Thiết kế tháp chóp hấp thụ khí NH3 bằng dung môi nước 20oC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

BÁO CÁO THỰC HÀNH

QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CƠ HỌC

Giảng viên hướng dẫn : ThS. Phạm Văn Hưng
Sinh viên thực hiện

: Liêu Thái Vân Nghi

Lớp

: DHHO12A

Khoá

: 2016 – 2020

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2019

16010421


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

BÁO CÁO THỰC HÀNH

QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CƠ HỌC

Giảng viên hướng dẫn : ThS. Phạm Văn Hưng
Sinh viên thực hiện

: Liêu Thái Vân Nghi

Lớp

: DHHO12A

Khoá

: 2016 – 2020

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2019

16010421


BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐHCN TP. HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
__________________

NHIỆM VỤ BÀI TẬP THIẾT KẾ THIẾT BỊ
KHOA: CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC
BỘ MÔN: MÁY & THIẾT BỊ
HỌ VÀ TÊN: LIÊU THÁI VÂN NGHI

DHHO12A

MSSV: 16010421

LỚP:

1. Tên đề tài: Thiết kế hệ thống tháp chóp hấp thụ khí NH 3 bằng dung môi là nước ở
20oC
2. Nhiệm vụ đề tài (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu)

 Số liệu ban đầu:
- Năng suất theo pha khí 3200m3/h
- Nồng độ đầu 12% theo thể tích, hiệu suất hấp thụ 92%
- Nồng độ cuối dung môi 1.2% theo khối lượng
- Áp suất làm việc 2atm, nhiệt độ làm việc 25oC
 Nội dung thực hiện:
- Tổng quan về chất bị hấp thụ
- Thiết kế quy trình hấp thụ
- Thuyết minh quy trình
- Tính toán cân bằng vật chất
- Tính toán thiết kế thiết bị hấp thụ
- Tính toán thiết bị phụ
- Bản vẽ A1 sơ đồ QTCN
- Bản vẽ A1 chi tiết thiết bị chính
3. Ngày giao nhiệm vụ đề tài: 29/09/2019
4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 21/11/2019
5. Họ và tên người hướng dẫn: Th.S Phạm Văn Hưng
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 21 tháng 11 năm 2019
TỔ TRƯỞNG BỘ MÔN

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

(Ký và ghi rõ họ tên)

(Ký và ghi rõ họ tên)


Trần Hoài Đức

Phạm Văn Hưng


NHẬN XÉT CỦA GIẢNG 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 21 tháng 11 năm 2019
GIÁO VIÊN HƯỚNG

DẪN
(Ký và ghi rõ họ tên)


NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN 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 21 tháng 11 năm 2019
GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
(Ký và ghi rõ họ tên)


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, em xin gởi lời cảm ơn đến Thầy Phạm Văn Hưng đã tạo điều
kiện cho em tiếp cận với các trang thiết bị máy móc. Qua đó, em được mở rộng
kiến thức của mình và có cơ sở để hoàn thành tốt bài báo cáo.
Đề tài của em là “Thiết kế hệ thống tháp chóp hấp thụ khí NH 3”, đây là một
đề tài mang tính ứng dụng rất cao khi nền công nghiệp ngày càng phát triển lớn
mạnh như hiện nay. Thông qua quá trình khảo sát, em nhận thấy nhu cầu xử lý
khí NH3 trong công nghiệp cũng như đời sống là rất cần thiết. Vì vậy, chúng ta
cần phải thiết kế và cải tiến hệ thống hấp thụ khí phù hợp và đạt hiệu suất cao.
Sau một thời gian tìm hiểu, nghiên cứu và sự giúp đỡ của Thầy, em đã hoàn
thành bài báo cáo này. Tuy nhiên, do vốn kiến thức và kỹ năng sử dụng phần
mềm autocad còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những sai sót. Em rất mong
nhận được sự góp ý từ Thầy để em có thể hiểu rõ vấn đề để hoàn thiện bài báo
cáo tốt hơn.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của Thầy
Phạm Văn Hưng cùng sự giải đáp thắc mắc của quý thầy cô trong khoa Công
nghệ Hóa Học trường đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh.
Em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC


DANH MỤC HÌNH ẢNH


DANH MỤC BẢNG BIỂU


11

LỜI MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển của nền kinh tế và hội nhập của Việt Nam trên thị
trường quốc tế. Cuộc cách mạng 4.0 chính là động lực thúc đẩy khoa học kỹ thuật
nói chung và các ngành công nghiệp nói riêng ngày càng phát triển, đáp ứng nhu
cầu ngày càng cao của con người về đời sống. Phù hợp, hiệu suất tốt nhưng vẫn
đảm bảo tính kinh tế và chất lượng, đã đặt ra những cơ hội cũng như thách thức
không hề nhỏ cho ngành thiết kế thiết bị và xử lý khí thải.
Trong đó, ô nhiễm NH3 trong môi trường khí là do khí đốt từ dầu mỏ và than
đá, sự bay hơi và tập trung NH 3 trong quá trình sử dụng, khói thải của phương tiện
giao thông, trong hơi xăng dầu từ các trạm. Việc sả thải các chất trong công nghiệp,
các thùng chứa NH3 sau khi sử dụng, sự rò rỉ xăng dầu từ các thùng chứa trong đất
đưa NH3 vào môi trường đất và nước. Người ta có thể kiểm soát được lượng NH 3 ở
những quá trình này bằng nhiều cách như: sử dụng tháp lọc khí ẩm, sử dụng phương
pháp nước ngưng để loại bỏ khí, khôi phục và tái chế những dòng thải.
Trong đồ án này, em xin trình bày phương pháp sử dụng tháp mâm chóp để
hấp thụ khí NH3.
Bài báo cáo gồm 6 phần:

Phần 1: Tổng quan
Phần 2: Quy trình công nghệ
Phần 3: Cân bằng vật chất
Phần 4: Cân bằng năng lượng
Phần 5: Tính toán thiệt bị chính
Phần 6: Tính toán thiết bị phụ
Em xin chân thành cảm ơn Thầy Phạm Văn Hưng, các thầy cô bộ môn Máy &
Thiết bị đã tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành tốt đồ
án môn học này.


12

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN

1.1 Cơ sở lý thuyết quá trình hấp thụ
1.1.1 Khái niệm
Hấp thụ là quá trình hấp thụ khí bằng chất lỏng, khí được hút gọi là chất bị hấp
phụ, chất lỏng để hút gọi là dung môi (hay chất hấp thụ), khí không bị hấp thụ gọi là
khí trơ.
1.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ
Quá trình hấp thụ phụ thuộc chủ yếu vào dung môi. Quá trình hấp thụ có hiệu
quả hay không là nhờ dung môi.
Ngoài ra cũng chịu ảnh hưởng từ các yếu tố khác như: nhiệt độ và áp suất, mà
chủ yếu ảnh hưởng lên trạng thái cân bằng và động lực của quá trình.
1.1.3 Lựa chọn dung môi
Quá trình hấp thụ phụ thuộc chủ yếu vào dung môi, do đó chọn dung môi theo
những tính chất sau đây:

−
−
−
−
−
−
−
−

Có tính chất hòa tan chọn lọc, nghĩa là chỉ hòa tan với một cấu tử, còn
những cấu tử khác không có khả năng hòa tan hoặc hòa tan rất ít.
Độ nhớt của dung môi phải bé, để giảm trở lực và tăng hệ số truyền khối.
Nhiệt dung bé, để tiết kiệm nhiệt năng khi hoàn nguyên dung môi.
Có nhiệt đọ sôi khác xa với nhiệt độ sôi của cấu tử hòa tan, để dễ dàng
phân riêng chúng qua chưng luyện.
Có nhiệt độ đóng rắn thấp, để tránh hiện tượng đóng rắn làm tắc thiết bị.
Không tạo thành kết tủa khi hòa tan, để tránh tắc thiết bị và dễ thu hồi.
Ít bay hơi, để tránh tổn thất.
Không độc và không ăn mòn thiết bị.

