LỜI NÓI ĐẦU Theo xu hướng phát triển của nền kinh tế thì đang đặt ra cho môi trường một trong những thách thức, một gánh nặng mà cần sự chung sức của nhiều doanh nghiệp, nhiều cá nhân, tổ chức để đem lại cho con người và các loài sinh vật khác một môi trường để sống, để tồn tại. Vì thế vấn đề môi trường đang là mối quan tâm lớn khi mà các doanh nghiệp đi vào hoạt động. Trong nhiều thập niên qua con người đã lường trước được hậu quả mà những gì đã gây ra cho chính môi trường sống của chúng ta. Một trong những hiểm họa của môi trường chính là vấn đề nước thải công nghiệp mà chứa các kim loại nặng, các ion kim loại mà có thể gây ra những dòng sông chết, những ao hồ mà không có một sinh vật nào có thể sinh sống được. Mà một trong những chất độc gây hại chính là phenol, một chất cực độc với môi trường, nó gây ra một hiểm họa lớn khi được xả trực tiếp vào môi trường. Vì thế đồ án nghiên cứu quy trình trích ly phenol trong nước thải bằng xút trong tháp đệm có thể đem đến cho các doanh nghiệp một giải pháp vừa đơn giản vừa dễ thực hiện để có thể giảm bớt được nhu cầu bức thiết cho vấn đề môi trường.
Đồ án môn quá trình thiết bị GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1. Họ và tên nhóm sinh viên: NHÓM 8 Lớp: DH09H1 Nghành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC 2. Nhiệm vụ thiết kế: Trích ly phenol trong nước thải bằng xút trong tháp đệm Dữ kiện ban đầu: - Lượng nước thải đưa vào tháp khử phenol: 22000kg/h. - Nồng độ đầu của phenol trong nước thải: C 1 = 2,8 g/l. - Mức độ khử phenol: = 91%. - Nồng độ kiềm trong dung dịch đưa vào tháp: C 2 = 7,8 %. - Mức độ phản ứng kiềm: = 76%. 3. Nội dung bản thuyết minh. 3.1. Lời nói đầu. 3.2. Ý nghĩa kinh tế, kỹ thuật của đồ án. 3.3. Các phương pháp xử lý nước thải. 3.4. Lựa chọn sơ đồ công nghệ. 3.5. Tính toán thiết bị chính và chi tiết hình vẽ. 3.6. Tính toán và lựa chọn thiết bị phụ. 3.7. Kết luận. 3.8. Phụ lục. 3.9. Tài liệu tham khảo. 4. Bản vẽ hoàn chỉnh. 4.1. Sơ đồ công nghệ của quá trình trích ly. 4.2. Thiết bị chính (tháp khử phenol) 5. Ngày giao đồ án: 17/2/2012. Ngày nộp đồ án: 21/4/2012. Ngày báo cáo: 4/2012. Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Thông Nhóm sinh viên thực hiện: 1.Lê Quốc Đại 2. Trần Bá Đại Nhóm 8 lớp DH09H1 Trang 1 Đồ án môn quá trình thiết bị GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông Xác nhận của trưởng khoa cho phép bảo vệ: Thành phần hội đồng bảo vệ : 1. …………………………… 2. …………………………… 3. …………………………… 4. ……………………………. 5. …………………………… Xác nhận của giảng viên hướng dẫn sinh viên đã hoàn thành đầy đủnhiệm vụ được giao Nhóm 8 lớp DH09H1 Trang 2 Đồ án môn quá trình thiết bị GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông Điểm: Số …….; Chữ ……… Vũng tàu, ngày …,tháng ….,năm 2012 Nhóm 8 lớp DH09H1 Trang 3 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đồ án môn học Quá Trình Và Thiết Bị, nhóm chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến : Các thầy cô trong khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm đã giúp đỡ chúng em trong quá trình nghiên cứu và tìm hiểu về đồ án của nhóm mình. Nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn đặc biệt tới PGS.TS Nguyễn Văn Thông, đã trực tiếp hướng dẫn nhóm chúng em hoàn thành đồ án này. Vũng tàu, tháng 4năm 2012 Nhóm Sinh viên LỜI NÓI ĐẦU Theo xu hướng phát triển của nền kinh tế thì đang đặt ra cho môi trường một trong những thách thức, một gánh nặng mà cần sự chung sức của nhiều doanh nghiệp, nhiều cá nhân, tổ chức để đem lại cho con người và các loài sinh vật khác một môi trường để sống, để tồn tại. Vì thế vấn đề môi trường đang là mối quan tâm lớn khi mà các doanh nghiệp đi vào hoạt động. Trong nhiều thập niên qua con người đã lường trước được hậu quả mà những gì đã gây ra cho chính môi trường sống của chúng ta. Một trong những hiểm họa của môi trường chính là vấn đề nước thải công nghiệp mà chứa các kim loại nặng, các ion kim loại mà có thể gây ra những dòng sông chết, những ao hồ mà không có một sinh vật nào có thể sinh sống được. Mà một trong những chất độc gây hại chính là phenol, một chất cực độc với môi trường, nó gây ra một hiểm họa lớn khi được xả trực tiếp vào môi trường. Vì thế đồ án nghiên cứu quy trình trích ly phenol trong nước thải bằng xút trong tháp đệm có thể đem đến cho các doanh nghiệp một giải pháp vừa đơn giản vừa dễ thực hiện để có thể giảm bớt được nhu cầu bức thiết cho vấn đề môi trường. 1.1.Ý nghĩa kinh tế, kỹ thuật của đồ án. Phenol là hợp chất hữu cơ mà phân tử của chúng có nhóm –OH liên kết trực tiếp với nguyên tử C của vòng benzene, là chất rắn không màu, ít tan trong nước lạnh, tan vô hạn ở 66 0 C, tan tốt trong etanol, ete,…Phenol dễ chảy rữa, thẫm màu. Phenol là chất thải hữu cơ độc hại khó xử lý. Nó có mặt trong nước thải của quá trình sản xuất nhựa phenolphomanđehit, dược phẩm, thuốc trừ sâu, công nghiệp dệt Phenol có ảnh hưởng không tốt đến sức khỏe con người ngay cả ở nồng độ rất thấp, nó là tác nhân tiềm ẩn gây ung thư. Xút (NaOH) là một chất lỏng không màu tan vô hạn trong nước, là một chất có tính kiềm mạnh được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp như giấy, dệt nhuộm, xà phòng và chất tẩy rửa. Việc xử lý phenol có trong nước thải chỉ bằng những nguyên liệu rẻ tiền, đơn giản đang là nhu cầu của không ít công ty, doanh nghiệp bởi như vậy sẽ mang lại lợi nhuận cao cho các công ty khi mà nhu cầu xử lý nước thải đang chiếm một khoản không nhỏ trong doanh thu của các công ty này. Vì vậy, đồ án mà nhóm chúng em nghiên cứu để trích ly phenol trong nước thải bằng dung dịch xút với hy vọng sẽ giải quyết được một phần nào nhu cầu bức thiết của môi trường khi vấn đề biến đổi khí hậu đang là chủ đề nóng ở trên các cuộc thảo luận thường niên của các tổ chức trên thế giới. 1.2. Các phương pháp xử lý nước thải. 