Đồ án quá trình và thiết bị thiết kế tháp đệm hấp thu NH3 bằng nước

Những nguồn thải ra khí amoniac bao gồm: quá trình sản xuất phân bón, quátrình điều chế than cốc sử dụng phương pháp khôi phục sản phẩm phụ, sự đốt cháynguyên liệu hóa thạch, quá trình c

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

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 đầu 2000kg/h, yd = 7%

Nồng độ sau hấp thu đạt 0,02%

Nhiệt độ ban đầu: 30 oC

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

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Ngày Tháng Năm 2014

Ký tên

NHẬN XÉT CỦA THẦY CÔ PHẢN BIỆN

Ngày Tháng Năm 2014

Ký tên

Mục Lục:

CHƯƠNG I: TỔNG QUÁT VỀ NH3 8

1.1 Giới thiệu về NH 3 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 12

CHƯƠNG II: TỔNG QUÁT VỀ THÁP HẤP THU DẠNG ĐỆM 14

2.1 Định nghĩa hấp thu 14

2.2 Phân loại 14

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 20

2.6 Lựa chọn dung môi 20

2.7 Tháp hấp thu 21

2.7.1 Thiết bị loại đĩa (tháp mâm): 21

2.7.2 Thiết bị loại bề mặt 22

2.7.3 Thiết bị loại màng 22

2.7.4 Tháp đệm 23

CHƯƠNG III: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 29

3.1 Quy trình công nghệ 29

3.2 Thuyết minh sơ đồ công nghệ: 30

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH 31

4.1 Cân bằng vật chất 31

4.2 Các thông số dòng khí 32

4.3 Các thông số dòng lỏng: 35

4.4 Tính đường kính 37

4.5 Tính chiều cao cột đệm theo một đơn vị chuyển khối 38

4.6 Tính chiều cao thân tháp 41

4.7 Tính cơ khí 42

4.8 Tính trở lực 51

CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ PHỤ 53

5.1.Bồn cao vị 54

5.2 Bơm chất lỏng 56

5.2 Quạt thổi khí 57

NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

LỜI NÓI ĐẦU

Amoniac là một hóa chất dùng phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp khácnhau Sự phát xạ của không khí có chứa amoniac vào khí quyển mà không có biệnpháp 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 cấpthiết Những nguồn thải ra khí amoniac bao gồm: quá trình sản xuất phân bón, quátrình điều chế than cốc sử dụng phương pháp khôi phục sản phẩm phụ, sự đốt cháynguyên liệu hóa thạch, quá trình chăn nuôi và những hệ thống làm lạnh sử dụngamoniac như một môi chất lạnh….Người ta có thể kiểm soát được lượng amoniac ởnhững quá trình này bằng nhiều cách như: sử dụng tháp lọc khí ẩm, sử dụng phươngpháp nước ngưng để loại bỏ khí, khôi phục và tái chế những dòng thải, những hệ thốngthu nạp Trong đồ án này, em xin trình bày phương pháp sử dụng tháp đệm để hấpthu NH3

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 áncủa mình nhưng em vẫn còn nhiều thiếu sót trong quá trình thực hiện Mong thầy chỉbảo thêm cho em

Em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG I: TỔNG QUÁT VỀ NH3

1.1 Giới thiệu về NH3

– Amoniac là một hợp chất của nitơ và hydro với công thức NH3, 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 kếtmạnh 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/cm3), tan

nhiều trong nước, 1 lít nước ở 0°C hòa tan được 1200l khí NH3, ở 20°C là 700l khí

NH3 Hiện tượng tan nhiều của NH3 ở trong nước được giải thích bằng sự liên kếthydro giữa phân tử NH3 và phân tử H2O

– Amoniac đóng góp đáng kể vào dinh dưỡng nhu cầu của các sinh vật trên mặt đấtbằng cách phục vụ như là một tiền thân của thực phẩm và phân bón Amoniac trực tiếphay 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 NH3 sôi ở –33,34°C (–28,012°F), chất lỏng phải được lưu trữ dưới áp lực cao hoặc ở nhiệt độthấp

