Đồ án kỹ thuật thực phẩm hấp thu NH3 bằng tháp đệm

BỘ CÔNG THƯƠNG
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
------------------------------

BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT THỰC PHẨM

TÊN ĐỀ TÀI: “THIẾT KẾ THIẾT BỊ HẤP THU
KHÍ NH3 TRONG DÒNG KHÍ THẢI CỦA NHÀ
MÁY Ở ÁP SUẤT KHÍ QUYỂN BẰNG THIẾT BỊ
HẤP THU THÁP ĐỆM, NĂNG SUẤT 25OO M3
HỖN HỢP KHÍ THẢI/H”
GVHD:Nguyễn Hữu Quyền
SVTH:

Võ Thị Kim Linh

MSSV:

2005170426

SVTH:

Kiều Mai Thanh Tuyền

MSSV:

2005170207

Tp Hồ Chí Minh, Tháng 12 năm 2019

LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên cho em xin trân trọng gửi lời cảm ơn chân thành và sự kính trọng tới – Các
Thầy và Cô khoa Công nghệ thực phẩm, trường Đại học Công Nghiệp Thực Phẩm Thành
Phố Hồ Chí Minh, và đặc biệt là giáo viên hướng dẫn Thầy Nguyễn Hữu Quyền đã tận
tình hướng dẫn, chỉ bảo tụi em trong suốt quá trình thực hiện đồ án này.
Do kiến thức còn hạn hẹp nên không tránh khỏi những thiếu sót trong cách hiểu, lỗi
trình bày. Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và Ban lãnh đạo để
báo cáo đồ án đạt kết quả tốt hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng 12 năm 2019
Sinh viên thực hiện


Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm

GVHD: Nguyễn Hữu Quyền

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU.....................................................................................................................
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN............................................................................................1
1.1. Giới thiệu về khí thải NH3...........................................................................................1
1.1.1. Tính chất vật lý......................................................................................................1
1.1.2. Tính chất hóa học..................................................................................................1
1.1.3. Độc tính của amoniac............................................................................................2
1.1.4. Các vấn đề môi trường liên quan đến NH3.............................................................4
1.2. Giới thiệu về quá trình hấp thu.....................................................................................5
1.2.1. Khái niệm..............................................................................................................5
1.2.2. Cơ sở thiết bị.........................................................................................................6

1.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả hấp thu:.........................................................7
1.2.4. Ưu, nhược điểm của quá trình hấp thu...................................................................8
1.2.5. Cân bằng vật chất của quá trình hấp thu................................................................9
1.2.6. Các loại tháp hấp thu.............................................................................................9
1.3. Thiết Bị Hấp Thu Tháp Đệm......................................................................................18
1.3.1. Nguyên Lí Hoạt Động.........................................................................................18
1.3.2. Ưu, Nhược Điểm.................................................................................................18
1.3.3. Ứng Dụng............................................................................................................18
CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG HẤP THU NH3...................................................................20
2.1 Sơ đồ hệ thống............................................................................................................20
2.2 Thuyết minh sơ đồ......................................................................................................20
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ...................................................................21
3.1. Các thông số ban đầu.................................................................................................21
3.2. Cân bằng vật chất.......................................................................................................21


Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm

GVHD: Nguyễn Hữu Quyền

3.3 Các thông số dòng khí.................................................................................................22
3.4 Các thông số dòng lỏng:.............................................................................................25
3.5 Cân bằng nhiệt lượng..................................................................................................27
3.6 Tính lượng dung môi cần dùng...................................................................................29
3.7 Tính Thiết Bị Hấp Thu................................................................................................30
3.8 Tính Trở Lực Của Tháp..............................................................................................36
3.8.1. Tổn thất áp suất của đệm khô..............................................................................36
3.8.2 Tổn thất áp suất khi đệm ướt:...............................................................................37
CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ.............................................................................38
4.1 Tính vận tốc vào ống dẫn:...........................................................................................38

4.1.1 Vận tốc ống dẫn khí vào và ra:.............................................................................38
4.1.2 Vận tốc ống dẫn lỏng vào và ra:...........................................................................38
4.2 Tính chiều dày tháp:....................................................................................................39
4.3 Tính đáy và nắp:.......................................................................................................... 41
4.4 Bích ghép thân với đáy, nắp:.......................................................................................41
4.5 Bích ghép ống dẫn khí, ống dẫn lỏng với thân tháp:...................................................42
4.6 Tính lưới đỡ đệm và đĩa phân phối lỏng:....................................................................44
4.6.1 Đĩa phân phối lỏng:..............................................................................................44
4.6.2 Tính lưới đỡ đệm:.................................................................................................45
4.7 Tính chân đỡ và tai treo:.............................................................................................46
CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ PHỤ.......................................................48
5.1 Tính Chiều Cao Bồn Cao Vị.......................................................................................48
5.2 Tính Bơm.................................................................................................................... 50
5.3 Tính Quạt.................................................................................................................... 53
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN..............................................................................................55
6.1. Nhận xét về phương pháp hấp thu:............................................................................55
6.2. Nhận xét tháp hấp thu (tháp đệm):.............................................................................55


Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm

GVHD: Nguyễn Hữu Quyền

6.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả hấp thu:.............................................................56
TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................................57
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. 1:Nồng độ/ thời gian, tác hại của NH3 khi tiếp xúc...............................................3
Bảng 1. 2: Ảnh hưởng khi tiếp xúc với amoniac trong một vài phút..................................4
Bảng 3. 1: Số liệu đường cân bằng...................................................................................22
Bảng 3. 2: Bảng số liệu từ phương trình cân bằng & phương trình làm việc....................34

Bảng 4. 1: Bảng tra XIII.11-QTTB2.................................................................................41
Bảng 4. 2: Bảng tra XIII.27-QTTB2.................................................................................42
Bảng 4. 3: Bảng tra đường kích thước ống dẫn khí & lỏng...............................................44
Bảng 4. 4: Bảng tra XIII.35-QTTB2.................................................................................47
Bảng 4. 5: Bảng tra XIII.35-QTTB2.................................................................................47


Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm

GVHD: Nguyễn Hữu Quyền

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1-1: Thiết bị hấp thụ phun kiểu thùng rỗng..............................................................11
Hình 1-2: Thiết bị phun sương kiểu cơ khí.......................................................................12
Hình 1-3: Sơ đồ thiết bị hấp thụ tầng đệm và các loại vòng đệm......................................13
Hình 1-4: Tháp hấp thụ tầng đệm.....................................................................................14
Hình 1-5: Tháp màng dạng ống........................................................................................16
Hình 1-6: Tháp đĩa............................................................................................................17
Hình 3-1: Đường cân bằng................................................................................................22
Hình 3-2: Đường cân bằng và đường làm việc của quá trình hấp thụ NH3......................26
Hình 3-3: Số mâm lý thuyết của quá trình hấp thu............................................................35


Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm

GVHD: Nguyễn Hữu Quyền

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Sinh viên thực hiện
Võ Thị Kim Linh

MSSV: 2005170426

Lớp: 08DHTP1

Kiều Mai Thanh Tuyền

MSSV: 2005170207

Lớp: 08DHTP1

Nhận xét
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
Điểm bằng số :

Điểm bằng chữ :
TP. Hồ Chí Minh, ngày

tháng

năm 2019

Giáo viên hướng dẫn

(ký và ghi họ tên)


Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm

GVHD: Nguyễn Hữu Quyền

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Sinh viên thực hiện :
Võ Thị Kim Linh

MSSV: 2005170426

Lớp: 08DHTP1

Kiều Mai Thanh Tuyền

MSSV: 2005170207

Lớp: 08DHTP1

Nhận xét
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................

Điểm bằng số :

Điểm bằng chữ :
TP. Hồ Chí Minh, ngày

tháng

Giáo viên phản biện
(ký và ghi họ tên)

năm 2019


Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm

GVHD: Nguyễn Hữu Quyền

LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay, do sự phát triển của các ngành 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.
NH3 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 NH 3 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 . Vì vậy, đồ án môn học với nhiệm vụ thiết kế tháp đệm hấp thu NH 3 là một
trong những phương án góp phần vào việc xử lý khí thải ô nhiễm.
Nhóm em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Hữu Quyền, các thầy cô bộ môn đã
tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi để nhóm em có thể hoàn thành đồ án
môn học này. Tuy đã cố gắng hoàn thành tốt đồ án của mình nhưng chúng em vẫn còn
nhiều thiếu sót trong quá trình thực hiện, mong thầy thông cảm và chỉ bảo thêm.


Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm

GVHD: Nguyễn Hữu Quyền

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về khí thải NH3
Amoniac là một hợp chất vô cơ có công thức phân tử NH3.

1.1.1. Tính chất vật lý
- 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 hiđro với phân tử nước.
- Amoniac có khối lượng riêng D = 0,76 g/lít, hóa lỏng ở -34oC và hóa rắn ở -78oC.
- NH3 tan trong nước phát nhiều nhiệt và cho dung dịch có d<1 (dung dịch NH3
25% có d = 0,91g/cm3). Nếu đun nóng lên đến 100oC thì tất cả NH3 trong dung dịch bay
hơi hết.
- Amoniac có tác dụng kích thích làm chảy nước mắt, nhẹ hơn không khí. Nhiệt độ
tới hạn của amoniac rất cao 405,55oK nên amoniac dễ hóa lỏng. Amoniac hóa lỏng ở
239,75oK và hóa rắn ở 195oK. Amoniac lỏng không màu, ở gần nhiệt độ sôi có hằng số
điện môi = 22. Amoniac lỏng là dung môi rất tốt cho nhiều muối vô cơ. Các kim loại kiềm
và kiềm thổ hòa tan trong amoniac lỏng. Amoniac lỏng có enthapi bốc hơi lớn, vì vậy
được dùng để nạp các máy lạnh.

