TÊN ĐỀ TÀI: “THIẾT KẾ THIẾT BỊ HẤP THUKHÍ NH 3 TRONG DÒNG KHÍ THẢI CỦA NHÀMÁY Ở ÁP SUẤT KHÍ QUYỂN BẰNG THIẾT BỊHẤP THU THÁP ĐỆM, NĂNG SUẤT 25OO M 3HỖN HỢP KHÍ THẢIH”CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN1.1. Giới thiệu về khí thải NH3Amoniac là một hợp chất vô cơ có công thức phân tử NH 3 .1.1.1. Tính chất vật lý Ở điều kiện tiêu chuẩn, nó là một chất khí độc, có mùi khai, tan nhiềutrong nước (ở điều kiện thường 1 lít nước hòa tan được 800 lít amoniac) do hình thànhliên kết hiđro với phân tử nước. Amoniac có khối lượng riêng D = 0,76 glít, hóa lỏng ở 34 o C và hóa rắn ở 78 o C. NH 3 tan trong nước phát nhiều nhiệt và cho dung dịch có dlt;1 (dung dịch NH325% có d = 0,91gcm 3 ). Nếu đun nóng lên đến 100 o C thì tất cả NH 3 trong dung dịch bayhơi hết. Amoniac có tác dụng kích thích làm chảy nước mắt, nhẹ hơn không khí. Nhiệt độtới hạn của amoniac rất cao 405,55 o K nên amoniac dễ hóa lỏng. Amoniac hóa lỏng ở239,75 o K và hóa rắn ở 195 o K. Amoniac lỏng không màu, ở gần nhiệt độ sôi có hằng sốđiện môi = 22. Amoniac lỏng là dung môi rất tốt cho nhiều muối vô cơ. Các kim loạikiềm và kiềm thổ hòa tan trong amoniac lỏng. Amoniac lỏng có enthapi bốc hơi lớn,
BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM - - BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT THỰC PHẨM TÊN ĐỀ TÀI: “THIẾT KẾ THIẾT BỊ HẤP THU KHÍ NH3 TRONG DỊNG KHÍ THẢI CỦA NHÀ MÁY Ở ÁP SUẤT KHÍ QUYỂN BẰNG THIẾT BỊ HẤP THU THÁP ĐỆM, NĂNG SUẤT 25OO M3 HỖN HỢP KHÍ THẢI/H” GVHD:Nguyễn Hữu Quyền SVTH: Võ Thị Kim Linh MSSV: 2005170426 SVTH: Kiều Mai Thanh Tuyền MSSV: 2005170207 Tp Hồ Chí Minh, Tháng 12 năm 2019 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên cho em xin trân trọng gửi lời cảm ơn chân thành kính trọng tới – Các Thầy Cô khoa Công nghệ thực phẩm, trường Đại học Cơng Nghiệp Thực Phẩm Thành Phố Hồ Chí Minh, đặc biệt giáo viên hướng dẫn Thầy Nguyễn Hữu Quyền tận tình hướng dẫn, bảo tụi em suốt trình thực đồ án Do kiến thức hạn hẹp nên khơng tránh khỏi thiếu sót cách hiểu, lỗi trình bày Em mong nhận đóng góp ý kiến quý thầy cô Ban lãnh đạo để báo cáo đồ án đạt kết tốt Em xin chân thành cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng 12 năm 2019 Sinh viên thực Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm GVHD: Nguyễn Hữu Quyền MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu khí thải NH3 1.1.1 Tính chất vật lý 1.1.2 Tính chất hóa học 1.1.3 Độc tính amoniac 1.1.4 Các vấn đề môi trường liên quan đến NH3 1.2 Giới thiệu trình hấp thu 1.2.1 Khái niệm 1.2.2 Cơ sở thiết bị .6 1.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu hấp thu: .7 1.2.4 Ưu, nhược điểm trình hấp thu 1.2.5 Cân vật chất trình hấp thu 1.2.6 Các loại tháp hấp thu 1.3 Thiết Bị Hấp Thu Tháp Đệm 18 1.3.1 Nguyên Lí Hoạt Động .18 1.3.2 Ưu, Nhược Điểm .18 1.3.3 Ứng Dụng 18 CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG HẤP THU NH3 20 2.1 Sơ đồ hệ thống 20 2.2 Thuyết minh sơ đồ 20 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN CƠNG NGHỆ 21 3.1 Các thông số ban đầu .21 3.2 Cân vật chất .21 Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm GVHD: Nguyễn Hữu Quyền 3.3 Các thơng số dòng khí .22 3.4 Các thông số dòng lỏng: 25 3.5 Cân nhiệt lượng 27 3.6 Tính lượng dung mơi cần dùng 29 3.7 Tính Thiết Bị Hấp Thu 30 3.8 Tính Trở Lực Của Tháp 36 3.8.1 Tổn thất áp suất đệm khô 36 3.8.2 Tổn thất áp suất đệm ướt: .37 CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN CƠ KHÍ 38 4.1 Tính vận tốc vào ống dẫn: 38 4.1.1 Vận tốc ống dẫn khí vào ra: 38 4.1.2 Vận tốc ống dẫn lỏng vào ra: 38 4.2 Tính chiều dày tháp: 39 4.3 Tính đáy nắp: 41 4.4 Bích ghép thân với đáy, nắp: .41 4.5 Bích ghép ống dẫn khí, ống dẫn lỏng với thân tháp: 42 4.6 Tính lưới đỡ đệm đĩa phân phối lỏng: 44 4.6.1 Đĩa phân phối lỏng: 44 4.6.2 Tính lưới đỡ đệm: .45 4.7 Tính chân đỡ tai treo: 46 CHƯƠNG 5: TÍNH TỐN CÁC THIẾT BỊ PHỤ .48 5.1 Tính Chiều Cao Bồn Cao Vị .48 5.2 Tính Bơm 50 5.3 Tính Quạt 53 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN 55 6.1 Nhận xét phương pháp hấp thu: 55 6.2 Nhận xét tháp hấp thu (tháp đệm): 55 Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm GVHD: Nguyễn Hữu Quyền 6.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu hấp thu: 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 DANH MỤC BẢNG Bảng 1:Nồng độ/ thời gian, tác hại NH3 tiếp xúc .3 Bảng 2: Ảnh hưởng tiếp xúc với amoniac vài phút Bảng 1: Số liệu đường cân 22 Bảng 2: Bảng số liệu từ phương trình cân & phương trình làm việc 34 Bảng 1: Bảng tra XIII.11-QTTB2 .41 Bảng 2: Bảng tra XIII.27-QTTB2 .42 Bảng 3: Bảng tra đường kích thước ống dẫn khí & lỏng .44 Bảng 4: Bảng tra XIII.35-QTTB2 .47 Bảng 5: Bảng tra XIII.35-QTTB2 .47 Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm GVHD: Nguyễn Hữu Quyền DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1-1: Thiết bị hấp thụ phun kiểu thùng rỗng 11 Hình 1-2: Thiết bị phun sương kiểu khí .12 Hình 1-3: Sơ đồ thiết bị hấp thụ tầng đệm loại vòng đệm 13 Hình 1-4: Tháp hấp thụ tầng đệm 14 Hình 1-5: Tháp màng dạng ống 16 Hình 1-6: Tháp đĩa 17 Hình 3-1: Đường cân 22 Hình 3-2: Đường cân đường làm việc trình hấp thụ NH3 26 Hình 3-3: Số mâm lý thuyết trình hấp thu 35 Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm GVHD: Nguyễn Hữu Quyền NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Sinh viên thực Võ Thị Kim Linh MSSV: 2005170426 Lớp: 08DHTP1 Kiều Mai Thanh Tuyền MSSV: 2005170207 Lớp: 08DHTP1 Nhận xét Điểm số : Điểm chữ : TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2019 Giáo viên hướng dẫn (ký ghi họ tên) Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm GVHD: Nguyễn Hữu Quyền NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Sinh viên thực : Võ Thị Kim Linh MSSV: 2005170426 Lớp: 08DHTP1 Kiều Mai Thanh Tuyền MSSV: 2005170207 Lớp: 08DHTP1 Nhận xét Điểm số : Điểm chữ : TP Hồ Chí Minh, ngày tháng Giáo viên phản biện (ký ghi họ tên) năm 2019 Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm GVHD: Nguyễn Hữu Quyền LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, phát triển ngành công nghiệp tạo sản phẩm phục vụ người , đồng thời tạo lượng chất thải vô lớn làm phá vỡ cân sinh thái gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Trong loại ô nhiễm, ô nhiễm khơng khí ảnh hưởng trực tiếp đến người, động vật , thực vật cơng trình xây dựng Sức khỏe tuổi thọ người phụ thuộc nhiều vào độ mơi trường Vì vậy, năm gần nhiễm khơng khí từ nghành sản xuất công nghiệp nước ta vấn đề quan tâm không nhà nước mà tồn xã hội mức độ nguy hại lên đến mức báo động NH3 chất ô nhiễm không khí sản sinh nhiều nghành sản xuất công nghiệp sinh hoạt Việc xử lý NH có nhiều phương pháp khác Phương pháp áp dụng để xử lý tùy thuộc vào hiệu tính kinh tế phương pháp Vì vậy, đồ án môn học với nhiệm vụ thiết kế tháp đệm hấp thu NH phương án góp phần vào việc xử lý khí thải nhiễm Nhóm em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Hữu Quyền, thầy mơn tận tình hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi để nhóm em hồn thành đồ án mơn học Tuy cố gắng hoàn thành tốt đồ án chúng em nhiều thiếu sót q trình thực hiện, mong thầy thơng cảm bảo thêm Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm GVHD: Nguyễn Hữu Quyền CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu khí thải NH3 Amoniac hợp chất vơ có cơng thức phân tử NH3 1.1.1 Tính chất vật lý - Ở điều kiện tiêu chuẩn, chất khí độc, có mùi khai, tan nhiều nước (ở điều kiện thường lít nước hòa tan 800 lít amoniac) hình thành liên kết hiđro với phân tử nước - Amoniac có khối lượng riêng D = 0,76 g/lít, hóa lỏng -34oC hóa rắn -78oC - NH3 tan nước phát nhiều nhiệt cho dung dịch có d 49 Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm Trong đó: GVHD: Nguyễn Hữu Quyền H= hd + hcb hd :Tổn thất dọc đường ống (m) hcb: Tổn thất cục miệng vào ,ra ,chổ uốn, cong, vên (m) Tổn thất dọc đường ống (m) Trong đó: λ : hệ số tổn thất l chiều dài ống, chọn l = 5m d = 0,05m đường kính ống dẫn lỏng Do Re> 4000 nên (II.61,trang 378, QTTB1) Vậy Tổn thất cục Chọn hệ thống ống theo hình vẽ ,ta có: - khuỷu cong (uốn gốc 90 o), hệ số tổn thất cục ξ kh=1,1 (bảng 2.4, trang 95, Nguyễn Bin 1) - van: hệ số tổn thất cục ξv=0,15 (bảng 2.8, trang 97, Nguyễn Bin 1) - Đầu vào ống ξdv=0,5 (bảng 2.2, trang 94, Nguyễn Bin 1) - Đầu (cửa vào tháp ) ξdr=1 (bảng 2.2, trang 94, Nguyễn Bin 1) Ta có : Chiều cao bồn cao vị: Z1 = H0 + Z2 = H0 + hchân đỡ + hlv 50 Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm GVHD: Nguyễn Hữu Quyền hchân đỡ = 0,35m hlv chiều cao làm việc 4,32m Z1= 0,29 + 0,35 + 4,32= 4,96 m => chọn Z1 = 5m 5.2 Tính Bơm Phương trình BerNoulli cho mặt cắt 1-1 2-2 : Trong đó: + Z1, Z2: chiều cao mặt cắt (1-1) (2-2) + Chọn Z1 = 0, Z2 = 8m Z2 – Z1 = 8m + Coi P2 = P1= Pkt : xem áp suất mặt cắt + V2 = V1: vận tốc dòng chảy ống đẩy vận tốc dòng chảy ống hút (m/s) Chọn đường kính ống hút đường kính ống đẩy d1 = d2 = 0,05 (m) nên V1=V2 = 0,795 (m/s) + : tổn thất cột áp từ mặt cắt (1-1) đến mặt cắt (2-2),m + : cột áp bơm Chuẩn số = > 4000 Chế độ ống chảy rối nên = Vậy nên ta có: 51 Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm GVHD: Nguyễn Hữu Quyền Hb = Z – Z + = hd + hcb + hd : tổn thất dọc đường ống (m) + hcb : tổn thất cục (m) Tổn thất dọc đường ống hd: + L1: Chiều dài ống hút Chọn L1 = 2m + L2: Chiều dài ống đẩy Chọn L2 = 10m : hệ số tổn thất, V1 =V2 = V= 0,795 hd = 0,02 = 0,15 (m) 52 Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm GVHD: Nguyễn Hữu Quyền Trở lực cục bộ: - Chọn hệ thống ống theo sơ đồ nguyên lí: khuỷu cong (uốn góc 90o), ξkh=1,1 van ξv=0,15 Đầu vào ống ξdv=0,15 Đầu ống ξdr=1 Ta có: Cột áp bơm: Hb = + 0,15 + 0,12 = 8,27m Để an toàn ta chọn Hb = 8,5m Công suất bơm: (II.189, trang 439, QTTB1) Trong đó: Q: lưu lượng bơm N = w = 0,582 kw Công suất thực bơm: Giá trị cho bảng II.33 [QTTB1,tr.440] Vậy ta chọn bơm có cơng suất 2- 3Hp 5.3 Tính Quạt Viết phương trình Bernoulli cho mặt cắt (1-1) mặt cắt (1-2) 53 Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm GVHD: Nguyễn Hữu Quyền (1) Trong đó: Z1 = Z2 P1 = P2 = ΔPư = 3042,1 (N/m2) v1 = v2 = 79,02 (m/s) H= (1) => P2 + ρg �h Với Σh = hd + hcb hd: tổn thất dọc đường ống hcb: tổn thất cục co, van Tổn thất dọc ống: => chế độ chảy rối: Chọn ống có l = 10 m, (II-15 381,QTTBI) Tổn thất cục đường ống: Chọn hệ thống ống theo sơ đồ nguyên lí: + khuỷu cong 90o: ε = 1,13 + van: ε = 0,5 + Lưu lượng kế: ε = 0,15 54 Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm GVHD: Nguyễn Hữu Quyền + Hệ số tổn thất khỏi ống đẩy: ε = Cột áp quạt: Công suất quạt: Do quạt có suất trung bình => chọn η = 0,6 Công suất thực quạt: Nt = k.N (k = 1,1) => Nt = 1,1.6,32 = 6,95 (Kw) = Vậy ta chọn quạt có cơng suất 9,5-10Hp 55 Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm GVHD: Nguyễn Hữu Quyền CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN - Khí NH3 loại khí độc có khả gây tác động xấu đến sức khỏe người gây ô nhiễm mơi trường - Vì vậy, việc xử lý khí thải NH3 cần thiết 6.1 Nhận xét phương pháp hấp thu: Ưu điểm: - Rẻ tiền, sử dụng H2O làm dung môi hấp thu… Các khí độc hại SO2, NH3, HCl, HF,… xử lý tốt với phương pháp - Có thể sử dụng kết hợp cần rửa làm bụi, khí thải có chứa bụi khí độc hại mà chất khí có khả tan tốt nước rửa Nhược điểm: - Hiệu suất làm không cao, hệ số làm giảm nhiệt độ dòng khí cao nên khơng thể xử lý dọng khí có nhiệt độ cao - Q trình hấp thu trình tỏa nhiệt nên thiết kế, xây dựng vận hành hệ thống, nhiều trường hợp phải lắp thêm thiết bị trao đổi nhiệt tháp hấp thu để làm nguội thiết bị Như thiết bị trở nên cồng kềnh phức tạp - Khi chất khí cần xử lý khơng có khả hòa tan tốt nước việc lựa chọn dung mơi khó khăn 6.2 Nhận xét tháp hấp thu (tháp đệm): Thường sử dụng mơi trường ăn mòn, tỷ lệ lỏng/ khí lớn, cho hiệu suất cao, dễ chế tạo dễ vận hành, xử lý loại khí nơng độ cao,… Tháp cần thỏa mãn cầu sau: - Hiệu có khả cho khí qua - Trở lực thấp - Kết cấu đơn giản vận hành thuận tiên - Không bị tắc nghẽn cặn sinh q trình hấp thu Vật liệu đệm: - Có diện tích bề mặt riêng lớn, dộ rỗng lớn để giảm trở lực cho pha khí - Vật liệu chế tạo đệm phải có khối lượng riêng nhỏ bền hóa học Lựa chọn dung mơi: - Độ hòa tan chọn lọc: hòa tan tốt cấu tử cần tách khỏi hỗn hợp khí mà khơng hòa tan cấu tử lại hòa tan khơng đáng kể - Độ bay tương đối: dung môi nên có áp suất thấp - Tính ăn mòn dung mơi: dung mơi nên có tính ăn mòn thấp - Chi phí: dung mơi rẻ dễ tìm - Độ nhớt: dung mơi có độ nhớt thấp tăng tốc độ hấp thu, độ giảm áp suất truyền nhiệt tốt, cải thiện điều kiện ngập lụt tháp, - Nhiệt dung riêng: thấp để tốn nhiệt hồn ngun dung mơi 56 Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm GVHD: Nguyễn Hữu Quyền - Nhiệt độ sôi: khác xa nhiệt độ sơi chất hòa tan dễ tách cấu tử khỏi dung môi - Nhiệt độ đóng rắn: thấp để tránh tượng đóng rắn làm tắc thiết bị 6.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu hấp thu: Ảnh hưởng nhiệt độ: - Khi điều kiện khác không đổi mà nhiệt độ tháp tăng giá trị hệ số Henry tăng, đường cân dịch chuyển trục tung - Nếu đường làm việc không đổi mà nhiệt độ tăng động lực truyền khối giảm, tốc độ truyền khối giảm - Tuy nhiên, nhiệt độ tăng có lợi độ nhớt dung môi giảm (trong trường hợp trở lực khuếch tán nằm pha lỏng) Ảnh hưởng áp suất: - Khi điều kiện khác không đổi mà áp suất tháp tăng giá trị hệ số Henry giảm, đường cân dịch chuyển trục hồnh Vì vậy, tăng áp suaatsthif trình truyền khối tốt động lực lớn - Tuy nhiên, việc tăng áp suất kèm theo tăng nhiệt độ - Ngồi ra, tăng áp suất gây khó khăn việc ché tạo vận hành thiết bị - Chính mà thiết kế vận hành, ta cần phải quan tâm đếnc ác thông số nhiệt độ áp suất để đảm bảo trình hấp thu có hiệu cao thiết bjị hoạt dđộng an toàn 57 Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm GVHD: Nguyễn Hữu Quyền TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nhiều tác giả, Sổ tay Q trình Thiết bị Cơng nghệ Hóa chất, tập 1, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2006 [2] Nhiều tác giả, Sổ tay Quá trình Thiết bị Cơng nghệ Hóa chất, tập 2, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2006 [3] Phạm Văn Bôn, Q trình Thiết bị Cơng nghệ Hóa học & Thực phẩm, tập 10,Ví dụ tập, NXB ĐHQG TP.HCM, 2010 [4] Nguyễn Văn May, Thiết bị truyền nhiệt truyển khối, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2006 [5] Phạm Văn Bơn, Nguyễn Đình Thọ, Q trình Thiết bị Cơng nghệ Hóa học &Thực phẩm, tập 5, Quá trình thiết bị truyền nhiệt, Quyển 1: Truyền nhiệt ổn định, NXB ĐHQG TP.HCM, 2006 [6] Nguyễn Bin, Các Q Trình Thiết Bị Trong Cơng Nghệ Hóa Chất Và Thực Phẩm, tập 1; Các trình thủy lực, bơm quạt, máy nén, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội-2004 58 ... Nhận xét phương pháp hấp thu: 55 6.2 Nhận xét tháp hấp thu (tháp đệm) : 55 Đồ án Kỹ thu t Thực phẩm GVHD: Nguyễn Hữu Quyền 6.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu hấp thu: 56 TÀI... tư cho đệm sứ thấp, ưu điểm so với đệm gỗ khơng bị phân hủy 20 Đồ án Kỹ thu t Thực phẩm GVHD: Nguyễn Hữu Quyền CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG HẤP THU NH3 2.1 Sơ đồ hệ thống 2.2 Thuyết minh sơ đồ Dòng khí thải... điều kiện thu n lợi để nhóm em hồn thành đồ án mơn học Tuy cố gắng hồn thành tốt đồ án chúng em nhiều thiếu sót q trình thực hiện, mong thầy thông cảm bảo thêm Đồ án Kỹ thu t Thực phẩm GVHD: