Thông tin tài liệu
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 NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền SVTH:Bùi Mạnh Trình MSSV :2004110192 Lớp:02DHHH1 TP.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 NH3 nước II Nhiệm vụ đồ án ( nội dung yêu cầu 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 phần thuyết minh tính toán: - Tổng hợp tài liệu tính toán cân vật chất - Tính toán cân lượng - Tính toán thông số tháp - Tính toán 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: ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền 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 SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192 Trang: ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền Mục Lục: LỜI NÓI ĐẦU Amoniac hóa chất dùng phổ biến nhiều ngành công nghiệp khác Sự phát xạ không khí có chứa amoniac vào khí mà 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 cầu cấp thiết Những nguồn thải khí amoniac bao gồm: trình sản xuất phân bón, trình điều chế than cốc sử dụng phương pháp khôi phục sản phẩm phụ, đốt cháy nguyên liệu hóa thạch, trình chăn nuôi hệ thống làm lạnh sử dụng amoniac môi chất lạnh….Người ta kiểm soát lượng amoniac trình nhiều cách như: sử dụng tháp lọc khí ẩm, sử dụng phương pháp nước ngưng để loại bỏ khí, khôi 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 SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192 Trang: ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền 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 hoàn thành tốt đồ án em nhiều thiếu sót trình thực Mong thầy bảo thêm cho em Em xin chân thành cảm ơn! CHƯƠNG I: TỔNG QUÁT VỀ NH3 1.1 Giới thiệu NH3 – Amoniac hợp chất nitơ hydro với công thức NH3, có tên quốc tế (theo IUPAC) “Azane”, “Amoniac”, “Hydrogen nitride” số tên khác Amoniac không màu, dạng khí có mùi cay nồng đặc trưng Nó nhẹ không khí, mật độ 0,589 lần so với không khí Nó dễ dàng hóa lỏng liên kết mạnh mẽ phân tử hydro, có nhiệt độ sôi –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 hòa tan 1200l khí NH3, 20°C 700l khí NH3 Hiện tượng tan nhiều NH 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 NH 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 công nghiệp hóa chất Chúng có yêu cầu chất lượng khác nhau: SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192 Trang: ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC Hàm lượng chất GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền Đơn vị Loại Loại % 99,9 99,6 % 0,1 0,4 Dầu mg/l 10 35 Sắt – Không quy định Amoniac Lượng tạp chất tối đa Hơi ẩm 1.3 Tính chất vật lý amoniac – NH3 tan nước phát nhiều nhiệt cho dung dịch có d < (dung dịch NH 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 không 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, gần nhiệt độ sôi có số điện môi ε = 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 (σs ) (σx ) (σ y ) (σz ) = 10703, tương ứng cấu hình electron sau: SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192 A Trang: 2 góc hóa trị HNH ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền 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 NH dễ cho cặp electron tạo nên liên kết cho – nhận (liên kết phối trí) với nguyên tử khác μ NH3 =1,47D 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 cần áp suất atm hóa lỏng 1.4 Tính chất hóa học amoniac Cũng có cặp electron hóa trị tự bền mà NH 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 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 N H2O Dưới áp suất lớn, hỗn hợp amoniac oxi nổ: 2NH + O → N + 3H 2O ΔH = - 768,6kJ/mol Nếu có chất xúc tác platin hay hợp kim platin – rodi 800 – 900 oC khí amoniac bị O2 không khí oxi hóa thành nito oxit: 2NH + O → 2NO + 3H 2O SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192 Trang: ΔH = -588kJ/mol ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền 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 2NH + 3Cl → N + 6HCl Amoniac cộng hợp với nhiều chất: nước, axit, muối Quan trọng phản ứng cộng với nước Khi tan nước NH 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 có cân kép: NH3 + HOH → NH4OH → NH4+ + OHVì dung dịch nước có mùi NH3 xem NH4OH Ngay trạng thái khí, cho phản ứng cộng với khí HCl tạo thành muối amoni clorua: NH3 + HCl = NH4Cl Ngoài loại phản ứng cộng nói, NH cho loại phản ứng kết hợp đặc biệt với muối tạo thành hợp chất có thành phần giống hydrat gọi amoniacat, ví dụ: AgNO 3.2NH3, CuSO4.4NH3…hoặc 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-): SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192 Trang: ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền Li3N(s) + NH3 (l) → Li+(am) + NH2−(am) Hydro NH3 bị kim loại mạnh đẩy chỗ để tạo nitrua magie cháy NH để tạo magie nitrua Mg3N2 Natri kali kim loại nóng tạo nitrua (NaNH2, KNH2) tác dụng với NH3 NH3 bền nhiệt độ thường đun nóng lên 300°C bắt đầu phân hủy 600°C phân hủy gần hoàn toàn: 600 C 2NH → N + 3H 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: 3CuO + 2NH3 = 3Cu + 3H 2O + N ↑ 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 ( M (I) NH ) nitrua ( M 3(I) N ), ) số amidua, phổ biến amidua kim loại kiềm kiềm thổ Ví dụ: Ở 3500C, natri tác dụng với NH3 cho amiđua natri NaNH2: 2Na + 2H3N = 2NaNH2 + H2 SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192 M (I) NH Trang: ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền NH3 tự bốc cháy 651°C tạo hỗn hợp nổ với không 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 toàn giới nhằm cung cấp đạm cho Vì ngành công nghiệp sản xuất phân bón dựa vào amoniac thành phần quan trọng ngân sách giới – Tiền thân để tổng hợp hợp chất nitơ: Amoniac trực tiếp gián tiếp tiền thân hợp chất chứa nitơ Hầu tất hợp chất nitơ tổng hợp có nguồn gốc từ amoniac Một dẫn xuất quan trọng acid nitric, acid nitric tạo thông qua trình Ostwald trình oxy hóa amoniac với không 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 phòng thí nghiệm – Cleaner: NH3 nước (amoni hydroxit) sử dụng mục đích chung cho bề mặt hơn, sử dụng để làm kính, sứ, thép không gỉ thường sử dụng để làm lò amoniac có khả hòa tan kim loại oxit SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192 Trang: 10 ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền Tính lưới đỡ đệm: Chọn vật liệu làm lưới đỡ đệm thép X18H10T Chọn đỡ thép chữ V 50x5 Đường kính lưới D1 = 1165mm Chiều rộng bước bl = 12mm Các có tiết diện chữ nhật, cạnh có bề rộng b =10mm, bề dày 10mm Đường kính tháp: Dt = 1300mm n= Số đỡ đệm: D1 1165 = = 53( ) b1 + b 12 + 10 Khối lượng lưới đỡ đệm: mdd=m1+m2 m1 khối lượng vật liệu đệm m2 khối lượng dung dịch đệm m1 = vd ρ d ρd =500 kg/m3 khối lượng riêng xốp đệm vd :thể tích đệm vd = Π Hd Π 2,72 Dt = 1,165 = 1.45m 4 m1=1,45.500=724,85 kg SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192 Trang: 53 ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC m2 = vdd ρ dd = (1 − vd ) GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền Π Hd Π 2,72 Dt ρ dd = (1 − 0.62) .1,165 .995 = 548,13kg 4 mdd=724,85+548,13=1273 kg Chân đỡ tai treo: Khối lượng đệm: mdem = Vd ρ d = π 1.32.2,72.600 = 2166,2kg Khối lượng dung dịch tháp: mn = π Dt H ρ n = π 1,32.2,72.991,85 = 3580 ,9kg 4 mtong = m day+ nap + ∑ mb + ∑ mo + m dpp + m dd + mthan + m dem + m n = 184 + 253.42 + 3,03 + 821,13 + 1273 + 6473,9 + 2166,2 + 3580 ,9 = 14755,57 kg Trọng lượng toàn tháp: Ptong = mtong g = 14755,57.9,81 = 144752,14 N Chọn kiểu chân đỡ, tai treo kiểu IV Có chân đỡ tai treo Trọng lượng đặt lên tai treo, chân đỡ là: P1 = SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192 144752,14 = 20678,9 N Trang: 54 ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền Chọn chân đỡ: Chọn chân đỡ chịu tải trọng 2,5.104 N, theo bảng XIII.35 [II,437] ta có thông số chân đỡ : L B B1 B2 H h s l d 185 16 90 27 mm 250 180 215 290 350 Chọn tai treo: L B B1 H S l a d 60 20 30 mm 150 120 130 215 Khối lượng tai treo: 3,48kg 4.8 Tính trở lực Tổn thất áp suất đệm khô: λ' H ωt ρ ytb ∆Pk = d td IX.119 trang 189 sổ tay QTVTB hóa chất tập Trong đó: SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192 Trang: 55 ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC σd GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền : bề mặt riêng đệm (m2/m3) H: chiều cao lớp đệm (m) λ' Vd ω : hệ số trở lực đệm : thể tích tự đệm (m3/m3) : vận tốc khí tháp (m/s) Đệm vòng chế độ chảy xoáy Rey < 40 λ' = 140 140 = = 13,08 Re y 10,7 Hệ số ma sát: dtd= 4Vd/Ϭ đường kính tương đương đệm ,m dtd=4 0,62/1000 =2,48.10-3 Ar = d 3td ρ y (ρ x − ρ y )g µ y2 Re 'y = 0,045 Ar 0,57 ( Gy Gx ) 0.43 IX.117 trang 188 sổ tay QTVTB hóa chất tập Ar = 2,48.10 −3 1,83 10 −5 1,14(991,85 − 1,14)9,81 = 150148,5 R y' = 0.045.150148,50.57 ( 1957,4 0.43 ) = 21,08 8760 ,02 SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192 Trang: 56 ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC w = ' y GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền Re 'y µ y d td ρ y IX.116 trang 188 sổ tay QTVTB hóa chất tập w'y = wt = 21,08.1,83 10 −5 = 0,14 2,48.10 −3.1,14 w'y vd = 0.14 = 0,23 0,62 IX.119 trang 189 sổ tay QTVTB hóa chất tập ( 2,72.1,14.0,232 ∆Pk = 13,08 = 432,57 N / m −3 2,48.10 ) Tổn thất áp suất đệm ướt: m n Gμx ρ y ΔPu = ΔPk 1 + A Gρy ÷ ÷ μx ÷ x ÷ ÷ y c IX.118 trang 189 IX.119 trang 189 sổ tay QTVTB hóa chất tập Ta có: 1,8 Gx G y ⇒ ρ µ y . x ρx µy 0, 1,8 8760 ,02 = 1957,4 1,14 0,8007 10 −3 . −5 991 , 85 , 83 10 0, = 0,036 < 0,5 Chọn: A = 8,4; m = 0,405; c = 0,015; n = 0,225 Bảng IX.17 trang 189 sổ tay QTVTB hóa chất tập SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192 Trang: 57 ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền , 015 , 405 , 225 0,8007 10 −3 8760 02 1,14 = 1971,2 N / m ∆Pu = 432,57.1 + 8,4. −5 1957,4 991,85 1,83 10 ( CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ PHỤ 5.1.Bồn cao vị Phương trình Berrnoulli cho mặt thoáng bồn cao vị đầu ống dẫn lỏng vào tháp p1 α1v12 p α v2 + = z1 + + 2 + ∆H ρg g ρg 2g z1 + z1,z2 :chiều cao mặt thoáng bồn cao vị mặt cắt đầu đầu ống dẫn lỏng vào tháp,m v1,v2 vận tốc chảy vào ,m/s ∆H Tổn thất