đồ án quy trình sản xuất axit photphoric

Một trong những ngành có sự đóng góp to lớn đến ngành công nghiệp thế giới nói chung và nước ta nói riêng, đó là ngành công nghiệp hóa học. Đặc biệt là ngành hóa chất cơ bản, trong số đó có axit photphoric.Axit photphoric là một hóa chất thương mại rất quan trọng, được sản xuất với sản lượng lớn, mức độ tiêu thụ axit photphoric do vậy được coi như một chỉ số kinh tế quan trọng để đánh giá sức mạnh công nghiệp của một quốc gia, đặc biệt là các nước đang phát triển. Công nghệ sản xuất axit photphoric vì thế cũng luôn được quan tâm và không ngừng được cải tiến, hiện đại hóa để tăng năng suất và giảm ô nhiễm môi trường. Axit photphoric dùng trong kỹ thuật không đòi hỏi cao về nồng độ, thông thường nồng độ cao nhất khoảng 85% là nồng độ cần thiết và được sử dụng rộng khắp trong các ngành như nông nghiệp, hóa chất thí nghiệm, thực phẩm. Đồ án công nghệ là môn học mang tính tổng hợp lại kiến thức của môn học Quá trình thiết bị cũng như nhiều môn học có liên quan. Qua việc tính toán cụ thể về yêu cầu công nghệ, kết cấu thiết bị, để có một quy trình phù hợp với yêu cầu sản xuất, đáp ứng được yêu cầu kĩ thuật và giá thành thiết bị phù hợp trong sản xuất để giúp sinh viên củng cố kĩ năng trước khi tiếp xúc trực tiếp với máy móc trong các nhà máy.Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Quốc Hải, cùng các quý thầy cô Khoa Hóa học Công nghệ thực phẩm, đã hướng dẫn, giúp đỡ chúng em trong quá trình làm đồ án. Tuy nhiên, trong quá trình làm bài không thể không có sai xót, chúng em rất mong quý thầy cô góp ý, chỉ dẫn để đồ án được hoàn thiện và chính xác hơn.

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 4

I.1 Cơ sở lý thuyết của quá trình 4

I.1.1 Nguyên liệu tổng hợp H3PO4 4

I.1.2 Tính chất hóa lý 4

I.1.3 Trạng thái tự nhiên - Điều chế và ứng dụng 4

I.1.3.1 Trạng thái tự nhiên 4

I.1.3.2 Điều chế 5

I.1.3.3 Ứng dụng 5

I.2 Tổng quan về H3PO4 5

I.2.1 Tính chất vật lý 5

I.2.2 Tính chất hoá học 6

I.2.2.1 Tính axit 6

I.2.2.2 Tính oxy hoá khử 7

I.2.3 Ứng dụng 7

I.3 Các quy trình công nghệ điển hình 7

I.3.1 Quy trình sản xuất axit photphoric bằng phương pháp nhiệt luyện 7

I.3.2 Quy trình sản xuất axit photphoric bằng phương pháp trích ly 9

I.4 Đánh giá lựa chọn quy trình công nghệ 12

CHƯƠNG II: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 13

II.1 Hoạt động của các thiết bị chính trong quy trình công nghệ 13

II.1.1 Thùng hóa lỏng photpho 13

II.1.2 Thùng tinh chế photpho lỏng 13

II.1.3 Tháp đốt hấp thụ 13

II.1.4 Thiết bị trao đổi nhiệt 14

II.1.5 Ventury 14

II.1.6 Tháp tách giọt 14

II.1.7 Tháp tách mù 14

II.2 Thuyết minh sơ đồ 15

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 17

III.1 Cân bằng vật chất 17

III.1.1 Tính toán các điều kiện ban đầu 17

III.1.2 Tính các thông số cơ bản của tháp 20

III.1.2.1 Tính đường kính tháp đệm 20

III.1.2.1.1 Tính khối lượng riêng trung bình 20

III.1.2.1.2 Đường kính tháp 22

III.1.2.2 Tính chiều cao tháp đệm 27

III.1.2.3 Trở lực của tháp đệm 31

III.2 Cân bằng năng lượng 33

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ 35

IV.1 Tính bề dày tháp 35

IV.1.1 Bề dày thân 35

IV.1.2 Tính bề dày đáy và nắp 37

IV.1.3 Tính bích ghép thân tháp 37

IV.2 Tính các đường kính ống 38

IV.2.1 Lưu lượng khí 38

IV.2.2 Ống dẫn khí ra ở đỉnh 38

IV.2.3 Ống dẫn axit vào tháp 39

IV.2.4 Ống dẫn nước vô khoáng vào 39

IV.2.5 Ống dẫn lỏng ra 39

IV.3 Tính toán lưới đỡ đệm 39

IV.4 Tính đĩa phân phối lỏng 40

IV.5 Tai treo 40

IV.5.1 Tính khối lượng của toàn tháp chính 40

CHƯƠNG V : TÍNH THIẾT BỊ PHỤ 44

V.1 Tính toán bơm 44

V.1.1 Áp suất toàn phần do bơm tạo ra 44

V.1.2 Công thức tính công suất bơm 47

LỜI NÓI ĐẦU

Một trong những ngành có sự đóng góp to lớn đến ngành công nghiệp thếgiới nói chung và nước ta nói riêng, đó là ngành công nghiệp hóa học Đặc biệt làngành hóa chất cơ bản, trong số đó có axit photphoric

Axit photphoric là một hóa chất thương mại rất quan trọng, được sản xuấtvới sản lượng lớn, mức độ tiêu thụ axit photphoric do vậy được coi như một chỉ sốkinh tế quan trọng để đánh giá sức mạnh công nghiệp của một quốc gia, đặc biệt làcác nước đang phát triển Công nghệ sản xuất axit photphoric vì thế cũng luôn đượcquan tâm và không ngừng được cải tiến, hiện đại hóa để tăng năng suất và giảm ônhiễm môi trường

Axit photphoric dùng trong kỹ thuật không đòi hỏi cao về nồng độ, thôngthường nồng độ cao nhất khoảng 85% là nồng độ cần thiết và được sử dụng rộngkhắp trong các ngành như nông nghiệp, hóa chất thí nghiệm, thực phẩm

Đồ án công nghệ là môn học mang tính tổng hợp lại kiến thức của môn họcQuá trình thiết bị cũng như nhiều môn học có liên quan Qua việc tính toán cụ thể

về yêu cầu công nghệ, kết cấu thiết bị, để có một quy trình phù hợp với yêu cầu sảnxuất, đáp ứng được yêu cầu kĩ thuật và giá thành thiết bị phù hợp trong sản xuất đểgiúp sinh viên củng cố kĩ năng trước khi tiếp xúc trực tiếp với máy móc trong cácnhà máy

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Quốc Hải, cùng các quý thầy

cô Khoa Hóa học & Công nghệ thực phẩm, đã hướng dẫn, giúp đỡ chúng em trongquá trình làm đồ án Tuy nhiên, trong quá trình làm bài không thể không có saixót, chúng em rất mong quý thầy cô góp ý, chỉ dẫn để đồ án được hoàn thiện vàchính xác hơn

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

I.1 Cơ sở lý thuyết của quá trình

I.1.1 Nguyên liệu tổng hợp H 3 PO 4

Nguyên liệu chính để sản xuất axit photphoric hiện nay là photpho

I.1.2 Tính chất hóa lý

Photpho là chất rắn tồn tại ở nhiều dạng thù hình Photpho trắng có d=1,84 g/

cm2 thu được khi làm lạnh nhanh hơi photpho, là chất rắn trong suốt nếu tinh khiết,nhưng thường có màu vàng nhạt do lẫn tạp chất Photpho trắng có mạng lưới phân

tử, nút lưới là các P4 liên kết với nhau bằng lực Van der Walls Liên kết giữa cácnguyên tử P trong P4 kém bền nên photpho trắng hoạt động hoá học mạnh Photphotrắng không tan trong nước, nhưng tan trong CS2, benzene Photpho trắng rất độc vàgây bỏng da nặng khó chữa

