. Lựa chọn dung môi
Nếu mục đích của quá trình là tách các cấu tử hỗn hợp khí thì khi đó việc lựa chọn
dung môi tốt phụ thuộc vào các yếu tố sau:
1) Độ hòa tan tốt: có tính chọn lọc có nghĩa là chỉ hòa tan cấu tử cần tách và hòa
tan không đáng kể các cấu tử còn lại. Đây là điều kiện quan trọng nhất.
2) Độ nhớt của dung môi: càng bé thì trở lực quá trình càng nhỏ, tăng tốc độ hấp
thu và có lợi cho quá trình chuyển khối.
3) Nhiệt dung riêng: bé sẽ tốn ít nhiệt khi hoàn nguyên dung môi.
4) Nhiệt độ sôi: khác xa với nhiệt độ sôi của chất hoà tan sẽ dễ tách các cấu tử ra
khỏi dung môi.
5) Nhiệt độ đóng rắn: thấp để tránh tắc thiết bị, không tạo kết tủa, không độc và
thu hồi các cấu tử hòa tan dễ dàng hơn.
6) Ít bay hơi, rẻ tiền, dễ kiếm và
7) không độc hại với người và
8) không ăn mòn thiết bị.
1.4. Phương pháp hấp thụ
Hấp thụ vật lý: được dựa trên sự hòa tan của cấu tử pha khí trong pha lỏng.

1
Bài báo cáo: Dùng tháp mâm chóp để hấp thu NH3 GVHD: Nguyễn HữuTrung
Hấp thụ hóa học: có phản ứng hóa học giữa chất bị hấp thụ và chất hấp thụ. Khi
này hiệu nồng độ ở bề mặt phân chia pha tăng, vận tốc hấp thụ hóa học tăng hơn khi hấp
thụ vật lý. Vận tốc phản ứng hóa học càng tăng, vận tốc hấp thụ hóa học càng tăng.
1.5 Các lọai tháp hấp thụ
Thiết bị hấp thụ có chức năng tạo ra bề mặt tiếp xúc giữa hai pha khí và lỏng càng
lớn càng tốt. Có nhiều dạng tháp hấp thu:
a) Tháp phun:
Là tháp có cơ cấu phun chất lỏng bằng cơ học hay bằng áp suất trong đó chất lỏng
được phun thành những giọt nhỏ trong thể tích rỗng của thiết bị và cho dòng khí đi qua.
Tháp phun đươc sử dụng khi yêu cầu trở lực bé và khí có chứa hạt rắn.
b) Tháp sủi bọt:
Khí được cho qua tấm đục lỗ bên trên có chứa lớp nước mỏng .
c) Tháp sục khí:
Khí được phân tán dưới dạng các bong bóng đi qua lớp chất lỏng. Quá trình phân
tán khí có thể thực hiện bằng cách cho khí đi qua tấm xốp, tấm đục lỗ hoặc bằng cách
khuấy cơ học.
d) Tháp đệm:
Chất lỏng được tưới trên lớp đệm rỗng và chảy xuống dưới tạo ra bề mặt ướt của
lớp đệm để dòng khí tiếp xúc khi đi từ dưới lên. Tháp đệm thường được sử dụng khi
năng suất nhỏ, môi trường ăn mòn, tỉ lệ lỏng: khí lớn, khí không chứa bụi và hấp thụ
không tạo ra cặn lắng.
e) Tháp đĩa (tháp mâm)
Cho phép vận tốc khí lớn nên đường kính tháp tương đối nhỏ, kinh tế hơn những
tháp khác. Được sử dụng khi năng suất lớn, lưu lượng lỏng nhỏ và môi trường không ăn
mòn.
Tháp hấp thụ phải thoả mãn những yêu cầu sau: hiệu quả và có khả năng cho khí
đi qua, trở lực thấp (<3000Pa), kết cấu đơn giản và vận hành thuận tiện, khối lượng nhỏ,
không bị tắc nghẽn bởi cặn sinh ra trong quá trình hấp thụ.

Khi đồng thời hấp thụ nhiều khí, vận tốc hấp thụ của mỗi khí bị giảm xuống. Khí hấp
thụ hoá học trong tháp xuất hiện đối lưu bề mặt, nghĩa là trên bề mặt phân chia pha xuất
hiện dòng đối lưu cưỡng bức thúc đẩy quá trình truyền khối.
2
Bài báo cáo: Dùng tháp mâm chóp để hấp thu NH3 GVHD: Nguyễn HữuTrung
1.6. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ
a) Ảnh hưởng của nhiệt độ:
Khi các điều kiện khác không đổi mà nhiệt độ tháp tăng thì hệ số Henry sẽ tăng. Kết
quả là ảnh hưởng đường cân bằng dịch chuyển về phía trục tung. Nếu đường 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.
b) 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 dẫn đến động lực trung bình tăng quá trình truyền
khối sẽ tốt hơn vì thế số đĩa lý thuyết sẽ giảm làm chiều cao của tháp 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.
c) Các yếu tố khác:
Tính chất của dung môi, loại thiết bị, 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.
II. SƠ LƯỢC NH
3
2.1. Nguồn gốc phát sinh
- Các hoạt động công nghiệp phát thải amoniac là: sản xuất amoniac, sản xuất phân bón,
CN tinh lọc dầu, luyện cốc, sản xuất soda, các cơ sở sử dụng amoniac
- Quá trình đốt rác,
- Đốt các nguyên liệu hóa thạch,

