ĐỒ ÁN THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THỤ SO2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRONG CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

Đề tài:

THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU SO2

SV:

Huỳnh Thị Như Hảo

MSSV: 14078651
LỚP:

DHHO10C

GVHD: Nguyễn Tiến Đạt

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2017


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
.…………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………
Phần đánh giá:
• Ý thức thực hiện: ....................................................................................
• Nội dung thực hiện: ................................................................................
• Hình thức trình bày: ...............................................................................
• Tổng hợp kết quả: ...................................................................................
Điểm bằng số :……………………….Điểm bằng chữ:…………………………...

Tp. Hồ Chí Minh, ngày

tháng

Giáo viên hướng dẫn

năm 2017


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………..
Phần đánh giá:
• Ý thức thực hiện: ....................................................................................
• Nội dung thực hiện: ................................................................................
• Hình thức trình bày: ...............................................................................
• Tổng hợp kết quả: ...................................................................................
Điểm bằng số: ………………………. Điểm bằng chữ: …………………………...

Giáo viên phản biện


BỘ CÔNG THƯƠNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐHCN TP. HỒ CHÍ MINH

Độc lập- Tự do- Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN HỌC PHẦN
KHOA: CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
BỘ MÔN: MÁY VÀ THIẾT BỊ

HỌ VÀ TÊN : Huỳnh Thị Như Hảo
1. Tên đồ án: Thiết kế tháp đệm hấp thụ SO2 từ hỗn hợp SO2 và không khí
2. Nhiệm vụ đồ án ( yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu)
Số liệu ban đầu:
Lưu lượng hỗn hợp khí ra khỏi tháp: 300m3/h
Nồng độ ban đầu: 5% thể tích. Nồng độ cuối dung môi 1% khối lượng.
Hiệu suất hấp thụ: 80%
Áp suất làm việc: khí quyển
Nội dung
Tính toán quá trình hấp thụ
Tính toán các thiết bị chính và một số thiết bị phụ
Thể hiện sơ đồ công nghệ và chi tiết thấp lên giáy A1
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 4 tháng 8 năm 2017
TỔ TRƯỞNG BỘ MÔN

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

(Ký và ghi rõ họ tên )

(Ký và ghi rõ họ tên )

PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN
Người duyệt:……………………….
Đơn vị:……………………………..
Ngày bảo vệ: ………………………
Điểm tổng kết:……………………..
Nơi lưu trữ: ………………………..


GVHD: NGUYỄN TIẾN ĐẠT

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1
MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 2
Tổng quan về khí SO2 .............................................................................. 2

I.

1.1.

Tính chất hóa lý SO2 .................................................................................. 2

1.2.

Tác hại của khí SO2 .................................................................................... 3

1.3.

Các nguồn tạo ra SO2 ................................................................................. 4

1.4.

Các phương án xử lý SO2 ........................................................................... 4

II.

Qui trình công nghệ .................................................................................. 7

2.1.

Chọn qui trình công nghệ ........................................................................... 7

2.2.

Thuyết minh qui trình công nghệ: .............................................................. 7

CHƯƠNG I.

TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ ....................................................... 8

I.

Các thông số ban đầu................................................................................ 8

II.

Tính toán cân bằng vật chất...................................................................... 8

2.1.

Thiết lập phương trình đường cân bằng ................................................... 10

2.2.

Thiết lập phương trình đường làm việc.................................................... 11

III. Tính đường kính tháp ............................................................................. 13
3.1.

Tính khối lượng riêng............................................................................... 13

3.2.

Lượng khí trung bình đi trong tháp .......................................................... 14

3.3.

Lưu lượng dòng lỏng trung bình đi trong tháp ......................................... 15

3.4.

Độ nhớt

3.5.

Tính đường kính tháp ............................................................................... 16

3.6.

Tính vận tốc đảo pha ................................................................................ 17

x , y

......................................................................................... 15

i|Page


GVHD: NGUYỄN TIẾN ĐẠT

IV. Tính toán chiều cao tháp ........................................................................ 19
4.1.

Xác định chiều cao một đơn vị chuyển khối ............................................ 19

4.2.

Hệ số khuếch tán trong pha lỏng .............................................................. 21

4.3.

Hệ số khuếch tán trong pha khí ................................................................ 21

4.4.

Tính Rex, Rey, Prx, Pry ............................................................................... 22

4.5.

Tính hệ số thấm ướt  .............................................................................. 22

4.6.

Tính chiều cao một đơn vị chuyển khối ................................................... 23

4.7.

Chiều cao cột đệm cần thiết cho quá trình hấp thu .................................. 24

V.

Trở lực .................................................................................................... 24

CHƯƠNG II. TÍNH TOÁN CƠ KHÍ ............................................................... 28
I.

Tính chiều dày thân tháp ........................................................................ 28

II.

Tính chiều dày đáy, nắp ......................................................................... 30

III. Tính ống dẫn lỏng, ống dẫn khí.............................................................. 31
3.1.

Tính ống dẫn khí vào tháp ........................................................................ 31

3.2.

Tính ống dẫn khí ra khỏi tháp .................................................................. 31

3.3.

Tính ống dẫn lỏng vào tháp ...................................................................... 31

3.4.

Tính ống dẫn lỏng ra khỏi tháp ................................................................ 32

IV. Tính bích ghép thân tháp ........................................................................ 32

4.1.

Kiểm tra bu lông ghép bích ...................................................................... 33

4.2.

Kiểm tra chiều dày bích ........................................................................... 35

V.

Tính bích nối đường ống dẫn lỏng với thân và ống dẫn khí với thân .... 37

5.1.

Bích nối đường ống dẫn lỏng với thân ..................................................... 37

5.2.

Bích nối ống dẫn khí với thân .................................................................. 37
ii | P a g e


GVHD: NGUYỄN TIẾN ĐẠT

VI. Tính lưới đỡ đệm và đĩa phân phối lỏng ................................................ 38
6.1.

Tính lưới đỡ đệm ...................................................................................... 38

6.2.

Đĩa phân phối lỏng ................................................................................... 40

6.3.

Chân đỡ và tai treo ................................................................................... 40

6.4.

Khối lượng đáy tháp ................................................................................. 40

6.5.

Khối lượng nắp tháp ................................................................................. 41

6.6.

Khối lượng thân tháp ................................................................................ 41

6.7.

Khối lượng đệm khô................................................................................. 42

6.8.

Khối lượng dung dịch............................................................................... 42

6.9.

Khối lượng bích nối thân đáy và thân nắp ............................................... 42

6.10.

Khối lượng bích nối ống dẫn lỏng với thân ............................................. 42

6.11.

Khối lượng bích nối ống dẫn khí với thân ............................................... 43

6.12.

Khối khối lượng lưới đỡ đệm ................................................................... 43

6.13.

Khối lượng đĩa phân phối lỏng ................................................................ 44

6.14.

Tổng khối lượng toàn tháp hấp thu .......................................................... 44

6.15.

Tải trọng tháp ........................................................................................... 44

CHƯƠNG III. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ .................................................. 46
Tính bồn cao vị ....................................................................................... 46

I.

1.1.

Tổn thất dọc đường ống ........................................................................... 47

1.2.

Tổn thất cục bộ ......................................................................................... 48

1.3.

Chiều cao bồn cao vị ................................................................................ 48

II.

Tính công suất bơm ................................................................................ 49

2.1.

Tổn thất dọc đường ống ........................................................................... 50

iii | P a g e


GVHD: NGUYỄN TIẾN ĐẠT

2.2.

Tổn thất cục bộ ......................................................................................... 50

2.3.

Cột áp của bơm......................................................................................... 51

2.4.

Công suất của bơm ................................................................................... 51

III. Tính công suất của quạt .......................................................................... 52
3.1.

Tổn thất dọc đường ống ........................................................................... 54

3.2.

Tổn thất cục bộ ......................................................................................... 54

3.3.

Cột áp của quạt ......................................................................................... 55

3.4.

Công suất của quạt ................................................................................... 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 57

iv | P a g e


HUỲNH THỊ NHƯ HẢO

GVHD: NGUYỄN TIẾN ĐẠT

LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay, do sự phát triển của các nghành công nghiệp tạo ra các sản phẩm phục
vụ con người, đồng thời cũng tạo ra một lượng chất thải vô cùng lớn làm phá vỡ cân
bằng sinh thái gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.
Trong các loại ô nhiễm, ô nhiễm không khí ảnh hưởng trực tiếp đến con người,
động vật, thực vật và các công trình xây dựng. Sức khỏe và tuổi thọ con người phụ
thuộc rất nhiều vào độ trong sạch của môi trường. Vì vậy, trong những năm gần đây ô
nhiễm không khí từ các nghành sản xuất công nghiệp ở nước ta đang là vấn đề quan
tâm không chỉ của nhà nước mà còn là của toàn xã hội bởi mức độ nguy hại của nó đã
lên đến mức báo động.
SO2 là một trong những chất ô nhiễm không khí được sản sinh nhiều trong các
nghành sản xuất công nghiệp và sinh hoạt. Việc xử lý SO2 có nhiều phương pháp khác
nhau. Phương pháp nào được áp dụng để xử lý tùy thuộc vào hiệu quả và tính kinh tế
của phương pháp. Ví vậy, đồ án môn học với nhiệm vụ thiết kế tháp đệm hấp thu SO2
là một trong những phương án ghóp phần vào việc xử lý khí thải ô nhiễm.
Trong đồ án này sẽ đi khảo sát một phương án: Xử lý SO2 bằng phương pháp
hấp thu với dung môi là nước. Nhằm tìm hiểu xem quá trình xử lý có đạt hiệu quả và
kinh tế không, để có thể đưa vào hệ thống xử lý khí thải trong các nghành sản xuất công
nghiệp và sinh hoạt.
Em xin chân thành biết ơn thầy Nguyễn Tiến Đạt đã tận tình hướng dẫn và tạo
mọi điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành đồ án môn học này. Mặc dù em đã cố gắng
hoàn thành nhiệm vụ nhưng không tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình tính toán
thiết kế. Em mong được các thầy xem xét và chỉ dẫn thêm.

1|Page

HUỲNH THỊ NHƯ HẢO

GVHD: NGUYỄN TIẾN ĐẠT

MỞ ĐẦU
I.

Tổng quan về khí SO2
1.1.

Tính chất hóa lý SO2

SO2 là chất khí không màu, mùi kích thích mạnh, dễ hóa lỏng, dễ hòa tan trong
nước (ở điều kiện bình thường 1 thể tích nước hòa tan 40 thể tích SO2). Khi hoà tan
trong nước tạo thành dung dịch sunfurơ và tồn tại ở 2 dạng: chủ yếu là SO2.nH2O và
phần nhỏ là H2SO3.
SO2 có nhiệt độ nóng chảy ở – 750 C và nhiệt độ sôi ở – 100C.
Nguyên tử S trong phân tử SO2 có cặp electron hóa trị tự do linh động và ở trạng
thái oxy hóa trung gian (+4) nên SO2 có thể tham gia phản ứng theo nhiều kiểu khác
nhau:

• Cộng không thay đổi số ôxy hóa:
SO2 + H2O =

H2SO3

• Thực hiện phản ứng khử:
SO2 + 2CO 500o C 2CO2 + S 

• Thực hiện phản ứng oxy hóa:

SO2 +

V2 O5
1
O2
2
to

SO3

SO2 + Cl2 + H2O = H2SO4 + HCl
Trong môi trường không khí, SO2 dễ bị ôxy hóa và biến thành SO3 trong khí
quyển. SO3 tác dụng với H2O trong môi trường ẩm và biến thành acid hoặc muối sunfat.
Chúng sẽ nhanh chóng tách khỏi khí quyển và rơi xuống gây ô nhiểm môi trường đất
và môi trường nước.

2|Page


HUỲNH THỊ NHƯ HẢO

1.2.

GVHD: NGUYỄN TIẾN ĐẠT

Tác hại của khí SO2

SO2 trong khí thải công nghiệp là một thành phần gây ô nhiểm không khí. Nồng
độ cho phép khí SO2 có trong môi trường xung quanh chúng ta là rất nhỏ(<300mg/m3).
Nó ảnh hưởng rất nhiều đến sức khỏe, các hoạt động của con người, cũng như động vật,

thực vật và bầu khí quyển.

• Đối với con người và động vật: khi hít phải khí SO2 có thể gây ra
các bệnh về đường hô hấp như: viêm phế quản, viêm phổi, giản phổi, suy tim,
hen xuyển.... Nếu hít phải SO2 với nồng độ cao có thể gây tử vong.
• Đối với vật liệu và công trình xây dựng:
Khí SO2 có khả năng biến thành acid sunfuric, là chất phản ứng mạnh. Do đó
chúng làm hư hỏng, làm thay đổi tính năng vật lý hay thay đổi màu sắc các vật liệu xây
dựng như đá vôi, đá hoa, đá cẩm thạch... cũng như phá hoại các sản phẩm điêu khắc,
các tượng đài.
Sắt, thép, các kim loại khác, các công trình xây dựng cũng dễ dàng bị gỉ, bị ăn
mòn hóa học và điện hóa.

