thiết kế tháp hấp phụ hơi methanol bằng than hoạt tính

Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ Methanol than hoạt tính CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HƠI METHANOL I.1 TỔNG QUAN VỀ HƠI METHANOL Tên gọi khác: methyl carbinol, carbinol Trước Methanol điều chế cách chưng cất khô gỗ phương pháp loại bỏ phương pháp tổng hợp từ CO H Ngoài Methanol sản phẩm trình oxi hoá paraffin pha khí I.1.1 Tính chất Là chất lỏng không màu, sôi 65 oC, nóng chảy –97oC, có mùi thơm vò nóng Tỉ trọng với không khí 1,1 Methanol tạo với không khí hỗn hợp dễ nổ, với giới hạn nổ từ – 35,6 %, tự bốc cháy 385oC Methanol bò phân hủy nhiệt tạo carbon oxide formaldehyde Nó phản ứng mạnh mẽ với chất oxi hóa gây nguy cháy nổ Ngoài tác dụng với Pb Al Là chất độc thần kinh I.1.2 Ứng dụng Methanol sử dụng để sản xuất formaldehyde Ngoài xem sản phẩm trung gian điều chế este quan trọng (metylmetacrylat, dimetyleterphtalat, dimetylsulphat) tác nhân metyl hoá (tổng hợp metylamin, dimetylanilin) Một lượng Methanol sử dụng làm dung môi cho sơn, vecni, xenlulo Tuy nhiên độc tính cao nên thay dung môi khác Methanol ứng dụng làm chất phụ gia cho nhiên liệu động Làm chất chống đông lạnh tản nhiệt xe Methanol dùng công nghệ dầu khí, điều gây số vấn đề người ta muốn truyền gas qua ống xi- phong tình cờ nuốt phải chất Methanol sử dụng để tổng hợp olefin thấp phân tử Trang Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ Methanol than hoạt tính I.1.3 Tiếp xúc Tiếp xúc với Methanol qua đường hô hấp sản xuất Nó hấp thụ qua da khó xảy da bảo vệ tốt Tiếp xúc qua đường tiêu hóa nguy lớn thực tế sản xuất hàng gian, hàng giả (giả Etanol Methanol) dẫn đến khả bò nhiễm độc Nồng độ gây tử vong cho người chưa xác đònh Theo báo cáo, liều khoảng 25 cc Methanol 40 % dẫn đến việc bò nhiễm độc Nhưng có trường hợp số liều không gây hậu Hầu hết nguồn thông tin cho khoảng 100 cc gây tử vong Đã có dòch bệnh gây Methanol rượu whisky I.1.4 Cơ chế nhiễm độc Một bò hấp thụ, Methanol liên tục vào thể tượng tăng huyết áp xảy vòng 30 – 90 phút Nếu hàm lượng Etanol không – 5% Methanol tiết thận cách bình thường lượng nhỏ đào thải qua phổi Với huyết áp thấp, chu kỳ phân rã Methanol khoảng – Khi huyết áp tăng 300 mg/dl, loại enzym có chức metan hoá Methanol bò bão hoà chu kỳ phân rã tăng lên 27 Khi điều xảy ra, lượng lớn Methanol hạn chế thận phổi Trong trình điều trò Methanol chu kỳ phân rã lên tới 30 – 52 Sau hấp thụ vào thể, Methanol phân bố nhanh chóng vào tổ chức sau: • Một phần nhỏ Methanol thải loại nguyên vẹn theo không khí thở qua nước tiểu • Phần lớn Methanol lại chuyển hoá cách oxi hoá thành formaldehyde acid formic Chính chất tạo nên độc tính Methanol: CH3OH  HCHO  HCOOH  CO2 Sự oxi hoá Methanol chậm oxi hoá Etanol Nếu đồng thời cho Methanol Etanol triệt tiêu tốc độ oxi hoá Methanol làm giảm độc tính no Methanol bò oxi hoá chủ yếu gan Người ta cho Methanol bò oxi hoá tế bào hình que hình nón võng mạc I.1.5 Nồng độ cho phép Việt Nam qui đònh NĐTĐCP Methanol: 0,05 mg/l Mỹ , TLV (ACGIH 1998): 200 ppm Theo TCVN 5940 – 1995: Chất lượng không khí Tiêu chuẩn khí thải công nghiệp chất hữu cơ: 260 mg/m3 Trang Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ Methanol than hoạt tính I.