Lượng tạp chất tối đa

Hơi ẩm

Dầu

Sắt

%mg/l–

0,1102

0,435Không quy định

1.3 Tính chất vật lý của amoniac

– NH3 tan trong nước phát nhiều nhiệt và cho dung dịch có d < 1 (dung dịch NH325% có d = 0,91g/cm3) Nếu đun nóng lên đến 100°C thì tất cả NH3 trong dung dịchbay hơi hết

– Amoniac có tác dụng kích thích làm chảy nước mắt, nhẹ hơn không khí Nhiệt độtới hạn của amoniac rất cao 405,55°K nên amoniac dễ hóa lỏng Amoniac hóa lỏng ở239,75°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 kimloại kiềm và kiềm thổ hòa tan trong amoniac lỏng Amoniac lỏng có entapi bốc hơilớn, vì vậy được dùng để nạp các 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

0

A và góc hóa trị HNH

= 10703, tương ứng cấu hình electron như sau: s 2 x2 y 2z2

Do sự lai hóa sp3 của nguyên tử nitơ mà cặp electron hóa trị tự do (ở N) phân bốtrên 1 sp3 được định hướng rõ rệt trong không gian, vì vậy phân tử NH3 rất dễ cho cặpelectron đó tạo nên liên kết cho – nhận (liên kết phối trí) với các nguyên tử khác vàliên kết có độ phân cực lớn μNH 3=1,47D

Cặp electron hóa trị tự do và tính phân cực của liên kết N–H tạo nên liên kếthidro giữa các phân tử NH3, vì vậy NH3 dễ bị nén, có nhiệt bay hơi cao và tan nhiềutrong nước Ở nhiệt độ thường chỉ cần áp suất 67 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 NH3 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 hủytheo chiều ngược lại của phương trình tổng hợp Phản ứng ở trạng thái cân bằng xácđịnh

Amoniac bị phân hủy khi chiếu xạ bằng tia tử ngoại

Trong oxi nguyên chất, amoniac cháy với ngọn lửa vàng nhạt tạo thành N2 vàH2O Dưới áp suất lớn, hỗn hợp amoniac và oxi có thể nổ:

0

32NH + O N + 3H O ΔH = - 768,6kJ/molH = - 768,6kJ/mol

Quan trọng nhất là phản ứng cộng với nước Khi tan trong nước NH3 tác dụng vớinước theo sơ đồ sau:

NH3 + HOH → NH4+ + OH

-Sự xuất hiện ion OH- tạo nên môi trường bazơ của dung dịch (nhưng là bazơ yếu

vì có hằng số điện li K = 1,8.10-5) Trong dung dịch amoniac luôn có một cân bằngkép:

NH3 + HOH → NH4OH → NH4 + OH

-Vì vậy trong dung dịch nước luôn có mùi NH3 và có thể xem không có NH4OH

Ngay ở trạng thái khí, cũng cho phản ứng cộng với khí HCl tạo thành muốiamoni clorua:

NH3 + HCl = NH4Cl

Ngoài những loại phản ứng cộng như trên đã nói, NH3 còn cho một loại phản ứngkết hợp đặc biệt với các muối tạo thành những hợp chất có thành phần giống như cáchydrat gọi là các amoniacat, ví dụ: AgNO3.2NH3, CuSO4.4NH3…hoặc tạo thành cáchợp chất phức với nhiều muối

Trong khi đó bản thân NH3 khan lại là một axit rất yếu, có thể mất 1 proton H+tạo thành anion amid NH2 Ví dụ cho liti nitrua vào NH3 lỏng người ta nhận được anion amid (NH2-):

Li3N(s) + 2 NH3 (l) → 3 Li+(am) + 3 NH2 (am)

Hydro trong NH3 có thể bị các kim loại mạnh đẩy ra và thế chỗ để tạo ra cácnitrua như magie có thể cháy trong NH3 để tạo magie nitrua Mg3N2 Natri hoặc kalikim loại nóng có thể tạo ra các nitrua (NaNH2, KNH2) khi tác dụng với NH3