• Đối với thực vật:
Khí SO2 xâm nhập vào các mô của cây và kết hợp với nước để tạo thành acid
sunfurơ gây tổn thương màng tế bào và làm giảm khả năng quang hợp của cây. Cây
chậm lớn, vàng úa và chết.
Khí SO2 làm cây cối chậm lớn, nhiều bệnh tật, chất lượng giảm, hiệu quả thu
hoạch kém.

• Mưa acid: Khí SO2 trong khí quyển khi gặp các chất oxy hóa hay
dưới tác động của nhiệt độ, ánh sáng chúng chuyển thành SO3 nhờ O2 có trong
không khí. Khi gặp H2O, SO3 kết hợp với nước tạo thành H2SO4. Đây chính là
nguyên nhân tạo ra các cơn mưa acid mà thiệt hại của mưa acid gây ra là rất lớn.
Mưa acid làm tăng tính acid của trái đất, hủy diệt rừng và mùa màng, gây nguy
3|Page


HUỲNH THỊ NHƯ HẢO

GVHD: NGUYỄN TIẾN ĐẠT

hại đối với sinh vật nước, đối với động vật và cả con người. Ngoài ra, còn phá
hủy các nhà cửa, công trình kiến trúc bằng kim loại bị ăn mòn... Nếu H 2SO4 có
trong nước mưa với nồng độ cao sẽ làm bỏng da người hay làm mục nát áo quần.
1.3.

Các nguồn tạo ra SO2

Khí SO2 tạo ra là do sự đốt cháy các hợp chất chứa lưu huỳnh hay nguyên tử lưu huỳnh.
Ví dụ: các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh trong than, dầu mỏ, quặng Pirit (FS2),
hơi đốt chứa nhiều khí H2S, các quặng sunfua...
Khí SO2 là loại chất gây ô nhiểm phổ biến nhất trong sản xuất công nghiệp và sinh hoạt.
Nguồn thải SO2 chủ yếu từ:

- Các nhà máy nhiệt điện.
- Các lò nung, nồi hơi đốt bằng nhiên liệu than đá, khí đốt, dầu hỏa và
khí đốt có chứa lưu huỳnh.
-

SO2 sinh ra từ các nghànhsản xuất công nghiệp: nhà máy lọc dầu, nhà
máy luyện kim, lò đúc, nhà máy sản xuất H2SO4...

- Khí thải giao thông.
1.4.

Các phương án xử lý SO2
1.4.1. Phương pháp hấp thụ

Để hấp thụ SO2 ta có thể sử dụng nước, dung dịch hoặc huyền phù của muối kim

loại kiềm hoặc kiềm thổ.

- Hấp thụ bằng nước:
SO2 + H2O

 H+ + HSO3-

Do độ hòa tan của SO2 trong nước thấp nên phải cần lưu lượng nước lớn và thiết
bị hấp thụ có thể tích lớn.

- Hấp thụ bằng huyền phù CaCO3
4|Page


HUỲNH THỊ NHƯ HẢO

GVHD: NGUYỄN TIẾN ĐẠT

Ưu điểm của phương pháp này là quy trình công nghệ đơn giản chi phí
hoạt động thấp, chất hấp thụ dể tìm và rẽ, có khả năng xữ lý mà không cần làm nguội
và xử lý sơ bộ.
Nhược điểm: thiết bị đóng cặn do tạo thành CaSO4 và CaSO3.

- Phương pháp Magie (Mg):
SO2 được hấp thụ bởi oxit – hydroxit magie, tạo thành tinh thể ngậm nước
Sunfit magie.
Ưu điểm: làm sạch khí nóng, không cần lọc sơ bộ, thu được sản phẩm tận
dụng là H2SO4; MgO dể kiếm và rẻ, hiệu quả xử lý cao.
Nhược điểm: vận hành khó, chi phí cao tốn nhiều MgO.

- Phương pháp kẽm: trong phương pháp này chất hấp thụ là kẽm
SO2 + ZnO + 2,5 H2SO4  ZnSO3 + H2O
Ưu điểm: của phương pháp này là khả năng xử lý ở nhiệt độ cao (200 –
2500C).
Nhược điểm: có thể hình thành ZnSO4 làm cho việc tái sinh ZnO bất lợi
về kinh tế nên phải thường xuyên tách chúng và bổ sung thêm ZnO.

- Hấp thụ bằng chất hấp thụ trên cơ sở Natri:
Ưu điểm: của phương pháp này là ứng dụng chất hấp thụ hóa học không
bay, có khả năng hấp thụ lớn.

- Phương pháp Amoniac: SO2 được hấp thụ bởi dung dịch Amoniac hoặc
dung dịch Sunfit-biSunfit amôn.
Ưu điểm: của phương pháp này là hiệu quả cao, chất hấp thụ dễ kiếm, thu
được sản phẩm cần thiết (Sunfit và biSunfit amon).

- Hấp thụ bằng hổn hợp muối nóng chảy:

5|Page


HUỲNH THỊ NHƯ HẢO

GVHD: NGUYỄN TIẾN ĐẠT

Xử lý ở nhiệt độ cao dùng hổn hợp Cacbonat kim loại kiềm có thành phần
như sau:
LiCO3 32%, Na2CO3 33%, K2CO3 35%.

- Hấp thụ bằng các Amin thơm:

Để hấp thụ SO2 trong khí thải của luyện kim màu (nồng độ SO2 khoảng 1-2%
thể tích).
Người ta sử dụng dung dịch:
C6H3(CH3)2 NH2 (tỉ lệ C6H3(CH3)2 NH2: nước = 1- 1).
C6H3(CH3)2 NH2 không trộn lẩn với nước nhưng khi liên kết với SO2 tạo thành
(C6H3(CH3)2 NH2)2 SO2 tan trong nước.

1.4.2. Phương pháp hấp phụ
SO2 được giữ lại trên bề mặt chất rắn, thu được dòng khí sạch khi đi qua bề mặt
rắn.
Chất hấp phụ công nghiệp cơ bản là than hoạt tính, silicagen, zeonit và ionit (chất
trao đổi ion).
Nhược điểm: cần thiết phải tái sinh chất hấp phụ để thu hồi cấu tử bị hấp phụ và
phục hồi khả năng hấp phụ của chất hấp phụ. Chi phí tái sinh chiếm khoảng 40 – 70%
tổng chi phí của quá trình làm sạch khí.

1.4.3. Xử lý SO2 bằng phương pháp nhiệt và xúc tác:
Bản chất của quá trình xúc tác để làm sạch khí là thực hiện các tương tác hóa
học, nhằm chuyển hóa tạp chất độc thành sản phẩm khác với sự có mặt của chất xúc tác
đặt biệt.

6|Page


HUỲNH THỊ NHƯ HẢO

II.

GVHD: NGUYỄN TIẾN ĐẠT

QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ
2.1.

Chọn qui trình công nghệ

Chọn dung môi hấp thu là nước vì nước là dung môi hấp thu rẻ tiền, dễ tìm,
không ăn mòn thiết bị.
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.

2.2.

Thuyết minh qui trình công nghệ:

Dòng khí được quạt thổi qua lưu lượng kế đo lưu lượng và đi vào tháp đệm thực
hiện quá trình hấp thu. Tháp hấp thu làm việc nghịch dòng.
Dung môi hấp thu là nước. 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, nước được chảy
từ trên xuống. Khí SO2 được thổi từ đáy tháp lên, quá trình hấp thu được thực hiện.
Khí sau khi hấp thu đến khi nồng độ cuối trong dung môi đạt 1% về khối lượng

7|Page


HUỲNH THỊ NHƯ HẢO

CHƯƠNG I.
I.

GVHD: NGUYỄN TIẾN ĐẠT

TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ

CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU

Lưu lượng hỗn hợp khí vào tháp: 3000 m3/h
Nồng độ SO2 ban đầu: 5% thể tích
Nồng độ cuối của dung môi: 1% khối lượng
Hiệu suất hấp thụ: 80%
Chọn nhiệt độ của nước hấp thụ là 30oC

II.

TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT

Phương trình cân bằng vật chất của hấp thụ SO2 bằng H2O được biểu diễn theo định
luật Henry:
P  H  x hoặc y* 

H
 m  x (1)
Pt

Trong đó:
y*: nồng độ phân mol của SO2 trong dòng khí ở điều kiện cân bằng
x: nồng độ phân mol khí hòa tan trong pha lỏng
P: áp suất riêng phần của cấu tử khí hòa tan khi cân bằng
Pt: áp suất tổng của hệ hấp thu.
y

Y
Y 1

x

X
X 1

Thay vào phương trình (1) ta được:
Suy ra Y* 

Y*
X
 m
1 Y *
1 X

mX
47.894X

1  1  m  X 1  1  47.894  X

Từ phương trình đường cân bằng ta có các số liệu đường cân bằng:
8|Page


HUỲNH THỊ NHƯ HẢO

GVHD: NGUYỄN TIẾN ĐẠT

X

0

0.00008 0.0001 0.00013 0.00015 0.00018 0.0002 0.00025

0.0003

Y*

0

0.0038 0.0048 0.0063

0.0146

0.0072

0.0087 0.0097 0.0121

Từ số liệu đường cân bằng ta vẽ đường cân bằng:

Đường cân bằng của dung dịch hấp thụ SO2 bằng nước
0.016
0.014
0.012
0.01
0.008
0.006
0.004

0.002
0
-0.002

0

0.00005

0.0001

0.00015

0.0002

0.00025

0.0003

0.00035

Nồng độ thể tích ban đầu của dòng khí
yđ  5%  0.05 kmol SO2/kmol pha khí

Nồng độ đầu của pha khí theo tỷ số mol
Yđ 

yđ
0.05

 0.0526 kmol SO2/kmol khí trơ

1  yđ 1  0.05

Ta có hiệu suất hấp thụ:  = 80%
Do đó: Yc  Yđ 1    0.0526 1  0.8  0.0105 kmol SO2/kmol khí trơ
Nồng độ thể tích cuối của dòng khí
yc 

Yc
0.0105

 0.0104  Kmol / Kmol 
1  Yc 1  0.0105

Nồng độ phần mol trung bình của SO2 trong pha khí

9|Page


HUỲNH THỊ NHƯ HẢO

GVHD: NGUYỄN TIẾN ĐẠT

y d  y c 0.05  0.0104

 2.6  10 4 (KmolSO2/Kmol không khí)
2
2

y tb 

Hấp thu SO2 bằng nước, chọn dung môi sạch khi vào tháp: Xđ = 0
Với Xđ là nồng độ đầu của pha lỏng, kmolSO2/kmolH2O
Lượng dung môi tối thiểu được sử dụng:

Lmin Yd  Yc

G tr X*  Xd
Giả sử điều kiện làm việc của tháp là T =300C =303K, P = 1atm = 760mmHg = 1.0326
at
Ta coi hỗn hợp khí là lý tưởng. Ta có lưu lượng hỗn khí vào tháp hấp thu:
G hh 

PV
1 3000

 120.74  kmol / h 
RT 0.082  303

Lưu lượng dòng khí trơ trong hỗn hợp:
G tr  G hh 1  yđ   120.74  1  0.05  114.71 Kmol / h 

2.1.

Thiết lập phương trình đường cân bằng

Theo định luật Henry ta có: ycb = mx

Ycb 

mX

1  1  m  X

Mà m 

H 0.0364  106

 47.89
Pt
760

H =0.031×106 mmHg là hằng số Henry của khí SO2 300C
Suy ra phương trình đường cân bằng hấp thụ khi SO2 trong nước là:

Ycb 

47.89X
1  1  47.89  X

10 | P a g e


HUỲNH THỊ NHƯ HẢO

GVHD: NGUYỄN TIẾN ĐẠT

Thiết lập phương trình đường làm việc

2.2.

Phương trình cân bằng vật liệu cho thiết bị:

G đ yđ  Lđ x đ  G c x c  Lc x c
G tr  Yđ  Yc   Ltr  Xc  Xđ 

Do Xđ = 0 nên phương trình trở thành:
G tr  Yđ  Yc   Ltr Xc

Ta có phương trình đường làm việc có dạng: Y 

L tr
XY
G tr

Giả thiết Xc= X* thì lượng dung môi tối thiểu cần để hấp thụ là: L tr min  L tr

Từ phương trình đường cân bằng Y* 

Suy ra X* 

Yđ  Yc
X*  X đ

mX
1  1  m  X

Y
m  1  m  Y

Yđ = 0.0526 (kmol SO2/kmol không khí)

X* 

Y
0.0526

 1.04  103  kmolSO 2 / kmolH 2O 
m  1  m  Y 47.89  1  47.89   0.0526

Ltr min  G tr

Yđ  Yc
0.0526  0.0105
 114.71
 4644  kmol / h 
*
X  Xđ
1.04 103  0

Lượng dung môi cần thiết để hấp thụ: Ltr = b×Ltrmin
Thông thường b = 1.2÷1.5. Chọn b = 1.2
Suy ra Ltr  1.2  Ltr min  1.2  4644  5572  kmol / h 
Phương trình đương làm việc:

11 | P a g e


HUỲNH THỊ NHƯ HẢO

Yđ 

GVHD: NGUYỄN TIẾN ĐẠT

5572
X c  0.0105  48.58X  0.0105
114.71

Khi Yđ = 0.0526 thì
Xc 

Yđ  0.0105 0.0526  0.0105

 8.67  10 4  kmolSO 2 / kmolH 2O 
48.58
48.58

Nồng độ phần mol cuối của hỗn hợp lỏng:

xc 

Xc
8.67  104

 8.67  104  kmolSO 2 / kmolH 2O 
4
1  X c 1  8.67  10

Nồng độ phần mol trung bình của SO2 trong pha lỏng

x đ  x c 0  8.67 104
x tb 


 4.34 104  kmolSO2 / kmolH 2O 
2
2
X

0

0.0002

0.0004

0.0006

0.0008

0.000867

Y

0.0105

0.020216

0.029932

0.03964

0.04936

0.05261

Ycb

0

0.00481

0.00967

0.01458

0.01953

0.02120

Đồ thị đường cân bằng và đường làm việc
0.06
0.05

Y

0.04
0.03
0.02
0.01
0
0

0.0001

0.0002

0.0003

0.0004

0.0005

0.0006

0.0007

0.0008

0.0009

0.001

X
Đường cân bằng

Đường làm việc

12 | P a g e


HUỲNH THỊ NHƯ HẢO

GVHD: NGUYỄN TIẾN ĐẠT

TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP

III.

3.1.

Tính khối lượng riêng
3.1.1. Đối với pha lỏng

Áp dụng công thức:

1

 xtb



a SO2

 SO



2

1  a SO2

H O
2

Trong đó:

 xtb : Khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp lỏng, kg/m3.
a SO2 : Phần khối lượng của SO2 trong pha lỏng

SO ,  H O : Khối lượng riêng của SO2 và H2O ở 300C, kg/m3.
2

2

• Tra bảng I.5 ở 300C có: H O = 995.68 (kg/m3)
2

• Tra bảng I.2 ở 250C có: SO (200C) = 1383 (kg/m3)
2

SO (400C) = 1327(kg/m3)
2

Dùng phương pháp nội suy thu được: SO (300C) = 1355 (kg/m3)
2

Tính a SO :
2

Áp dụng công thức aSO 
2

M SO .xtb
2

M SO2 .xtb  M H 2O (1  xtb )

Trong đó
a SO2 : Phần khối lượng trung bình của SO2 trong hỗn hợp.

xtb: Nồng độ phần mol trung bình của SO2 trong pha lỏng, (kmol SO2/kmol H2O)
xtb = 4.34×10-4 (kmol SO2/kmol H2O)

13 | P a g e


HUỲNH THỊ NHƯ HẢO

a SO 
2

MSO  x tb
2

MSO x tb  M H O 1  x tb 
2

2

GVHD: NGUYỄN TIẾN ĐẠT

64  4.34  104

 1.54  103

4
4
64  4.34  10  18  1  4.34  10 

Tính khối lượng phân tử của hỗn hợp lỏng Mx

M x  x tb  MSO  1  x tb   M H O  4.34 104  64  1  4.34 104  18  18.02
2

2

Làm tròn Mx =18
Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng

xtb 

a SO

2

SO

2

1
1

 996.1 kg / m3 
3
3

1  a SO
1.54  10
1  1.54 10


1355
995.68
H O
2

2

3.1.2. Đối với pha khí
Tính My
Áp dụng công thức: M y  y tb  MSO  1  y tb   M kk
2

Trong đó:
• My: Phân tử lượng trung bình của hỗn hợp khí, (kg/kmol)
•

M SO , M kk : Khối lượng phân tử của SO2 và không khí, (kg/kmol)
2

• ytb: Phần mol trung bình của SO2 trong hỗn hợp, (kmol SO2/kmol hỗn hợp khí)

M y  2.6  104  64  1  2.6  104   29  29.01
Khối lượng riêng trung bình của pha khí
 ytb

 y tb M SO  (1  y tb )M kk   273 2.6  104  64  1  2.6  10 4   29


 273  1.166  kg / m 3 
22.4  T
22.4  303
2

3.2.
Vytb =

Lượng khí trung bình đi trong tháp

Vd  Vc
(m3 / h)
2

Trong đó:
Vđ là lưu lượng hỗn hợp đầu ở điều kiện làm việc (m3/ h)
14 | P a g e


HUỲNH THỊ NHƯ HẢO

GVHD: NGUYỄN TIẾN ĐẠT

Vc: Lưu lượng khí thải đi ra khỏi tháp (m3/h): Vc  Vtr  (1  Yc )
Vtr 



G tr  M ytb
 ytb

Vc  Vtr  1  Y





114.71  29.01
 2854  m 3 / h 
1.166

 2854  1  0.0105   2884  m3 / h 

Suy ra Vytb = 2884 m3/h

3.3.

Lưu lượng dòng lỏng trung bình đi trong tháp

Vxtb: lưu lượng dòng lỏng trung bình.
Do lượng cấu tử hoà tan trong dung dịch nhỏ, xem quá trình hấp thu không làm thay
đổi đáng kể thể tích nên:
Vxtb  Vtr  L tr  M H O 
2

1
H O

2

Với  H O là khối lượng riêng của nước ở 300C.
2

 H O = 995 (kg/m3).
2

M H O : khối lượng phân tử của H2O, kg/kmol.
2

Ltr: lưu lượng nước, kmol/h.
Suy ra: Vxtb  5572  18 

3.4.

1
 100.8  m 3 / h 
995

Độ nhớt  x ,  y
3.4.1. Đối với pha lỏng

Áp dung công thức: lg  x  x tb lg SO  1  x tb  lg  H O
2

2

Trong đó:
SO ,  H O : độ nhớt của SO2 và H2O ở 300C, Ns/m2

2

2

15 | P a g e


HUỲNH THỊ NHƯ HẢO

GVHD: NGUYỄN TIẾN ĐẠT

Tra bảng I-101 sổ tay I: SO (300C)= 0,279.10-3 Ns/m2
2

Tra bảng I-102 sổ tay I:  H O (300C)= 0,8007.10-3Ns/m2
2

xtb: Nồng độ phần mol trung bình của SO2 trong pha lỏng, (kmol SO2/kmol H2O)
xtb = 4.34×10-4 (kmol SO2/kmol H2O)
Suy

ra

lg  x  4.34 104  lg  0.279 103   1 – 4.34 104   lg  0.8007.103   3.0967
→  x = 8,003×10-4 Ns/m2

3.4.2. Đối với pha khí
Áp dụng công thức:

My

y



y tb MSO
SO

2



1  y tb  M kk
 kk

2

Trong đó  y , SO ,  kk : độ nhớt trung bình của pha khí, của SO2 và của không khí ở
2

điều kiện làm việc 300C, Ns/m2
M y , MSO , M kk : khối lượng phân tử của pha khí, của SO2 và của không khí ở
2

điều kiện làm việc 300C và P=1atm
Tra đồ thị I-35 ta có: SO (300C) = 0.013×10-3, Ns/m2
2

 kk (300C) = 0.0185×10-3, Ns/m2
y 

y tb MSO
SO

2

3.5.

2

My
29.01

 1.85  105  Ns / m 2 
1  y tb  M kk 2.6  104  64 1  2.6  104   29



 kk
0.013  103
0.0185 10 3

Tính đường kính tháp

Đường kính tháp: D 

4  Vytb
 3600  tb



4  2884
 1.19  m 
 3600  0.7242

Chọn đường kính tháp D = 1.2 (m)
Công thức:
Kiểm tra:
16 | P a g e


HUỲNH THỊ NHƯ HẢO

+

GVHD: NGUYỄN TIẾN ĐẠT

dtd
1

D 50

Ta có d td 

4  Vd

d



4  0, 75

 0, 0154
195

d td 0.0154
1

 0.0128 
(thỏa mãn điều kiện)
D
1.2
50

3.6.

Tính vận tốc đảo pha

Các thông số vật lý
Tháp hấp thụ SO2 mang tính axit nên ta chọn đệm vòng Rasig đổ lộn xộn: đệm bằng sứ
kích thước 25×25×3.0
Thể tích tự do của đệm: Vđ = 0.75 m3/m3
Khối lượng riêng xốp của đệm: d= 195 m3/m3
g: gia tốc trọng trường, g=9,81m/s2
Lưu lượng khối lượng pha lỏng trung bình:
L tb 

Ld  Lc
,  kg / s 
2

Lc, Ld là lượng khối lượng dòng lỏng ra vào tháp,( kg/s)

L d  L tr  M x  5572  18 

1
 27.86  kg / s 
3600

Lc  L tr  M H O  L tr  Xc  MSO
2

Suy ra L tb 

2

5572 18  5572  8.67  104  64  0.8
 
 27.93  kg / s 
3600

L d  L c 27.68  27.93

 27.80  kg / s 
2
2

Lưu lượng khối lượng pha lỏng trung bình:
G tb 

Gd  Gc
,  kg / s 
2

17 | P a g e