Thiết kế tháp đệm dùng để hấp thu khí SO2 dùng dung môi là nước (Có bản vẽ Autocad thiết bị, 9,5đ)

Đồ án môn học Quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa học và thực phẩm đề tài xử lý khí thải so2, dùng thiết bị là tháp hấp thu dạng tháp đệm dung môi là nước Ngành công nghiệp nước ta ngày càng phát triển. Các nhà máy,xí nghiệp, khu công nghiệp mọc lên ngày càng nhiều, mở rộng cả về qui mô lẫn diện tích. Hàng năm công nghiệp sản xuất ra một khối lượng sản phẩm, hàng hóa rất lớn cho nhu cầu trong nước và xuất khẩu song song với lượng hàng hóa này nghành công nghiệp cũng thải ra một lượng lớn khí thải vào môi trường sống của chúng ta, chưa kể khí thải từ hoạt động nông nghiệp, giao thông cũng như các nguồn khác. Trong đó SO2 là khí thải phổ biến nhất, vấn đề ô nhiễm khí quyển bởi SO2 từ lâu đã trở thành mối hiểm họa của nhiều nước. Từ đó việc xử lý khí SO2 nói riêng và khí thải nói chung trở nên cần thiết và cấp bách hơn bao giờ hết. Công nghệ xử lý SO2 trong khí thải đã được nghiên cứu từ rất lâu và các nhà khoa học cũng đã thử nghiệm nhiều công nghệ xử lý SO2. Một trong những công nghệ đó là phương pháp hấp thu SO2 bằng tháp đệm.Sau thời gian học tại trường, được sự hướng dẫn chỉ bảo tận tình của các thầy cô trong khoa Công nghệ hóa học trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP.HCM em đã hoàn thành bộ môn quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa học. Được sự phân công của nhà trường và thầy cô trong khoa em được giao đề tài đồ án môn học:”Thiết kế tháp đệm dùng để hấp thu SO2 bằng nước với năng suất 1000m3h”Qua quá trình tìm hiểu, với sự nỗ lực của bản thân và đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình của cô Ths Võ Phạm Phương Trang, em đã hoàn thành đồ án đúng thời hạn. Do lần đầu làm đồ án và trình độ bản thân cũng còn hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn.Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cô Võ Phạm Phương Trang, các thầy cô trong khoa Công nghệ hóa học trường Đại học Công nghiệp thực phẩm TP.HCM đã giúp đỡ em trong thời gian qua.TP.HCM, ngày 20, tháng 6, năm 2015 Sinh viên thực hiện MỤC LỤCCHƯƠNG I: TỔNG QUAN I.TỔNG QUAN VỀ KHÍ SO21. Tính chất hóa lý SO2……………………………………………………..2. Tác hại của khí SO2 ……………………………………………………...3. Các nguồn tạo ra SO2..……………………….…………………………..II.CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SO21. Hấp thụ khí SO2 bằng nước. 2. Hấp thụ khí SO2 bằng dung dịch sữa vôi 3. Xử lý khí khí SO2 bằng ammoniac………………………………………4. Xử lý khí SO2 bằng magie oxit.…………………………………………5. Xử lý khí SO2 bằng kẽm oxit….…………………………………………6. Xử lý SO2 bằng kẽm oxit kết hợp natri sunfit.……………………..……7. Xử lý khí SO2 bằng các chất hấp thụ hữu cơ.…………………………..8. Hấp phụ khí SO2 bằng than hoạt tính ………………………….………9. Hấp phụ khí SO2 bằng vôi, đá vôi, đolomit……………………...………CHƯƠNG II: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆI.CHỌN QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ………………………...……………..II.THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ…………………………….CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH HẤP THỤI.CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU………………………..……………………. II.TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT……………...…………………………… III.TÍNH CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG……………………………………….CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THÁP HẤP THỤI.TÍNH KÍCH THƯỚC THÁP HẤP THU1. Tính đường kính tháp hấp thụ……………………………………………2. Tính chiều cao tháp hấp thụ………...……………………………………3. Tính trở lực tháp………………………………………………………….II.TÍNH CƠ KHÍ1. Tính thân tháp……………………………………………………………2. Tính nắp và đáy tháp……………………………………………………..3. Tính ống dẫn lỏng và ống dẫn khí………………………………………..4. Tính các bích ghép nối………………….………………………………..5. Tính lưới đỡ đệm và đĩa phân phối lỏng……...………………………….6. Tính cửa nhập liệu và tháo liệu, kính quan sát….……………………….7. Tính chân đỡ và tai đeo…………………………………………………..III.TÍNH THIẾT BỊ PHỤ1. Tính công suất quạt…….………………………………………………... CHƯƠNG V: KẾT LUẬN…………………………………………………... TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………..11344568881010111111121517212830323334363738394243

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

Đề tài:

GVHD : Ths VÕ PHẠM PHƯƠNG TRANG SVTH : NGUYỄN VŨ TRỌNG

Lớp : 03ĐHHH3 MSSV : 2004120301

TP.HCM, THÁNG 06/2015

Ngành công nghiệp nước ta ngày càng phát triển Các nhà máy,xí nghiệp,

khu công nghiệp mọc lên ngày càng nhiều, mở rộng cả về qui mô lẫn diện tích

Hàng năm công nghiệp sản xuất ra một khối lượng sản phẩm, hàng hóa rất lớn cho nhu cầu trong nước và xuất khẩu song song với lượng hàng hóa này nghành công nghiệp cũng thải ra một lượng lớn khí thải vào môi trường sống của chúng

ta, chưa kể khí thải từ hoạt động nông nghiệp, giao thông cũng như các nguồn khác Trong đó SO2 là khí thải phổ biến nhất, vấn đề ô nhiễm khí quyển bởi SO2

từ lâu đã trở thành mối hiểm họa của nhiều nước Từ đó việc xử lý khí SO2 nói riêng và khí thải nói chung trở nên cần thiết và cấp bách hơn bao giờ hết Công nghệ xử lý SO2 trong khí thải đã được nghiên cứu từ rất lâu và các nhà khoa học cũng đã thử nghiệm nhiều công nghệ xử lý SO2 Một trong những công nghệ đó

là phương pháp hấp thu SO2 bằng tháp đệm

Sau thời gian học tại trường, được sự hướng dẫn chỉ bảo tận tình của các thầy cô trong khoa Công nghệ hóa học trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP.HCM em đã hoàn thành bộ môn quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa học Được sự phân công của nhà trường và thầy cô trong khoa em được giao đề

tài đồ án môn học:”Thiết kế tháp đệm dùng để hấp thu SO 2 bằng nước với năng suất 1000m 3 /h”

Qua quá trình tìm hiểu, với sự nỗ lực của bản thân và đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình của cô Ths Võ Phạm Phương Trang, em đã hoàn thành đồ án đúng thời hạn Do lần đầu làm đồ án và trình độ bản thân cũng còn hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được sự góp ý kiến của quý thầy

cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cô Võ Phạm Phương Trang, các thầy

cô trong khoa Công nghệ hóa học trường Đại học Công nghiệp thực phẩm TP.HCM đã giúp đỡ em trong thời gian qua

TP.HCM, ngày 20, tháng 6, năm 2015 Sinh viên thực hiện

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

I TỔNG QUAN VỀ KHÍ SO2 1 Tính chất hóa lý SO2………

2 Tác hại của khí SO2 ………

3 Các nguồn tạo ra SO2 ……….………

II CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SO2 1 Hấp thụ khí SO2 bằng nước

2 Hấp thụ khí SO2 bằng dung dịch sữa vôi

3 Xử lý khí khí SO2 bằng ammoniac………

4 Xử lý khí SO2 bằng magie oxit ………

5 Xử lý khí SO2 bằng kẽm oxit….………

6 Xử lý SO2 bằng kẽm oxit kết hợp natri sunfit ……… ……

7 Xử lý khí SO2 bằng các chất hấp thụ hữu cơ ………

8 Hấp phụ khí SO2 bằng than hoạt tính ……….………

9 Hấp phụ khí SO2 bằng vôi, đá vôi, đolomit……… ………

CHƯƠNG II: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ I CHỌN QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ……… ………

II THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ………

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH HẤP THỤ I CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU……… ………

II TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT……… ………

III TÍNH CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG………

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THÁP HẤP THỤ I TÍNH KÍCH THƯỚC THÁP HẤP THU 1 Tính đường kính tháp hấp thụ………

2 Tính chiều cao tháp hấp thụ……… ………

3 Tính trở lực tháp………

II TÍNH CƠ KHÍ 1 Tính thân tháp………

2 Tính nắp và đáy tháp………

3 Tính ống dẫn lỏng và ống dẫn khí………

4 Tính các bích ghép nối……….………

5 Tính lưới đỡ đệm và đĩa phân phối lỏng…… ………

6 Tính cửa nhập liệu và tháo liệu, kính quan sát….………

7 Tính chân đỡ và tai đeo………

III TÍNH THIẾT BỊ PHỤ 1 Tính công suất quạt…….………

CHƯƠNG V: KẾT LUẬN………

TÀI LIỆU THAM KHẢO………

1

1

3

4

4

5

6

8

8

8

10

10

11

11

11

12

15

17

21

28

30

32

33

34

36

37

38

39

42

43

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

I TỔNG QUAN VỀ KHÍ SO 2

1 Tính chất hóa lý SO2 :

- SO2 là chất khí không màu, mùi kích thích mạnh, dễ hóa lỏng, dễ hòa tan trong

nước (ở điều kiện bình thường 1 thể tích nước hòa tan 40 thể tích SO2) - Khi hòa

tan trong nước tạo thành dung dịch sunfurơ và tồn tại ở 2 dạng :chủ yếu là

SO2.nH2O và phần nhỏ là H2SO3

- SO2 có nhiệt độ nóng chảy ở –750 C và nhiệt độ sôi ở –100C

- Nguyên tử S trong phân tử SO2 có cặp electron hóa trị tự do linh động và ở

trạng thái oxy hóa trung gian (+4) nên SO2 có thể tham gia phản ứng theo nhiều

Trong môi trường không khí , SO2 dễ bị ôxy hóa và biến thành SO3 trong khí

quyển SO3 tác dụng với H2O trong môi trường ẩm và biến thành acid hoặc muối

sunfat Chúng sẽ nhanh chóng tách khỏi khí quyển và rơi xuống gây ô nhiểm môi

trường đất và môi trường nước

2 Tác hại của khí SO2 :

 Đối với sức khỏe con người

- SO2 là chất có tính kích thích, ở nồng độ nhất định có thể gây co giật ở cơ trơn

của khí quản Ở nồng độ lớn hơn sẽ gây tăng tiết dịch niêm mạc đường khí quản

Khi tiếp xúc với mắt, chúng có thể tạo thành axit

- SO2 có thể xâm nhập vào cơ thể con người qua các cơ quan hô hấp hoặc

các cơ quan tiêu hóa sau khi được hòa tan trong nước bọt Cuối cùng, chúng có

thể xâm nhập vào hệ tuần hoàn

- Khi tiếp xúc với bụi , SO2 có thể tạo ra các hạt axit nhỏ có khả năng xâm nhập

vào các huyết mạch nếu kích thước của chúng nhỏ hơn 2-3 μm

- SO2 có thể xâm nhập vào cơ thể qua da và gây ra các chuyển đổi hóa học Kết

quả là hàm lượng kiềm trong máu giảm, ammoniac bị thoát qua đường tiểu và có

ảnh hưởng đến tuyến nước bọt

- Trong máu, SO2 tham gia nhiều phản ứng hóa học, gây rối loạn chuyển hóa

đường và protein, gây thiếu vitamin B và C, ức chế enzyme oxydaza, tạo ra

methemoglobine để chuyển Fe2+ (hòa tan) thành Fe3+ (kết tủa) gây tắc nghẽn

mạch máu cũng như làm giảm khả năng vận chuyển oxy của hồng cầu,gây co hẹp

dây thanh quản, khó thở

 Đối với thực vật

- Các loài thực vật nhạy cảm với khí SO2 là rêu và địa y

Bảng: Nồng độ gây độc

Nồng độ (ppm)

Tác hại

 Đối với môi trường

- SO2 bị oxy hóa ngoài không khí và phản ứng với nước mưa tạo thành axit

sulfuric hay các muối sulfate gây hiện tượng mưa axit, ảnh hưởng xấu đến môi

trường

* Quá trình hình thành mưa axit của SO 2

- Phản ứng hoá hợp giữa lưu huỳnh điôxít và các hợp chất gốc hiđrôxyl:

SO2 + OH· → HOSO2·

- Phản ứng giữa hợp chất gốc HOSO2· và O2 sẽ cho ra hợp chất gốc HO2·

và SO3 :

HOSO2· + O2 → HO2· + SO3

- Lưu huỳnh triôxít SO3 sẽ phản ứng với nước và tạo ra H2SO4 Đây chính là

thành phần chủ yếu của mưa axít

SO3(k) + H2O(l) → H2SO4(l)

* Các tác hại của mưa axit

- Nước hồ bị axit hóa: mưa axit rơi trên mặt đất sẽ rửa trôi các chất dinh dưỡng

trên mặt đất và mang các kim loại độc hại xuống ao hồ, gây ô nhiễm nguồn nước

trong hồ, phá hỏng các loại thức ăn , uy hiếp sự sinh tồn của các loài cá và các

sinh vật khác trong nước

- Các ảnh hưởng của pH đến hệ thủy sinh vật

pH<6, 0 Các sinh vật bậc thấp của chuỗi thức ăn bị chết (phù du…), đây là

nguồn thức ăn quan trọng của cá

pH<5,5 Cá không thể sinh sản được Cá con khó sống sót Cá lớn bị dị dạng do

thiếu dinh dưỡng Cá bị chết do ngạt

pH<5, 0 Quần thể cá bị chết

pH<4, 0 Xuất hiện các sinh vật mới khác với các sinh vật ban đầu

- Rừng bị hủy diệt và sản lượng nông nghiệp bị giảm: mưa axit làm tổn thương

lá cây, gây trở ngại quá trình quang hợp, làm cho lá cây bị vàng và rơi rụng, làm

giảm độ màu mỡ của đất và cản trở sự sinh trưởng của cây cối

- Làm tổn hại sức khỏe con người: các hạt sulfate, nitrate tạo thành trong khí

quyển làm hạn chế tầm nhìn Hơn nữa, do hiện tượng tích tụ sinh học, khi con

người ăn các loại cá có chứa độc tố, các độc tố này sẽ tích tụ trong cơ thể lâu dần

gây nguy hiểm đối với sức khỏe con người

-Gây ăn mòn vật liệu và phá hủy các công trình kiến trúc

3 Các nguồn tạo ra SO2 :

- Khí SO2 tạo ra là do sự đốt cháy các hợp chất chứa lưu huỳnh hay nguyên tử

lưu huỳnh

Ví dụ : các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh trong than , dầu mỏ, quặng Pirit

(FeS2) , hơi đốt chứa nhiều khí H2S , các quặng sunfua

- Khí SO2 là loại chất gây ô nhiểm phổ biến nhất trong sản xuất công nghiệp và

sinh hoạt Nguồn thải SO2 chủ yếu từ :

+ Các nhà máy nhiệt điện

+ Các lò nung , nồi hơi đốt bằng nhiên liệu than đá , khí đốt , dầu hỏa và khí đốt

có chứa lưu huỳnh

+ SO2 sinh ra từ các nghành sản xuất công nghiệp : nhà máy lọc dầu , nhà máy

luyện kim , lò đúc , nhà máy sản xuất H2SO4

II CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SO 2

1 Hấp thụ khí SO 2 bằng nước

- Là phương pháp đơn giản được áp dụng sớm nhất để loại bỏ khí SO2

trong khí thải, nhất là trong khói từ các lò công nghiệp

- Ưu điểm: rẻ tiền, dễ tìm, hoàn nguyên được

SO2 + H2O ↔ H+ + HSO3-

- Nhược điểm: do độ hòa tan của khí SO2 trong nước quá thấp nên thường phải

dùng một lượng nước rất lớn và thiết bị hấp thụ phải có thể tích rất lớn, cồng

kềnh Để tách SO2 khỏi dung dịch phải nung nóng lên đến 1000C nên tốn rất

nhiều năng lượng, chi phí nhiệt lớn

( Trang 93 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn )

2 Hấp thụ khí SO2 bằng dung dịch sữa vôi

- Là phương pháp được áp dụng rất rộng rãi trong công nghiệp vì hiệu quả xử lý

cao, nguyên liệu rẻ tiền và sẵn có ở mọi nơi

làm lạnh và tách bụi sơ bộ, có thể chế tạo thiết bị bằng vật liệu thông thường,

không cần đến vật liệu chống axit và không chiếm nhiều diện tích xây dựng

- Nhược điểm: đóng cặn ở thiết bị do tạo thành CaSO4 và CaSO3, gây tắc nghẽn

các đường ống và ăn mòn thiết bị

( Trang 95 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn )

3 Xử lý khí khí SO 2 bằng ammoniac

- Phương pháp này hấp thụ khí SO2 bằng dung dịch ammoniac tạo muối amoni

sunfit và amoni bisunfit theo phản ứng sau:

SO2 + 2NH3 + H2O ↔(NH4)2SO3

(NH4)2SO3 + SO2 + H2O ↔ 2NH4HSO3

- Ưu điểm: hiệu quả rất cao, chất hấp thụ dễ kiếm và thu được muối amoni sunfit

và amoni bisunfit là các sản phẩm cần thiết

- Nhược điểm: rất tốn kém, chi phí đầu tư và vận hành rất cao

(Trang 100 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn)

4 Xử lý khí SO2 bằng magie oxit

- Các phản ứng xảy ra như sau:

MgO + SO2 ↔MgSO3

MgSO3 + SO2 + H2O ↔ Mg(HSO3)2

Mg(HSO3)2 + MgO ↔2MgSO3 + H2O

- Ưu điểm: có thể làm sạch khí nóng mà không cần làm lạnh sơ bộ, thu được axit

sunfuric như là sản phẩm của sự thu hồi, hiệu quả xử lý cao, MgO dễ kiếm và rẻ

- Nhược điểm: quy trình công nghệ phức tạp, vận hành khó, chi phí cao, tổn hao

MgO khá nhiều

(Trang 105 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn)

(Trang 106 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn)

5 Xử lý khí SO2 bằng kẽm oxit

- Phương pháp này dựa theo các phản ứng sau:

SO2 + ZnO + 2,5 H2O ↔ZnSO3 2,5H2O

ZnSO3 2,5H2O => ZnO + SO2 + 2,5H2O

- Ưu điểm: có thể làm sạch khí ở nhiệt độ khá cao (200 - 2500C)

- Nhược điểm: có thể hình thành ZnSO4 làm cho việc tái sinh ZnO bất lợi về kinh

tế nên phải thường xuyên tách chúng ra (cho bốc hơi) và bổ sung lượng ZnO

tương đương

6 Xử lý SO2 bằng kẽm oxit kết hợp natri sunfit

- Phương pháp này dựa theo các phản ứng sau:

Na2CO3 + SO2 ↔ Na2SO3 + CO2

Na2SO3 + SO2+H2O ↔ 2NaHSO3

2NaHSO3 + ZnO ↔ZnSO3 + Na2SO3 + H2O

- Ưu điểm: không đòi hỏi làm nguội sơ bộ khói thải, hiệu quả xử lý cao

- Nhược điểm: hệ thống xử lý khá phức tạp và tiêu hao nhiều muối natri

(Trang 110 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn)

7 Xử lý khí SO2 bằng các chất hấp thụ hữu cơ

- Phương pháp này được áp dụng nhiều trong xử lý khí thải từ các nhà máy luyện

kim màu

- Chất hấp thụ chủ yếu được dùng là xyliđin và đimetylanilin

(Trang 112 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn)

Quá trình khử SO2 bằng đimetylanilin

- Với khí thải có trên 35% (thể tích) khí SO2 thì dùng đimetylanilin làm chất hấp

thụ sẽ có hiệu quả hơn dùng xyliđin

(Trang 113 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn)

8 Hấp phụ khí SO2 bằng than hoạt tính

- Phương pháp này có thể áp dụng rất tốt để xử lý khói thải từ các nhà máy nhiệt

điện, nhà máy luyện kim và sản xuất axit sunfuric với hiệu quả kinh tế đáng kể

- Ưu điểm: sơ đồ hệ thống đơn giản và vạn năng, có thể áp dụng được cho mọi

quá trình công nghệ có thải khí SO2 một cách liên tục hay gián đoạn, cho phép

làm việc được với khí thải có nhiệt độ cao (trên 1000C)

- Nhược điểm: tùy thuộc vào quá trình hoàn nguyên có thể là tiêu hao nhiều vật

liệu hấp phụ hoặc sản phẩm thu hồi được có lẫn nhiều axit sunfuric và tận dụng

khó khăn, phải xử lý tiếp mới sử dụng được

(Trang 116 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn)

9 Hấp phụ khí SO 2 bằng vôi, đá vôi, đolomit

- Ưu điểm: hiệu suất hấp phụ cao.