Tuy nhiên trong thực tế không có dung môi nào đạt được tất cả các tiêu chuẩn
đã nêu. Vì vậy, khi chọn dung môi ta phải dựa vào những điều kiện cụ thể sản xuất.
1.1.4 Ứng dụng
Trong công nghiệp hóa chất, thực phẩm, quá trình hấp thu được dùng để:
−
−
−
−

Thu hồi các cấu tử quý

Làm sạch khí
Tách hỗn hợp khí thành các cấu tử riêng biệt
Tác nhân ảnh hưởng

1.2 Tổng quan về ammoniac và cách xử lý


13
1.2.1 Khí ammoniac
1.2.1.1 Tính chất
Ở điều kiện tiêu chuẩn, nó là một chất khí độc, có mùi khai, tan nhiều trong
nước (ở điều kiện thường 1 lít nước hòa tan được 800 lít Amoniac) do hình thành
liên kết hidro với phân tử nước.
NH3 có độ phân cực lớn do phân tử NH 3 có cặp electron tự do và liên kết N –
H bị phân cực. Do đó NH3 là chất dễ hóa lỏng.
1.2.1.2 Ứng dụng
Ứng dụng chủ yếu của Amoniac là điều chế phân đạm, điều chế acid nitric, là
chất sinh hàn, sản xuất hidrazin N2H4 dùng làm nguyên liệu cho tên lửa. Ngoài ra,
dung dịch ammoniac còn được dùng làm chất tẩy rửa gia dụng.
1.2.1.3 Độc tính
‒
‒
‒
‒
‒
‒
‒
‒

Nếu hít nhiều Amoniac sẽ bị bỏng đường hô hấp (rát cổ họng).

Khí ammoniac gây ức chế thần kinh tạo nên cảm giác khó chịu cáu gắt.
Hô hấp: Ho, đau ngực, đau thắt ngực, khó thở, thở nhanh, thở khò khè.
Mắt, miệng, họng: Chảy nước mắt và đốt mắt, đau họng nặng.
Tim mạch: nhanh, mạch yếu, sốc.
Thần kinh: lẫn lộn, đi lại khó khăn, chóng mặt, thiếu sự phối hợp, bồn
chồn, ngẩn ngơ.
Da: môi xanh nhợt màu, bỏng nặng nếu tiếp xúc lâu.
Dạ dày và đường tiêu hóa: Đau dạ dày nghiêm trọng, nôn.

1.2.1.4 Cấp cứu và điều trị
Trong trường hợp hít phải NH3 cần đưa nạn nhân ra khỏi môi trường độc hại,
cho nằm nghỉ, thở oxi, điều trị triệu chứng, quan sát y học để phát hiện các biến đổi
về hô hấp.
Trường hợp bị ô nhiễm da cần nhanh chóng rửa sạch bằng nước hoặc dung
dịch có tác dụng trung hòa để bảo vệ da, điều trị triệu chứng.
Trường hợp bị ô nhiễm mắt phải khẩn trương rửa mắt thật kỹ.
1.2.1.5 Các vấn đề môi trường liên quan đến ammoniac
Trong quá trình nuôi tôm cá, các quá trình xử lý nước thải: nước thải, khí thải
và bùn do phân hữu cơ, xác động vật, vỏ tôm sau khi tiêu hóa thức ăn thì chúng
được thải ra trong điều kiện kỵ khí dưới sự tác dụng của vi khuẩn trong nước xuất
hiện H2S, NH3, CH4… các chất này rất độc cho ao nuôi và các động vật thủy sản.
Các trường học trước đây thường không quan tâm đến vấn đề vệ sinh môi
trường trong việc thiết kế và vận hành các nhà vệ sinh (ô nhiễm NH 3 trầm trọng)
gây ảnh hưởng đến sức khỏe và tâm sinh lý của học sinh.
Các vụ rò rĩ khí NH3 từ các nhà máy phân bón, sản xuất nước đá, đông lạnh…
cũng ảnh hưởng lớn đến sức khỏe công nhân và cộng đồng xung quanh.


14

1.3 Tổng quan về nước
Nước là một chất quan trọng trong ngành khoa học và trong đời sống. Nước
chiếm 70% diện tích trái đất nhưng chỉ có 0,3% tổng lượng nước trên trái đất có thể
khai thác dùng làm nước uống.
1.3.1 Tính chất vật lý của nước
Nước là chất lỏng, nước tinh khiết thì không màu, không mùi không vị. Nước
không có hình dạng nhất định, hình dạng của nước phụ thuộc vào vật thể chứa nó.
Nhiệt độ sôi của nước: 1000C, hóa rắn ở 00C, khi đun nóng đến 1000C nếu tiếp
tục cung cấp nhiệt lượng nước sẽ hóa hơi.
Nước có tính chất dẫn điện và dẫn nhiệt tốt.
1.3.2 Tính chất hóa học của nước
Công thức hóa học của nước: H2O (khối lượng phân tử: 18 đvC).
Nước là dung môi hòa tan hầu hết các chất (tác dụng với một số kim loại ở
nhiệt độ thường như Na,K….và tác dụng với các oxit axit, oxit bazo)
Ví dụ:
2H2O + 2Na → 2NaOH + H2↑
2H2O + 2K → 2KOH + H2
H2O + SO3 → H2SO4
1.3.3 Vì sao chọn nước là dung môi hấp thu
Chọn nước là dung môi hấp thu ammoniac vì:
−
−
−
−

Ammoniac tan nhiều trong nước.
Nước có độ nhớt động lực học thấp giảm trở lực do dung môi hấp thụ
gây ra.
Nước là dung môi rẻ tiền, dễ tìm nên lợi nhuận về kinh tế.
Không độc hại và ăn mòn thiết bị.

15

CHƯƠNG 2

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

7
6

TI
4
TC

5
FC

3

M
M

FI

FI
8

LT

TC

FC

M
LC
1

TT

M

2

FC

9

10

Hình2.1 Sơ đồ quy trình công nghệ

2.1 Thuyết minh quy trình công nghệ:


16

CHƯƠNG 3

CÂN BẰNG VẬT CHẤT

3.1 Xử lý số liệu ban đầu
‒
‒
‒

Năng suất theo pha khí 3200 m3/h.
Nồng độ đầu 12% theo thế tích.
Hiệu suất hấp thụ 92%.

Tỉ số mol của Amoniac trong hỗn hợp hơi đầu vào:
Yđ =

yđ
0.12
=
= 0.13636
1 − yđ 1 − 0.12

Tỉ số mol của Amoniac trong hỗn hợp hơi đầu ra:
YC = Yđ .(1 − η ) = 0.13636× (1 − 0.92) = 0.0109
Suất lượng mol hỗn hợp hơi ban đầu:
Gđ =

P.V
2 × 3200
=
= 261.908
R.T 0.082 × (273 + 25)
(kmol/h)

⇒ Gđ = Gđ .[ yđ .M NH 3 + (1 − yđ ).M kk ] = 261.908 × [0.12 × 17 + (1 − 0.12) × 29] = 7218.2

(kg/h)

Suất lượng mol cấu tử trơ trong pha hơi:
A=

Gkt
G .( Y − Y )
= tr đ c
Gđ − Gtr
Gđ − Gtr

⇔ 0.92 =

Gtr × (0.0799 − 0.00639)
7218.2 − Gtr

⇔ Gtr = 6684,12(kg / h)
⇒ Gtr =

yđ .M NH 3

Gtr
6684.12
=
= 242.53
+ (1 − yđ ).M kk 0.12 × 17 + (1 − 0.12) × 29

Theo định luật Henry:
Tra bảng, tại 25oC ta có:
0.00223 × 10 6
→m=

H 0.00223 ×106
=
= 1.467
P
1520

Vậy phương trình đường cân bằng của Amoniac tại 25oC là:
Y* =

mX
1.467 X
=
1 + (1 − m) 1 + 0.467 X

Phương trình cân bằng vật liệu trong tháp hấp thụ:

(kmol/h)


17
Ứng với nồng độ của chất bị hấp thụ trong dòng lỏng ra khỏi tháp lớn nhất (X c =
Xcmax) thì lượng dung môi sử dụng là nhỏ nhất.
Khi đó ta có:
Mặt khác: Xđ = 0 là nồng độ đầu của chất khí khi dòng lỏng vào
X C max = X cb =

Yđ
0.13636
=
= 0.089
m + (m − 1).Yđ 1.467 + (1.467 − 1) × 0.13636

Lượng dung môi tối thiểu cần thiết cho quá trình hấp thụ:
Yđ − Yc
0.13636 − 0.0109
= 241.53×
= 341.89
X C max − X đ
0.089 − 0
(kmol/h)

Ltr min = Gtr .

