Đồ án: Thiết kế tháp đệm hấp thu NH3 bằng nước

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC  ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH 3 BẰNG NƯỚC  GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền  SVTH:Bùi Mạnh Trình  MSSV :2004110192  Lớp:02DHHH1 TP.HCM, 04/2014TP.HCM, 04/2014TP.HCM, 04/2014TP.HCM, 04/2014 TP.HCM, 04/2014 ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền ĐỒ ÁN MÔN HỌC I. Tên đồ án Thiết kế tháp đệm hấp thu NH 3 bằng nước II. Nhiệm vụ đồ án ( nội dung yêu cầu và số liệu ban đầu ): Nhập liệu: khí hỗn hợp ban đầu 2000kg/h, y d = 7% Nồng độ sau hấp thu đạt 0,02% Nhiệt độ ban đầu: 30 o C III. Nội dung các phần thuyết minh tính toán: - Tổng hợp tài liệu tính toán cân bằng vật chất - Tính toán cân bằng năng lượng - Tính toán thông số tháp - Tính toán các thiết bị phụ trợ - Chọn các thiết bị phụ trợ IV.Các bản vẽ và đồ thị ( loại và kích thước bản vẽ ): - Vẽ bản vẽ tổng quan quy trình - Vẽ bản vẽ chi tiết thiết bị V. Ngày giao đồ án: 28/02/2014 VI. Ngày hoàn thành đồ án: SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192Trang: 2 ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền VII. Ngày nộp đồ án: SVTH Xác nhận của GVHD NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Ngày Tháng Năm 2014 Ký tên SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192Trang: 3 ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền NHẬN XÉT CỦA THẦY CÔ PHẢN BIỆN Ngày Tháng Năm 2014 Ký tên SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192Trang: 4 ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền Mục Lục: CHƯƠNG I: TỔNG QUÁT VỀ NH3 8 1.1 Giới thiệu về NH3 8 1.2 Phân loại 8 1.3 Tính chất vật lý của amoniac 9 1.4 Tính chất hóa học của amoniac 10 1.5 Ứng dụng 13 CHƯƠNG II: TỔNG QUÁT VỀ THÁP HẤP THU DẠNG ĐỆM 14 2.1 Định nghĩa hấp thu 14 2.2 Phân loại 15 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp thu 15 2.4 Cân bằng vật chất cho quá trình hấp thu 16 2.5 Ứng dụng của quá trình hấp thu 23 2.6 Lựa chọn dung môi 23 2.7 Tháp hấp thu 24 2.7.1 Thiết bị loại đĩa (tháp mâm): 25 2.7.2 Thiết bị loại bề mặt 25 2.7.3 Thiết bị loại màng 25 CHƯƠNG III: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 34 3.1 Quy trình công nghệ 35 3.2 Thuyết minh sơ đồ công nghệ: 36 CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH 38 4.1 Cân bằng vật chất 38 4.2 Các thông số dòng khí 39 4.3 Các thông số dòng lỏng: 42 4.4 Tính đường kính 45 4.5 Tính chiều cao cột đệm theo một đơn vị chuyển khối 46 4.6 Tính chiều cao thân tháp 50 4.7 Tính cơ khí 51 Tổng quát: 51 Tính vận tốc vào ống dẫn: 51 Tính chiều dày tháp: 52 SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192Trang: 5 ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền Đáy và nắp: 54 Ống dẫn khí và ống dẫn lỏng hàn dính vào thiết bị: 57 Đĩa phân phối lỏng: 58 Tính lưới đỡ đệm: 59 mdd=724,85+548,13=1273 kg 60 Chân đỡ và tai treo: 60 4.8. Tính trở lực 62 Tổn thất áp suất của đệm khô: 62 Tổn thất áp suất khi đệm ướt: 64 CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ PHỤ 65 5.1.Bồn cao vị 65 5.2 Bơm chất lỏng 67 5.3.Quạt thổi khí 69 NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 LỜI NÓI ĐẦU Amoniac là một hóa chất dùng phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Sự phát xạ của không khí có chứa amoniac vào khí quyển mà không có biện pháp xử lý, gây ảnh hưởng không tốt đến sức