-Nhược điểm : chi phí đầu tư lớn do vật liệu chế tạo đắt ( làm việc trong môi

trường ăn mòn mạnh và nhiệt độ cao)

CHƯƠNG II: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

II THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

Dung môi hấp thu là nước , nước sạch từ bể chứa được bơm lên bồn cao vị, nước theo ống dẫn lỏng đi qua lưu lượng kế điều chỉnh lưu lượng phù hợp rồi đi

vào tháp hấp thu Nhờ đĩa phân phối lỏng nước được phân phối đều khắp bề mặt

đệm

Dòng khí thải từ lò hơi được xử lý sơ bộ: lọc bụi bằng cyclone, giải nhiệt bằng thiết bị ống chùm Sau đó được quạt thổi qua lưu lượng kế điều chỉnh lưu lượng

rồi mới vào tháp hấp thu

Dòng khí đi từ đáy tháp lên đỉnh tháp, dòng lỏng đi từ đỉnh xuống đáy tháp hai dòng lưu chất tiếp xúc tại bề mặt vật liệu đêm và xảy ra quá trình truyền khối

khí sau hấp thu đạt tiêu chuẩn loại A theo ống khí trên nắp tháp thải ra môi

trường Dung dịch nước sau hấp thu chảy vào bể chứa được xử lý trung hòa trước

khi thải ra môi trường

=//=//=//=//=//=//=//=//=//=//=

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH HẤP THỤ

I CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU

Lưu lượng khí thải: 1000 m3

/h Nồng độ SO2 cần xử lí: 2% thể tích

Nồng độ SO2 sau xử lí đạt tiêu chuẩn loại A: 1500 mg/m3

Chọn nhiệt độ của nước hấp thu là 30oC

II TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT

Phương trình cân bằng của hệ SO2 – H2O được biểu diễn theo định luật Henry:

) 1 (

H y

x H P

t

Trong đó:

y*: phần mol của SO2 trong dòng khí ở điều kiện cân bằng

x: nồng độ phần mol khí hòa tan trong pha lỏng

P: áp suất riêng phần của cấu tử khí SO2 hòa tan khi cân bằng

Pt: áp suất tổng của hệ hấp thu (mmHg)

Y y

Thay vào (1) ta được:

X

X m Y

Y





 * .1 1

*

Do đó phương trình (1) có dạng:

X

X X

m

X m Y

) 8947 , 47 1 ( 1

8947 , 47 )

1 ( 1

) 8947 , 47 1 ( 1

8947 , 47

X: nồng độ SO2 cần hấp thụ trong dung môi nước (kmol SO2/kmol H2O)

Y*: nồng độ SO2 cần hấp thu trong hỗn hợp khí (kmol SO2/kmol khí trơ)

Đường cân bằng:

 Phương trình đường làm việc:

Nồng độ thể tích ban đầu của dòng khí:

yđ=2%=0,02

Nồng độ ban đầu của pha khí theo tỉ số mol:

0204 , 0

y

y

Nồng độ cuối của pha khí theo tỉ số mol:

) /

2 (

0005823 ,

0

) ( ) 30 273 (

1 ) / ( 082 , 0

) ( 1 ).

/ ( 10 ).

( 1

) / ( 64

1 ).