đường ống ,m α1,α2 hệ số hiệu chỉnh động p2=p1=pa:xem áp suất mặt thoáng bồn cao vị áp suất đầu vào ống dẫn lỏng lạ H0= z1-z2 : chiều cao mực chất lỏng bồn cao vị so với chiều cao ống dẫn lỏng vào tháp v1=0 m/s , v2=0.77 m/s Từ phương trình Bernoulli ta có: 2 p1 − p2 α1v1 − α v2 H = z1 − z = + + ∆H ρg 2g H0 = α1v22 + ∆H 2g SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192 Trang: 58 ) ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC Re = Chuẩn số GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền v dρ µ ρ=995 kg/m3 μ=0,8007.10-3 Ns/m2 Re = 0,77.0,5.995 = 47842 > 2300 0,8007 10 −3 , chế độ chảy rối nên α2=1 v22 H0 = + ∆H 2g H= hd + hcb hd :Tổn thất dọc đường ống ,m hcb: Tổn thất cục miệng vào ,ra ,chổ uốn, cong, vên Tổn thất dọc đường ống l v22 hd = λ m d 2g λ : hệ số tổn thất l chiều dài ống chọn l=5m d=0,05m đường kính ống dẫn lỏng λ= 1 = = 0,02 (1,81 lg Re − 1,64) (1,81 lg 47842 − 1,64) Do Re> 10000 nên sổ tay QTVTB hóa chất tập 0,77 hd = 0,02 = 0.06m 0,05 2.9,81 Vậy Tổn thất cục SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192 Trang: 59 (II.61)trang 378 ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền Chọn hệ thống ống có : theo [12,phụ lục 3-4,236] ta có: - khuỷu cong (uốn gốc 90o), hệ số tổn thất cục ξkh=1,1 - van: hệ số tổn thất cục ξv=0,15 - Đầu vào ống ξdv=0,5 - Đầu (cửa vào tháp ) ξdr=1 Ta có : h cb = ∑ ξ H0 = v2 v2 0,77 = (4.ξ kh + 3.ξ v + ξ dv + ξ dr ) = (4.1,1 + 3.0,15 + + 0,5) = 0,19m 2g 2g 2.9,81 0,77 + 0,19 + 0,06 = 0,28m 2.9,81 Chiều cao bồn cao vị z1=H0+z2=H0+hchân đỡ+hlv hchân đỡ =0,35m hlv chiều cao làm việc 4,32m z1=0,28+0,35+4,32=5,95m 5.2 Bơm chất lỏng Phương trình BerNoulli cho mặt cắt 1-1 2-2 : P1 v12 P1 v 22 Z1 + + + H = Z2 + + + ρ.g 2.g ρ.g 2.g ∑h P2 P1 v 22 v12 ⇒ H = Z2 - Z1 + + + ρ.g ρ.g 2.g 2.g ∑h Chọn Z1 = 0, Z2 = 8m Z2 – Z1 = 8m SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192 Trang: 60 f f ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền Coi P2 = P1; v2 = v1 ∑h = h f ms + h cb Tổn thất dọc đường ống hms: Chế độ chảy ống: Re = vl d ρ 1,3.0,05.991,85 = = 80537 > 10000 µ 0,8007 10 −3 ⇒ Chế độ chảy rối λ= 1 = (1,81 lg Re − 1,64 ) (1,81 log 80537 − 1,642 ) = 0,25 Chọn chiều dài đường ống l =13m ⇒ hms = l.λ.vl2 13.0,25.1,32 = = 5,6m 2.d g 2.0,05.9,81 Trở lực cục bộ: Toàn đường ống có đoạn ống cong: ξ od = 4.1,13 = 4,52 (Các trình thiết bị CNTP Hóa Chất Tập I, Nguyễn Bin, 96) van: ξv = 1,3 Van chiều: vl 1,32 ⇒ hcb = ∑ ξ = ( 4,52 + 1,3) = 0,5m g 2.9,81 SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192 Trang: 61 ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền Cột áp bơm: H = + 5,6 + 0,5 = 14,1m Công suất bơm: N= Q.H ρ g 9,2.14,1.991.85 9,81 = = 1577,7 w = 1,5777 Kw 1000.η 1000.0,8 Công suất thực bơm: Giá trị β cho bảng II.33 [I,tr.440] N t = β N = 1,5.1,5777 = 2,366 Kw = 2,366 = 3,2 Hp 0,7457 Vậy ta chọn bơm có công suất 3,5- 4Hp 5.3.Quạt thổi khí Viết phương trình Benoulli cho mặt cắt mực chất lỏng mặt cắt đầu chất khí với mặt đất mặt chuẩn P1 v12 P2 v 22 Z1 + + + H = Z2 + + + ρg 2g ρg 2g ∑h (2) Trong Z1 = Z2 P1 = P2 = ΔPư = 738,3 (N/m2) v1 = v2 = 35,37 (m/s) H= P2 + ρg ∑h (2) => SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192 Trang: 62 ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền Với Σh = h1 + h2 h1: tổn thất dọc đường ống h2: tổn thất cục co, van Tổn thất dọc ống: Re = vk D.ρ k 35,37.0,1.1,14 = = 220337,7 > 2300 µ hh 1,83 10 −5 => chế độ chảy rối l.λ.V h1 = d.α.2g Chọn ống có l = 10 m, ξ = 0,2 (II-15 381/I) Do chế độ chảy rối nên α = d 100 = = 500 ⇒ λ = 0,0042 ξ 0,1 (II-13, 379) 10.0,0042.35,37 ⇒ h1 = = 26,78m 0,1.1.2.9,81 Tổn thất cục đường ống: Hệ thống gồm khuỷa cong 90o: ε = 1,13 van: ε = 0,5 SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192 Trang: 63 ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền Lưu lượng kế: ε = 0,15 Hệ số tổn thất khỏi ống đẩy: ε = ⇒h = ∑ ξ v2 35,37 = ( 2.1,13 + 0,5 + 0,15 + 1) = 249,3m 2.g 2.9,81 Cột áp quạt: H= 738,3 + ( 26,78 + 249,3) = 340,2m 1,1745.9,81 Công suất quạt: Do quạt có suất trung bình => chọn η = 0,6 N= 1000.340,2.1,1745.9,81 = 1,8Kw 3600.1000.0,6 Công suất thực quạt: Nt = k.N k = 1,1 1,98 = 2,66 Hp 0,7457 => Nt = 1,1.1,8 = 1,98 (Kw) = Vậy ta chọn quạt có công suất 3Hp SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192 Trang: 64 ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN Ô nhiễm môi trường hoạt động công nghiệp gây mà nguy lớn ô nhiễm không khí, bảo vệ môi trường bảo vệ sức khoẻ Hơn ta tận dụng khí thải cho ngành công nghiệp khác Qua trình nghiên cứu, tính toán em hoàn thành đồ án môn học giao với đề tài: “Thiết kế thiết bị tháp hấp thu NH dạng đệm” Em có số nhận xét sau: Tháp đệm có khả loại bỏ NH từ khí thải cách hiệu Trong thực tế việc sử dụng nước tinh khiết làm dung môi có nhược điểm loại bỏ khí NH thấp so với dung môi khác phát sinh nước thải Khi sử dụng dung môi khác: H2SO4, NaOCl, NaOH hiệu hấp thu tăng giảm lượng nước thải Trong trình tính toán kết có sai số sử dụng phương pháp nội suy ngoại suy nên không tránh nhiều sai xót Mong thầy cô thông cảm SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192 Trang: 65 ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Sổ tay Quá trình Thiết bị Công nghệ hoá chất, tập 1, NXB Khoa học Kỹ thuật [2] Sổ tay Quá trình Thiết bị Công nghệ hoá chất, tập 2, NXB Khoa học Kỹ thuật [3] Truyền khối, Võ Văn Bang – Vũ Bá Minh, NXB Đại học quốc Gia TP.HCM [4] Quá trình thiết bị truyền nhiệt, Trường Đại học Công nghiệp Thực Phẩm TP.HCM [5] Bài tập Quá trình thiết bị học, Nguyễn Văn Lục – Hoàng Minh Nam, NXB Đại học quốc Gia TP.HCM [6] Công nghệ hoá học vô cơ, Trần Hồng Côn – Nguyễn Trọng Uyển, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192 Trang: 66 ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192 Trang: 67 GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền [...]... 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 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 như vậy cần sự truyền vật chất từ pha khí vào pha SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192 Trang: 11 ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC... nếu tháp cao SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192 Trang: 26 ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền 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 3.1 Quy trình công nghệ 9 2 4 3 1 7 5 6 8 SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192 Trang: 27 ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC... thụ không tạo ra cặn lắng Hình 5: Tháp đệm SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192 Trang: 22 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 Hình 7: Vật chêm thứ tự SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192 Trang: 23 ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền Hình 8: Lưới đỡ đệm Vật chêm sử dụng gồm có nhiều... khí hoà tan trong lỏng SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192 Trang: 20 ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền 2.7.3 Thiết bị loại màng Thiết bị loại ống: Cấu tạo của thiết bị này giống thiết bị trao đổi nhiệt Chất lỏng chảy phía trong ống dạng màng, khí đi từ dưới lên, đường kính ống từ 25 – 50mm Thiết bị màng tấm: Trong thiết bị có các bản xếp thẳng đứng song song... 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 lỏng xảy ra phản ứng hóa học 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp thu Sự hấp thu phụ thu c 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... ( X c − X d ) g: lượng cấu tử bị hấp thụ vào trong pha lỏng 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 hồi các cấu tử quý + Làm sạch khí + Tách hỗn hợp thành cấu tử riêng + Tạo thành sản phẩm cuối cùng SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192 Trang: 18 ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh... thể thực hiện một quy trình mới) SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192 Trang: 29 ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH Các thông số ban đầu: Nhập liệu : Hỗn hợp khí ban đầu 2000 kg/h Nồng độ đầu: 7% Nồng độ sau hấp thu 0,02 % Nhiệt độ ban đầu : 300C 4.1 Cân bằng vật chất Phương trình cân bằng của hệ NH3 – H2O được biểu diễn... Hiền 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 để đảm bảo hoạt động theo yêu cầu Tháp đệm ngày... dầu Trong quy trình trên, bộ phận chủ yếu đóng vai trò quan trọng đó là tháp đệm, vật liệu đệm, chiều cao kích thước đệm Các thiết bị khác đóng vai trò là thiết bị phụ trợ như 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 lên xuyên qua lớp đệm nhờ hệ thống... nào 2.7 Tháp hấp thu Trong sản xuất thường dùng nhiều loại thiết bị khác nhau để thực hiện quá trình hấp thu Nếu pha khí phân tán vào pha lỏng ta có các loại tháp mâm, nếu pha lỏng phân 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 phải lớn, hiệu quả và có khả năng cho khí xuyên qua, trở lực thấp (< 3000Pa), kết cấu đơn giản và vận ...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 NH3 nước II Nhiệm vụ đồ án ( nội dung yêu... phương pháp sử dụng tháp đệm để hấp thu NH3 SVTH: Bùi Mạnh Trình 2004110192 Trang: ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền Trong trình thực đồ án, em giúp đỡ... Bùi Mạnh Trình 2004110192 Trang: 20 ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU NH3 BẰNG NƯỚC GVHD:Th.S Nguyễn Thị Thanh Hiền 2.7.3 Thiết bị loại màng Thiết bị loại ống: Cấu tạo thiết bị giống thiết bị trao
Ngày đăng: 16/11/2015, 19:57
Xem thêm: Đồ án quá trình và thiết bị thiết kế tháp đệm hấp thu NH3 bằng nước, Đồ án quá trình và thiết bị thiết kế tháp đệm hấp thu NH3 bằng nước, CHƯƠNG I: TỔNG QUÁT VỀ NH3, 4 Tính chất hóa học của amoniac, CHƯƠNG II: TỔNG QUÁT VỀ THÁP HẤP THU DẠNG ĐỆM, 4 Cân bằng vật chất cho quá trình hấp thu, 6 Lựa chọn dung môi, CHƯƠNG III: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ, CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH, 2 Các thông số dòng khí, 3 Các thông số dòng lỏng:, 5 Tính chiều cao cột đệm theo một đơn vị chuyển khối, 6 Tính chiều cao thân tháp, CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ PHỤ