khỏe con người và môi trường. Một phương pháp có hiệu quả cao để xử lý amoniac từ khí thải là yêu cầu cấp thiết. Những nguồn thải ra khí amoniac bao gồm: quá trình sản xuất phân bón, quá trình điều chế than cốc sử dụng phương pháp khôi phục sản phẩm phụ, sự đốt cháy nguyên liệu hóa thạch, quá trình chăn nuôi và những hệ thống làm lạnh sử dụng amoniac như một môi chất lạnh….Người ta có thể kiểm soát được lượng amoniac ở những quá trình này bằng nhiều cách như: sử dụng tháp lọc khí ẩm, sử dụng phương pháp nước ngưng để loại bỏ khí, khôi phục và tái chế những dòng thải, những hệ thống thu nạp Trong đồ án này, em xin trình bày phương pháp sử dụng tháp đệm để hấp thu NH 3 . SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192Trang: 6 ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã được sự giúp đỡ tận tình của thầy Huỳnh Lê Huy Cường để giúp em hoàn thành đồ án này. Tuy đã cố gắng hoàn thành tốt đồ án của mình nhưng em vẫn còn nhiều thiếu sót trong quá trình thực hiện. Mong thầy chỉ bảo thêm cho em. Em xin chân thành cảm ơn! SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192Trang: 7 ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền CHƯƠNG I: TỔNG QUÁT VỀ NH3 1.1 Giới thiệu về NH 3 – Amoniac là một hợp chất của nitơ và hydro với công thức NH 3 , có tên quốc tế (theo IUPAC) là “Azane”, “Amoniac”, “Hydrogen nitride” và một số tên khác. Amoniac không màu, dạng khí có mùi cay nồng đặc trưng. Nó nhẹ hơn không khí, mật độ của nó là 0,589 lần so với không khí. Nó có thể dễ dàng hóa lỏng do sự liên kết mạnh mẽ giữa các phân tử hydro, nó có nhiệt độ sôi là –33,34°C và nhiệt độ nóng chảy là –77,7°C. Là phân tử có cực, amoniac là một chất khí khá nhẹ (d=0,596g/cm 3 ), tan nhiều trong nước, 1 lít nước ở 0°C hòa tan được 1200l khí NH 3 , ở 20°C là 700l khí NH 3 . Hiện tượng tan nhiều của NH 3 ở trong nước được giải thích bằng sự liên kết hydro giữa phân tử NH 3 và phân tử H 2 O. – Amoniac đóng góp đáng kể vào dinh dưỡng nhu cầu của các sinh vật trên mặt đất bằng cách phục vụ như là một tiền thân của thực phẩm và phân bón. Amoniac trực tiếp hay gián tiếp cũng là một khối xây dựng để tổng hợp nhiều dược phẩm. – Amoniac được sử dụng trong thương mại thường được gọi là khan amoniac. Thuật ngữ này nhấn mạnh đến sự vắng mặt của nước trong vật liệu. Bởi vì NH 3 sôi ở – 33,34°C (–28,012°F), chất lỏng phải được lưu trữ dưới áp lực cao hoặc ở nhiệt độ thấp. 1.2 Phân loại Amoniac có hai loại, loại 1 dùng cho các máy lạnh và loại 2 dùng làm nguyên liệu trong công nghiệp hóa chất. Chúng có yêu cầu về chất lượng khác nhau: Hàm lượng các chất Đơn vị Loại 1 Loại 2 SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192Trang: 8 ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền Amoniac Lượng tạp chất tối đa Hơi ẩm Dầu Sắt % % mg/l – 99,9 0,1 10 2 99,6 0,4 35 Không quy định 1.3 Tính chất vật lý của amoniac – NH 3 tan trong nước phát nhiều nhiệt và cho dung dịch có d < 1 (dung dịch NH 3 25% có d = 0,91g/cm 3 ). Nếu đun nóng lên đến 100°C thì tất cả NH 3 trong dung dịch bay hơi hết. – Amoniac có tác dụng kích thích làm chảy nước mắt, nhẹ hơn không khí. Nhiệt độ tới hạn của amoniac rất cao 405,55°K nên amoniac dễ hóa lỏng. Amoniac hóa lỏng ở 239,75°K và hóa rắn ở 195°K. Amoniac lỏng không màu, ở gần nhiệt độ sôi có hằng số điện môi = 22. Amoniac lỏng là dung môi rất tốt cho nhiều muối vô cơ. Các kim loại kiềm và kiềm thổ hòa tan trong amoniac lỏng. Amoniac lỏng có entapi bốc hơi lớn, vì vậy được dùng để nạp các máy lạnh. – Ở trạng thái rắn amoniac kết tinh mạng lập phương tâm mặt: Phân tử NH 3 có cấu tạo hình tháp tam giác với d N–H = 1,015 và góc hóa trị HNH = 107 0 3, tương ứng cấu hình electron như sau: Do sự lai hóa sp 3 của nguyên tử SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192Trang: 9 ε 0 A ( ) ( ) ( ) ( ) 2 2 2 2 s x y z σ σ σ σ 3 NH μ =1,47D ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền nitơ mà cặp electron hóa trị tự do (ở N) phân bố trên 1 sp 3 được định hướng rõ rệt trong không gian, vì vậy phân tử NH 3 rất dễ cho cặp electron đó tạo nên liên kết cho – nhận (liên kết phối trí) với các nguyên tử khác và liên kết có độ phân cực lớn . Cặp electron hóa trị tự do và tính phân cực của liên kết N–H tạo nên liên kết hidro giữa các phân tử NH 3 , vì vậy NH 3 dễ bị nén, có nhiệt bay hơi cao và tan nhiều trong nước. Ở nhiệt độ thường chỉ cần áp suất 67 atm là có thể hóa lỏng nó. 1.4 Tính chất hóa học của amoniac Cũng do có cặp electron hóa trị tự do và ít bền mà NH 3 có hoạt tính hóa học cao. Nó có thể cho ba loại phản ứng: phản ứng cộng, phản ứng khử và phản ứng thế, trong đó đặc trưng hơn cả là phản ứng cộng. Amoniac bền ở nhiệt độ thường. Khi đun nóng có xúc tác amoniac tự phân hủy theo chiều ngược lại của phương trình tổng hợp. Phản ứng ở trạng thái cân bằng xác định. Amoniac bị phân hủy khi chiếu xạ bằng tia tử ngoại. Trong oxi nguyên chất, amoniac cháy với ngọn lửa vàng nhạt tạo thành N 2 và H 2 O. Dưới áp suất lớn, hỗn hợp amoniac và oxi có thể nổ: Nếu có chất xúc tác là platin hay hợp kim platin – rodi ở 800 – 900 o C thì khí amoniac bị O 2 không khí oxi hóa thành nito oxit: Các chất oxi hóa khác như nước oxy già, axit cromic, kalipemanganat oxi hóa SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192Trang: 10 ÷ 0 3 2 2 2 3 2NH + O N + 3H O ΔH = - 768,6kJ/mol 2 → 0 3 2 2 5 2NH + O 2NO + 3H O ΔH = -588kJ/mol 2 → [...]... THU NH3 BẰNG NƯỚC SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192Trang: 27 GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC Hình 5: Tháp đệm SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192Trang: 28 GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền 3.7.4.2 Vật chêm Hình 6: Vật chêm ngẫu nhiên SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192Trang: 29 ĐỒ ÁN: THIẾT... 1 7 5 6 8 Sơ đồ quy trình công nghệ Chú thích: SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192Trang: 35 ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền 1 - Bơm chất lỏng 2 – Lưu lượng kế lỏng 3 – Thiết bị hấp thu 4 – Áp kế chữ U 5 – Lưu lượng kế khí 6 – Quạt thổi khí 7 – Bồn chứa dung môi trước hấp thu 8 – Bồn chứa dung môi sau hấp thu 9 – Bồn cao vị 3.2 Thuyết minh sơ đồ công nghệ:... dùng chất lỏng gọi là quá trình hấp thu, nếu dùng chất rắn gọi là quá trình hấp phụ SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192Trang: 14 ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền Như vậy hấp thu là quá trình hút khí bằng chất lỏng, khí được hút gọi là chất bị hấp thu, chất lỏng dùng để hút gọi là dung môi (còn gọi là chất hấp thu) , khí không bị hấp thu gọi là khí trơ Quá trình... dụ: hấp thụ CO2 với dung môi là nước ở 17 at, còn với CO ở 120 at 2.4 Cân bằng vật chất cho quá trình hấp thu Một số ký hiệu thông dụng: Cách biểu diễn thành phần pha: SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192Trang: 16 ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC Pha lỏng x= 1 Phần khối lượng SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192Trang: 17 Li L GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền Pha hơi y= Gi G ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM... qua, trở lực thấp (< 3000Pa), kết cấu đơn giản và vận hành thu n tiện, khối lượng nhỏ, ít bị tắc nghẽn bởi cặn sinh ra trong quá trình hấp thụ SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192Trang: 24 ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền 2.7.1 Thiết bị loại đĩa (tháp mâm): Bên cạnh tháp đệm, tháp đệm cũng được ứng dụng rất nhiều trong công nghệ hoá học Trong tháp đĩa khí phân... người ta chọn các loại đệm có kích thước bé vì rằng kích thước đệm càng bé thì bề mặt riêng của đệm càng lớn, sự tiếp xúc giữa các pha càng tốt 3.7.4.3 Ưu – nhược điểm của tháp đệm Tháp đệm có những ưu điểm sau: + Hiệu suất cao vì bề mặt tiếp xúc khá lớn SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192Trang: 33 ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC + Cấu tạo đơn giản + Trở lực trong tháp không lớn lắm + GVHD:Th.S... dưới lên, ngược chiều  Thiết bị hấp thụ dạng màng có những ưu điểm sau: Trở lực nhỏ nhất so với các thiết bị hấp thụ khác, vận tốc chất lỏng lớn có khi đạt SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192Trang: 25 ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền đến 5m/s Bên cạnh đó, thiết bị này cũng có những hạn chế nên người ta ít sử dụng, đó là hiệu suất hấp thụ thấp khi chiều cao lớn,... đối rộng Nhưng tháp đệm có nhược điểm quan trọng là khó làm ướt nhiều đệm Nếu tháp cao quá thì phân phối chất lỏng không đều Để khắc phục nhược điểm đó, nếu tháp cao quá thì người ta chia đệm ra nhiều tầng và có đặt thêm bộ phận phân phối chất lỏng đối với mỗi tầng đệm CHƯƠNG III: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192Trang: 34 ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn... bị hấp thụ có Ltr Y − Yc = d Gtr X c − X d thể tính theo công thức: g = Gtr (Yd − Yc ) = Ltr ( X c − X d ) g: lượng cấu tử bị hấp thụ vào trong pha lỏng SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192Trang: 22 ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền 2.5 Ứng dụng của quá trình hấp thu Quá trình hấp thu đóng một vai trò quan trọng trong sản xuất hóa học, nó được dùng để: + Thu. ..ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền amoniac một cách dễ dàng Khí amoniac và dung dịch cháy trong clo, brom tạo thành N2 2NH 3 + 3Cl 2 → N 2 + 6HCl Amoniac cộng hợp được với rất nhiều chất: nước, axit, muối Quan trọng nhất là phản ứng cộng với nước Khi tan trong nước NH 3 tác dụng với nước theo sơ đồ sau: NH3 + HOH → NH4+ + OHSự xuất . 04/2014 TP.HCM, 04/2014 ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền ĐỒ ÁN MÔN HỌC I. Tên đồ án Thiết kế tháp đệm hấp thu NH 3 bằng nước II. Nhiệm vụ đồ án ( nội dung. 17 L L x i = G G y i = ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền 2. Phần mol SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192Trang: 18 L L x i = G G y i = ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG. sử dụng tháp đệm để hấp thu NH 3 . SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192Trang: 6 ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã