Vùng hoạt tính không hấp phụ nước, để tính toán cho vùng này ta dựa vào vùng cân bằng và vùng chuyển khối. việc tính toán gặp khó khăn khi tháp hấp phụ chứa hai loại chất hấp phụ. Để tính toán cho vùng này ta giả sử toàn bộ chất hấp phụ trong tháp là zeolit, khi đó chiều cao của toàn bộ tầng hấp phụ được tính toán theo công thức sau:
HB= 400mH2O/ = 2,08 m
Lượng nước mà zeolit không hấp phụ trong vùng chuyển khối sẽ được hấp phụ ở vùng cân bằng:
m’z= 100m2
H2O/13 = 100*391,24/13= 3009,56 kg thể tích vùng cân bằng:
V=m’z/ρ = 4,18 m3
H’’z = 4V/= 4.4,18/3,14.2,52 = 6,7 kg Chiều cao của vùng hoạt tính là:
Ha= hB-h’z- h”z= 2,08-1,23-0,85= 0,002 m
Khối lượng zeolit trong vùng hoạt tính:ma=*ha*ρ = 6,7 kg
Như vậy tổng lượng zeolit trong tháp hấp phụ là mz= ma+mz’= 4332,9+6,7= 4339,6 kg
Chiều cao chung của tầng zeolit: Hze= 1,23+0,002=1,232 m Bảng tổng kết cân bằng vật chất: Lưu lượng dòng vào (kg/h)
Khối lượng nước bị hấp phụ (kg/h) Lưu lượng dòng ra
(kg/h) Khối lượng nước bị hấp
phụ bởi alumia
Khối lượng nước bị hấp phụ bởi zeolit
163007,8
166666,7 86,05 3572,84
3.4. Tính toán nhiệt lượng:
Giai đoạn 1: Nhiệt đun nóng chất hấp phụ từ 26oC đến 110oC:
Qzeolit = 43332,9*1*(110-26) = 3639963,6 (Kj) Qnhôm hoạt tính = 4339,6*1*(110-26) = 364526,4 (KJ) Nhiệt đun nóng thân thiết bị từ 26oC đến 110oC: Qthép = 53418,28*0,5*(110-26) = 2243567,76 (KJ) Nhiệt đun nóng nước từ 26oC đến 110oC:
Qnước = 900*4,9*(110-26) = 370,44 (KJ) Nhiệt đun nóng lớp đệm từ 26oC đến 110oC: Qđệm = (770*3,6)*0,96*(110-26) = 223534,08 (KJ)
Nhiệt đun nóng các hydrocacbon hấp phụ từ 26oC đến 110oC: QHC = 0,2*31676= 6335,2 (KJ)
Giai đoạn 2: cấp nhiệt từ nhiệt độ từ 110oC đến 127oC (trong giai đoạn này nước bị loại hoàn toàn)
Nhiệt đun nóng chất hấp phụ từ 110 đến 127oC: Qzeolit = 43332,9*1*(127-110) = 736659,3 (KJ) Qnhôm hoạt tính = 4339,6*1*(127-110) = 73773,2 (KJ)
Nhiêt đun nóng thân thiết bị từ 110 đến 127oC: Qthép = 53418,28*0,5*(127-110) = 454055,38 (KJ) Nhiệt đun nóng nước từ 110oC đến 127oC:
Qnước = 900*4,9*(127-110) = 74,97 (KJ) Nhiệt đun nóng lớp đệm từ 110oC đến 127oC: Qđệm = (770*3,6)*0,96*(127-110) = 54239,04 (KJ)
Nhiệt đun nóng các hydrocacbon hấp phụ từ 26oC đến 110oC: QHC = 0,2*22626= 4525,2 (Kj)
Giai đoạn 3: cấp nhiệt từ nhiệt độ 127oC đến 300oC (giai đoạn loại hoàn toàn các cấu tử hydrocacbon nặng bị hấp phụ)
Nhiệt đun nóng thân thiết bị từ 127oC đến 300oC: Qthép = 53418,28*0,5*(300-127) = 4620681,22 (KJ) Nhiệt đun nóng chất hấp phụ từ 127oC đến 300oC: Qzeolit = 43332,9*1*(300-127) = 7496591,7 (KJ) Qnhôm hoạt tính = 4339,6*1*(300-127) = 7497750,8 (KJ) Nhiệt đun nóng lớp đệm từ 127oC đến 300oC: Qđệm = (770*3,6)*0,96*(300-127) = 460373,76 (KJ) Tổng lượng nhiệt trong cả 3 quá trình trên:
Qtổng = 27877022 (Kj)
Tổng lượng nhiệt mất mát trong quá trình trên:
Qmất mát = 0,25. Qtổng = 0,25.27877022= 6969255,5 (KJ) Tổng lượng nhiệt dùng cho quá trình tái sinh:
Q = Qtổng + Qmất mát = 27877022+6969255,5= 34846277,5 (KJ) 3.5. Tính toán tháp hấp phụ
3.5.1. Tính khối lượng lớp bảo vệ và tầng đỡ
Trong tháp ngoài 2 tầng chát hấp thụ chính thì còn có các lớp khác chỉ mang tính chất bảo vệ và nâng đỡ. Bao gồm 2 lớp Alcoa ABS, mỗi lớp có chiều cao là hac = 160 mm và lớp ceramic ở đáy có khối kượng là 2500 kg, hcc = 160 mm. khối lượng cả 2 lớp Alcoa ABS được tính như sau:
3.5.2. Tính toán nắp, đáy, và thân thiết bị 3.5.2.1. Thân thiết bị
Độ dày thân tháp hấp phụ phụ thuộc vào áp suất làm việc của tháp và đường kính tháp. Tại áp suất làm việc của tháp là 10,9 MPA và đường kính tháp bằng 2,5m, tra đồ thị 19.11 ( trang 420, volume 2, M. Campbell ) ta được độ dày của tháp là: 1=114,5 mm.
3.5.2.2. Đáy và nắp thiết bị
Tháp làm việc ở áp suất cao, để tăng khả năng chịu lực của tháp người ta thiết kế đáy và nắp thiết bị có dạng bán cầu.
Đối với thiết bị có nắp và đáy hình bán cầu thì chiều cao của đáy và nắp thiết bị là:
Hc=2*0,65=1,3 m
3.5.2.3. Chiều cao và đường kính của thiết bị hấp thụ
Chiều cao chung của thiết bị hấp thụ gồm chiều cao của tầng chất hấp thụ, chiều cao lớp bảo vệ và tầng đỡ, chiều cao của đáy và nắp. Đối với tầng đỡ và lớp bảo vệ chỉ có 1 lớp Alcoa ABS nằm trong phần thân thiết bị. Còn lớp Ceramic nằm trong phần đáy bán cầu tiếp giáp vớp lớp Alcoa ABS nằm trên thân và lớp Alcoa ABS còn lại nằm trong nắp bán cầu. Thêm vào đó là chiều cao ống đổ đệm và khoảng cách dưới đệm nữa. Như vậy, chiều cao chung của thiết bị được tính toán như sau:
H=hze+he+hce+hac+ hống+hk/c=1,232+1,485+1,3+0,16*4+1+0,3=5,957 m Đường kính tháp hấp phụ được tính toán theo công thức sau:
D= = 2,5 m
IV.5.2.4.. Khối lượng và vỏ thiết bị
Khối lượng vỏ thiết bị được tính theo công thức sau: Ms= Ahdt
Trong đó:
H: chiều dài thiết bị hấp thụ, m D: đường kính thiết bị hấp thụ, mm A: hệ số khối lượng, A=0,0347 T: chiều dày vỏ thiết bị, t=114,5 mm Thay các giá trị vào được:
Ms= Ahdt = 0,0347*5,38*2500*114,5=53418,28 kg