- Cặp electron hóa trị tự do và tính phân cực của liên kết N-H tạo nên liên kết hidro
giữa các phân tử NH3, vì vậy NH3 dễ bị nén, có nhiệt bay hơi cao và tan nhiều trong nước.
Ở nhiệt độ thường chỉ cần áp suất 67 atm là có thể hóa lỏng nó.
1.1.2. Tính chất hóa học
- Cũng do có cặp electron tự do và ít bền mà NH3 có hoạt tính hóa học cao. Nó có
thể cho ba loại phản ứng: phản ứng cộng, phản ứng khử và phản ứng thế, trong đó đặc
trưng hơn cả là phản ứng cộng.
- Amoniac bền ở nhiệt độ thường. Khi đun nóng có xúc tác amoniac tự phân hủy
theo chiều ngược lại của phương trình tổng hợp. Phản ứng ở trạng thái cân bằng xác định.
- Amoniac bị phân hủy khi chiếu xạ bằng tia tử ngoại.
1


Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm

GVHD: Nguyễn Hữu Quyền

- Amoniac phân huỷ ở nhiệt độ 600 – 700 0C và áp suất thường. Phản ứng phân huỷ
là phản ứng thu nhiệt và cũng là phản ứng thuận nghịch :
2 NH3

3 H 2 + N2

- Trong oxi nguyên chất, amoniac cháy với ngọn lửa vàng nhạt tạo thành N 2 và H2O.
Dưới áp suất lớn, hỗn hợp amoniac và oxi có thể nổ:
2NH3 + O2

 N2 + 3H2O

Ho= -768,6 KJ/mol

- Nếu có xúc tác là platin hay hợp kim platin- rodi ở 800-900 oC thì khí amoniac bị
O2 không khí oxi hóa thành nito oxit:
2NH3 + O2  2NO + 3H2O

Ho= -588 KJ/mol

- Khi amoniac và dung dịch cháy trong clo, brom tạo N2:
2NH3 + 3Cl2  N2 + 6HCl
- Amoniac cộng hợp được với rất nhiều chất: nước, axit, muối…Quan trọng nhất là
phản ứng cộng với nước:
NH3

+ HOH  NH4+ + OH-

- Ngay ở trạng thái khí, cũng cho phản ứng cộng với khí HCl tạo muối amoniclorua:
NH3

+HCl

NH4Cl

- NH3 bền ở nhiệt độ thường nhưng khi đun nóng lên 300oC nó bắt đầu phân hủy và
ở 600oC nó phân hủy hoàn toàn
2NH3  N2 + 3H2
- NH3 có tính ăn mòn các kim loại và hợp kim chứa đồng (Cu), kẽm (Zn), nhôm
(Al), vàng (Au), bạc (Ag), thủy ngân (Hg)… Vì vậy trong thực tế người ta khuyến cáo
không nên để hơi hoặc dung dịch amoniac tiếp xúc với các vật dụng có chứa các kim loại
hoặc hợp kim này. Khi NH 3 tiếp xúc lâu dài với một số kim loại (Au, Ag, Hg, Ge, Te,
Sb…) thì có thể tạo ra các hợp chất kiểu fuminat dể gây nổ nguy hiểm.

- Amoniac lỏng phá hủy các chất dẻo, cao su, gây phản ứng trùng hợp nổ của etylen
oxit.
1.1.3. Độc tính của amoniac
Ba dạng của amoniac:
- Khí amoniac (NH3)
2


Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm

GVHD: Nguyễn Hữu Quyền

- Khí amoniac hóa lỏng
- Dung dịch amonia (NH4OH)
a. Đối với động vật thủy sinh
NH3 được xem như là một trong những “kẻ giết hại” thế giới thủy sinh, sự nhiễm
độc NH3 thường xảy ra đối với những hồ nuôi mới hoặc những hồ nuôi cũ nhưng có mật
độ nuôi lớn.
b. Đối với người
- Hít phải: Amoniac có tính ăn mòn. Tiếp xúc với nồng độ cao amoniac trong không
khí gây bỏng niêm mạc mũi, cổ họng và đường hô hấp. Điều này có thể phá hủy đường
thở dẫn đến suy hô hấp. Hít nồng độ thấp hơn có thể gây ho và kích ứng mũi họng, kích
ứng mắt gây chảy nước mắt.
- Tiếp xúc trực tiếp: Nếu tiếp xúc với amoniac đậm đặc, da, mắt, họng, phổi có thể
bị bỏng rất nặng. Những vết bỏng có thể gây mù vĩnh viễn, bệnh phổi, hoặc tử vong.
- Nuốt phải: Vô tình ăn hoặc uống amoniac đậm đặc có thể bỏng ở miệng, cổ họng
và dạ dày, đau dạ dày nghiêm trọng, nôn.
- Không có bằng chứng cho thấy amoniac gây ung thư. Không có bằng chứng cho
thấy việc tiếp xúc với nồng độ amoniac tìm thấy trong môi trường gây ra dị tật bẩm sinh
hoặc các hiệu ứng phát triển khác.

Bảng 1. 1:Nồng độ/ thời gian, tác hại của NH3 khi tiếp xúc
Nồng độ/ thời gian
10.000 ppm
5.000 - 10.000 ppm

Tác hại
Gây chết người.
Viêm phế quản hóa chất, tích tụ chất dịch trong phổi, bỏng
hóa chất của da và có khả năng gây tử vong nhanh chóng.
700-1700 ppm
Ho, co thắt phế quản, đau ngực cùng với kích ứng mắt
nghiêm trọng và chảy nước mắt.
500 ppm trong 30 phút Kích ứng đường hô hấp, chảy nước mắt.
134 ppm trong 5 phút Kích ứng mắt, kích ứng mũi, ngứa họng, rát ngực.
140 ppm trong 2 giờ
Kích ứng nặng, cần phải rời khỏi khu vực tiếp xúc.
100 ppm trong 2 giờ
Khó chịu ở mắt và kích thích họng.
50-80 ppm trong 2 giờ Thay đổi ở mắt và kích thích họng
20-50 ppm
Khó chịu nhẹ.
Biểu hiện khi ngộ độc amoniac:
3


Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm

GVHD: Nguyễn Hữu Quyền

Ngộ độc xảy ra nếu hít, nuốt hoặc chạm vào các sản phẩm có chứa một lượng rất lớn

các amoniac.
- Hô hấp: Ho, đau ngực (nặng), đau thắt ngực, khó thở, thở nhanh, thở khò khè.
- Mắt, miệng, họng: Chảy nước mắt và đốt mắt, mù mắt, đau họng nặng, đau miệng,
môi sức.
- 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 lợt màu, bỏng nặng nếu tiếp xúc lâu.
- Dạ dày và đường tiêu hóa: Đau dạ dày nghiệm trọng, nôn.
Bảng 1. 2: Ảnh hưởng khi tiếp xúc với amoniac trong một vài phút
Ảnh hưởng khi tiếp xúc với amoniac trong một vài phút
Nồng độ (ppm)
Các triệu chứng
Hậu quả
Ít hơn 5000
Đau nhói ở mắt, miệng, Phục hồi mà không có
đau khi nuốt, khàn giọng, biến chứng ở phổi.
ho.
Sưng đỏ niêm mạc mắt,
môi, miệng, phù nề họng.
5000 – 10000
Các triệu chứng trên trầm Tử vong do tắc nghẽn
trọng hơn.
đường hô hấp.
Đau thắt ngực, khó nuốt,
ho có đờm lẫn máu, tăng
nhịp tim và hô hấp, sưng
mí mắt, rát màng nhầy.
Lớn hơn 10000
Tương tự như các triệu Tử vong.

chứng trên.
Sốc, bồn chồn, căng thẳng,
tím tái, khó thở.
1.1.4. Các vấn đề môi trường liên quan đến NH3
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, xác (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 sinh ra H 2S, NH3,
CH4… các chất này rất độc cho ao nuôi và các động vật thủy sinh.
4


Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm

GVHD: Nguyễn Hữu Quyền

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.
1.2. Giới thiệu về quá trình hấp thu
1.2.1. 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.
- Khí được hấp thụ gọi là chất bị hấp thụ ; chất lỏng dùng hút gọi là dung môi (chất
hất thụ), khí không bị hấp thụ gọi là khí trơ.
- Mục đích: hòa tan một hay nhiều cấu tử của hỗn hợp khí để tạo nên một dung dịch
các cấu tử trong chất lỏng . Các quá trình xảy ra do sự tiếp xúc pha giữa khí và lỏng . Quá
trình này cần sự truyền vật chất từ pha khí vào pha lỏng . Nếu quá trình xảy ra ngược lại,
nghĩa là cần sự truyền vật chất từ pha lỏng vào pha hơi, ta có quá trình nhả khí. Nguyên lý
của cả hai quá trình là giống nhau.
- Trong công nghiệp hóa chất , thực phẩm quá trình hấp thu dùng để:
+ Thu hồi các cấu tử quý trong pha khí.

+ Làm sạch pha khí.
+ Tách hỗn hợp tạo thành các cấu tử riêng biệt.
+ Tạo thành một dung dịch sản phẩm.
- Hấp thu bao gồm hấp thu vật lý và hấp thu hóa học:
+ Hấp thu vật lý: Về thực chất chỉ là sự hòa tan các chất bị hấp thụ vào trong dung
môi hấp thụ, chất khí hòa tan không tạo ra hợp chất hóa học với dung môi, nó chỉ thay đổi
trạng thái vật lý từ thể khí biến thành dung dịch lỏng (quá trình hòa tan đơn thuần của
chất khí trong chất lỏng)
+ Hấp thu hóa học: Trong quá trình này chất bị hấp thụ sẽ tham gia vào một số phản
ứng hóa học với dung môi hấp thụ. Chất khí độc hại sẽ biến đổi về bản chất hóa học và
trở thành chất khác.
- Cơ cấu của quá trình này có thể chia thành ba bước:
+ Khuếch tán các phân tử chất ô nhễm thể khí trong khối khí thải đến bề mặt của
chất lỏng hấp thụ.
+ Thâm nhập và hòa tan chất khí vào bề mặt của chất hấp thụ.
+ Khuếch tán chất khí đã hòa tan trên bề mặt ngăn cách vào sâu trong lòng khối chất
lỏng hấp thụ
5


Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm

GVHD: Nguyễn Hữu Quyền

- Quá trình hấp thụ mạnh hay yếu là tùy thuộc vào bản chất hóa học của dung môi
và các chất ô nhiễm trong khí thải. Như vậy để hấp thụ được một số chất nào đó ta phải
dựa vào độ hòa tan chọn lọc của chất khí trong dung môi để chọn lọc dung môi cho thích
hợp hoặc chọn dung dịch thích hợp (trong trường hợp hấp thụ hóa học). Quá trình hấp thụ
được thực hiện tốt hay xấu phần lớn là do tính chất dung môi quyết định.



Việc lựa chọn dung môi 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 không
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 thủy học càng nhỏ và có lợi cho quá
trình truyền 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 hòa tan để dễ tách các cấu tử ra
khỏi dung môi.
5. Nhiệt độ đóng rắn thấp để tránh tắc thiết bị và thu hồi các cấu tử hòa tan dễ dàng
hơn.
6. Ít bay hơi, rẻ tiền, dễ kiếm và không độc hại với người và không ăn mòn thiết bị.
1.2.2. Cơ sở thiết bị
1.2.2.1. Cơ sở vật lý của quá trình hấp thu
Hấp thu là quá trình quan trọng để xử lý khí và được ứng dụng trong rất nhều quá
trình khác. Hấp thu trên cơ sở của quá trình truyền khối, nghĩa là phân chia hai pha. Phụ
thuộc vào sự tương tác giữa chất hấp thu và chất bị háp thu trong pha khí.

6


Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm

GVHD: Nguyễn Hữu Quyền

1.2.2.2. Phương trình cân bằng vật chất của quá trình hấp thu

Phương trình cân bằng vật liệu có dạng:

GYYĐ + GXXĐ = GXXC + GYYC
Trong đó :
GX :Luợng khí trơ không đổi khi vận hành (kmol/ h)
GY: Lượng dung môi không đổi khi vận hành(kmol/ h)
YĐ , YC: Nồng độ đầu và cuối của pha khí (kmol/kmolkhí trơ)
XĐ , XC: Nồng độ cuối và đầu của pha lỏng (kmol/kmolkhí trơ)
X+: Nồng độ pha lỏng cân bằng với pha hơi (kmol/ kmol dung môi)
1.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả hấp thu:
a) Ảnh hưởng của nhiệt độ:
Khi các điều kiện khác không đổi mà nhiệt độ tháp tăng thì hệ số Henri sẽ tăng. Kết
quả là ảnh hưởng đường cân bằng dịch chuyển về phía trục tung. Nếu các đường làm việc
AB không đổi thì động lực trung bình sẽ giảm, số đĩa lý thuyết 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

7


Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm

GVHD: Nguyễn Hữu Quyền

cầu kỹ thuật. Nhưng nhiệt độ tăng cũng có lợi là làm cho độ nhớt cả hai pha khí và lỏng
giảm.

8


Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm

GVHD: Nguyễn Hữu Quyền

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 thì động lực trung bình sẽ tăng quá trình chuyển
khối tốt hơn và số đĩa lý thuyết sẽ giảm làm chiều cao của tháp sẽ 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 thu.
c) Các yếu tố khác:
Tính chất của dung môi, loại thiết bị và 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.
1.2.4. Ưu, nhược điểm của quá trình hấp thu


Ưu điểm:

Rẻ tiền, nhất là khi sử dụng H 2O làm dung môi hấp thụ, các khí độc hại như SO 2,
H2S, NH3, HF,… có thể được xử lý rất tốt với phương pháp này với dung môi nước và các
dung môi thích hợp.
Có thể sử dụng kết hợp khi cần rửa khí làm sạch bụi, khi trong khí thải có chứa cả
bụi lẫn các khí độc hại mà các chất khí có khả năng hòa tan tốt trong nước rửa.


Nhược điểm:

Hiệu suất làm sạch không cao, hệ số làm sạch giảm khi nhiệt độ dòng khí cao nên
không thể dùng xử lý các dòng khí thải có nhiệt độ cao, quá trình hấp thụ là quá trình tỏa
nhiệt nên khi thiết kế, xây dựng và vận hành hệ thống thiết bị hấp thụ xử lý khí thải nhiều
trường hợp ta phải lắp đặt thêm thiết bị trao đổi nhiệt trong tháp hấp thụ để làm nguội
thiết bị, tăng hiệu quả của quá trình xử lý. Như vậy, thiết bị sẽ trở nên cồng kềnh, vận

hành phức tạp.
Khi làm việc, hiện tượng “sặc” rất dễ xảy ra khi ta khống chế, điều chỉnh mật độ
tưới của pha lỏng không tốt, đặc biệt khi dòng khí thải có hàm lượng bụi lớn.
Việc lựa chọn dung môi thích hợp sẽ rất khó khăn, khi chất khí cần xử lý khôn có
khả năng hòa tan trong nước. Lựa chọn dung môi hữu cơ sẽ nãy sinh vấn đề: các dung
môi này có độc hại cho người sử dụng và môi trường hay không? Việc lựa chọn dung môi
thích hợp là bài toán hóc búa mang tính kinh tế và kỹ thuật, giá thành dung môi quyết
định lớn đến giá thành xử lý và hiệu quả xử lý.
9


Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm

GVHD: Nguyễn Hữu Quyền

Phải tái sinh dung môi (dòng chất thải thứ cấp) khi sử dụng dung môi đắt tiền. Chất
thải gây ô nhiễm nguồn nước hệ thống càng trở nên cồng kềnh phức tạp.
1.2.5. Cân bằng vật chất của quá trình hấp thu

