LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành nhiệm vụ thiết kế được giao cho em xin chân thành cảm ơn thầy
Trần Hoài Đức là giáo viên hướng dẫn trực tiếp cũng như các thầy trong bộ môn
máy thiết bị đã tận tình giúp đỡ và cung cấp những kiến thức cơ bản về các quá
trình và các thiết bị chủ yếu.
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


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 năm 2013
Giáo viên hướng dẫn

Trần Hoài Đức

2


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:…………………………...
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2013
Giáo viên phản biện

3


LỜI NÓI ĐẦU
Ngành kỹ thuật nói chung hay ngành Công Nghệ Hóa nói riêng đều có vai trò quan
trọng trong cuộc sống hiện nay.
Những kiến thức về kỹ thuật, công nghệ này thì được cung cấp trong bộ môn “ Quá
Trình Thiết Bị“. Bộ môn này đã giúp chúng em hiểu thêm nhiều kiến thức mới quan
trọng và là nền tảng cho công việc sau khi ra trường. Đồ án môn học “ Máy và Thiết
Bị“ giúp em tổng hợp kiến thức đã được học tập và vận dụng những kiến thức này
trong việc tính toán thiết kế thông số kỹ thuật của thiết bị sản xuất hóa chất trong
thực tế một cách tổng quát.
Trên cơ sở kiến thức nắm bắt được qua chương trình giảng dạy và sự hướng dẫn của
thầy Nguyễn Hoài Đức, em được phân công tìm hiểu và thực hiện đề tài :“ Thiết kế

tháp đệm để hấp thu khí Brom trong không khí có nồng độ đầu là 8% mol với năng
suất 1500m3/h, hiệu suất hấp thu là 60% ”.
Trong công nghiệp hóa học nhiều quá trình sản xuất dựa trên sự tiếp xúc trực tiếp
giữa các pha và sự di chuyển vật chất từ pha này sang pha khác. Hấp thụ là quá
trình xảy ra khi một cấu tử của pha khí khuếch tán vào pha lỏng hoặc rắn do sự tiếp
xúc giữa hai pha khí và lỏng (rắn).Quá trình truyền khối đóng vai trò quan trọng
trong công nghiệp hóa học, thực phẩm và các ngành công nghiệp khác để tách các
chất ra khỏi nguyên liệu, thu hồi và làm tinh khiết các sản phẩm chính, giảm thiểu
các chất gây ô nhiễm trong dòng nước hoặc khí thải.
Bài báo cáo này chỉ dựa trên tra cứu, nghiên cứu tài liệu, sách tham khảo dựa các
môn học “ Máy & Thiết Bị ” để tính toán, thiết kế chi tiết thiết bị và các phần phụ
liên quan. Vì vậy, trong quá trình hoàn thành đồ án không tránh khỏi những sai sót,
em rất mong ý kiến đóng góp từ quý thầy cô và các bạn để bài làm được hoàn thiện
hơn.
Em xin chân thành cảm ơn !

4


MỤC LỤC

5


DANH MỤC BẢNG BIỂU

6


DANH MỤC HÌNH ẢNH


7


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về chất hấp thu
1.1.1. Brom
 Lịch sử
Brôm được hai nhà hóa học Antoine Balard và Carl Jacob Löwig phát hiện độc lập
với nhau năm 1825 và 1826.Balard tìm thấy các muối bromua trong tro của tảo
biển từ các đầm lầy nước mặn ở Montpellier năm 1826. Tảo biển được sử dụng để
sản xuất iốt, nhưng cũng chứa brôm. Balard chưng cất brôm từ dung dịch của tro
tảo biển được bão hòa bằng clo. Các tính chất của chất thu được là tương tự như của
chất trung gian giữa clo và iốt, với các kết quả này ông cố gắng để chứng minh chất
đó là monoclorua iot (ICl), nhưng sau khi thất bại trong việc chứng minh điều đó
ông đã tin rằng mình đã tìm ra một nguyên tố mới và đặt tên nó là muride, có nguồn
gốc từ tiếng Latinh muria để chỉ nước mặn.
Carl Jacob Löwig đã cô lập brôm từ suối nước khoáng tại quê hương ông ở thị
trấn Bad Kreuznach năm 1825. Löwig sử dụng dung dịch của muối khoáng này
được bão hòa bằng clo và tách brôm bằng dietylete. Sau khi cho bốc hơi ete thì một
chất lỏng màu nâu còn đọng lại. Với chất lỏng này như một mẫu vật cho công việc
của mình ông đã xin một vị trí tại phòng thí nghiệm của Leopold
Gmelin tại Heidelberg. Sự công bố các kết quả bị trì hoãn và Balard đã công bố các
kết quả của mình trước.
Sau khi các nhà hóa học Pháp là Louis Nicolas Vauquelin, Louis Jacques
Thénard và Joseph-Louis Gay-Lussac đã xác nhận các thực nghiệm của dược sĩ trẻ
Balard, các kết quả được thể hiện trong bài thuyết trình của Académie des
Sciences và công bố trong Annales de Chimie et Physique. Trong bài công bố của
mình Balard thông báo rằng ông đổi tên từ muride thành brôme theo đề nghị của M.
Anglada. Các nguồn khác lại cho rằng nhà hóa học và nhà vật lý Pháp Joseph-Louis

Gay-Lussac đã gợi ý tên gọi brôme do mùi đặc trưng của hơi của chất này. Brôm đã
không được sản xuất ở lượng cần thiết cho tới tận năm 1860.
8


Sử dụng thương mại đầu tiên, ngoài các ứng dụng nhỏ trong y học, là sử dụng brôm
trong daguerreotype. Năm 1840 người ta phát hiện ra rằng brôm có một số ưu thế so
với hơi iốt được sử dụng trước đó để tạo ra lớp halua bạc nhạy sáng trong
daguerreotype
Bromua kali và bromua natri từng được sử dụng như là thuốc chống co giật và giảm
đau vào cuối thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20, cho tới khi chúng dần dần bị thay thế
bởi chloral hydrat và sau đó là bằng các barbiturat.
 Tính chất hoá lí của Br2:
Brom là chất lỏng màu nâu đỏ, dễ bay hơi, thuộc nhóm halogen, có kí hiệu là Br và
số nguyên tử 35. Cả nhóm Halogen thuộc nhóm VIIA trong bảng hệ thống tuần
hoàn, Br có nguyên tử khối là 80.
 Tính chất hóa học
Brom là chất oxi hóa mạnh nhưng kém Clo. Brom phản ứng với khí Hydro khi đun
nóng ( không gây nổ như khí Clo)
H2(k) + Br2(l) →2HBr(k)
Brom oxi hóa được ion I:
Br2 + 2NaI → 2NaBr + I2
Brom tác dụng với nước nhưng khó khăn hơn Clo:
Br2 + H2O → HBr + HBrO
Brom còn thể hiện tính khử khi tác dụng với chất oxi hóa mạnh:
Br2 + 5Cl2 + 6H2O → 2HBrO3 + 10HCl
 Tác hại của khí Br2:
Nguyên tốBromlàchất độc hại. Nó gâybỏng nặngkhitiếp xúcvớidavà hơicủa nógây
kích thíchmắt, mũi vàcổ họng. hơi brom với nồng độ thấp trong không khí gây kích
ứng niêm mạc, làm chảy nước mắt, ho, chóng mặt, đau đầu, chảy máu mũi. Với

nồng độ cao gây viêm khí quản, có thể làm ngạt thở, gây tím tái và chết. Brom lỏng

9


dính vào da gây bỏng, loét. Khi có triệu chứng ngộ độc lập tức phải rửa mắt mũi,
súc miệng bằng dung dịch natri hidrocacbonat loãng 1%, uống sữa nóng, cà phê
nóng. Rửa chỗ bỏng trên da nhiều lần bằng nước, rồi bằng dung dịch natri
hidrocacbonat 2%. Khi làm việc với brom phải tiến hành trong tủ hút, đeo kính và
gang tay cao su, nồng độ cho phép của hơi Brom trong không khí là 0,002mg/l
không khí.
 Ứng dụng của brôm
-

Hầu hết cácbromsản xuất tại HoaKỳ đã đượcsử dụngtrong sản
xuấtethylenedibromide(C2H4Br2), một hóa chất được bổ sung vàoloại
xăngpha chìđã ngăn cảnsự tích tụ củacác hợp chất chìtrongđộng
cơ.Vớiviệc ngưng sử dụngloại xăngpha chìtrong lợi củaloại xăngkhông
pha chì, nhu cầu về bromđã đượcgiảm đáng kể.Bạcbromua (AgBr), một
hóa chất được sử dụng trongnhiếp ảnh,hiện chiếm tớiviệc sử dụnglớn
nhấtcủa brôm. Các hợp chất brômkhác được sử dụngtrongthuốc xông
hơi, tại các đại lývàtrongmột số hợp chấtđược sử dụng đểlàm sạch
nước. Tyriantím,mộtthuốc nhuộmmàu tímtốn kém được biếtđếnnền văn
minhcổ đại,được sản xuấttừmột hợp chấtbromhữu cơtiết ra từmộtcon
traibiểnđược gọi làMurex.

-

Bromlàmột chất tẩy trắngvà khử trùngtuyệt vời và, nhưmột chất lỏng,
được sử dụnglàm thuốc thửcho các mục đíchphân tích vàtổng

hợp.Bromuaxêzitinh khiếtđểthu đượcđã được sử dụngtrongsản xuấtlăng
kínhquang họcđược đánh giá caotrong suốt đối vớibức xạ hồng ngoại.
Cácbromuacủacác

nguyên

tố

kiềmthổ

vàkiềmtìm

cách

sử

dụngtrongdược phẩmvìhoạt độngan thầncủa họ, trongnhiếp ảnhđể
chuẩn bịnhũ tươngbạcbromide, vàtrongcông nghiệp sấy khôkhông
khínhưchất làm khô.
-

Việc sử dụngchính chomethyl bromidenằm trongtiêu diệtcôn
trùngvàđộng vật gặm nhấmsâu

10


bệnh.Bromochloromethanevàbromodifluoromethaneđược sử
dụngnhưchất lỏngcháychữa cháy
 Điều chế

Nguồn chính điều chế brom là nước biển. Sau khi đã lấy muối ăn (NaCl) ra khỏi
nước biển, phần còn lại chứa nhiều muối bromua của kali và natri. Sau đó, sục khí
clo qua dung dịch, ta có phản ứng hóa học sau:
2NaBr + Cl2 → 2Nacl+ Br2
Sau đó, chưng cất dung dịch, brom sẽ bay hơi rồi ngưng tụ lại.

1.1.2. Nước
 Thành phần hóa học
Nước là một hợp chất hóa học của oxy và hidro, có công thức hóa học là H2O. Với
các tính chất lí hóa đặc biệt (ví dụ như tính lưỡng cực, liên kết hiđrô và tính bất
thường của khối lượng riêng) nước là một chất rất quan trọng trong nhiều ngành
khoa học và trong đời sống. 70% diện tích của Trái Đất được nước che phủ nhưng
chỉ 0,3% tổng lượng nước trên Trái Đất nằm trong các nguồn có thể khai thác dùng
làm nước uống.
Bên cạnh nước "thông thường" còn có nước nặng và nước siêu nặng. Ở các loại
nước này, các nguyên tử hiđrô bình thường được thay thế bởi các đồng
vị đơteri và triti. Nước nặng có tính chất vật lý (điểm nóng chảy cao hơn, nhiệt độ
sôi cao hơn, khối lượng riêng cao hơn) và hóa học khác với nước thường.
CTPT : H2O
CTCT : H-O-H
 Tính chất
Khối lượng riêng : 0.98 (kg/m3) tại 25oC và 760mmHg

11


Tính lưỡng cực

Ôxy có độ âm điện cao hơn hiđrô. Việc cấu tạo thành hình ba góc và việc tích điện
từng phần khác nhau của các nguyên tử đã dẫn đến cực tính dương ở các nguyên tử

hiđrô và cực tính âm ở nguyên tử ôxy, gây ra sự lưỡng cực. Dựa trên hai cặp điện tử
đơn độc của nguyên tử ôxy, lý thuyết VSEPR đã giải thích sự sắp xếp thành góc của
hai nguyên tử hiđrô, việc tạo thành moment lưỡng cực và vì vậy mà nước có các
tính chất đặc biệt.
• Liên kết hiđrô
Các phân tử nước tương tác lẫn nhau thông qua liên kết hiđrô và nhờ vậy có lực hút
phân tử lớn. Đây không phải là một liên kết bền vững. Liên kết của các phân tử
nước thông qua liên kết hiđrô chỉ tồn tại trong một phần nhỏ của một giây, sau đó
các phân tử nước tách ra khỏi liên kết này và liên kết với các phân tử nước khác.
70% diện tích của Trái Đất được nước che phủ nhưng chỉ 0,3% tổng lượng nước
trên Trái Đất nằm trong các nguồn có thể khai thác dùng làm nước uống.
Nước là một dung môi tốt nhờ vào tính lưỡng cực. Các hợp chất phân cực hoặc có
tính ion như axít, rượu và muối đều dễ tan trong nước. Tính hòa tan của nước đóng
vai trò rất quan trọng trong sinh học vì nhiều phản ứng hóa sinh chỉ xảy ra trong
dung dịch nước.
Lựa chọn dung môi là nước :
− Rẻ tiền, thỏa mãn điều kiện kinh tế.
− Độ hòa tan của etanol rất tốt ở áp suất thường, bởi vì etanol tan vô hạn
trong nước nên hấp thu thực hiện tốt, năng suất thu được cao.

12


1.2.Hấp thu và thiết bị hấp thu
1.2.1.Hấp thu
 Khái niệm
Hấp thụ là quá trình xảy ra khi một cấu tử của pha khí khuếch tán vào pha lỏng hoặc
rắn do sự tiếp xúc giữa hai pha khí và lỏng (rắn).
Khí được hấp thu gọi là chất bị hấp thụ, chất lỏng (rắn) dùng để hút gọi là chất hất
thu, 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
(hỗn hợp) các cấu tử trong chất lỏng(chất rắn) . Các quá trình xảy ra do sự tiếp xúc
pha giữa khí và lỏng (rắn). Quá trình này cần sự truyền vật chất từ pha khí vào pha
lỏng (rắn). Nếu quá trình xảy ra ngược lại, nghĩa là cần sự truyền vật chất từ pha
lỏng (rắn) vào pha hơi, ta có quá trình nhả khí. Nguyên lý của cả hai quá trình là
giống nhau.
Trong công nghiệp hóa chất và thực phẩm, quá trình hấp thụ 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(hỗn hợp) sản phẩm.
Hấp thụ 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 thụ 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.

13


Cơ cấu của quá trình này có thể chia thành ba bước:
Khuếch tán các phân tử chất ô nhiễm 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 hoà tan trên bề mặt ngăn cách vào sâu trong lòng khối chất
lỏng hấp thụ
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 và các yếu tố sau :
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.
Độ nhớt của dung môi càng bé thì trở lực thuỷ học càng nhỏ và và có lợi cho quá
trình chuyển khối.
Nhiệt dung riêng bé sẽ tốn ít nhiệt khi hoàn nguyên dung môi.
Nhiệt độ sôi khác xa với nhiệt dộ sôi của chất hoà tan để dể tách các cấu tử ra khỏi
dung môi.
Nhiệt độ đóng rắn thấp để tránh tắc thiết bị và thu hồi các cấu tử hòa tan dễ dàng
hơn.
Ít bay hơi, rẻ tiền, dễ kiếm và không độc hại với người và không ăn mòn kim loại.
 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả hấp thu
− Ảnh hưởng của nhiệt độ
Khi các điều kiện khác không đổi mà nhiệt độ tháp tăng thì hệ số Henry sẽ tăng. Kết
quả là ảnh hưởng đường cân bằng dịch chuyển về phía trục tung. Nếu các đừơng
14


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.
− 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

quátrình 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 kèmtheo 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 hơn.
− 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.
 Ưu, nhược điểm của quá trình hấp thu
− Ưu điểm:
Rẻ tiền, nhất là khi sử dụng H2O làm dung môi hấp thụ,các khí độc hại như
SO2, H2S, NH3, HF,... Có thể được xử lí 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 lí 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 lí
khí thải nhiều trường hợp ta phải lắp đặt thêm thiết bị trao đổi nhiệt trong tháp hấp

15


thụ để làm nguội thiết bị, tăng hiệu quả của quá trình xử lí. 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 lí
không có khả năng hòa tan trong nước. Lựa chọn dung môi hữu cơ sẽ nảy 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 kĩ thuật, giá
thành dung môi quyết định lớn đến giá thành xử lý và hiệu quả xử lý.
Phải tái sinh dung môi (dòng chất thải thứ cấp) khi xử dụng dung môi đắt
tiền. Chất thải gây ô nhiễm nguồn nước hệ thống càng trở nên cồng kềnh phức tạp.
1.2.2. 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. Thiết bị hấp thu có thể làm việc gián đoạn hoặc liên tục và được
chia thành 4 nhóm sau:
−

Thiết bị hấp thu bề mặt: được dùng khi hấp thu một lượng nhỏ có tính hòa

−

tan tốt.
Thiết bị hấp thu loại đệm: được sử dụng phổ biến nhất khi chất lỏng và chất

−

khí tinh khiết và có mât độ phun lớn.
Thiết bị hấp thu loại sủi bọt: được 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 .

Các loại tháp thường gặp :
 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.

16


−

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.

Hình 1.2 Hình tháp màng
−Tháp màng dạng tấm phẳng:
Các tấm đệm đặt ở dạng thẳng đứng được làm từ những vật liệu khác nhau (kim
loại, nhựa, vải căng treo trên khung …) đặt trong thân hình trụ. Để đảm bảo thấm
ướt đều chất lỏng từ cả 2 phía tấm đệm ta dùng dụng cụ phân phối đặc biệt có cấu
tạo răng cưa.
−

Tháp màng dạng ống khi lỏng và khí đi cùng chiều:


Cũng có cấu tạo từ các ống cố định trên 2 vỉ, khí đi qua thân gồm các ống phân
phối tương ứng đặt đồng trục với ống tạo màng. Chất lỏng đi vào ống tạo màng qua
khe giữa 2 ống.Khi đó tốc độ khí lớn kéo theo chất lỏng từ dưới lên chuyển động
dưới dạng màng theo thành ống. Khi cần tách nhiệt có thể cho tác nhân lạnh đi vào
khoảng không gian giữa vỏ và ống.Để nâng cao hiệu suất người ta dùng thiết bị
nhiều bậc khác nhau.

17


Thủy động lực trong thiết bị dạng màng: khi có dòng khí chuyển động ngược chiều
sẽ ảnh hưởng đến chế độ chảy của màng. Khi đó, do lực ma sát giữa khí và lỏng sẽ
có cản trở mạnh của dòng khí làm bề dày màng tăng lên, trở lực dòng khí tăng. Tiếp
tục tăng vận tốc dòng khí sẽ dẫn đến cân bằng giữa trọng lực của màng lọc và lực
ma sát và dẫn đến chế độ sặc.
−

Ưu và nhược điểm của tháp màng:
+ Ưu:
• Trở lực theo pha khí nhỏ.
• Có thể biết được bề mặt tiếp xúc pha (trong trường hợp chất
lỏng chảy thành màng).
• Có thể thực hiện trao đổi nhiệt.
+ Nhược:
• Năng suất theo pha lỏng nhỏ.
• Cấu tạo phức tạp, khi vận hành dễ bị sặc.
+ Ứng dụng:
• Trong phòng thí nghiệm.
• Trong trường hợp có năng suất thấp.
• Trong những hệ thống cần trở lực thấp (hệ thống hút chân

không,...).

* Ví dụ: Hệ thống chưng dầu vỏ hạt điều, tái sinh dầu nhờn, chưng cất tinh dầu, cô
đặc nước trái cây,...
 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.

−

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…).

18


−

Các phần tử đệm được đặc trưng bằng đường 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…
Nguyên lý hoạt động:Chất lỏng chảy trong tháp theo đệm dưới dạng
máng nên bề mặt tiếp xúc pha là bề mặt thấm ướt của đệm .
− Ưu – nhược điểm - ứng dụng:
+ Ưu: cấu tạo đơn giản; trở lực theo pha khí (hoạt động ở chế độ
màng/quá độ) nhỏ.
+ Nhược: hoạt động kém ổn định, hiệu suất thấp, dễ bị sặc, khó
tách nhiệt, khó thấm ướt.
+ Ứng dụng:
• Dùng trong các trường hợp năng suất thấp: tháp hấp thụ khí,
tháp chưng cất,...

• Dùng trong các hệ thống trở lực nhỏ (như hệ thống hút chân
không,...).
Hình 1.3 Hình tháp đệm
 Tháp đĩa
− Sơ đồ cấu
tạo :
+ Tháp
thường

đĩa
cấu


tạo gồm thân
hình

trụ

thẳng đứng,
bên trong có
đặt các tấm
ngăn(đĩa)

19


cách nhau 1 khoảng nhất định. Trên mỗi đĩa 2 pha chuyển động ngược
hoặc chéo chiều: lỏng từ trên xuống (hoặc đi ngang), khí đi từ dưới lên
hoặc xuyên qua chất lỏng chảy ngang, ở đây tiếp xúc pha xảy ra theo
từng bậc là đĩa .
+ Tháp đĩa có ống chảy chuyền: bao gồm tháp đĩa, chóp, lỗ, xupap, lưới,
…Trên đĩa có cấu tạo đặc biệt để chất lỏng đi từ đĩa trên xuống đĩa
dưới theo đường riêng gọi là ống chảy chuyền .
+ Tháp đĩa không có ống chảy chuyền, khi có khí (hơi hay lỏng) và lỏng
đi qua cùng 1 lỗ trên đĩa.
− Ưu – nhược điểm và ứng dụng:
+ Tháp đĩa lỗ: ưu điểm là kết cấu khá đơn giản, trở lực tương đối thấp,
hiệu suất khá cao. Tuy nhiên không làm việc được với chất lỏng bẩn,
khoảng làm việc hẹp hơn tháp chóp (về lưu lượng khí).
+ Tháp chóp: có thể làm việc với tỉ trọng của khí, lỏng thay đổi mạnh,
khá ổn định. Song có trở lực lớn, tiêu tốn nhiều vật tư kim loại chế
tạo, kết cấu phức tạp. Nói chung tháp chóp có hiệu suất cao hơn tháp
đĩa lỗ.

+ Tháp xupap: dùng trong chưng cất dầu mỏ.

20


Hình 1.4 Tháp đĩa lưới không có ống chảy chuyền

21


CHƯƠNG 2 : QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

Hình 2.1 Sơ đồ qui trình công nghệ
1

Tháp hấp thu

6

Van 1 chiều

2

Quạt

7

Lưu lượng kế (ratomet)

3


Bơm dung môi

8

Lưu lượng kế khí

4

Bồn chứa dung môi

9

Van cầu

5Bồn cao vị

22


Thuyết minh sơ đồ quy trình công nghệ:
Dung môi nước được bơm (3) từ bình chứa (4)
bồn cao vị (5), dung môi từ bồn cao vị được
với lưu lượng ổn định sau đó được đưa vào

1

Bơm dung môi

2


Bồn chứa dung môi

lên
duy trì
tháp

hấp thu qua các van (6) điều chỉnh và lưu 3

Van 1 chiều

lượng

kế ( rotamet) (7) để kiểm soát lưu lượng đưa 4

Bồn cao vị

vào

tháp (1).

Lưu lượng
kế(rotamet)

5

Hỗn hợp khí hơi Brom- không khí được quạt
(2) đưa vào tháp, cũng qua hệ thống van và lưu 6

Tháp hấp thụ


kế khí (8) để đảm bảo độ ổn định.

Lưu lượng kế khí

7

hút
lượng

Trong tháp hấp thu, dòng lỏng được đưa từ 8

Quạt

trên

xuống, dòng khí được được cho từ dưới lên, 9
xúc ngược chiều nhau. Nồng độ pha lỏng tăng

Bồn chứa

tiếp
dần

khi đi từ đỉnh tháp xuống đáy tháp, nồng độ pha khí thì ngược lại, bị giảm dần từ
đáy tháp lên đỉnh tháp.


CHƯƠNG 3 : CÂN BẰNG VẬT CHẤT
3.1. Thông số ban đầu vàkí hiệu

Nồng độ đầu :yđ= 0,08
Hiệu suất

: η =0,6

Năng suất

:Vđ= 1500m3/h

Nhiệt độ

: 25oC hay 298oK

Áp suất

: p=1atm=760mmHg

Một số kí hiệu :
X d _nồng độ phần mol tương đối ban đầu của cấu tử hấp thụ trong dung

môi.kmol Brom/kmol dung môi
X c _ nồng độ phần mol tương đối cuối của cấu tử hấp thụ trong dung.

kmol Brom /kmol dung môi.
Yd _ nồng độ phần mol tương đối ban đầu của cấu tử cần hấp thụ trong hh.

kmol Brom /kmol hh
Yc _ nồng độ phần mol tương đối cuối của cấu tử cần hấp thụ trong.

kmol Brom /kmol hh

Ld _lượng hỗn hợp lỏng đi vào thiết bị hấp thụ , kmol/h .
Lc _lượng hỗn hợp lỏng đi ra thiết bị hấp thụ, kmol/h
Gd_ lượng hỗn hợp khí đi vào thiết bị hấp thụ , kmol/h.
Gc_ lượng hỗn hợp khí đi vào thiết bị hấp thụ , kmol/h.
Gtr _lượng khí trơ đi vào thiết bị hấp thụ , kmol/h.

Ltr _lượng dung môi tinh khiết cần sử dụng, kmol/h


3.2. Phương trình cân bằng và phương trình đường nồng độ làm việc
Theo đề bài hỗn hợp đầu vào là hỗn hợp khí nên nồng độ phần thể tích chính là
nồng độ phần mol.
Theo phương trình trạng thái:

Trong đó:
p: áp suất khí quyển, p=1atm.
Vđ: năng suất hỗn hợp khí, Vđ=1500 m3/h.
R: hằng số khí bằng 0,082 m3atm/kmol.K.
Gđ: lưu lượng của pha khí đi vào tháp, kmol/h.
T: nhiệt độ của pha khí, T= 25+273 oK.
−

Lưu lượng của hỗn hợp khí đi vào tháp là:
kmol/h

−

Lượng khí trơ là:

kmol/h

−

Nồng độ pha khí vào và ra tháp theo tỷ số mol:

kmol Brom/kmol khí trơ
kmol Brom/kmol khí trơ
Ta có:
kmol Brom/kmol kk
−

Lượng mol của pha khí đi ra tháp:

kmol/h
m3/h
−

Lượng hơi trung bình đi trong tháp: