Lời cảm ơn Lời đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn cô đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và luôn có sự phản hồi tỉ mỉ trong thời gian nhanh nhất và tạo những điều kiện tốt nhất trong suốt thời gian tìm hiể[.]
Lời cảm ơn Lời đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn tận tình hướng dẫn, bảo ln có phản hồi tỉ mỉ thời gian nhanh tạo điều kiện tốt suốt thời gian tìm hiểu tính tốn để em hồn thành đồ án tốt nghiệp Em xin gửi lời cảm ơn đến toàn thể thầy cô trường, đặc biệt thầy cô khoa Hóa giảng dạy, tạo điều kiện cho em suốt trình học tập nghiên cứu trường Những kiến thức mà chúng em nhận hành trang giúp chúng em vững bước tương lai Cuối cùng, em xin cảm ơn người bạn đồng hành giúp đỡ em suốt thời gian hoàn thành đồ án Với giúp đỡ thầy cô, bạn bè nghiêm túc, nỗ lực thân em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Tuy nhiên, kiến thức hạn hẹp nên đồ án nhiều thiếu sót Em mong nhận cảm thơng góp ý từ thầy để em hồn thiện kiến thức Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng năm 2022 Sinh viên thực Mục lụ c Lời cảm ơn i DANH MỤC HÌNH ẢNH iv DANH MỤC BẢNG BIỂU v LỜI MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ QUÁ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT H 2SO4 VÀ Q TRÌNH CHUYỂN HĨA SO2 THÀNH SO3 1.1 Giới thiệu chung 1.1.1 Ứng dụng axit sunfuric đời sống 1.1.2 Tính chất axit sunfuric oleum 1.1.3 Tính chất SO2 SO3 1.1.4 Nguyên liệu để sản xuất axit sunfuric 1.2 Cơ sở hóa lí q trình sản xuất H2SO4 13 1.2.1 Chế tạo khí sunfuro từ lưu huỳnh nguyên tố 13 1.2.2 Làm tạp chất khỏi hỗn hợp khí: .13 1.2.3 Quá trình oxi hóa SO2 thành SO3 xúc tác: 16 1.2.4 Quá trình hấp thụ tạo axit sunfuric 22 1.3 Bảo quản vận chuyển axit sunfuric .26 1.3.1 Bảo quản 26 1.3.2 Vận chuyển 26 1.4 Tháp chuyển hóa SO2 thành SO3 27 1.4.1 Tháp chuyển hóa lớp sơi 27 1.4.2 Tháp chuyển hoá kiểu bổ sung không khí và có truyền nhiệt ngoài :28 1.4.3 Tháp chuyển hóa có truyền nhiệt trung gian: 29 CHƯƠNG II SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ .31 2.1 Biện luận chọn dây chuyền thiết bị 31 2.2 Sơ đồ hệ thống 32 2.3 Thuyết minh sơ đồ 34 CHƯƠNG III: TÍNH TỐN CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NHIỆT LƯỢNG 36 3.1 Cân vật chất 36 3.1.1 Lớp xúc tác I 36 3.1.2 Lớp xúc tác II 39 3.1.3 Lớp xúc tác III 40 3.1.4 Lớp xúc tác IV 42 3.1.5 Lớp xúc tác V 44 3.2 Cân nhiệt 45 3.2.1 Tính cân nhiệt lớp I: 46 3.2.2 Tính cân nhiệt lớp II: .47 3.2.3 Tính cân nhiệt lớp III: .48 3.2.4 Tính cân nhiệt lớp IV: .49 3.2.5 Tính cân nhiệt lớp V 50 CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN LỚP XÚC TÁC 52 4.1 Xây dựng đường nhiệt độ cân đường nhiệt độ thích hợp 52 4.1.1 Cách thành lập đường cân .52 4.1.2 Cách thành lập đường nhiệt độ thích hợp 53 4.1.3 Tính tốn cụ thể: 53 4.2 Tính lượng xúc tác cần dùng 65 4.2.1 Tính thời gian tiếp xúc cho lớp xúc tác .65 4.2.2 Thể tích khối lượng xúc tác .75 4.3 Tính chiều cao lớp xúc tác trở lực tháp 76 4.3.1 Tính tốc độ khí điều kiện làm việc 76 4.3.2 Tính chiều cao lớp xúc tác .77 4.3.3 Trở lực tháp .78 CHƯƠNG V: TÍNH TỐN CƠ KHÍ THÁP TỔNG HỢP 81 5.1 Tính tốn chi tiết: 81 5.1.1 Bề dày thân tháp: 81 5.1.2 Tính nắp thiết bị: 82 5.1.3 Tính đáy thiết bị: 82 5.1.4 Mâm đỡ xúc tác 83 5.1.5 Cửa khí ra, vào 84 5.2 Chọn các thông số khác của tháp tổng kết số liệu tính tốn tháp 84 KẾT LUẬN 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Đồ thị kết tinh hệ H2O - SO3 Hình 2: Đồ thị nhiệt độ sôi - nồng độ axit Hình 3: Khối lượng riêng axit sunfuric oleum 20oC Hình 4: Nhiệt dung axit sunfuric oleum 20 oC Hình 5: Độ nhớt axit sunfuric oleum 20oC .6 Hình 6: Đồ thị “T – x” q trình oxi hóa SO2 theo đường nhiệt độ thích hợp .21 Hình 7: Ảnh hưởng nồng độ nhiệt độ axit đến hiệu suất hấp thụ SO3 24 Hình 8: Ảnh hưởng nồng độ nhiệt độ axit đến tốc độ hấp thụ SO3 25 Hình 9: Tháp tiếp xúc kiểu tầng sôi 27 Hình 10: Tháp tiếp xúc có bổ sung SO2 sau lớp I, lớp sau dùng truyền nhiệt trung gian loại nằm ngang .28 Hình 11: Tháp tiếp xúc lớp có truyền nhiệt trung gian .29 Hình 12: Sơ đồ dây chuyền cơng nghệ 33 Hình 13: Đường nhiệt độ cân – đường nhiệt độ thích hợp lớp xúc tác I, II, III 64 Hình 14: Đường nhiệt độ cân – đường nhiệt độ thích hợp lớp xúc tác IV, V 65 Hình 15: Đồ thị mối tương quan thời gian tiếp xúc mức chuyển hóa lớp I 67 Hình 16: Đồ thị mối tương quan thời gian tiếp xúc mức chuyển hóa lớp II 69 Hình 17: Đồ thị mối tương quan thời gian tiếp xúc mức chuyển hóa lớp III 71 Hình 18: Đồ thị mối tương quan thời gian tiếp xúc mức chuyển hóa lớp IV 73 Hình 19: Đồ thị mối tương quan thời gian tiếp xúc mức chuyển hóa lớp V 74 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Nhiệt độ khí vào, khí mức chuyển hóa qua lớp xúc tác .36 Bảng 2: Thành phần khối lượng thể tích hỗn hợp khí vào tháp .37 Bảng 3: Thành phần khối lượng thể tích hỗn hợp khí vào tháp (bỏ qua nước) 37 Bảng 4: Cân vật chất lớp xúc tác I 39 Bảng 5: Cân vật chất lớp xúc tác II 40 Bảng 6: Cân vật chất lớp xúc tác III .42 Bảng 7: Cân vật chất lớp xúc tác IV .43 Bảng 8: Cân vật chất lớp xúc tác V .45 Bảng 9: Nhiệt độ vào mức chuyển hóa lớp xúc tác 45 Bảng 10: Số liệu thống kê để để xây dựng đường nhiệt độ cân nhiệt độ thích hợp 63 Bảng 11: Thông số xây dựng đồ thị mối tương quan thời gian tiếp xúc mức chuyển hóa lớp I 66 Bảng 12: Thông số xây dựng đồ thị mối tương quan thời gian tiếp xúc mức chuyển hóa lớp II 68 Bảng 13: Thông số xây dựng đồ thị mối tương quan thời gian tiếp xúc mức chuyển hóa lớp III 70 Bảng 14: Thông số xây dựng đồ thị mối tương quan thời gian tiếp xúc mức chuyển hóa lớp IV .72 Bảng 15: Thông số xây dựng đồ thị mối tương quan thời gian tiếp xúc mức chuyển hóa lớp V 74 Bảng 16: Giá trị hệ số dự trữ xúc tác Ci lớp xúc tác .75 Bảng 17: Tổng hợp số liệu tính tốn tháp tiếp xúc .85 Bảng 18: Thơng số kích thước tháp (m) 86 LỜI MỞ ĐẦU Axit sunfuric chất sản xuất với sản lượng lớn giới Sản lượng ngành sản xuất axit sunfuric coi số kinh tế quan trọng quốc gia Vì tầm quan trọng kinh tế quốc dân, sản lượng axit sunfuric thường coi dấu hiệu tình trạng tồn ngành cơng nghiệp sản xuất nói chung nước So với hóa chất amoniac, soda sản lượng axit sunfuric thường cao gấp 2-3 lần Bởi đặc tính quan trọng axit sunfuric nhu cầu lớn từ ngành cơng nghiệp hóa học mà sản lượng axit sunfuric giới ngày tăng Trên giới hàng năm sản xuất 160 triệu H2SO4 Trong Mỹ coi nước sản xuất axit sunfuric lớn giới với sản lượng 32 triệu /năm (2001) Tuy nhiên nay, Trung Quốc coi nước sản xuất H2SO4 lớn giới Theo hội axit sunfuric Trung Quốc, năm 2003 Trung Quốc vượt Mỹ trở thành nước đứng đầu giới sản xuất axit sunfuric với sản lượng 33,7 triệu Đến năm 2004, sản lượng lên tới 35 triệu tấn, sản lượng Mỹ giảm nhẹ Sản lượng axit sunfuric Trung Quốc đáp ứng phần lớn nhu cầu nước, lượng nhập ngày giảm Trong giai đoạn 1995-2005 tiêu thụ axit sunfuric giới tăng 29% so với giai đoạn trước đó, theo đánh giá nhà chun mơn tiêu thụ axit sunfuric tăng lên 2,6% giai đoạn 2005-2010 Các nước XHCN Châu Á thị trường tiêu thụ chính, chiếm khoảng 23% lượng tiêu thụ tồn giới, sau Mỹ khoảng 20% Các nước Châu Phi, Trung Nam Mỹ, Tây Âu tiêu thụ khoảng 10% Năm 2005 giới tiêu thụ 190 triệu axit sunfuric với giá trị tương đương khoảng 10 tỉ USD Ở Việt Nam axit sunfuric sử dụng với lượng lớn để phục vụ cho cơng nghiệp hóa nước nhà Trong nhu cầu sử dụng axit sunfuric (97%) 32 000 tấn/năm (1997), lực sản xuất 350 000 tấn/năm (2001) Nhận thấy nhu cầu vai trị vơ quan trọng axit sunfuric công nghiệp nên em vô vui mừng nhận đề tài “ thiết kế tính tốn tháp tổng hợp SO3 để sản xuất axit sunfuric theo phương pháp tiếp xúc với suất tính theo hỗn hợp khí nguyên liệu tiêu thụ 100 tấn/h” đề tài vô thực tiễn cấp thiết với nhu cầu tiêu thụ axit sunfuric công nghiệp nước nhà giới CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ QUÁ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT H2SO4 VÀ QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA SO2 THÀNH SO3 1.1 Giới thiệu chung 1.1.1 Ứng dụng axit sunfuric đời sống Axit sunfuric sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khác Trong cơng nghiệp hóa chất axit sunfuric dùng để sản xuất phân bón, axit vơ (như axit hydro floric, photphoric ), muối sunfat kim loại khác nhau, sản xuất thuốc nhuộm, số hợp chất khác Một lượng lớn axit sunfuric đặc biệt dạng oleum dùng công nghệ tổng hợp hữu cơ, tổng hợp anilin, vật liệu sợi tổng hợp Axit sunfuric dùng làm môi trường hút nước dung dịch axit sản phẩm từ than đá Trong công nghiệp gia công kim loại, dùng axit sunfuric để làm màng oxit bề mặt kim loại nhiều lĩnh vực công chất nghiệp khác Có thể nói sản lượng axit sunfuric số tốt sức mạnh công nghiệp quốc gia 1.1.2 Tính chất axit sunfuric oleum [1] Trong hóa học, axit sunfuric xem hợp chất anhydrit sunfuric với nước Cơng thức hóa học SO3.H2O H2SO4 có khối lượng phân tử 98,08 Trong kỹ thuật, hỗn hợp theo tỷ lệ SO3 với H2O gọi axit sunfuric Nếu tỷ lệ SO3 : H2O < gọi dung dịch axit sunfuric, SO : H2O > gọi dung dịch SO axit sunfuric hay oleum Thành phần dung dịch axit sunfuric đặc trưng phần trăm khối lượng H2SO4 SO3 Axit sunfuric khan chất lỏng không màu, sánh (khối lượng riêng 200˚C 1,8305 g/cm3), kết tinh 10,37°C Khi được đun nóng ở áp suất thường (760 mmHg) đến nhiệt độ 296,2°C axit sunfuric bắt đầu sôi phân huỷ tạo thành hỗn hợp đẳng phí chiếm 98,3% H2SO4 1,7% H2O Hỗn hợp đẳng phí sơi 336,5°C Axit sunfuric kết hợp với nước SO3 theo tỷ lệ bất kỳ, tạo thành số hợp chất có tính chất khác a Nhiệt độ kết tinh Dung dịch có nồng độ axit sunfuric oleum xem hỗn hợp hai số hợp chất khác sau: H 2O, H2SO4.4H2O, H2SO4.2H2O, H2SO4.H2O, H2SO4, H2SO4.SO3, H2SO4.2SO3, SO3 Hình 1: Đồ thị kết tinh hệ H2O - SO3 Từ đồ thị cho thấy: Nhiệt độ kết tinh dung dịch axit sunfuric oleum tương đối cao, chí nhiệt độ vài chục độ Vì người ta quy định nghiêm ngặt nồng độ axit sunfuric oleum tiêu chuẩn cho chúng không bị kết tinh trình sản xuất, vận chuyển bảo quản Từ tính chất giúp cho ta lựa chọn thành phần axit sản xuất phải gần với điểm cực tiểu đồ thị kết tinh b Nhiệt độ sôi áp suất Quan hệ nhiệt độ sôi nồng độ axit biểu diễn đồ thị sau: ... thu hồi SO2 để sản xuất axit sunfuric - Dùng trực tiếp vào mục đích khơng cần axit sunfuric Tóm lại, nguyên liệu để sản xuất axit sunfuric phong phú Tỉ lệ dạng nguyên liệu dùng sản xuất axit sunfuric... LỜI MỞ ĐẦU Axit sunfuric chất sản xuất với sản lượng lớn giới Sản lượng ngành sản xuất axit sunfuric coi số kinh tế quan trọng quốc gia Vì tầm quan trọng kinh tế quốc dân, sản lượng axit sunfuric... 1.4 Tháp chuyển hóa SO2 thành SO3 27 1.4.1 Tháp chuyển hóa lớp sơi 27 1.4.2 Tháp chuyển hoá kiểu bổ sung không khí và có truyền nhiệt ngoài :28 1.4.3 Tháp chuyển hóa