1.2.1. Phương pháp xử lý nước thải chứa phenol bằng phương pháp oxi hóa điện hóa trên điện cực PbO 2 . Mô tả: Điện cực PbO 2 được tổng hợp bằng phương pháp oxi hóa điện hóa ion Pb 2+ từ dung dịch Pb(NO 3 ) 2 trên nền graphit. Ưu điểm của phương pháp này là các hóa chất rẻ, dễ tìm và dễ vận hành do thiết bị khá đơn giản. Hạn chế của phương pháp này là khó kiểm soát được các tác nhân như PH, nồng độ các hóa chất, … 1.2.2. Xử lý nước thải chứa phenol và dẫn xuất bằng xúc tác zeolite Fe–MORDENIT. Mô tả: Nguồn nguyên liệu được kết tinh trong autoclavơ, nhiệt độ 70 o C, PH = 10,5, thời gian 36 giờ. Sản phẩm sau khi kết tinh được lọc rửa bằng nước cất, sấy ở 120 o C trong 3 giờ. Ưu điểm của phương pháp này là: Thân thiện với môi trường vì đây là xúc tác sinh học, nguyên liệu thì đơn giản,dễ kiếm, điều kiện phản ứng mềm, hiệu suất phản ứng cao. Bên cạnh đó thì phương pháp này chỉ đúng cho phenol và o-clorophenol nên điều kiện phản ứng sẽ thay đổi đáng kể khi gặp phải những dẫn xuất khác, xúc tác zeolite dễ bị ngộ độc bởi nhiều hợp chất có trong nước thải như S, H 2 S… 1.2.3. Phương pháp trích ly phenol trong nước thải bằng xút trong tháp đệm. Mô tả: phenol có lẫn trong nước thải được dùng NaOH để tạo ra muối phenolat C 6 H 5 ONa, muối này được tách ra dễ dàng dưới dạng dung dịch và được thu hồi lại. Ưu điểm của phương pháp này là: Hóa chất rất dễ kiếm, rẻ và được dùng phổ biến trong sản xuất, chế độ công nghệ mềm, thiết bị dễ vận hành, hiệu suất phản ứng cao, không cần xúc tác. Nhược điểm là: Thiết bị quá cồng kềnh và đòi hỏi phải kiểm tra quy trình công nghệ thường xuyên để tránh nguy cơ bị sốc trong đĩa đệm. Và trong giai đoạn hiện nay thì phương pháp này vẫn đang là hướng đi đúng trong quá trình xử lý phenol trong nước thải và một số nhược điểm trong phương pháp này vẫn có thể khắc phục triệt để để nâng cao hiệu suất và đảm bảo tính liên tục của quá trình vận hành. 1.3. Lựa chọn sơ đồ công nghệ 1.3.1. Sơ đồ công nghệ: 1.3.1.1. Thuyết minh sơ đồ công nghệ: Nước thải chứa ammoniac và phenol được chứa trong thùng chứa (1) nhờ bơm (2) đưa lên thùng cao vị (3).Khi mực nước thải trong thùng cao vị cao hơn mức cho phép thì lượng nước thải dư sẽ chảy qua ống chảy tràn ở thùng cao vị về thùng chứa (1).Nước thải ở thùng cao vị (3) được đưa vào phần trên cột sữa vôi (4) nhờ một đường ống.Tại đây nước thải được tách phần cấu tử ammoniac để phân hủy bằng hơi nước. Sau khi được tách phần cấu tử dể phân hủy nước thải theo đường ống (a) đến thùng chứa trung gian (6), sau đó được bơm (7) đưa lên đỉnh tháp khử phenol (8). Tại đây phenol được thổi ra khỏi nước thải bằng hơi nước, phần hơi nước tuần hoàn và phenol được quạt (9) đưa vào phần dưới tháp khử phenol (8) để khử phenol bằng xút. Phần nước thải sau khi được khử phenol sẽ theo đường ống (b) đi về bộ phận khuấy trộn bên dưới cột sữa vôi (4). Tại đây nước chứa ammoniac sẽ được cho phản ứng với