Chọn hệ số dư sử dụng dung môi là b = 1.2
Lượng dung môi thực tế cần sử dụng cho quá trình hấp thụ:
Ltr = b.Ltr min = 1.2 Ltr min = 1.2 × 341.89 = 410.26 (kmol/h)

Nồng độ chất bị hấp thu trong dòng dung môi ra khỏi tháp:
xc =

xc
M NH 3
xc
M NH 3

⇒ XC =

1.2%
17
=
= 0.02
1
.
2
%
(1 − 1.2%)
(1 − xc )
+
+
17
18
MH O
2

xc
0.02
=
= 0.0129
1 − xc 1 − 0.02

Phương trình đường làm việc của tháp hấp thụ khí Amoniac:
Y=

410.26
410.26

. X + 0.0109 −
.0 = 1.7 X + 0.0109
241.53
241.53

Lưu lượng hỗn hợp khí đi ra khỏi thiết bị:
Lưu lượng hỗn hợp lỏng đi ra khỏi thiết bị:

3.2 Xác định số mâm lý thuyết
Phương trình đường làm việc: Y = 1.7 X + 0.0109
Bảng 3.1 Số liệu đường làm việc

X

0.01

0.02

0.03

Y*

0.028 0.045 0.062 0.079 0.096 0.113 0.130 0.147 0.164 0.181

Phương trình đường cân bằng:

0.04

Y* =

0.05
1.467 X
1 + 0.467 X

0.06

0.07

0.08

0.09

0.1


18
Bảng 3.2 Số liệu đường cân bằng

X

0.01

0.02

Y*

0.015 0.03

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.1

0.046 0.062 0.078 0.096 0.113 0.13

0.15

0.17

Hình3.2 Mối quan hệ giữa phương trình làm việc và cân bằng

Số mâm lý thuyết: 6 mâm
Số mâm thực tế:
Dựa vào mối tương quan giữa hiệu suất Murphee và tổng hiệu suất mâm, ta có:
EM = 1 − e − a
a=

Với

11 .74h
6.05 0.68 0.33
(2.5 +
).µ L .s
b.P

Trong đó:
h: chiều cao chóp trên ống dẫn hơi = = 0.25 × d h = 0.25 × 0.1 = 0.025(m) (đường
kính ống dẫn hơi dh=0.1m)
μL: độ nhớt của pha lỏng = 0.2215cP
s: đường kính khe chóp = dch
d ch = d ch2 + (d h + 2δ ch ) 2 = 0.12 + (0.1 + 2 × 0.002) 2 = 0.144(m)

b: hệ số đường cân bằng nghịch đảo
YC* =

b=

1.467. X C
1.467 × 0.0129
=
= 0.03
1 + 0.467. X C 1 + 0.467 × 0.0129

ρ dd 1 + Yc*
1
996.16 1 + 0.03
1
.
.

=
×
×
= 19.04
M dd 1 + X c mYX .P 17.99 1 + 0.0129 1.467 × 2

Suy ra
a=

11 .74h
11 .74 × 0.025
=
= 11 .293
6.05 0.68 0.33
6.05
0.68
0.33
(2.5 +
).µ L .s
( 2.5 +
) × 0.2215 × 0.144
b.P
19.04 × 2

Vậy hiệu suất mâm chóp:
EM = 1 − e − a = 1 − e −11 .293 = 0.442

Vậy số mâm thực tế là
Nt =

N lth
6
=
= 14(mâm)
EM 0.442


19


20

CHƯƠNG 4

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

4.1 Tính toán thông số trung bình của pha hơi
Lưu lượng hỗn hợp hơi đi ra khỏi tháp:

Gtr .R.T 242.53× 0.082 × 298
=
= 2963.2( m3 / h)
P
2
Vc = Vtr .(1 + YC ) = 2963.2 × (1 + 0.00639) = 2982.17(m 3 / h)
V tr=

Lưu lượng hơi trung bình đi trong tháp:
Vtb =

Vđ + Vc 3200 + 2982.17
=
= 3091.1(m 3 / h)
2
2

Nồng độ phần mol trung bình NH3 trong pha lỏng
xtb =

xđ + xc 0.0127
=
= 6.35× 10 −3
2
2

Nồng độ phần mol trung bình của NH3 trong pha hơi
ytb =

yđ + yc 0.12 + 0.0109
=
= 0.065
2
2

Khối lượng phân tử 2 pha:
M x = xtb .M NH 3 + (1 − xtb ).M H 2O = 6.35×10 −3 ×17 + (1 − 6.35×10 −3 ) ×18 = 17.99
M y = ytb .M NH 3 + (1 − ytb ).M KK = 0.065 ×17 + (1 − 0.065) × 29 = 28.22

Sổ tay QTTB tập 1, giản đồ I.35 trang 118, ta có các giá trị độ nhớt:
0

o

‒ Độ nhớt của Amoniac ở 25 C:

25 C
µ NH
= 100.10 −7 ( Ns / m 2 )
3
0

o

‒ Độ nhớt của không khí ở 25 C:

25 C
µ NH
= 0.018 ×10 −3 ( Ns / m 2 )
3

Độ nhớt trung bình của pha hơi:
28.22 0.065 ×17 (1 − 0.065).29
=
+
µ ytb
100.10 −7
0.018 ×10 −3
⇔ µ ytb = 1.75 × 10 −5 ( Ns / m 2 )

Lưu lượng khối lượng pha hơi vào và ra tháp:

G yđ = Gtr .M y + Gtr .Yđ = 242.53× 28.22 + 242.53×17 × 0.13636 = 7406.41
G yc = Gtr .M y + Gtr .Yc = 242.53× 28.22 + 242.53×17 × 0.0109 = 6889.14

Lưu lượng khối lượng pha hơi trung bình:

(kg/h)

(kg/h)


21
G ytb =

G yđ + G yc 7406.41+ 6889.14
=
= 7147.77
2
2
(kg/h)

4.2 Tính toán thông số trung bình của pha lỏng
Độ nhớt trung bình của pha lỏng: Vì ta chọn dung môi là nước, NH 3 hòa tan
trong dung dịch không đáng kể, nên độ nhớt của pha lỏng xem như là độ nhớt của
nước.
Công thức IX.104a trang 183 QTTB tập 2:
Gọi a là phần khối lượng trung bình của NH3 trong hỗn hợp, ta có:
a=

M NH 3 .xtb
M NH 3 .xtb + M H 2O .(1 − xtb )

=

17 × 6.35×10 −3
= 0.009
17 × 6.35×10 −3 +18 × (1 − 6.35× 10 −3 )

Ta có:
ρ NH 3 = 904.5(kg / m 3 )
ρ H 2O = 997.08(kg / m 3 )

Khối lượng riêng trung bình của NH3 trong pha lỏng
1
a
1 − a 0.009 1 − 0.009
=
+
=
+
ρ xtb ρ NH 3 ρ H 2O 904.5 997.08
⇒ ρ xtb = 996.16(kg / m 3 )

Khối lượng riêng trung bình của NH3 trong pha hơi
ρ ytb =

M ytb .T0
22.4T

=

28.22 × 273
= 1.154( kg / m3 )
22.4 × (25 + 273)

Lưu lượng khối lượng pha lỏng vào và ra khỏi tháp:
L đ = Ltr .M H 2O = 410.26 ×18 = 7384.68

(kg/h)

L c = Ltr .M H 2O + Ltr .M NH 3 . X c = 410.26 ×18 + 410.26 × 17 × 0.0129 = 7474.65

Lưu lượng khối lượng pha lỏng trung bình trong tháp:
L tb =

L đ + L c 7384.68 + 7474.65
=
= 7429.66
2
2
(kg/h)

4.3 Đường kính tháp
Tốc độ dòng hơi trong tháp chóp:
wy = 8.5 × 10 −5.C.

Ta chọn hệ số sức căng bề mặt ϕ[б]=1

ρx − ρ y
ρy

(kg/h)


22
Dựa vào đồ thị IX.20 (Sổ tay quá trình thiết bị tập 2 trang 184) ta suy ra khoảng
cách giữa các đĩa hđ= 0.4m và C= 450
Suy ra tốc độ dòng hơi trong tháp chóp là:
wy = 8.5 × 10 −5.450.

