0c C Ồ/ V G SVTH Bùi Mạnh Trình 2004110192 Trang 2 ĐỒ ÁN MÔN HỌC I Tên đồ án Thiết kế tháp đệm hấp thu NH3 bằng nước II Nhiệm vụ đồ án ( nội dung yêu cầu và số liệu ban đầu ) Nhập liệu khí hỗn hợp ban[.]
0c CỒ/VG ĐỒ ÁN MÔN HỌC I Tên đồ án Thiết kế tháp đệm hấp thu NH3 nước II Nhiệm vụ đồ án ( nội dung yêu cầu số liệu ban đầu ): Nhập liệu: khí hỗn hợp ban đẩu 2000kg/h, yd = 7% Nồng độ sau hấp thu đạt 0,02% Nhiệt độ ban đẩu: 30 oC III Nội dung phần thuyết minh tính tốn: - Tổng hợp tài liệu tính tốn cân vật chất - Tính tốn cân lượng - Tính tốn thơng số tháp - Tính tốn thiết bị phụ trợ - Chọn thiết bị phụ trợ IV Các vẽ đồ thị ( loại kích thước vẽ ): - Vẽ vẽ tổng quan quy trình - Vẽ vẽ chi tiết thiết bị V Ngày giao đồ án: 28/02/2014 VI Ngày hoàn thành đồ án: VII Ngày nộp đồ án: SVTH SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192 Xác nhận GVHD Trang: NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Ngày Tháng Năm 2014 Ký tên NHẬN XÉT CỦA THẦY CÔ PHẢN BIỆN SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192 Trang: Ngày Tháng Năm 2014 Ký tên LỜI NĨI ĐẦU Amoniac hóa chất dùng phổ biến nhiều ngành công nghiệp khác Sự phát xạ khơng khí có chứa amoniac vào khí mà khơng có biện pháp xử lý, gây ảnh hưởng không tốt đến sức khỏe người môi trường Một phương pháp có hiệu cao để xử lý amoniac từ khí thải yêu cẩu cấp thiết Những nguồn thải khí amoniac bao gồm: q trình sản xuất phân bón, q trình điều chế than cốc sử dụng phương pháp khôi phục sản phẩm phụ, đốt cháy ngun liệu hóa thạch, q trình chăn ni hệ thống làm lạnh sử dụng amoniac mơi chất lạnh Người ta kiểm sốt lượng amoniac trình nhiều cách như: sử dụng tháp lọc khí ẩm, sử dụng phương pháp nước ngưng để loại bỏ khí, khơi phục tái chế dòng thải, hệ thống thu nạp Trong đồ án này, em xin trình bày phương pháp sử dụng tháp đệm để hấp thu NH3 Trong trình thực đồ án, em giúp đỡ tận tình thầy Huỳnh Lê Huy Cường để giúp em hoàn thành đồ án Tuy cố gắng hồn thành tốt đồ án em cịn nhiều thiếu sót q trình thực Mong thầy bảo thêm cho em SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192 Trang: Em xin chân thành cảm ơn! CHƯƠNG I: TỔNG QUÁT VỀ NH3 1.1 Giới thiệu NH3 - Amoniac hợp chất nitơ hydro với cơng thức NH3, có tên quốc tế (theo IUPAC) “Azane”, “Amoniac”, “Hydrogen nitride” số tên khác Amoniac khơng màu, dạng khí có mùi cay nồng đặc trưng Nó nhẹ khơng khí, mật độ 0,589 lần so với khơng khí Nó dễ dàng hóa lỏng liên kết mạnh mẽ phân tử hydro, có nhiệt độ sơi -33,34°C nhiệt độ nóng chảy -77,7°C Là phân tử có cực, amoniac chất khí nhẹ (d=0,596g/cm3), tan nhiều nước, lít nước 0°C hịa tan 1200/ khí NH3, 20°C 700/ khí NH3 Hiện tượng tan nhiều NH3 nước giải thích liên kết hydro phân tử NH3 phân tử H2O - Amoniac đóng góp đáng kể vào dinh dưỡng nhu cầu sinh vật mặt đất cách phục vụ tiền thân thực phẩm phân bón Amoniac trực tiếp hay gián tiếp khối xây dựng để tổng hợp nhiều dược phẩm - Amoniac sử dụng thương mại thường gọi khan amoniac Thuật ngữ nhấn mạnh đến vắng mặt nước vật liệu Bởi NH3 sôi -33,34°C (28,012°F), chất lỏng phải lưu trữ áp lực cao nhiệt độ thấp 1.2 Phân loại Amoniac có hai loại, loại dùng cho máy lạnh loại dùng làm nguyên liệu cơng nghiệp hóa chất Chúng có u cầu chất lượng khác nhau: Hàm lượng chất Amoniac Đơn vị Loại Loại % 99,9 99,6 % 0,1 0,4 Lượng tạp chất tối đa Hơi ẩm SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192 Trang: Dẩu mg/l 10 35 Sắt - Khơng quy định 1.3 Tính chất vật lý amoniac - NH3 tan nước phát nhiều nhiệt cho dung dịch có d < (dung dịch NH3 25% có d = 0,91g/cm3) Nếu đun nóng lên đến 100°C tất NH3 dung dịch bay hết - Amoniac có tác dụng kích thích làm chảy nước mắt, nhẹ khơng khí Nhiệt độ tới hạn amoniac cao 405,55°K nên amoniac dễ hóa lỏng Amoniac hóa lỏng 239,75°K hóa rắn 195°K Amoniac lỏng không màu, gẩn nhiệt độ sơi có số điện mơi = 22 Amoniac lỏng dung môi tốt cho nhiều muối vô Các kim loại kiềm kiềm thổ hòa tan amoniac lỏng Amoniac lỏng có entapi bốc lớn, dùng để nạp máy lạnh - Ở trạng thái rắn amoniac kết tinh mạng lập phương tâm mặt: Phân tử NH3 có cấu tạo hình tháp tam giác với dN-H = 1,015 góc hóa trị HNH = 10703, tương ứng cấu hình electron sau: Do lai hóa sp3 nguyên tử nitơ mà cặp electron hóa trị tự (ở N) phân bố sp3 định hướng rõ rệt không gian, phân tử NH3 dễ cho cặp electron tạo nên liên kết cho - nhận (liên kết phối trí) với nguyên tử khác liên kết có độ phân cực lớn Cặp electron hóa trị tự tính phân cực liên kết N-H tạo nên liên kết hidro phân tử NH3, NH3 dễ bị nén, có nhiệt bay cao tan nhiều nước Ở nhiệt độ thường cẩn áp suất 67 atm hóa lỏng 1.4 Tính chất hóa học amoniac Cũng có cặp electron hóa trị tự bền mà NH3 có hoạt tính hóa học cao Nó cho ba loại phản ứng: phản ứng cộng, phản ứng khử phản ứng thế, đặc trưng phản ứng cộng SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192 Trang: Amoniac bền nhiệt độ thường Khi đun nóng có xúc tác amoniac tự phân hủy theo chiều ngược lại phương trình tổng hợp Phản ứng trạng thái cân xác định Amoniac bị phân hủy chiếu xạ tia tử ngoại Trong oxi nguyên chất, amoniac cháy với lửa vàng nhạt tạo thành N2 H2O Dưới áp suất lớn, hỗn hợp amoniac oxi nổ: Nếu có chất xúc tác platin hay hợp kim platin - rodi 800 - 900oC khí amoniac bị O2 khơng khí oxi hóa thành nito oxit: Các chất oxi hóa khác nước oxy già, axit cromic, kalipemanganat oxi hóa amoniac cách dễ dàng Khí amoniac dung dịch cháy clo, brom tạo thành N2 Amoniac cộng hợp với nhiều chất: nước, axit, muối Quan trọng phản ứng cộng với nước Khi tan nước NH3 tác dụng với nước theo sơ đồ sau: NH3 + HOH — NH4+ + OHSự xuất ion OH- tạo nên môi trường bazơ dung dịch (nhưng bazơ yếu có số điện li K = 1,8.10-5) Trong dung dịch amoniac ln có cân kép: NH3 + HOH —— NH4OH —— NH4+ + OHVì dung dịch nước ln có mùi NH3 xem khơng có NH4OH Ngay trạng thái khí, cho phản ứng cộng với khí HCl tạo thành muối amoni clorua: NH3 + HCl = NH4Cl Ngồi loại phản ứng cộng nói, NH3 cho loại phản ứng kết SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192 Trang: hợp đặc biệt với muối tạo thành hợp chất có thành phẩn giống hydrat gọi amoniacat, ví dụ: AgNO3.2NH3, CuSO4.4NH3 tạo thành hợp chất phức với nhiều muối Trong thân NH3 khan lại axit yếu, proton H+ tạo thành anion amid NH2- Ví dụ cho liti nitrua vào NH3 lỏng người ta nhận anion amid (NH2-): LĨ3N(S) + NH3 (í) — Li+(am) + NH2 (am) Hydro NH3 bị kim loại mạnh đẩy chỗ để tạo nitrua magie cháy NH3 để tạo magie nitrua Mg3N2 Natri kali kim loại nóng tạo nitrua (NaNH2, KNH2) tác dụng với NH3 NH bền nhiệt độ thường đun nóng lên 300°C bắt đẩu phân hủy 600°C phân hủy gẩn hồn tồn: H2 tạo thành làm cho NH3 nóng có tính khử mạnh N3- bị oxy hóa lên trạng thái oxy hóa cao nitơ, đặc biệt dễ bị oxy hóa lên N0 (N2) N2+ (NO) Các chất oxy hóa CuO, nước javen oxy hóa NH3 thành N2: Phản ứng dùng để khử lớp oxit kim loại bề mặt kim loại hàn Các nguyên tử hydro amoniac thay nguyên tử kim loại Phản ứng amoniac kim loại hình thành hợp chất amidua (), imidua () nitrua () số amidua, phổ biến amidua kim loại kiềm kiềm thổ Ví du: Ở 3500C, natri tác dụng với NH3 cho amiđua natri NaNH2: 2Na + 2H3N = 2NaNH + H2 SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192 Trang: NH3 tự bốc cháy 651°C tạo hỗn hợp nổ với khơng khí nồng độ nằm vùng 16 - 25% NH3 có tính ăn mòn kim loại hợp kim chứa đồng (Cu), kẽm (Zn), nhôm (Al), vàng (Au), bạc (Ag), thủy ngân (Hg) Vì thực tế người ta khuyến cáo không nên để dung dịch amoniac tiếp xúc với vật dụng có chứa kim loại hợp kim Khi NH3 tiếp xúc lâu dài với số kim loại (Au, Ag, Hg, Ge, Te, Sb ) tạo hợp chất kiểu fuminat dễ gây nổ nguy hiểm Amoniac lỏng phá hủy chất dẻo, cao su, gây phản ứng trùng hợp nổ etylen oxit 1.5 Ứng dụng - Phân bón: Khoảng 73% (tính đến 2004) amoniac sử dụng làm phân bón tồn giới nhằm cung cấp đạm cho Vì ngành cơng nghiệp sản xuất phân bón dựa vào amoniac thành phẩn quan trọng ngân sách giới - Tiền thân để tổng hợp hợp chất nitơ: Amoniac trực tiếp gián tiếp tiền thân hợp chất chứa nitơ Hẩu tất hợp chất nitơ tổng hợp có nguồn gốc từ amoniac Một dẫn xuất quan trọng acid nitric, acid nitric tạo thơng qua q trình Ostwald q trình oxy hóa amoniac với khơng khí đĩa bạch kim có xúc tác 700 - 850°C, ~ atm Nitric oxide trung gian việc chuyển đổi này: NH3 + 2O2 HNO3 + H2O Axit nitric sử dụng để sản xuất phân bón, vật liệu nổ hợp chất nhiều organonitrogen - Dung dịch amoniac đặc 25% dùng nhiều phịng thí nghiệm - Cleaner: NH3 nước (amoni hydroxit) sử dụng mục đích chung cho bề mặt hơn, sử dụng để làm kính, sứ, thép khơng gỉ thường sử dụng để làm lị amoniac có khả hòa tan kim loại oxit - Lên men: Amoniac giải pháp (ở 16 - 25%) sử dụng ngành công nghiệp lên men nguồn cung cấp nitơ cho vi sinh vật để điều chỉnh pH trình lên men - Chất làm lạnh R717: Do tính chất bay thuận lợi nó, amoniac chất làm lạnh SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192 Trang: Amoniac khan sử dụng rộng rãi ứng dụng điện lạnh công nghiệp - Điều chế hidrazin N2H4 (chất đốt cho tên lửa) CHƯƠNG II: TỔNG QUÁT VỀ THÁP HẤP THU DẠNG ĐỆM 2.1 Định nghĩa hấp thu Trong trình sản xuất hóa học thường thu hỗn hợp khí nhiều cấu tử, muốn tiếp tục gia công chế biến phải tách thành cấu tử Ví dụ: sau hóa than ta thu hỗn hợp khí chất N2, H2, H2S, NH3, CO, CO2 muốn dùng hỗn hợp để tổng hợp NH3 để sản xuất phân đạm (Ure) ta phải tách chúng Có nhiều phương pháp để tách hỗn hợp khí thành cấu tử + Phương pháp hóa học + Phương pháp lý (dựa chất hóa lỏng nhiệt độ khác nhau) + Phương pháp hút: dùng chất lỏng hay chất rắn xốp để hút Nếu dùng chất lỏng gọi trình hấp thu, dùng chất rắn gọi trình hấp phụ Như hấp thu q trình hút khí chất lỏng, khí hút gọi chất bị hấp thu, chất lỏng dùng để hút gọi dung mơi (cịn gọi chất hấp thu), khí khơng bị hấp thu gọi khí trơ Q trình cẩn truyền vật chất từ pha khí vào pha lỏng Nếu trình xảy tra theo chiều ngược lại, nghĩa từ pha lỏng vào pha khí ta có q trình nhả Ví dụ: hỗn hợp lỏng gồm dung mơi benzen, toluen vào pha khí mang đi, dung môi ban đẩu dùng lại Nguyên lý hai q trình hấp thu nhả khí bả n giống 2.2 Phân loại Phụ thuộc vào chất tương tác chất hấp thụ chất bị hấp thu pha khí, phương pháp hấp thu chia làm loại: + Hấp thu vật lý: dựa hòa tan cấu tử pha khí pha lỏng SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192 Trang: 10 ... Trang: 10 + Hấp thu hóa học: chất bị hấp thu chất hấp thu cấu tử pha lỏng xảy phản ứng hóa học 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp thu Sự hấp thu phụ thu? ??c vào chất cấu tử (chất hấp thu dung...ĐỒ ÁN MÔN HỌC I Tên đồ án Thiết kế tháp đệm hấp thu NH3 nước II Nhiệm vụ đồ án ( nội dung yêu cầu số liệu ban đầu ): Nhập liệu: khí hỗn hợp ban đẩu 2000kg/h, yd = 7% Nồng độ sau hấp thu đạt... trình hấp thu, dùng chất rắn gọi trình hấp phụ Như hấp thu q trình hút khí chất lỏng, khí hút gọi chất bị hấp thu, chất lỏng dùng để hút gọi dung mơi (cịn gọi chất hấp thu) , khí khơng bị hấp thu