ĐỒ ÁN Chưng luyện Nước – Axit axetic

 Một trong những qui trình đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệphoá chất đó là qui trình sử lý khí thải bằng phương pháp hấp thu và nĩ không thểthiếu trong các công ty sản xuấ

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP TPHCM

TTCN HÓA

BỘ MÔN MÁY VÀ THIẾT BỊ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHUYÊN ĐỀ HẤP THU

Họ và tên sinh viên: Nguyễn T.D Phước Thiện & Nguyễn Mạnh Thi

Lớp: CDH04LT

1 Yêu cầu:

Tính và thiết kế thiết bị hấp thu dùng để hấp thu hỗn hợp NH3 và không khí

2 Với các số liệu ban đầu như sau:

 Năng suất tính theo hỗn hợp vào 800 m3/h

 Nhiệt độ hỗn hợp khí vào là 300C (điều kiện làm việc ở nhiệt độ và áp suất

thường)

 Nồng độ hỗn hợp khí vào chiếm 4% thể tích chất cần hấp thu

 Nồng độ đầu của pha lỏng là 0% mol của cấu tử chất cần hấp thụ

 Hệ số dư chất lỏng hấp thu riêng 1.4

 Hiệu suất hấp thu của tháp là 85%

3 Nhiệm vụ và nội dung tính toán:

 Chọn dung môi

 Cân bằng vật chất

 Tính thiết bị chính

 Chọn bơm quạt

 Bản vẽ (khổ A1): 1 bản vẽ so đồ qui trình công nghệ và 1 bản vẽ chi tiết

Giáo viên hướng dẫn.

Trương Văn Minh

LỜI NĨI ĐẦU

 Cùng với sự phát triển kinh tế thị trường, hiện nay với sự cạnh tranh gay gắt củanhiều thành phần kinh tế thì tình hình sản xuất kinh doanh ngày càng trở nên khĩkhăn Vì vậy mỗi cơng ty, xí nghiệp muốn tồn tại và phát triển đứng vững trong nềnkinh tế thị trường cĩ nhiều biến động nhưng cũng cĩ nhiều tiềm năng, địi hỏi mỗidoanh nghiệp phải cĩ sự đổi mới, tư duy năng động trong sản xuất, kinh doanh

 Trong đĩ việc nghiên cứu và ứng dụng thành tựu khoa học kỹ thuật cơng nghệhiện đại đã giúp ngành cơng nghiệp Việt Nam cĩ những bước nhảy đáng kể, trong đĩngành cơng nghệ hĩa đã đĩng gĩp một phần khơng nhỏ trong việc phát triển kinh tế

và cải thiện mơi trường hiện nay, là ngành chủ lực để phát triển và nghiên cứu khi tamuốn tiến sâu vào nghiên cứu những ngành khác

 Một trong những qui trình đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệphoá chất đó là qui trình sử lý khí thải bằng phương pháp hấp thu và nĩ không thểthiếu trong các công ty sản xuất gốm sứ, sản xuất cao su, ngành nhuộm …

 Tuy nhiên không phải mọi qui trình điều sử dung một công nghệ, do đó môn

đồ án quá trình và thiết bị sẽ giúp cho sinh viên có cái nhìn tổng quát hơn và

phần nào thiết kế sơ bộ được một tháp hấp thu Ngày nay đất nước ta đang trên

đường hội nhập, cùng với quá trình công nghiệp hóa- hiện đại hóa đất nước.

Chúng ta ra sức học tập tiếp thu kiến thức, nâng cao trình độ để góp phần xâydưng và phát triển đất nước Trong xu thế đó qua quá trình học tập tại trườngchúng em đã được quí thầy cô tận tình chỉ dạy, truyền đạt những nhiều kiến thứchết sức quí báo và những kinh nghiệm thực tế Qua đó giúp chúng em thực hiệnnên cuốn đồ án này Mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp của quí thầy cô vàcác bạn giúp cho đồ án hoàn thiện hơn

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN QUÁ TRÌNH HẤP THU

I Định nghĩa:

 Hấp thu là quá trình mà trong đó một hỗn hợp khí được cho tiếp xúc với chất lỏngnhằm mục đích hòa tan, chọn lựa một hay nhiều cấu tử của hổn hợp khí tạo nên mộtdung dịch các cấu tử trong chất lỏng

II Mục đích:

 Tạo sản phẩm

 Làm sạch môi trường

Ví dụ: Khi khí hòa tan ta thu được một hổn hợp khí, khí này với nước để hòa tan

amoniac, sau đó cho tiếp xúc với dung môi hữu cơ để hòa tan benzen, toluen Cácquá trình như vậy cần sự truyền chất từ pha khí vào pha lỏng, ta có quá trình nhảkhí

 Một hổn hợp dung môi gồm: benzen và toluen, ở trên được cho tiếp xúc với hơinước quá nhiệt để benzen và toluen sẽ đi vào pha khí và được mang đi, dung môiban đầu được dùng lại Nguyên lý của hai quá trình hấp thu và nhả khí về cơ bản làgiống nhau nên ta có thể tìm hiểu hai quá trình này cùng một lúc

III ỨNG DỤNG

 Trong công nghiệp hóa chất thực phẩm, quá trình hấp thu được dùng để:

 Thu hồi các cấu tử có giá trị trong pha khí

 Trường hợp thứ 2 quá trình nhả khí không cần thiết nếu dung môi rẻ tiền, dễ kiếm

vì khí hòa tan thường là bỏ đi chỉ khi nào cần thiết thu hồi dung môi ta mới thựchiện quá trình nhả khí

 Nếu mục đích chính của quá trình hấp thu là để tạo nên một sản phẩm nhất định

Ví dụ: sản xuất dung dịch acid clohydric thì dung môi đã được xác định bởi bản

chất của sản phẩm

 Nếu mục đích quá trình hấp thu là tách các cấu tử hỗn hợp khí thì khi đó ta có thểlựa chọn một dung môi tốt thích hợp với quá trình cần thực hiện.

IV TÍNH CHẤT CỦA DUNG MÔI.

 Độ hòa tan chọn lọc: đây là tính chất chủ yếu của dung môi, là tính chất chỉ hòatan tốt cấu tử cần tách ra khỏi hỗn hợp khí mà không hòa tan cấu tử còn lại hoặc hòatan không đáng kể Tổng quát dung môi và dung chất tạo nên phản ứng hóa học khilàm tăng độ hòa tan lên rất nhiều nhưng nếu dung môi thu hồi để dùng lại thì phảnứng có tính hòan nguyên

 Độ bay hơi tương đối: dung môi có tính ăn mòn thấp để vật liệu chế tạo thiết bị dễtìm và rẽ tiền

 Chi phí: dung môi dễ tìm và rẽ tiền để sự thất thóat không tốn kém nhiều

 Độ nhớt: dung môi có độ nhớt thấp sẽ tăng tốc độ hấp thu, cải thiện điều kiệnngập lục trong tháp hấp thu, độ giảm áp thấp và truyền nhiệt tốt

 Các tính chất khác: dung môi nên có nhiệt dung riêng thấp để ít tốn nhiệt khi hòannguyên dung môi Nhiệt độ đóng rắn thấp để tránh hiện tựợng đóng rắn làm tắtnghẽn thiết bị, không tạo kết tủa, không độc Trong thực tế không có dung môi nàođáp ứng được tất cả các tính chất trên Do đó, khi chọn dung môi phải dựa vào tínhchất và những điều kiện cụ thể khi thực hiện quá trình hấp thu Dù sao thì tính chấtthứ 1 của dung môi cũng là quan trọng nhất

 Hỗn hợp vào có nồng độ thấp: trong trường hợp đường làm việc và đường cânbằng là đường thẳng, số mâm lý thuyết được xác định bằng giải tích mà không cầndùng đến đồ thị Nếu lượng dung chất hấp thu nhỏ, suất lượng pha lỏng vào và ra

khỏi tháp xem như không đổi Lo = Ln = L ,và tương tự suất lượng pha khí không đổi

G Do đó, đường làm việc trên tọa độ phần mol với hệ số góc L/G sẽ là đườngthẳng

 Thừa số hấp thu A : thừa số hấp thu A = L/mG là tỉ số hệ số góc đường làmviệc với hệ số góc đường cân bằng Với giá trị A nhỏ hơn 1 cho thấy mức độ hấpthu bị giới hạn Với A >1 ta có thể đạt được mức độ hấp thu nhất định nếu tháp có

đủ mâm Với một mức độ hấp thu xác định từ lượng khí cố định, khi A tăng lượnglỏng sử dụng nhiều hơn do đó làm dung dịch ra khỏi tháp có nồng độ lõang Cùnglúc đó số mâm giảm, chi phí cho thiết bị giảm Từ những giá trị nghịch biến, ta thấytrong tất cả các trường hợp sẽ có 1 giá trị của A, hay L/G cho quá trình hấp thu kinh

tế nhất

 Quá trình không đẳng nhiệt: nhiều tháp hấp thu và nhả khí họat động với điềukiện nồng độ của dung chất trong 2 pha là thấp, điều này phù hợp với giả sử là quátrình đẳng nhiệt.Nhưng trong thực tế quá trình hấp thu là phát nhiệt, và khi 1 sốlượng dung chất khí bị hấp thụ vào pha lỏng tạo nên 1 dung dịch đậm đặc, khi đókhông thể bỏ qua hiệu ứng nhiệt Nếu quá trình hấp thu làm tăng nhiệt độ pha lỏngđáng kể, độ hòa tan cân bằng pha lỏng sẽ bị giảm và năng suất tháp hấp thu sẽ bịgiảm Nếu nhiệt phát ra qúa nhiều phải tiến hành làm nguội trong tháp trước hoặcđưa pha lỏng ra ngoài để làm nguội rồi đưa trở vào tháp Trường hợp nhả khí qúatrình thu nhiệt làm giảm nhiệt độ pha lỏng

 Nếu quá trình là đọan nhiệt Qt = 0 nhiệt độ dòng lỏng ra sẽ cao hơn nhiệt độ vào

do nhiệt dung dịch Thiết kế tháp hấp thu trong trường hợp này phải được tính từngmâm từ đáy tới đỉnh Cân bằng vật chất tổng cộng và dung chất từ đáy cho tới mâmthêm là

phương trình (6.3) và (6.5) cho mâm thứ n – 1 Lúc bắt đầu tính vì chỉ biết nhiệt độ

và các dòng vào L0 và Gn+1 nên cần phải giả sử nhiệt độ t1 là của G1 (nhiệt độ nàybằng nhiệt độ mâm số 1) Để tính nhiệt độ dòng lỏng ra khỏi tháp dùng cong thức(6.1) Nhiệt độ t1 sẽ được kiểm tra khi phép tính từng mâm lên tới mâm đỉnh, và nếusai số lớn thì tòan bộ phép tính sẽ được lặp lại

 Hiệu suất mâm và số mâm thực:

 Để chuyển số mâm lý thuyết thành số mâm thực ta cần phải biết hiệu suất mâm

 Hiệu suất tổng quát, liên quan đến toàn tháp

 Hiệu suất mâm Murphree liên quan đến mâm

 Hiệu suất cục bộ, liên quan đến vị trí cụ thể trên một mâm Hiệu suất tổng quát E0

đơn giản khi sử dụng, nhưng kém chính xác, E0 được định nghĩa là tỷ số giữa sốmâm lý tưởng và số mâm thực cho toàn tháp

Yn: nồng độ thực pha hơi rời mâm thứ n

Yn+1: nồng độ thực pha hơi rời mâm thứ n +1

Y*: nồng độ pha hơi cân bằng với pha lỏng rời khỏi ống chảy chuyền mâm thứ n

Tóm lại: hiệu suất mâm là hàm số theo nhiệt độ và thành phần của dòng lưu chất

mà chúng biến đổi từ đáy đến đỉnh Khi hiệu suất mâm Murphree không đổi cho tất

cả các mâm và trong điều kiện đường làm việc và đường cân bằng là đường thẳngthì hiệu suất tổng quát tính theo công thức

