thiết kế tháp thu hồi Benzene từ khí cốc

Trong đồ án này, nhóm chúng em xin được nghiên cứu về quy trình công nghệ sản xuất BTX từ khí cốc và thiết kế thiết bị hấp thụ Benzen thô BTX bằng dầu than đá trong tháp hấp thụ kiểu đệm

Đồ án công nghệ Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn

Thông

Trang

LỜI CẢM ƠN

Xin chân thành cám ơn PGS.TS Nguyễn Văn Thông đã luôn tận tình hướng dẫn và giúp đỡ nhóm chúng em trong thời gian làm đồ án, để có thể hoàn thành tốt đồ án chuyên ngành này

Xin được gửi lời cám ơn đến tất cả các thầy cô trong khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm, đã hỗ trợ cho nhóm sinh viên chúng em những kiến thức

bổ trợ, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình nghiên cứu đồ án này

Xin chân thành cảm ơn!

i

Đồ án công nghệ Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn

Thông

LỜI MỞ ĐẦU

Trong công nghiệp, nguồn cung cấp benzene, toluene, xylen (BTX) chủ yếu là sản phẩm của quá trình reforming xúc tác Naptha, Cracking xúc tác Một quá trình mới khác cũng được xem như một nguồn cung cấp BTX quan trọng,

đó là quá trình Cyclar Nguyên liệu của quá trình này là khí dầu mỏ hóa lỏng (chứa chủ yếu C3 và C4) Xúc tác của quá trình là dạng zeolite có khả năng xúc tiến phản ứng dehydro hóa nguyên liệu, polyme hóa sản phẩm mới hình thành

để tạo nên các oligomer không no, và tiếp tục dehydro vòng hóa các oligomer này tạo thành các hydrocacbon thơm Hiệu suất Benzen từ quá trình Cycler thường lớn hơn các quá trình reforming xúc tác

Tuy nhiên người ta cho rằng, trong tương lai không xa, khi nguồn dầu mỏ cạn kiệt, người tiêu dùng sẽ quay sang những nguồn cung cấp mới, khi đó, nguồn nguyên liệu hóa thạch phi truyền thống sẽ là một giải pháp đầy tiềm năng

Ngày nay, sản lượng BTX được tiêu thụ trên thế giới được sản xuất từ than đá ngày càng tăng Trong quá trình cốc hóa than, không những thu được than cốc cung cấp cho nhu cầu luyện kim, thu được các sản phẩm hóa học như: phenol, naphtalen, … mà còn thu được nguồn khí cốc chứa: benzene, toluene, xylen (BTX), NH3, khí than sạch,…có giá trị kinh tế cao

Trong giai đoạn Công nghiệp hóa – Hiện đại hóa, ngành luyện kim đã, đang và sẽ đóng vai trò ngày càng then chốt và phát triển mạnh mẽ qua các giai đoạn trong những năm tiếp theo Do đó, nguồn khí cốc thu được là hết sức dồi dào, tạo điều kiện thuận lợi để cho ngành công nghiệp sản xuất BTX từ khí cốc phát triển và ngày càng cải tiến công nghệ công nghệ, thu được năng suất cao

Trong đồ án này, nhóm chúng em xin được nghiên cứu về quy trình công nghệ sản xuất BTX từ khí cốc và thiết kế thiết bị hấp thụ Benzen thô (BTX) bằng dầu than đá trong tháp hấp thụ kiểu đệm nhằm cho năng suất và giá trị kinh

tế cao.

ii

Các quy trình công nghệ thu hồi Benzene từ khí cốc đóng vai trò to lớn trong việc phát triển nền kinh tế, đang ngày càng được nghiên cứu sâu

và tối ưu hóa các thiết bị trong quá trình sản xuất Đất nước ta có nền kinh tế công nghiệp ngày càng phát triển mạnh và ngày càng có nhiều ngành công nghiệp khác đang định hình và phát triển, đòi hỏi có những dây chuyền công nghệ và những phương pháp xử lý chế biến mang tính khoa học kỹ thuật và hiện đại, sao cho mang lại hiệu quả cao nhất tiết kiệm nhất Hiện nay, khi nguồn dầu mỏ ngày càng cạn kiệt, hơn nữa, phần lớn các nguồn dầu mỏ lại tập trung ở một số ít vùng bất ổn định trên thế giới, những lo ngại này đang tác động lên giá dầu thế giới Do đó, ngoài việc tìm tòi, khai thác những nguồn năng lượng trong tự nhiên và tạo ra nguồn nguyên liệu thay thế thì việc thu hồi lại và tận dụng một cách triệt để nguồn năng lượng đã khai thác là rất cần thiết và ngày càng trở nên phổ biến

Chính vì thế mà việc thu hồi Benzene thô từ khí cốc ( sản phẩm từ quá trình cốc hóa, cung cấp than cốc cho ngành luyện kim) hầu như đã trở nên rất quan trọng Nó góp phần tạo ra những sản phẩm có chất lượng

và có giá trị cho nền kinh tế nước nhà Góp phần đẩy mạnh công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước và tiến lên để trở thành nước công nghiệp hiện đại Phương pháp hấp thụ là phương pháp đơn giản, chi phí đầu tư thấp,

dễ vận hành bảo trì, mang lại hiệu quả kinh tế và dễ áp dụng nhất đối với các nước đang phát triển như nước ta

MỤC LỤC

Khí cốc có thành phần gồm 25% thể tích là Metan (CH4), 60% là thể tích Hydro (H2), phần còn lại là các khí như CO,CO2, NH3, N2, hơi Benzen, toluene, xylen…

Khí cốc sau khi tách khỏi nhựa than đá, benzen thô và nước có nhiệt cháy cao, khoảng 4000 kcal/m3

Benzen thô là hợp chất phức tạp, phần lớn là bay hơi ở 1800C

Hàm lượng trung bình của các cấu tử chính (%):

• Sunfocacbon và các hợp chất cacbon dễ sôi: 1.6 – 3.4

• Benzen: 59.5 – 78.3

• Đồng đẳng của Benzen: 12 – 21

• Xolven( hỗn hợp metylbenzen, etylbenzen, ): 1.6 – 3.4

Muốn tách các cấu tử riêng biệt của bezen thô phải dựa vào nhiệt độ sôi khác nhau của chúng là dùng phương pháp chưng cất

Bảng 1: Một số thông số tính chất kỹ thuật đặc trưng của BTX

Thông số Đơn vị Benzen Toluen o- Xylen m-Xylen p-XylenKhối lượng

1,36,8

1,16,4

1,16,4

1,16,6Nhiệt độ chớp

• Ứng dụng quan trọng nhất của Toluen là nâng cấp chất lượng xăng nhờ khả năng là tăng chỉ số octan của nó Trong công nghiệp hóa chất, 54% tổng sản lượng toluene của thế giới được sử dụng để chuyển hóa thành benzene, khoảng 16% được dùng làm dung môi Các ứng dụng khác của toluene là sản xuất caprolactam, phenol, phụ gia cho xăng,…

• Với các xylen, con đường tiêu thụ lớn nhất đó là làm chất cải thiện chỉ

số octan của xăng Các ứng dụng trong công nghiệp hóa chất của các đồng phân xylen chủ yếu là sản xuất nhựa, sợi Trong số các đồng phân, p-xylen là loại quan trọng nhất được sử dụng trong công nghiệp sản xuất terephtalic và dimethyl terephtalat, các nguyên liệu đầu cho sản xuất sợi và màng polyester Với o-xylen, hầu như toàn bộ đồng phân này được ứng dụng trong sản xuất anhydrite phtalic, nguyên liệu cho tổng hợp chất dẻo, nhựa alkyt và nhựa polyester m- xylen là đồng phân ít quan trọng nhất và chỉ những lượng nhỏ được sử dụng cho sản xuất axit isophtalic, ứng dụng trong sản xuất chất dẻo

• Hấp thụ vật lý: về thực chất chỉ là sự hòa tan các chất bị hấp thụ vào trong dung môi hấp thụ, chất khí hòa tan không tạo ra hợp chất hóa học với dung môi, nó chỉ thay đổi trạng thái vật lý từ thể khí biến thành dung dịch lỏng (quá trình hòa tan đơn thuần của chất khí trong chất lỏng).

• Hấp thụ hóa học: trong quá trình này chất bị hấp thụ sẽ tham gia vào một

số phản ứng hóa học với dung môi hấp thụ Chất khí độc hại sẽ biến đổi về bản chất hóa học và trở thành chất khác

• Quá trình hấp thụ mạnh hay yếu là tùy thuộc vào bản chất hóa học của dung môi và các chất ô nhiễm trong khí thải Như vậy để hấp thụ được một số chất nào đó ta phải dựa vào độ hòa tan chọn lọc của chất khí trong dung môi để chọn lọc dung môi cho thích hợp hoặc chọn dung dịch thích hợp (trong trường hợp hấp thụ hóa học) Quá trình hấp thụ được thực hiện tốt hay xấu phần lớn là do tính chất dung môi quyết định

1.3.2 Cơ sở thiết bị

1.3.2.1 Cơ sở vật lý của quá trình hấp thụ

Hấp thụ là quá trình quan trọng để xử lý khí và được ứng dụng trong rất nhiều quá trình khác Hấp thụ trên cơ sở của quá trình truyền khối, nghĩa là phân chia hai pha Phụ thuộc vào sự tương tác giữa chất hấp thụ và chất bị hấp thụ trong pha khí

1.3.2.2 Phương trình cân bằng vật chất của quá trình hấp thụ

Gđ, Gc: hỗn hợp khí đầu và cuối (kg/h)

Lđ, Lc: lượng dung dịch đầu và cuối (kg/h)

Tđ, Tc: nhiệt độ khí ban đầu và cuối (0C)

Iđ, Ic: entapi hỗn hợp khí đầu và cuối (kJ/kg)

Qo: nhiệt mất mát (kJ/h)

Qs: nhiệt phát sinh do hấp thụ khí (kJ/h)

Cđ, Cc: tỷ nhiệt của dung dịch đầu và cuối (kJ/kg.độ)

1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả hấp thụ

1.3.3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Khi các điều kiện khác không đổi mà nhiệt độ tháp tăng thì hệ số Henri sẽ tăng Kết quả là ảnh hưởng đường cân bằng dịch chuyển về phía trục tung Nếu các đường làm việc không đổi thì động lực trung bình sẽ giảm, số đĩa lý thuyêt

sẽ tăng và chiều cao của thiết bị sẽ tăng Thậm chí có khi tháp không làm việc được vì nhiệt độ tăng quá so với yêu cầu kỹ thuật Nhưng nhiệt độ tăng cũng có lợi là làm cho độ nhớt cả hai pha khí và lỏng tăng

1.3.3.2 Ảnh hưởng của áp suất

Nếu các điều kiện khác giữ nguyên mà chỉ tăng áp suất trong tháp thì hệ

số cân bằng sẽ tăng và cân bằng sẽ dịch chuyển về phía trục hoành

Khi đường làm việc không đổi thì động lực trung bình sẽ tăng quá trình chuyển khối sẽ tốt hơn và số đĩa lý thuyết sẽ giảm làm chiều cao của tháp sẽ thấp hơn

Tuy nhiên, việc tăng áp suất thường kèm theo sự tăng nhiệt độ Mặt khác,

sự tăng áp suất cũng gây khó khăn trong việc chế tạo và vân hành của tháp hấp thụ

1.3.3.3 Các yếu tố khác

Tính chất của dung môi , loại thiết bị và cấu tạo thiết bị độ chính xác của dụng cụ đo, chế độ vận hành tháp… đều có ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất hấp thu

1.3.4 Ưu - Nhược điểm của quá trình hấp thụ

 Ưu điểm

+ Rẻ tiền, nhất là khi sử dụng H2O làm dung môi hấp thụ các hợp chất khí,

có thể được xử lí rất tốt với phương pháp này với dung môi nước và các dung môi thích hợp

+ Có thể sử dụng kết hợp khi cần rửa khí làm sạch bụi, khi trong khí thải có chứa cả bụi lẫn các khí độc hại mà các chất khí có khả năng hòa tan tốt trong nước rửa

• Nhược điểm

+ Hiệu suất làm sạch không cao, hệ số làm sạch giảm khi nhiệt độ dòng khí cao nên không thể dùng xử lí các dòng khí thải có nhiệt độ cao, quá trình hấp thụ là quá trình tỏa nhiệt nên khi thiết kế, xây dựng và vận hành hệ thống thiết

bị hấp thụ xử lí khí thải nhiều trường hợp ta phải lắp đặt thêm thiết bị trao đổi nhiệt trong tháp hấp thụ để làm nguội thiết bị, tăng hiệu quả của quá trình xử lí Như vậy, thiết bị sẽ trở nên cồng kềnh, vận hành phức tạp

+ Khi làm việc, hiện tượng “sặc” rất dễ xảy ra khi ta khống chế, điều chỉnh mật độ tưới của pha lỏng không tốt, đặc biệt khi dòng khí thải có hàm lượng bụi lớn

không có khả năng hòa tan trong nước Lựa chọn dung môi hữu cơ sẽ nảy sinh vấn đề: các dung môi này có độc hại cho người sử dụng và môi trường hay không? Việc lựa chọn dung môi thích hợp là bài toán hóc búa mang tính kinh tế

và kĩ thuật, giá thành dung môi quyết định lớn đến giá thành xử lý và hiệu quả

xử lý

+ Phải tái sinh dung môi (dòng chất thải thứ cấp) khi xử dụng dung môi đắt tiền Chất thải gây ô nhiễm nguồn nước hệ thống càng trở nên cồng kềnh phức tạp

1.3.5 Thiết bị hấp thụ

 Tháp đệm

• Cấu tạo gồm: Thân tháp rỗng bên trong đổ đầy đệm làm từ vật liệu

khác nhau (gỗ nhựa, kim loại, gôm, …) với những hình dạng khá nhau (trụ, cầu, tấm, yên ngựa, lò xo, …), lưới đỡ đệm, ống dẫn khí

và lỏng ra vào

• Để phân phối đều chất lỏng lên khối đệm chứa trong tháp, người ta dùng bộ phận phân phối dạng: lưới phân phối lỏng

• Các phần tử đệm được đặc trưng bằng dường kính d, chiều cao h,

bề dày δ Khối đệm được đặc trưng bằng các kích thước: bề mặt riêng a, thể tích tự do, đường kính tương đương, tiết diện tự do S

• Khi chọn đệm cần lưu ý: thấm ướt tốt chất lỏng, trở lực nhỏ, thể tích tự do và tiết diện ngang lớn, có thể làm việc với tải trọng lớn của lỏng và khí, khối lượng riêng nhỏ, phân phối đều chất lỏng, có tính chịu ăn mòn cao, rẻ tiền, dễ kiếm…

Nguyên lý hoạt động: Chất lỏng chảy trong tháp theo đệm dưới dạng

màng nên bề mặt tiếp xúc pha là bề mặt thấm ướt của đệm

Ưu điểm – Nhược điểm:

• Ưu: Cấu tạo đơn giản, trở lực theo pha khí (hoạt động ở chế độ màng/quá độ) nhỏ

• Nhược: Hoạt động kém ổn định, hiệu suất thấp, dễ bị sặc, khó tách nhiệt, khó thấm ướt.

CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 2.1 Thuyết minh sơ đồ công nghệ.

Khí cốc sau khi đi ra từ thùng bão hòa ở nhiệt độ cao, trước khi được hấp thụ để tách benzene thô, phải được làm nguội trong tháp làm nguội (XVI) Tại đây, khí cốc được đưa từ dưới lên và tiếp xúc ngược chiều với dòng nước lạnh đi

từ trên xuống, làm tăng khả năng tiếp xúc giữa hai pha Khí cốc sau khi được làm nguội sẽ được được đưa vào tháp hấp thụ ( XV) bằng dầu than đá, phần nước làm nguội sẽ được đưa ra khỏi tháp làm nguội Trong quá trình làm nguội khí cốc, một phần hơi napthalen sẽ bị ngưng tụ và đi ra cùng với nước làm mát, xuống thùng chứa Tại đây, napthalen được tách ra, đưa vào bồn chứa riêng và được bơm vào Xitec Phần nước làm mát sau khi được tách napthalen, sẽ được đưa vào tháp giải nhiệt ( XIII) và bơm tuần hoàn trở lại tháp làm nguội khí cốc

Tháp hấp thụ hoạt động trong khoảng 300C, tại đây xảy ra quá trình truyền khối Khí cốc sẽ được đi lên từ đáy tháp và tiếp xúc với dầu than đá được đi từ trên đỉnh tháp xuống, các khí benzene thô (BTX) được hấp thụ trong dầu than

đá, các khí còn lại sẽ được đưa ra từ đỉnh tháp theo đường ống 27

Dầu hấp thụ bão hòa benzen đi ra từ đáy tháp hấp thụ sẽ được bơm đến thiết bị hồi lưu (I) Thiết bị hồi lưu được cấu tạo gồm các thiết bị tra đổi nhiệt ống chùm, tao đổi nhiệt lượng của dầu bão hòa với hơi benzene, nhằm tách hơi benzene khỏi dầu và nước Dầu bão hòa được đi trong khoảng không gian của các ống , khi đó sẽ được đun nóng nhờ nhiệt vật lí của hơi ngưng tụ của dầu và nước từ 30 – 700C

Từ máy hồi lưu, dầu bão hòa đã được đun nóng theo đường ống 2 đưa vào các máy trao đổi nhiệt ống chùm (II) để tận dụng nhiệt của phần dầu hấp thụ đã khử benzen đi ra khỏi tháp chưng cất Ở đây dầu bão hòa được gia nhiệt đến

900C

Đồ án công nghệ Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn

Thông

Từ máy trao đổi nhiệt dầu bão hòa sẽ đưa vào máy gia nhiệt (III), tại đây

nó được đun nóng đến 1350C nhờ nhiệt ngưng tụ của hơi đi ở khoảng không gian giữa các ống Hơi hydrocacbon benzen, dầu và nước thoát ra ở trong máy gia nhiệt, với số lượng là 20 – 30% so với hàm lượng chung của nó trong dầu hấp thụ, theo đường ống 3 mà đi lên phần trên của tháp

Từ máy gia nhiệt (III) dầu đã được đun nóng, sẽ đưa vào phần luyện của tháp chưng cất benzen (IV) Tháp chưng cất là dạng tháp đĩa, dầu bão hòa chảy trong các đĩa từ trên xuống và dòng hơi đi ngược lại, sẽ thổi hydrocacbon benzene ra khỏi dầu và cuốn nó lên phần trên của tháp

Theo đường ống 4 dầu hấp thụ từ tháp benzen với số lượng từ 1 – 1,5% liên tục được lấy ra đưa vào máy tái sinh bằng hơi (V) Đây là thiết bị hình trụ đứng, ở phần dưới của máy, người ta đặt một máy gia nhiệt bằng hơi nằm ngang,

có bề mặt nung nóng tổng cộng 36-50 m2 Hơi nước trực tiếp liên tục được đưa vào, đi qua dầu cần tái sinh Ngoài hơi nước trực tiếp đưa vào máy tái sinh còn đưa thêm hơi nước gián tiếp, áp suất 10 atm được đưa vào máy gia nhiệt 6, sao cho nhiệt độ gia nhiệt của dầu hấp thụ đem tái sinh đạt khoảng 170 – 1800C

Khi đưa hơi trực tiếp vào máy tái sinh sẽ bốc hơi khoảng 80 – 90% lượng dầu Hỗn hợp hơi nước và dầu sẽ đi theo ống 7 vào tháp benzen ở phần chưng Một phần hơi có thể vào tháp benzen qua ống dẫn hơi 8 cần thiết để điều chỉnh tốc độ chưng của benzen khỏi dầu ở trong tháp

Polyme ở trong máy tái sinh (nhựa) hỗn hợp với một ít dầu và ăngtraxen

kể cả hydrocacbon vòng cao phân tử khác theo ống 9 đưa ra khỏi máy tái sinh bằng hơi một cách liên tục hoặc gián đoạn

Hơi hydrocacbon benzen hỗn hợp với hơi nước từ phần hồi lưu phía trên của tháp benzen theo đường ống 10 đi vào thiết bị hồi lưu (I) Tại đây, hơi benzene sẽ được được ngưng tụ phân đoạn đi từ dưới lên phía trên vào khoảng không gian giữa các ống của các ngăn ống chùm trong thiết bị hồi lưu Trong ngăn ống chùm trên cùng của thiết bị hồi lưu, hơi được làm lạnh bằng nước kỹ thuật đưa vào bằng ống 11 Nước ngưn từ máy hồi lưu là hỗn hợp của dầu và

nước đưa vào máy phân ly đặt dưới máy hồi lưu Trong máy phân ly sẽ phân ly thành 2 lớp theo khối lượng riêng Dầu sau khi lắng sẽ đưa ra khỏi máy phân ly theo ống 19, một lần nữa sẽ đưa vào chu trình để tái sử dụng cùng với dầu hấp thụ sau tháp, còn nước sẽ theo ống 18 đưa sang thùng chứa khác.

Nhiệt độ của hơi hydrocacbon benzen đi ra từ thiết bị hồi lưu được khống chế bằng cách điều chỉnh lượng nước kỹ thuật ở ngăn trên của thiết bị hồi lưu

Từ thiết bị hồi lưu hỗn hợp của hydrocacbon benzen và nước ở nhiệt độ

92 – 950C theo đường ống 12 đi vào tháp ngưng tụ (VI), tại đây diễn ra quá trình làm lạnh hơi benzen thô, dầu và nước, nhiệt độ tỏa ra được nước kỹ thuật lấy đi

Tách benzen ra khỏi nước ngưng tụ tiến hành ở trong thùng phân ly ở dưới thiết bị hồi lưu Nước ngưng tụ từ đây liên tục được đưa đi theo đường ống

15 Còn benzen thô theo đường ống 16 đưa vào các thùng đong, từ đó được bơm đưa vào kho Khí không ngưng tụ theo đường ống 17 thải ra ngoài môi trường.Dầu than đá sau khi được nhả hấp thụ hơi benzene thô từ tháp chưng cất (IV) đi qua van thủy lực đưa vào máy gia nhiệt 2, tại đây nó được làm lạnh bằng dòng dầu bão hòa đi ngược lại từ thiết bị hồi lưu và đi ra khỏi thiết bị trao đổi nhiệt có nhiệt độ từ 18 – 1150C (tùy theo sơ đồ trao đổi nhiệt mà ta sử dụng) Sau đó dầu hấp thụ đi qua thùng chứa VIII, tại đây nó sẽ tách nước ra khỏi thùng hấp thụ

Từ thùng chứa (VIII), dầu hấp thụ nhờ bơm ly tâm (IV) đưa vào thiết bị làm lạnh kiểu tưới (X) để làm lạnh dầu đến 300C Dầu hấp thụ sẽ được đưa vào các ống ở phía dưới của thiết bị rồi đi theo ống chùm đi lên và làm lạnh bằng nước

kỹ thuật ở bên ngoài ống Theo đường ống 20 dầu hấp thụ đã được làm lạnh được đưa vào tháp để thu hồi benzen thô từ khí cốc

2.2 Sơ đồ công nghệ.

Hình 1: Sơ đồ công nghệ thu benzen thô từ khí cốc (xem bản vẽ)

Trong sơ đồ này các dòng, thiết bị được kí hiệu như sau:

Các thiêt bị:

Ký hiệu Tên thiết bị

I Trao trao đổi nhiệt

II Thiết bị làm nguội

III Gia nhiệt bằng hơi nước

IV Tháp chưng cất dầu than đá bão hòa benzen thô

Đồ án công nghệ Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn

XII Thiết bị tách napthalen

XIII Thiết bị giải nhiệt

XIV Tháp làm nguội khí cốc

XV Tháp hấp thụ benzene thô

Các dòng:

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ

3.1 Thiết bị làm lạnh.

Dựa vào máy cân bằng vật chất của khí cốc ở nhiệt độ 60 0C và áp suất là

860 mmHg nhiệt độ điểm sương cũa khí cốc là 450C

Lượng khí vào máy lạnh theo bảng sau:

Lượng khí đi vào Kg/h Nm 3 /h

Nhiệt độ ra khỏi máy làm lạnh là 270C

Lượng hơi nước ra khỏi thiết bị làm lạnh

p: áp suất của hơi nước ở 270C

P: áp suất của khí ra khỏi tháp (P= 860mmHg)

Vnt = VV – Vr = 2379 – 1235 = 1144 (m3/h)Tính theo trọng lượng:

Lượng khí ra khỏi máy làm lạnh Kg/h Nm 3 /h

Đồ án công nghệ Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn

Thông

3.1.1. Tính toán nhiệt lượng mang vào

Nhiệt mang vào bởi hơi nước

q = G (r + C )Trong đó:

H O2

G

: khối lượng nước đưa vào, kg/h

r: ẩn nhiệt hóa hơi của nước ở 600C, kcal/kg

Ta có: q = Gi.Ci.t

Trong đó:

Gi: khối lượng chất mang vào, kg/h Ci: nhiệt dung riêng của chất mang vào ở tại nhiệt độ 600C, kcal/độ t: nhiệt độ của chất đó, 0C (t=600C)

Nhiệt mang vào bởi khí cốc khô

q2 = 19200.0,7.60 = 806400 (kcal/h)Nhiệt mang vào bởi Hydrocacbon

q3 = 1220.0,246.60 = 18007 kcal/hNhiệt mang vào bởi H2S

q4 = 590.0,238.60 = 8425 (kcal/h)Nhiệt mang vào khí cốc từ thùng bảo hòa theo tính toán là:

Q1 = q1 + q2 + q3+q4 = 2013264 (kcal/h)Nhiệt mang vào bởi nước làm lạnh ở 250 C

Gọi W là lượng nước lạnh mang vào, kg/h

Nhiệt độ của nước vào là 250C

Tổng lượng nhiệt vào là:

Qv = 2013264 + 25 W3.1.2. Tính toán nhiệt lượng và cân bằng vật chất

Tổng nhiệt mang ra bởi khí cốc.

Nhiệt ra bởi khí cốc ở 270C

Nhiệt ra bởi khí cốc khô là:

q1 = 19200.0,7.27 = 362880 (kcal/h)Nhiệt ra bởi hơi nước là:

q2= 986 (595+0,438.27) = 598330 (kcal/h)Nhiệt ra bởi hydrocacbon benzene là:

q3 = 1220.0,246.27 = 8103 (kcal/h)Nhiệt ra bởi H2S là:

q4 = 590.0,238.27 = 3791 (kcal/h)Vậy tổng nhiệt mang ra bởi khí cốc là:

Nhiệt ra bởi nước làm lạnh và nước ngưng tụ ở 400C

Q4 = 40 (W+1144) (kcal/h ) Tổng nhiệt tiêu hao là:

Q4 = 45600+40 WTổng nhiệt lượng ra: Qr = Q3 + Q4 = 973104 + 45600 + 40W, kcal/h

Cân bằng giữa nhiệt vào và nhiệt ra

Đồ án công nghệ Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn

v

(m2)Thừa nhận đệm khung gỗ có bề dày a = 10 mm, khoảng cách b = 100 mm, chiều cao (c) của thanh là 100 mm

Tiết diện chung:

0

3,14

S D

π

(m)Vậy tiết diện đệm chiếm:

SH = S0 – D= 9,35 – 8,37 = 0,98 (m2) Chiều dài của các thanh trong vòng là:

0.98 98 ( )0.01

Đường kính tương đương của đệm:

de=2.b= 2.0,1 =0,2 (m)Khối lượng riêng trung bình của khí:

Đồ án công nghệ Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn

Thông

( )0

d c

C

2,3log2,3log

2Δt

Bề mặt nhiệt cần thiết là:

2013264 1024000

1951, 2 65.7,8

Q F

0,5: khoảng cách giữa các ngăn

Khoảng cách từ đệm trên cùng đến nắp là 3 m khoảng cách từ đáy tới đệm là 3m vậy tổng cộng của tháp là 24 m nếu không kể chân đế

Cấu tạo của tháp là hình trụ bên trong có gắn các thanh đỡ để đặt các vòng đệm lên trên nó

3.2 Tính toán tháp hấp thụ thu hồi benzene.

Nhiệt độ khí vào là 270C, áp suất là 855 mmHg.

Mất mát Hydrobenzen theo khí đi ra là 2 g/ m 3 khí khô

Hàm lượng trong khí cốc khô đi vào là:

1220.1000 30,5

(g/m 3 )

Mức độ thu hồi hydrobenzene là:

( kg/h)Hàm lượng thực tế của hydrobenzen của khí vào là:

2 2

( kg/h)Hàm lượng cực đại của các hydrocacbon benzene trong dầu đưa vào được xác định gần đúng là:

Đồ án công nghệ Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn

a2: hàm lượng hydrobenzen trong khí đi ra g/m3

P2: áp suất của khí ra khỏi tháp (mmHg).

Mht: khối lượng phân tử của dầu hấp thụ

Ph: áp suất hơi của hydrobenzen ở dầu đưa vào

Áp suất khi ra khỏi tháp thừa nhận là 825 mmHg.

Dầu hấp thụ là dầu than đá có khối lượng phân tử Mht =170

Xác định áp suất hơi của hydrobenzen trên dầu thừa nhận thành phần như sau:

4.83

X = = 0.033

106.100Phần mol của Solven là:

Solven

2.83

X = = 0, 017

120.100Khi đó áp suất hơi của hydrobenzen ở 300C là:

1max 1

C C

η

∞Trong đó:

PB: áp suất hơi của benzen nguyên chất ( PB=118,4 mmHg)

V: thể tích của khí cho vào m3/h (ở đktc không tính thể tích của hydrobenzen)

η

: mức độ thu hồi thực tế của Hydrobenzen

η∞: Mức mức độ thu hồi hidro benzen thô từ khí cốc ở điều kiện cân bằng trên đỉnh tháp hoặc khi bề mặt hấp thụ vô cùng lớn

P1: áp suất khí vào, mmHg

Md: khối lượng phân tử của dầu hấp thụ