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ HƠI METHANOL Các phương pháp xử lý Methanol hay dùng thực tế là: Phương pháp hấp thu Phương pháp hấp phụ Phương pháp nhiệt Phương pháp phát tán khí Phương pháp xúc tác I.2.1 Phương pháp hấp thu Quá trình hấp thu trình hỗn hợp khí cho tiếp xúc với chất lỏng nhằm mục đích hoà tan chọn lựa hay nhiều cấu tử hỗn hợp khí để tạo nên dung dòch cấu tử chất lỏng Dung dòch hấp thu dung môi, cấu tử cần hấp thu lại dung môi, nên dung dòch hấp thu thường phải có độ hoà tan tốt dung môi, chất hay dùng nước Cơ chế trình hấp thu, chia làm giai đoạn: • Khuếch tán chất ô nhiễm thể khí đến bề mặt phân pha pha khí – lỏng • Thâm nhập hòa tan chất khí qua bề mặt chất hấp thu • Khuếch tán chất khí hoà tan bề mặt phân cách vào sâu lòng chất hấp thu I.2.2 Phương pháp hấp phụ Quá trình hấp phụ trình hút chọn lựa cấu tử pha khí lên bề mặt chất rắn Người ta áp dụng phương pháp hấp phụ để làm khí có hàm lượng tạp chất khí nhỏ Quá trình hấp phụ thực cách cho tiếp xúc pha rắn pha khí Ở điều kiện bình thường pha khí hỗn hợp với không khí không khí không bò hấp phụ Vật liệu dùng để làm chất hấp phụ vật liệu xốp với bề mặt bên lớn, tạo thành nhân tạo tự nhiên Trong công nghiệp hay dùng chất hấp phụ như: than hoạt tính, silicagel, keo nhôm, zeolit ionit chất trao đổi ion I.2.3 Phương pháp nhiệt Bản chất trình oxi hoá cấu tử độc hại tạp chất có mùi hôi oxy nhiệt độ cao (450oC – 1200oC) Phương pháp dùng để loại bỏ loại khí mà sản phẩm cháy độc hại Methanol dung môi dễ cháy, sản phẩm cháy CO H2O Trang Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ Methanol than hoạt tính Ưu điểm thiết bò xử lý đơn giản có khả ứng dụng rộng rãi thành phần khí thải ảnh hưởng đến thiết bò đốt Nhược điểm tốn nhiều lượng thành phần khí thải sau đốt có CO cao, chất gây ô nhiễm không khí hiệu ứng nhà kính I.2.4 Phương pháp phát tán khí Bản chất phát tán khí thải vào khí Trong số trường hợp xử lý chi phí cao, người ta phải dùng phương pháp phát tán khí để giảm nồng độ chất ô nhiễm khu vực thải khí dòng khí Thông thường người ta dùng ống khói để phát tán khí thải, ống khói thường cao 300 – 500 m Khi làm giảm nồng độ chất ô nhiễm môi trường xung quanh nơi phát sinh xuống đạt tiêu chuẩn cho phép lại làm tăng nồng độ khí thải nơi khác Tuy nhiên phát tán khí thải phương pháp hợp lý để xử lý khí thải hậu phương pháp gây số tượng khói quang hoá, mưa acid … I.2.5 Phương pháp xúc tác Bản chất trình xúc tác để làm khí thải thực tương tác hóa học nhằm chuyển chất độc hại thành sản phẩm không độc độc chất bề mặt chất xúc tác rắn Các chất xúc tác không làm thay đổi mức lượng phân tử chất tương tác không làm dòch chuyển cân phản ứng đơn giản Vai trò chúng làm tăng vận tốc tương tác hoá học Các chất xúc tác xử lý khí thải công nghiệp chất tiếp xúc sở kim loại quý: Pt, Pd, Ag … , oxit Mangan, Đồng, Cobalt … Hiệu xử lý phương pháp chủ yếu phụ thuộc vào hoạt tính chất xúc tác Nhược điểm phương pháp tốn hiệu suất không ổn đònh Trang Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ Methanol than hoạt tính CHƯƠNG II: YÊU CẦU THIẾT KẾ II.1 SỐ LIỆU BAN ĐẦU: Năng suất 5000 m3/h Hiệu suất xử lý 90% Nồng độ đầu đạt tiêu chuẩn khí thải Theo TCVN 5940 – 1995: Chất lượng không khí Tiêu chuẩn khí thải công nghiệp chất hữu Nồng độ cho phép Methanol là: 260 mg/m3 II.2 SỐ LIỆU TỰ CHỌN: Nhiệt độ làm việc tlv = 30oC p suất làm việc Plv = at Nhiệt độ khí thải tkhí thải = 30oC Đường kính trung bình than dg = mm Trang Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ Methanol than hoạt tính CHƯƠNG III: ĐỀ XUẤT VÀ THUYẾT MINH CÔNG NGHỆ III.1 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ III.1.1 Chọn phương pháp Thu hồi dung môi vừa có ý nghóa kinh tế vừa có ý nghóa sinh thái Mỗi năm thất thoát với khí thải 600 – 800 ngàn Hơi dung môi thoát bảo quản chúng sử dụng trình công nghệ Phương pháp phổ biến để thu hồi chúng phương pháp hấp phụ Trong trình hấp phụ, người ta dùng chất rắn xốp để hút chất khí độc có khí thải bề mặt Phương pháp dùng phổ biến việc thu hồi cấu tử quý để sử dụng lại công nghệ hoá chất Trong kỹ thuật xử lý ô nhiễm không khí, phương pháp hấp phụ dùng để thu hồi sử dụng lại chất hữu cơ, khử mùi thải nhà máy sản xuất thực phẩm, thuộc da, nhuộm, chế biến khí tự nhiên, công nghệ tổng hợp hữu Phương pháp hấp phụ có ưu điểm: Làm thu hồi nhiều chất ô nhiễm thể khí chất có giá trò kinh tế cao sau hoàn nguyên chất hấp phụ tái sử dụng công nghệ sản xuất mà tận giảm tác hại gây ô nhiễm Quá trình hấp phụ tiến hành nồng độ chất ô nhiễm khí thải nhỏ mà trình khử khí khác áp dụng việc tách thực triệt để Chất khí ô nhiễm không cháy khó đốt cháy Chất hấp phụ dễ kiếm rẻ tiền Trong trình hấp phụ, pha khí vào pha rắn nồng độ dung chất pha khí pha rắn đạt cân Dựa vào tương tác hai pha người ta chia ra: Hấp phụ vật lý: hấp phụ đa phân tử (hấp phụ nhiều lớp), lực liên kết lực hút phân tử (Vanderwaals), không tạo thành hợp chất bề mặt Ưu điểm trình thuận nghòch, cách hạ thấp áp suất riêng chất bò hấp phụ hay nhiệt độ, chất bò hấp phụ nhanh chóng nhả mà không chất hóa học không thay đổi Hấp phụ vật lý có tốc độ hấp phụ diễn nhanh Hấp phụ hóa học: hấp phụ đơn phân tử (hấp phụ lớp), lực liên kết lực liên kết hóa học, tạo thành hợp chất bề mặt Lực liên kết hấp phụ hóa học manh nhiều so với hấp phụ vật lý Do lượng nhiệt tỏa lớn khoảng 20 – 400 kJ/g.mol Tốc độ trình hấp phụ hóa học phụ thuộc vào nhiệt độ Trang Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ Methanol than hoạt tính  Các nhân tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ: nh hưởng môi trường: Giữa môi trường chất tan thường có cạnh tranh hấp phụ lên bề mặt vật rắn Về mặt nhiệt động học, cấu tử có sức căng bề mặt bé bò hấp phụ mạnh lên bề mặt vật rắn Tuy nhiên, thực tế có tác động yếu tố khác nh hưởng chất chất hấp phụ: Bản chất độ xốp vật hấp phụ ảnh hưởng lớn đến hấp phụ Vật hấp phụ không phân cực hấp phụ chất không phân cực tốt, vật hấp phụ phân cực hấp phụ tốt với chất phân cực Tính chất chất bò hấp phụ: Quá trình hấp phụ diễn theo hướng làm san phân cực pha Độ chênh lệch phân cực lớn hấp phụ diễn mạnh Quy tắc cho phép xác đònh cấu trúc lớp bề mặt điều kiện chọn chất hấp phụ thích hợp trường hợp cụ thể Quy tắc phân tử lượng hấp phụ chất tan từ dung dòch: Chất hấp phụ có phân tử lượng lớn hấp phụ tăng nhanh nh hưởng thời gian, nhiệt độ, áp suất, độ ẩm: Sự hấp phụ dung dòch xảy chậm pha khí thay đổi nồng độ bề mặt phân chia pha thực trình khuếch tán Tốc độ khuếch tán pha khí diễn nhanh pha lỏng Khi nhiệt độ tăng lên, khả khuếch tán vật chất vào dung dòch giảm xuống dẫn đến giảm hấp phụ p suất: áp suất cao, khả hấp phụ tốt Độ ẩm: độ ẩm thấp, khả hấp phụ tốt III.1.2 Chọn thiết bò Ta chọn thiết bò hấp phụ tầng cố đònh Đây loại thiết bò pha khí cho chuyển động qua tầng hạt chất hấp phụ cố đònh, sử dụng nhiều lónh vực thu hồi dung môi có giá trò từ chất khí, khử nước pha khí lỏng, khử màu loại dầu khoáng dầu thực vật … Các hạt chất hấp phụ đặt tầng có chiều cao từ 0,3 – 1,2 m đỡ có đục lỗ Dòng khí nhập liệu thổi từ xuống Loại thiết bò có ba phương thức làm việc: Phương thức bốn giai đoạn: hấp phụ, nhả hấp, sấy, làm lạnh Phương thức ba giai đoạn: hấp phụ, nhả hấp, làm lạnh Phương thức hai giai đoạn: hấp phụ, nhả hấp Trang Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ Methanol than hoạt tính Khi chọn phương thức làm việc cho thiết bò, cần vào đặc trưng chất bò hấp phụ cần thu hồi nồng độ đầu hỗn hợp khí: Khi nồng độ đầu cao dùng phương thức bốn giai đoạn Khi nồng độ đầu trung bình nhỏ (2 –3 g/m 3) dùng phương thức ba giai đoạn Khi nhiệt độ hỗn hợp khí thiết bò tương đối đồng thấp ( 700 mm Theo bảng XIII.8 trang 362 (Sổ tay Quá trình thiết bò công nghệ hóa chất – Tập 2) ϕh = 0,95 ∗ Chiều dày nhỏ thân tháp: Theo bảng 5.1 trang 128 (Sách Thiết kế tính toán chi tiết thiết bò hóa chất – Hồ Lê Viên), với Dt = 2000 m, chọn bề dày thân nhỏ Smin = (mm) ∗ Bề dày thân thiết bò: St = Smin + C St = Smin + (Ca + Cb + Cc + Co) Với Ca: hệ số bổ sung ăn mòn, C a = mm (Bảng XII.1 trang 305 Sổ tay Quá trình thiết bò công nghệ hóa chất – Tập 2) Cb: hệ số bào mòn học, Cb = Cc: hệ số bổ sung sai lệch kích thước chế tạo Với thép dày mm, Cc = -0,5 mm (Bảng XIII.9 trang 364 Sổ tay Quá trình thiết bò công nghệ hóa chất – Tập 2) Co: hệ số làm tròn, Co = 0,5 mm Vậy St = + + – 0,5 + 0,5 = (mm) ∗ Kiểm tra bề dày áp suất làm việc thân thiết bò: Trang 19 Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ Methanol than hoạt tính St − Ca −1 = = 0,0025 < 0,1 (thỏa mãn) Dt 2000 [ P] = 2.[σ ].ϕ h ( S t − C a ) = 2.146.0,95.(6 − 1) = 0,6918 > 0,1 (thỏa mãn) Dt + ( S t − C a ) 2000 + (6 − 1) Vậy thân tháp có chiều dày St = mm ∗ Khối lượng thân tháp: π π m1 = ( Dn2 − Dt2 ).H t ρ = (2,012 − 2 ).3.7,85.10 = 890,4775(kg ) 4  Chiều dày đáy, nắp Ta chọn CT3 vật liệu làm đáy, nắp tháp đáy, nắp hình elip tiêu chuẩn ∗ Bề dày đáy, nắp: Dt P D S dn = t + C (4.10) 3,8.[σ ].k ϕ h − P 2.ht Với k: hệ số không thứ nguyên Đối với đáy nắp có lỗ tăng cứng k = [σ ] k.ϕ = 146 1.0,95 = 1387 > 30 Xét → bỏ qua đại lượng P mẫu số h P 0,1 ht: chiều cao phần lồi đáy Tra bảng XIII.10 trang 382 (Sổ tay Quá trình thiết bò công nghệ hóa chất – Tập 2), với Dt = 2000 m, ht = 500 mm C: hệ số bổ sung C tính có tăng thêm mm S – C ≤ 10 mm, C = mm Thế vào (4.10), chiều dày đáy, nắp: Dt P D 2000.0,1 2000 S dn = t +C = + = 3,76(mm) 3,8.[σ ].k ϕ h − P 2.ht 3,8.146.1.0,95 2.500 Chọn chiều dày đáy, nắp Sdn = mm ∗ Kiểm tra bề dày áp suất làm việc đáy, nắp thiết bò: S dn − C a −1 = = 0,0035 < 0,125 (thỏa mãn) Dt 2000 [ P] = 2.[σ ].ϕ h ( S dn − C a ) = 2.146.0,95.(8 − 1) = 0,97 > 0,1 (thỏa mãn) Dt + ( S dn − C a ) 2000 + (8 − 1) Vậy chiều dày đáy, nắp Sdn = mm ∗ Khối lượng đáy nắp: Theo bảng XIII.11 trang 384 (Sổ tay Quá trình thiết bò công nghệ hóa chất– Tập 2) m2 = 283.2 = 566 (kg) Trang 20 Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ Methanol than hoạt tính IV.2.2 Tính thiết bò phụ tháp IV.2.2.1 Tính đường kính ống  Đường kính ống dẫn hỗn hợp khí vào: Lưu lượng khối lượng hỗn hợp khí đầu vào: Gd = 1,6204 (kg/s) Khối lượng riêng hỗn hợp khí đầu vào: ρd = 1,1667 (kg/m3) Suy lưu lượng hỗn hợp khí đầu vào: G 1,6204 Qd = d = = 1,3889(m / s ) ρ d 1,1667 Vận tốc khí ống vk = 15 m/s (khoảng cho phép – 15 m/s theo bảng II.2 trang 369 Sổ tay Quá trình thiết bò công nghệ hóa chất– Tập 1) Vậy đường kính ống dẫn hỗn hợp khí vào: Qd 1,3889 dk = = = 0,3434(m) ≈ 350(mm) 0,785.v k 0,785.15 Bề dày ống, chọn b = 13,5 (mm)  Đường kính ống dẫn hỗn hợp khí ra: Ta lấy giá trò trên: Đường kính ống dẫn hỗn hợp khí ra: 350 (mm) Bề dày ống, chọn b = 13,5 (mm)  Đường kính ống dẫn nước nhiệt đầu vào: Theo dk = 350 mm, ta chọn dhnuoc = 100 (mm) bề dày b = (mm) Đường kính ống dẫn nước ngưng ra: 1 Thường chọn d nngung = d hnuoc = 100 = 50(mm) 2 bề dày chọn b = 3,5 (mm)  Trang 21 Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ Methanol than hoạt tính IV.2.2.2 Tính lưới đỡ vật liệu  Lưới tinh chắn lớp than: Chọn lưới thép CT3, khe mm Đường kính lưới m Bề dày lưới mm  Lưới lớn đỡ lớp than: Chọn lưới thép CT3, đặt lớp than nhằm chòu lực đỡ lớp than đặt lên gờ hàn với thân tháp Có đường kính m Đường kính 1,98 m Bề rộng bước 20 mm Bề rộng khe 10 mm Bề rộng 10 mm Bề dày lưới 30 mm IV.2.2.3 Tính bích Bao gồm loại bích: Bích nối đáy, nắp với thân tháp Bích nối ống dẫn thiết bò Bích cửa nhập liệu, tháo liệu  Bích nối đáy, nắp với thân tháp: Số lượng: bích Chọn bích liền thép để nối thiết bò (tra bảng XIII.27 trang 417 Sổ tay Quá trình thiết bò công nghệ hóa chất– Tập 2): Đường kính Dt = 2000 m Đường kính Do = 2000 + 2.8 = 2016 mm Đường kính bích D = 2160 mm Đường kính tâm bulong Db = 2100 mm Đường kính mép vát D1 = 2060 mm Đường kính bulong db = M20 Số bulong: 48 Chiều cao bích: 40 mm Khối lượng bích: π m3 = 4.[ (2,16 − 2,016 ).0,04.7,85.10 ] = 593,2019(kg ) Trang 22 Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ Methanol than hoạt tính  Bích nối ống dẫn thiết bò: ng dẫn hỗn hợp khí vào ra: Đường kính ống dẫn hỗn hợp khí vào ra: dk = 350 mm Chọn loại bích liền kim loại đen để nối (tra bảng XIII.26 trang 409 Sổ tay Quá trình thiết bò công nghệ hóa chất– Tập 2): Số lượng: bích Đường kính Do = 377 mm Đường kính bích D = 485 mm Đường kính tâm bulong Db = 445 mm Đường kính mép vát D1 = 415 mm Đường kính bulong db = M20 Số bulong: 12 Chiều cao bích: 22 mm Khối lượng bích: π m4 = 2.{4.[ (0,485 − 0,377 ).0,022.7,85.10 ]} = 101,019(kg ) ng dẫn nước nhiệt vào: Đường kính ống dẫn nước vào: dhnuoc = 100 mm Chọn loại bích liền kim loại đen để nối (tra bảng XIII.26 trang 409 Sổ tay Quá trình thiết bò công nghệ hóa chất– Tập 2): Số lượng: bích Đường kính Do = 108 mm Đường kính bích D = 205 mm Đường kính tâm bulong Db = 170 mm Đường kính mép vát D1 = 148 mm Đường kính bulong db = M16 Số bulong: Chiều cao bích: 14 mm Khối lượng bích: π m5 = 4.[ (0,205 − 0,108 ).0,014.7,85.10 ] = 10,4825(kg ) Trang 23 Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ Methanol than hoạt tính ng dẫn nước ngưng ra: Đường kính ống dẫn nước ngưng ra: dnngung = 50 mm Chọn loại bích liền kim loại đen để nối (tra bảng XIII.26 trang 409 Sổ tay Quá trình thiết bò công nghệ hóa chất– Tập 2): Số lượng: bích Đường kính Do = 57 mm Đường kính bích D = 140 mm Đường kính tâm bulong Db = 110 mm Đường kính mép vát D1 = 90 mm Đường kính bulong db = M12 Số bulong: Chiều cao bích: 12 mm Khối lượng bích: π m6 = 2.[ (0,14 − 0,057 ).0,012.7,85.10 ] = 2,4194(kg )  Bích cửa nhập liệu, tháo liệu: Chọn đường kính cửa 300 mm Mỗi cửa có bích Vậy có tổng cộng bích Chọn bích liền kim loại đen để nối (tra bảng XIII.26 trang 409 Sổ tay Quá trình thiết bò công nghệ hóa chất– Tập 2): Đường kính Do = 325 mm Đường kính bích D = 435 mm Đường kính tâm bulong Db = 395 mm Đường kính mép vát D1 = 365 mm Đường kính bulong db = M20 Số bulong: 12 Chiều cao bích: 22 mm Khối lượng bích: π m7 = 4.[ (0,435 − 0,325 ).0,022.7,85.10 ] = 45,3574(kg ) Khối lượng toàn tháp: m = m1 + m2 + m3 + m4 + m5 + m6 + m7 + mthan = 890,4775 + 566 + 593,2019 + 101,019 + 10,4825 +2,4194 + 45,3574 + 1885 = 4093,9577 (kg) Tải trọng toàn tháp: P = m x g = 4093,9577 x 9.81 = 40161,725 (N) Trang 24 Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ Methanol than hoạt tính IV.2.2.4 Tính chân đỡ, tai treo  Chân đỡ: Chọn tháp có chân đỡ ống thép tròn Tải trọng đặt lên chân đỡ: P 40161,725 G= = = 10040,4313( N ) ≈ 1.10 ( N ) 4 Chọn tải trọng cho phép chân đỡ 1.104 N Tra bảng XIII.35 trang 437 (Sổ tay Quá trình thiết bò công nghệ hóa chất– Tập 2): L = 210 mm B = 150 mm B1 = 180 mm B2 = 245 mm H = 300 mm h = 160 mm s = 14 mm l = 75 mm d = 23 mm Bề mặt đỡ F = 811.10-4 m2 Tải trọng cho phép bề mặt đỡ q = 0,32.106 N/m2 D 1200 Chọn t = A 420  Tai treo: Chọn tháp có tai treo Tải trọng đặt lên tai treo: G = 10040,4313 (N) ≈ 1.104 (N) Chọn tải trọng cho phép tai treo 1.104 N Tra bảng XIII.36 trang 438 (Sổ tay Quá trình thiết bò công nghệ hóa chất– Tập 2): L = 110 mm B = 85 mm B1 = 90 mm H = 170 mm h = 160 mm s = mm l = 45 mm a = 15 mm d = 23 mm Bề mặt đỡ F = 89,5.10-4 m2 Tải trọng cho phép lên bề mặt đỡ q = 1,12.106 N/m2 Khối lượng tai treo kg Trang 25 Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ Methanol than hoạt tính IV.3 TÍNH THIẾT BỊ PHỤ CỦA HỆ THỐNG XỬ LÝ i Quạt Quạt hút khí sau qua tháp Công suất quạt: Q.∆P N= η tr η q Với Q: lưu lượng khí (m3/s) ∆P: trở lực tháp (N/m2) ηtr: hiệu suất truyền động Nếu lắp đặt trực tiếp với trục động điện, ηtr = ηq: hiệu suất quạt Chọn quạt ly tâm, ηq = 0,65 Lưu lượng khí: Gc = 1,6173 (kg/s) ρc = 1,1665 (kg/m3) G 1,6173 →Q= c = = 1,3865(m / s ) ρ c 1,1665 Trở lực tháp gồm trở lực dòng khí qua lưới (∆P1) trở lực dòng khí qua lớp than (∆P2): ∆P = 2.∆P1 + ∆P2 Trở lực dòng khí qua lưới: v ρ ∆P1 = ξ c Với ξ: hệ số tổn thất cục (tra Phụ lục 9.4/236 Giáo trình Cơ Lưu Chất) v1: vận tốc dòng khí qua lưới Ta cho diện tích rỗng 50% diện tích lưới Do v1 = 2.vk = 2.0,44 = 0,88 (m/s) v ρ 0,88 2.1,1665 → ∆P1 = ξ c = 10 = 4,52( N / m ) 2 Trở lực dòng khí qua lớp than: 1, 56  v2  ∆P2 = 0,37.H   (inchH O)  100  Với H: chiều cao lớp than (ft) v2: vận tốc dòng khí qua lớp than (ft/min) Trang 26 Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ Methanol than hoạt tính Tính vận tốc dòng khí qua lớp than: π Dt2 π 2 V = H = 1,2 = 3,77(m ) Thể tích lớp than: 4 Thể tích lỗ rỗng lớp than: Vr = 0,8.V = 3,02 (m3) V 3,02 = 2,52( m ) Diện tích lỗ rỗng lớp than: S = r = H 1.2 Qc 1,6173 = = 0,64(m / s ) = 126( ft / min) Vận tốc dòng khí qua lớp than: v = S 2,52 Chiều cao lớp than: H = 1,2 m = ft  v  → ∆P2 = 0,37.H    100  1, 56  126  = 0,37.4.   100  1, 56 = 2,12(inchH O) = 528,53( N / m ) Trở lực tháp: ∆P = 2.∆P1 + ∆P2 = 2.4,52 + 528,53 = 537,57(N/m2) Q.∆P 1,3865.537,57 = 1146,68(W ) = 1,14668(kW ) Vậy N = η η = 1.0,65 tr q Công suất động điện: Nđc = k.N Với k: hệ số dự trữ Tra bảng trang 153 (Sách Các trình thiết bò công nghiệp hóa chất thực phẩm – Tập 1), k = 1,2 Vậy Nđc1 = k.N1 = 1,2.1,14668 = 1,38 (kW) = 1,84 (Hp) Chọn quạt có công suất Hp Trang 27 Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ Methanol than hoạt tính IV.3.2 ng khói Chiều cao tối thiểu ống khói: A.M F m.n H = (C cp − C nen ).( L.∆t )1 / Với A: hệ số kể đến độ ổn đònh khí Đối với đòa phương củaViệt Nam A = 200 ÷ 240 s2/3 oC1/3 Chọn A = 200 s2/3.oC1/3 M: lượng phát thải chất ô nhiễm M = GMc = 0,0004 kg/s = 0,4 g/s F: hệ số kể đến loại chất khuếch tán Đối với khí F = m, n: hệ số không thứ nguyên kể đến điều kiện thoát khí thải miệng ống khói Lấy m.n = (Ccp – Cnen): nồng độ ô nhiễm mặt đất Giả sử xung quanh vùng nhà máy phát thải Methanol → Cnen = Ccp = 260 mg/m3 = 0,26 g/m3 L: lưu lượng khí thải G 1,6173(kg / s ) L= c = = 1,3865(m / s ) ρ c 1,1665( kg / m ) ∆t = tkhói – txq: thiết bò hoạt động điều kiện đẳng nhiệt →∆t xem không đáng kể Chiều cao tối thiểu ống khói: A.M F m.n H = = (C cp − C nen ).( L.∆t )1 / 200.0,4.1.1 = 16,6(m) 0,26.(1,3865)1 / Lấy chiều cao ống khói H = 20 (m) Trang 28 Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ Methanol than hoạt tính CHƯƠNG V: TÍNH KINH TẾ Vật liệu Tháp hấp phụ ng dẫn khí vào ng dẫn nhiệt vào ng dẫn khí dư ng dẫn khí Loại/Qui cách Số lượng Đơn giá Thép CT3, dày – mm Thép CT3, D = 0,35 m; b = 13,5 mm; L = m Thép CT3, D = 0,1 m; b = mm; L = m Thép CT3, D = 0,1 m; b = mm; L = 1,5 m Thép CT3, D = 0,35 m; b = 13,5 mm; L = 2,5 m Thép CT3, D = 0,05 m; b = 3,5 mm; L = 2,5 m Than hoạt tính Hp 1457 kg 10.000 đ/kg Thành tiền (triệu đồng) 14,57 242 kg 10.000 đ/kg 2,42 21 kg 10.000 đ/kg 0,21 16 kg 10.000 đ/kg 0,16 303 kg 10.000 đ/kg 3,03 12 kg 10.000 đ/kg 0,12 1885 kg 5.000 đ/kg 2,5 9,425 2,5 32,415 3,2415 35,6565 35,6565 71,313 ng dẫn nước ngưng Than Quạt hút Tổng cộng Chi phí phụ = 10% tổng cộng Tổng chi phí sơ Tiền thuê chế tạo = tổng chi phí sơ Tổng chi phí Theo sơ đồ công nghệ, ta thiết kế tháp hấp phụ → Tổng chi phí: * 71,313 = 142,626 (triệu đồng) Trang 29 Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ Methanol than hoạt tính KẾT LUẬN Đồ án “Thiết kế tháp hấp phụ Methanol than hoạt tính” hoàn thành Với sơ đồ công nghệ đưa ra, ta dựa vào để thiết kế hệ thống xử lý dung môi Methanol cho nhà máy có thải Methanol Chi phí để làm hệ thống lớn nguyên lý thiết kế không phực tạp, áp dụng Với sơ đồ mẫu trên, để xử lý với hiệu suất cao ta dùng phương pháp hấp phụ nhiều bậc Ta xây dựng tháp hấp phụ đặt nối tiếp Bằng cách này, chất lượng khí đầu đạt tốt Tuy nhiên với qui mô đồ án, thiếu sót chưa thiết kế hệ thống nhả hấp Qui trình đóng vai trò quan trọng trình hoạt động Phải có thời gian phương pháp để lớp chất hấp phụ hoàn nguyên, không hiệu suất xử lý Trang 30 [...]... công nghệ, ta thiết kế 2 tháp hấp phụ → Tổng chi phí: 2 * 71,313 = 142,626 (triệu đồng) Trang 29 Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ hơi Methanol bằng than hoạt tính KẾT LUẬN Đồ án Thiết kế tháp hấp phụ hơi Methanol bằng than hoạt tính đã được hoàn thành Với sơ đồ công nghệ được đưa ra, ta có thể dựa vào đó để thiết kế một hệ thống xử lý dung môi hơi Methanol cho nhà máy có thải ra hơi Methanol Chi... cao lớp than H = 1,2 (m) Thời gian hấp phụ 1 mẻ τ = 2 (h) Khối lượng than cần: π Dt2 π 2 2 M than = H ρ than = 1,2.500 = 1884,96( kg ) ≈ 1885(kg ) 4 4  Tái sinh than hoạt tính Trang 17 Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ hơi Methanol bằng than hoạt tính Hấp phụ có một đặc tính quan trọng là hiệu quả hấp phụ giảm khi tăng nhiệt độ dòng khí và có khả năng hấp phụ bão hoà do hoạt độ chất hấp phụ đạt... án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ hơi Methanol bằng than hoạt tính IV.1 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ HẤP PHỤ IV.1.1 Thiết lập đường hấp phụ đẳng nhiệt của Methanol Dựa vào đường hấp phụ đẳng nhiệt của Benzen (Hình X.1 trang 245 Sổ tay Quá trình và thiết bò công nghệ hóa chất – Tập 2), ta xây dựng đường hấp phụ đẳng nhiệt của Methanol theo các công thức: * a 2 = a1 * V1 V2 lg p 2 = lg p s , 2 − β than) (4.1)... * Dựa vào đường hấp phụ đẳng nhiệt của Methanol, ta có: a M = 0,0188(kg / kg ) IV.1.2 Tính cân bằng vật chất Trang 13 Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ hơi Methanol bằng than hoạt tính  Trong hỗn hợp khí đầu vào thiết bò: Phần mol hơi Methanol trong hỗn hợp khí đầu vào: 22,4 2,6.10 −3 .303 C d R.T 273 yd = = = 0,0020 (kmol Methanol/ kmol hỗn hợp) M M P 32.1 Phần khối lượng hơi Methanol trong hỗn... năng hấp phụ thêm, lúc này giữa pha khí và pha rắn tồn tại một cân bằng động Trong xử lý ô nhiễm không khí, giai đoạn này là bất lợi cho quá trình người ta phải bỏ chất hấp phụ bão hoà này đi thay bằng chất hấp phụ mới có hoạt độ hấp phụ chưa bão hoà Khi đó muốn sử dụng lại chất hấp phụ ta phải tiến hành quá trình nhả hấp để phục hồi hoạt tính của chất hấp phụ Tái sinh than hoạt tính có thể bằng hơi. .. − y c ) ] 22,4.T Po 273.1 = [ 32.0,0002 + 29.(1 − 0,0002) ] = 1,1665( kg / m 3 ) 22,4.303.1 Khối lượng hơi Methanol bò hấp phụ bởi than hoạt tính: Trang 14 Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ hơi Methanol bằng than hoạt tính M = G Md η = 0,0036.0,9 = 0,0032(kg / s ) Lưu lượng khối lượng của hơi Methanol trong hỗn hợp khí đầu ra: G Mc = G Md − M = G Md (1 − η ) = 0,0036 − 0,0032 = 0,0004(kg / s ) Lưu... chọn b = 3,5 (mm)  Trang 21 Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ hơi Methanol bằng than hoạt tính IV.2.2.2 Tính lưới đỡ vật liệu  Lưới tinh chắn lớp than: Chọn lưới bằng thép CT3, khe 2 mm Đường kính của lưới 2 m Bề dày của lưới 5 mm  Lưới lớn đỡ lớp than: Chọn lưới bằng thép CT3, đặt dưới lớp than nhằm chòu lực đỡ lớp than và đặt lên gờ hàn với thân tháp Có đường kính ngoài 2 m Đường kính trong... lg T2 p1 (4.2) Trong đó: a1*, a2*: Nồng độ của Benzen và Methanol bò hấp phụ (kg chất bò hấp phụ/ kg V1, V2: p1, p2: ps,1, ps,2: Thể tích mol Benzen và Methanol ở dạng lỏng (m3/kmol) p suất riêng phần của hơi Benzen và Methanol (mmHg) p suất hơi bão hoà của hơi Benzen ở 20 oC và Methanol ở 30oC T1, T2: β: Nhiệt độ của Benzen và Methanol khi hấp phụ (oK) Hệ số ái lực (hệ số aphin) (mmHg) Ta có: T1 = 293... và thiết bò công nghệ hóa chất – Tập 2), thép CT3 có khối lượng riêng ρ = 7,85.103 (kg/m3) ∗ ng suất cho phép của thép CT3: [σ k ] = σ k η (4.8) nk [σ c ] = σ c η (4.9) nc Trang 18 Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ hơi Methanol bằng than hoạt tính Trong đó: η: hệ số hiệu chỉnh Tháp hấp phụ này là thiết bò loại II có các chi tiết không bò đốt nóng, theo bảng XIII.2 trang 356 (Sổ tay Quá trình và thiết. .. chiều dày của đáy, nắp Sdn = 8 mm ∗ Khối lượng đáy và nắp: Theo bảng XIII.11 trang 384 (Sổ tay Quá trình và thiết bò công nghệ hóa chất– Tập 2) m2 = 283.2 = 566 (kg) Trang 20 Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ hơi Methanol bằng than hoạt tính IV.2.2 Tính các thiết bò phụ của tháp IV.2.2.1 Tính đường kính ống  Đường kính ống dẫn hỗn hợp khí vào: Lưu lượng khối lượng của hỗn hợp khí đầu vào: Gd = ... xung quanh nơi phát sinh xuống đạt tiêu chuẩn cho phép lại làm tăng nồng độ khí thải nơi khác Tuy nhiên phát tán khí thải phương pháp hợp lý để xử lý khí thải hậu phương pháp gây số tượng khói quang... A: hệ số kể đến độ ổn đònh khí Đối với đòa phương củaViệt Nam A = 200 ÷ 240 s2/3 oC1/3 Chọn A = 200 s2/3.oC1/3 M: lượng phát thải chất ô nhiễm M = GMc = 0,0004 kg/s = 0,4 g/s F: hệ số kể đến loại... Đối với khí F = m, n: hệ số không thứ nguyên kể đến điều kiện thoát khí thải miệng ống khói Lấy m.n = (Ccp – Cnen): nồng độ ô nhiễm mặt đất Giả sử xung quanh vùng nhà máy phát thải Methanol → Cnen