E0 =

somamthuc

ng somamlytuo

1

1 1

a Cấu tạo : tháp chêm là một tháp hình trụ gồm nhiều bậc nối với nhau bằng mặt

bích hay hàn Vật chêm được đổ đầy trong tháp theo một trong hai phương pháp làxếp ngẩu nhiên hay theo thứ tự Vật chêm được sử dụng gồm nhiều loại khác nhauphổ biến nhất là một số lọai sau:

 Vòng Raching hình trụ rỗng bằng sứ hoặc kim loại hoặc nhựa, có đường kínhbằng chiều cao

 Vòng chêm hình yên ngựa có kích thước 1075 mm

 Vật chêm vòng xoắn, đường kính dày 0.31 mm Đường kính vòng xoắn từ 8mm và chiều dài nhỏ hơn 25mm

3- Yêu cầu chung của các loại vật chêm là phải có diện tích bề mặt riêng lớn (tầngchêm), ngoài ra độ rộng (hay thể tích tự do m2/m3 tầng chêm) lớn để giảm trở lựccho pha khí Vật liệu chế tạo vật chêm phải có khối lượng riêng nhỏ và bền hóa học.Trong thực tế không có loại vật chêm nào có thể đạt được tất cả các yêu cầu trên, vìthế tùy theo trường hợp cụ thể mà chọn vật chêm cho thích hợp Chất lỏng đượcphân phối ở đỉnh tháp qua bộ phận phân phối lỏng, sao cho lỏng phải thấm ướt đượctoàn bộ vật chêm

b Sự chuyển động của lưu chất qua tháp

 Trong hầu hết các tháp chêm ngẩu nhiên, độ giảm của pha khí chịu ảnh hưởngbởi suất lượng của pha lỏng

 Vận tốc khí cố định, độ giảm áp pha khí tăng theo suất lượng pha lỏng do phalỏng đã chiếm các khoảng trống trong tháp chêm

 Khi tốc độ khí tăng tại một suất lượng pha lỏng không đổi một trong nhữnghiện tượng sau có thể xảy ra

 Pha khí sủi bọt qua lớp chất lỏng tại bề mặt lớp vật chêm

 Pha lỏng chứa đầy tháp bắt đầutừ dưới lên và tạo nên sự đảo pha khí tiếptục, pha lỏng (phân tán)thành pha khí (phân tán), pha lỏng liên tục.

 Dòng bọt khí nổi nhanh qua tháp chêm, cùng lúc đó hiện tượng pha khílôi cuốn chất lỏng tăng mạnh và tháp ở trạng thái ngập lụt Độ giảm áp của pha khítăng rất nhanh Điểm bắt đầu vùng ngập lụt thường xác định bằng sự thay đổi hệ sốgốc của đường biểu biển Trong thực tế tháp được điều hành trong vùng gia trọng.Vùng gia trọng là vùng mà lượng chất được giữ lại trong tháp tăng nhanh theo tốc

độ khí, các chổ trong tháp nhỏ dần và độ giảm áp pha khí tăng nhanh

c Độ giảm áp pha khí qua tháp chêm khô.

 Độ giảm áp pha khí qua tháp chêm khô không có pha lỏng chảy qua có thểđược xác định theo phương trình Ergum như sau:



 1 150

+ 1.75

∆Pk:độ giảm áp pha khí qua tháp chêm khô N/m2

Z: chiều cao phần chức vật chêm (m)

dtd: đường kính tương đương của vật chêm (m)

dtd = 61

 : thể tích tự do của vật chêm m3/m3 tầng chêm

 :diện tích bề mặt riêng vật chêm m2/m3 tầng chêm

 : khối lượng riêng của pha khí

G: suất lượng của pha khí qua 1 đơn vị tiết diện tháp kg/m2.s

Re = dtd 

G

d Độ giảm áp qua tháp chêm ướt :

 Khi có pha lỏng chảy xuống độ giảm áp pha khí sẽ tăng lên theo hệ số

∆Pư = AL ∆PK

AL: được biểu diễn theo phương trình của Leva và AL= 10

 Giá trị được sử dụng trong sổ tay tương ứng với số loại vật chêm và chất lỏng

sử dụng là nước và L’ là suất lượng nước cho 1 đơn vị tiết diện tháp kg/m2h

e Hiện tượng ngập lụt trong tháp chêm.

 Khi suất lượng trong pha lỏng hoặc pha khí vượt quá giới hạn cho trước chấtlỏng không chảy xuống được tạo nên một cột chất lỏng trong tháp Độ giảm áp phakhí khi đó sẽ dao động mạnh Điều này cần tránh khi vận hành tháp.

 Hiện tượng ngập lụt là do 2 nhóm số vô thứ nguyên có liên hệ với nhau

 : độ nhớt chất lỏng khác nước và độ nhớt của nước Cp

3 ƯU NHƯỢC ĐIỂM TỪNG LOẠI THÁP:

a THÁP ĐĨA LỖ

 Hiệu suất hấp thu cao, cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ

 Khó khống chế vận tốc khí và thiết bị thích hợp do lổ ăn mòn

b THÁP ĐỆM

 Hiệu suất hấp thu cao, trở lực thủy lực nhỏ và cấu tạo đơn giản

 Dung môi không được tưới đều lên tòan bộ bề mặt của tháp đệm

VI LÀM SẠCH KHÍ THẢI KHỎI CÁC KHÍ ĐỘC HẠI.

 Khí thải các nhà máy, các xí nghiệp công nghiệp còn chứa nhiều các khí độchại và nồng độ của chúng vượt hơn rất nhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép Cáckhí độc hại thải vào môi trường xung quanh rất đa dạng Theo tính chất hóa lý

người ta phân khí thải ra thành nhiều nhóm Nhóm vô cơ gồm các khí: SO2, SO3,

CO, H2S, CO2, NOX, NH3, HCl, HF, ….Nhóm hữu cơ gồm: benzen, aceton,axetylen, các acid hữu cơ và các dung môi hữu cơ…

 Tùy theo thành phần và khối lượng khí thải mà người ta lựa chọn phương pháp

xử lý thích hợp, đảm bảo kỹ thuật xử lý và tính kinh tế của phương pháp đó Khi lựachọn thiết bị làm sạch khí thải cần phải tính đến hiệu quả làm sạch, những chi phíđầu tư ban đầu, những chi phí trong vận hành, tuổi thọ của hệ thống xử lý, đơn giảntrong vận hành, dễ kiểm tra và sửa chữa, diện tích chiếm chỗ và chi phí điện năng

 Xử lý các chất độc hại có trong khí thải bằng phương pháp hấp thụ được sửdụng nhiều khi lưu lượng dòng khí thải lớn so với nồng độ các khí độc hại khá cao.Ngoài ra khi áp dụng các phương pháp này đạt hiệu quả kinh tế cao và có thể thuhồi các chất để sử dụng tuần hoàn hoặc chuyển sang công đọan sản xuất sản phẩmkhác Trong số các phương pháp làm sạch khí thải phương pháp hấp thụ có ý nghĩaquan trọng, nó cho phép lôi cuốn các tạp chất khí độc hại ra khỏi dòng khí thải

 Trong trường hợp không yêu cầu hoặc không có khả năng thu hồi khí sinh ra thì

có thể dùng phương pháp thiêu hủy đối với các khí không sinh ra các khí độc hạithứ cấp

 Xử lý giảm khí độc hại có trong khí thải bằng trao đổi ion cũng đang được ápdụng trong một số lĩnh vực chuyên ngành khác nhau

 Xử lý các chất độc hại bằng phương pháp sinh học có ý nghĩa trong việc bảo vệmôi trường sống xung quanh chúng ta

 Người ta phân làm 2 loại hấp thụ: hấp thụ vật lý và hấp thụ hóa học

 Khi xảy ra hấp thụ vật lý: những phần tử hấp thụ không đi vào phần tử hấp thụnghĩa là quá trình hấp thụ thành phần riêng bằng chất hấp thụ không kéo theo phảnứng hóa học Khi áp suất riêng phần của khí thành phần có trong hỗn hợp khí caohơn áp suất cân bằng trên bề mặt thì quá trình hấp thụ liên tục