Photpho trắng bị oxy hoá trong không khí ngay ở nhiệt độ thường và phátquang trong bóng tối Khi cọ xát nhẹ hoặc đun nóng nhẹ photpho trắng cháy toảnhiều nhiệt, vì vậy phải giữ photpho trắng dưới nước

Khi chiếu sáng hoặc đun nóng không có không khí ở 250-3000C, photphotrắng chuyển thành photpho đỏ Photpho đỏ có khối lượng riêng biến đổi từ 2 đến2,4 g/cm3 Photpho đỏ gồm một số dạng thù hình đều là polymer không tan trongnước và CS2 Photpho đỏ hoạt động hoá học kém hơn photpho trắng Khi đun nóngmạnh photpho đỏ bay hơi, ngưng tụ hơi thu được photpho trắng

Khi đun nóng ở 200-2200C dưới áp suất rất cao, photpho trắng biến thànhphotpho đen có dạng giống như graphit, có khối lượng riêng bằng 2,7 g/cm3

I.1.3 Trạng thái tự nhiên - Điều chế và ứng dụng

Trong tự nhiên photpho tồn tại chủ yếu dưới dạng muối canxi photpho như:Quặng photphorit Ca3(PO4)2, quặng apatit 3Ca3(PO4) CaF2 hay 3Ca3(PO4)2 CaCl2

Ở Lào Cai có mỏ apatit với trữ lượng lớn

Photpho tồn tại trong cơ thể động vật Xương có các hợp chất 3Ca3(PO4)2.Ca(OH)2 và 3Ca3(PO4)2 CaCO3 H2O Axit nucleic là chất polymer hữu cơ phức tạp

có chứa các gốc photphat Photpho có trong sữa, máu, tế bào thần kinh, óc

I.1.3.2 Điều chế

Trong công nghiệp: Photpho được sản xuất bằng cách nung hỗn hợp quặngphotphorit (hoặc apatit) với cát và than cốc ở 12000C trong lò điện

Ca3(PO4)2 + 3SiO2 + 5C  3CaSiO3 + 2P + 5CO

Hơi photpho thoát ra ngưng tụ khi làm lạnh, thu photpho trắng dạng rắn

Axit photphoric là chất rắn kết tinh, không màu, không mùi, hút ẩm Hòa tan

vô hạn trong etanol và nước (với bất kì tỉ lệ nào), có khuynh hướng chậm đông ởtrạng thái lỏng, phân hủy khi đun nóng vừa phải Trong cấu trúc tinh thể của nógồm có những nhóm tứ diện PO4, liên kết với nhau bằng liên kết hydro Cấu trúc đóvẫn còn được giữ lại trong dung dịch đậm đặc của axit ở trong nước và làm chodung dịch đó sánh giống như nước đường Axit photphoric tan trong nước đó đượcgiải thích bằng sự tạo thành liên kết hydro giữa những phân tử H3PO4 và nhữngphân tử H2O Khi đun nóng dần đến 2600C, axit photphoric mất dần nước và biếnthành axit điphotphoric (H4P2O7), ở 3000C biến thành axit metaphotphoric (HPO3)

Thị trường H3PO4 có nồng độ 85-90%, có khối lượng riêng 1,7-1,75g/cm3,dung dịch này sánh đặc nhưng có thể rót từ lọ được

Nếu nồng độ cao hơn nữa thì độ nhớt tăng lên và không thể lấy ra được mộtcách dễ dàng

Các thông số của axit photphoric:

 Khối lượng phân tử: 98 g/mol

 Khối lượng riêng: 1,87 g/cm3

 Nhiệt độ nóng chảy: 42,350C

 Nhiệt độ sôi: 1580C

 Nhiệt độ phân hủy: 2130C

 Tác dụng với kiềm tuỳ theo tỉ lệ số mol giữa axit và dung dịch kiềm

mà ta thu được các muối khác nhau: M: Na, K

H3PO4(L) + 3NaNO3  NaPO3 + HNO3 + H2O (3300C)

 Tác dụng với oxit bazơ:

Khó bị khử ở nhiệt độ thường (<350-4000C), ở nhiệt độ cao là chất oxy hoáyếu (có thể tác dụng với kim loại và đặc biệt là tác dụng với thạch anh và thuỷ tinh)

I.2.3 Ứng dụng

Axit Photphoric kỹ thuật: Dùng trong sản xuất phân bón, xử lý nước, xử lý

bề mặt kim loại, hương vị trong nước ngọt, sản xuất dược phẩm, sản xuất các sảnphẩm gốc photphat,

Axit Photphoric thực phẩm: Dùng trong sản xuất phân bón, xử lý nước, xử lý

bề mặt kim loại, hương vị trong nước ngọt, sản xuất dược phẩm, sản xuất các sảnphẩm gốc photphat,

I.3 Các quy trình công nghệ điển hình

I.3.1 Quy trình sản xuất axit photphoric bằng phương pháp nhiệt luyện

Phương pháp nhiệt điện để diều chế axit photphoric dựa trên cơ sở khửphotpho từ photphat canxi ở nhiệt độ cao (1400÷16000C) trong lò điện Hơi photpho

đi ra khỏi lò được dòng không khí hoặc hơi nước xé tơi tơi ra và được đốt với lượngkhông khí dư P2O5 tạo thành được hấp thụ ngay trong tháp cho axit photphoric và

đi ra vẫn còn nóng ở nhiệt độ khoảng 900C Đầu tiên axit hình thành có nồng độkhoảng 80-85% Sản phẩm này sau khi được làm nguội sẽ quay vòng lại để làmchất hấp thụ tiếp theo hoặc để làm nguội cho sản phẩm mới hình thành Bằng cáchnày có thể thu được sản phẩm axit có nồng độ đậm đặc hoặc siêu đậm đặc, sảnphẩm có độ tinh khiết cao

Sơ đồ công nghệ sản xuất axit photphoric bằng phương pháp nhiệt

Nước

o Nguyện liệu dùng cho phương pháp nhiệt đa dạng hơn (dùngbất kỳ photphat nào) Có thể dùng những photphat nghèo màkhông cần làm giàu.

 Nhược điểm: Tiêu tốn nhiều điện năng

Một số nhà máy đang sử dụng công nghệ sản xuất này như: Tập đoàn hoáchất việt nam VINACHEM, công ty apatit Việt Nam…

I.3.2 Quy trình sản xuất axit photphoric bằng phương pháp trích ly

Được tiến hành bằng cách đun quặng photpho đã được nghiền nhỏ với axitsunfuric loãng có nồng độ khoảng 60-80% Quặng photphat được sấy, nghiền chotới khi 60-70% hạt quặng có kích thước nhỏ hơn 0,15mm và sau đó được đưa liêntục vào thiết bị phản ứng với axit sunfuric

Sau khi kết thúc người ta loại bỏ CaSO4 không tan và cô đặc dung dịch

H3PO4 thu được sản phẩm Dung dịch axit này chưa tinh khiết Các tinh thể đượctách ta cần phải rửa để thu hồi được ít nhất 99% axit photphoric trong phần lọcđược

Đây là phản ứng dị thể chuyển hoá từ canxi photphat hầu như không tan sangcanxi sunfat ít tan, do đó đòi hỏi diện tích tiếp xúc lớn và dung dịch axit cần phảiloãng thì thời gian và hiệu suất chuyển hoá cao Ngược lại sản phẩm axit photphoric

sẽ loãng, muốn có axit thương phẩm thì phải tốn năng lượng để cô đặc Vì vậy,trong công nghiệp sản xuất axit photphoric theo phương pháp trao đổi người ta lựachọn các thông số kỹ thuật phù hợp đặc biệt là nhiệt độ và nồng độ, kể cả dạng sảnphẩm canxi sunfat hình thành sao cho tách được một cách dễ dàng nhất ra khỏidung dịch và hiệu quả kinh tế đạt cao nhất

Các công đoạn chính là: Phân huỷ quặng photphat (quá trình thực hiện phảnứng trao đổi), lọc, rửa tách axit photphoric ra khỏi bã (gồm canxi sunfat và các tạpchất ít tan khác của silic, nhôm, sắt, magie, asen…) và cô đặc thành thương phẩm

Thiết bị chủ yếu dùng để cô đặc axit photphoric là: Sục bọt và hút chânkhông

Nguyên lý cô đặc kiểu sủi bọt là cho khí lò sục qua lớp axit, thiết bị cô đặckiểu sục gồm có: 1 buồng bằng thép, bên trong có gạch chịu axit Phương pháp côđặc kiểu sủi bọt có ưu điểm là nhanh, nhưng có nhược điểm là tạo nhiều mùn axit

Quá trình cô đặc chân không được thực hiện trong thiết bị bay hơi chânkhông kiểu ống chùm ngang Hơi đi trong ống còn axit đi trong không gian ngoàiống, thiết bị được hút chân không bằng hệ thống phun tia ngưng tụ

Hút chân không có nhược điểm: Tốn nhiều chì và kim loại chịu axit, điềukiện làm việc phức tạp, thiết bị dễ bị đông kết tủa

Sản phẩm thu được (H3PO4) thường có nồng độ từ 40-50% (nếu gạn lọc thìchỉ thu được axit có nồng độ khoảng 30%) và chứa nhiều tạp chất

Sơ đồ công nghệ sản xuất axit photphoric bằng phương pháp trích ly

photphat

Đồ Án Công Nghệ Khóa 2010 Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu

Sản phẩm axit photphoric

Ủ kết tinh

Lọc, rửa

- Trên thế giới hiện cũng đang phát triển một số công nghệ mới sản xuất axitphotphoric nhằm giảm tiêu hao nguyên liệu và năng lượng, nâng cao chất lượng sảnphẩm

I.4 Đánh giá lựa chọn quy trình công nghệ

Như đã biết để sản suất H3PO4 có hai phương pháp:

- Phương pháp nhiệt luyện

- Phương pháp trích ly

Do yêu cầu về nồng độ sản xuất H3PO4 là 85% theo yêu cầu bài cho thì tathấy trong hai phương pháp trên chỉ có phương pháp nhiệt luyện là đáp ứng đượcyêu cầu về hiệu suất và chất lượng

CHƯƠNG II: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

II.1 Hoạt động của các thiết bị chính trong quy trình công nghệ

Nhiệt độ của hơi nước duy trì trong thùng phuy là 60÷650C

Photpho rắn được đưa vào từng mẻ, mỗi mẻ 3 thùng, mỗi thùng 200kg Trênthùng có 3 giá đỡ dùng để quay úp các thùng photpho rắn vào Nước sẽ gia nhiệt

cho photpho ở bên ngoài, mức nước gia nhiệt trong thùng sẽ được nâng lên và chảytràn ra ngoài nhưng vẫn luôn giữ một lớp nước trên mặt Sau khoảng 15÷20 phút thìphotpho sẽ chảy ra hết khỏi phuy Photpho hóa lỏng ở nhiệt độ 420C và được tháovào bình tinh chế photpho lỏng số 3.

Tiếp nhận photpho lỏng từ thiết bị số 2 và tinh chế trước khi bơm lên thiết bị

số 4, thiết bị được gia nhiệt bằng hơi nước bên ngoài vỏ

Photpho được chuyển từ thùng số 2 xuống thùng 3 qua van để ổn định lưulượng trước khi bơm lên thiết bị số 4 Trong suốt quá trình phải kiểm soát mứcphotpho nếu không photpho sẽ chảy tràn ra ống xuống đất Trong quá trình photpho

đi từ 2 xuống 3 sẽ xảy ra quá trình xáo trộn photpho làm một ít photpho nổi lên bềmặt tạo thành P2O5, khí này được quạt hút theo đường ống dẫn khí đưa ra tháp đệmtrước khi thải ra môi trường

- Dòng 1: Axit có nồng độ 85% được đưa vào thiết bị trao đổinhiệt rồi dẫn qua bộ lọc axit sau đó về bồn chứa sản phẩm

- Dòng 2: Có nồng độ 80÷85% được đưa lên thiết bị 13 trộn với

H3PO4 35% để hạ nồng độ axit xuống còn 80% Sau đó trở về tưới vào tháphấp thụ 5

Lượng mù và khí chưa hấp thụ hết được tiếp tục dẫn qua ventury

Axit photphoric ra khỏi tháp 5 có nhiệt độ 70÷800C được bơm cung cấp đếnthiết bị trao đổi nhiệt số 10, nước được đưa trực tiếp từ thùng cao vị để giải nhiệtcho H3PO4, có nhiệt độ 320C Nước được dẫn từ dưới lên trên, axit đi theo chiềungược lại qua các tấm bản Axit đi ra có nhiệt độ 40÷500C được đưa lên bộ phânchia Nước ra có nhiệt độ là 370C theo đường ống dẫn nước về cooling tower Tại

đây nước được giải nhiệt xuống còn 320C rồi về lại thiết bị trao đổi nhiệt với dòngaxit mới.

to va vào thành và va đập với nhau

Ở đầu ventury người ta tưới H3PO4 để hấp thụ một phần P2O5 trước khi quatháp tách giọt và có tác dụng làm khí thải sẽ sạch hơn

Lượng khí và mù axit chưa hấp thụ hết vào phía dưới tháp tách, gần trên đỉnhtháp có nước từ thùng nước vô khoáng chảy qua các đệm hấp thụ lượng P2O5 và mùaxit tạo thành axit H3PO4 loãng 35% chảy xuống thùng số 11b

Toàn thân tháp được chia làm 2 lớp đệm, mỗi lớp cách nhau bằng lớp đỡđệm Cùng với trở lực của các lớp đệm, các mù axit va vào nhau tạo thành nhữnggiọt lỏng lớn hơn và rơi xuống đáy tháp

Phần mù và khí thải tiếp tục qua tách tách mù số 8

Tiếp nhận dòng khí cùng với lượng mù axit chưa hấp thụ hết ở tháp tách giọt

số 7 để cho ngưng tụ hết lượng axit và giảm thiểu lượng P2O5 thải ra ngoài

II.2 Thuyết minh sơ đồ

Photpho vàng được nhập về xưởng ở dạng rắn trong các thùng phuy 200kg,phía trên luôn có lớp nước bảo vệ không cho photpho vàng tiếp xúc với không khí.Dùng palang điện số 1 nâng thùng phuy P4 đặt vào thùng nấu chảy số 2 P4 được hóalỏng bằng hơi nước gia nhiệt (nhiệt độ 55÷600C) bên ngoài vỏ áo

Photpho lỏng từ thùng nấu chảy số 2 được thả xuống bồn tinh chế photpholỏng 3 để lắng cặn, sau đó photpho lỏng được bơm lên bồn nén số 4, đường ốngbơm có gắn thiết bị làm nóng Photpho lỏng từ bồn nén số 4 được nén bằng không

khí với áp suất P = 0,8÷1 kg/cm2 vào bec phun trên đỉnh tháp đốt hấp thụ số 5 Tạiđây photpho lỏng được dòng khí nén phun ở dạng sương nhờ các rãnh xoáy trongbec phun vào buồng đốt, kết hợp với khí bốc cháy tạo P2O5 Axit photphoric loãng80% ở bồn axit cao vị số 13 chảy màng từ trên vành phân phối răng cưa xuống 2bên thành tháp kết hợp với P2O5 sinh ra trong tháp sẽ xảy ra quá trình hấp thụ tạo

H3PO4 ở đáy tháp số 5 cùng với một lượng mù axit có lẫn P2O5 chưa hấp thụ hết.Lượng mù có lẫn P2O5 tiếp tục được hấp thụ nhờ dòng H3PO4 đi vào giữa tháp

Tại tháp đốt hấp thụ số 5 axit có nhiệt độ 60÷650C dưới đáy tháp được kiểmtra nồng độ:

- Nếu nồng độ đủ 85% thì sẽ được bơm tuần hoàn qua thiết bị trao đổinhiệt 10 để hạ nhiệt độ xuống 45÷500C, tiếp tục dẫn qua bộ lọc axit số 12 sau đóđưa vào thùng chứa axit thành phẩm số 11a

- Nếu nồng độ 80÷85% thì sẽ được bơm dẫn lên thùng axit cao vị số 13trộn với dòng H3PO4 35% để đạt nồng độ 80% Sau đó axit này được chảy màngvào hai bên tháp số 5 để hấp thụ P2O5 sinh ra

Mù axit và P2O5 chưa được hấp thụ sẽ được dẫn vào ventury số 6 Tại đây,hỗn hợp mù và P2O5 sẽ được hấp thụ bằng những giọt axit 35% được phun vào từbồn 11b tạo thành những giọt axit lớn hơn và chảy vào tháp tách giọt số 7 cùng vớimột lượng mù axit dư chưa được hấp thụ

Trong tháp tách giọt số 7, lượng mù axit cùng với P2O5 đi từ đáy tháp lên sẽđược hấp thụ bởi dòng axit 35% tưới từ trên xuống Dòng axit ngưng tụ trong thápchảy dần xuống bồn chứa số 11b

Hỗn hợp mù và khí P2O5 chưa hấp thụ hết ở tháp tách giọt số 7 được hút vàotháp tách mù số 8 Tại đây, mù axit sẽ được giữ lại bên trong lõi lọc và ngưng tụchảy về thùng chứa axit loãng số 11b Khí thải sẽ được dẫn ra ở trên đỉnh tháp vàđem xử lý bằng NaOH trước khi thải ra môi trường

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

Hỗn hợp đầu vào là hỗn hợp khí nên nồng độ phần thể tích cũng chính lànồng độ phần mol

Khi đốt nóng, photpho cháy trong không khí tạo ra các oxit của photpho:

Thiếu oxi: 4P+3O2→2P2O3 (1)

điphotpho trioxit

Dư oxi: 4P +5O2→2P2O5 (2)

điphotpho pentaoxit

Với hiệu suất đốt cháy H=100%, nghĩa là P cháy tạo ra duy nhất khí P2O5 ta

có phương trình phản ứng như (2)

Với 1mol P đưa vào, cần 5/4 mol oxy để đốt cháy hết và tạo ra ½ mol P2O5

Ta lấy dư 1,2 phần mol oxy để đảm bảo quá trình cháy hết Vậy cần 6/4 moloxy, sau khi cháy hết photpho còn lại ¼ mol oxy

Trong không khí oxy chiếm 1/5, còn lại 4/5 là nitơ Vậy với 6/4 mol oxymang vào có 6 mol nitơ Như vậy tổng mol pha khí là

y y

0,044

tb tb

tb

Y y

Y

  (kmol P2O5/kmol hỗn hợp khí)Lưu lượng hỗn hợp khí:

Nồng độ cuối của P2O5 trong nước: x’c = 68 % khối lượng

 Nồng độ phần mol của P2O5 trong dung môi:

c

x X

x

  (kmol P2O5 /kmol nước)

Xây dựng đường cân bằng và đường làm việc

Phương trình đường cân bằng có dạng:

1 (1 )

mX Y

0,0839.10

55,52.760

Y



 (Kmol P2O5 /kmol H2O)

Phương trình đường làm việc

Phương trình cân bằng vật liệu đối với khoảng thể tích thiết bị kể từ một tiếtdiện bất kỳ tới phần trên của thiết bị

G Y Y G X XTrong đó:

Xd: Nồng độ ban đầu của cấu tử hấp thụ trong dung môi (kmol P2O5 /kmol

H2O)

Yc: Nồng độ cuối của cấu tử cần hấp thụ trong hỗn hợp khí (kmol P2O5

/kmol khí trơ)

Gx: Lưu lượng dung môi đi vào thiết bi hấp thụ (kmol/h)

Gtr: Lượng khí trơ đi vào thiết bị hấp thụ (kmol/h)

Từ phương trình cân bằng vật liệu ta có:

Nồng độ cuối của cấu tử cần hấp thụ trong dung môi:

Xc=Gtr Gx(yd – yc) =1l(yd-yc) = 0.269(kmol P2O5 /kmol H2O)Lượng dung môi tiêu tốn thực tế:

0,074 0,012

0, 23

0, 269

d c c

y y X

Gtrơ(Y-Yc) = Gx(X-Xd)

 Phương trình đường làm việc: Y=0,23X + 0,012

III.1.2 Tính các thông số cơ bản của tháp

III.1.2.1 Tính đường kính tháp đệm III.1.2.1.1 Tính khối lượng riêng trung bình Đối với pha lỏng

 ,H O2 : Khối lượng riêng của P2O5 và H2O ở 60oC, kg/m3

Tra bảng : I.5 và I.2 (sổ tay quá trình và thiết bị tập 1) tại 60oC

Áp dụng công thức:

My: Phân tử lượng trung bình của hỗn hợp khí

To: Nhiệt độ ở đktc To=273oKT: Nhiệt độ làm việc của tháp

Po: Áp suất ở ĐktcP: Áp suất làm việc của tháp P = 2 atm

p: Áp suất làm việc, đo bằng mmHg (2atm = 1520mmHg)

T: Nhiệt độ làm việc không khí tính bằng oC (T = 60oC)

xtb : Phần mol trung bình của P2O5 trong hỗn hợp lỏng.

2 , P O 2 5

H O

 

: Độ nhớt của P2O5 và H2O ở 60oCTra bảng (I.102[1])

1,56.10 ( / )

kk

y y

kk

Ns m

Ns m M

- Vytb: Lượng khí trung bình đi trong tháp, m3/h

-  : Tốc độ trung bình đi trong tháp, m/stb

Tính lưu lượng thể tích khí và lỏng trung bình đi trong tháp:

3

( / )

ytb ytb tb

- Gytb: Lưu lượng khí trung bình đi trong tháp, kmol/h

- Mytb: Khối lượng phân tử trung bình của khí trong tháp, kg/kmol

- ytb: Khối lượng riêng trung bình của khí trong tháp,kg/m3

(1 )2

Ytb= 0,046 (kmol P2O5/kmol khí trơ)

Lưu lượng khí trung bình đi trong tháp Gytb:

Gytb = 620,05x(1-0,046) = 591,53(kmol/h)

3

591,53.8, 275

8090, 76( / )0,605

ytb

Lượng hơi trung bình trong tháp (kmol/h):

Gy = Gytb.Mytb= 4894,9 (kmol/h)

Lưu lượng lỏng trung bình đi trong tháp:

171,133.18 3080,394( / )

3122,5123101,453( / )2

0,106 142 (1 0,106) 18 31.144

xd xc xtb

xd tr tr

xc xd bihapthu

xd xc xtb

với:

0,16 2

3

s d ytb x

d xtb n

ytb x

y xtb

Y

g V

G X G

µx,µn: Độ nhớt của pha lỏng theo nhiệt độ trung bình và độ nhớt củanước ở 60oC, Ns/m2

3

G X G

165 0,605

1,005.10

xtb s