hệ thống xử lý hơi toluene

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM ******** ĐỒ ÁN KHƠNG KHÍ THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ HƠI TOLUENE GVHD: TS NGUYỄN NHẬT HUY SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Cẩm Hoàng Khanh TP Hồ Chí Minh ,Tháng 12 năm 2017 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Ngọc Cẩm - 15150053 Hoàng Khanh - 15150083 NHẬN XÉT ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………… Tp Hồ Chí Minh, ngày …tháng …năm…… MỤC LỤC Chương 1: GIỚI THIỆU Chương 2: TỔNG QUAN VỀ TOLUENE 2.1 Nguồn gốc, tác hại, thành phần và tính chất củaToluene 2.2 Một số phương pháp xử lí toluene 11 Chương 3: TỞNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ HƠI TOLUENE BẰNG THAN HOẠT TÍNH .15 3.1 Khái niệm .15 3.2 Phương pháp hấp phu 16 3.3 Các yếu tố ảnh hưởng 16 3.4 Thiết bị hấp phu 17 Chọn thiết bị 20 3.6 Vật liệu hấp phu 21 3.7 Phương pháp hoàn nguyên vật liệu hấp phu 23 3.8 Đề xuất quy trình công nghệ 24 Chương 4: TÍNH TỐN THIẾT BỊ HẤP PHỤ .26 Chương 5: TÍNH TỐN CƠ KHÍ 37 Chương 6: TÀI LIỆU THAM KHẢO .55 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU Chất gây nhiễm mơi trường khơng khí chất mà có mặt khơng khí gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe người sinh trưởng phát triển động thực vật Và hợp chất hữu dễ bay (VOCs) nhóm nhiễm khơng khí quan trọng Các hợp chất thường tìm thấy số nguồn lọc dầu, đơn vị hóa dầu, nhà máy hố học, bể chứa ống xả xe, Do áp suất tương đối cao nên chúng dễ bay vào khí gây ảnh hưởng đến sức khỏe người Sự phát thải VOCs bầu khí quyển, gây vấn đề môi trường khác như: kết hợp với chất hữu vô hại khác thành phần phân tử khác khơng khí tạo hợp chất mới gây ô nhiễm môi trường, gây hiệu ứng nhà kính gây ảnh hưởng cho sức khỏe người Toluene đại diện VOCs điều tra nghiên cứu gần Toluene nhân tố góp phần thúc đẩy phát triển xã hội Toluene chất dễ bay hơi, dễ cháy nổ, nguyên liệu quan trọng công nghiệp, có tác động nguy hiểm cho thể sống mơi trường Toluene có sơn, nhựa, keo dán công nghiệp chất xúc tác công nghệ in ấn Khi sử dụng sơn, nhựa, keo dán cần tạo khơng gian thơng thống, tránh đóng cửa phòng Chỉ cần lượng nhỏ Toluen gây cảm giác thăng bằng, đau đầu, lượng lớn gây ảo giác, chống ngất Con người vừa nhân tố gây nên ô nhiễm Toluene môi trường sống , vừa nạn nhân chủ yếu thường tiếp xúc lĩnh vực sản xuất Nếu khơng có biện pháp xử lý hợp lí gây hậu nghiêm trọng Vì việc nghiên cứu thiết kế hệ thống xử lý Toluene việc vô cần thiết để hạn chế gây độc hại cho người mơi trường xung quanh Do đó, chúng em định chọn đề tài: “ Thiết kế hệ thống xử lí Toluene lưu lượng 3600 m3/h, nồng đợ 1000 mg/m3.” CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ TOLUENE 2.1 Danh pháp Toluene phát hiện P.S.Pelletie P.Walter vào năm 1937 hai ơng điều chế khí than nhựa từ thơng Vì thế, tên Toluene bắt nguồn từ tên Toluol, viết tắt “TOL”, tên nhựa Balsam vùng Nam Mỹ Danh pháp IUPAC Metylbenzen Ngồi ra, Toluene biết đến tên sau: Anisen, Phenylmethane, Toluol 2.2 Tính chất vật ly Toluene chất lỏng thơm, suốt không màu, có độ nhớt thấp Ít tan nước, nhẹ nước mặt nước, độ hòa tan nước 160 oC 0.047g/100ml, 150oC 0.04g/100ml Toluene tan hồn tồn dung môi hữu rượu, cồn, este, xeton, phenol, ete,…Toluene dung mơi hòa tan nhiều loại vật liệu tốt như: sơn, loại nhựa tạo màng cho sơn, mực in, chất hóa học, cao su, chất kết dính, chất béo, dầu, nhựa thơng, lưu huỳnh, photpho iot Bảng 2.2 Một số thông số Toluene Trọng lượng riêng(kg/m3) 0.870 tại 150oC Tỷ trọng 200oC 0.867 Nhiệt độ nóng chảy -94.990oC Nhiệt độ sơi 110.60oC Giới hạn nỗ khơng khí (%thể tích) 1.3 – 6.8 Nhiệt độ chớp cháy cốc kín 4.40oC Tỷ trọng (khơng khí = 1) 3.14 Giới hạn tiếp xúc (ppm;giờ) 50;8 Khối lượng phân tử 92.13 đvc Nhiệt độ đông đặc (0C) -94.991 Nhiệt độ sôi 100 kPa (oC) 110.625 Nhiệt độ giới hạn (0C) 320.8 Áp suất tới hạn (MPa) 4.133 Hệ số nén tới hạn 0.260 Thể tích tới hạn (l/mol) 0.32 Độ nhớt 100 kPa 20oC (mPa.s) 0.5864 Nhiệt độ bắt cháy (0C) Nhiệt độ tự cháy (oC) 480-536oC/896-997oF Tỉ lệ hóa 6.1(DIN 53170, đi-ethyl ether = 1), 2(ASTM D 3539, nBuAc = 1) Tính tan nước (g/l) 0.52 20oC Hệ số phân tán 2.65 Tính dẫn Hệ số C C = 1.8(mm) S D , N  0.60714  1.8  2.40714(mm) Tra theo bảng XIII.11 trang 384 ( Sổ tay Quá trình Thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2), ta chọn S D , N  3( mm) Kiểm tra ứng suất thành nắp, đáy tháp hấp phụ theo áp suất thủy tĩnh: Tính theo cơng thức XIII.49 trang 386 ( Sổ tay Q trình Thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2) � Dthap  �ht � S D , N  C  � � ��Po   c  1.2 7.6 �k �ht � S D , N  C  �h 3 � � 1.6  � 0.4 �  1.8 � 10 �150000 240 �106   � � �  7.6 �� 0.95 �  1.8  �10 3 �0.4 1.2 ۴ � 110.8449 106 200 106 34 Vậy chiều dày đáy nắp: SD,N = 6(mm) phù hợp Khối lượng đáy nắp Tra theo bảng XIII.11 trang 384 ( Sổ tay Quá trình Thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2) ta có: m2  137 �2  274  kg  5.3 Tính thiết bị phu tháp hấp phu 5.3.1 Tính đường kính ống dẫn a Đường kính ống dẫn hỗn hợp khí vào  Lưu lượng khối lượng hỗn hợp khí đầu vào: Gd = 1.134 (kg/s)  Khối lượng riêng hỗn hợp khí đầu vào:  Lưu lượng hỗn hợp khí đầu vào: Qd  Vận tốc khí ống vk d  1.134  kg / m3  Gd 1.137   1 m / s   d 1.137 = 16 m/s ( khoảng cho phép 15-20 m/s theo bảng II.2 trang 370, Sổ tay Quá trình thiết bị cơng nghệ hóa chất – tập 1) Vậy đường kính dẫn hỗn hợp khí đầu vào là: dk  Qd   0.28  m  0.785 �vk 0.785 �16 Chọn ống thép có đường kính dk = 300mm; bề dày ống chọn: bk = 2mm  Kiểm tra lại vận tốc khí ống vk = 14.15 m/s b Đương kính ống dẫn hỗn hợp khí Ta lấy giá trị ống dẫn hỗn hợp khí vào Chọn ống có đường kính 300 mm bề dày ống mm 35 c Đường ống dẫn nước nhiệt đầu vào  Vận tốc nhiệt ống dẫn: chọn vhoinuoc  40  m / s  (khoảng vào cho phép từ 30-50m/s theo bảng II.2 trang 370, Sổ tay Quá trình thiết bị cơng nghệ hóa chất – Tập 1)  Vậy đường kính ống dẫn nhiệt là: d hoinuoc  Qd  0.785 �40  0.18(m) 0.785 �40  Chọn ống dẫn nước nhiệt có đường kính Bề dày ống d hoinuoc  200(mm) bhoinuoc   mm  Kiểm tra lại vận tốc nhiệt: vhoinuoc  31.85  m / s  d Đường kính ống dẫn nước d  d hoinuoc  200  mm  Bề dày ống dẫn nước ngưng ra, ta chọn bngung   mm  e Đường kính ống dẫn nước ngưng dngung = 50mm Bề dày ống dẫn nước ngưng ra, ta chọn : 5.4 Tính lưới đỡ vật liệu 5.4.1 Lưới tinh chắn lớp than: - Chọn lưới thép CT3, khe (mm) - Đường kính lưới 1.6 (m) - Bề dày lưới 5(mm) 36 bngung   mm  5.4.2 Lưới lớn đỡ lớp than: - Chọn lưới thép CT3, khe 1(mm) - Có đường kính 1.6 (m) - Bề dày lưới 5mm - Chọn lưới thép CT3, đặt dưới lớp than nhằm chịu lực đỡ lớp than đặt lưới tinh đặt lên gờ hàn với thân tháp - Lưới đỡ tạo thành cách hàn thép có bề dày b = 5mm để tạo giá đỡ - Khoảng cách cách thép 20 (mm) 5.5 Tính bích - Bao gồm loại bích:  Bích nối đáy, nắp với thân tháp  Bích nối ống dẫn thiết bị  Bích cửa nhập liệu, tháo liệu 5.5.1 Bích nối đáy, nắp với thân tháp - Số lượng bích: bích - Chọn bích liền ( kiểu số 1) thép để nối thiết bị (tra bảng XIII.27 trang 417 ( Sổ tay Quá trình Thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2)       Đường kính nắp Dt = 1600(mm) Đường kính ngồi nắp Dn = 1606(mm) Đường kính ngồi bích D =1676 (mm) Đường kính bulong: db = M8 Số lượng bulong: 48 Chiều cao bích: 50mm - Khối lượng bích: 37   m3  � � D  D0  �h �  � � 1.6762  1.62  �0.05 �7850  29.26(kg ) 4 5.5.2 Bích nối ống dẫn và thiết bị 5.5.2.1 Ống dẫn hỗn hợp khí vào và - Đường kính ống dẫn hỗn hợn khí vào : dk = 300mm Chọn loại bích (kiểu số 1) kim loại đen để nối thiết bị với ống ( tra bảng XIII.26 trang 409, Sổ tay Q trình thiết bị hóa chất – Tập 2)  Số lượng: bích  Đường kính ngồi ống: D0 = 304(mm)  Đường kính ngồi bích: 374(mm)  Đường kính bulong db = M8  Số lượng bulong: 4cái  Chiều cao bích: 50(mm) - Khối lượng bích:   m4  � � D  D0  �h �  � � 0.3712  0.3042  �0.05 �7850  20.63(kg ) 4 5.5.2.2 Ống dẫn nước nhiệt vào và ra: - Đường kính dẫn nước ngưng ra: d hoinuoc  d  200  mm  - Số lượng bích: bích - Chọn loại bích liền (kiểu số 1) kim loại đen ( tra bảng XIII.26 trang 409, Sổ tay Q trình thiết bị hóa chất – Tập 2)  Đường kính ngồi: D0 = 204 (mm)  Đường kính ngồi bích: D = 274 (mm) 38 Đường kính bulong db = M8 Số lượng bulong: 16 Chiều cao bích: 50 (mm)    - Khối lượng bích:   m5  � � D  D0  �h �  � � 0.2742  0.2042  �0.05 �7850  20.63(kg ) 4 5.5.2.3 Ống dẫn nước ngưng tháp ra: - Đường kính dẫn nước ngưng ra: d ngungra  50  mm  - Số lượng bích: bích - Chọn loại bích liền (kiểu số 1) kim loại đen ( tra bảng XIII.26 trang 409, Sổ tay Q trình thiết bị hóa chất – Tập 2)  Đường kính ngồi: D0 = 54 (mm)  Đường kính ngồi bích: D = 104 (mm)    Đường kính bulong db = M8 Số lượng bulong: Chiều cao bích: 50 (mm) - Khối lượng bích:   m6  1� � D  D0  �h �  1� � 0.1042  0.0542  �0.05 �7850  2.37( kg ) 4 5.6 Bích cửa nhập liệu , tháo liệu: - Đường kính cửa là: 400mm - Bề dày cửa là: 3mm - Số lượng bích: bích 39 - Chọn loại bích liền (kiểu số 1) kim loại đen ( tra bảng XIII.26 trang 409, Sổ tay Quá trình thiết bị hóa chất – Tập 2)  Đường kính ngồi: D0 = 404 (mm)  Đường kính ngồi bích: D = 74 (mm)    Đường kính bulong db = M8 Số lượng bulong: 16 Chiều cao bích: 50 (mm) - Khối lượng bích:   m7  � � D  D0  �h �  � � 0.4762  0.4062  �0.05 �7850  38.86(kg ) 4 - Khối lượng toàn tháp: M  m1  m2  m3  m4  m5  m6  m7  mthan  343.93  274  307  29.26  20.63  2.73  636.89  1508  2542.71(kg ) - Tải trọng toàn tháp: P  m �g  2542.71�9.81  24943.98( N ) 5.7 Tính tai treo tháp hấp phu Chọn tháp có tai treo G Tải trọng tai treo là: P 2493.98   6235.9963  N  4 - Chọn tải trọng cho phép tai treo 1�104  N  437, Sổ tay Quá trình thiết bị hóa chất – Tập 2) 40 ( tra bảng XIII.35 trang         L = 110mm B = 85mm B1 = 90mm H = 170mm s = 8mm l = 45mm a = 20mm d = 23mm - Bề mặt đỡ: F  89.5 �10 (m ) - Tải trọng cho phép bề mặt đỡ: q  1.12 �106  N / m  - Khối lượng tai treo: 2kg 5.7 Tính chân đỡ tháp hấp phu: Chọn tháp có chân đỡ ống thép tròn G Tải trọng chân đỡ là: P 2493.98   6235.9963  N  4 Chọn tải trọng cho phép tai treo Sổ tay Quá trình thiết bị hóa chất – Tập 2)          L = 210mm B = 150mm B1 = 180mm B2 = 245mm H = 600mm h =160 s = 14mm l = 90mm d = 23mm Bề mặt đỡ: F  0.32 �10 (m ) 41 1�104  N  ( tra bảng XIII.35 trang 437, - Tải trọng cho phép bề mặt đỡ: q  0.56 �106  N / m  Dt 1600  - Chọn: A 600 5.8 Tính thiết bị phu hệ thống xử ly : 5.8.1 Quạt - Quạt hút khí sau qua tháp - Cơng suất quạt : (tính theo cơng thức II.239a trang 463, Sổ tay Q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất – Tập ) N Qc �P tr � q - Trong : Q: Lưu lượng khí thải,Q= 3600(m3/h) = 1(m3/s) P : Trở lực qua tháp (N/m2) q : hiệu suất quạt , chọn quạt ly tâm q  0.65 tr : hiệu suất chuyển động , lắp đặt trực tiếp với trục động tr  - Suất lượng hỗn hợp khí thải đầu : Gc  1.1303  kg / s  - Khối lượng riêng hỗn hợp khí đầu ra: - Vậy lưu lượng hỗn hợp khí thải đầu : 42 c  1.1297  kg / m3  Qc  than ( Gc 1.1303   1.00053  m3 / s  c 1.1297 Trở lực tháp gồm trở lực dòng khí qua lưới ( P2 ) trở lực đường ống ( P3 ): P1 ), trở lực dòng khí qua lớp P  �P1  P2  P3 v � c P1   � trở lực dòng khí qua lưới : Trong đó: -  - v1 : vận tốc dòng khí qua lưới Ta cho diện tích rỗng 50% diện tích lưới Do : hệ số tổn thất cục (tra phụ lục 9.4/236 Giáo trình Cơ Lưu Chất) v1  �vk  �0.5  1 m / s  với vk  0.5  m / s  ( vận tốc bề mặt) v � 1�1.1297 �10 P1   � c  10 �  56.5  N / m2  2  Vậy trở lực dòng khí qua lưới là:  Trở lực dòng khí qua lớp than: Tính theo cơng thức thực nghiệm David 1.56 Cooper cho than cỡ 4x6 mesh: Trong hthan �v � P2  0.37 �hthan �� � 100 � � : Chiều cao lớp than,  inH 2O  hthan  1.5  m   4.92  ft  v2 : Vận tốc dòng khí qua lớp than,  Vậy trở lực dòng khí qua lớp than là: v2  0.5  m / s   98.4  ft / ph  1.56 �98.4 � P2  0.37 �4.92 �� �  1.7752  inH 2O   457.2  N / m  �100 � Giả sử đường ống có trở lực là: P3  50mmH 2O  500 Pa 43 Trở lực tháp: P  �P1  P2  �56.5  457  500  1070.2  N / m   Công suất quạt: N Qc �P 1.00053 �1070.2   1647.33  W  �2  kW  tr �q 1�0.65 N  k �N dc d  Công suất động điện: kd : Hệ số dự trữ ( tra theo bảng II.48, Sổ tay Q trình thiết bị hóa chất – Tập 1), chọn kd = 1.15 N  k �N  1.15 �2  2.3  kW  dc d   Ta chọn quạt có cơng suất 3(Hp) 5.9 Ống khói Đường kính ống khói Chọn vận tốc ống khói v = 16 m/s D Qc  0.785 �v 1.00053  0.28  m  0.785 � 16 Chọn đường kính ống khói D = 0.3(m) Tính lại vận tốc khí ống khói là: v=14.16 (m/s) Qc  Với: Gc 1.1303   1.00053  m3 / s  c 1.1297 Chiều cao ống khói: Ta có T  40  25  15 C : Hiệu suất nhiệt độ nhiệt độ khí thải nhiệt độ khí -> Đây nguồn nóng  Chiều cao ống khói tối thiểu đảm bảo nồng độ khí sát mặt đất giới hạn cho phép xác định: 44 H A �M �F �m �n N � Ccf  Cnen T �L - Với: A = 200: hệ số phụ thuộc phân bố nhiệt độ theo chiều cao khí quyển, chọn cho điều kiện khí tượng nguy hiểm, đối với phần lớn địa phương Việt Nam Nồng độ cho phép Toluene khơng khí xung quanh theo QCVN 06:2009/BTNMT Ccf  500 g / m3  0.5mg / m3 (at 250 C ) � Ccf  0.3125 �10 3 mg / m3 (at 400 C ) Cnen: Nồng độ nền: Giả sử Cnen = M: Tải lượng ô nhiễm đầu M  Qc �Cc  1.00053 �7.5 �104  7.504 �104 (mg / s) Qc = 1.00053 m3/s : Lưu lượng khí thải đầu N: Số nguồn thải F=1: hệ số vô thứ ngun tính đến vận tốc lắng chất nhiễm khí (Đối với chất nhiễm thể khí) m, n: hệ số vơ thứ ngun tính đến điều kiện khí thải từ ống khói - m �n  Giả sử H   - A �M �F �m �n N � Ccf  Cnen T �Qc 200 �7.504 � 104 �� 1 �  11 m  0.3125 � 103  15 � 1.00053 Xác địng m, n theo công thức: 45 103 �w o �D 103 �14.162 �0.3 f    33.14  100 H �T 112 �15 m  (0.67  0.1� f  0.34 �3 f ) 1  (0.67  0.1� 33.14  0.34 �3 33.14) 1  0.43 Trong đó: - W0: Vận tốc khí từ ống (m/s) - D: Đường kính ống khói - H: Chiều cao (m) Vm  0.65 �  Qc �T 1.00053 � 15  0.65 �  0.76 H 11 0.5 �Vm �2(m / s ) Nên n  0.532 �Vm  2.13 �Vm  3.13  1.82 Tính lại H theo m, n vừa tìm được: H   A �M �F �m �n N � Ccf  Cnen T �Qc 200 �7.504 � 10 4 �0.43 � 1.82 � 1 �  10  m  3 0.3125 � 10  15 � 1.00053  H = 10m H  11  10 �100%  9%  10% 11   Vậy chọn chiều cao ống khói H = 10m CHƯƠNG 6: TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 Sách Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học – tập 10 – ví dụ tập Sổ tay Q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất – tập , nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật Sổ tay Quá trình thiết bị cơng nghệ hóa chất – tập 1, nhà x́t bản Khoa học Kỹ thuật Giáo trình Cơ Lưu Chất, Nguyễn Thị Bảy - Trường Đại họo Sư phạm Kỹ thuật HCM Giáo trình Kiễm sốt nhiễm khơng khí, TS Nguyễn Nhật Huy Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học Thực phẩm – Tập 3, Vũ Bá Minh, Nhà xuất bản Đại học quốc gia HCM 47 ... QUAN VỀ TOLUENE 2.1 Nguồn gốc, tác hại, thành phần và tính chất củaToluene 2.2 Mợt số phương pháp xử lí toluene 11 Chương 3: TỞNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ HƠI TOLUENE BẰNG... nhiễm Toluene môi trường sống , vừa nạn nhân chủ yếu thường tiếp xúc lĩnh vực sản xuất Nếu khơng có biện pháp xử lý hợp lí gây hậu nghiêm trọng Vì việc nghiên cứu thiết kế hệ thống xử lý Toluene. .. Bảng 2.8 : Nồng độ cho phép toluene khơng khí xung quanh Toluene Một lần tối đa (μg/m3) 1000 (μg/m3) 500 CHƯƠNG 3: Năm (μg/m3) 190 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ HƠI TOLUENE BẰNG THAN HOẠT TÍNH