NH3 bền ở nhiệt độ thường nhưng khi đun nóng lên 300°C nó bắt đầu phân hủy

và ở 600°C nó phân hủy gần như hoàn toàn:

600 C

2NH    N + 3HH2 tạo thành làm cho NH3 nóng có tính khử mạnh

N3- có thể bị oxy hóa lên các trạng thái oxy hóa cao hơn của nitơ, đặc biệt là dễ bịoxy hóa lên N0 (N2) và N2+ (NO)

Các chất oxy hóa như CuO, nước javen oxy hóa được NH3 thành N2:

Te, Sb…) thì có thể tạo ra các hợp chất kiểu fuminat dễ gây nổ nguy hiểm

Amoniac lỏng phá hủy các chất dẻo, cao su, gây phản ứng trùng hợp nổ củaetylen oxit

1.5 Ứng dụng

– Phân bón: Khoảng 73% (tính đến 2004) amoniac được sử dụng làm phân bón trêntoàn thế giới nhằm cung cấp đạm cho cây Vì vậy ngành công nghiệp sản xuất phânbón dựa vào amoniac là một thành phần quan trọng của ngân sách thế giới

– Tiền thân để tổng hợp các hợp chất nitơ: Amoniac trực tiếp hoặc gián tiếp là tiềnthân của các hợp chất chứa nitơ nhất Hầu như tất cả các hợp chất nitơ tổng hợp cónguồn gốc từ amoniac Một dẫn xuất quan trọng là acid nitric, acid nitric được tạo rathông qua quá trình Ostwald bởi quá trình oxy hóa của amoniac với không khí trênmột đĩa bạch kim có xúc tác ở 700 – 850°C, ~ 9 atm Nitric oxide là một trung giantrong việc chuyển đổi này: NH3 + 2O2 → HNO3 + H2O Axit nitric được sử dụng đểsản xuất phân bón, vật liệu nổ và các hợp chất nhiều organonitrogen

– Dung dịch amoniac đặc 25% được dùng nhiều trong các phòng thí nghiệm

– Cleaner: NH3 trong nước (amoni hydroxit) được sử dụng như là một mục đíchchung cho các bề mặt sạch hơn, như nó được sử dụng để làm sạch kính, sứ, thép không

gỉ và nó cũng thường được sử dụng để làm sạch lò vì amoniac có khả năng hòa tankim loại oxit

– Lên men: Amoniac là giải pháp (ở 16 – 25%) được sử dụng trong ngành côngnghiệp lên men như là một nguồn cung cấp nitơ cho vi sinh vật cũng như để điều chỉnh

pH trong quá trình lên men này

– Chất làm lạnh R717: Do tính chất bay hơi thuận lợi của nó, amoniac là chất làm

lạnh Amoniac khan được sử dụng rộng rãi trong các 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 quá trình sản xuất hóa học thường chúng ta thu được hỗn hợp khí nhiềucấu tử, muốn tiếp tục gia công chế biến chúng ta phải tách chúng ta thành từng cấu tử

Ví dụ: như sau khi hóa than ta thu được hỗn hợp khí các chất N2, H2, H2S, NH3,

CO, CO2…muốn dùng hỗn hợp ấy để tổng hợp NH3 để sản xuất phân đạm (Ure) taphải tách chúng ra

Có nhiều phương pháp để tách hỗn hợp khí thành cấu tử

+ Phương pháp hóa học

+ Phương pháp cơ lý (dựa trên chính chất hóa lỏng ở các nhiệt độ khác nhau)

+ Phương pháp hút: dùng chất lỏng hay chất rắn xốp để hút Nếu dùng chất lỏng gọi

là quá trình hấp thu, nếu dùng chất rắn gọi là quá trình hấp phụ

Như vậy hấp thu là quá trình hút khí bằng chất lỏng, khí được hút gọi là chất bịhấp thu, chất lỏng dùng để hút gọi là dung môi (còn gọi là chất hấp thu), khí không bịhấp thu gọi là khí trơ Quá trình như vậy cần sự truyền vật chất từ pha khí vào phalỏng Nếu quá trình xảy tra theo chiều ngược lại, nghĩa là từ pha lỏng vào pha khí ta cóquá trình nhả

Ví dụ: hỗn hợp lỏng gồm dung môi và benzen, toluen sẽ đi vào pha khí và đượcmang đi, dung môi ban đầu được dùng lại Nguyên lý của hai quá trình hấp thu và nhảkhí về cơ bản là giống nhau

2.2 Phân loại

Phụ thuộc vào bản chất của sự tương tác giữa chất hấp thụ và chất bị hấp thutrong pha khí, phương pháp hấp thu được chia làm 2 loại:

+ Hấp thu vật lý: dựa trên sự hòa tan của cấu tử pha khí trong pha lỏng.

+ Hấp thu hóa học: giữa chất bị hấp thu và chất hấp thu hoặc cấu tử trong pha lỏngxảy ra phản ứng hóa học

2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp thu

Sự hấp thu phụ thuộc vào bản chất của các cấu tử (chất hấp thu và dung môi).Những chất có tính chất tương đồng thì càng dễ hoà tan vào nhau Điều này đã đượctrình bày ở phần trên Ngoài ra nhiệt độ và áp suất là những yếu tố ảnh hưởng quantrọng lên quá trình hấp thụ Cụ thể là chúng có ảnh hưởng lên trạng thái cân bằng vàđộng lực quá trình

Nếu tăng nhiệt độ thì giá trị hệ số của định luật Henry tăng, đường cân bằng sẽdịch chuyển về trục tung (hình 4) Giả sử đường làm việc là P, Q không đổi nếu nhiệt

độ tăng lên thì động lực truyền khối sẽ giảm Nếu nhiệt độ tăng quá cao thì khôngnhững động lực truyền khối giảm mà ngay cả quá trình sẽ không thực hiện được theođường làm việc P, G cho trước Mặc dù vậy, nhiệt độ cao cũng ảnh hưởng tốt vì độnhớt của dung môi giảm, có lợi đối với trường hợp trở lực khuyếch tán chủ yếu nằmtrong pha lỏng

Hình 4: Ảnh hưởng của nhiệt độ, áp suất lên quá trình hấp thu.

Nếu tăng P của hỗn hợp khí thì giá trị hệ số cân bằng sẽ giảm và do đó đường cânbằng sẽ gần về trục hoành (hình 4) Như vậy nếu tăng P thì quá tình truyền khối sẽ tốthơn vì động học quá trình lớn hơn Nhưng quá trình tăng áp dẫn đến tăng nhiệt độ, vàviệc tăng áp suất cũng gây khó khăn cho việc chế tạo thiết bị, cho nên ta chỉ thực hiệnquá trình hấp thu ở áp suất cao đối với chất khí khó hoà tan

Ví 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:

1 Phần khối lượng ¯x=¯L i

¯

G i G

Gy: Lượng hỗn hợp khí đi vào thiết bị hấp thu, Kmol/h.

Yd: Nồng độ đầu của hỗn hợp khí Kmol/Kmol khí trơ

Yc: Nồng độ cuối của hỗn hợp khí Kmol/Kmol khí trơ

Ltr: Lượng dung môi đi vào thiết bị hấp thụ Kmol/h

Xd: Nồng độ đầu của dung môi Kmol/Kmol dung môi

Xc: Nồng độ cuối của dung môi Kmol/Kmol dung môi

Gtr: Lượng khí trơ đi vào thiết bị hấp thu

Phương trình đường cân bằng:

Đối với khí lý tưởng hay khí thực có nồng độ bé và độ hòa tan nhỏ thì nồng độđường cân bằng là đường thẳng có dạng:

Ycb= m x hay Ycb= m X

Ở đây:

m=ψ / P : gọi là hằng số cân bằng.

ψ : là hệ số Hăng-Ri cho trong các số tay chuyên môn

P: là áp suất chung (áp suất làm việc), mmHg

Nếu là khí thực thì đường cân bằng là đường cong có dạng:

1+(1−m) X

Phương trình đường làm việc:

Đường nồng độ làm việc trong quá trình hấp thụ là đường thẳng có dạng:

Yd: nồng độ phần mol ban đầu của cấu tử bị hấp thụ trong pha khí.

P: áp suất chung của hỗn hợp khí (áp suất làm việc của thiết bị), N/m2

Vtr: lượng khí trơ vào tháp, m3/h

R tr= R

M : hằng số khí trơ, N.m/Kmol.độ.

R: hằng số khí, đối với không khí thì R = 8,314N.m/Kmol.độ

M: khối lượng phân tử khí trơ, với không khí M= 29Kg/Kmol

Ttr: nhiệt độ khí trơ, 0K

Xác định lượng dung môi cần thiết:

Phương trình cân bằng vật liệu là:

Gtr( Yd− Yc)= Ltr( Xc− Xd)

Lượng dung môi cần thiết X:

Lượng dung môi tối thiểu để hấp thụ được xác định khi nồng độ cuối của dungmôi đạt đến nồng độ cân bằng, như vậy ta có:

Ltr min= Gtr Yd− Yc

Xc max− Xd

Xc max: là nồng độ cân bằng ứng với nồng độ đầu của hỗn hợp khí

Nồng độ cân bằng luôn luôn lớn hơn nồng độ thực tế, vì thế lượng dung môi thực

tế luôn lớn hơn lượng dung môi tối thiểu, thường ta lấy lượng dung môi thực tế lớnhơn lượng dung môi tối thiểu khoảng 20%

Lượng dung môi tiêu hao riêng là:

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 đượcdùng để:

+ Thu hồi các cấu tử quý

+ Làm sạch khí

+ Tách hỗn hợp thành cấu tử riêng

+ Tạo thành sản phẩm cuối cùng

Trong trường hợp thứ nhất và thứ ba bắt buộc chúng ta phải tiến hành quá trìnhnhả sau khi hấp thụ để thu các cấu tử và dung môi riêng Trong trường hợp thứ hai thìquá trình nhả không cần thiết nếu tìm dung môi dễ kiếm (ví dụ như nước lạnh) vì khíthường là bỏ đi, trường hợp này chỉ khi cần lấy lại dung môi ta mới thực hiện quá trìnhnhả Còn trường hợp thứ tư thì quá trình nhả không có ý nghĩa.

2.6 Lựa chọn dung môi

Nếu mục đích chính của quá trình hấp thu là để tạo nên một dung dịch sản phẩmxác định (ví dụ như sản xuất dung dịch axit clohydric) thì dung môi đã được xác địnhbởi bản chất của sản phẩm Nếu mục đích của quá trình hấp thu là tách các cấu tử củahỗn hợp khí thì khi đó ta có thể lựa chọn một dung môi tốt dựa trên những tính chấtsau:

+ Độ hòa tan chọn lọc: Đây là tính chất chủ yếu của dung môi, là tính chất chỉ hòatan tốt cấu tử cần tách ra khỏi hỗn hợp khí mà không hòa tan các cấu tử còn lại hoặchòa tan không đáng kể Đây là tính chất chủ yếu của dung môi Tổng quát, dung môi

và dung chất tạo nên phản ứng hóa học thì làm tăng độ hòa tan lên rất nhiều, nhưngnếu dung môi được thu hồi để dùng lại thì phản ứng phải có tính hoàn nguyên

+ Độ bay hơi tương đối: Dung môi nên có áp suất hơi thấp vì pha khí sau quá trìnhhấp thu sẽ bão hòa hơi dung môi do đó dung môi bị mất

+ Tính ăn mòn của dung môi: Dung môi nên có tính ăn mòn thấp để vật liệu chế tạothiết bị dễ tìm và rẻ tiền

+ Chi phí: Dung môi dễ tìm và rẻ để sự thất thoát không tốn kém nhiều

+ Độ nhớt: Dung môi có độ nhớt thấp sẽ tăng tốc độ hấp thu, cải thiện điều kiệnngập lụt trong tháp hấp thu, độ giảm áp thấp và truyền nhiệt tốt

+ Các tính chất khác: Dung môi nên có nhiệt dung riêng thấp để ít tốn nhiệt khihoàn nguyên dung môi, nhiệt độ đóng rắn thấp để tránh hiện tượng đóng rắn làm tắcthiết bị, không tạo kết tủa, không độc

Trong thực tế không có một dung môi nào cùng lúc đáp ứng được tất cả các tínhchất trên, do đó khi chọn phải dựa vào những điều kiện cụ thể khi thực hiện quá trìnhhấp thu Dù sao tính chất thứ nhất của dung môi cũng không thể thiếu được trong bất

cứ trường hợp nào

2.7 Tháp hấp thu

Trong sản xuất thường dùng nhiều loại thiết bị khác nhau để thực hiện quá trìnhhấp thu Nếu pha khí phân tán vào pha lỏng ta có các loại tháp mâm, nếu pha lỏngphân tán vào pha khí ta có tháp chêm, tháp phun

Tháp hấp thu phải thỏa mãn các yêu cầu sau: diện tích bề mặt tiếp xúc pha phảilớn, hiệu quả và có khả năng cho khí xuyên qua, trở lực thấp (< 3000Pa), kết cấu đơngiản và vận hành thuận tiện, khối lượng nhỏ, ít bị tắc nghẽn bởi cặn sinh ra trong quátrình hấp thụ

2.7.1 Thiết bị loại đĩa (tháp mâm):

Bên cạnh tháp đệm, tháp đệm cũng được ứng dụng rất nhiều trong công nghệ hoáhọc Trong tháp đĩa khí phân tán qua các lớp chất lỏng chuyển động chậm từ trênxuống dưới, sự tiếp xúc pha riêng biệt trên các đĩa So với tháp đệm thì tháp đĩa phứctạp hơn do khó chế tạo hơn và tốn kém chi phí nhiều hơn

Chia tháp đĩa (mâm) ra làm hai loại có ống chảy chuyền, khí và lỏng chuyểnđộng riêng biệt từ đĩa nọ sang đĩa kia và không có ống chảy chuyền, khí và lỏngchuyển động từ đĩa nọ sang đĩa kia theo cùng một lò hay rãnh

Trong tháp đĩa có thể phân ra: tháp chóp, tháp đĩa lưới.…

2.7.2 Thiết bị loại bề mặt

Đây là loại thiết bị đơn giản nhất Trong thiết bị khí và chất lỏng chuyển độngngược chiều nhau và tiếp xúc với nhau trên bề mặt của chất lỏng Loại này có tiếp xúcpha bé thường dùng trong trường hợp khí hoà tan trong lỏng

 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 đạtđến 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, khó phân bố đều trong ống khi chất lỏngchuyển động từ trên xuống, vì vậy nên lưu lượng vào tháp hấp thu không thể lớn nhưcác thiết bị khác và hiệu quả kinh tế không cao

2.7.4 Tháp đệm

2.7.4.1 Khái niệm

Tháp đệm là một tháp hình trụ gồm nhiều đoạn nối với nhau bằng mặt bích hayhàn Trong tháp người ta đổ đầy đệm theo hai phương pháp: xếp ngẫu nhiên hay xếpthứ tự Tháp đệm được ứng dụng rộng rãi trong kỹ nghệ hóa học để hấp thu, chưng cất,làm lạnh Người ta dùng nhiều loại đệm khác nhau, phổ biến nhất là loại đệm sau đây:+ Đệm vòng (kích thước từ 10 – 100mm)

+ Đệm hạt (kích thước từ 20 – 100mm)

+ Đệm xoắn – đường kính vòng xoắn từ 3 – 8mm Chiều dài dây nhỏ hơn 25m.+ Đệm lưới bằng gỗ

Tháp đệm thường được sử dụng khi năng suất nhỏ, môi trường ăn mòn, tỉ lệ lỏng:khí lớn, khí không chứa bụi và quá trình hấp thụ không tạo ra cặn lắng.

