Đồ án công nghệ H3PO4

Axit photphoric là một hóa chất thương mại rất quan trọng, được sản xuất vớisản lượng lớn, mức độ tiêu thụ axit photphoric do vậy được coi như một chỉ số kinh tếquan trọng để đánh giá sứ

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

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

Axit photphoric là một hóa chất thương mại rất quan trọng, được sản xuất vớisản lượng lớn, mức độ tiêu thụ axit photphoric do vậy được coi như một chỉ số kinh tếquan trọng để đánh giá sức mạnh công nghiệp của một quốc gia, đặc biệt là các nướcđang phát triển Công nghệ sản xuất axit photphoric vì thế cũng luôn được quan tâm vàkhông 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 thườngnồng độ cao nhất khoảng 85% là nồng độ cần thiết và được sử dụng rộng khắp trongcác 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 Quátrình thiết bị cũng như nhiều môn học có liên quan Qua việc tính toán cụ thể về yêucầu công nghệ, kết cấu thiết bị, để có một quy trình phù hợp với yêu cầu sản xuất, đápứng được yêu cầu kĩ thuật và giá thành thiết bị phù hợp trong sản xuất để giúp sinh viêncủng 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 côKhoa Hóa học & Công nghệ thực phẩm, đã hướng dẫn, giúp đỡ chúng em trong quátrình 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

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/cm2thu được khi làm lạnh nhanh hơi photpho, là chất rắn trong suốt nếu tinh khiết, nhưngthường 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 các nguyên tử P trong

P4 kém bền nên photpho trắng hoạt động hoá học mạnh Photpho trắng không tan trong

nước, nhưng tan trong CS2, benzene Photpho trắng rất độc và gây bỏng da nặng khóchữa

Photpho trắng bị oxy hoá trong không khí ngay ở nhiệt độ thường và phát quangtrong bóng tối Khi cọ xát nhẹ hoặc đun nóng nhẹ photpho trắng cháy toả nhiều nhiệt,

vì vậy phải giữ photpho trắng dưới nước

Khi chiếu sáng hoặc đun nóng không có không khí ở 250-3000C, photpho trắngchuyển thành photpho đỏ Photpho đỏ có khối lượng riêng biến đổi từ 2 đến 2,4 g/cm3.Photpho đỏ gồm một số dạng thù hình đều là polymer không tan trong nước và CS2.Photpho đỏ hoạt động hoá học kém hơn photpho trắng Khi đun nóng mạnh photpho đỏbay 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

I.1.3.1.Trạng thái tự nhiên

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 ỞLào 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 cóchứa 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

nhóm tứ diện PO4, liên kết với nhau bằng liên kết hydro Cấu trúc đó vẫn còn được giữlại trong dung dịch đậm đặc của axit ở trong nước và làm cho dung dịch đó sánh giốngnhư nước đường Axit photphoric tan trong nước đó được giải thích bằng sự tạo thànhliên kết hydro giữa những phân tử H3PO4 và những phân tử H2O Khi đun nóng dần đến

2600C, axit photphoric mất dần nước và biến thành axit điphotphoric (H4P2O7), ở 3000Cbiến thành axit metaphotphoric (HPO3)

Thị trường H3PO4 có nồng độ 85-90%, có khối lượng riêng 1,7-1,75g/cm3, dungdịch 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 một cách

dễ dàng

Các thông số của axit photphoric:

 Khối lượng phân tử: 98 g/mol

 Khối lượng riêng: 1,87 g/cm3

3 (M3PO4) (hay còn gọi là các muối trung hoà) với M là kim loại hoá trị I

Nước, Hơi nước Đốt, hydrat hóa tạo axit Tách khí và sol axit

Làm nguội axit Khí thải

Nước

Trộn phối liệu Bụi thu hồi

Phero-photpho Điều chế photpho Canxi silicat

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

 Tác dụng với oxit bazơ:

I.2.2.2.Tính oxy hoá khử

Khó bị khử ở nhiệt độ thường (<350-4000C), ở nhiệt độ cao là chất oxy hoá yếu(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 bềmặt kim loại, hương vị trong nước ngọt, sản xuất dược phẩm, sản xuất các sản phẩmgốc photphat,

Axit Photphoric thực phẩm: Dùng trong sản xuất phân bón, xử lý nước, xử lý bềmặt kim loại, hương vị trong nước ngọt, sản xuất dược phẩm, sản xuất các sản phẩmgốc 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 khử photpho

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 lượng không khí

dư P2O5 tạo thành được hấp thụ ngay trong tháp cho axit photphoric và đi ra vẫn cònnóng ở nhiệt độ khoảng 900C Đầu tiên axit hình thành có nồng độ khoảng 80-85% Sảnphẩm này sau khi được làm nguội sẽ quay vòng lại để làm chất hấp thụ tiếp theo hoặc

để làm nguội cho sản phẩm mới hình thành Bằng cách này có thể thu được sản phẩmaxit có nồng độ đậm đặc hoặc siêu đậm đặc, sản phẩm có độ tinh khiết cao

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

Khoa Hóa Học Và Công Nghệ Thực Phẩm Trang 5 Chuyên Ngành Hóa Dầu

 Ưu điểm:

o Phương pháp nhiệt điện thu được axit photphoric sản phẩm cónồng độ bất kỳ (cho đến 100% H3PO4) và có độ sạch cao

o Nguyện liệu dùng cho phương pháp nhiệt đa dạng hơn (dùng bất

kỳ photphat nào) Có thể dùng những photphat nghèo mà khôngcần làm giàu

 Nhược điểm: Tiêu tốn nhiều điện năng

Một số nhà máy đang sử dụng công nghệ sản xuất này như: Tập đoàn hoá chấtviệt 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 cho tới

khi 60-70% hạt quặng có kích thước nhỏ hơn 0,15mm và sau đó được đưa liên tục vàothiết bị phản ứng với axit sunfuric.

Ca3(PO4)2 + 3H2SO4(L)  3CaSO4 + 2H3PO4

Khi axit photphoric tiếp xúc với bề mặt hạt quặng, phản ứng trao đổi bắt đầu xảy

ra Trong điều kiện không có khuấy trộn thì chỉ sau một thời gian rất ngắn trên bề mặthạt quặng xuất hiện dung dịch bão hoà của canxi sunfat, ngăn cản axit sunfuric tiếp tụckhuếch tán vào bề mặt ngoài quặng ra ngoài Khi phản ứng trao đổi dừng lại, khu vựcxảy ra phản ứng sẽ nguội dần và bắt đầu xuất hiện kết tinh của canxi sunfat Ngay sau

đó canxi sunfat sẽ bao bọc lấy toàn bộ hạt quặng Canxi sunfat kết tinh dưới hai dạngthù hình Dạng ngậm hai phân tử nước xuất hiện trong điều kiện bão hoà ở nhiệt độthấp hơn và tạo thành những tinh thể hình kim lớn hơn Dạng ngậm 0,5 phân tử nước lànhững tinh thể lớn hơn hình kim sẽ làm cho lớp canxi sunfat bọc xung quanh hạt quặng

có những lỗ hổng tạo điều kiện cho quá trình khuếch tán của các phân tử axit vẫn tiếptục xảy ra Còn dạng ngậm nước 0,5 phân tử nước sẽ tạo một lớp vỏ đặc khít ngăn chặnhầu như hoàn toàn các quá trình khuếch tán qua lại Phải khuấy trộn hỗn hợp liên tục vàtránh không sử dụng axit sunfuric quá đặc

Sau khi kết thúc người ta loại bỏ CaSO4 không tan và cô đặc dung dịch H3PO4thu được sản phẩm Dung dịch axit này chưa tinh khiết Các tinh thể được tách ta cầnphải rửa để thu hồi được ít nhất 99% axit photphoric trong phần lọc được

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 phải loãngthì 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 côngnghiệp sản xuất axit photphoric theo phương pháp trao đổi người ta lựa chọn các thông

số kỹ thuật phù hợp đặc biệt là nhiệt độ và nồng độ, kể cả dạng sản phẩm canxi sunfathình thành sao cho tách được một cách dễ dàng nhất ra khỏi dung dịch và hiệu quả kinh

tế đạt cao nhất

Các công đoạn chính là: Phân huỷ quặng photphat (quá trình thực hiện phản ứngtrao đổi), lọc, rửa tách axit photphoric ra khỏi bã (gồm canxi sunfat và các tạp chất íttan 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 chân không

Nước rửa lần 2/3 Bã và CaSO4.0.5H2O

Axit sunfuric Tinh quặng photphat

Phản ứng trao đổi tạo axit Xử lý khí thải và hơi nước

Huyền phù axit và thạch cao

Ủ kết tinh CaSO4.0.5H2O Nước sạch

Lọc, rửa

Nguyên lý cô đặc kiểu sủi bọt là cho khí lò sục qua lớp axit, thiết bị cô đặc kiểusục gồm có: 1 buồng bằng thép, bên trong có gạch chịu axit Phương pháp cô đặc kiểusủi 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 chân khôngkiểu ống chùm ngang Hơi đi trong ống còn axit đi trong không gian ngoài ống, thiết bịđược hút chân không bằng hệ thống phun tia ngưng tụ

Hút chân không có nhược điểm: Tốn nhiều chì và kim loại chịu axit, điều kiệnlàm 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 thì chỉthu 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

o Nguyên liệu phải đảm bảo thành phần photpho cao

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

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 ta thấytrong hai phương pháp trên chỉ có phương pháp nhiệt luyện là đáp ứng được yêu cầu vềhiệu suất và chất lượng

CHƯƠNG II: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

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

II.1.1. Thùng hóa lỏng photpho

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 chophotpho ở bên ngoài, mức nước gia nhiệt trong thùng sẽ được nâng lên và chảy tràn rangoài nhưng vẫn luôn giữ một lớp nước trên mặt Sau khoảng 15÷20 phút thì photpho

sẽ chảy ra hết khỏi phuy Photpho hóa lỏng ở nhiệt độ 420C và được tháo vào bình tinhchế photpho lỏng số 3

II.1.2. Thùng tinh chế photpho lỏng

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 lưu lượngtrước khi bơm lên thiết bị số 4 Trong suốt quá trình phải kiểm soát mức photpho nếukhông 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 bề mặt tạo thành P2O5,khí này được quạt hút theo đường ống dẫn khí đưa ra tháp đệm trước khi thải ra môitrường

- Dòng 1: Axit có nồng độ 85% được đưa vào thiết bị trao đổi nhiệt rồi dẫn qua bộlọc 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 hạnồng độ axit xuống còn 80% Sau đó trở về tưới vào tháp hấp thụ 5.

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

II.1.4. Thiết bị trao đổi nhiệt

Axit photphoric ra khỏi tháp 5 có nhiệt độ 70÷800C được bơm cung cấp đến thiết

bị trao đổi nhiệt số 10, nước được đưa trực tiếp từ thùng cao vị để giải nhiệt cho H3PO4,

có nhiệt độ 320C Nước được dẫn từ dưới lên trên, axit đi theo chiều ngược lại qua cáctấm bản Axit đi ra có nhiệt độ 40÷500C được đưa lên bộ phân chia Nước ra có nhiệt độ

là 370C theo đường ống dẫn nước về cooling tower Tại đây nước được giải nhiệt xuốngcòn 320C rồi về lại thiết bị trao đổi nhiệt với dòng axit mới

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

II.1.6. Tháp tách giọt

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 mù axittạo 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 đỡ đệm.Cùng với trở lực của các lớp đệm, các mù axit va vào nhau tạo thành những giọt lỏnglớn hơn và rơi xuống đáy tháp

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

II.1.7. Tháp tách mù

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, phíatrên luôn có lớp nước bảo vệ không cho photpho vàng tiếp xúc với không khí Dùngpalang điện số 1 nâng thùng phuy P4 đặt vào thùng nấu chảy số 2 P4 được hóa lỏngbằng 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 photpho lỏng

3 để lắng cặn, sau đó photpho lỏng được bơm lên bồn nén số 4, đường ống bơm có gắnthiết 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 Tại đây photpho lỏngđược dòng khí nén phun ở dạng sương nhờ các rãnh xoáy trong bec phun vào buồngđốt, kết hợp với khí bốc cháy tạo P2O5 Axit photphoric loãng 80% ở bồn axit cao vị số

13 chảy màng từ trên vành phân phối răng cưa xuống 2 bên thành tháp kết hợp với P2O5sinh ra trong tháp sẽ xảy ra quá trình hấp thụ tạo H3PO4 ở đáy tháp số 5 cùng với mộtlượng mù axit có lẫn P2O5 chưa hấp thụ hết Lượng mù có lẫn P2O5 tiếp tục được hấpthụ nhờ dòng H3PO4 đi vào giữa tháp

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

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

- Nếu nồng độ 80÷85% thì sẽ được bơm dẫn lên thùng axit cao vị số 13 trộn với dòng

H3PO4 35% để đạt nồng độ 80% Sau đó axit này được chảy màng vào 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, hỗnhợp mù và P2O5 sẽ được hấp thụ bằng những giọt axit 35% được phun vào từ bồn 11btạo thành những giọt axit lớn hơn và chảy vào tháp tách giọt số 7 cùng với một 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 tháp chảydần 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 tụ chảy

về thùng chứa axit loãng số 11b Khí thải sẽ được dẫn ra ở trên đỉnh tháp và đem xử lýbằng NaOH trước khi thải ra môi trường

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

III.1. Cân bằng vật chất

III.1.1. Tính toán các điều kiện ban đầu

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

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 cóphương 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 mol oxy,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 oxy mangvào có 6 mol nitơ Như vậy tổng mol pha khí là

d d

y y

0,08 0,012

0,046

d c 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:

+ +

(kmol P2O5 /kmol nước)Nồng độ phần mol tương đối của P2O5 trong dung môi

0, 212

0, 269

c c

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

m X

=+ −

(kmol P2O5 /kmol khí trơ)

( 1)

Y X

m

=

+

(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 tiết diệnbất kỳ tới phần trên của thiết bị

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=(yd – yc) =(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

(kmol H2O/kmol không khí)

Lượng dung môi đi vào thiết bị:

Gx= Gtr = 0,23x620,05 = 142,61 (kmol/h)Phương trình đường làm việc cho một đoạn tháp bất kỳ:

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

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

Đối với pha khí:

Áp dụng công thức:

: Khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp khí đi trong tháp

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)

mkk = 2,12 g/l

 Vậy: Mytb = ytb × Mp2o5 + (1-ytb) ×Mkk = 8,275 (kg/kmol)

Đối với pha khí:

Áp dụng công thức:

2 2

1,56.10 ( / )

kk

y y

kk

Ns m

Ns m M

Ns m

µµµ

III.1.2.1.2. Đường kính tháp

Áp dụng công thức:

4.

( ) 3600 0,785.

Trong đó:

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

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

yd yc ytb tro tb

G G

Ytb= 0,046 (kmol P2O5/kmol khí trơ)

Lưu lượng khí trung bình đi trong tháp Gytb:

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( / )

3122,512

3101, 453( / )2

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

xd xc xtb

xd tr tr

xc xd bihapthu

xd xc xtb

xtb tb tb H O xtb

.

xtb xtb xtb

3

s d ytb x

d xtb n

ytb x

y xtb

Y

g V G X G

ρρ

d

σ

Bề mặt riêng của đệm, m2/m3Tháp hấp thụ mang tính axit chọn nên ta chọn đệm Rasig đổ lộn xộn cho thápđệm bằng sứ kích thước 30x30x3,5 Theo (IX.8, trang 193[1]) ta có :

µx,µn: Độ nhớt của pha lỏng theo nhiệt độ trung bình và độ nhớt của nước

3

G

ρ ρ

y xtb

G X G

ρρ

165 0,605

1,005.10

xtb s

Tốc độ độ thích hợp theo phương pháp này thường bằng khoảng:

Quy chuẩn ta lấy 0,6 (m)

Mật độ tưới thực tế:

3 2

x tt

x tt t

tt th

U

- Vậy đệm thấm ướt tốt

III.1.2.2. Tính chiều cao tháp đệm

Áp dụng công thức tính chiều cao lớp đệm:

Hđ = my.hy (m)

Trong đó:

My : Số đơn vị chuyển khối xác định theo nồng độ trong pha hơi (khí)

Hy : Chiều cao của một đơn vị chuyền khối

h1,h2 : Chiều cao của một đơn vị chuyển khối pha khí, pha lỏng (m)

Gx, Gy: Lưu lượng trung bình của pha lỏng, pha khí (kg/h)m: Hệ số góc của đường cong cân bằng

Tính h1:

2 0,25 3

d

y y d

Rey : Chuẩn số reynol cho pha hơi

Pry : Chuẩn số Prandt cho pha hơi

y y

y y

P

D

µ ρ

: Khối lượng riêng trung bình của pha khí, (kg/m3)

- Dy : Hệ số khuếch tán của pha khí, m2/s

2 5

7 1,5

2 1/3 1/3

, ukk : Thể tích mol của P2O5, không khí (cm3/mol)

Tra bảng VIII.2 – II(tr127)