THIẾT kế THÁP đệm hấp THỤ KHÍ h2s BẰNG nước (autosaved)

Với nội dung khảo sát thiết kế tháp đệm xử lý với năng suất tính theo hỗn hợp khí vào thiết bị 300, nồng độ trong hỗn hợp khí đầu vào là 40% thể tích.. Hệ hai cấu tử Nếu lượng khí đơn ch

BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ

MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

********

BÁO CÁO ĐỒ ÁN CÁC QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ

TRONG CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

Tp Hồ Chí Minh ,Ngày 20 tháng 11 năm 2018

BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

BÁO CÁO ĐỒ ÁN CÁC QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ

TRONG CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

Tp Hồ Chí Minh ,Ngày 20 tháng 11 năm 2018

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN HỌC PHẦN

HỌ VÀ TÊN SINH VIÊN: Đặng Hữu Ngân

MSSV: 15091601 LỚP: DHHO11E

1 Tên đề tài:

Tính toán và thiết kế hệ thống thiết bị hấp thu làm việc liên tục (tháp đệm), dùng để tách H2S ra khỏi hỗn hợp H2S và không khí

2 Số liệu ban đầu:

- Năng suất tính theo suất lượng hỗn hợp vào tháp là 820 m3/h

- Hỗn hợp nhập liệu vào tháp ở nhiệt độ 32oC và áp suất thường

- Khí H2S chiếm 10% thể tích trong hỗn hợp ban đầu

- Hiệu suất quá trình hấp thu là 80%

- Hệ số dư sử dụng dung môi là 1,1 Xem dung môi ban đầu là tinh khiết

3 Yêu cầu về nội dung:

- Chọn dung môi sử dụng và tổng quan

- Cân bằng vật chất

- Tính toán và thiết kế thiết bị chính

- Tính toán - chọn bơm và máy nén

- Bản vẽ (khổ A1): 1 bản vẽ sơ đồ hệ thống thiết bị và 1 bản vẽ chi tiết

4 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 10/09/2018.

5 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 11/11/2018.

6 Họ và tên GVHD: ThS Trương Văn Minh

Ngày 20 tháng 12 năm 2017 TỔ TRƯỞNG BỘ MÔN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) ThS Trần Hoài Đức ThS Trương Văn Minh PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN Người duyệt: ……….

Đơn vị: ………

Ngày bảo vệ ……….

Điểm tổng kết:………

Nơi lưu trữ: ………

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy ThS Trương Văn Minh, đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình học tâp, thực hành môn các quá trình và thiết bị hoá học

Em chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trong khoa Công nghệ Hoá Học đã cấp phòng thực hành, cung cấp đầy đủ hoá chất, dụng cụ và thiết bị trong suốt quá trình học của chúng em

Em chân thành cảm ơn ban lãnh đạo Trường Đại học Công nghiệp TP Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện học tập thuận lợi, cơ sở vật chất toàn diện để chúng em học tập một cách tốt nhất

Cuối cùng em kính chúc quý Thầy, Cô dồi dào sức khoẻ và thành công trong

sự nghiệp cao quý, đạt được nhiều thành tích tốt đẹp trong công việc

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

(Ký ghi họ và tên) ThS Trương Văn Minh

MỤC LỤ

CHƯƠNG I TỔNG QUÁT VỀ KHí HIDRO SUNFUA 9

1.1 Tính chất vật lý 9

1.2 Tính chất hoá học 10

CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐỘ HÒA TAN CHẤT KHÍ TRONG PHA LỎNG 11

2.1 Hệ hai cấu tử 12

2.2 Hệ nhiều cấu tử 12

2.3.Dung dịch lỏng lí tưởng 13

2.4 Dung dịch lỏng không lý tưởng 13

CHƯƠNG III: TỔNG QUÁT VỀ QUÁ TRÌNH HẤP THỤ 14

3.1 Định nghĩa hấp thụ 14

3.2 Phân loại 15

3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ 15

3.4 Cân bằng vật chất cho quá trình hấp thụ 16

3.5 Ứng dụng của quá trình hấp thụ 20

3.6 Lựa chọn dung môi 20

3.7 Tháp hấp thụ 21

CHƯƠNG IV: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 33

4.1.Quy trình công nghệ 33

4.2 Thuyết minh sơ đồ công nghệ 2

CHƯƠNG 5: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 3

6.1 Tính đường kính tháp: 7

6.2 Tính chiều cao thiết bị theo số đơn vị chuyển khối 12

CHƯƠNG 7: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ 17

7.1 Tính đường kính ống dẫn: 17

7.2 Tính chiều dày tháp 18

7.3 Đường kính ngoài của tháp 21

7.4 Đáy và nắp 21

7.5 Mặt bích 25

7.6 Đĩa phân phối lỏng: 28

7.7.Tính lưới đỡ đệm 29

7.8 Chân đỡ và tai treo 31

CHƯƠNG 8: TÍNH TOÁN THIỆT BỊ PHỤ 32

8.1 Bơm 32

8.2 Máy thổi khí 35

8.3 Bồn cao vị 36

KẾT LUẬN 40

TÀI LIỆU THAM KHẢO 41

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, do các ngành công nghiệp sản xuất ra các sản phẩm phục vụ con người, đồng thời cũng sản xuất ra một lượng chất thải lớn làm hỏng hệ cân bằng sinh thái, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng

Trong các loại ô nhiễm, ô nhiễm không khí là ảnh hưởng trực tiếp đến con người và các loài động thực vật Vì vậy, trong những năm gần đây ô nhiễm không khí từ các ngành công nghiệp ở nước ta đang là vấn đề quan tâm không chỉ ở nhà nước mà của toàn bộ xã hội bởi mức độ nguy hại của nó đã lên mức báo động

là một trong những chất khí được sản sinh nhiều trong các ngành công nghiệp và sinh hoạt Việc xử lý có nhiều phương pháp khác nhau Vì vậy, đồ án môn học với nhiệm vụ tính toán thiết kế tháp đệm để hấp thụ là một phương án gópphần xử lý khí thải ô nhiễm

Trong đồ án này sẽ đi khảo sát phương án: Dùng để hấp thụ trong hỗn hợp khí – Không khí Với nội dung khảo sát thiết kế tháp đệm xử lý với năng suất tính theo hỗn hợp khí vào thiết bị 300, nồng độ trong hỗn hợp khí đầu vào là 40% thể tích Áp suất làm việc trong tháp 5 atm ,nhiệt độ làm việc

Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã nhận nhận

Em xin chân thành cảm ơn! được sự hướng dẫn nhiệt tình, tạo mọi điều kiện thuận lợi để em hoàn thành đồ án môn học này của thầy Nguyễn Hữu Trung và các thầy bộ môn Máy và Thiết bị Hóa chất nhưng do chưa có nhiều kinh nghiệm tính toán, nên không thể tránh khỏi những sai sót, em rất mong nhận được ý kiến của cácthầy để đồ án sau có kết quả tốt hơn

CHƯƠNG I TỔNG QUÁT VỀ KHí HIDRO SUNFUA

1.Tổng quan về hidro sunfua

H2S H+ + HS- K1= 6.10-8

Tác dụng với các dung dịch kiềm

2NaOH + H2S → Na2S + 2H2OĐặc biệt H2S tác dụng với các dung dịch muối cacbonat kim loại kiềm chỉ tạo

ra muối hiđro cacbonat

H2S + Na2CO3 = NaHCO3 + NaHS1.2.2 Tính khử mạnh

Trong axit H2S và các muối của nó (S có số oxi hoá -2) nên là chất khử mạnh

H2S cháy trong không khí với ngọn lửa màu xanh

Trong tự nhiên H2S có trong một số nước suối, trong khí núi lửa, khí thoát ra

từ các chất protein bị thối rữa Trong công nghiệp không điều chế H2S còn trong phòng thí nghiệm điều chế bằng phản ứng của FeS với axit HCl

2HCl + FeS → FeCl2 + H2S1.4 Nhận biết

H2S + Pb(NO3)2 → PbS↓ + HNO3

- Cho dung dịch H2S vào dung dịch CuSO4 có hiện tượng kết tủa màu đen

H2S + CuSO4 → H2SO4 + CuS↑

CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐỘ HÒA TAN CHẤT KHÍ TRONG

PHA LỎNG

Độ hoà tan của khí cân bằng trong chất lỏng là lượng khí hoà tan trong một đơn vị chất lỏng, độ hòa tan có thể biểu thị bằng kg/kg, kg/m3, g/lít Độ hoà tan của khí vào chất lỏng phụ thuộc vào tính chất của khí và chất lỏng, phụ thuộc vào nhiệt

độ môi trường và áp suất riêng phần khí trong hỗn hợp

2.1 Hệ hai cấu tử

Nếu lượng khí đơn chất được cho tiếp xúc với một dung môi tương đối không bay hơi thì nồng độ chất khí hoà tan trong pha lỏng được gọi là độ hoà tan tại nhiệt

độ to và P đã cho

Hình 2.1 Đường cân bằng của độ hoà tan chất khí trong chất lỏng

Những chất khí và chất lỏng khác nhau sẽ cho đường độ hoà tan khác nhau và được xác định bằng thực nghiệm cho mỗi hệ Nếu áp suất cân bằng của chất khí tại nồng độ cho trước là cao (ví dụ đường cong B trong hình) thì chất khí tương đương không hoà tan trong chất lỏng và ngược lại, nếu áp suất cân bằng của chất khí tại nồng độ cho trước là thấp (đường cong C hình) thì chất khí có độ hoà tan cao Dựa vào điều này, ta có thể tạo nên nồng độ khí trong lỏng như mong muốn nếu tác động

lên hệ một áp suất tương ứng Như vậy dạng khí hoá lỏng sẽ hoà tan hoàn toàn vào lỏng.

2.2 Hệ nhiều cấu tử

Nếu một hỗn hợp khí được cho tiếp xúc với chất lỏng tại điều kiện xác định,

độ hoà tan cân bằng của mỗi chất khí sẽ độc lập với các chất khí còn lại và được biểu diễn theo áp suất riêng phần của hổn hợp chất khí Nếu trong hỗn hợp khí có một cấu tử khí hoà tan vào lỏng thì ta áp dụng như trường hợp ở trên Trong trường hợp có nhiều cấu tử hoà tan vào chất lỏng, dung dịch được xem là lí tưởng khi các cấu tử hoà tan có cùng bản chất với chất lỏng, (ví dụ như hỗn hợp propan và butan cùng hoà tan vào dầu Parafin không bay hơi) Ngoài ra độ hoà tan của chất khí còn chịu ảnh hưởng bởi sự hiện diện của một dung chất không bay hơi trong chất lỏng.2.3.Dung dịch lỏng lí tưởng

Khi pha lỏng được xem là lí tưởng ta có thể tính được áp suất riêng phần cân bằng của chất khí trong dung dịch chất lỏng Hỗn hợp khí lý tưởng cân bằng với dung dịch lý tưởng thì thành phần của chất hấp thụ trong pha khí hoặc pha lỏng liên

hệ với nhau theo định luật Raoul tại một nhiệt độ xác định:

P* = P.xVới: P*: là áp suất riêng phần của chất hấp thụ trong pha khí cân bằng với pha lỏng (mmHg hoặc at)

x: nồng độ phần mol của chất hấp thụ trong pha lỏng

P: là áp suất hơi của chất hấp thụ mmHg hoặc at

2.4 Dung dịch lỏng không lý tưởng

Phương trình đường thẳng tuân theo định luật Henry:

y* = P*/P = m.xVới: m là hằng số cho mỗi khí

Tuy nhiên định luật Henry không đúng cho một khoảng rộng nồng độ Với chất khí ít hoà tan trong nước như Nitro, Oxy… Định luật Henry đúng tới áp suất

riêng phần cân bằng 1at, với các chất khí dạng hơi (dưới nhiệt độ tới hạn) sẽ đúng tới áp suất riêng phần bằng 50% áp suất hơi bão hoà tại nhiệt độ cho trước Trong trường hợp bất kỳ m được xác định bằng thực nghiệm.

