Thiết kế tháp đệm để hấp thu khí brom trong không khí có nồng độ đầu là 8% mol với năng suất 1500m3h, hiệu suất hấp thu là 60%

LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành nhiệm vụ thiết kế giao cho em xin chân thành cảm ơn thầy Trần Hoài Đức giáo viên hướng dẫn trực tiếp thầy môn máy thiết bị tận tình giúp đỡ cung cấp kiến thức trình thiết bị chủ yếu Mặc dù em cố gắng hoàn thành nhiệm vụ không tránh khỏi thiếu sót trình tính toán thiết kế Em mong thầy xem xét dẫn thêm NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………… Phần đánh giá: • • • • Ý thức thực hiện: Nội dung thực hiện: Hình thức trình bày: Tổng hợp kết quả: Điểm số :……………………….Điểm chữ:………………………… Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2013 Giáo viên hướng dẫn Trần Hoài Đức NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………… Phần đánh giá: • • • • Ý thức thực hiện: Nội dung thực hiện: Hình thức trình bày: Tổng hợp kết quả: Điểm số :……………………….Điểm chữ:………………………… Giáo viên phản biện LỜI NÓI ĐẦU Ngành kỹ thuật nói chung hay ngành Công Nghệ Hóa nói riêng có vai trò quan trọng sống Những kiến thức kỹ thuật, công nghệ cung cấp môn “ Quá Trình Thiết Bị“ Bộ môn giúp chúng em hiểu thêm nhiều kiến thức quan trọng tảng cho công việc sau trường Đồ án môn học “ Máy Thiết Bị“ giúp em tổng hợp kiến thức học tập vận dụng kiến thức việc tính toán thiết kế thông số kỹ thuật thiết bị sản xuất hóa chất thực tế cách tổng quát Trên sở kiến thức nắm bắt qua chương trình giảng dạy hướng dẫn thầy Nguyễn Hoài Đức, em phân công tìm hiểu thực đề tài :“ Thiết kế tháp đệm để hấp thu khí Brom không khí có nồng độ đầu 8% mol với suất 1500m3/h, hiệu suất hấp thu 60% ” Trong công nghiệp hóa học nhiều trình sản xuất dựa tiếp xúc trực tiếp pha di chuyển vật chất từ pha sang pha khác Hấp thụ trình xảy cấu tử pha khí khuếch tán vào pha lỏng rắn tiếp xúc hai pha khí lỏng (rắn).Quá trình truyền khối đóng vai trò quan trọng công nghiệp hóa học, thực phẩm ngành công nghiệp khác để tách chất khỏi nguyên liệu, thu hồi làm tinh khiết sản phẩm chính, giảm thiểu chất gây ô nhiễm dòng nước khí thải Bài báo cáo dựa tra cứu, nghiên cứu tài liệu, sách tham khảo dựa môn học “ Máy & Thiết Bị ” để tính toán, thiết kế chi tiết thiết bị phần phụ liên quan Vì vậy, trình hoàn thành đồ án không tránh khỏi sai sót, em mong ý kiến đóng góp từ quý thầy cô bạn để làm hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn ! MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH ẢNH CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chất hấp thu 1.1.1 Brom  Lịch sử Brôm hai nhà hóa học Antoine Balard Carl Jacob Löwig phát độc lập với năm 1825 1826.Balard tìm thấy muối bromua tro tảo biển từ đầm lầy nước mặn Montpellier năm 1826 Tảo biển sử dụng để sản xuất iốt, chứa brôm Balard chưng cất brôm từ dung dịch tro tảo biển bão hòa clo Các tính chất chất thu tương tự chất trung gian clo iốt, với kết ông cố gắng để chứng minh chất monoclorua iot (ICl), sau thất bại việc chứng minh điều ông tin tìm nguyên tố đặt tên muride, có nguồn gốc từ tiếng Latinh muria để nước mặn Carl Jacob Löwig cô lập brôm từ suối nước khoáng quê hương ông thị trấn Bad Kreuznach năm 1825 Löwig sử dụng dung dịch muối khoáng bão hòa clo tách brôm dietylete Sau cho bốc ete chất lỏng màu nâu đọng lại Với chất lỏng mẫu vật cho công việc ông xin vị trí phòng thí nghiệm Leopold Gmelin Heidelberg Sự công bố kết bị trì hoãn Balard công bố kết trước Sau nhà hóa học Pháp Louis Nicolas Vauquelin, Louis Jacques Thénard Joseph-Louis Gay-Lussac xác nhận thực nghiệm dược sĩ trẻ Balard, kết thể thuyết trình Académie des Sciences công bố Annales de Chimie et Physique Trong công bố Balard thông báo ông đổi tên từ muride thành brôme theo đề nghị M Anglada Các nguồn khác lại cho nhà hóa học nhà vật lý Pháp Joseph-Louis Gay-Lussac gợi ý tên gọi brôme mùi đặc trưng chất Brôm không sản xuất lượng cần thiết tận năm 1860 Sử dụng thương mại đầu tiên, ứng dụng nhỏ y học, sử dụng brôm daguerreotype Năm 1840 người ta phát brôm có số ưu so với iốt sử dụng trước để tạo lớp halua bạc nhạy sáng daguerreotype Bromua kali bromua natri sử dụng thuốc chống co giật giảm đau vào cuối kỷ 19 đầu kỷ 20, chúng bị thay chloral hydrat sau barbiturat  Tính chất hoá lí Br2: Brom chất lỏng màu nâu đỏ, dễ bay hơi, thuộc nhóm halogen, có kí hiệu Br số nguyên tử 35 Cả nhóm Halogen thuộc nhóm VIIA bảng hệ thống tuần hoàn, Br có nguyên tử khối 80  Tính chất hóa học Brom chất oxi hóa mạnh Clo Brom phản ứng với khí Hydro đun nóng ( không gây nổ khí Clo) H2(k) + Br2(l) →2HBr(k) Brom oxi hóa ion I: Br2 + 2NaI → 2NaBr + I2 Brom tác dụng với nước khó khăn Clo: Br2 + H2O → HBr + HBrO Brom thể tính khử tác dụng với chất oxi hóa mạnh: Br2 + 5Cl2 + 6H2O → 2HBrO3 + 10HCl  Tác hại khí Br2: Nguyên tốBromlàchất độc hại Nó gâybỏng nặngkhitiếp xúcvớidavà hơicủa nógây kích thíchmắt, mũi vàcổ họng brom với nồng độ thấp không khí gây kích ứng niêm mạc, làm chảy nước mắt, ho, chóng mặt, đau đầu, chảy máu mũi Với nồng độ cao gây viêm khí quản, làm ngạt thở, gây tím tái chết Brom lỏng dính vào da gây bỏng, loét Khi có triệu chứng ngộ độc phải rửa mắt mũi, súc miệng dung dịch natri hidrocacbonat loãng 1%, uống sữa nóng, cà phê nóng Rửa chỗ bỏng da nhiều lần nước, dung dịch natri hidrocacbonat 2% Khi làm việc với brom phải tiến hành tủ hút, đeo kính gang tay cao su, nồng độ cho phép Brom không khí 0,002mg/l không khí  Ứng dụng brôm - Hầu hết cácbromsản xuất HoaKỳ đượcsử dụngtrong sản xuấtethylenedibromide(C2H4Br2), hóa chất bổ sung vàoloại xăngpha chìđã ngăn cảnsự tích tụ củacác hợp chất chìtrongđộng cơ.Vớiviệc ngưng sử dụngloại xăngpha chìtrong lợi củaloại xăngkhông pha chì, nhu cầu bromđã đượcgiảm đáng kể.Bạcbromua (AgBr), hóa chất sử dụng trongnhiếp ảnh,hiện chiếm tớiviệc sử dụnglớn nhấtcủa brôm Các hợp chất brômkhác sử dụngtrongthuốc xông hơi, đại lývàtrongmột số hợp chấtđược sử dụng đểlàm nước Tyriantím,mộtthuốc nhuộmmàu tímtốn biếtđếnnền văn minhcổ đại,được sản xuấttừmột hợp chấtbromhữu cơtiết từmộtcon traibiểnđược gọi làMurex - Bromlàmột chất tẩy trắngvà khử trùngtuyệt vời và, nhưmột chất lỏng, sử dụnglàm thuốc thửcho mục đíchphân tích vàtổng hợp.Bromuaxêzitinh khiếtđểthu đượcđã sử dụngtrongsản xuấtlăng kínhquang họcđược đánh giá caotrong suốt đối vớibức xạ hồng ngoại Cácbromuacủacác nguyên tố kiềmthổ vàkiềmtìm cách sử dụngtrongdược phẩmvìhoạt độngan thầncủa họ, trongnhiếp ảnhđể chuẩn bịnhũ tươngbạcbromide, vàtrongcông nghiệp sấy khôkhông khínhưchất làm khô - Việc sử dụngchính chomethyl bromidenằm trongtiêu diệtcôn trùngvàđộng vật gặm nhấmsâu 10 Công thức 6-11_tr97_[4] N/mm2 = 131014 N/m2 Thiết bị đảm bảo an toàn 5.2.Tính bề dày nắp đáy thiết bị Đối với thiết bị hình trụ nên dùng đáy (nắp) hình elip Do đáy (nắp) hình elip tiêu chuẩn nên chiều sâu bên phần elip tính theo công thức: m Bán kính cong bên đỉnh đáy (nắp): Giả sử chọn bề dày đáy (nắp) bề dày thân: S = mm Kiểm tra điều kiện: (Thõa điều kiện) Kiểm tra áp suất cho phép tính toán thõa điều kiện trên: N/mm2 = 0,692.106N/m2 Vậy bề dày đáy (nắp) S = mm Dt h S hB Hình 5.1 Hình đáy (nắp) elip 5.3 Tính mặt bích Bích dùng đề ghép đáy (nắp) với thân thiết bị nối phần thiết bị với Chọn kiểu bích liền hàn áp suất làm việc không cao Chọn mặt bích: Vật liệu thép CT3 5.3.1 Mặt bích nối thân với thiết bị Áp suất mt thiết bị: Py = 0,13 N/mm2 = 0,13.106 N/m2 Đường kính thân: Dt = 800 mm Đường kính thân: Dn = 800 + 2.3 = 806 mm Kích thước hình học bích: D = 930 mm Db = 880 mm D1 = 850 mm Do = 811 mm Đường kính bulông: db = M20 Số bulông: z = 24 Lượng bích: bích; h = 22 mm Khoảng cách hai bích 1,5 m Khối lượng bích: kg 5.3.2 Mặt bích nối thân với ống dẫn thiết bị Ống dẫn lỏng vào ra: d = 40 mm Chọn bích liền kim loại đen để nối Tra bảng XIII.26_tr409_[3]: Đường kính ống: Dn = 45 mm Kích thước hình học bích: D = 130 mm Dδ = 100 mm D1 = 80 mm Đường kính bulong: db = M12 Số bulong: z = Chiều cao bích: h = 12 mm Khối lượng bích: m2 = kg Ống dẫn khí vào ra: d = 250 mm Chọn loại bích liền kim loại đen để nối Đường kính ngoài: Dn = 273 mm Kích thước hình học bích: D = 370 mm Dδ = 335 mm D1 = 312 mm Đường kính bulong: db = M16 Số bulong: z = 12 Chiều cao bích: h = 22 mm Khối lượng bích: m3 = kg Tổng khối lượng bích: mb = 3m1 + 2m2 + 2m3 = 3.22,47 + 2.0,92 + 2.8,5 = 86,26 kg 5.4 Chân đỡ Để tính toán chân đỡ thích hợp trước hết phải tính tải trọng toàn tháp Chọn vật liệu làm chân đỡ thép CT3: Khối lượng riêng thép CT3: = 7,85 103 kg/m3 Khối lượng thân: mt = V.ρt = H.ρt = 3.7,85.103 mt = 178,14 kg Khối lượng đáy nắp: Tra bảng XIII.11_tr384_[3] mđn = 2.8 = 16 kg Khối lượng mâm: Lấy chiều dày đĩa Khối lượng bích: mb=86,26 kg  Khối lượng pha lỏng chứa tháp Với • : khối lượng riêng dòng lỏng kg/m3) • Vx : Thể tích tháp chứa chất lỏng (m3) • H: chiều cao tháp (m), H= m • S : tiết diện tháp (m2) → Khối lượng tổng cộng toàn tháp: mtháp= mt+mđn+m+mmâm +mb= 178,14 + 16+ 1493,66 + 86,26= 1843,46 kg Tải trọng toàn tháp: G tháp = m tháp 9,81 = 1843,46.9,81 = 18084,28 N Ta chọn chân đỡ gồm chân Tải trọng chân đỡ: Thông số chân đỡ tra bảng XIII.35_tr437_[3] Bảng 5.1 Các thông số kích thước chân đỡ Tải trọng cho phép chân đỡ G.10-4N L 210 B B1 B2 H h s l d 150 180 245 300 160 14 75 23 mm Hình 5.2 Chân đỡ 5.5 Tai treo Tháp có tai treo Tải trọng tai treo : = = 4521,07 N = 0,5.104N Thông số chân đỡ tra bảng XIII.36_tr438_[3] Bảng 5.2 Các thông số kích thước tai treo Tải trọng cho phép tai treo G.10-4N 0,5 L mm B B1 H s l a d 100 75 85 155 40 15 18 Hình 5.3 Tay treo 5.6.Thiết bị phụ  5.6.1 tính toán chọn bồn cao vị Suất lượng pha lỏng 58,79m3/h trình thực liên tục thể tích bể chứa dung dịch sau hấp thu kích thước Yêu cầu bồn cao vị bể chứa lỏng phải có đáp ứng đủ thể tích cần sử dụng 1h nên Thể tích bể chứa dung môi Vbể = 58,79.24 = 1411,096 (m3) Đối với bồn cao vị, vai trò chủ yếu ổn định lưu lượng pha lỏng vào tháp, yêu cầu kích thước không cần lớn, với thể tích chất lỏng cần sử dụng 15 phút Ngoài ra, để bảo đảm cho lưu lượng chất lỏng tháp, cần phải chọn chiều cao đặt bồn cao vị hợp lý Dựa vào thiết kế quy trình công nghệ, chọn thể tích bồn cao vị khoảng 1500m 3, kích thước m x 2,5m x m; chiều cao bồn cao vị so với mặt đất khoảng 6m  5.6.2Tính toán chọn bơm (công thức 2.1, trang 94, sách trình thiết bị học)  Công suất trục bơm: Trong đó: N= ρ g.Q.H 1000η ,kw ρ =997 kg/m3 khối lượng riêng chất lỏng Q : Lưu lượng bơm  η - hiệu suất bơm ly tâm chọn theo bảng II.32, trang 439, sổ tay trình thiết bị tập1: Loại bơm Bơm ly tâm Vậy hiệu suất bơm: η0 0,85 – 0,96 ηd η ck 0,8÷0,85 0,92÷0,96 H- cột áp bơm (chiều cao cột áp toàn phần hay áp suất toàn phần bơm) ,m  Áp suất toàn phần bơm Hình 5.5 Sơ đồ hệ thống bơm Gọi:  P1- áp suất mặt thoáng bể chứa số 1, Pa  P2 – áp suất mặt thoáng bể chứa số 2, Pa  Hh – chiều cao hút, m  Hd – chiều cao đẩy, m  H = Hd + Hh – khoảng cách hai mặt thoáng, m  Z1 – khoảng cách tử mặt cắt 1-1 đến mặt chuẩn, m  Z2 – khoảng cách từ mặt cắt 2-2 đến mặt chuẩn, m  Z= Z2-Z1 khoảng cách mặt thoáng, m Theo phương trình Bernulli cho mặt cắt 1-1 2-2, công thức 2.3, trang 91, sách trình thiết bị học Trong đó: (Z2 – Z1)= Z = 6m – lượng (cột áp) dùng để khắc phục chiều cao nâng hình học P2 − P1 ρg - lượng dùng để thắng lại chênh lệch áp suất mặt thoáng, tròng P2 = P1= áp suất khí ω22 − ω12 2.g - lượng dùng để khác phục động giữua ống đẩy vào ống hút, ∑h f ω 22 = ω12 - lượng bơm tạo để thắng lại tổng trở lực trê đường ống, m Chọn vận tốc lỏng ống hút bơm ống đẩy bơm m/s (Tra bảng II.2, trang 370, sổ tay trình thiết bị công nghệ hóa tập 1) đường kính ống hút đẩy nối với bơm với ống dẫn lỏng: Chọn chiều dài đoạn ống hút L1=1m, chiều dài đoạn ống đẩy L2= 5m  100000< Re : chảy xoáy ống nhám (công thức 1.129, trang 79, sách trình thiết bị học): 1,11  n  = −1,8 lg  λ  3,7.d  với n= ε r đó, r = 0,036m- bán kính ống dẫn, ε - phụ thuộc vào điều kiện kỹ thuật sữ dụng tăng dần lên theo thời gian (công thức 1.126 bảng 1.1, trang 78, sổ tay trình thiết bị học): ε Loại ống ống thép ống gang Ôang dùng ống sành ống bị ăn mòn mạnh ống bẩn ống nhôm nhẵn ống dẫn khí nén 0,065 ÷ 0,1 mm 0,25 mm 0,5 mm 0,86 ÷ 1mm 0,8 mm ÷2mm 0,015 ÷0,06 mm 0,8 mm Bảng độ nhám thành ống dẫn Vậy ta chọn ống théo với ε = 0,1mm Do đường kính ống đẩy hút nên chuẩn số Re hệ số λ dòng hút đẩy Trên đường ống đẩy hút có co 90 0, hệ số trở lực lấy theo bảng N o34 trang 396 ζ1=1,1 Trên đường ống đẩy có thêm van tiêu chuẩn lấy trở lực theo bảng N o37 trang 397 ζ2=5.5 Hệ số trở lực ống ngã ba (có chỗ): ξ = 0,6 Vậy tổng trở lực ống (công thức 1.132, trang 80, sách trình thiết bị học):  L w h = λ + ξ   ∑ f  D ∑  2g ,m Trong đó: • λ =0,241 hệ số ma sát • L=L1+L2= + 5= 6m – chiều dài ống dẫn, m • D = 0.072 m đường kính ống dẫn • ω = m/s vận tốc chất lòng • ξ = 11 hệ số trở lực cục van, co… Vậy cột áp bơm:H =7,03 + = 13,03 m Công suất trục bơm Công suất động điện theo công thức II.190, trang 439, stt1: N dc = N η trη dc , kw Trong • N =1.68 kw - công suất trục bơm • η tr = hiệu suất truyền động • η dc = 0,75 hiệu suất động điện Thường người ta chọn động điện có công suất lớn so với công suất tính toán (lượng trữ dựa vào khả tải): c N dc = β N dc , kw β =1,5 hệ số trữ công suất, trang bảng II,33, trang 494, stt1 Trong đó: Chọn bơm với thông số sau (II.36/444 - STTB1): Loại bơm OΠB Các thông số Năng suất, m3/h (2 – 150)103 Vật liệu Áp suất toàn phần, m Số vòng quay, vg/ph Nhiệt độ, 0C - 20 250 960