sữa vôi. Sau đó phần sữa vôi và ammoniac khó phân hủy sẽ được đưa qua một trong hai cột phụ (5) (Do trong quá trình làm việc các muối canxi hình thành sẽ làm tắc các đĩa chóp và các đường ống dẫn của cột phụ. Người ta sẽ dừng cột phụ đang hoạt động chuyển qua cột phụ dự phòng để quá trình xử lí nước thải được diễn ra liên tục, cột phụ vừa được dừng sau khi cho tháo rửa sẽ trở thành cột phụ dự phòng.Như vậy, hai cột phụ sẽ làm việc luân phiên nhau). Tại cột phụ (5) hơi ammoniac sẽ được tách khỏi hỗn hợp và được đưa về phần bay hơi ở cột phụ (4), sau đó hơi amoniac sẽ được làm bay hơi, hơi ammoniac đó sẽ được đưa vào thiết bị hồi lưu ống chùm (22).Tại đây hơi ammoniac sẽ di chuyển giữa các ống, nước làm lạnh sẽ di chuyển trong các ống và làm lạnh ammoniac xuống còn khảng 95 – 96 o C. Khi hàm lượng ammoniac trong nước đạt 8 – 10% thể tích thì sẽ được đem đi xử lí bằng phương pháp trung hòa để sản xuất phân đạm hoặc được đưa sang bộ phận trung hòa để thu hồi bazfiridin. Một phần hơi được hồi lưu lại cột sữa vôi (4).Phần nước thải đã được tách ammoniac ở phần dưới cột phụ (5) được đưa qua thùng lắng cặn (15) để tách cặn và mùn vôi trước khi thải ra môi trường. Quá trình tạo sữa vôi: Vôi chưa tôi được đưa vào tang quay (10). Bên trong tang quay vôi được khuấy trộn giúp cho quá trình tôi vôi diễn ra nhanh hơn. Sữa vôi tạo thành sẽ được đưa qua thiết bị lọc cát (11) để lọc sạch cát ra khỏi sữa vôi. Cát sau khi lọc sẽ được đưa lên xe gòong (12) đem đi đổ. Sữa vôi sau khi lọc sạch cát sẽ được đưa qua thùng khuấy (13) và được bơm (14) đưa vào phần khuấy trộn phía dưới cột sữa vôi (4) theo đường ống (v), phần sữa vôi dư sẽ theo đường ống (g) đi về thùng khuấy (13). Quá trình tạo dung dịch xút: Xút khan được chứa trong thùng chứa xút khan (16). Dưới tác dụng của hơi nước xút bị hòa tan tạo thành dung dịch xút đậm đặc 40 – 45%, dung dịch xút này được chứa trong thùng chứa xút đặc (17), sau đó được đưa qua thùng chứa xút loãng (18) và được pha loãng bằng nước. Sau khi pha loãng, xút được bơm (19) đưa vào phía trên ngăn dưới của tháp khử phenol (8) để khử phenol thành phenolat. Phenolat tạo thành sẽ lắng xuống đáy tháp và được tháo ra tại đây qua van thủy lực vào thùng chứa (20), sau khi được bơm (21) đưa vào kho hoặc được đưa đi xử lí tiếp. 1.3.2. Tháp trích ly phenol 1.3.2.1. Cấu tạo Tháp trích ly phenol có đường kính từ 3,3 – 5m và chiều cao 30m được chế tạo từ thép tấm gồm 3 ngăn: Ngăn trên dùng để thổi phenol ra khỏi dung dịch nước thải chứa amoniac bằng hơi tuần hoàn có chứa đầy đệm gỗ được xếp thành từng khoang có chiều cao 3m (mỗi khoang) khoảng cách 400 – 500mm. Phần trên của khoang có 1 nắp đậy gắn kết bằng bulon. Phần dưới của ngăn có đáy tháo amoniac đã khử phenol trở về ngăn khuấy trộn của cột sữa vôi.Hơi nước và phenol được quạt hút từ ngăn trên rồi đẩy tiếp vào đáy tháp phenol và đẩy vào ngăn cuối cùng (phần dưới của ngăn