 Khi hấp thụ hóa học thì những phần tử bị hấp thụ sẽ tác động tương hổ hóa họcvới các phân tử hoạt tính của chất hấp thụ và tạo thành hỗn hợp hóa học mới Khinày áp suất cân bằng của khí thành phần trên bề mặt dung dịch ít hơn một chút sovới sự hấp thụ vật lý và nó có khả năng tách ra hòan toàn khỏi dòng khí thải

 Sự phối hợp hấp thụ và khử hấp thụ cho phép sử dụng thời gian dài mà không

bị tiêu haodịch hấp thụ trong 1 vòng kín hấp thụ - khử hấp thụ - hấp thụ và nhậnđược thành phần bị hấp thụ ở dạng sạch

 Chất hấp thụ về nguyên tắc có thể sử dụng bất kỳ loại nào miễn sao nó có thểhòa tan được thành phần tách ra từ dầu khí Tuy nhiên những chất hấp thụ côngnghiệp áp dụng trong quá trình làm sạch liên tục dòng khí thải cần phải thỏa mãnmột số yêu cầu sau:

 Không ăn mòn thiết bị

 Giá thành rẽ và dễ kiếm trong sản xuất công nghiệp

 Ta nhận thấy rằng yêu cầu thứ nhất nhằm giảm lưư lượng chất hấp thu, dẫn tớilàm giảm hao phí năng lượng để vận chuyển dịch trong khi làm việc và hòannguyên chất hấp thu

 Yêu cầu thứ 2 bảo đảm khả năng phân ly hoàn toàn hỗn hợp khí Khi thưhchiện quá trình hấp thụ áp suất riêng phần, hơi chất hấp thu không cần lớn để tránhtiêu hao các chất này, yêu cầu thứ 3 cũng nhằm mục đích như vậy

 Hoàn thành yêu cầu thứ 4 sẽ làm giảm chiều cao thiết bị Yêu cầu thứ 5, khiđiều kiện dễ dàng hoàn nguyên chất hấp thụ sẽ làm giảm thời gian hoàn nguyên vàgiảm lưu chất mang nhiệt Khi này chất hấp thụ cần có nhiệt độ sôi khá cao để ngănngừa tổn thất nhiệt do sự bay hơi trong giai đọan hoàn nguyên Nhiệt độ sôi củachất hấp thụ sử dụng thường trong khỏang 1702000C

 Thời gian sử dụng chất hấp thụ trong quá trình khép kín phụ thuộc vào sự hoànthành yêu cầu thứ 6 đối với chất hấp thụ

 Khi những tính chất hóa lý gần như tương tự nhau thì sử dụng chất hấp thụ có

độ nhớt thấp hơn Độ nhớt có ảnh hưởng đến tốc độ trao đổi nhiệt khối, vì vậy ảnhhưởng đến kích thước biên của thiết bị hấp thụ và khử hấp thụ (hoàn nguyên)

Ngoài ra sự giảm độ nhớt sẽ dẫn tới sự giảm sự hao phí năng lượng khi vận chuyểndịch hấp thu.

 Cần chú ý rằng không có chất hấp thụ tổng hợp nào thỏa mãn tất cả các yêu cầutrên Vì vậy trong mỗi trường hợp cụ thể nên chọn chất hấp thụ thỏa mãn đượcnhiều những yêu cầu cơ bản Những chất hấp thụ hay dùng hơn cả là những chấtlàm cho quá trình hấp thụ thành phần trong hỗn hợp khí được thực hiện bằng conđường hấp phụ vật lý hay bằng con đường hóa học với phản ứng thuận nghịch trongpha dịch

 Khi hấp thụ vật lí thường ngừơi ta sử dụng chất hấp phụ phổ biến nhất là nước ,đồng thời cả những dung dịch hữu cơ không điện phân, không phản ứng với khíthành phần và dung dịch của chúng Sử dụng nước hợp lí để làm sạch thể tích lớnkhí thải áp suất thấp (khí thải sản xuất công nghiệp ), bởi vì trong những thiết bị lớnkhó mà tránh khỏi những tổn hao dung dịch hấp thụ, mà nước là chất hấp phụ rẻ, dễkiếm

 Khi hấp thụ hóa học có thể sử dụng những chất hấp phụ sau: dung dịchmonoetanolamin , amoniac, những dung dịch cacbonatnatri, cacbonatcanxi…Nhữngphân tử của khí thành phần hòa tan trong dung dịch đi vào phản ứng với nhữngphân tử thành phần họat tính của chất hấp phụ Đa số các phản ứng tỏa nhiệt vàthuận nghịch, do đó khi tăng nhiệt độ dung dịch thì hợp chất hóa học tạo thành đượcphân hủy và sẽ tách ra những thành phần ban đầu

 NH3 tan trong nước phát nhiều nhiệt và cho dung dịch có d <1 (dung dịch NH3

25% có d = 0.91g/cm3) Nếu đun nóng lên 100oC thì tất cả NH3 trong dung dịchbay hơi hết

 Do sự lai hóa sp3 của nguyên tử nitơ mà cặp electron hóa trị tự do (ở N) phân

bố trên 1 ON sp3 được định hướng rõ rệt trong không gian, vì vậy phân tử NH3 rất

dễ cho cặp electron đó tạo nên liên kết cho- nhận (liên kết phối trí) với các nguyên

tử khác và liên kết có độ phân cực lớn ( NH3 = 1.47D)

 Cặp electron hóa trị tự do và tính phân cực của liên kết N-H tạo nên liên kếthyđrô giữa các phân tử NH3, vì vậy NH3 dễ bị nén, có nhiệt bay hơi cao và tan nhiềutrong nước.

 Ở nhiệt độ thường chỉ cần áp suất 67 atm là có thể hóa lỏng nó (nhờ khả năngnày và có nhiệt bay hơi cao nên NH3 được dùng làm tác nhân lạnh Ở trạng tháilỏng amoniac là một dung môi phân cực tốt cho nhiều hợp chất

 Cũng do có cặp electron hóa trị tự do và ít bền mà NH3 có họat tính hóa họccao Nó có thể cho 3 lọai phản ứng: phản ứng cộng ,phản ứng khử và phản ứng thế,trong đó đặc trưng hơn cả là phản ứng cộng

Amoniac cộng hợp được với rất nhiều chất: nước , axít và muối

 Quan trọng nhất là phản ứng cộng với nước Khi tan trong nước, NH3 tác dụngvới nước theo sơ đồ sau:

NH3 + HOH  NH4 + OH

- Sự xuất hiện ion OH- tạo nên môi trường bazơ của dung dịch ( nhưng là bazơyếu vì có hằng số điện ly K = 1,8.10-5 ) Trong dung dịch amoniac luôn có một cânbằng kép:

 Chẳng hạn, các muối amoni hầu hết tan trong nước, khi tan nó điện ly hòantòan Các muối amoni cũng dễ kết tinh và có mạng tinh thể giống muối kali Cácmuối amoni không bền, ngay ở nhiệt độ thường chúng cũng có mùi NH3, có khí

NH3 tự tách ra, như muối (NH4)2CO3 để trong không khí mất dần NH3 biến thành

NH4HCO3 Còn đối với các muối amoni khác khi đun nóng đều bị phân hủy

Muối amoni của axít kết hợp càng mạnh thì càng bền Ví dụ trong dãy NH4F –

NH4Cl – NH4Br – NH4I độ bền nhiệt của muối tăng dần

 Tuy nhiên, khi nhiệt phân muối amoni không phải trường hợp nào cũng đềucho NH3 tách ra, mà tùy theo gốc axít kết hợp Nếu axít kết hợp có tính oxy hóa thìtùy theo mức độ oxy hóa của axít mà khi nhiệt phân muối amoni sẽ tạo ra N2 haynitơ oxít ( vì NH3 có tính khử, bị oxy hóa biến thành nitơ hoặc oxít nitơ ) Ví dụ

NH4Cl + NaOH = NH3 + NaCl + H2O

 Ngoài những phản ứng cộng như trên đã nói, NH3 còn cho một lọai phản ứngkết hợp đặc biệt với các muối tạo thành những hợp chất có thành phần giống nhưnhững hyđrát gọi là các amoniacat

Ví dụ: AgNO3.2NH3, CuSO4.4NH3… Hoặc tạo thành các hợp chất phức với nhiềumuối

 NH3 bền ở nhiệt độ thường nhưng khi đun nóng đến 300oC nó bắt đầu phân hủy

và ở 600oC nó phân hủy gần như hoàn toàn:

NH3 600 0C

 N2 + 3H2

 H2 tạo thành làm cho NH3 nóng có tính khử mạnh

 N-3 có thể bị oxy hóa lên các trạng thái oxy hóa cao hơn của nitơ, đặc biệt là

dễ bị oxy hóa lên NO(N2) và N+2 (NO)

 NH3 không cháy trong không khí ở nhiệt độ thường Nhưng nếu đun nóng lên

 Phản ứng này là cơ sở để điều chế HNO3 trong công nghiệp Các chất oxy hóanhư: CuO, Br2, Cl2 nước Javen oxy hóa được NH3 thành N2:

Ví dụ: ở 350oC , Natri tác dụng được với NH3 cho amiđua natri NaNH2:

2 Na + 2 H3N = 2 NaNH2 + H2

 Ngoài ra, natri còn có thể thay thế 2 nguyên tử hyđrô tạo thành imiđua natri

Na2NH và thế cả ba nguyên tử hyđrô để tạo thành nitrua Na3H

 Ở nhiệt độ cao, rất nhiều kim lọai tạo được nitrua vói amoniac:

 Về nguyên liệu , người ta dùng nitơ lấy từ không khí bằng phương pháp chưngphân đọan, còn hyđrô là sản phẩm điện phân nước hoặc lấy từ khí than ướt

NH3 là một trong những hóa chất cơ bản của công nghiệp hóa học Phần lớn NH3

được dùng để tổng hợp HNO3 và các muối amoni, đặc biệt trong công nghiệp sảnxuất phân đạm Một phần NH3 được dùng làm chất sinh hàn trong các máy lạnh

Các muối amoni ngòai tác dụng làm phân đạm còn có nhiều tác dụng khác, như

NH4Cl dùng để làm sạch kim lọai, NH4NO3 dùng để điều chế thuốc nổ

 Trong phòng thí nghiệm, NH3 là một bazơ yếu quan trọng, được dùng trongnhiều phản ứng tạp phức

CH ƯƠNG 2

(3) và từ bồn cao vị nước được dẫn qua hệ thống lưu lượng kế (4) đưa vào tháp (5)

ở phía trên, đồng thời bồn cao vị có ống chảy tràng để ổn định mực chất lỏng Hỗnhợp khí NH3 và không khí được quạt hút (8), hút đưa qua hệ thống lưu lượng kế vàdẫn vào tháp đi từ dưới lên Nước từ trên chảy xuống, hỗn hợp khí từ dưới lên tiếpxúc với nhau xảy ra quá trình hấp thu trong lòng chất lỏng, lượng khí trơ thóat rangòai ở đỉnh tháp và dung dịch NH3 được xả bỏ ra môi trường ở đáy tháp

CHƯƠNG 3 CÂN BẰNG VẬT CHẤT.

ĐỀ:

 Năng suất tính theo hỗn hợp vào 800 (m3/h)

 Nhiệt độ hỗn hợp khi vào là 300C (điều kiện làm việc ở nhiệt độ và áp suấtthường)

 Nồng độ hỗn hợp khí vào chiếm 4% thể tích chất cần hấp thu

 Nồng độ của pha lỏng la 0% mol của cấu tử cần hấp thụ

 Hệ số dư chất lỏng hấp thu riêng 1.4

 Hiệu suất hấp thu của tháp là 85%

 Nhiệm vụ và nội dung tính toán

y



04 0 1

04 0

 = 0.042 (kmolNH3/kmol khí trơ)

Gmin

=

đ c

c đ X X

Y Y





* max

( IX.11, STT2/141)

Với: Xc*=

đ

đ Y m m

Y

) 1 ( 

 =3.276(30..276042 1)0.042 = 0.0125(kmolNH3/kmoldm)

m = H P =

6 735

10 00241

= 3.276suy ra: Lmin = 0.0420.0125 0.0063 Gtr = 88.279 (kmol/h)

Lth =  Lmin = 1.4 x 88.279 = 123.5906 (kmol/h)