- Quá trình dị hóa của người và động vật, quá trình thối rữa, phân hủy hiếm khí.
2.2. Tính chất NH
3
+ Amoniac là một khí có mùi hắc, khi tan trong nước tạo thành dung dịch kiềm yếu:
NH
3
+ H
2
O = NH
4
OH
+ NH3 phản ứng mạnh với các axit tạo thành muối tương ứng
2.3. Tác hại NH
3
3
Bài báo cáo: Dùng tháp mâm chóp để hấp thu NH3 GVHD: Nguyễn HữuTrung
Amoniac thâm nhập vào cơ thể qua đường hô hấp, ăn uống và thẩm thấu qua da.
􀂙 Tác động của Amoniac trước hết gây kích thích mạnh và phá hủy các niêm mạc mắt,
mũi và để lại hậu quả.
􀂙 Khi hàm lượng amoniac trong não tăng đến 50 mg/kg, xuất hiện hiện tượng co cứng
các cơ và đi vào hôn mê.
􀂙 Đối với hệ tuần hoàn, khi hàm lượng amoniac tăng đến 100 mg/kg cơ thể sẽ để lại
những hậu quả nghiêm trọng.
􀂙 Khi tiếp xúc với amoniac cao trong không khí thường có biểu hiện sau: gây kích thích
cuống họng lập tức (280 mg/m3), gây ho (1200 mg/m3), đe dọa sự sống (1700 mg/m3),
gây chết người (> 3500 mg/m3).
4
Bài báo cáo: Dùng tháp mâm chóp để hấp thu NH3 GVHD: Nguyễn HữuTrung
CHƯƠNG II. QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ
I. CHỌN QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

- Chọn nguồn xử lý khí là từ ống khói của nhà máy sản xuất amoniac. Khí được xử
lý sơ bộ trước khi vào tháp.
- Có nhiều loại dung môi để hấp thụ NH
3
, nhóm em chọn dung môi hấp thu là
nước vì nước là dung môi hấp thu rẻ tiền , dễ kiếm , không ăn mòn thiết bị, có
tính kinh tế.
- Tháp hấp thu là tháp đệm nên dung môi hấp thu là nước sạch để không tạo ra cặn
lắng làm cản trở dòng khí và lỏng.
II. HOẠT ĐỘNG CỦA THÁP
- Cho khí NH
3
vào tháp trước và đi từ dưới đáy tháp lên, khí được đưa lên bằng
quạt ở áp suất 5,8 atm (vì ở áp suất thấp). Lượng khí được điều chỉnh bằng van
và lưu kế khí.
- Dung môi hấp thu là nước đi từ trên xuống . Nước sạch từ bể chứa được bơm lên
bồn cao vị . Sau đó đi qua lưu lượng kế đo lưu lượng dòng chảy và đi vào tháp
hấp thu.
- Hỗn hợp khí NH
3
và nước tiếp xúc với nhau ở đĩa (tại đây thực hiện quá trình
truyền khối giữa 2 pha khí và lỏng)
5
Bài báo cáo: Dùng tháp mâm chóp để hấp thu NH3 GVHD: Nguyễn HữuTrung
CHƯƠNG III. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THÁP MÂM CHÓP
I. CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO
- Áp suất p = 5,8 atm = 5,8 x 760 = 4408 mmHg
- Nhiệt độ t = 35
0
C, T

0
C = 35 +273 = 308
0
C
- Hàm lượng NH
3
ban đầu y
d
= 26% = 0,26
- Độ hấp thụ A = 87% = 0,87
- Lượng dung môi L
tr
= 430 kg NH
3
/h.
Chọn dung môi là nước L
tr
= 430 kg NH
3
/h = 430/M
H2O
= 430/18 = 23,88 kmol/h
II. TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT
L
d
, L
c
: lưu lượng hỗn hợp pha lỏng vào và ra khỏi thiết bị (kmol/h)
G
d

, G
c
: lưu lượng hỗn hợp pha khí vào và ra khỏi thiết bị (kmol/h)
L
tr
: lượng dung môi tinh khiết cần sử dụng (kmol/h)
G
tr
: lượng khí trơ vào thiết bị (kmol/h)
X
d
,X
c
: nồng độ đầu và cuối hỗn hợp lỏng (kmol/kmol dung môi)
Y
d
,Y
c
: nồng độ đầu và cuối hỗn hợp khí (kmol/kmol dung môi)
y
d
, y
c
: Nồng độ thể tích ban đầu và cuối của dòng khí
x
d
, x
c
: Nồng độ thể tích ban đầu và cuối của dòng lỏng
X

cmax
: nồng độ cân bằng ứng với nồng độ hỗn hợp khí được xác định thông qua đường
cân bằng
 Sơ đồ tính toán cân bằng vật chất cho tháp :
Chất lỏng vào Khí ra
L
d
, x
d
G
c
, y
c
L
tr
, X
d
G
tr
, Y
c


Chất lỏng ra Khí vào
L
c
, x
c
G
d

, y
d
L
tr
, X
c
G
tr
, Y
d
Tính toán cân bằng vật chất
y
d
= 26% = 0,26
6

x L y G
X L
tr
Y G
tr