dưới). Ngăn giữa có 1 loạt vòi phun phun vào dung dịch kiềm lên trên lớp đệm kim loại trong găn dưới. Ngăn dưới tháp chứa đầy đệm xoắn kim loại xếp thành nhiều khoang có chiều cao 3,5 – 3,8m khoảng cách là 400 – 500mm dùng để thu hồi phenol từ dòng hơi tuần hoàn.Dung dịch kiềm tưới vào dưới dạng phenolat. Dung dịch kiềm mới được đưa vào tháp 15 phút/lần nhờ bộ phận điều chỉnh đặc biệt.Hơi nước sau khi giải phóng hết phenol ở ngăn dưới sẽ lên ngăn trên để thổi phenol ra khỏi nước chứa amoniac tưới vào trên đỉnh tháp. Phenolat được tạo thành ở ngăn dưới sẽ tháo vào thùng chứa sau đó được đưa vào kho bảo quản. Lượng hơi tuần hoàn 1500 – 2000m 3 /1m 3 nước tưới vào trên đỉnh tháp. Ngăn dưới và ngăn trên được thông nhau bằng ống dẫn khí thẳng đứng có chóp để tránh nước amoniac sẽ rơi xuống ngăn dưới. 1.3.2.2. Nguyên lý làm việc Nước thải chứa amoniac và phenol được đưa vào đỉnh tháp sẽ bị hơi nước ở đáy tháp đi lên thổi phenol ra ngoài đỉnh tháp và được đưa quay trở lại đáy tháp.Nước amoniac đã khử phenol được đưa ra ngoài để tiếp tục chế biến. [...]... TOÁN 1 2 1 DỮ KIỆN BAN ĐẦU - Lượng nước thải đưa vào tháp khử phenol: 22000 kg/h - Nồng độ đầu của phenol trong nước thải: C1 = 2,8 g/l - Mức độ khử phenol: ƞ1 = 91% - Nồng độ kiềm trong dung dịch đưa vào tháp: C2 = 7,8% - Mức độ phản ứng kiềm: ƞ2 = 76% TÍNH TOÁN THÁP TRÍCH LY PHENOL Tính toán ngăn trên của tháp - Lượng nước thải đưa vào tháp khử phenol: 22000 kg/h - Nồng độ đầu của phenol trong nước. .. và phenol sau khi quay trở lại đáy tháp sẽ đi qua các đệm xoắn kim loại sẽ gặp dung dịch xút được đưa vào phần trên của ngăn dưới, tại đó diễn ra quá trình khử phenol bằng dung dịch xút Phenolat được tạo thành sẽ lắng xuống đáy và được đưa ra ngoài để xử lý Hơi nước đã mất phenol sẽ tiếp tục đi lên trên qua đệm khung gỗ sẽ gặp nước có chứa amoniac và phenol, hơi này sẽ thổi phenol ra ngoài .Quá trình. .. trong nước thải: C1 = 2,8 g/l - Lượng phenol trong nước thải là : = 61,6 (kg/h) Với: 1000 kg/m3 – khối lượng riêng của phenol - Do mức độ khử của phenol là 91%, nên trong nước còn có lượng phenol không thể tách ra là : 0,09.61,6 = 5,5 (kg/h) - Vậy lượng phenol tách ra khỏi nước thải là: 61,6 – 5,5 = 56,1 (kg/h) - Hàm lượng phenol cực đại có trong hơi khi đi ra khỏi tháp là: a2max = (kg/m3) Trong đó :-a2max:... (g/m3) Lượng phenol tối thiểu trong hơi tuần hoàn là: Vmin= 100.(m3/h) Trong đó:-G lượng phenol tách ra (kg/h) - a2max: hàm lượng phenol cực đại trong hơi đi ra (g/m3) - a1: lượng phenol trong hơi đi vào (g/m3) Ngoài ra do mức độ khử phenol trong nước là 91% nên lượng hơi trong ngăn trên của tháp là: a1 = 0,09.2,8 = 0,252 (g/m3) Do đó : - Vmin = 1000 = 22191 (m3/h) Mà lượng hơi thực tế đi vào tháp thường... định động lực của quá trình chuyển khối Áp suất riêng phần của phenol trong hơi đi vào: pgꞋ = 780 = 0,344 (mmHg) - Áp suất hơi riêng phần của hơi phenol đi ra: pgꞋꞋ = = 0,031 (mmHg) - Áp suất hơi của phenol trên dung dịch đi vào: plꞋꞋ = 0 Áp suất hơi của phenol trong dung dịch phenolat đi ra được xác định theo phương trình phản ứng: C6H5OH + NaOH = C6H5ONa + H2O - - Vì lượng phenol bị hấp thụ bởi 1... thanh 1 vòng đệm (m) Vì tiết diện S1 = 6,3 m2 nên chiều dài một vòng đệm là: l == 332 (m) Suy ra: q = = = 0,033 (m3/h.m) Vậy: Rel = = 31,43 - Chuẩn số của chất lỏng: Pr = Trong đó:-vlđộ nhớt động học là 1,05.10-3 (m2/h) - Dl hệ số khuếch tán của phenol trong nước (m2/h) - Hệ số khuếch tán của phenol trong nước là: Dl= 0,0124.10-6 (m2/h) Trong đó: - T nhiệt độ chất lỏng (oC), T = 373oK - γlkhối lượng riêng... 2 - Phần phía trên ngăn trên của tháp: Áp suất riêng phần trong hơi phenol đi ra khỏi tháp = = = 0,181.a2 Hay: = 0,181.1,85 = 0,33 (mmHg) - Áp suất hơi của phenol treen nước đưa vào tháp: pl= 0,18.C = 0,18.2,8 = 0,504 (mmHg) - Động lực chuyển khối phần trên tháp là: ∆pꞋ= 0,504 – 0,33 = 0,174 (mmHg) 3 - Phần phía dưới ngăn trên của tháp: Áp suất riêng phần của phenol trong hơi đưa vào: pꞋꞋg = 0,174 =... của khí là: kg=Nug Mà: Nug = 0,0445 ()0,056 Với: Reg = == 2673 Và: Prg= - Hệ số khuếch tán của phenol trong nước ở 00C và 760 mmHg Dg= (m2/s) Trong đó: - M1 khối lượng phân tử của phenol - M2 khối lượng phân tử của nước Suy ra: Dg = = 10,9.10-6 (m2/s) - Hệ số khuếch tán đưa về 1000C và áp suất trung bình trong tháp bằng 765 mmHg là: Dg = 10,9.10-6.()2.= 20,3.10-6 (m2/s) Prg = = 1,03 Suy ra: Nug = 0,0445... thân thiết bị: S=+C Trong đó: - Dt là đường kính trong thiết bị (m), Dt = 3,5 (m) - là ứng suất cho phép và được tính theo công thức: σk= ƞ = 1= 146,667.106 (N/m2) - là hệ số bền hàn, = 0,95 - P là áp suất trong thiết bị: P = Pmt + Ptt Pmtlà áp suất môi trường, = 1,03.105 (N/m2) Pttlà áp suất thủy tĩnh (N/m2) Mà: Ptt = ρ.g.H (N/m2) ρ là khối lượng riêng của dung dịch hỗn hợp trung bình trong tháp (kg/m3)... và hm = (m) Trong đó: là trở lực toàn bộ (N/m2) - = + ++ Với: -là áp suất cần thiết để tạo vận tốc cho dòng chảy ra khỏi ống dẫn (N/m2) - là áp suất để khắc phục trong khi dòng chảy ổn định trong ống thẳng (N/m2) - là áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ (N/m2) - là áp suất cần thiết để khôi phục trở lực trong thiết bị (N/m2) - là áp suất bổ sung ở các ống trong các trường hợp cần thiết 2 (N/m . phenol trong nước thải bằng xút trong tháp đệm Dữ kiện ban đầu: - Lượng nước thải đưa vào tháp khử phenol: 22000kg/h. - Nồng độ đầu của phenol trong nước thải: C 1 = 2,8 g/l. - Mức độ khử phenol: . TÍNH TOÁN THÁP TRÍCH LY PHENOL. 1 Tính toán ngăn trên của tháp. - Lượng nước thải đưa vào tháp khử phenol: 22000 kg/h. - Nồng độ đầu của phenol trong nước thải: C 1 = 2,8 g/l. - Lượng phenol trong. như S, H 2 S… 1.2.3. Phương pháp trích ly phenol trong nước thải bằng xút trong tháp đệm. Mô tả: phenol có lẫn trong nước thải được dùng NaOH để tạo ra muối phenolat C 6 H 5 ONa, muối này được