996.16 − 1.154
= 1.123(m / s )
1.154

Đường kính tháp mâm chóp là:
4.Vtb
4 × 3091.1
=
= 0.986(m)
3600.π .wy
3600π × 1.123

D=

Để an toàn trong quá trình hoạt động ta chọn D= 1m

4.4 Chiều cao tháp
QTTB tập 2, IX.54 trang 169:
Trong đó:
Ntt: Số đĩa thực tế
: Chiều dày của mâm (m)

: Khoảng cách giữa các mâm (m)
Hcp = : khoảng cách cho phép giữa đỉnh và đáy của thiết bị
Chọn Hcp = h1+ h2+ h3= 1.5 m

h1: khoảng cách từ mép dưới nối nắp đến mâm đầu tiên = D = 1(m)
h3: khoảng cách từ mâm cuối cùng đến mép trên = 0.5D = 0.5 ×1 = 0.5(m)
Vì D = 1.000 (m), chọn H đ = 0.4m , chọn δ = 6mm
Chiều cao thân tháp:

H th = N t .( hđ + δ ) + H cp = 14 × (0.4 + 0.006) + 1.5 = 7.5( m)

Tra bảng XIII.10 (Sổ tay quáy trình thiết bị tập 2 trang 382) ta có chiều cao
nắp và đáy gờ như sau:
Bảng 4.3 Số liệu chiều cao nắp và đáy

Đường kính trong Dt

Chiều cao đáy ht

Chiều cao đáy có gờ h

1000mm

250mm

0.025mm

Tổng chiều cao toàn tháp:

H = H th + 2.( ht + h) = 7.5 + 2 × (0.25 + 0.025) = 7.775(m)

Để an toàn trong quá trình hoạt động ta chọn H= 7.8m

4.5 Tính toán chi tiết chóp tròn


23
Sổ tay QTTB tập 2 trang 238

Đường kính ống hơi của chóp: d h = 0.1m
Số chóp phân bố trên đĩa:
n = 0.1×

D2
12
=
0
.
1
×
= 10(chóp )
d h2
0.12

Chiều cao chóp phía trên ống dẫn hơi:

h = 0.25 × d h = 0.25 × 0.1 = 0.025m
Khoảng cách từ mặt đĩa đến chân chóp: S = 15mm
Chiều cao mực chất lỏng trên khe chóp: h1 = 35mm
h

Chọn chiều cao chóp: chóp
Tốc độ khí qua rãnh chóp:

= 150mm

Chiều cao khe chóp: b = 25mm
Số lượng khe hở của mỗi chóp:
Chọn khoảng cách giữa các khe là c = 4 (mm)
d h2
π
π

0.12
i = .( d ch − ) =
.( 0.144 −
) = 35(khe)
C
4b
0.004
4 × 0.025

Đường kính ống chảy chuyền:

Trong đó:
: Lưu lượng lỏng trung bình đi trong tháp, kg/h
Gxtb = Ltr .(1 + X tb ).M x = 410.26 × (1 +

0.0207
) ×17.99 = 7456.855

2
(kg/h)

z: số ống chảy chuyền, chọn z = 1
: tốc độ chất lỏng trong ống chảy chuyền, lấy
dc =

4.Gxtb
4 × 7456.855
=
= 0.115 (m)
3600.π .ρ x .wc .z
3600π × 996.16 ×1× 0.2

Khoảng cách từ đĩa đến chân ống chảy chuyền:

Sl = 0.25 × d c = 0.25 × 0.115 = 0.029(m)

Chiều cao ống chảy chuyền trên đĩa:

hc = (hl + S + b) − ∆h

Trong đó:
: chiều cao mực chất lỏng ở bên trên ống chảy chuyền
∆h = 3 (

V
7.5
)2 = (
) 2 = 0.021( m)

3600π × 1.85 × d c
3600π ×1.85 × 0.115

S: khoảng cách từ mặt đĩa đến chân chóp (m)
b: chiều cao khe chóp (m)
h1: chiều cao mực chất lỏng trên khe chóp (m)

V: thể tích chất lỏng chảy qua


24
V=

Gxtb 7456.855
=
= 7.5( m3 / h)
ρx
996.16

Vậy chiều cao ống chảy chuyền trên đĩa là:

hc = (hl + S + b) − ∆h = (35 + 15 + 25) − 21 = 59mm

Bước tối thiểu của chóp trên đĩa:
Trong đó:
Khoảng cách nhỏ nhất giữa các chóp: l2= 35mm
t min = d ch + 2.δ ch + l2 = 144 + 2 × 2 + 35 = 183mm
Khoảng cách từ tâm ống chảy chuyền đến tâm chóp gần nhất:
Với

ề dày ống chảy chuyền là: δ c = 2mm
hoảng cách nhỏ nhất giữa các chóp và ống chảy chuyền là: l1 = 75mm
t1 =

d c d ch
115 144
+
+ δ c + δ ch + l1 =
+
+ 2 + 2 + 75 = 208.5mm
2
2
2
2

Gọi f là tổng diện tích các chóp trên 1 đĩa
π .d ch2 π × 0.1442
S1chóp =

=

= 0.016(m 2 )

4
4
f = n.S1chop = 10 × 0.016 = 0.16(m 2 )

Diện tích các chóp trên tổng đĩa:
Gọi F là phần bề mặt có gắn chóp (nghĩa là trừ phần diện tích chứa ống chảy
chuyền), m2

12.π 0.115 2 π
2
F = S đ − S ch.chuyen =

4

−

4

= 0.76( m )

4.6 Trở lực của tháp
Trở lực của tháp chóp xác định theo công thức IX.135 trang 192 QTTB tập 2:
∆P = N t .∆Pd

Tổng trở lực của 1 đĩa:

∆Pd = ∆Pk + ∆Ps + ∆Pt

4.6.1 Trở lực đĩa khô
Sổ tay QTTB tập 2, IX.137 trang 192:
ρ y .wo2
∆Pk = ε .
2

Trong đó:
Hệ số trở lực chọn ε = 4.5
Khối lượng riêng của pha hơi , kg/m3
: tốc độ khí qua rãnh chóp, m/s

wo =

Vậy trở lực đĩa khô là:

wy
10

=

1.123
= 0.1123(m / s)
10


25
∆Pk = ε .

ρ y .wo2
1.154× 0.1123 2
= 4.5 ×
= 0.028( N / m 2 )
2
2

4.6.2 Trở lực của đĩa do sức căng bề mặt
Sổ tay QTTB tập 2, IX.138 trang 192:
∆Ps =

4σ
d tb

Trong đó:
Sức căng bề mặt của nước:

Đường kính trung bình của khe chóp khi mở hoàn toàn: d tb = 0.144m
ậy trở lực đĩa do sức căng bề mặt là:
4σ 4 × 7.2 ×10 −3
2
∆Ps =

d tb

=

0.144

= 2( N / m )

4.6.3 Trở lực thủy tĩnh
Sổ tay QTTB tập 2, IX.139 trang 194:
)
Trong đó:
Chiều cao của rãnh chóp hr (m)
3
Khối lượng riêng của bọt: ρb = 0.5ρ x = 0.5 × 996.16 = 498.08(kg / m )
Chiều cao lớp bọt trên đĩa hb (m)
Chiều cao lớp chất lỏng trên mâm:

Trong đó:
: khoảng cách từ mép dưới của chóp đến mép dưới của khe chóp, chọn

Sổ tay QTTB tập 2, IX.110 trang 185, chiều cao lớp bọt trên đĩa được xác định:
hb =

(hc + ∆h − hx ).( F − f ).ρ x + hx .ρ b . f + (hch − hx ). f .ρ b
F .ρ b

Với
f = 0.785 × d ch2 × z = 0.785 × 0.1442 ×1 = 0.016(m)

F = S đ − S ch =

12 π 0.115 2 π
−
= 0.76(m)
4
4

Vậy chiều cao lớp bọt trên đĩa là:
(0.059 + 0.02 − 0.0252)(0.76 − 0.016) × 996.16 + 0.0252 × 498.08 × 0.016 + (0.15 − 0.0252) × 0.016 × 498.08
0.76 × 498.08
= 0.108(m)
hb =

Vậy trở lực thủy tĩnh là:
∆Pt = ρ b .g .( hb −

hr
0.025
) = 498.08 × 9.81× (0.108 −
) = 466.63( N / m 2 )

2
2