46062656-NH3

Thiết kế tháp hấp thụ dạng đĩa chóp để xử lý khí thải NH3 của nhà máy hóa chất.

PHỤ LỤC:

Nội dung trang

PHẦN 1: TỔNG QUAN 21. Mở đầu 22. Tính chất hóa lý và tác hại của khí Amoniac 3

2.1. Tính chất vật lý 3 2.2 Tính chất hóa học 4 2. 3. Độc tính của ammoniac 5

3. Các phương pháp xử lý hiện nay được áp dụng 7 3. 1. Xử lý hoá học 7 3. 2. Xử lý cơ học 8

3.3 Phương pháp hấp phụ 83.4 Phương pháp hấp thụ 9

4. Lựa chọn phương pháp xử lý. 10 Sơ đồ dây truyền công nghệ của hệ thống, thuyết minh công nghệ.

4. 1. Lựa chọn phương pháp xử lý 104. 2. Sơ đồ dây truyền công nghệ 12

4. 3. Thuyết minh sơ đồ công nghệ 12PHẦN 2: TÍNH TOÁN 13

1. Tính toán các thông số vào – ra của hệ thống và tính lượng dung môi ( pha lỏng ) 14

1.1 . Tìm phương trình đường làm việc của quá trình hấp thụ

1.2 Tính toán thiết bị tháp hấp thụ 18

2. Tính chóp và kích thước cơ bản của chóp. 193. Tính trở lực tháp 22

1GVHD: Nguyễn Thị Thu ThủyNhóm thực hiện: Nhóm 7


PHẦN 1: TỔNG QUAN

1. Mở đầu

¤ nhiÔm m«i trêng đã trở thành vÊn ®Ò chung, mang

tÝnh toµn cÇu vµ cÊp b¸ch. Ở hÇu hÕt çc quèc gia, chÝnh

phñ ®· ®Çu t rÊt nhiÒu, c¶ vÒ vèn vµ c«ng nghÖ cho viÖc

xö lÝ çc chÊt g©y « nhiÔm m«i trêng. Ở ViÖt Nam, tuy nÒn

c«ng nghiÖp cha ph¸t triÓn m¹nh mÏ nhng do nhiÒu nguyªn

nh©n chñ quan vµ kh¸ch quan, nh viÖc thiÕu hiÓu biÕt vÒ

tÇm quan träng cña b¶o vÖ vµ lµm s¹ch m«i trêng, tr×nh ®é

d©n trÝ nãi chung cßn thÊp, thu nhËp ®Çu ngêi kÐm (trõ

mét sè vïng ®« thÞ) lµm cho con ngêi chỉ biÕt khai th¸c sö

dông mµ chưa quan tâm tíi hËu qu¶ cña nã,... ChÝnh v× vËy

mµ m«i trêng níc ta ngµy cµng « nhiÔm. Còng nh nhiÒu níc

kh¸c trªn thÕ giíi hiÖn nay, vÊn ®Ò xö lÝ çc chÊt g©y «

nhiÔm ë níc ta ®ang gÆp nhiÒu khã kh¨n. Nguyªn nh©n

cña « nhiÔm m«i trêng lµ do çc chÊt th¶i tõ nhµ m¸y, khu

c«ng nghiÖp vµ çc ho¹t ®éng kh¸c. Mét trong nh÷ng chÊt

khÝ g©y « nhiÔm m«i trêng lµ NH3, nã lµ khÝ th¶i cña rÊt

nhiÒu çc nghµnh c«ng nghiÖp khác nhau, đặc biệt là ngành

công nghiệp hóa chất.

Amôniac là một chất khí không màu, có mùi rất khó chịu. Trong

không khí có một lượng amôniăc không đáng kể sinh ra do quá trình

phân rã của động vật và thực vật. Ngoài ra, trong nước mưa cũng có

chứa một lượng amôniăc không lớn. Nhưng người ta thường chế ra

amôniăc để dùng cho ngành công nghiệp bằng phương pháp nhân

tạo. Trong các nhà máy sản xuất hóa chất thường thải ra môi trường



một lượng NH3 tương đối lớn, ảnh hưởng trực tiếp tới môi trường và

con người.

Amoniac là chất độc tác dụng lên cơ thể người sẽ gây ngạt thở

hỏng màng nhầy mắt, gây đọng nước ở phổi và gây bỏng khi tác

dụng lên da. Nhiễm độc cấp tính:Nồng độ khí NH3 trên 100 mg/m3

gây kích ứng đường hô hấp. Ngoài ra, trong không khí NH3 kết hợp

với O2 dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời tạo NOx là tác nhân làm

thủng tầng ozon, gây hiện tượng hiệu ứng nhà kính.

Với mục đích thu hồi và xử lý NH3 để làm giảm tác hại của nó

đối với môi trường và con người. Đồng thời tận dụng ưu điểm của

NH3 trong một số ngành công nghệ sản xuất, việc thiết kế ra một hệ

thống thiết bị hấp thụ NH3 là hết sức cần thiết.

Trong bài tập lớn này chúng em thiết kế hệ thống hấp thụ dạng

đĩa chóp để xử lý khí thải chứa amoniac của các nhà máy sản xuất

hóa chất được trình bày cụ thể dưới đây.

2. Tính chất hóa lý và tác hại của khí Amoniac

2.1. Tính chất vật lý

Amoniac là một chất không màu, mùi khai và xốc, nhẹ hơn không

khí (Khối lượng riêng D = 0,76g/l).

Amoniac hoá lỏng ở -34 0C và hoá rắn ở -780C. Trong số các khí,

amoniac tan được nhiều nhất trong nước.1 lít nước ở 20OC hoà tan

được 800 lít NH3.

Hiện tượng tan được nhiều giải thích do có tương tác giữa NH3 và

H2O, là những chất đều có phân tử phân cực.



2. 2. Tính chất hóa học

Có 3 dạng ĐỘC TÍNH của amoniac:

+ Khí amoniac (NH3)

+ Khí amoniac hóa lỏng

+ Dung dich amoniac (NH4OH)

*Sự phân huỷ

Amôniăc phân huỷ ở nhiệt độ 600 – 700 0C và áp suất thường.

Phản ứng thường là phản ứng thu nhiệt và cũng thuận nghịch:

2 NH3 → 3 H2 + N2

Tác dụng với axit:

NH3 + HCl→ NH4Cl

Tác dụng với chất oxi hóa

a) Tác dụng với O2

NH3 bị oxi hoá bởi oxi tạo ra N2 và H2O .

4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O + Q

b) Tác dụng với khí Clo

Dẫn khí NH3 vào bình khí Cl2, hỗn hợp khí tự bốc cháy tạo ra

ngọn lửa có khói trắng . Phương trình phản ứng:

2NH3 + 3HCl = 6HCl + N2

Khói trắng là những hạt nhỏ tinh thể NH4Cl được tạo nên do

HCl sau khi sinh ra lại hoá hợp ngay với NH3.

NH3 + HCl → NH4Cl

* Ứng dụng



Làm phân bón

Kỹ nghệ làm lạnh

Trong phòng thí nghiệm và phân tích

Kỹ nghệ điện tử

* Một số ứng dụng khác: NH4Cl được sử dụng trong công nghệ

hàn, chế tạo thức ăn khô và trong y học…NH3 được sử dụng trong

công nghiệp dầu khí, thuốc lá, và trong công nghệ sản xuất các chất

gây nghiện bất hợp pháp..

2. 3. Độc tính của amôniăc

CÓ 3 dạng ĐỘC TÍNH của amoniac:

+ Khí amoniac (NH3)

+ Khí amoniac hóa lỏng

+ Dung dich amoniac (NH4OH)

Đối với động vật thuỷ sinh: Khi bị nhiễm độc amoniac có các

triệu chứng :

Cá thở dốc trên mặt nước

Mang cá bị tím hoặc đỏ bầm

Cá bị hôn mê và mất phản xạ

Cá bị chết chìm ở đáy nước.

Cá bị ghẻ xước ở vây hoặc cơ thể

Đối với người:

Khi hít phải hoặc tiếp xúc trực tiếp với NH3

Triệu chứng :

Thở khó, ho, hắt hơi khi hít phải



Cổ họng bị rát, mắt, môi và mũi bị phỏng, tầm nhìn bị hạn

chế.

Mạch máu bị giảm áp nhanh chóng

Da bị kích ứng mạnh hoặc bị phỏng

Trong một số trường hợp nếu hít phải NH3 nồng độ đậm đặc

có thể bị ngất, thậm chí bị tử vong.

Trong trường hợp hít phải NH3 cần đưa nhanh nạn nhân ra

khỏi môi trường độc hại, cho nằm nghỉ, thở oxi, điều trị triệu

chứng; quan sát y học liên tục 24giờ trở lên để phát hiện các

biến đổi hô hấp.

Trường hợp bị ô nhiễm da cần nhanh chóng rửa sạch bằng

nước hoặc dung dịch có tác dụng trung hòa để bảo vệ da,

điều trị triệu chứng.

Trường hợp bị ô nhiễm mắt phải khẩn trương rửa mắt thật

kỹ.

* Bảng nồng độ và thời hạn tiếp xúc đối với chất khí NH3:

CNH3

(ppm)

Triệu chứng Thời hạn tiếp xúc

50 - Giới hạn nhận biết mùi - Lao động được trong 8 giờ

400 - Tác dụng trên các đường

hô hấp

- tiếp xúc ngoại lệ

Hậu quả trong 60phút

700 - Tác dụng giới hạn trên thị

giác

- tiếp xúc ngoại lệ

Hậu quả dưới 60phút



1.720 - Ho, co giật có thể chết

người

- cấm tiếp xúc

Hậu quả dưới 30 phút

5000

đến

10.000

- Co thắt do phản xạ họng,

xuất huyết phổi, có thể chết

- cấm biết xúc

Hậu quả sau vài phút

3. Các phương pháp xử lý hiện nay được áp dụng:

3. 1. Xử lý hoá học:

Dựa vào tính chất hoá học của NH3 ta có thể xử lý NH3 bằng

các phun các dung dịch acid loãng (HCl, H2SO4..) để hấp thụ hoá học

NH3

2NH3 + H2SO4 = (NH4)2SO4

a. Ưu điểm:

- Chất lượng xử lý đồng đều;

- Dễ vận hành, thay thế.

- Sử lý trên diện rộng, công suất xử lý cao.

b. Nhược điểm:

- Chi phí cao hơn so với phương pháp khác.Có 1 điểm đặc biệt

là xử lý amoniac hó hơn so với xử lý ion kim loại bởi amoniac có tính

cạnh trang so với kim loại khác và tan vô hạn trong nước.

Có thể thấy, xử lý trao đổi ion tối đa chỉ đạt 80-85% hàm lượng.

Như vậy với hàm lượng đề cập ở trên phải xử lý cả bằng 2 phương

pháp thì mới đạt yêu cầu về nồng độ đạt TCVN và chi phí trên 1 m3

thấp.



3. 2. Xử lý cơ học:

Nhờ vào khả năng hoà tan tốt trong H2O, Khi sự cố môi trường

xảy ra (rò rĩ khí amoniac) thì biện pháp đơn giản nhất đó là cách ly

người dân và phun nước pha loãng.

Có thể sử dụng phương pháp hấp thụ dạng đĩa chóp, dạng

đệm để hấp thụ NH3, với dung môi là nước.

Ngoài ra có thể dung than hoạt tính để hấp phụ khí NH3 ,

nhưng giá thành của than hoạt tính cao nên hiện nay không được xử

dụng nhiều.

3.3 Phương pháp hấp phụ:

Hấp phụ là kĩ thuật làm sạch khí bằng cách tập trung các khí và

hơi độc lên bề mặt của vật rắn (chất hấp phụ) có bề mặt tiếp xúc lớn.

Phương pháp này lợi dụng tính chất vật lý của một số vật liệu rắn

nhiều lỗ rỗng với các cấu trúc siêu hiển vi, cấu trúc đó có thể có tác

dụng chắt lọc khí độc hại trong hỗn hợp khí thải và giữ chúng trên bề

mặt mình. Các chất hấp phụ thường dùng là than hoạt tính và

silicagen, zeolit…

Phương pháp làm sạch kiểu này được dùng rộng rãi để khử mùi

thải ra từ các nhà máy thực phẩm, sản xuất da, nhà máy nhuộm hay

là các thiết bị gia công hơi tự nhiên, cũng như sản xuất keo dán.

- Các thiết bị hấp phụ

+ Thiết bị hấp phụ gián đoạn: - Loại đứng

- Loại ngang

- Loại có cánh khuấy



+ Thiết bị hấp phụ liên tục

3.4 Phương pháp hấp thụ

Hấp thụ là kĩ thuật làm sạch khí thải dựa trên cơ sở hấp thụ khí

độc hại chứa trong hỗn hợp khí bằng phản ứng của các chất lỏng.

Hiệu quả của phương pháp này dao động trong một phạm vi rộng,

phụ thuộc vào loại khí độc và dung môi hấp thụ. Rẻ tiền nhất là dùng

nước hấp thụ nhưng hiệu quả lại không cao.

Các chất được hấp thụ có thể được hòa tan vật lý vào trong chất

lỏng hoặc thực hiện phản ứng hóa học với chất lỏng.

Có nhiều loại thiết bị hấp thụ khác nhau, chúng có thể được chia

thành hai nhóm: Nhóm thứ nhất là các thiết bị làm việc theo nguyên

tắc phân tán các bọt khí vào trong chất lỏng. Nhóm thứ hai làm việc

theo nguyên tắc phân tán các giọt chất lỏng vào trong pha khí. Gần

như tất cả các thiết bị hấp thụ đều làm việc trên cơ sở hấp thụ ngược

chiều. Các thiết bị hấp thụ phổ biến là: Tháp đệm, tháp đĩa, tháp sủi

bọt, tháp phun rỗng, venturi…

Hấp thụ được sử dụng nhiều để xử lí các khí thải nguy hiểm như:

SO2, SO3, NH3 , Cl2, HCl, HF, SiF4, COS, CS2...chất lỏng để thực hiện

quá trình hấp thụ được chọn phù hợp theo công nghệ xử lí.

a) Các thiết bị hấp thụ: + Thiết bị hấp thụ dạng đệm

+ Tháp đĩa

+ Thiết bị loại bề mặt

+ Thiết bị loại màng



4. Lựa chọn phương pháp xử lý. Sơ đồ dây truyền công

nghệ của hệ thống, thuyết minh công nghệ.

4. 1. Lựa chọn phương pháp xử lý

Chọn xử lý NH3 bằng dung môi nước, nước không độc, không

ăn mòn thiết bị, dễ tìm kiếm giá thành lại không cao, mà khi hấp thụ

xong lượng nước chứa NH3 thải ra môi trường cũng ít có hại hơn

những dung môi hấp thụ khác.

Giới thiệu về quá trình hấp thụ dạng đĩa chóp

Hấp thụ là quá trình hút khí bằng chất lỏng. Khí được hút gọi là

chất bị hấp thụ, chất lỏng để hút gọi là dung môi ( hay chất hấp thụ),

khí không bị hấp thụ gọi la khí trơ. Quá trình hấp thụ được dùng để:

- Thu hồi các cấu tử quý.

- Làm sạch khí.

- Tách hỗn hợp khí thành từng cấu tử riêng biệt.

Trong trường hợp thứ nhất và thứ ba, bắt buộc ta phải tiến

hành quá trình nhả sau khi hấp thụ để tách cấu tử được hấp thụ ra

khỏi dung môi. Đối với các trường hợp khác, quá trình nhả là không

cần thiết, trừ khi phải dùng lại dung môi (dung môi quý).

Quá trình hấp thụ phụ thuộc chủ yếu vào dung môi, do đó cần

chọn dung môi theo những tính chất sau đây:

1. Có tính chất hoà tan chọn lọc, nghĩa là chỉ hoà tan với một

cấu tử, còn những cấu tử khác không co khả năng hoà tan hoặc hoà

tan rất ít.



2. Độ nhớt của dung môi phải bé, đẻ giảm trở lực và tăng

hệ số chuyển khối.

3. Nhiệt dung riêng bé, để tiết kiệm nhiệt năng khi hoàn

nguyên dung môi.

4. Có nhiệt độ sôi khác xa với nhiệt độ sôi của cấu tử hoà

tan, để dễ dàng phân riêng chúng qua chưng luyện

5. Có nhiệt độ đóng rắn thấp, để tránh hiện tượng đóng

rắn làm tắc thiêt bị.

6. Không tạo thành kết tủa khi hoà tan, để tránh tắc thiêt

bị và dễ thu hồi.

7. ít bay hơi, để tránh tổn thất.

8. Không độc va ăn mòn thiết bị.

Tuy nhiên, trong thực tế không có dung môi nào đạt được tất

cả các tiêu chuẩn đã nêu. Vì vậy khi chọn ta phải dựa vào

những điều kiện cụ thể của sản xuất.

Tháp đĩa được ứng dụng nhiều trong công nghệ hoá và thực

phẩm. Trong tháp đĩa, chất lỏng đi từ trên xuống, còn khí đi từ dưới

lên. Chúng tiếp xúc và trao đổi chất với nhau tại mỗi bậc (đĩa), khác

với tháp đệm, hai pha lỏng hơi tiếp xúc với nhau liên tục trên toàn

tháp. So với tháp đệm thì tháp đĩa phức tạp hơn và được phân thành

nhiều loại theo kết cấu của đĩa và sự vận chuyển của chất lỏng qua

lỗ đĩa hoặc theo các ống chảy chuyền giữa các đĩa, cụ thể phân

thành:

- Tháp đĩa có ống chảy chuyền và không ống chảy chuyền.

- Tháp đĩa lưới, tháp chóp, tháp supap và một số dạng khác.



Ở đây chúng ta nghiên cứu tháp đĩa có ống chảy chuyền, tháp đĩa

chóp.

Trong tháp đĩa có ống chảy chuyền, khí và lỏng chuyển động

riêng biệt nhua từ đĩa này sang đĩa khác. Các loại tháp thường gặp

trong sản xuất là tháp chóp, tháp supap, hay tháp đĩa rãnh chữ S.

Tháp đĩa chóp

Tháp đĩa chóp là tháp gồm nhiều đĩa, trên đĩa có lắp nhiều

chóp. Trên mỗi đĩa có ống chảy chuyền để vận chuyển chất lỏng từ

đĩa này đến đĩa khác. Số ống chảy chuyền phụ thuộc vào kích thước

tháp và lưu lượng chất lỏng . ống chảy chuyền được bố trí theo nhiều

cách. Khí đi từ dưới lên qua ống hơi vào chóp, qua khe chóp để tiếp

xúc với chất lỏng trên đĩa. Chóp có cấu tạo tròn hay dạng khá. Thân

chóp có rãnh tròn, chữ nhật hoặc tam giác để khí đi qua. Hình dáng

của rãnh trên chóp không ảnh hưởng mấy đến quá trình chuyển khối.

Chóp được lắp vào đĩa bằng nhiều cách.

Hiệu quả của quá trình phụ thuộc rất nhiều vào vận tốc khí.

Nếu vận tốc khí bé thì khả năng sục khí kém, nhưng nếu vận tốc khí

quá lớn sẽ làm bắn chất lỏng hoặc cuốn chất lỏng theo. Hiện tượng

bắn chất lỏng tất nhiên còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác, như

khoảng cách giữa các đĩa, khoảng cách giữa các chóp, khối lượng

riêng và kích thước của chóp và ống chảy chuyền. Nên quá trình tính

toán thiết bị rất quan trọng.

4. 2. Sơ đồ dây truyền công nghệ

Vẽ trên giấy A3



4. 3. Thuyết minh sơ đồ công nghệ

Khí NH3 do nhà máy thải ra được đưa vào tháp hấp thụ (1) (tháp

đĩa) từ dưới lên.

Nước được đưa vào thùng chứa (3) và được đưa lên trên bồn cao

vị (5) nhờ bơm nước (4). Bồn cao vị có tác dụng điều chỉnh lưu

lượng nước đi vào tháp đệm cho phù hợp nhờ ống chảy tràn có

trong bồn cao vị. Nước được phân bố từ trên đỉnh tháp xuống qua

đĩa phân phối lỏng làm ướt đều các đệm trong tháp.

Khí thải được đưa vào tháp đệm nhờ quat (1). Khí đi từ dưới lên

qua đĩa phân phối khí, nước đi từ trên xuống.Hai pha lỏng khí tiếp

xúc nhau trên bề mặt đệm làm tăng diện tích tiếp xúc giữa pha lỏng

và pha khí. Tại đây xảy ra quá trình hấp thụ. Khí NH3 được hấp thụ

vào dung môi nước.Sản phẩm đỉnh là khí trơ trong đó có 1 phần khí

NH3 không được hấp thụ có nồng độ C.

Sản phẩm đáy là hỗn hợp đã được hấp thụ NH3. Sản phẩm đáy

được đưa ra hệ thống xử lý nước thải hoặc được tận dụng cho các

ngành sản xuất khác.



PHẦN 2: TÍNH TOÁN

1. Tính toán các thông số vào – ra của hệ thống và tính

lượng dung môi ( pha lỏng )

* Thông số ban đầu:

- Lưu lượng khí tthải khí vào hệ thống 9000 Nm3/h =

9000/22,4 m3/h

- Nồng độ khí thải đo được 12% thể tích khí thải

- Dung môi: H2O

- Nhiệt độ khí thải: t = 250C

- Hiệu suất của thiết bị chính (tháp hấp thụ) đạt 95%

- TCVN 5939:1995(loại B): 100mg/m3 [3.bảng 3. 251]

* Thông số cần tính:

- Lượng NH3 và không khí vào của thiết bị hấp thụ: Gy

(kmol/h).

- Nồng độ đầu của hỗn hợp khí: Yđ (kmol/kmol khí trơ).

- Nồng độ cuối của hỗn hợp khí: Yc (kmol/kmol khí trơ).

- Lượng dung môi H2O vào thiết bị hấp thụ: Gx (kmol/h).

- Nồng độ ban đầu của dung môi: Xđ=0.

- Nồng độ cuối của dung môi H2O: Xc (kmol/kmol dung môi).

- Lượng khí trơ (không khí) Gtrơ (kmol/h).



1.1. Tìm phương trình đường làm việc của quá trình hấp thụ

Khối lượng riêng ở ĐKTC là 00C và 1 atm là:

= 0.7708 (kg/m3)

= 1.293 (kg/m3)

Khối lượng mol của hỗn hợp khí thải là:

Mhh = yNH3. + ykk. Mkk = 0.05.17+ 0.95.29 = 28.4 (kg/kmol)

Chọn điều kiện làm việc trong tháp là p=1atm ; t0= 250C (2980K)

Khối lượng riêng của khí ở 2980K được tính theo công thức:

( P, T là áp suất và nhiệt độ ở điều kiện làm việc

là khối lượng riêng ở điều kiện làm việc )

=> Vì P0 = P nên ta có:

Khối lượng riêng của hỗn hợp khí thải là :

Khối lượng riêng của hỗn hợp khí thải ở điều kiện tiêu chuẩn:



Vậy lượng khí NH3 vào thiết bị hấp thụ là :

Gy = . =. . 12%= 48,2143(kg/h)

Lượng khí NH3 vào tháp tính theo thể tích là :

GNH3 = . VNH3 = 0,7061 . 48,2143 = 34,0441(kg/h)

Do Vkt = Vkk + VNH3 → Vkk = Vkt - VNH3 = - 48 =

353,8(m3/h)

Lượng không khí vào tháp là:

Gkk = . Vkk = 1,185 . 353,8 = 419,253 (kg/h)

Khí thải ra môi trường đạt TCVN 5939 : 1995 theo cột B =

100mg/m3

Ta có : cứ 1 m3 khí thải ra ngoài môi trường chứa 100 mg/m3 NH3.

353,8 m3------------------------------------có G ra mg/m3NH3

→ G ra = 353,8.100.10-6 = 0,0354 (kg/h)

Nồng độ đầu của hỗn hợp khí là:

Nồng độ cuối của hỗn hợp khí ra khỏi tháp là:

→

Lượng dung môi pha lỏng



- Đường cân bằng của quá trình hấp thụ có dạng: ycb = m.x

Với m =

Trong đó là hệ số Herry NH3 (25oC) = 0,00223.106 mmHg.

P là áp suất chọn P = 1at = 760 mmHg.

m = = 2,9342

Suy ra: y* = 2,9342.x* (*)

Ta có : yđ = 0,074

Từ đồ thị xcbđ = 0.025

→ Xcbđ = = = 0,0256

Lại có: Xc =

Gx = 1,2 Gmin

è

Gx = 1,2 Gmin= 1,2.1308,79 = 1570,55(kg / h)

→ Vx = = = 1,58 (m3/h)

Từ công thức tính lượng dung môi cần thiết:



Nồng độ cuối của dung môi H2O là:

Xc = Gtrơ . = =

0,0217 (kmol NH3/kmol dung môi)

→ xc = =

Vậy A(0 ; 8,4.10-5) ; (0,00212 ; 0,074)

Dựa vào đồ thị đường cân bằng và đường làm việc ta đếm

được số bậc thay đổi nồng độ:

Nlt = 14

→ Ntt = = 14,7

Chọn Ntt = 15

1.2. Tính toán thiết bị tháp hấp thụ:

Tính đường kính và chiều cao của tháp

- Tính đường kính của tháp theo công thức:

= .[IX.89.II.181]

- Ta có wy= (m/s). [IX.107.II.184]

Trong đó: khối lượng riêng của nước

.[IX.102.II.183]

Với M 1, M2: khối lượng mol của cấu tử 1 và 2 (NH3 và không

khí)

T : Nhiệt độ làm việc trung bình của tháp (ok)

Ytb1 : Nồng độ phần mol NH3 theo giá trị trung bình



= .

= 0,5 m

→ wy = = = 0,62 (m/s)

- Chiều cao H : [II.IX.50.168]

với :chiều dày đĩa . = 2 - 4 mm

Ta chọn chiều dày đĩa = 2 mm = 0,002 (m)

Vậy H = 15(0,4 + 0,002) + 1 = 7,06(m) là Chiều cao toàn bộ tháp,

tính cả nắp và đáy.

2. Tính chóp và kích thước cơ bản của chóp.

- Đường kính ống hơi của chóp : 50 , 75 , 100 , 125 , 150 (mm)

[ II.236 ]

Chọn d = 0,05 (m) với chiều dày =2 (mm)

Đường kính trong của ống hơi:

(m)

- Số chóp phân bố trên đĩa:

n = 0,1. [ IX . 212 – II . 236 ]

Trong đó: D là đường kính trong của tháp (m)

d là đường kính ống hơi (m)



( chóp).

- Chiều cao chóp phía trên ống dẫn hơi

[ IX . 213 – II . 236 ]

0,25 . 0,07 = 0,0175 (m) = 1,75 (m)

- Đường kính chóp: d = [ IX . 214 – II . 236 ]

Trong đó: Sch = Chiều dày chóp. Chọn 2 (mm)

- Khoảng cách từ mặt đĩa đến chân chóp: S = 0 25 (mm) [ II .

236 ].

Chọn 20 (mm)

- Chiều cao mức chất lỏng trên tháp: h1 = 15 – 40 (mm). Chọn h1

= 30 (mm)

- Chiều cao khe chóp : b = [ IX . 215 – II . 216 ]

Trong đó: g = 9,18 (m/s2)

(m/s) [ II.236 ]

là lưu lượng hơi đi trong tháp ( m3/h )

là hệ số trở lực của đĩa chóp, = 1,2 2 [ II . 236 ],

Chọn = 2.

= 995,68 ( kg/m3) là khối lượng riêng trung bình của pha lỏng

= 1,1851 (kg/m3) là khối lượng riêng trung bình của pha khí

(m) = 8,2 (mm)



- Chiều rộng các khe hở chóp: a = 5 (mm)

- Khoảng cách giữa các khe: c = 3 – 4 (mm), Chọn c = 3 (mm)

- Số lượng khe hở mỗi chóp:

[ IX . 216 – II . 236 ]

- Đường kính ống chảy chuyền: (2)

[ IX . 217 – II . 236 ]

Trong đó:

là lưu lượng lỏng trung bình đi trong tháp (kg/h)

là khối lượng riêng trung bình của pha lỏng

Z là số ống chảy chuyền ; z = 1

tốc độ chất lỏng trong ống chảy chuyền ; = 0,1 – 0,2

(m/s);

Chọn = 0,2 (m/s)

- Lượng NH3 đã hấp thụ:

M = (kg/h)

- Lưu lượng lỏng cuối là: (kg/h).

- Lưu lượng lỏng trung bình đi trong tháp:

(kg/h)

- Khoảng cách từ đĩa đến ống chảy chuyền

S1 = 0,25dc [ IX.218 – II.237 ] = 0,25.0,08 = 0,02(m) = 20 (mm)

- Chiều cao ống chảy chuyền trên đĩa:h c = ( h1 + S + b ) - [ IX.219 – II.237]



Với =

V là thể tích chất lỏng chạy qua (m3/h)

V =

(m) = 16(mm)

Vậy hc = (30 + 20 + 36 )-16 = 70 (mm)

- Bước tối thiểu của chóp trên đĩa

[IX.220 – II.237 ]

Trong đó: l2 = 12,5 +0,25dch = 12,5 + 0,25.102 = 38 (mm)

[ II.237]

= 102 +2.2+ 38 = 144 (mm)

- Khoảng cách từ tâm ống chảy chuyền tới tâm chóp gần nhất.

(mm) [IX.221 - II.238 ]

bề dày ống chảy chuyền ; = 2 4 (mm) ; Chọn = 2 (mm)

= 75 (mm) là khoảng cách ngắn nhất giữa chóp và ống chảy

chuyền

(mm)

3. TÍNH TRỞ LỰC THÁP

Trở lực tháp: ΔP = NTT.ΔPd (N/m2) [IX.135-II.192]

Trong đó:

- NTT: Số đĩa thực tế của tháp;

- ΔPd: Tổng trở lực của 1 đĩa (N/m2)

ΔPd = ΔPk + ΔPs+ ΔPt



+ ΔPk: Trở lực của đĩa khô (N/m2)

+ ΔPs: Trở lực của đĩa do sức căng bề mặt (N/m2)

+ ΔPt: Trở lực của lớp chất lỏng trên đĩa(trở lục thủy tĩnh)

(N/m2)

3.1 Trở lực của đĩa khô:

Trở lực của đĩa khô là: [IX.136-II.192]

Trong đó:

+ 𝝃: Hệ số trở lực, 𝝃 = 4,5 ÷ 5, chọn 𝝃 = 5;

+ ρyTB : Khối lượng riêng trung bình pha hơi, ρyTB = 1,18 (kg/m3)

+ ω0: Tốc độ khí qua rãnh chóp.

Để xác định ω0 phải thiết kế tháp sao cho diện tích ống hơi

bằng tổng diện tích các khe chóp:

foh.ωoh = fr.ωr

Nhưng để ωoh = ωr thì fr = foh tức là thiết kế rãnh sao cho tổng diện

tích các rãnh bằng diện tích ống hơi.

Gọi số rãnh là n khi đó foh = fr :

<=> Soh = n.Sr

=>

Quy chuẩn n= 20

Khi đó: ωr = ω0 = ωoh = ωh => ω0 = 12,5 (m/s)

Vậy trở lực của đĩa khô là:



3.2. Trở lực của đĩa do sức căng bề mặt:

Trở lực của đĩa do sức căng bề mặt:

[IX.138-II.192]

Trong đó:

+ δ: sức căng bề mặt của dung dịch nước trên đĩa, δ =

72,75.10-3 (N/m2);

+ dtđ: đường kính tương đương cua khe rãnh chóp (m).

Trong đó:

n: chu vi rãnh;

fx: diện tích tự do rãnh.

Chọn rãnh hình chữ nhật, khi đó fx = a.b

- a: chiều rộng rãnh, a= 5 (mm);

- b: chiều cao khe chóp, b = 38 (mm).

=> fx = 5.38 = 190 (mm2);

n = 2(a+b) = 2(5+38) = 86 (mm).

Vậy:

Suy ra trở lực do sức căng bề mặt là:

3.3. Trở lực của lớp chất lỏng trên đĩa:



Trở lực của lớp chất lỏng trên đĩa:

[IX.139-II.194]

Trong đó:

+ hr: chiều cao khe chóp, hr = b = 38 (mm);

+ ρb: khối lượng riêng của bọt, ρb = (0,4÷0,6) ρx.

Chọn ρb = 0,5. ρx = 0,5.998,23 = 499,115 (kg/m3)

+ g: gia toocs trọng trường: g = 9,81 m/s2;

+ hb: chiều cao lớp bọt trên đĩa:

Trong đó:

+ hc: chiều cao đoạn ống chảy chuyền nhô lên trên đĩa, (m);

+ Δ: chiều cao của lớp chất lỏng trên ống chảy chuyền, (m);

+ hx: chiều cao của lớp chất lỏng không lẫn bọt trên đĩa, (m), hx

< (s + b)

Chọn

- s: là khoảng cách từ mặt đĩa đến chân chóp, s = 15

mm;

- b: chiều cao khe chóp, b = 38 mm.

=>

+ ρb: khối lượng riêng của bọt, kg/m3;

+ f: tổng diện tích các chóp trên đĩa, m2



f = 0,785.(dch)2.n = 0,785.0,1022.52 = 0,425 (m2)

+ hch: chiều cao của chóp,m

hch = hc + Δ + δch

Trong đó: Δ = Δh = 29 (mm)

=> hch = 54 + 29 + 2 = 85 (mm)

+ F: phần bề mặt đĩa có gắn chóp

F = Fchóp – 2.Fống chảy chuyền

Suy ra:

hb = 10-3..10-3

=>

Vậy trở lực của toàn tháp là:

ΔP = NTT.ΔPd = 15.(461 + 32,92 + 396,6) = 15.622,8 (N/m2)

Tài liệu tham khảo:



[II] Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, Nhà xuất

bản khoa học và kỹ thuật,2004.

[IV] Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 4, Nhà xuất

bản khoa học và kỹ thuật,2004.


Documents

46062656-NH3