( 1000 1500

3 3 3

kmolkhítro kmolSO

K K

mol at lit

at m

l m

mol g g

Y c







Nồng độ đầu của pha lỏng theo tỉ số mol:

Chọn dung môi hấp thu là nước sạch nên:

tr

X X

Y Y G

Gtr : Suất lượng dòng khí trơ trong hỗn hợp

X* : Nồng độ pha lỏng cân bằng tương ứng với Xđ

Lượng SO2 được hấp thu: Yhth=Yđ-Yc=0,0204-0,0005823=0,0198177

Thay vào phương trình đường cân bằng:

X 0 0.00004 0.00008 0.00011 0.00015 0.00019 0.00023 0.00026 0.00030 0.00034 Ycb 0 0.00180 0.00361 0.00543 0.00725 0.00908 0.01092 0.01276 0.01461 0.01646

) 2 /

2 (

10 059 , 4

*

0198177 ,

0 ).

8947 , 47 1 ( 8947 , 47

0198177 ,

0 )

1 (

*

4

O kmolH kmolSO

X

Y m m

Y X

hth hth

10 059 , 4

0005823 ,

0 0204 , 0

tr

X X

Y Y G

tr

G

L G

L

Lưu lượng hỗn hợp khí vào tháp hấp thu:

2479 , 40 ) 30 273 (

082 , 0

1000 1

V P

Suât lượng dòng khí trơ trong hỗn hợp:

4430 , 39 ) 02 , 0 1 ( 2479 , 40 ) 1 (    

39 5888 , 58

5888 ,

2 (

10 3825 , 3

0 5888

, 58

0005823 ,

0 0204 , 0

4

O kmolH kmolSO

X G L

Y Y X

X X

Y Y G L

X L Y G X L Y G

đ tr tr

c đ c

đ c

c đ tr tr

c tr c tr đ tr đ tr

 Phương trình đường làm việc:

0005823 ,

0 5888 , 58

5888 , 58

0005823 ,

hay

Y

X đ

III TÍNH CÂN BẰNG NĂNG LƢỢNG

Phương trình cân bằng nhiệt lượng có dạng :

y = 58.589x + 0.0006 R² = 1

-0.005 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025

tc , tc : nhiệt độ khí ban đầu và cuối (o C)

Tđ , Tc : nhiệt độ dung dịch đầu và cuối (o C)

Iđ , Ic : entanpi hỗn hợp khí ban đầu và cuối (kj/kg)

Q0 : nhiệt mất mát ( kj/h)

Qs : nhiệt lượng phát sinh do hấp thụ khí (kj/h)

Để đơn giản hoá vấn đề tính toán , ta có thể giả thiết như sau :

+ Nhiệt độ mất mát ra môi trường xung quanh không đáng kể , Q0 = 0

+ Nhiệt độ của hổn hợp khí ra khỏi tháp bằng nhiệt độ dung dịch vào tháp :

tc = tđ = 30oC

+ Tỷ nhiệt của dung dịch không đổi trong suốt quá trình hấp thu : Cđ = Cc = CH2O

Gọi q : Nhiệt phát sinh của 1 mol cấu tử khí bị hấp thu Qs=q.Ltr(Xc-Xđ)

(Gần đúng: coi q không đổi)

Gđ.Iđ Lđ C.Tđ q.Ltr.Xc Xd Gc.Ic  Lc.C.Tc

c c

c c đ đ đ c

đ

C L

qL C

L

I G I G t L

L

.

(Vì lượng khí hoà tan trong dung dịch nhỏ nên có thể lấy gần đúng:  1

C L

L q T

T   

.

Do lượng cấu tử hoà tan trong dung dịch nhỏ nên : Lđ = Lc = Ltr

) ( c đ

đ

C

q T

Phương trình hấp thu của SO2 trong dung môi nước

SO2 + H2O  H+ + HSO3-

Tra sổ tay hóa lý:

Nhiệt sinh của :

SO2 : SO2 = -70.96 (kcal/mol)

H2O : H 2O= - 68.317 (kcal/mol)

H+: 

=0 (kcal/mol) HSO3- : HSO3- = -12157.29 (kcal/mol)

Nhiệt phát sinh của 1 mol cấu tử SO2 bị hấp thu :

q = (-70.96 - 68.317) – ( 0 – 12157.29) = 12018.013 (kcal/mol)

Nhiệt độ cuối của dung dịch ra khỏi tháp :

C

X X C

q T T

o

đ c đ

c

225 , 30

) 0 10 3826 , 3 ( 18

4200

1858 , 4 10 013 , 12018

V V

V

Y V V

c đ

đ

c tr c

/ 57 , 980

0005823 ,

0 1 02 , 0 1 1000

1 1 1

273

1 1 2

1 1

T : Nhiệt độ làm việc trung bình của tháp (T=30oC)

Ytb1 : Nồng độ phần mol của SO2 lấy theo giá trị trung bình

1 1 1

c đ tb

y y

y  

Với yđ1 , yc1 : Nồng độ phần mol của SO2 vào và ra khỏi tháp

01029 , 0 2

000582

0 02 , 0

000582 ,

0 1 0005823 ,

0

0005823 ,

0 1

02 , 0

1 1

đ đ

y

Y

Y y

y y

/ 1730 , 1 )

30 273 (

4 , 22

273 8 , 28 ).

01029 , 0 1 ( 64 01029 , 0

m Kg

8 , 28 ).

01029 , 0 1 ( 64 01029 , 0

) 1 ( 1 1 2

1

Kmol Kg

M y M

01029 , 0

1 2

1 1

y m

 μ1 , μ2 : Độ nhớt của SO2 và của không khí ở điều kiện làm việc

Ở 30o

C

) / ( 10 0182 , 0

) / ( 10 0128 0

3 2

3 2

1

s m Kg

s m Kg

10 0182 , 0

8 , 28 98971 , 0 10 0128 , 0

64 01029 , 0 1622 , 29 (*)

5

3 3

s m kg

2 Kg s

G G

) / ( 3229 , 0 2

3160 , 0 3298 , 0

) / ( 3160 , 0 ) / ( 43 , 1137

0005823 ,

0 64 4429 , 39 8 , 28 4429 , 39

.

) / ( 3298 , 0 ) / ( 45 , 1187

0204 0 64 4429 , 39 8 , 28 4429 , 39

.

2 2

s Kg G

s Kg h

Kg

Y M G M G G

s Kg h

Kg

Y M G M G G

ytb

c SO tr tr tr c

đ SO tr tr tr đ

 Lưu lượng trung bình của dòng lỏng đi trong tháp

Do lượng khí SO2 hòa tan trong dung dịch rất ít nên xem quá trình hâp thu không

làm thay đổi đáng kể thể tích nên:

tr tr tr tr xtb V L M

V



1





Trong đó :

Sρtr : Khối lượng riêng của nước ở điều kiện làm việc (ở 30oC ρtr=995,7 Kg/m3)

Mtr : Khối lượng phân tử của nước (kg/kmol)

Ltr : Lưu lượng nước (kmol/h)

m h

V xtb 41 , 776 /

7 , 995

1 18 918 ,



 Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng

Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng :

[2, IX.104, 183]

ρtb1 , ρtb2 : khối lượng riêng trung bình của SO2 , H2O trong pha lỏng

Vtb1 , Vtb2 : thể tích trung bình của SO2 , H2O trong pha lỏng

Do lượng SO2 hồ tan trong dung dịch nhỏ nên : Vtb1 ≈ 0

⇒ ρxtb ≈ ρtb 2 ≈ ρH2O =995,7 (kg/m3)

 Độ nhớt trung bình của pha lỏng

Do lượng SO2 hòa tan nhỏ nên ta có thể xem:

μxtb ≈μH2O=0,8007.10-3 (kg/m.s)

 Lưu lượng khối lượng trung bình của pha lỏng

* ) V - (1 + V

*

= tb1 tb1 tb1 tb2



xc xđ xtb

G G

G  

Trong đó :

Gxd , Gxc : lưu lượng khối lượng dòng lỏng vào và ra khỏi tháp

) / ( 5616 , 11 2

5685 , 11 5546 , 11

) / ( 5685 , 11 3600

64 00033826 ,

0 918 , 2310 18

918 , 2310

.

) / ( 5546 , 11 3600

1 8.

2310,918.1

2

s kg G

s kg M

X L M L G

s kg M

L G

xtb

SO c tr tr tr xc

tr tr xđ

1 16

, 0

3

2

75 , 1

.

'

x n

x xtb đ

ytb đ s

G

G A

 A: Hệ số phụ thuộc dạng quá trình, đối với quá trình hấp thụ A=0,022 cho vật

liệu đệm là vòng hay xoắn

Chọn đệm vòng Rasching bằng sứ xếp ngẫu nhiên: