Thiết kế thiết bị hấp phụ tầng sôi để thu hồi benzene trong không khí bằng than hoạt tính full

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA – VŨNG TÀU KHOA HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM  - ĐỒ ÁN MƠN HỌC CÁC Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRONG CƠNG NGHỆ HỐ HỌC VÀ THỰC PHẨM ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ THIẾT BỊ HẤP PHỤ TẦNG SƠI ĐỂ THU HỒI BENZENE TRONG KHƠNG KHÍ BẰNG THAN HOẠT TÍNH Giảng viên hướng dẫn : PGS.TS Nguyễn Văn Thơng Sinh viên thực : Trần Tiến Din - Nguyễn Văn Đồn Mã sinh viên : 0952010031 - 0952010032 Lớp : DH09H1 Vũng Tàu, ngày 22 tháng năm 2012  - TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA VŨNG TÀU CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA HỐ & CNTP Độc lập - Tự - Hạnh phúc ĐỒ ÁN MƠN HỌC Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRONG CNHH VÀ THỰC PHẨM Họ tên nhóm sinh viên thực hiện: Trần Tiến Din Nguyễn Văn Đồn Lớp DH09H1 Ngành cơng nghệ kỹ thuật hố học – chun ngành hố dầu Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế thiết bị hấp phụ tầng sơi để thu hồi benzene khơng khí than hoạt tính Dữ liệu ban đầu: Lưu lượng hỗn hợp – khơng khí, G Nhiệt độ, T Áp suất, P Nồng độ đầu benzene khơng khí, yD Nồng độ cuối benzene khơng khí, yc 2200m3/h 20oC 735 mmHg 25.10-3 1.10-3 Nội dung thuyết minh 4.1 Lời nói đầu 4.2 Ý nghĩa kinh tế kỹ thuật đồ án 4.3 Dây chuyền cơng nghệ sản xuất 4.4 Nội dung tính tốn 4.5 Kết luận 4.6 Tài liệu tham khảo 4.7 Mục lục Bản vẽ 6.1 Dây chuyền cơng nghệ q trình sản xuất 6.2 Thiết bị Ngày giao đồ án: ngày …………tháng………….năm 2012 Ngày hồn thành đồ án: ngày…………tháng…………năm 2012 Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Thơng 10 Xác nhận giảng viên hướng dẫn: ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… 11 Xác nhận trưởng khoa cho phép bảo vệ: ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… 12 Thành phần hội đồng bảo vệ: 1…………………………………………………………………………… 2…………………………………………………………………………… 3……………………………………………………………………………… 4…………………………………………………………………………… Điểm: số………; chữ…………… Vũng tàu, ngày……… tháng………năm 2012 LỜI MỞ ĐẦU Benzene chất lỏng khơng màu có mùi thơm đặc trưng bốc nhanh vào khơng khí, tan nước Là ngun liệu quan trọng ứng dụng rộng rãi cơng nghiệp chất dẻo, thuốc nhuộm, bột giặt, dược phẩm, sợi nhân tạo, thuốc nổ, nhiên liệu động cơ, đồ dùng gia dụng…Và ngày có xu hướng xử dụng loại sản phẩm ngày nhiều Điều đồng nghĩa với lượng benzene thải mơi trường ngày lớn Tuy benzene có nhiều ứng dụng ảnh hưởng đến mơi trường lớn Theo nghiên cứu nhà khoa học nhiễm độc benzene tuỳ mức độ hàm lượng mà gây cho người triệu chứng gây hại cho tuỷ xương, chóng mặt, buồn ngủ, buồn nơn, bất tỉnh, co giật, tử vong Nếu nhiễm độc lượng nhỏ thời gian dài tích tụ gây ung thư…Và phần lớn trường hợp nhiễm độc hít thở khơng khí bị nhiễm benzene Do thu hồi benzene khơng khí việc cần thiết cấp bách Đề tài: “Thiết kế thiết bị hấp phụ tầng sơi để hấp phụ benzene khơng khí than hoạt tính” đề tài hay, ứng dụng thực tế để xử lý khơng khí bị nhiễm độc benzene có ý nghĩa quan trọng người lồi sinh vật mà mơi trường bị nhiễm Trong q trình làm đồ án này, cố gắng nhiều kinh nghiệm non nên khơng tránh khỏi sai sót, nhóm chúng em mong nhận ý kiến đóng góp q thầy bạn để đồ án hồn hảo Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Nguyễn Văn Thơng tận tình hướng dẫn, giúp đỡ cho chúng em hồn thành tốt đồ án Xin chân thành cảm ơn! Nhóm sinh viên thực Chương 1: LÝ THUYẾT HẤP PHỤ VÀ Ý NGHĨA KINH TẾ I) LÝ THUYẾT HẤP PHỤ: Định nghĩa: Hấp phụ q trình hút chất bề mặt vật liệu xốp nhờ lực bề mặt, sinh chủ yếu chất hấp phụ có bề mặt bên phát triển, có vài chất hấp phụ đạt tới 1700m 2/g Nhiệm vụ chủ yếu đảm bảo bề mặt tiếp xúc pha lớn Vật liệu xốp gọi chất hấp phụ, chất bị hút gọi chất bị hấp phụ Các phương trình tính tốn hấp phụ khác khó khăn trong tính tốn q trình hấp phụ liên quan đến phức tạp mơ tả tốn học, thường đưa đến cơng thức mà sử dụng tính tốn khơng hồn tồn tương ứng với khái niệm vật lý miêu tả Sự phân bố cân nồng độ cấu tử cần tách pha Khí-LỏngRắn điều kiện định miêu tả phương trình động học X* = f(y) X* nồng độ cấu tử cần tách (chất bị hấp phụ) cân với nồng độ pha lỏng, khí nhiệt độ cho Nồng độ X* hấp phụ gọi độ hoạt động, hoạt tính chất hấp phụ Hấp phụ ứng dụng nhiều thực tế để: • Tách chất tan khỏi dung dịch • Tách chất khí có hàm lượng thấp khỏi hỗn hợp • Tẩy màu, tẩy mùi • Xử lý khí thải, nước thải bị nhiễm • Sản xuất chất xúc tác… Phân loại hấp phụ: • Hấp phụ hố học: lực hố trị gây nên tạo thành hợp chất bền bề mặt nên khó nhả chuyển phân tử thành ngun tử • Hấp phụ vật lý: lực hút phân tử Vanderwaals tác dụng khoảng khơng gian gần sát bề mặt Các giai đoạn hấp phụ: • Khuếch tán chất ngồi mao quản • Khuếch tán chất mao quản • Hấp phụ lên chất xúc tác • Q trình phản ứng xảy • Nhả hấp phụ sản phẩm • Khuếch tán sản phẩm mao quản • Khuếch tán sản phẩm ngồi mao quản u cầu chất hấp phụ: • Có bề mặt riêng lớn • Có tính chọn lọc • Có thể hồn ngun dễ dàng • Thời gian sống lâu • Bền học Các chất hấp phụ thường dùng: • Than hoạt tính • Silicagen • Zeolit • Chất dẻo xốp • Nhơm oxit hoạt tính… Thiết bị hấp phụ: 7.1 Hấp phụ tĩnh: Pha khí cho chuyển động qua tầng hạt chất hấp phụ cố định Chất hấp phụ có chiều cao từ 0,3 – 1,2 m đỡ có đục lỗ 10 Dòng khí nhập liệu thổi từ xuống 11 Phương thức làm việc: 12 Phương thức bốn giai đoạn: hấp phụ, nhả hấp, sấy, làm lạnh (nồng độ cao) 13 Phương thức ba giai đoạn: hấp phụ, nhả hấp, làm lạnh (nồng độ trung bình nhỏ) 14 Phương thức hai giai đoạn: hấp phụ, nhả hấp 14.1 Hấp phụ động: 15 6.1.1Thiết bị hấp phụ tầng sơi 16 Dòng khí thổi qua lớp vật liệu hấp phụ làm lớp vật liệu hấp phụ chuyển động sau rơi xuống làm q trình hấp phụ xảy đồng 6.1.2 Thiết bị hấp phụ tầng xoay 17 Vật liệu hấp phụ nằm cấu xoay q trình xoay chuyển làm q trình hấp phụ xảy đặn lớp khác II) Ưu nhược điểm hệ thống hấp phụ tầng sơi Ưu điểm: - Vì chuyển động mạnh trộn lẫn nên khơng có phân lớp chất hấp phụ hạt làm việc hạt chưa làm việc nghĩa khơng có khu vực chết - Cũng khuấy trộn mạnh nên nhiệt độ phân bố lớp chất hấp phụ tránh tượng q nhiệt - Trở lực nhỏ, suất lớn - Dễ vận chuyển dây truyền sản xuất - Chất hấp phụ pha lỏng nên dễ vân chuyển từ thiết bị sang thiết bị khác Nhược điểm: - Vì có trộn lẫn hạt chưa làm việc hạt hấp phụ nên động lực q trình giảm - Hạt chóng mòn, đòi hỏi hạt có độ bền học cao - Khi hạt chất hấp phụ chuyển động mạnh làm III) - cho thành thiết bị bị bào mòn Ý nghĩa kinh tế kỹ thuật Hệ thống làm việc đơn giản, dễ giám sát Có thể tự động hóa sản xuất Chi phí lắp đặt hệ thống khơng cao Hiệu suất làm việc cao Có thể thu hồi bezene phục vụ cho mục đích cơng nghiệp Góp phần6 làm giảm nhiễm mơi trường 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 10 36 37 38 39 Chương 2: DÂY CHUYỀN CƠNG NGHỆ VÀ Q TRÌNH SẢN XUẤT a) Sơ đồ cơng nghệ: 40 11 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 Chú thích: 1,11: Quạt 60 2: Thiết bị lọc Hình 1: Sơ đồ cơng nghệ hấp phụ benzene khơng khí hệ thống hấp phụ tầng sơi sử 3:Thiết bị phòng cháy dụng than hoạt tính 61 bị làm lạnh 4,6: Thiết 5: Bể chứa 62 7: Thiết bị ngưng tụ 8: Thiết bị phân ly 63 9: Tháp hấp phụ thứ 10: Tháp hấp phụ thứ hai 64 65 b) Hình 1: sơ đồ cơng nghệ thu hồi benzene khơng khí thiết bị hấp phụ tầng sơi Thuyết minh sơ đồ cơng nghệ: 66 Hỗn hợp ban đầu đưa vào tháp hấp phụ (9) quạt đẩy (1), có hai quạt đẩy: làm việc, dự trữ nhằm mục đích tránh trường hợp thải độc khơng khí Sau đưa qua thiết bị lọc tay áo (2) để lọc qua tạp chất học Do sử dụng chất hấp phụ than hoạt tính nên dễ tạo hỗn hợp nổ với hỗn hợp khơng khí đưa vào, phải đưa qua thiết bị phòng lửa có màng mỏng chia nhỏ hỗn hợp khí Sau đưa qua thiết bị làm lạnh (4), thiết bị có nhiệm vụ làm giảm nhiệt độ hỗn hợp khí trường hợp nhiệt độ đưa vào hỗn hợp khí cao mức cho phép dễ gây cháy nổ 67 Hỗn hợp khí sau làm lạnh đưa vào tháp hấp phụ (9) benzene bị than hoạt tính hấp phụ Sau benzene bão hòa dẫn qua tháp nhả hấp phụ (10) để thu hồi benzene Q trình nhả hấp phụ thực qua hai cách: • Nhả hấp phụ chất hóa học: dùng kiềm dung mơi • Nhả hấp phụ nhiệt: dùng nhiệt độ để khử 68 Ở ta sử dụng nước q nhiệt để nhả hấp phụ Hỗn hợp cấu tử tách với nước từ tháp hấp phụ qua thiết bị phân ly (8), nước tách khỏi hỗn hợp, cấu tử tách dạng lỏng với nước, q trình ngưng tụ phần xảy đường ống nhiệt với mơi trường Sau chuyển đến thiết bị ngưng tụ (7) làm lạnh (6) trước đưa vào thùng chứa Hỗn hợp đưa vào phân ly chưng cất lắng 69 Từ tháp nhả (10) chất hấp phụ quay tháp hấp phụ (9) khơng khí nén nhờ quạt đẩy (11), khơng khí dùng để sấy làm nguội chất bị hấp phụ 70 71 72 Chương 3: TÍNH TỐN THIẾT BỊ 73 74 3.1 Tính tốn thiết bị 75 Ta có đặc trưng than hoạt tính CKT-6A đưa bảng sau: 76 77 78 Mã Bảng 3.1: Đặc trưng than hoạt tính CKT-6A 79 Mật than độ rót ρH Kg/m T 80 81 ứng dụng 82 83 H 84 G hành Độ ằng số iá trị phần bền cấu thươn trúc g B.106, phẩm, 88 89 Cấ % 0,024 ,0009 228 235 0,023 ,0008 229 236 0.022 ,0007 230 237 0,021 ,0006 231 238 0,020 ,0006 232 239 0,019 ,0005 282 283 ,0231 242 3,29 ,0222 243 244 245 246 251 9,02 ,0194 250 6,95 ,0204 5,04 ,0313 249 252 1,55 ,0185 253 4,05 0,017 ,0003 256 263 0,016 ,0002 257 264 0,015 ,0001 258 265 0,010 0000 259 266 0,004 ,0000 260 267 0,001 ,0000 ,0167 270 88 ,0158 271 272 273 274 67, 279 0,00 280 25 0,00 281 10 ,0040 278 11 ,0100 63, 29 ,0149 277 ,0010 00,00 Bằng phương pháp tích phân đồ thị ( hình 3.2) ta tìm số đơn vị chuyển khối: 284 = 4,5 285 286 287 288 800 289 290 291 292 600 293 294 295 400 296 297 298 299 200 300 Đồtháp thị xác định số đơnhấp vị chuyển 3.1.5 Xác định thểHình tích3.2: chứa chất phụ khối 301 Thể tích tháp chứa chất hấp phụ tính theo cơng thức: 302 m3 Kg/m3 10 lớp chất hấp y.103phụ 3.1.6 Xác định thể tích 303 Thể tích lớp chất hấp phụ tính: 304 (m3) - Trong đó: 305 ρt : Khối lượng riêng tính theo độ xốp = 670 kg/m3 306 ρh : Khối lượng riêng thực = 470 kg/m3 10 3.1.7 Xác định số đĩa tháp hấp phụ 307 308 → số đĩa đĩa 3.1.8 Xác định chiều cao tháp hấp phụ - Chiều cao lớp khơng chuyển động đĩa H chiều cao lớp sơi H s liên hệ với theo cơng thức: 309 (1 – ε) H = (1 - εn) Hs - Trong đó: 310 ε : độ xốp than hoạt tính đứng n 311 trường hợp độ xốp tính cơng thức: 312 313 314 315 εn : độ xốp than hoạt tính chuyển động = 0,55 Suy chiều cao lớp than chuyển động: (m) - Để dự trữ người ta tính tốn khoảng cách đĩa H0 = 0,4m - Do vậy, chiều cao phần có đĩa tháp hấp phụ tính: 316 Ht = H0(n - 1) = 0,4(5-1) = 1,6 m - Khoảng cách từ nắp thiết bị đĩa xác định tùy thuộc vào cấu trúc phận phân phối nạp liệu, thừa nhận khoảng cách 2H0 - Do chiều cao tháp hấp phụ là: 317 Ha = Ht + 2.2H0 = 1,6 + 2.2.0,4 = 3,2 m 3.2 Tính tốn khí: 3.2.1 Tính thân hình trụ 318 Thân hình trụ phận chủ yếu để tạo nên thiết bị, tùy theo điều kiện ứng dụng mà thân hình trụ đặt nằm ngang hay thẳng đứng Đa số nên đặt thẳng đứng thiết bị có vỏ mỏng làm việc áp suất khơng lớn 319 Người ta chế tạo thân thiết bị cách: hàn, rèn, đúc… 320 Thân hình trụ vật liệu dẻo (thép, kim loại màu…) làm việc đến áp suất 10.106 N/m2 chế tạo cách quấn vật liệu với kích thước định sau ghép mối lại 321 Thân hình trụ vật liệu dẻo (chủ yếu thép) làm việc áp suất cao chế tạo cách rèn hay nhiều lớp bọc 322 Thân hình trụ vật liệu giòn (gang, đồng thanh…) thường làm việc áp suất khơng cao ([...]... ph benzene bng than hot tớnh CKT-6A 172 Trong ú: 173 174 (1): l ng lm vic (2): l ng cõn bng 175 176 Khi ú theo phng trỡnh cõn bng vt cht, ta cú: 177 178 179 = = 4,9.10-5 Trong thc t do cht hp ph (CKT-6A) b tiờu hao 3% so vi lý thuyt do b n mũn v mt mỏt, do ú lng cht hp ph phi a vo l: L = 1,3L = 4,9.10-5.1,3 = 6,37.10-5 (m3/s) 180 181 3.1.4 Xỏc nh h s chuyn khi theo th tớch 182 Th tớch cht hp ph trong. .. cht hp ph c tớnh: 304 (m3) - Trong ú: 305 t : Khi lng riờng tớnh theo xp = 670 kg/m3 306 h : Khi lng riờng thc = 470 kg/m3 10 3.1.7 Xỏc nh s a trong thỏp hp ph 307 308 s a 5 a 3.1.8 Xỏc nh chiu cao thỏp hp ph - Chiu cao lp khụng chuyn ng trờn a H v chiu cao lp sụi H s liờn h vi nhau theo cụng thc: 309 (1 ) H = (1 - n) Hs - Trong ú: 310 : xp ca than hot tớnh ng yờn 311 trong trng hp ny xp tớnh bng... s chuyn khi trung bỡnh 0 trong lp cht hp ph tng sụi c tớnh theo phng trỡnh: 189 190 191 Hoc (III.3) 192 194 193 Trong ú: 195 l ch s Nu 196 dh l ng kớnh ht cha cht hp ph 197 198 l s phc hp khụng th nguyờn 199 Lth : Tiờu hao riờng phn ca cht hp ph ( m3/m2.s) 200 201 202 203 ybh : Nng hi bo hũa ca cht b hp ph (kg/m3) : H s ỏi lc ca benzene (xem bng 3.2) B : Hng s cu trỳc ca than hot tớnh CKT-6A, (l/g.rad2)... hp ph tng sụi nờn xp ca than = (0,5 0.65) Trong trng hp ny ta tha nhn =0,55 134 Thay cỏc giỏ tr vo (III.2) ta c: 135 = 27249 136 137 = 37,96 138 139 = 0,57 (m/s) 3.1.2 Tớnh ng kớnh thit b 140 141 Ta cú th tớnh ng kớnh thit b da vo cụng thc sau: 142 143 144 145 146 147 Trong ú: D l ng kớnh thit b (m) G l lu lng khớ a vo, theo G= 2200m3/h = 0,611m3/s 148 l tc dũng khớ trong thit b ó tớnh trờn... rốn hay cun nhiu lp bc nhau 322 Thõn hỡnh tr bng vt liu giũn (gang, ng thanh) thng lm vic ỏp sut khụng cao lm (