Các quá trình chuyển khối trong CNMT

Đồ án môn học: Các quá trình chuyển khối trong CNMT.

MỤC LỤC
Phần I: TỔNG QUAN
I.
Mở đầu…………………………………………………………….
II.
Tính chất hoá lý tác hại của khí HCl……………………………
III.
Các phương pháp xử lý hiện nay được áp dụng……………..
IV.
Lựa chọn phương pháp xử lý.Sơ đồ dây chuyền công nghệ của hệ
thống.Thuyết minh dây chuyền công nghệ……………………..
Phần II: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ
I.
Tính toán các thông số vào – ra của hệ thống…………………
II.
Tính lượng dung môi (pha lỏng)………………………………..
III.
Tính toán thiết bị ( tháp ) hấp thụ……………………………….
IV.
Tính trở lực tháp…………………………………………………..
V.
Tính toán các thiết bị phụ trợ…………………………………….
1. Ống dấn khí và lỏng…………………………………………...
2. Lưới đỡ đệm……………………………………………………
3. Đĩa phân phối khí và lỏng…………………………………….
VI.
Tính bề dày, chọn vật liệu chế tạo thân tháp, đáy, nắp thiết bị và bích
nối các phần của thiết bị…………………………………………
VII.

Tính toán chân đỡ và tai treo tháp………………………………..
VIII. Tính khối lượng toàn bộ tháp……………………………………..
Phần III: TÍNH TOÁN KINH TẾ……………………………………………………..
Phần IV: KẾT LUẬN…………………………………………………………………..

GVHD
: Mạc Duy Hưng
Thực hiện : Nhóm 13


Đồ án môn học: Các quá trình chuyển khối trong CNMT.

Phần I: TỔNG QUAN.
I.Mở đầu.
Bảo vệ môi trường là một vấn đề sống còn của đất nước, của nhân loại là nhiệm vụ có
tính xã hội sâu sắc gắn liền với cuộc đấu tranh xoá đói giảm nghèo của mỗi đất nước, với
cuộc đấu tranh vì hoà bình và tiến bộ xã hội trên phạm vi toàn thế giới.
Mặc dù hiện nay con người đã chú ý hơn đến công tác bảo vệ môi trường. Tuy nhiên môi
trường nói chung và môi trường không khí nói riêng, đặc biệt tại các khu công nghiệp vẫn có
những dấu hiệu ô nhiễm đáng lo ngại. Phần lớn các nhà máy xí nghiệp vẫn chưa được trang
bị hoặc trang bị thiếu đồng bộ các hệ thống xử lý thải, bụi, nước thải và hàng ngày thải vào
bầu khí quyển một lượng khổng lồ các chất độc hại gây ô nhiễm nghiêm trọng cả một vùng
rộng lớn quanh nhà máy.
Do đặc thù của công nghiệp hoá chất, khí thải của các nhà máy hoá chất tuỳ theo thành
phần và khối lượng khí thải để tiến hành một phương pháp xử lý phù hợp, đảm bảo kĩ thuật
xử lý và tính kinh tế của phương pháp đó. Khi chọn thiết bị làm sạch khí thải cần phải tính
đến hiệu quả làm sạch, những chi phí đầu tư ban đầu, những chi phí trong quá trình vận
hành, dễ dàng kiểm tra sửa chữa, chi phí điện năng hợp lý...
Trong nội dung thiết kế đồ án này, chúng em đã tiến hành tính toán, thiết kế hệ thống xử lý
khí thải HCl trong phân xưởng sản xuất xút bằng phương pháp điện phân muối NaCl xử dụng

hệ thống hấp thụ dạng đệm để xử lý.
* Hấp thụ là quá trình hút khí bằng chất lỏng. Khí được hút được gọi là chất bị hấp thụ, chất
lỏng hút gọi là dung môi(hay chất hấp thụ), khí không bị hấp thụ gọi là khí trơ. Quá trình hấp
thụ dùng để:
- Thu hồi các cấu tử quý.
- Làm sạch không khí.
- Tách hỗn hợp khí thành từng cấu tử riêng biệt.
Trong trường hợp thứ nhất và thứ 3, bắt buộc ta phải tiến hành quá trình nhả sau khi hấp thụ
để tách cấu tử được hấp thụ ra khỏi dung môi. Đối với trường hợp khác, quá trình nhả là
không cần thiết, trừ khi phải dùng lại dung môi(dung môi quý).
Quá trình hấp thụ phụ thuộc chủ yếu vào dung môi, do đó cần chọn dung môi theo những tính
chất sau đây:
1. Có tính chất hoà tan chọn lọc, nghĩa là chỉ hoà tan với 1 số cấu tử, còn những cấu tử
không có khả năng hoà tan hoặc hoà tan rất ít.
2. Độ nhớt của dung môi phải bé, để giảm trở lực và tăng hệ số chuyển khối
3. Nhiệt dung riêng bé, để tiết kiệm nhiệt năng khi hoàn nguyên dung môi.
4. Có nhiệt độ sôi khác xa nhiệt độ sôi của cấu tử hoà tan, để dễ dàng phân riêng chúng qua
chưng luyện.
5. Có nhiệt độ đóng rắn thấp, để tránh hiện tượng đóng rắn làm tắc thiết bị.
6. Không tạo thành kết tủa khi hoà tan, để tránh tắc thiết bị và dễ thu hồi.
GVHD
: Mạc Duy Hưng
Thực hiện : Nhóm 13


Đồ án môn học: Các quá trình chuyển khối trong CNMT.

7. Ít bay hơi để tránh tổn thất.
8. Không độc và ăn mòn thiết bị.
Tuy nhiên, trong thực tế không có dung môi nào đạt được các tiêu chuẩn đã nêu. Vì vậy khi

chọn ta phải dựa vào các điều kiện cụ thể của sản xuất.
Trong sản xuất, người ta dùng nhiều loại thiết bị khác nhau để thực hiện chưng luyện và hấp
thụ. Các thiết bị thưòng dùng trong sản xuất là:
- Thiết bị bề mặt.
- Thiết bị loại màng.
- Thiết bị loại phun.
- Thiết bị loại đệm(tháp đệm).
- Thiết bị loại đĩa(tháp đĩa).
* Tháp đệm:
Tháp đệm dược sử dụng cho quá trình hấp thụ, hấp phụ, chưng luyện và các quá trình
khác. Tháp đệm hình trụ, bên trong có đổ đầy đệm. Đệm có nhiều loại, phổ biến nhất là các
loại đệm sau đây:
- Đệm vòng, kích thước từ 10 ÷100mm
- Đệm hạt, kích thước từ 20÷100mm
- Đệm xoắn, kích thước từ 0,3 ÷1mm, đường kính vòng xoắn cỡ 3÷8mm, chiều dài dày không
quá 25mm.
- Đệm lưới bằng gỗ.
Tất cả các loại đệm trên đều có yêu cầu chung:
1. Các bề mặt riêng lớn( kí hiệu δ , thứ nguyên m2/m3).
2. Thể tích tự do lớn(kí hiệu Vtd, thứ nguyên m2/m3 ).
3. Khối lượng riêng bé.
4, Bền hoá học .
Trong thực tế không có loại đệm nào có đủ hết các yêu cầu trên nên tuỳ theo điều kiện cụ thể
mà chọn loại đệm cho phù hợp.
Tháp đệm có những ưu điểm:
- Có bề mặt tiếp xúc pha lớn, hiệu suất cao.
- Cấu tạo đơn giản.
- Trở lực trong tháp không lớn lắm.
- Giới hạn làm việc tương đối rộng.
Tuy nhiên tháp đệm có nhược điểm là khó làm ướt đều đệm. Do đó, nếu tháp cao quá thì

chất lỏng phân bố không đều. Vì vậy, người ta phải chia tầng và ở mỗi tầng đặt thêm bộ phận
phân phối chất lỏng.
II. Tính chất hoá lý và tác hại của HCl.
II.1. Tính chất vật lý
Hợp chất hoá học HCl là một chất khí không màu độc hại, có tính ăn mòn cao, tạo
thành khói trắng khí tiếp xúc với khí ẩm. Hơi trắng này gọi là axit HCl, được tạo thành
khí hidro clorua hoà tan trong nước. Clorua hidro cũng như axit clohidric là các hoá
chất quan trọng trong công nghiệp hoá chất, khoa học, công nghệ
GVHD
: Mạc Duy Hưng
Thực hiện : Nhóm 13


Đồ án môn học: Các quá trình chuyển khối trong CNMT.

- Danh pháp IUPAC: Clorua hidro
-Tên khác: axit Clohidric
Hidro clorua
- CTPTHCl(khí)
- Phân tử gam: 36,46g/mol
Biểu hiện: khí không màu ưa ẩm
- Tỷ trọng: 1,477g/l
- Độ hoà tan trong nước:720g/l(20◦C)
- Điểm sôi : -85,1◦C(187,9◦K)
- Pka: 4
- Điểm bắt lửa: không cháy
II.2. Tính chất hóa học:
HCl thường được chuyển thành dung dịch axit đậm đặc với nồng độ HCl khoảng
28,38%. Được đựng trong bình thuỷ tinh, bình sành sứ, buồng xe tải lát cao su.
Axit HCl cũng như axit khác có tính chất sau:

a. Tác dụng với kim loại : giải phóng khí H2 và tạo muối clorua ( trừ các kim loại
đứng sau H2 trong dãy hoạt động hoá học như Cu, Hg, Ag, Pt, Au)
VD: Fe + 2HCl → FeCl2 + H2↑
b. Tác dụng với bazo : tạo muối clorua và nước.
VD: ZnO + HCl → ZnCl2 + H2O
c.Tác dụng với bazo : tạo muối clỏua và nước.
VD: NaOH + HCl → NaCl + H2O
d.Tác dụng với muối có gốc anion hoạt động yếu: tạo muối mới và axit mới (điều
kiện có chất kết tủa hoặc chất bay hơi).
VD: CaCO3 + HCl → CaCl2 + H2O + CO2 ↑.
Ngoài ra trong một số phản ứng HCl còn thể hiện tính khử bằng cách khử 1 số hợp
chất như : KMnO4 đặc , MnO2, KClO3 để giải phóng khí Cl2.
2KMnO4 + 16HCl → 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O
MnO2 + 4HCl → MnCl2 + Cl2 + 2H2O
II.3. Tác hại của khí HCl
Bản thân HCl là 1 chất ít độc hại.Nó tồn tại trong dạ dày của người và động vật để
giúp tiêu hoá thức ăn. Thậm chí trong công nghiệp thực phẩm axit HCl tinh khiết còn
là hoá chất sử dụng làm chất thuỷ phân đậu nành và đậu phộng.
Axit HCl thực sự độc hại ở nồng độ cao, lúc đó có thể tác động lên cơ thể gây bỏng.
Khi ở nồng độ cao axit HCl thường bốc khói, khói đó không màu và độc hại.Việc hít
phải hơi khói gây ho, nhức đầu, viêm mũi, viêm họng, tổn thương niêm mạc
phổi.Trong những trường hợp nghiêm trọng có thể bị phù phổi, tê liệt tuần hoàn và có
thể dẫn tới tử vong.
Axit HCl khi tiếp xúc với da sẽ gây tổn thương cho da, gây phỏng,tiếp xúc với mắt
gây tổn thương cho mắt như đỏ mắt thậm chí có thể gây mù mắt.
GVHD
: Mạc Duy Hưng
Thực hiện : Nhóm 13

Đồ án môn học: Các quá trình chuyển khối trong CNMT.

