đồ án môn học hấp thu

Hấp thu là quá trình trong đó một hỗn hợp khí được cho tiếp xúc với chất lỏng nhằm mục đích hoà tan chọn lựa một hay nhiều cấu tử của hỗn hợp khí để tạo nên một dung dịch các cấu tử tron

TT- TNTH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM – SINH HỌC VÀ MÔI TRƯỜNG

BỘ MÔN MÁY & THIẾT BỊ

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN ……… ……… ……… ……… 4

CHƯƠNG II : TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG ……… ………… ……… ……… ……… …… 8

CHƯƠNG III : TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH ……… ……… 11

CHƯƠNG IV : TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ ……… ……… ………19

CHƯƠNG V : KẾT LUẬN ………… ……… ……… ……… ……28

Trong quá trình sản xuất hóa học thường chúng ta thu được hỗn hợp nhiều cấu tử , muốn tiếp tục gia công chế biến , chúng ta phải tách chúng ra thành từng cấu tử Có nhiều phương pháp để tách hỗn hợp khí ra thành cấu tử :

-Phương pháp hoá học

-Phương pháp cơ lý ( dựa vào tính chất hoá lỏng ở các nhiệt độ khác nhau )-Phương pháp hút : Dùng chất lỏng hay chất rắn xốp để hút

Nếu dùng chất lỏng gọi là quá trình hấp thu và nếu dùng chất rắn thì quá trình gọi la hấp phụ

Hấp thu là quá trình trong đó một hỗn hợp khí được cho tiếp xúc với chất lỏng nhằm mục đích hoà tan chọn lựa một hay nhiều cấu tử của hỗn hợp khí để tạo nên một dung dịch các cấu tử trong chất lỏng , khí được hút gọi là chất bị hấp thu , chất lỏng dùng để hút gọi là dung môi Khí không bị hấp thụ là khí trơ Quá trình hấp thụ đóng một vai trò quan trọng trong sản xuất nó được ứng dụng để :

-Thu hồi các cấu tử quý

-Làm sạch khí

-Tách hỗn hợp thành cấu tử riêng

-Tạo thành sản phẩm cuối cùng

Khi thu hồi các cấu tử quý chúng ta phải tiến hành quá trình nhã hấp sau khi hấp thu để thu hồi các cấu tử và dung môi

Khi làm sạch khí quá trình nhã hấp không cần thiết nếu dung môi rẻ tiền , dễ kiếm

A:THIẾT BỊ HẤP THỤ :

Trong sản xuất có thể có dùng nhiều loại thiết bị khác nhau để thực hiện quá trình hấp thụ Tuy nhiên yêu cầu cơ bản của thiết bị vẫn là diện tích bề mặt tiếp xúc phải lớn để tăng hiệu suất của quá trình , có hai loại tháp hấp thụ là tháp mân và tháp đĩ a

Tháp chưng cất và tháp hấp thụ rất đa dạng phong phú về kích thướt và ứng dụng Các tháp lớn nhất thường được dùng trong công nghiệp lọc hoá dầu , lớn và phức tạp là tháp dùng để chưng cất dung môi , không khí lỏng và công nghiệp hóa chất nói chung Tuỳ theo năng suất đường kính tháp có thể từ 0,3 m đến 9m , số mâm có thể từ vài mâm đến nhiều mâm Khoảng cách mâm có thể từ 150mm đến hay ít hơn đến khoảng 1m Tháp có thể hoạt động ở áp suất cao hay thấp , từ nhiệt

mâm có thể sử dụng

Trong đề tài này em trình bày là tháp mân :

Tháp mân gồm thân tháp hình trụ thẳng đứng trong có gắn các mân có cấu tạo khác nhau trên đó pha lỏng và pha hơi được tiếp xúc trực tiếp với nhau Chất lỏng

đi vào tháp ở đỉnh hoặc tại một mân thích hợp nào đó và chảy xuống do trọng lực qua mỗi mân bằng ống chảy truyền Pha hơi hoặc pha khí đi từ dưới lên qua mỗi mân bằng các khe hở trên mân do cấu tạo khác nhau của mân tạo nên Quá trình chung cả tháp được xem như là tiếp xúc pha nghịch dòng mặc dù trên mỗi mân haipha tiếp xúc giao dòng

Số mân trong tháp tuỳ thuộc vào mức độ phân riêng của hai pha và được xác định bằng phương trình cân bằng vật chất giữa hai pha và cân bằng pha Hiệu suất mâm được xác sau khi đã có thiết bị cơ khí và các đièu kiện hoạt động của tháp , và từ đó xác định được số mân thực

Đường kính của tháp phụ thuộc vào suất lượng của pha lỏng và pha khí trong tháp , khi đã xác định được số mân lý thuyết ,vấn đề chính là thiết kế tháp là chọn các kích thướt và cách sắp xếp sao cho dung hoà được một số yếu tố trái ngược nhau Nói chung các điều kiện để mân có hiệu suất cao lại dẫn đến các khó khăn trong điều hành tháp

Đểâ mân có hiệu suất cao , thì hoạt động mức chất lỏng trên mâm và vận tốc khíphải lớn , điều này có thể gây ra sự lôi cuốn cơ học các giọt lỏng trong lỏng hơi từ mân dưới lên mân trên , làm giảm sự biến đổi nồng độ tạo nên bởi quá trình truyềnkhối và như vậy làm giảm hiệu suất mâm

Ngoài ra nó còn tạo nên độ giảm áp lớn cho pha khí , làm tăng công suất máy nén khí cho tháp hấp thụ hoặc tăng nhiệt độ sôi ở nồi đun của tháp chưng cất Cuối cùng độ giảm áp cao của pha khí làm cho tháp dễ bị ngập lụt khi hoạt động

B: GIỚI THIỆU THÁP MÂM:

-Tháp mâm gồm thân hình trụ thẳng đứng trong đó gắn các mâm có cấu tạo

khác nhau trên đó pha lỏng và pha hơi được cho tiếp xúc nhau

-Số mâm trong tháp tuỳ thuộc vào mức độ phân riêng của hai pha và được xác

định từ phương trình cân bằng vật chất giữa hai pha và cân bằng pha

-Hiệu suất mâm được xác định sau khi đã có thiết kế cơ khí và các điều kiện

hoạt động của tháp từ đó xác định được số mâm thực

-Đường kính tháp phụ thuộc vào suất lượng của pha lỏng,pha khí qua tháp -Để mâm có hiệu suất cao thì khi hoạt động mức chất lỏng trên mâm và vận tốc

khí phải lớn

C: ĐẶC TRƯNG CHUNG:

-Thân tháp và mâm:được làm bằng vật liệu phụ thuộc vào mức độ ăn mòn của

môi trường làm việc.Thân tháp thường có hình trụ tròn,chế tạo thành từng đoạn tháp ghép với nhau bằng mặt bích.Mâm được gắn cố định vào tháp

-Khoảng cách mâm:thường được chọn trước trên cơ sở điều kiện chế tạo,bảo

trì,chi phí hợp lý sau đó kiểm tra lại khi tháp hoạt động đảm bảo không hụt

-Đường kính tháp:tương ứng với suất lượng pha lỏng,pha khí đã cho phải đủ để

khi tháp hoạt động không gây trạng thái lụt hoặc lôi cuốn pha lỏng lên mâm quá nhiều

-Ống chảy chuyền:có thể có tiết diện là hình viên phân hoặc hình tròn,thường

chiếm từ 10-15%tiết diện tháp và để lại 70-80% tiết diện tháp cho quá trình tiếp xúc giữa hai pha Ống chảy chuyền phải được kéo gần sát đến mâm dưới để giữ một lớp chất lỏng trong ống ngăn không cho pha khí thổi tắt vào ống

-Gờ chảy tràn :chiều cao mực chất lỏng trên mâm được duy trì bằng gờ chảy

tràn,có thể là phần kèo dài lên khỏi mâm của ống chảy chuyền.Để bảo đảm sự phân phối đồng đều pha lỏng trên mâm,gờ chảy tràn có thể bằng 60-65% đường kính tháp

-Chuyển động của các dòng lỏng trên mâm:tuỳ thuộc vào suất lượng dòng lỏng

chảy trên mâm mà ống chảy chuyền có thể được bố trí khác nhau do đó tạo nên các dòng chảy pha lỏng khác nhau

Trong thực tế có nhiều loại tháp chưng cất: tháp mâm chóp,tháp mâm xuyên lỗ,tháp đệm … Tuỳ thuộc vào mỗi loại mà ta thiết kế cho phù hợp.Ở đây chúng ta khảo sát thiết bị đĩa chóp Như vậy đối với tháp chóp cũng như các thiết bị khác cũng cần có tính chất về kỹ thuật tương đối cao:

1 Đảm bảo trở lực của tháp nhỏ

2 Thời gian vận hành ổn định

3 Kích thước đĩa (đường kính lỗ đĩa, bước lỗ, tiết diện tự do, chiều cao, tiết diện làm viêc….)

D: THIẾT BỊ CHÍNH: (THÁP CHÓP)

1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc:

Trên mâm có gắn các chóp và ống chảy chuyền Ống chảy chuyềncóthể có tiết diện hình tròn Một ống hay nhiều tuỳ theo suất lượng pha lỏng Chóp có thể là hình tròn hay dạng khác Ở chóp có rãnh xung quanh để pha khí đi qua, rãnh chóp có thể là hình chữ nhật hay hình tròn

Chóp được lắp vào mâm bằng nhiều cách khác nhau Sự chuyển động của pha lỏng và khí trong tháp như sau: chất lỏng đi từ trên xuống theo ống chảy chuyền từ mâm trên xuống mâm dưới Khí đi từ dươí lên qua ống khí xuyên qua các rãnh chóp để sục vào lớp mỏng trên mâm

Hiệu quả của quá trình này phụ thuộc rất nhiều vận tốc khí và chiều cao lớp chất lỏng trên mâm Nếu vận tốc khí nhỏ thì phạm vi sục khí nhỏ hoặc không sục vào lớp lỏng được

Nếu vận tốc khí quá lớn thì quá trình sục khí cũng sẽ ảnh hưởng.Hoặc là chất lỏng bị lôi cuốn theo dòng khí hoặc chất lỏng có thể bị dạt ra một vùng

2: KHÁI QUÁT VỀ DUNG MÔI

Nước la một dung môi rẻ tiền , dễ kiếm và cũng thoã mãn những tính chất cơ bản của một dung môi hấp thụ , nước có vai trò quan trọng trong tự nhiên , trong đời sống Trong sản xuất , nước là chất hoạt động tham gia vào nhiều loại phản ứngkhác nhau , đóng vai trò rất khác nhau trong các phản ứng hoá học

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ hoà tan của khí trong nước :

1 Aùp suất : khi tăng áp suất thì quá trình truyền khối sẽ tăng nhưng gây khó khăn cho việc chế tạo thiết bị

2 Nhiệt độ : nhiệt độ tăng thì động lực truyền khối tăng

Nếu mục đích của quá trình hấp thụ là tạo nên một dung dịch sản phẩm nhất

định thì dung môi được xác định bởi bản chất của sản phẩm

Nếu mục đích của quá trình hấp thụ là tách các cấu tử của hỗn hợp khí thì khi đó ta có thể lựa chọn dung môi tốt dựa trên những tính chất sau:

1 Độ hoà tan chọn lọc

2 Độ bay hơi tương đối

3 Tính ăn mòn của dung dịch

4 Chi phí

5 Độ nhớt

Trong thực tế , không có một dung môi nào cùng lúc đáp ứng được tất cả các tính chất trên , do đó khi chọn phải dựa vào những điều kiện cụ thể khi thực hiện quá trình hấp thụ

ĐỀ BÀI : Tháp làm việc ở điều kiện thường Hàm lượng CO2 trong không khí banđầu là 5% theo thể tích Tỉ lệ hấp thụ là 85% , lưu lượng dòng khí trơ là 600 m3/h Lượng dung môi sử dụng bằng 1.5 lượng dung môi tối thiểu Dung môi vào tháp là tinh khiết , các thông số tự chọn Thiết kế tháp đĩa để hấp thu CO2 từ khí thải

TÓM TẮT ĐỀ BÀI:

05,0

600

h kmol RT

Gtro = Gy.(1-yd) = 24,15.(1-0.05) = 22,94 (kmol/h)

I.1 PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG CÂN BẰNG:

mX

)1

c d tr

X X

Y Y G

G

L Y X

G

L

−+

=2490,77 X + 0,008

II.1.TÍNH KÍCH THƯỚT THÁP HẤP THU

II.1.1.TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP : Chọn tháp chóp (tròn)

Vtb vận tốc tb đi trong tháp ( m3/s)

Wtb tốc độ khí trung bình đi trong tháp ( m/s)

Vd Lưu lượng hỗn hợp đầu ở điều kiện làm việc

Vc Lưu lượng khí thải ra khỏi tháp ( m3/h)

Vd = 600 (m3/h)

Vc = Vtro(1-Yc)

Yc Nồng độ cấu tử phân bố trong khí thải (m3/m3kt)

Vtro Lưu lượng khí trơ

ϕ{ } là hệ số tính đến sức căng bề mặt

Y co co co kk

.4,22

273.)1(

273.29)

029.01(44.029

.,

m Kg

=

−+

)Khối lượng riêng của pha lỏng ςx= 996 Kg/m3)

vậy Wtb=

184,1

9996.184,1.25,08,0.065

H = Nt.(Hđ+δ) + 0,8 ± 1 (STT2-IX.54)

Nt số đĩa thực

Chiều dày đĩa chọn là = 3 mm

0,8 ±1 là khoảng cách cho phép ở đỉnh và đáy thiết bị

05,01

03,

II.1.3 CHẾ ĐỘ THUỶ ĐỘNG TRONG THÁP

II.1.3.1 TÍNH TOÁN CHÓP ( CHỌN CHÓP TRÒN )

Số chóp phân bố trên đĩa

D: đường kính trong của tháp

Khoảng cách từ mặt đĩa đến chân chóp chọn S =20 (mm)

Chiều cao khe chóp : b =

x

y g

V h

y

2 3600

4

π

Vy Lưu lượng khí đi trong tháp (m3/h) = 587,28 (m3/h)

ξ Hệ số trở lực của đĩa chóp chọn ξ =1.5

15.05,0

3600

28,587

4

π

b = 55810 558

99681

9

184154

5

5

, ) ( ,

,

, ,

Với C là khoảng cách giữa các khe chọn C =3(mm)

b là chiều cao khe chóp b=25mm

→ i = ) 47,1

25.4

5070

Chọn i bằng 48 khe

Bước tối thiểu của chóp trên đĩa tmin= dch+2Sch+l2

Với l2 là khoảng cách nhỏ nhất giữa các chóp

2 y

y w

ς

ξ Hệ số trở lực chọn ξ=S

ςy Khối lượng của pha khí (Kg/m3)

Wy Vận tốc khí qua rãnh chóp Wy= 5,65 (m/s)

Trở lực của đĩa do sức căng bề mặt ∆p s

H C O

H C O

H

o o

o

2 2

2 2

20 20

8,726,

69

Khi rãnh chóp mở hoàn toàn :

a : Chiều rộng rãnh, a=5mm

b : Chiều cao khe chóp b=25mm

2

3 34,31( /10

p s = =

b h g

x x x

h

c

F

f h h f h f

F h h

ς

ςς

ς

.)

(.)

)(

hx Chiều cao lớp chất lỏng không lẫn bọt trên đĩa :

hch Chiều cao chóp

,

) ( )

(

)

(

13

2

1

0

22

2

2 2 2

Pb R

R b R

4

14360

f:Tổng diện tích các chóp trên đĩa (m2)

(

K P

G x

Gx Lưu lượng lỏng trung bình đi trong tháp (m3/s)

F

Ltro (vào) = 57138,37( kmolh)

Ltro(ra)= Ltro(vào).(1+Xc)

(

=+L ra vao

L tro tro

(kmol/h)

016.996.360

996

4,

025,0205,0.(

81,9.4,

IV.1 TÍNH CHIỀU DÀY THÁP

Thân không có lỗ

Dt<650mm hàn bằng hồ quang điện , hàn giáp mối 1 bên có tấm lót khắp chu vi

ϕ =0,9 ( Bảng XII.8-STT2)

Thiết bị phụ thuộc nhóm II loại 2 :η=1 ( Bảng XII.2-STT2)

IV.2 ÁP SUẤT TÍNH TOÁN TRONG THIẾT BỊ :

P tính toán ∆p=14098,4 (N/m2)

Ưùng suất cho phép của thép X18H10T theo giới hạn bền được xác định theo công

6,2

10

,1

10

0.10.066

Sthực = Smin+S= 3+0,25 = 3,25 (mm)

Chọn S=4mm

IV 3 TÍNH ĐÁY VÀ NẮP THIẾT BỊ

Chiều dày nắp và đáy bằng chiều dày thân S=4mm

Vật liệu : Thép không rỉ X18H10T

Chọn đáy và nắp elíp có gờ

0180785

,

Vy=600 (m3/h) = 0,163 (m3/s)

15.785,0

163,0

BÍCH :

BÍCH NỐI ỐNG DẪN ( Tra bảng XIII.26-STT )

Nắp và đáy elíp tiêu chuẩn có gờ , hg=25mm

2 2

lượng

1 tai treo (Kg)

lượng

1 taitreo(Kg)

IV.5 TÍNH THIẾT BỊ PHỤ

IV.5.1 BƠM

lỏng trung tính , sạch hoặc hơi bẩn

Các thông số bơm :

1 Năng suất ( m3/h : 8 ± 290

2 Aùp suất toàn phần (m) 18 ± 25

4 Nhiệt độ : (oC) < 80 oC

5 Chiều cao hút :( m) 4 ± 5,5

Vật liệu :

Vỏ ngoài và bánh guồng bằng gang

Trục làm bằng thép cacbon

1014

3

01804

4

2

, ,

,

d

w L

22

2 2

L

∑

+ ξλ

10018

99610292

=

,

, ,

, lg(

284749

868

1

λ

, ,

.

, ) ,

1000

819055118

64

996

,

,

, , ,

2 1

2 2

p p g

w w

ξ

−+

Nối vào ống dẫn mép nhọn ξ=0

Lối ra ống dẫn ξ=1

2

,

,

p p

2

2 2

588132616819292

1

, ,

.

, ,

321819600292

, , ,

CHI TIẾT VẬT LIỆU KHỐI LƯỢNG (Kg)

Tiền công chế tạo T2 =T1

Chi phí khác như lắp đặt , chạy thử , thiết kế bốc dỡ T3 =20% T1 =7,460,000 đồng

Tổng giá thành T= 82,064,000 đồng

Qua những gì đã học và thực hành chúng em đã hiểu rõ được phần nào môn đồ án môn học Các quá trình và thiết bị truyền khối là một trong những quá trình cơ bản mấu chốt của công nghiệp hóa chất , thực phẩm , dược phẩm Đặc điểm của môn đồ án là đòi hỏi người học phải có kiến thức rộng cả môn toán , hóa học ,thậm chí cả về kỹ thuật Vì vậy có thể nói là môn học tương đối phức tạp

nhưng với sự hướng dẫn của Thầy VÕ THANH HƯỞNG , chúng em đã hiểu thấu

rõ vấn đề của môn đồ án hơn em xin cám ơn Thầy đã tận tình hướng dẫn chúng

em hoàn thành môn học này Do môn đồ án này cũng không thâït hoàn hảo nhưng đó là nỗ lực tìm hiểu của chúng em Chúng em xin chân thành cám ơn Thầy