Hấp thụ NH
3
bằng H
2
O GVHD:Th.S Nguyễn Ngọc Hiểu
LỜI MỞ ĐẦU
Ô nhiễm không khí từ các ngành sản xuất công nghiệp ở nước ta, trong
những năm gần đây 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.
Bên cạnh đó vấn đề này còn khá mới mẻ đối với mà chúng ta chưa thấy
hết mối nguy hiểm của nó, như vậy chúng ta cần một công nghệ hợp lý và an
toàn để giải quyết vấn đề hiện nay. Vì vậy đồ án môn học kỹ thuật xử lý chất
thải với nhiệm vụ thiết kế tháp hấp thụ khí NH
3
bằng H
2
O là một vấn đề cần làm
vào lúc này để giúp giảm ô nhiễm môi trường từ các dòng khí thải.
Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và chỉ dẫn nhiệt tình
của Thầy Trưởng khoa, các Thầy cô bộ môn và các bạn sinh viên giúp nhóm
chúng em hoàn thành đồ án này.
Nhóm thực hiện.
Nhóm: 3 Trang 1
Hấp thụ NH
3
bằng H
2
O GVHD:Th.S Nguyễn Ngọc Hiểu
CHƯƠNG I:
TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ
LÝ

1.Khái niệm:
1.1 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 lýcủa 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 hổn hợp tạo thành các cấu tử riêng biệt .
• Tạo thành một dung dịch sản phẩm.
- Hấp thu bao gồm quá trình hấp thu vạt lý và hấp thu hóa học.
• Hấp thu vật lý: dựa trên cơ sở hòa tan của cấu tử pha khí trong pha
lỏng.
• Hấp thu hóa học : giữa hổn hợp khí và dung môi có xảy ra phản ứng
hóa học.
1.2. Quá trình khí với mục đích là tách các cấu tử hổn hợp khí thì khi
đó lựa chọn dung môi tốt là phụ thuộc và các yếu tố sau :
Nhóm: 3 Trang 2
Hấp thụ NH
3
bằng H
2
O GVHD:Th.S Nguyễn Ngọc Hiểu
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 thuỷ học càng nhỏ và và có lợi
cho quá trình chuyển khối.
3) Nhiệt dung riêng bé sẽ tốn ít nhiệt khi hoàn nguyên dung môi.
4) Nhiệt độ sôi khác xa với nhiệt dộ sôi của chất hoà tan để dể 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.
2. Cơ sở lý thuyết :
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
nhiều 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 hấp thu
trong pha khí.
2.2. Các quá trình cơ bản của quá trình hấp thu :
2 2.1. Phương trình cân bằng vật chất
Phương trình cân bằng vật liệu có dạng:
G
Y
Y
Đ
+ G
X
X
Đ
= G
X

X
C
+ G
Y
Y
C
Trong đó :
G
X
:luợng khí trơ không đổi khi vận hành ( kmol/ h)
G
Y
: lượng dung môi không đổi khi vận hành (kmol/ h)
Y
Đ
, Y
C
: nồng độ đầu và cuối của pha khí
(kmol/kmolkhí trơ)
X
Đ
, X
C
: nồng độ cuối và đầu của pha lỏng
(kmol/kmolkhí trơ)
Nhóm: 3 Trang 3
Hấp thụ NH
3
bằng H
2

O GVHD:Th.S Nguyễn Ngọc Hiểu
X
+
: nồng độ pha lỏng cân bằng với pha hơi
(kmol/ kmoldung môi)
Lượng dung môi tối thiểu: L
min
+
−
=
X
YY
G
L
cd
min
Theo thực nghiệm ta thấy: L

= (1.2÷1.3)L
min
2.2.2 Phương trình cân bằng nhiệt lượng :
Phương trình cân bằng nhiệt lượng ta có :
G
đ
I
đ
+ L
đ
C
đ

T
đ
+ Q
đ
= G
c
I
c
+ L
c
C
c
T
c
+Q
c
Trong đó :
G
đ
, G
c
: hỗn hợp khí đầu và cuối (kg/h)
L
đ
, L
c
: lượng dung dịch đầu và cuối (kg/h)
T
đ
, T

c
:nhiệt độ khí ban đầu và cuối (
o
C)
Nhóm: 3 Trang 4
Y
G
x
Y
c
X
ñ
Y
Y
ñ
AY
X
B
Y
c
X
c
Y
ñ
XX
cbñ
X
c
X
ñ

G
y
Hấp thụ NH
3
bằng H
2
O GVHD:Th.S Nguyễn Ngọc Hiểu
I
đ
, I
c
: entanpi hỗn hợp khí ban đầu và cuối(kJ)
Q
o
: nhiêt mất mát (kJ/h)
Q
s
:nhiệt phát sinh do hấp thu khí(kJ/h)
2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả hấp thu:
2.3.1 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 đừơng làm việc AB không đổi thì động lực trung bình sẽ giảm, số đĩa lý
thuyêt sẽ tăng và chiều cao của thiết bị sẽ tăng. Thậm chí có khi tháp không làm
việc được vì nhiệt độ tăng quá so với yêu cầu kỹ thuật. Nhưng nhiệt độ tăng
cũng có lợi là làm cho độ nhớt cả hai pha khí và lỏng tăng .
2.3.2 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 sẽ 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
thụ .
2.3.3 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.
2.4. Tính chất của NH
3
:
Amoniac là chất khí không màu, có mùi kích thích (mùi khai). Khi tăng áp
suất hay làm lạnh đến –33.6
o
C nó hoá lỏng và đến – 77.8
o
C nó hoá rắn. Dưới áp
Nhóm: 3 Trang 5
Hấp thụ NH
3
bằng H
2
O GVHD:Th.S Nguyễn Ngọc Hiểu
suất cao NH
3
dễ dàng hoá lỏng ở nhiệt độ thường. Một thể tích nước có thể hoà
tan 700 thể tích NH
3
Dung dịch đặc chứa 25% NH

3
có khối lượng riêng 0.91g/cm
3
. Dung dịch
NH
3
trong nước được gọi là nước amoniac hay dung dịch amoniac, khi hoà tan
NH
3
vào nước thì tạo thành amonihydroxyt.
NH
3
+ H
2
O NH
4
OH NH
4
+
+ OH
–
Khi đun nóng độ tan của amoniac giảm rất nhanh và nó thoát ra khỏi dung
dịch.
Trong phòng thí nghiệm amoniac được điều chế bằng cách cho muối tác
dụng với kiềm khi đun nóng.
NH
4
Cl + NaOH = NaCl + NH
3
+ H

2
O
Trong công nghiệp amoniac được điều chế bằng cách tổng từ nitơ và hydro:
N
2
+ 3H
2
2 NH
3
Chất xúc tác phản ứng hay dùng là sắt có lẫn nhôm oxyt và kalioxyt. Quá
trình xảy ra ở nhiệt độ 500 – 550
o
C và áp suất 200 – 800 atm, trong một số thiết
bị có thể đưa áp suất lên đến 1000 atm.
Amoniac còn là sản phẩm phụ khi cốc hoá than.
Lượng lớn amoniac điều chế trong công nghiệp được dùng để sản suất acid
nitric và phân đạm. Amoniac còn được dùng là tác nhân làm lạnh trong máy
lạnh, dùng trong phòng thí nghiệm và trong y học.
2.5. Thiết bị hấp thụ :
Thiết bị được sử dụng để tiến hành quá trình hấp thu được gọi là thiết bị
hấp thu hoặc cột hấp thu được gọi là thiếtbị hấp thu hoặc cột hấp thu, tháp hấp
thu. Thiết bị hấp thu có thể làm việc gián đoạn hoặc liên tục và được chia thành
4 nhóm sau:
• Thiết bị hấp thụ bề mặt : được dùng khi hấp thu một lương nhỏ co tính
hòa tan tốt.
Nhóm: 3 Trang 6
Nhiệt phân
Hấp thụ NH
3
bằng H

2
O GVHD:Th.S Nguyễn Ngọc Hiểu
• Thiết bị hấp thu loại đệm : được sử dụng phổ biến nhất khi khi chất
lỏng và chất khí tinh khiết và có mât độ phun lớn.
• Thiết bị hấp thu loại sủi bọt : đựoc dùng khi tháp có năng suất cao và
cần thoát ra một luợng nhệt lớn.
• Thiết bị hấp thu loại phun: thành tia và thiết bị hấp thu cơ khí.
Nhóm: 3 Trang 7
Hấp thụ NH
3
bằng H
2
O GVHD:Th.S Nguyễn Ngọc Hiểu
CHƯƠNG II: QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ

Thiết minh quy trình công nghệ:
Khí cần được xử lý được lấy từ các nhà máy sản xuất phân bón, sản xuất
phân Urê, sẽ được thu lại rồi sau đó dùng quạt thổi khí vào tháp hấp thụ (tháp
mâm xuyên lỗ). Dung dịch dùng hấp thụ là nước. Tháp hấp thụ làm việc nghịch
chiều: nước được bơm lên dồn cao vị mục đích là để ổn định lưu lượng, từ đó
cho vào tháp từ trên đi xuống, hỗn hợp khí được thổi từ dưới lên và quá trình
hấp thụ xảy ra. Hấp thụ xảy ra trong đoạn tháp có bố trí các mâm. Hỗn hợp khí
trơ đi ra ở đỉnh tháp sẽ được cho đi qua ống khói để phát tán khí ra ngoài không
gây ảnh hưởng đến công nhân. Dung dịch sau hấp thụ ở đáy tháp được cho ra
bồn chứa. Tại đây, dung dịch lỏng này sẽ được xử lỳ để sao cho nồng độ của
nước thải đạt được nồng độ cho phép để có thể thải ra môi trường. Nếu trong
khu công nghiệp thì xử lý sao cho nước thải đạt tiêu chuẩn loại B (1mg/l) hoặc
nếu đặt trong khu sinh hoạt thì phải xử lý cho đến khi đạt tiêu chuẩn loại A
(0,1mg/l).
Sơ đồ quy trình công nghệ:

Nhóm: 3 Trang 8
Hấp thụ NH
3
bằng H
2
O GVHD:Th.S Nguyễn Ngọc Hiểu
Nhóm: 3 Trang 9
Hấp thụ NH
3
bằng H
2
O GVHD:Th.S Nguyễn Ngọc Hiểu
CHƯƠNG III:
TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG
3.1 Tính cân bằng vật chất và năng lượng cho tháp hấp thụ:
3.1.1 Các thông số ban đầu:
Nồng độ NH
3
đầu vào: 3.5g/m
3
.
Khí đạt tiêu chuẩn loại A: 300mg/m
3
.
Lưu lượng khí thải :12000 m
3
/h.
Các thông số khác tự chọn .
Nhiệt độ làm việc của tháp T= 30
0

C .
Áp suất làm việc 1atm .
3.1.2 Đường cân bằng pha :
Ở 30
o
C Ψ.10
-6
=0.00241 mmHg
m =
P
Ψ
=
760
10.00241.0
6
=3,17
Y
*
=
Xm
Xm
)1(1
.
−+
=
X
X
).17.31(1
.17.3
−+

X 0 0.0002 0.000
4
0.000
6
0.000
8
0.001 0.001
2
0.0014
Y 0 0.0006
3
0.001
3
0.001
9
0.002
5
0.003
2
0.003
8
0.0045

Nhóm: 3 Trang 10
Hấp thụ NH
3
bằng H
2
O GVHD:Th.S Nguyễn Ngọc Hiểu
Đường cân bằng:



3.1.3. Cân bằng vật chất:
Nhóm: 3 Trang 11
L
d
X
d
G
c
Y
c
L
c
X
c
G
d
Y
d
Hấp thụ NH
3
bằng H
2
O GVHD:Th.S Nguyễn Ngọc Hiểu
 G
d
=
RT
VP.

= = 482,975
h
Kmolhh
Do lượng NH
3
=3,5 g/m
3
là rất nhỏ:
 y
d
=
165,1.17
29.5,3
.10
-3
=5,125.10
-3
(kmolNH
3
/kmolhh)
 Y
d
=
ñ
ñ
y1
y
−
=0.005
Kmolhh

KmolNH 3
 G
tr
=G
d
(1-Y
d
)= 482,975 (1-0,005)=480,56 Kmol ktr/h
Lượng khí NH
3
ban đầu:
M
NH3
=
)30273(082.0
17.1000.005,0.1
+
=3,42(g/m
3
)
Lượng khí sau quá trình hấp thụ là: 0.3(g/m
3
) =300(mg/m
3
)
Lượng khí bị hấp thu là: 3,42-0,3 =3,12(g/m
3
)
Hiệu suất hấp thu là:


42,3
12,3
=
η
= 91,2%
Suy ra :
Y
c
= (1- 0,912).Y
d
= (1- 0,912). 0,005= 0,00044(kmolNH
3
/kmolhh)
 y
c
=Y
c
/1+Y
c
=
00044,01
00044,0
+
=0,000439 Kmol NH
3
/Kmol ktr
 G
c
=G
tr

(Y
c
+1)= 480,56 *(0.00044+1)=480,772 Kmolhh/h
Chọn X
d
= 0
x
d
= 0
Ta có:
Gtr
L min
=
XdXc
YcYd
−
−

(phương trình cân bầng vật chất cho quá trình ngược dòng)
X
*
suy ra bằng cách thay giá trị Y
d
= 0,005 vào phương trình cân bằng ,
ta có X
*
= 0,00152
Nhóm: 3 Trang 12
Hấp thụ NH
3

bằng H
2
O GVHD:Th.S Nguyễn Ngọc Hiểu
L
tr
= 1,2 . L
min
=1,2 . 1442,3 = 1730,78 Kmol H
2
O/h
Và:
Gtr
Ltr
=
XdXc
YcYd
−
−
.
.001268.0
100127,0
00127,0
1
3
trôCñ
C
C
C
LLL
hhKmol

NHKmol
X
X
x
≈≈
=
+
=
+
=
(Vì lượng cấu tử trong dung dịch rất nhỏ)
3.1.4. Cân bằng năng lượng:
G
đ
.I
đ
= L
đ
.C
đ
.T
đ
+ Q
s
= G
c
.I
c

= L

c
.C
c
.T
c
+ Q
0
.
Để đơn giản hoá vấn đề tính toán, ta có giả thiết như sau:
- Nhiệt mất ra môi trường xung quanh không đáng kể ( do điều kiện làm
việc ở 30
0
C)⇒ Q
0
= 0.
- Nhiệt độ của hỗn hợp khí ra khỏi tháp bằng nhiệt độ dung dịch vào.
- Nhiệt dung riêng của dung dịch trong suốt quá trình hấp thụ :
C
đ
= C
c
=C.
- Trong quá trình hấp thụ có thể phát sinh nhiệt do đó kí hiệu q là nhiệt
phát sinh của 1 Kmol cấu tử bị hấp thụ.
Q
s
= q.L
đ
.(X
c

– X
đ
)
- Với mức gần đúng ta có thể coi q không đổi trong suốt quá trình hấp thụ.
- Vì lượng cấu tử hoà tan trong dung dịch rất nhỏ do đó lượng dung dịch
đầu L
đ
và cuối L
c
không khác nhau nhiều . Trong mức độ cho phép ta có thể lấy
là:
L
c
≈ L
đ
≈ L
trơ
= L.
Nhóm: 3 Trang 13
Hấp thụ NH
3
bằng H
2
O GVHD:Th.S Nguyễn Ngọc Hiểu
Tra sổ tay hoá lý:
q≈
.
Kmol
Kcal
83.7H

ht
C298
0
−=∆

Ta biến đổi phương trình CBNL:
L.C (T
c
– T
đ
) = qL(X
c
– X
đ
)
⇒∆T = T
c
– T
đ
=
( )
C
XXq
ñc
−
Do dung dịch loãng (x<0.2).
C = 4,186 (1-x) KJ/Kgđộ.
⇒C = 4,186.(1 – 0,000634) = 0,999366 . 4,186 = 4,183 Kcal/Kgđộ.
∆T rất bé nên xem nhiệt độ dung dịch ra khỏi tháp bằng dung dịch vào
và cũng bằng dung dịch khí ra khỏi tháp (T = 30

0
C).
3.2 Tính toán thiết bị chính:
3.2.1 Đường kính tháp:
- Tính vận tốc khí qua tháp:
Nhóm: 3 Trang 14
Hấp thụ NH
3
bằng H
2
O GVHD:Th.S Nguyễn Ngọc Hiểu
−
ytbxtb
ρρ
,
Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng v pha khí tính theo
nhiệt độ trung bình(Kg/m
3
)
h – khoảng cách giữa các đĩa.
[ ]
σϕ
.
: hệ số tính đến sức căng bề mặt: +,
cmdyn /20
<
σ
thì
[ ]
σϕ

.
=0,8
+,
cmdyn /20
>
σ
thì
[ ]
σϕ
.
=1
Tra theo (1) bảng I.242 ở 30
0
C:
= 71,15.10
-3
N/m =71.15 đyn/cm.
= 19.10-3 N/m = 19 đyn/cm.
♦ Chọn h = 0,60 m
- Khối lượng riêng trung bình:
Pha khí:
( )
[ ]
).(00278.0
2
000439.0005125.0
2
.4.22
2731
3

1
2111
hhKmol
NHKmolyy
y
T
MyMy
cñ
tb
tbtb
ytb
=
+
=
+
=
×−+
=
ρ
M
1
=
./17
3
KmolKGM
NH
=
M
2
=

.Kmol/KG18M
OH
2
=
T = 273 +30 = 303
0
K.
( )
[ ]
./724.0
3034.22
2731800278.011700278.0
3
mKG
ytb
=
×
××−+×
=⇒
ρ
Pha lỏng:
Nhóm: 3 Trang 15
Hấp thụ NH
3
bằng H
2
O GVHD:Th.S Nguyễn Ngọc Hiểu
Mà:
( )
./68.995

1
3
2
1
2111
2
3
mKG
vv
OHtb
NHtb
tbtbtbtbxtb
==
=
−+=
ρρ
ρρ
ρρρ
( Tra (1) ở 30
o
C ).
v
tb1
– phần thể tích trung bình của cấu tử NH
3
trong pha lỏng.
v
tb1
rất bé
.1v10.v

1tb1tb1tb
≈−⇒≈ρ⇒
= = 995,68 KG/ m
3
.

H = 0.60m D =1,88 m  ( >1,8m) nên chấp nhận. Chọn giá trị D = 1,8(m)
Vận tốc dòng khí trong tháp là:

2
.785,0 D
Gtb
=
ω
= 1,64(m)
3.2.2 Chiều cao thân tháp:
Đĩa làm bằng thép không rỉ X18H10T.
Khối lượng riêng của thép : ρ = 7850 (Kg/m
3
)
Chọn đường kính lỗ : d

= 0,005 (m) =5 (mm)
Bề dày đĩa : δ =0,8 d =0,8.0,005 =0,004 (m) =4(mm)
Chọn chiều dài gờ chảy chuyền : L
c
= 0,8 (m)
Diện tích mặt cắt ống chảy chuyền (hình viên phân):
S =
2

1
.R
2
.α -
2
1
.R

(cos
R
L
c
2
).
2
c
L
Với :
R=
2
D
= 1,8/2 = 0,9 (m)
α : góc ở tâm của hình vành khăn , α
Nhóm: 3 Trang 16
Hấp thụ NH
3
bằng H
2
O GVHD:Th.S Nguyễn Ngọc Hiểu
α = 3,14 –2 . arccos(

R
L
c
2
)=3,14 – 2 . arcos(0,8/2 . 0,9) = 0,92 (radian)
⇒ S=
2
1
(0,9)
2
. 0,92 -
2
1
. 0,9(cos
9,0*2
8,0
) .
2
8,0
= 0,1926 (m
2
)
Khoảng cách từ thân thiết bị đến gờ chảy tràn :
L = R - R . cos (α/2) =0,9 – 0,9 . cos (0,92/2) = 0,0936 (m)
Diện tích làm việc của đĩa :
f

= 3,14.
4
2

D
- 2S = 3,14
4
8,1
2
- 2.0,1926 = 2,1582 (m
2
)
Tổng diện tích lỗ lấy bằng 12 % diện tích làm việc :
S
l
= 0,12 . f = 0,12 . 2,1582 = 0,259 (m
2
)
Thể tích của đĩa : V
đ
= (f - S
l
) .δ =(2,1582-0,259). 0,004 =0,00758 (m
3
).
Khối lượng đĩa : m
đ
= V
đ
.ρ = 0,00758.7850 =59,503 (kg)
Số lỗ trên một mâm :
n =
2
.

4
l
l
d
S
π
=
4
005,0.14,3
259,0
2
= 13198 (lỗ)
Bước lỗ :
t ≈
13198
4
3
1582,2
≈ 0,0194(m)

Vậy bước lỗ : t = 0,0194(m) = 19,4 (mm).

3.2.2.1 Chiều cao tháp
Chiều cao của tháp đĩa được xác định theo phương pháp xây dựng đường
cong phụ .
Hệ số chuyển khối :
Nhóm: 3 Trang 17
Hấp thụ NH
3
bằng H

2
O GVHD:Th.S Nguyễn Ngọc Hiểu
K
y
=
yx
m
ββ
+
1
1
Trong đó :
m : hệ số phân bố vật chất . Tra theo (1) thì m= 3,17
β
y
: Hệ số cấp khối phía pha khí
β
x :
Hệ số cấp khối pha lỏng .

β
y
= 3,03.10
–4

ω
76,0
y
.
∆

P
x
Với :
ω
y
: tốc độ khí tính cho mặt cắt tự do của tháp , m/s.
ω
y

= ω = 1,64 (m/s)
∆
P
x :
sức cản thuỷ lực của chất lỏng trên đĩa .

∆
P
x
=
∆
P
đ
-
∆
P
k

Trong đó :

∆

P
đ
=
∆
P
k
+
∆
P
s
+
∆
P
t
Với :
∆
P
k
: Trở lực đĩa khô .
∆
P
s
: Trở lực đĩa do sức căng bề mặt .
∆
P
t
: Trở lực của lớp chất lỏng trên đĩa .
Trở lực đĩa khô :

∆

P
k
=
2
.
.
2
0
ωρ
ξ
y
ξ
: Hệ số trở lực. Tiết diện tự do của lỗ bằng :
2
259,0
R
π
= 10% diện tích của
mặt cắt ngang tháp . Nên chọn
ξ
= 1,82
ω
0
: Tốc độ khí qua lỗ
Nhóm: 3 Trang 18
Hấp thụ NH
3
bằng H
2
O GVHD:Th.S Nguyễn Ngọc Hiểu

Trở lực đĩa do sức căng bề mặt :
: Sức căng bề mặt . Tra theo (1) tập II , =14,9.10
-3
(N/m)
d : đường kính lỗ ,m
Trở lực thuỷ tĩnh do lớp chất lỏng trên đĩa tạo nên :
Trong đó :
K: Tỉ số giữa khối lượng riêng của bọt và khối lượng riêng của
lỏng không bọt. Khi tính toán chấp nhận K= 0,5
L
c
: Chiều dài cửa chảy tràn . L
c
= 0,8 m.
G
x
: lưu lượng lỏng , G
x
= 31,28 m
3
/h

g = 9,81 m/s
2
= 996 kg/m
3
. Chọn h
c
= 0,12(m) .
P

t

= 762,218 (N/m
2
)
P
x
= P
đ
- P
k
= P
s
+ P
t
= 762,218 +9,166 = 771,384 (N/m
2
)
Hệ số cấp khối pha khí :

Nhóm: 3 Trang 19
Hấp thụ NH
3
bằng H
2
O GVHD:Th.S Nguyễn Ngọc Hiểu
Hệ số cấp khối pha lỏng :
Với :
ω
y

: Vận tốc làm việc , ω
y
= ω = 1,65 (m/s)
Hệ số chuyển khối :
Số đơn vị chuyển khối đối với mỗi đĩa :
Với :
K
y
: Hệ số chuyển khối .
f : diện tích làm việc của đĩa. (f = 1,1788).
G
y
:lưu lượng khí , kmol/s
Xác định số C
y
:
C
y
= = e
2,051
= 7,775
Đoạn B
i
C
i
: Được tính theo công thức :
Vẽ số bậc nằm giữa đường cong phụ và đường làm việc . Số bậc (số tam
giác tạo thành ) là số đĩa thực tế của tháp .
Nhóm: 3 Trang 20
Hấp thụ NH

3
bằng H
2
O GVHD:Th.S Nguyễn Ngọc Hiểu
Theo hình vẽ. Số mâm thực tế của tháp là 7 mâm. Chọn số mâm thực là 8
mâm .
Chiều cao toàn tháp :
H = H
đ
(N
t
+ 1 ) + H
đáy
+ H
nắp
+ H
chân
+ δ
Với :
N
t
: Số mâm thực tế ; N
t
=8
H
đ
: Khoảng cách giữa các mâm .Dựa vào đường kính
tháp.Theo STT II . Chọn H
đ
= 0,60 m .

H
đáy
, H
nắp
: chiều cao đáy , nắp của thiết bị
H
đáy
=H
nắp
=0,375m
H
chân
: Chiều cao của chân đỡ , H
chân
=0,185 m
δ : Khoảng cách bổ sung ở đáy tháp. δ =0,15
H = 0,45 . (8+1 ) + 0,45 + 0,45 + 0,185 + 0,15 = 5,285 (m)
3.3 Trở lực của tháp :
Nhóm: 3 Trang 21
Hấp thụ NH
3
bằng H
2
O GVHD:Th.S Nguyễn Ngọc Hiểu
P = N
t
. P
đ
Trở lực của 1 đĩa :
P

đ
= P
k
+ P
s
+ P
t
= 9,166 + 170 +762,218 = 941,384 (N/m
2
)
Trở lực của tháp :
P = 8 . 941,384 = 7531,672

(N/m
2
)

CHƯƠNG IV:
TÍNH TOÁN CƠ KHÍ
4.1 Chọn vật liệu:
Thiết bị làm việc ở môi trường ăn mòn,nhiệt độ làm việc t = 30
0
C, p
lv
=
1atm = 0,1 N/mm
2
. Nên ta chọn vật liệu là thép không gỉ để chế tạo thiết bị.
Ký hiệu thép : X18H10T.
Các thông số chính của thép:

Giới hạn bền: =550.10
6
N/m
2
Giới hạn chảy: =220.10
6
N/m
2
Chiều dày tấm thép: 4-25mm
Độ dãn tương đối: 38%
Hệ số dẫn nhiệt :16.3 W/m.độ
Khối lượng riêng: 7850 Kg/m
3
Nhóm: 3 Trang 22
Hấp thụ NH
3
bằng H
2
O GVHD:Th.S Nguyễn Ngọc Hiểu
Hệ số an toàn bền:
n
k
= 2,6 ; n
c
= 1,5 ; n
bl
= 1,5
Hệ số hiệu chỉnh : = 1
Hệ số bền mối hàn: = 0.95
Chọn công nghệ gia công : hàn tay bằng hồ quang điện, hàn giáp mối hai

bên.
Ứng suất làm việc cho phép theo giới hạn bền:
Vậy ứng suất cho phép dùng để tính toán:
= 146,7 . 10
6
(N/m
2
).
Áp suất tính toán:
P
tt
= P
lv
+ g h
Plv : áp suất làm việc của tháp:
P
lv
= P
mt
+ P = 0,981.10
5
+ 7041,136
P
lv
=1,05141 .10
5
(N/m
2
)
P

tt
= 1,05141.10
5
+ 995,68 . 9,81 . 6,635= 1,69949.10
5
(N/m
2
)
4.2 Tính chiều dày thân :
• Thân trụ hàn chịu áp suất trong P
tt
= 1,7044.10
5
N/m
2
,và t
0
= 30
0
C.
• D
t
= 1,6 m.
• Hàn dọc hàn tay bằng hồ quang điện, hàn giáp nối 2 mặt (ϕ
h
= 0,95).
• Hệ số hiệu chỉnh : η = 1.
• Kiểm tra :
Nhóm: 3 Trang 23
Hấp thụ NH

3
bằng H
2
O GVHD:Th.S Nguyễn Ngọc Hiểu
• Bề dày tối thiểu của thân trụ :
• Bề dày của thân thiết bị :
S = S
’
+ C
Trong đó :
C = C
a
+ C
b
+ C
c
+ C
0
.
• Ca: hệ số bổ sung ăn mòn hóa học của môi trường. Thời hạn sử dụng
thiết bị là 10 năm. Đây là vật liệu bền trong môi trường có độ ăn mòn không lớn
hơn 0,05 mm/năm. Do NH
3
hoà tan vào trong nước tạo môi trường có độ ăn
mòn nhỏ, do đó ta chọn: C
a
= 0 ( mm).
• C
b
: hệ số bổ sung do bào mòn cơ học,đối với thiết bị hóa chất C

b
= 0
mm.
• C
c
: Hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo , lắp ráp . C
c
=0.2 mm
• C
0
: hệ số bổ sung để quy tròn kích thước C
0
=3 mm.
Vậy bề dày thực thi của thân thiết bị :
S = 0,975 + 0,2 + 3 = 3,2 mm.
Kiểm tra:
Vậy các công thức trên thoả mãn.

1,69949 . 10
5

Nhóm: 3 Trang 24
Hấp thụ NH
3
bằng H
2
O GVHD:Th.S Nguyễn Ngọc Hiểu
[P] = 6,64.10
5
N/m

2
> P
tt
= 1,7044 .10
5
N/m
2

Thoả điều kiện bền .
Vậy chọn S = 3,2 (m m) là thích hợp.
4.3 Tính chiều dày đáy , nắp :
D
t
=1600mm, nắp có lỗ ta sử dụng vòng tăng cứng nên xem như tính toán
bề dày đối với nắp elip không lỗ.
Chọn đáy nắp elip tiêu chuẩn loại có gờ làm bằng thép không gỉ X18H10T.
D
t
=1600mm
Chiều cao gờ h = 25 mm
h
t
= 600 mm
Chọn sơ bộ bề dày của đáy, nắp, và thân là bằng nhau, ta có:
S
đ
= S
n
= S
t

= 3,2 mm
Kiểm tra ứng suất thành ở áp suất thủy lực:
P
o
=1.5 P=1,5 . 0,169949 = 0,254923 (N/mm
2
)
Chọn đáy có lỗ với hệ số : k = 0,91
Do đó, ta chọn S = 3,2 mm là thỏa mãn điều kiện.
4.4 Chọn bích:
Nhóm: 3 Trang 25