III.Các phương pháp xử lý hiện nay được áp dụng
Công nghiệp thải ra các khí thải rất đa dạng, đặc biệt là các khí phát sinh ra từ
quá trình sản xuất. Căn cứ vào tính chất hóa lý có thể phân khí thành hai loại cơ bản:
- Các khí thải thuộc loại vô cơ: SO2, SO3,CO,CO2, NOx, HCl, NH3, HF,H2SO4
- Các khí thải thuộc dạng hữu cơ: axeton, axetylen, benzen, butan, các axit
hữu cơ và các dung môi hữu cơ, dioxan…
Các phương pháp làm sạch khí thải cũng rất đa dạng về cấu tạo thiết bị cũng như
về công nghệ làm sạch. Phương pháp cụ thể sẽ được lựa chọn theo khối lượng và
thành phần chất thải.
Đối với khí HCl chúng ta sử dụng phương pháp hấp thụ và phương pháp hấp phụ.
III.1 Phương pháp hấp phụ:
Hấp phụ là kĩ thuật làm sạch khí bằng cách tập trung các khí và hơi độc lên bề
mặt của vật rắn (chất hấp phụ) có bề mặt tiếp xúc lớn.
Phương pháp này lợi dụng tính chất vật lý của một số vật liệu rắn nhiều lỗ rỗng
với các cấu trúc siêu hiển vi, cấu trúc đó có thể có tác dụng chắt lọc khí độc hại trong
hỗn hợp khí thải và giữ chúng trên bề mặt mình. Các chất hấp phụ thường dùng là
than hoạt tính và silicagen, zeolit…
Phương pháp làm sạch kiểu này được dùng rộng rãi để khử mùi thải ra từ các
nhà máy thực phẩm, sản xuất da, nhà máy nhuộm hay là các thiết bị gia công hơi tự
nhiên, cũng như sản xuất keo dán.
III.1.1 Các thiết bị hấp phụ
III.1.1.1 Thiết bị hấp phụ gián đoạn
Đối với khí quá trình hấp phụ công nghiệp thường gồm 4 giai đoạn: Hấp phụ, nhả,
làm khô, làm nguội.
a) loại đứng
- Ưu điểm: Trở lực nhỏ, năng suất lớn.
- Nhược điểm: Kích thước lớn, cấu trúc phức tạp, đắt tiền
Còn đối với những thiết bị có cấu tạo đơn giản thì lại cho năng suất không cao (ví

dụ: Thiết bị hấp phụ loại đứng BTP hình trụ)
b) loại ngang
- Ưu điểm: Trở lực nhỏ, năng suất lớn.
- Nhược điểm:
III.1.1.2 Thiết bị hấp phụ liên tục
Quá trình hấp phụ cũng trải qua 4 giai đoạn: Hấp phụ, nhả (bằng hơi nước), sấy
(bằng không khí nóng), làm nguội (bằng không khí nguội)
- Ưu điểm: Gọn, đồng bộ nên đạt năng suất cao, chất lượng ổn định
- Nhược điểm: Cấu tạo phức tạp, cần được điều khiển tự động

GVHD
: Mạc Duy Hưng
Thực hiện : Nhóm 13


Đồ án môn học: Các quá trình chuyển khối trong CNMT.

III.2 Phương pháp hấp thụ
Hấp thụ là kĩ thuật làm sạch khí thải dựa trên cơ sở hấp thụ khí độc hại chứa trong
hỗn hợp khí bằng phản ứng của các chất lỏng. Hiệu quả của phương pháp này dao
động trong một phạm vi rộng, phụ thuộc vào loại khí độc và dung môi hấp thụ. Rẻ tiền
nhất là dùng nước hấp thụ nhưng hiệu quả lại không cao.
Các chất được hấp thụ có thể được hòa tan vật lý vào trong chất lỏng hoặc thực
hiện phản ứng hóa học với chất lỏng.
Có nhiều loại thiết bị hấp thụ khác nhau, chúng có thể được chia thành hai nhóm:
Nhóm thứ nhất là các thiết bị làm việc theo nguyên tắc phân tán các bọt khí vào trong
chất lỏng. Nhóm thứ hai làm việc theo nguyên tắc phân tán các giọt chất lỏng vào
trong pha khí. Gần như tất cả các thiết bị hấp thụ đều làm việc trên cơ sở hấp thụ
ngược chiều. Các thiết bị hấp thụ phổ biến là: Tháp đệm, tháp đĩa, tháp sủi bọt, tháp
phun rỗng, venturi…

Hấp thụ được sử dụng nhiều để xử lí các khí thải nguy hiểm như: SO2, SO3, Cl2,
HCl, HF, SiF4, COS, CS2...chất lỏng để thực hiện quá trình hấp thụ được chọn phù
hợp theo công nghệ xử lí.
III.2.1 Thiết bị hấp thụ dạng đệm
Trong tháp đệm, chất lỏng chảy từ trên xuống, phân bố đều trên bề mặt đệm, khí đi
từ dưới lên phân tán chất lỏng.
- Ưu điểm:
+ Có bề mặt tiếp xúc pha lớn, hiệu suất cao.
+ Cấu tạo đơn giản.
+ Trở lực trong tháp đệm không lớn lắm.
+ Giới hạn làm việc tương đối rộng.
- Nhược điểm:
+ Khó làm ướt đều đệm.
+ Nước thải của thiết bị sẽ bị nhiễm bẩn.
III.2.2 Tháp đĩa
Tháp đĩa thường có cấu tạo gồm thân hình trụ thẳng đứng, bên trong có đặt các
tấm ngăn (đĩa) cách nhau một khoảng nhất định. Trên mỗi đĩa hai pha chuyển động
ngược hoặc chéo nhau: Chất lỏng đi 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 vào cấu tạo của đĩa chất lỏng trên đĩa có thể là khuấy lý tưởng hay là dòng
chảy qua.
Tháp đĩa có ống chảy truyền: Bao gồm tháp đĩa chóp, đĩa lỗ, tháp supap…Trên
đĩa có cấu tạo đặc biệt để lỏng đi từ đĩa trên xuống đĩa dưới theo đường riêng gọi là
ống chảy chuyền, đĩa cuối cùng ống chảy chuyền ngập sâu trong khối chất lỏng đáy
tháp tạo thành van thủy lực ngăn không cho khí (hay hơi lỏng) đi theo ống lên đĩa
trên. Pha khí (hay hơi lỏng) xuyên qua các lỗ, khe lưới, khe supap sục vào pha lỏng
trên đĩa. Để phân phối đều chất lỏng người ta dùng tấm ngăn điều chỉnh chiều cao
mức chất lỏng trên đĩa.
GVHD
: Mạc Duy Hưng

Thực hiện : Nhóm 13


Đồ án môn học: Các quá trình chuyển khối trong CNMT.

Tháp đĩa không có ống chảy truyền: Trong loại tháp này khí và lỏng cùng chảy
qua một lỗ trên đĩa, vì vậy không có hiện tượng giảm dần chiều cao chất lỏng trên
đĩa như trong các loại tháp có ống chảy truyền, và tất cả bề mặt đĩa đều làm việc
nên hiệu quả của đĩa cao hơn.
Ưu và nhược điểm của tháp đĩa:
- Tháp đĩa lỗ:
+ Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, trở lực tương đối thấp, hiệu suất cao
+ Nhược điểm: Không làm việc được với chất lỏng bẩn, khoảng hẹp (về lưu
lượng khí)
- Tháp chóp:
+ Ưu điểm: Có thể làm việc được với tỷ trọng của khí, lỏng thay đổi mạnh,
khá ổn định.
+ Nhược điểm: Trở lực lớn, tiêu tốn nhiều vật tư kim loại chế tạo, kết cấu
phức tạp.
- Tháp đĩa có ống chảy truyền:
+ Ưu điểm: Cấu tạo nhỏ gọn, làm việc ổn định, năng suất cao.
+ Nhược điểm:
III.2.3 Thiết bị loại bề mặt
Trong thiết bị khí và lỏng chuyển động ngược chiều nhau và tiếp xúc với nhau trên
bề mặt thoáng của chất lỏng.
Ưu và nhược điểm của thiết bị:
- Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, chi phí thấp
- Nhược điểm: Có bề mặt tiếp xúc pha bé, chỉ áp dụng được với các chất khí hòa
tan chất lỏng.
III.2.4 Thiết bị loại màng

Bao gồm thiết bị loại ống và thiết bị loại tấm
Thiết bị loại ống: Chất lỏng chảy dọc theo thành ống từ trên xuống, chất khí đi từ
dưới lên tiếp xúc với màng chất lỏng và quá trình hấp thụ được thực hiện ở màng
chất lỏng trên thành ống
IV.Lựa chon phương pháp xử lý HCl. Sơ đồ dây chuyền công nghệ và
thuyết minh công nghệ.
1.Lựa chọn phương pháp xử lý HCl.
Có rất nhiều phương pháp xử lý HCl như: thiết bị hấp thụ loại màng, thiết bị hấp thụ
bề mặt, tháp đệm, tháp chóp, thiết bị hấp phụ…Nhưng đối với tháp đệm có những ưu
điểm : + Có bề mặt tiếp xúc pha lớn và hiệu suất cao.
+ Cấu tạo đơn giản.
+ Trở lực trong tháp không lớn lắm.
+ Giới hạn làm việc tương đối rộng.
GVHD
: Mạc Duy Hưng
Thực hiện : Nhóm 13


Đồ án môn học: Các quá trình chuyển khối trong CNMT.

Với những ưu điểm như trên chúng em lựa chọn phương pháp này để xử lý khí HCl
từ phân xưởng sản xuất xút bằng phương pháp điện phân muối NaCl.
2. Sơ đồ dây chuyền công nghệ.

3.Thuyết minh dây chuyền công nghệ.
Nước được đưa vào thùng chứa (1) và được đưa lên trên bồn cao vị (4) nhờ bơm
nước (2). Bồn cao vị có tác dụng điều chỉnh lưu lượng nước đi vào tháp đệm cho phù
hợp nhờ ống chảy tràn có trong bồn cao vị.Nước được phân bố từ trên đỉnh tháp
xuống qua đĩa phân phối lỏng làm ướt đều các đệm trong tháp.
Khí thải qua máy nén khí được đưa vào tháp đệm. Khí đi từ dưới lên qua đĩa phân

phối khí, nước đi từ trên xuống.Hai pha lỏng khí tiếp xúc nhau trên bề mặt đệm làm
tăng diện tích tiếp xúc giữa pha lỏng và pha khí. Tai đây xảy ra quá trình hấp thụ. Khí
HCl được hấp thụ vào dung môi nước.Sản phẩm đỉnh là khí trơ trong đó có 1 phần
khí HCl không được hấp thụ có nồng độ k.
Sản phẩm đáy là hỗn hợp đã được hấp thụ HCl.Sản phẩm đáy được đưa ra hệ
thống xử lý nước thải hoặc được tận dụng cho các ngành sản xuất khác.

GVHD
: Mạc Duy Hưng
Thực hiện : Nhóm 13


Đồ án môn học: Các quá trình chuyển khối trong CNMT.

Phần II: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ
I.

Tính toán các thông số vào - ra của hệ thống.
• Thông số ban đầu:
- Năng suất vào hệ thống 10000m3/h.
- Dung môi hấp thụ: nước(H2O).
- Nồng độ HCl trong khí thải trước khi vào hệ thống là 9,5% (phần
khối lượng).
- Nhiệt độ pha khí (HCl) và lỏng (H2O) là 30oC.
- Hiệu suất của tháp hấp thụ đạt 90%.
- Khí thải ra môi trường đạt tiêu chuẩn loại B theo TCVN 5939:1995.
- Gỉa thiết rằng khí thải trước khi vào hệ thống xử lý đã được lọc bụi.
Ta có:
Gkt = Vkt . ρkt
Gtr = Vtr . ρtr

Do nồng độ HCl trong khí thải trước khi vào hệ thống là 9,5% về khối lượng nên :
ρ kt
GHCl = 0,095. Gkt
→ VHCl = 0,095.Vkt.
ρ HCl
ρ kt
Gtr = 0,905. Gkt
→ Vtr = 0,905.Vkt.
ρ tr
Lại có : Vkt = Vtr + VHCl
ρ kt
ρ kt
→ Vkt = 0,905.Vkt.
+ 0,095.Vkt.
ρ HCl
ρ tr
ρ tr .ρ HCl
⇔ ρkt =
0,905ρ HCl + 0,095.ρ tr
Trong đó:
.P.To
T .Po
.P.To
ρtr = ρo(tr).
T .Po

ρHCl = ρo(HCl).

Với : ρo(HCl) = 1,6394 (kg/m3).
ρo(tr) = 1,293 (kg/m3).

To = 273 oC.
T = 273 + 30 = 303 oC.
GVHD
: Mạc Duy Hưng
Thực hiện : Nhóm 13


Đồ án môn học: Các quá trình chuyển khối trong CNMT.

P = Po = 1at.
→

273

ρHCl = 1,6394. 303 = 1,4771 (kg/m3).
273

ρtr = 1,293. 303 = 1,165 (kg/m3).
→

1,165.1,4771

ρkt = 0,905.1,4771 + 0,095.1,165 = 1,1889 (kg/m3).

Vậy:
- Lượng khí thải Gkt = 10000. 1,1889 = 11889 (kg/h).
- Lượng khí trơ Gtr = 0,905. 11889 = 10759,545 (kg/h).
- Lượng HCl vào tháp GHCl(vào) = 0,095 . 11889 = 1129,455 (kg/h).
- Nồng độ đầu của hỗn hợp khí:
1129,455

G HClvao
= 10759,545 = 0,105 (kg HCl/ kg khí trơ)
Gtr
10759,545
Gtrt
Vtr =
= 1,165
= 9235,6609 (m3/h)
ρ tr
G HCl
1129,455
VHCl = ρ HCl =
= 764,6436 (m3/h)
1,4771

Xđ =

- Theo TCVN 5939:1995 lượng khí HCl đạt được loại B thải ra là 200mg/m3
Tức là cứ 1 m3 khí thải ra ngoài môi trường chứa 200 mg HCl.
(Vtr + VHCl ra )m3------------------------------------có GHCl ra (kg/h)
G HClra

→ GHCl ra = 200.10-3 . (Vtr + ρ HCl )
G HClra

→ GHCl ra = Vtr. 2.10-4 + ρ HCl .2.10-4
→ GHCl ra =1,8474 (kg/h).
G HClra
1,8474
V HCL ra = ρ HCl =

= 1,2507 (m3/h)
1,4771

- Suy ra nồng độ cuối của hỗn hợp khí là :
G HClra
1,8474
Yc = Gtr =
=1,717.10-4 (kg HCl/kg khí trơ)
10759,545

= 1,36.10-4 (kgl HCl/kgl khí trơ).
yc =

Yc
= 1,7167.10-4
Yc + 1

- Đường cân bằng của quá trình hấp thụ có dạng:

ycb = m.x

GVHD
: Mạc Duy Hưng
Thực hiện : Nhóm 13


Đồ án môn học: Các quá trình chuyển khối trong CNMT.

Với m =

ψ
0,0022.10 6
=
= 2,8947
P
760

Trong đó ψ là hệ số Herry ψ HCl (30oC) = 0,0022.106 mmHg.
P là áp suất chọn P = 1at = 760 mmHg.
Suy ra: y* = 2,8945.x*
(*)
Đồ thị đường cân bằng của quá trình hấp thụ là đường thẳng. Từ đồ thị đường cân
bằng ta tính được xcb ứng với nồng độ đầu của hỗn hợp khí :
yđ =

Yđ
Yđ + 1

=

0,105
1 + 0,105

= 0,095

từ phương trình (*) → xcb đ = 0,0328
Xcb đ =

xcbđ
1 − xcbđ

=

0,0328
= 0,0339 (kg HCl/ kg dung môi)
1 − 0,0328

II.Tính lượng dung môi pha lỏng
- Lượng dung môi tối thiểu cho quá trình hấp thụ:
Gxmin = Gtr .
→ Gxmin

Yd − Yc
X cbd − X d

[2.141]

0,105 − 1,7107.10 −4
= 10759,545 .
= 33271,5284 (kg/h).
0,0339 − 0

- Trong quá trình hấp thụ nồng độ cân bằng luôn lớn hơn nồng độ thực tế nên lượng
dung môi cần thiết cho quá trình hấp thụ luôn lớn hơn lượng dung môi tối thiểu 20%
[2.141].
→ Gx = 1,2 Gxmin = 1,2. 33271,5284 = 39925,8341(kg/h).
- Theo phương trình cân bằng vật liệu:
Gtr.( Yd- Yc) = Gx.( Xc- Xd)
[2.140]
→

Xc =

Gtr
10759,545
.( Yd- Yc) =
(0,105 – 1,717.10-4)
Gx
39925,8341

= 0,0282 (kg HCl /kg dung môi)
Lượng dung môi tiêu hao là:
Gx
39925,8341
l = Gtr =
= 3,7107 (kg/h)
10759,545

Nếu biểu diễn phương trình cân bằng vật liệu ở tiết diện bất kỳ ta có :
Gtr (Y - Yc) = Gx (X – Xđ)
Gx
Gx
→ Y = Gtr .X + Yc - Gtr . Xđ

hay Y = 3,7107 X + 1,717.10-4
là phương trình đường làm việc của quá trình hấp thụ.
Ta có:
GVHD
: Mạc Duy Hưng
Thực hiện : Nhóm 13

Đồ án môn học: Các quá trình chuyển khối trong CNMT.

xđ = 0 (kg /kg dung môi).
Xc
0,0282
=
= 0,0274 (kg /kg dung môi).
1+ X c
1 + 0,0282
Yđ
0,078
yđ =
=
= 0,072 (kgl HCl/kg khí trơ).
1 + Yđ
1 + 0,078
Yc
1,7167.10 −4
yc =
=
= 1,7164.10-4 (kg HCl/kg khí trơ).
1 + Yc 1 + 1,7167.10 −4

xc =

Vậy đồ thị đường làm việc đi qua 2 điểm là: A(xđ ; yc) và B(xc ; yđ)
hay A (0;1,7164.10-4) và B (0,0274;0,095)
Ta vẽ được đồ thị đường làm việc của quá trình hấp thụ , từ đồ thị ta xác định được

số bậc thay đổi nồng độ là:
N lt = 20,52
- Tốc độ khí trong tháp được tính:
Y= 1,2.e -4X.
ω s2 .σ d ρ ytb µ x 0,16
với Y =
(
)( )
Vd .g ρ xtb µ n
Gx
ρ ytb 0,125
X= ( G )0,25 (
)
[2.187]
ρ xtb
y
Chọn đệm vòng Rasiga xếp ngẫu nhiên bằng sứ [2.93]
- Kích thước đệm : 50×50×5 mm.
- Bề mặt riêng
: σ d = 95 m2/m3.
- Thể tích tự do : Vd = 0,79 m3/m3.
- Số đệm trong 1m3 : 58.102
Khối lượng riêng của xốp ρ d = 500 kg/m3
ω s2 .195.1,1889
→ Y=
(0,8007.10-3)0,16 = 0,01798 ωs2
3
9,81.0,75 .995,68
39925,8341 0,25 1,1889 0,125
X=(

) (
)
= 0,58365
995,68
11889

→ ωs =

1,2.e −4.0,58365
= 2,5424 (m/s)
0,01798

Tốc độ làm việc ω = 0,8 ωs = 0,8.2,5424 = 2,0339 (m/s)
II.Tính toán thiết bị tháp
1.Tính đường kính tháp theo công thức:
D=

4.Vytb
π .ω y .ρ y

[2.181]
GVHD
: Mạc Duy Hưng
Thực hiện : Nhóm 13


Đồ án môn học: Các quá trình chuyển khối trong CNMT.

- Lượng khí trung bình đi trong tháp hấp thụ :
Vytb =

V yd + V yc

[2.183]

2

Trong đó:
Vyd – lưu lượng hỗn hợp đầu ở điều kiện làm việc (m3/h).
Vd = 10000 (m3/h)
Vyc – Lưu lượng khí thải ra khỏi tháp (m3/h).
Vyc = Vtr (1 + Yc )
[2.183]
→ Vyc = 9235,6609 (1 + 1,717.10-4) = 9237,467 (m3/h).
→ Vytb =

10000 + 9237,2467
= 9681,6234 (m3/h).
2

* Đường kính của tháp:
D=

4.9618,6234
= 1,2936 (m)
3,14.3600.2,0339

Chọn D = 1,2 m
2.Tính chiều cao tháp
Chiều cao lớp đệm

H = Nlt . htd (m)
[2.168]
Trong đó:
Nlt - Số đĩa lý thuyết ( số bậc thay đổi nồng độ )
htd - Chiều cao tương đương của 1 bậc thay đổi nồng độ
 Vd
σ d

 1,2
1
 . 0, 4
(m)
ω

1
 0,75  1,2
⇔ htd = 200. 
 .
= 0,1940 (m)
2,0339 0, 4
 195 

htd = 200. 

[2.168]

Chiều cao lớp đệm: H =20,52. 0,1904 = 3,907 (m)
Chiều cao toàn tháp: H = 4 + 2,8 (m)
IV. Tính trở lực của tháp
Chuẩn số Râynôn của pha khí :

4.ρ y .ω s
4.2,0339.1,1889
Rey =
=
= 3340,6605
µ yσ d
1,4848.10 −5.195
Vì Rey > 400 nên tổn thất áp suất được tính theo công thức:
1,8
0 ,8
1, 2
0, 2
∆Pk = 1,56.H .ω y .ρ y .σ d .µ y
3
Vd

[2.189 ]

GVHD
: Mạc Duy Hưng
Thực hiện : Nhóm 13


Đồ án môn học: Các quá trình chuyển khối trong CNMT.

=

1,56.7,2.2,03391,8.1,1889 0,8.1951, 2.(1,4848)
0,75

3

0, 2

= 3693,9028 (N/m2)

Trong đó H: là chiều cao của lớp đệm.
Trở lực ướt của tháp :

G
∆Pu = ∆Pk 1 + A x
 Gy









m

 ρy
.
 ρx





n

µ
. x
 µy







c






[2.189]

Ta có:
Theo bảng IX.7 [2.189] → hệ số của phương trình tính trở lực ướt
A=8,4 ; m = 0,405 ; n = 0,225 ; c = 0,015

 Gx
→ ∆Pu = ∆Pk 1 + 8,4

 Gy








0 , 405

 ρy
.
 ρx





0, 225

µ
. x
µ
 y






0 , 015






0, 015
0 , 225
0, 405


 0,8007.10 −3 
 1,1889 
 39925,8341 




∆
P
1
+
8
,
4




→

u = 3693,9028
 1,4848.10 −5 
 11889 

 995,68 




= 15528,3108 (N/m2)
V.Tính toán thiết bị phụ trợ
1.Đường ống dẫn khí :
Vận tốc khí trong ống khoảng 4 - 25m/s [1.370]
Chọn vận tốc dòng khí vào là 25m/s
Áp dụng công thức tính đường kính ống dẫn khí :
d1 =

Vy
0,785.ω y

=

10000
0,785.3600.25

= 0,376 (m)

Chọn đường ống dẫn khí vào và ra của tháp là d1 = 0,4 m được làm bằng thép không
rỉ X18H10T với bề dày b= 6mm
2.Đường ống dẫn lỏng

2.1 Ống dẫn lỏng vào
Vận tốc lỏng vào tháp khoảng 1,5 – 2,5 m/s
Chọn vận tốc lỏng vào là ω x = 2,5 m/s
Lưu lượng vào tháp là: Vx =

Gx
39925,8341
=
= 40,099 (m3/h)
ρx
995,68

Đường kính ống dẫn lòng vào :
GVHD
: Mạc Duy Hưng
Thực hiện : Nhóm 13


Đồ án môn học: Các quá trình chuyển khối trong CNMT.

d 3=

Vx
=
0,785.ω x

40,099
0,785.3600.2,5

= 0,075 (m )

Chọn đường kính ống dẫn lỏng vào và ra là 0,1(m ) và vận tốc lỏng vào là 2,5 (m/s)
Bề dày của ống b = 4 mm được làm bằng thép X18H10T
3. Lưới đỡ đệm
- Đường kính tháp D= 1200 mm.
Tra bảng [IX.22 – 2.230] ta có:
+ Đường kính lưới Dl = 1165 mm.
+ Chiều rộng của bước b đối với đệm 25×25×3 (mm) là 22 (mm.)
+ Chiều dày 50 mm.
4.Đĩa phân phối lỏng: tra bảng [IX.22 – 2.230] ta có:
Đĩa phân phối lỏng loại 2.
+ Đường kính đĩa Dđ = 750 mm
+ Ống dẫn chất lỏng d × s = 44,5 × 2,5. (mm)
+ Chọn vật liệu làm đĩa là thép không rỉ dày là S1 = 4 mm
+ Số lượng: 70 chiếc.
+ Chiều cao ống phân phối: 70 mm.
VI.5 Chọn bích
5.1 Chọn bích nối đáy với thân, nắp với thân.
Chọn bích liền bằng thép để nối thân tháp với đáy và nắp
+ Đường kính tháp: 1200 mm
+Chọn kiểu bích I:
∙ Đường kính ngoài Dn = 1200 + 2.6 = 1212 mm
( Với 2×4 là bề dày của 2 bên thành tháp)
∙ Đường kính ngoài của bích D= 1340 mm
∙ Đường kính tâm bulông Db = 1290 mm
∙ Đường kính mép vát Di = 1260 mm
∙ Đường kính bulông db = 20 mm
∙ Số bulông z= 32 cái
∙ Chiều cao bích h1= 30 mm
Khối lượng bích

π 2
π
2
m1 = V1 . ρ = ( D − Dn ).h1 .ρ =
(1,342 -1,2122).30.10-3 .7900= 60,77 kg
4

4

5.2 Chọn bích nối thiết bị và ống dẫn khí
Chọn bích liền bằng thép để nối thiết bị
∙ Đường kính trong của tháp: Dt= 1200 mm
∙ Đường kính ngoài của tháp: Dn = 1200+ 2.6 = 1212 mm
∙ Đường kính ngoài của bích : D= 515mm
GVHD
: Mạc Duy Hưng
Thực hiện : Nhóm 13


Đồ án môn học: Các quá trình chuyển khối trong CNMT.

∙ Đường kính tâm bulông : Db = 475 mm
∙ Đường kính mép vát : Di = 450 mm
∙ Đường kính bulông : db = 16 mm
∙ Số bulông 20cái
∙ Chiều cao bích h2 = 20 mm
Khối lượng bích
π 2
π
2

2
2
−3
m2 = ( D − Dn ).h2 .ρ = ( 0,515 − 0,4 ).20.10 .7900 = 12,67(kg)
4

4

5.3 Chọn bích nối bộ phận của thiết bị và ống dẫn lỏng
Chọn bích liền bằng kim loại đen để nối.
∙ Đường kính ngoài của ống Dn = 108 mm
∙ Đường kính ngoài của bích D= 205mm
∙ Đường kính tâm bulông Db = 170 mm
∙ Đường kính mép vát Di = 148 mm
∙ Đường kính bulông db = 16 mm
∙ Số bulông z= 4cái
∙ Chiều cao bích h3= 14 mm
Khối lượng bích
π 2
π
2
2
2
=3
m3 = ( D − Dn ).h3 .ρ = (0,205 − 0,108 ).14.10 .7900 =2.64 (kg)
4

4

VI.Tính khối lượng toàn bộ tháp

Khối lượng của toàn tháp:
G = GT + G Đ- N + GĐ + GL + GB
Trong đó :
GT : khối lượng thân tháp ( kg)
G Đ-N : khối lượng đáy và nắp (kg)
GĐ : khối lượng đệm
GL : khối lượng chất lỏng điều kiện đầy tháp ( kg)
GB : khối lượng bích (kg)
Khối lượng của lớp đệm :
π 2
π
2
GĐ = ρ d . .Dt .H (1 − Vd ) = 600. .1,2 .4(1 − 0,79) = 569,7216 (kg)
4

4

Khối lượng của thân tháp ;
π 2
π
2
2
2
GT = ρ t .Vt = ρ d . .( D n − Dt ).H = 7900.1,01 .(1,212 − 1,2 ).4 = 725,1647(kg)
4

4

Tổng khối lượng của bích
GB = 2G1 + 2G2 + 2G3 = 2.60,77 + 2. 12,67 + 2.2,64 = 152,16 (kg)

Khối lượng đáy và nắp tháp:
Ta có : GN = 79. 1,01 = 79,79 (kg)
(Bảng XIII.11 [ 2 ] )
→ G Đ-N = 2.79,79 = 159,58 (kg)
GVHD
: Mạc Duy Hưng
Thực hiện : Nhóm 13


Đồ án môn học: Các quá trình chuyển khối trong CNMT.

Khối lượng lỏng điều kiện đầy tháp :
2
3,14.1,2 2
π .Dt
.5.995,68 = 5627,5834 (kg)
G=
.H thap ρ nuoc =
4

4

Khối lượng của toàn bộ tháp :
G = GT + G Đ- N + GĐ + GL + GB
= 725,1647+ 159,58 + 569,7216 + 5627,5834 + 152,16= 7234,2097 (kg)
Cộng với khối lượng của đĩa phân phối lỏng, lưới đỡ đệm, bu lông, bích nối, ống dẫn,
cửa tháo đệm, ta làm tròn là 8000 kg
VII. Tính chân đỡ và tai treo tháp
1. Tính chân đỡ
Tải trọng của toàn tháp là : P= m.g= 80000 (N)

Chọn tháp có 4 chân đỡ.Vậy tải trọng cho phép trên 1 chân đỡ là:
G=

P
= 20000 (N)
4

Tra bảng [XIII.35- 2.437]
Tải trọng
cho phép

Bề
mặt

Tải trọng
cho phép

L

B

B1

B2

H

h

s

l

d

mm

2,5

444

0,56

250 180 215 290 350 185 16 90 27

⇒ Tải trọng của cả 4 chân là: 4. 2,5.104 = 10.104 (N) > P ⇒ Phù hợp
2.Tính tai treo
Chọn 4 tai treo bằng thép CT3.Tải trọng lên 1 tai treo là 13750 (N)
Tải trọng
cho phép

Bề
mặt

Tải trọng
cho

L

B

B1

H

S l

a

b

2,5

173

1,45

150 120 130 215 8 60 20 30 3,48

mm

GVHD
: Mạc Duy Hưng
Thực hiện : Nhóm 13


Đồ án môn học: Các quá trình chuyển khối trong CNMT.

⇒ Tải trọng của cả 4 tai treo là: 4. 2,5.104 = 10.104 (N) > P ⇒ Phù hợp
Phần III: TÍNH TOÁN KINH TẾ

Tính toán kinh tế (đơn vị tính: nghìn đồng)

GVHD
: Mạc Duy Hưng
Thực hiện : Nhóm 13


Vật liệu

Loại quy cách

Số lượng

Đơn giá

Đồ án môn học: Các quá trình chuyển khối trong CNMT.

Thành tiền

Thép X18H10T

725,1647
kg

60.000
đ/kg

43509,84

Đáy và nắp

Thép X18H10T

158,59 kg

15 000 đ/

9515,4

Bộ phận phân phối
lỏng

Thép X18H10T

2 cái

400 đ/cái

Vật liệu đệm

Vòng sứ ragis

7,46 m3

6500 đ/ m3

Thân tháp

800
48 490

(25×25×3)
Bích

Thép X18H10T

15 000
đ/kg

Chân đỡ

Thép CT3

15 đ/kg

Tai treo

Thép CT3

15 đ/kg

Đường ống dẫn khí

Thép X18H10T

30 (m)

15 đ/kg

Đường ống dẫn lỏng

Nhựa PVC

(m)

1 đ/kg

Bu lông

Thép CT3

96 cái

1,5 đ/cái

144

Thép CT3

76 cái

0,8 đ/cái

60,8

cho bích ghép thân với
nắp
Bu lông
cho bích nối ống dẫn
với thiết bị

Van

Thép CT3

10 đ/cái

Bơm

3500 đ/cái

Quạt

3000 đ/cái

GVHD
: Mạc Duy Hưng
Thực hiện : Nhóm 13


Đồ án môn học: Các quá trình chuyển khối trong CNMT.

Chi phí vật liệu:

....................................đồng

Chi phí phụ khác:

....................................đồng

Tổng chi phí vật liệu: ................................đồng

Chi phí chế tạo và chi phí lắp đặt bằng tổng chi phí vật liệu:
Chi phí nhân công: .................................. đồng
Tổng chi phí:

.................................. đồng

Phần IV:

KẾT LUẬN

Vì đây là lần đầu tiên thiết kế toàn bộ một tháp hấp thụ nên vẫn còn nhiều thiếu xót,
đây sẽ là kinh nghiệm quý báu cho những lần tiếp theo của chúng em. Xin cảm ơn
các thầy cô đã tạo điều kiện cho chúng em được ứng dụng thực tế bài học của mình!
GVHD
: Mạc Duy Hưng
Thực hiện : Nhóm 13


Đồ án môn học: Các quá trình chuyển khối trong CNMT.

GVHD
: Mạc Duy Hưng
Thực hiện : Nhóm 13