Phương trình cân bằng vật liệu có dạng:
GYYĐ + GXXĐ = GXXC + GYYC
Trong đó :
GX :luợng khí trơ không đổi khi vận hành ( kmol/ h)
GY: lượng dung môi không đổi khi vận hành(kmol/ h)
YĐ , YC: nồng độ đầu và cuối của pha khí (kmol/kmolkhí trơ)
XĐ , XC: nồng độ cuối và đầu của pha lỏng (kmol/kmolkhí trơ)
1.2.6. Các loại tháp hấp thu
1.2.6.1. Tháp Mâm Chóp
Tháp đĩa chóp là tháp được ứng dụng nhiều nhất trong công nghiệp thực phẩm và
hóa chất. Bộ phận quan trọng nhất của tháp là đĩa chóp. Nếu căn cứ vào các cấu tạo của

đĩa chóp thì ta chia tháp đĩa chóp thành các loại: tháp chóp tròn, tháp chóp hình vuông,
tháp chóp hình chữ nhật, hình chữ S,…Số đĩa chóp trong tháp phụ thuộc vào quá trình
chuyền khối: nếu quá trình chuyển khối giữa hai pha tại mỗi đĩa đạt đến trạng thái cân
bằng thì gọi là đãi lý thuyết hay còn gọi là tầng tiếp xúc lý thuyết. Trong thực tế thì tại các
10


Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm

GVHD: Nguyễn Hữu Quyền

đĩa không bao giờ các pha đạt đến trạng thái cân bằng , sự sai khác đó được đánh giá bằng
hệ số hiệu dụng của đĩa. Trên mỗi đĩa có thể là một hay nhiều chóp. Loại đĩa một chóp
thường được áp dụng cho tháp có năng suất thấp đường kính tháp nhỏ.
Tháp làm việc theo nguyên tắc: pha lỏng từ thiết bị hồi lư chảy về đĩa chóp cao
nhất, sau đó theo bộ phận chảy chuyền lần lượt chảy qua các đĩa xuống đáy tháp. Pha lỏng
ở trên các đĩa luôn luôn ngập miệng các khe chóp. Pha hơi chuyển động từ đáy tháp lên
đỉnh tháp. Qua mỗi đĩa chóp, hơi phải vòng qua các miệng chóp, luồn qua khe chóp rồi
sục qua lớp chất lỏng quanh chóp. Chính vì vậy mà quá trình tiếp xúc pha xảy ra, các chất
có nhiệt độ bay hơi cao hơn thì ngưng tụ ở các tầng đĩa thấp hơn, chất bay hơi ở nhiệt độ
thấp nhất sẽ xông lên đến tận đỉnh tháp rồi đi vào thiết bị hồi lưu, thiết bị ngưng tụ. Chất
lấy ra từ đỉnh tháp gọi là sản phẩm đỉnh tháp, còn chất lỏng (dung dịch) lấy ra ở đáy tháp
gọi là sản phẩm đáy tháp. Hiệu suất của tháp phụ thuộc vào sự tiếp xúc pha khi hơi sục
qua các lớp chất lỏng ở các tầng đĩa. Chiều sâu của lớp chất lỏng trên mỗi đĩa được khống
chế nhờ bộ phận chảy chuyền. Để cho lớp chất lỏng đồng đều trên đĩa thì đĩa phải vuông
góc với trục tháp (vuông góc với lực hút của Trái Đất). Chóp phải lắp sao cho miệng của
nó không bị lệch về một phía, nếu là đĩa nhiều chóp thì tất cả các miệng chóp phải cùng
nằm trong một mặt phẳng song song với đĩa đỡ chóp. Có như vậy hơi mới xông đều
quanh các chóp. Vận tốc của hơi có ảnh hưởng lớn đến quá trình tiếp xúc pha. Xung
quanh chóp ta có thể chia ra ba vùng tiếp xúc pha. Thứ nhất là vùng chất lỏng quanh các

chóp mà hơi xuyên qua; vùng thứ hai là lớp bọt quanh chóp (bể mặt tiếp xúc lớn nhất);
vùng thứ ba là vùng hơi trên lớp bọt, ở vùng này bề mặt tiếp xúc pha chỉ là bề mặt của lớp
bọt trên cùng (giống như mặt thoáng của chất lỏng). Nếu vận tốc hơi quá lớn thì khi phun
qua khe chóp, hơi sẽ đẩy chất lỏng dạt ra, dẫn tới bề mặt tiếp xúc pha giảm hẳn. Hơi đi
qua được đĩa chóp là nhờ sự chênh lệch áp lực giữa phía dưới và phía trên của đĩa. Hiệu
áp suất ấy đúng bằng tổn thất áp lực khi hơi đi qua đĩa chóp. Áp lực ở đáy tháp là lớn
nhất.
1.2.6.2. Tháp Phun
Thiết bị hấp thụ loại phun là loại thiết bị hấp thụ đơn giản. Trong tháp phun, chất
lỏng được phun thành bụi mù (sương) từ phía trên xuống, khí thường đi từ dưới lên nhằm
làm tăng diện tích tiếp xúc và để nồng độ thực tế của chất cần hấp thụ trong pha khí giảm
dần theo chiều từ dưới đi lên và nồng độ chất bị hấp thụ trong pha lỏng được tăng dần
theo chiều từ trên đi xuống. Quá trình này rất có lợi cho việc tăng hiệu quả xử lý.
Tháp hấp thụ phun có thể chia ra làm ba kiểu khác nhau: (1) thiết bị hấp thụ phun
kiểu thùng rỗng, (2) thiết bị hấp thụ phun thuận dòng tốc độ cao và (3) thiết bị hấp thụ
phun sương kiểu cơ khí.

11


Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm



GVHD: Nguyễn Hữu Quyền

Đối với kiểu thùng rỗng

Hình 1-1: Thiết bị hấp thụ phun kiểu thùng rỗng
Thiết bị hấp thụ kiểu thùng rỗng có vòi phun sương thường được đặt ở phía trên

phun xuống. Trong trường hợp tháp hấp thụ có chiều cao lớn, người ta thường đặt các vòi
phun chia ra ở các tầng khác nhau.
Thiết bị hấp thụ thùng rỗng có ưu điểm là đơn giản, đầu tư thấp, lực cản thủy động
nhỏ và có thể sử dụng đối với khí thải có độ nhiễm bẩn cao; chất lỏng dùng để hấp thụ có
thể quay vòng cho tới khi hấp thụ no mới thải cho nên tiết kiệm được chất hấp thụ.
Nhược điểm của thiết bị thùng rỗng là khí thường phân bố không đều trong toàn bộ
tháp dẫn dấn làm giảm hiệu suất xử lý. Tuy nhiên để khí phân bố đều người ta đã tạo ra
các bộ phận phân phối khí như phân phối khí qua miệng thắt, phân phối khí thông qua
màng phán phối xốp hay phân phối khí theo dòng xoáy kiểu cyclon...
Thêm nữa, đo loại thiết bị kiểu này hiệu quả xử lý không cao vì hệ số chuyển khối
thấp, nên tốc độ dòng khí không được quá lớn (phải nhỏ hơn 1 m/s) để tránh hiện tượng
chất lỏng bị cuốn theo khí ra ngoài.

12


Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm



GVHD: Nguyễn Hữu Quyền

Thiết bị phun thuận dòng tốc độ cao

Thiết bị kiểu này phù hợp với dòng khí thải có vận tốc lớn (khoảng từ 20 - 30 m/s).
Cho nên, khi vận hành chất lỏng thường bị cuốn theo cùng dòng khí, sau đó được tách ra
bởi một thiết bị kèm theo. Thiết bị phun thuận dòng tốc độ cao có dạng như kiểu thiết bị
Venturi (giống như trong xử lý bụi).
Khí thải với tốc độ cao đi qua ống thắt, cuốn theo chất lỏng từ cửa chờ dưới dạng
bụi sương và cùng đi vào vùng khuếch tán rồi tới bộ phận tách chất lỏng. Trong vùng

khuếch tán, động năng của dòng khí chuyển thành áp lực với mức hao hụt là cực tiểu.
Thiết bị phun thuận dòng tốc độ cao được sử dụng khá phổ biến trong xử lý khí thải.


Thiết bị phun sương kiểu cơ khí

Hình 1-2: Thiết bị phun sương kiểu cơ khí

13


Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm

GVHD: Nguyễn Hữu Quyền

Ít được sử dụng, nó chỉ phù hợp trong những trường hợp đặc biệt. Tóm lại, các loại
thiết bị dùng trong hấp thụ rất hay được sử dụng trong công nghiệp bởi khả năng loại bỏ
đồng thời cả bụi và khí cũng như khả năng làm sạch triệt để bụi của nó. Tuy nhiên, tuỳ
trường hợp cụ thể, tuỳ lưu lượng, nồng độ và cường độ bụi khí thải mà chúng ta sẽ tìm
chọn phương pháp phù hợp.
1.2.6.3. Tháp Đệm
- Cấu tạo gồm: Thân tháp rỗng bên trong đổ đầy đệm làm từ vật liệu khác nhau ( gỗ
nhựa, kim loại, gôm, …) với những hình dạng khá nhau ( trụ, cầu, tấm, yên ngựa, lò xo
…), lưới đỡ đệm, ống dẫn khí và lỏng ra vào.

Hình 1-4:
1. 1:Tháp
Tháp hấp thụ tầng đệm

Hình

1-3:
Sơ nhất.
đồ thiết
bị hấp
thụngười
tầng đệm
và cácnhồi
loại các
vòngvật
đệm
Được dùng
phổ
biến
Trong
tháp,
ta thường
thể lồng cồng
như ốc, sành sứ, lò so kim loại. vụn than cốc... để làm tăng diện tích tiếp xúc hai pha. Khi
vận hành, khí thải được đi từ dưới lên trên còn chất lỏng thì đi từ trên xuống dưới. Lưu
lượng của hai pha luôn được tính toán trước để thiết bị đạt hiệu quả cao nhất.
14


Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm

GVHD: Nguyễn Hữu Quyền

Khi chất lỏng chảy trên bề mặt các vật thể đệm, về cơ bản chúng có đặc trưng của
màng chất lỏng. Tuy nhiên về bản chất của quá trình vận hành, giữa thiết bị hấp thụ màng
và thiết bị hấp thụ đệm có sự khác nhau.