Pha khí ra

Bộ phân phối lỏng Lưới đở đệm

Vỏ thiết bị Đệm xếp ngẫu nhiên

Bộ phân phối chất lỏng

Lưới đở đệm

Pha lỏng ra Pha khí vào Pha lỏng vào

THÁP HẤP THỤ LOẠI THÁP ĐỆM

Hình 5: Tháp đệm

3.7.4.2 Vật chêm

Hình 6: Vật chêm ngẫu nhiên

Hình 7: Vật chêm thứ tự

+ Vật chêm hình yên ngựa có kích thước từ 10 – 75mm.

+ Vật chêm vòng xoắn: đường kính dây từ 0,3 – 1mm, đường kính xoắn khoảng 3 –8mm và chiều dài nhỏ hơn 25mm

* Yêu cầu chung của các loại vật chêm:

+ Bề mặt riêng lớn, bề mặt trong một đơn vị thể tích bằng m2/m3 Kí hiệu là

+ Thể tích tự do lớn, kí hiệu là Vtd Tính bằng m2/m3

+ Khối lượng riêng bé

Nói chung khi cần độ phân tách cao thì 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 giữacác 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

+ Cấu tạo đơn giản

+ Trở lực trong tháp không lớn lắm

+ Giới hạn làm việc tương đối rộng

Nhưng tháp đệm có nhược điểm quan trọng là khó làm ướt nhiều đệm Nếu thápcao 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 lỏngđối với mỗi tầng đệm.

CHƯƠNG III: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

3.1 Quy trình công nghệ

7 1

9

Sơ đồ quy trình công nghệ

Chú thích:

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:

Quy trình công nghệ hấp thụ tháp đệm được tính toán cụ thể dựa trên lý thuyết đểđảm bảo hoạt động theo yêu cầu

Tháp đệm ngày nay rất phổ biến trong công nghệ hoá chất Ngoài ra nó còn ápdụng trong công nghệ lọc dầu

Trong quy trình trên, bộ phận chủ yếu đóng vai trò quan trọng đó là tháp đệm, vậtliệu đệm, chiều cao kích thước đệm Các thiết bị khác đóng vai trò là thiết bị phụ trợnhư bơm, quạt, lưu lượng kế, áp kế chữ U, hệ thống bồn chứa và các thiết bị van.Tóm tắt quy trình hấp thụ tháp đệm như sau:

Dòng khí hấp thụ đi vào từ phía dưới đáy tháp đệm, di chuyển theo chiều đi lênxuyên qua lớp đệm nhờ hệ thống quạt (6) Để điều chỉnh lưu lượng dòng khí người tadùng các van Dòng khí trước khi vào tháp đệm nó được điều chỉnh lưu lượng bằnglưu lượng kế khí (5) Lưu lượng khí hiển thị trên lưu lượng kế Dòng khí vào trongtháp đúng với lượng đã tính toán từ trước Dòng khí này đi ngược lên trên tiếp xúc vớipha lỏng từ trên chảy xuống

Áp kế chữ U (4) được dùng để đo áp suất.

Trong khi đó chất lỏng được bơm (1), bơm từ bồn chứa (7) để đưa vào phía trêncủa bồn cao vị (9), dòng lỏng từ bồn cao vị sẽ chảy qua van nhằm điều chỉnh lưulượng, rồi được đưa vào tháp, trước đó được qua thiết bị điều chỉnh lưu lượng lỏng (2)

Quá trình tiếp xúc pha xảy ra trong tháp giữa hai pha ngược chiều, quá trình hấpthụ diễn ra

Sản phẩm sau khi hấp thụ là khí đã hấp thụ xong, đem đi thực hiện các mục đíchkhác, dung môi được cho vào bể (8) (có thể đem tái sinh để có thể thực hiện một quytrình mới)

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH

Các thông số ban đầu:

Nhập liệu : Hỗn hợp khí ban đầu 2000 kg/h

ycb: phần mol của NH3 trong dòng khí ở điều kiện cân bằng

x: nồng độ phần mol khí hòa tan trong pha lỏng

P: áp suất riêng phần của cấu tử khí NH3 hòa tan khi cân bằng

Pt: áp suất tổng của hệ hấp thu, mmHg

X1+X