Ở thiết bị hấp thụ màng, màng chất lỏng chuyển động liên tục theo chiều cao của
tháp hấp thụ; còn trong thiết bị hấp thụ đệm thì khi màng chất lỏng chuyển động từ đơn
nguyên của vật đệm này sang đơn nguyên của vật đệm khác thì màng cũ bị phá vỡ và
màng mới được hình thành. Quá trình này được lặp đi lặp lại trong suốt chiều dài của
tháp. Việc phá vỡ là do sự chuyển động ngược chiều của dòng khí.
Do vậy mà tháp đệm phần nào còn mang tính chất như một tháp hấp thụ sủi bọt. Sự
chuyển động thuận dòng trong tháp đệm đôi khi cũng được sử dụng. Đó là những trường
hợp khi tốc độ khí thải khá lớn (khoảng 10 m/s), không hoặc khó thực hiện được đối với
kiểu ngược dòng. Sự bố trí thuận dòng sẽ làm tăng quá trình trao đổi chất, giảm trở lực
thủy động và giảm kích thước của thiết bị.
Trong trường hợp sự hấp thụ đi kèm với các phản ứng thủy phân hoặc tạo kết tủa thì
người ta thường dùng loại tháp hấp thụ đệm nổi. Các lớp đệm nổi (những mảnh bọt xốp
polyme hay các quả cầu rỗng làm bằng chất dẻo) được "treo" lơ lửng bởi dòng khí trong
tháp và bởi các tấm lưới đỡ. Giữa các lớp đệm là những khoảng trống để đảm bảo cho các
kết tủa không làm tắc nghẽn sự lưu thông của dòng khí qua các lớp đệm.
Tất nhiên ở đây chất hấp thụ lỏng cũng được chuyển động từ trên đi xuống. Các
nghiên cứu thủy động học và chuyển khối trong các thiết bị hấp thụ đệm nổi cho thấy,
tháp hấp thụ kiểu này có thể làm việc với tốc độ dòng khí lớn mà không bị tắc nghẽn.
Nhược điểm của tháp hấp thụ đệm nổi là khó thoát nhiệt trong quá trình hấp thụ. Muốn
tách nhiệt, người ta thường phải sử dụng làm lạnh tuần hoàn.
Trong công nghiệp sản xuất axit phophoric từ quặng người ta đã sử dụng kiểu tháp
hấp thụ đệm nổi để hấp thụ khí SiF 4 hay SiCl4 vào nước vì chúng tạo thành axit silisic
không tan trong nước hay dùng huyền phù vôi để hấp thụ các khí như CO 2, SO2 . Tháp
hấp thụ sủi bọt (giống như tháp sủi bọt trong xử lý bụi)
Thường được sử dụng trong trường hợp tải lượng cao, áp suất khí phải lớn và quá
trình hấp thụ có sự toả nhiệt, cần được làm lạnh. Các kiểu tháp hấp thụ sủi bọt chính gồm
(l) sủi bọt qua lưới (hay vật xốp), (2) sủi bọt qua các đĩa chụp xen kẽ và (3) trộn cơ học
khí và chất lỏng. Hấp thụ kiểu sủi bọt có nhược điểm lớn nhất là luôn có lớp bọt chiếm
thể tích khá lớn trong thiết bị.
Việc chuyển động của chất lỏng gặp phải trở lực lớn. Các nhà thiết kế đã có nhiều

công trình làm giảm bớt những nhược điểm trên để có thể sử dụng kiểu hấp thụ này trong
công nghiệp vì nó có hệ số chuyển khối rất cao. Chiều cao lớp chất lỏng tăng sẽ làm tăng
15


Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm

GVHD: Nguyễn Hữu Quyền

khả năng hấp thụ song đồng thời cũng tăng trở lực của thiết bị. Vì vậy, thông thường
người ta không tăng lớp chất lỏng quá 50 mm.
Để phân phối đều chất lỏng lên khối đệm chứa trong tháp, người ta dùng bộ phận
phân phối dạng: Lưới phân phối ( lỏng đi trong ống – khí ngoài ống; lỏng và khí trong
cùng ống); màng phân phối, vòi phun hoa sen (dạng trụ , bán cầu, khe …); bánh xe quay
(ống có lỗ, phun quay, ổ đỡ …).
Các phần tử đệm được đặc trưng bằng dường kính d, chiều cao h , bề dày δ. Khối
đệm được đặc trưng bằng các kích thước: bề mặt riêng a , thể tích tự do, đường kính
tương đương, tiết diện tự do S.
Khi chọn đệm cần lưu ý : Thấm ướt tốt chất lỏng; trở lực nhỏ ,thể tích tự do và tiết
diện ngang lớn; có thể làm việc với tải trọng lớn của lỏng và khí, khối lượng riêng nhỏ;
phân phối đều chất lỏng; có tính chịu ăn mòn cao; rẻ tiền; dễ kiếm…
1.2.6.4. Tháp Màng
Bề mặt tiếp xúc pha là bề mặt chất lỏng chảy thành màng theo bề mặt vật rắn thường
là thẳng đứng. Bề mặt vật rắn có thể là ống , tấm song song hoặc đệm tấm.
a) Tháp màng dạng ống:
Có cấu tạo tương tự thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm gồm có ống tạo màng
được giữ bằng hai vĩ ống ở hai đầu khoảng không giữa ống và vỏ thiết bị tách khi cần
thiết. Chất lỏng chảy thành màng theo thành ống từ trên xuống, chất khí (hơi) đi theo
khoảng không gian trong màng chất lỏng từ dưới lên.

16