Bảng 2.1 Áp suất hơi của một số chất khí trong dung dịch với nước P.10 6 mmHg

CHƯƠNG III: TỔNG QUÁT VỀ QUÁ TRÌNH HẤP THỤ

3.1 Định nghĩa hấp thụ

Trong quá trình sản xuất hóa học thường chúng ta thu được hỗn hợp khí nhiều cấu tử, muốn tiếp tục gia công chế biến chúng ta phải tách chúng ra thành từng cấu tử.Ví dụ: như sau khi hóa than ta thu được hỗn hợp khí các chất N2, H2,

Như vậy hấp thụ là quá trình hút khí bằng chất lỏng, khí được hút gọi là chất

bị hấp thụ, chất lỏng dùng để hút gọi là dung môi (còn gọi là chất hấp thu), khí không bị hấp thu gọi là khí trơ Quá trình như vậy cần sự truyền vật chất từ pha khí vào pha lỏng Nếu quá trình xảy ra theo chiều ngược lại, nghĩa là từ pha lỏng vào pha khí ta có quá trình nhả.Ví dụ: hỗn hợp lỏng gồm dung môi và benzen, toluen sẽ

đi vào pha khí và được mang đi, dung môi ban đầu được dùng lại Nguyên lý của hai quá trình hấp thụ và nhả khí về cơ bản là giống nhau

3.2 Phân loại

Phụ thuộc vào bản chất của sự tương tác giữa chất hấp thụ và chất bị hấp thụ trong pha khí, phương pháp hấp thu được chia làm 2 loại:

+ Hấp thụ vật lý: dựa trên sự hòa tan của cấu tử pha khí trong pha lỏng

+ Hấp thụ hóa học: giữa chất bị hấp thụ và chất hấp thụ hoặc cấu tử trong pha lỏng xảy ra phản ứng hóa học

3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ

Sự hấp thụ phụ thuộc vào bản chất của các cấu tử (chất hấp thụ và dung môi) Những chất có tính chất tương đồng thì càng dễ hòa tan vào nhau Ngoài ra nhiệt độ

và áp suất là những yếu tố ảnh hưởng quan trọng lên quá trình hấp thụ Cụ thể là chúng ảnh hưởng lên trạng thái cân bằng và động lực quá trình

Nếu nhiệt độ tăng thì giá trị hệ số của định luật Henry tăng, đường cân bằng sẽdịch chuyển về trục tung Giả sử đường làm việc là P, Q không đổi nếu nhiệt độ tăng lên thì động lực truyền khối sẽ giảm Nếu nhiệt độ tăng quá cao thì không chỉ động lực truyền khối giảm mà cả quá trình sẽ không thực hiện được theo đường làmviệc P, G cho trước Mặc dù vậy, nhiệt độ cao cũng ảnh hưởng tốt vì độ nhớt của dung môi giảm, có lợi đối với trường hợp trở lực khuếch tán chủ yếu nằm trong phalỏng

Hình 1: Ảnh hưởng của nhiệt độ, áp suất lên quá trình hấp thụ

Nếu tăng P của hỗn hợp khí thì giá trị hệ số cân bằng sẽ giảm và do đó đường cân bằng sẽ gần về trục hoành Như vậy nếu tăng P thì quá trình truyền khối sẽ tốt hơn vì động học quá trình lớn hơn Nhưng quá trình tăng áp dẫn đến tăng nhiệt độ

và việc tăng áp suất cũng gây khó khăn cho việc chế tạo thiết bị, cho nên ta chỉ thựchiện quá trình hấp thụ ở áp suất cao đối với chất khí khó hoàn tan.Ví dụ: hấp thụ

CO2 với dung môi là nước ở 17 at, còn với CO là ở 120 at

3.4 Cân bằng vật chất cho quá trình hấp thụ

3.4.1 Một số ký hiệu thông dụng

Cách biểu diễn thành phần pha:

3.4.2 Phương trình đường cân bằng

Đối với khí lí tưởng hay khí thực có nồng độ bé và độ hòa tan nhỏ thì nồng độ đường cân bằng là đường thẳng có dạng:

Khi tính toán hấp thụ người ta thường cho biết trước lượng hỗn hợp khí, nồng

độ đầu và nồng độ cuối của khí bị hấp thụ trong hỗn hợp khí và trong dung môi.Với Gđ: Lượng hỗn hợp khí đi vào thiết bị hấp thụ, Kmol/h

Yđ: Nồng độ đầu của hỗn hợp khí, Kmol/Kmol khí trơ

Yc: Nồng độ cuối của hỗn hợp khí, Kmol/Kmol khí trơ

Ltr: Lượng dung môi đi vào thiết bị hấp thụ, Kmol/h

Xd: Nồng độ đầu của dung môi Kmol/Kmol dung môi

Xc: Nồng độ cuối của dung môi Kmol/Kmol dung môi

Tính theo hỗn hợp khí:

Yd: Nồng độ phần mol ban đầu của cΨấu tử bị hấp thụ trong pha khí

M = Ψ/P

Ta có thể tính theo công thức:

P: Áp suất chung (áp suất làm việc), mmHg

Ψ: Hệ số Henry trong các sổ tay chuyên môn

Nếu là khí thực thì đường cân bằng sẽ là đường cong có dạng:

3.4.3 Phương trình đường làm việc

Phương trình đường làm việc của quá trình hấp thụ được lập trên cơ sở của líthuyết hai lớp màng Đó là lớp màng ngăn cách giữa pha lỏng và pha khí Qua lớp màng, khí trong hỗn hợp sẽ khuếch tán vào pha lỏng

Đường làm việc trong quá trình hấp thụ là đường thẳng có dạng:

Trong đó:

Tính lượng khí trơ:

Trong đó:

: Áp suất riêng phần của khí trơ, N/m2

P: Áp suất chung của hỗn hợp khí (áp suất làm việc của thiết bị), N/m2

Vtr: Lượng khí trơ vào tháp, m3/h

: Hằng số khí trơ, N.m/Kmol.độ

R : Hằng số khí, đối với không khí thì R = 8.314 N.m/Kmol.độ

M : Khối lượng phân tử khí trơ, với không khí M = 29 Kg/Kmol

Ttr : Nhiệt độ khí trơ, oK

3.4.4 Xác định lượng dung môi cần thiết

Phương trình cân bằng vật liệu:

Lượng dung môi cần thiết:

Lượng dung môi tối thiểu để hấp thụ được xác định khi nồng độ cuối của dungmôi đạt đến nồng độ cân bằng, như vậy ta có:

Xc max: là nồng độ cân bằng ứng với nồng độ đầu của hỗn hợp khí

Nồng độ cân bằng luôn luôn lớn hơn nồng độ thực tế, vì thế lượng dung môi thực tế luôn luôn lớn hơn lượng dung môi tối thiểu, thường ta lấy lượng dung môi thực tế lớn hơn lượng dung môi tối thiểu khoảng 20%.

Lượng dung môi tiêu hao riêng:

Lượng cấu tử bị hấp thụ có thể tính theo công thức:

g: Lượng cấu tử bị hấp thụ vào trong pha lỏng

3.6 Lựa chọn dung môi

Nếu mục đích chính của quá trình hấp thụ là tạo nên một dung dịch sản phẩm xác định (ví dụ sản xuất dung dịch axit clohydric) thì dung môi đã 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 một dung môi tốt dựa trên những tính chất sau:

- Độ hòa tan chọn lọc: Đây là tính chất chủ yếu của dung môi, là tính chất chỉ hòa tan tốt cấu tử cần tách ra khỏi hỗn hợp khí mà không hòa tan các cấu tử còn lại hoặc hòa tan không đáng kể Đây là tính chất chủ yếu của dung môi Tổng quát, dung môi và chất tạo nên phản ứng hóa học thì làm tăng độ hòa tan lên rất nhiều, nhưng nếu dung môi được thu hồi để dùng lại thì phản ứng phải có tính hoàn

- Chi phí: Dung môi dễ tìm và rẻ để sự thất thoát không tốn kém nhiều

- Độ nhớt: Dung môi có độ nhớt thấp sẽ tăng tốc độ hấp thụ, cải thiện điều kiện ngập lụt trong tháp hấp thụ, 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 hoàn nguyên dung môi, nhiệt độ đóng rắn thấp để tránh hiện tượng đóng rắn làm tắcthiết bị, không tạo kết tủa, không độc

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 quátrình hấp thụ Dù sao tính chất thứ nhất của dung môi cũng không thể thiếu được trong bất cứ trường hợp nào

3.7 Tháp hấp thụ

Trong sản xuất thường dùng nhiều loại thiết bị khác nhau để thực hiện quá trình hấp thụ Nếu pha khí phân tán vào pha lỏng ta có các loại tháp mâm, nếu pha lỏng phân tán vào pha khí ta có tháp chêm, tháp phun

Tháp hấp thụ phải thỏa mãn các yêu cầu sau: diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn, hiệu quả và có khả năng cho pha khí xuyên qua, trở lực thấp (<3000Pa), kết cấu đơn giản và vận hành thuận tiện, khối lượng nhỏ, ít bị tắc nghẽn bởi cặn sinh ra trong quá trình hấp thụ

Các thiết bị thường dùng trong sản xuất là:

- Thiết bị loại bề mặt

- Thiết bị loại màng

- Thiết bị loại phun

- Thiết bị loại đệm (tháp đệm)

- Thiết bị loại đĩa (tháp đĩa)

Trong chưng luyện, loại được dùng phổ biến là tháp đệm và tháp đĩa

3.7.1 Thiết bị loại đĩa

Bên cạnh tháp đệm, tháp đĩa cũng được ứng dụng rất nhiều trong công nghệ hóa học Trong tháp đĩa khí phân tán qua các lớp chất lỏng chuyển động chậm từ trên xuống dưới, sự tiếp xúc pha riêng biệt trên các đĩa So với tháp đệm thì tháp đĩaphức tạp hơn do khó chế tạo hơn và tốn kém chi phí nhiều hơn

Chia tháp đĩa (mâm) ra làm hai loại có ống chảy chuyền, khí và lỏng chuyển động riêng biệt từ đĩa nọ sang đĩa kia và không có ống chảy chuyền, khí và lỏng chuyển động từ đĩa nọ sang đĩa kia theo cùng một lò hay rãnh

Trong tháp đĩa có thể phân ra: tháp chop, tháp đĩa lưới…

3.7.2 Thiết bị loại bề mặt

Đây là loại thiết bị đơn giản nhất Trong thiết bị khí và chất lỏng chuyển động ngược chiều nhau và tiếp xúc với nhau trên bề mặt của chất lỏng Loại này có tiếp xúc pha bé thường dùng trong trường hợp khí hòa tan trong lỏng

trên xuống, vì vậy nên lưu lượng vào tháp hấp thụ không thể lớn như các thiết bị khác và hiệu quả kinh tế không cao.

3.7.4 Thiết bị loại phun

Loại này gồm thân và hệ thống vòi phun, những hạt chất lỏng được phun ra trong thiết bị sẽ tiếp xúc với dòng khí đi từ dưới lên và quá trình hấp thụ xảy ra Loại thiết bị này không phù hợp với khí khó hòa tan

Ngoài ra còn có loại thiết bị hấp thụ cơ học Chất lỏng bắn ra trong các phễu,

ở đó khí sẽ tiếp xúc với hạt lỏng và có quá trình hấp thụ Khí chuyển động qua thiết

bị theo đường ngoằn nghoèo giữa các bậc Chất lỏng chảy từ trên xuống và được lấy ra ở đáy Bộ phận bắn tung chất lỏng được gắn vào một trục quay, có tác dụng trì hoãn sự chảy của chất lỏng và làm bắn chất lỏng trong phễu, tạo khả năng tiếp xúc pha tốt với chất khí

3.7.5 Tháp đệm

3.7.5.1 Giới thiệu về tháp đệm

Tháp đệm là một tháp hình trụ gồm nhiều đoạn nối với nhau bằng mặt bích hay hàn Trong tháp người ta đổ đầy đệm theo hai phương pháp: xếp ngẫu nhiên hayxếp thứ tự Tháp đệm được ứng dụng rộng rãi trong kỹ nghệ hóa học để hấp thụ, chưng cất, làm lạnh Người ta dùng nhiều loại đệm khác nhau, phổ biến nhất là loại đệm sau đây:

+ Bề mặt riêng (bề mặt của một đơn vị thể tích của lớp đệm) phải đạt giá trị cực đại khi đó, bề mặt tiếp xúc của pha lỏng – hơi sẽ đạt giá trị cực đại và hiệu suất vì vậy cũng sẽ đạt cực đại.

+ Phân bố bề mặt của đệm phải đồng đều Khi sự tiếp xúc giữa hai pha lỏng – hơi được cải thiện thì hiệu suất cũng sẽ được cải thiện

+ Thể tích tự do của lớp đệm (tính theo một đơn vị thể tích của lớp đệm trong tháp) phải lớn Khi đó trở lực của lớp đệm sẽ nhỏ và năng suất của tháp sẽ được tăng cường.

+ Trở lực nhỏ nhất Đệm có hình dáng mở sẽ có các đặc trưng thủy động lực họctốt và trở lực sẽ nhỏ

+ Giá thành nhỏ nhất Giá thành của đệm cũng như giá thành của các phụ kiện kèm theo như lưới đỡ đệm và giá của thân tháp, nhìn chung sẽ tăng lên khi khối lượng riêng của lớp đệm tăng lên

Trong thực tế không có loại đệm nào có thể đạt tất cả yêu cầu trên Vì vậy, tùy theo điều kiện cụ thể mà ta chọn đệm cho thích hợp

Vật chêm sử dụng gồm nhiều loại khác nhau, phổ biến nhất là một số loại đệmsau:

+ Vòng raschig: hình trụ rỗng bằng sứ hoặc kim loại, nhựa có đường kính bằng chiều cao (kích thước từ 10 – 100mm)

+ Vật chêm hình yên ngựa có kích thước từ 10 – 75mm

+ Vật chêm vòng xoắn: đường kính dây từ 0,3 – 1mm, đường kính xoắn khoảng

3 – 8mm và chiều dài nhỏ hơn 25mm

Đệm lưới bằng gỗ thường được dùng trong các tháp làm lạnh hay dùng trong hấp thụ khí không cần tách triệt để lắm

Nói chung khi cần độ phân tách cao thì người ta chọn các loại đệm có kích thước bé vì khi kích thước đệm càng bé thì bề mặt riêng của đệm càng lớn, sự tiếp xúc giữa các pha càng tốt

Hình 3.2 Vật chêm ngẫu nhiên

Hình 3.3 Vật chêm thứ tự

Hình 3.4 Lưới đỡ đệm Bảng 3.1 số liệu cho một số loại vật chêm

Khối lượng xốp (kg/m 3 )

3.7.5.3 Ưu nhược điểm của tháp đệm

Tháp đệm có những ưu điểm sau:

+ Hiệu suất cao vì bề mặt tiếp xúc khá lớn

+ Trở lực trong tháp không lớn lắm

+ Giới hạn làm việc tương đối rộng

Nhưng tháp đệm có nhược điểm đó là khó làm ướt nhiều đệm Nếu tháp cao quá thì phân phối chất lỏng không đều Để khắc phục nhược điểm đó, nếu tháp cao quá thì người ta chia đệm ra nhiều tầng và có đặt thêm bộ phận phân phối chất lỏng đối với mỗi tầng đệm

3.7.5.4 Chế độ làm việc của tháp đệm

Sự chuyển động của lưu chất qua tháp đệm:

Trong tháp đệm chất lỏng chảy từ trên xuống theo bề mặt đệm và khí đi từ dưới lên phân tán đều trong chất lỏng

Hình 3.5 Sự phân phối chất lỏng

Trên cơ sở phân tích và giải các phương trình khuyếch tán phân tử và đối lưu theo Capharop, thì quá trình truyền khối trong tháp đệm không chỉ được xác định bằng khuyếch tán phân tử mà còn phụ thuộc nhiều vào chế độ thuỷ động trong tháp.Cũng như khi lưu chất chuyển động theo ống tuỳ theo vận tốc của khí mà trong tháp đệm cũng có 3 chế độ thuỷ động là: chế độ dòng, chế độ chảy quá độ và chế độ chảy xoáy

Khi vận tốc khí bé lực hút phân tử lớn hơn và vượt lực lý, lúc này quá trình truyền khối được quyết định bằng khuyếch tán phân tử Khi tăng vận tốc thì lực lý trở nên cân bằng với lực hút phân tử, quá trình truyền khối không chỉ được khuyếchtán phân tử mà còn khuyếch tán đối lưu

Chế độ làm việc của tháp đệm phụ thuộc vào độ giảm áp của pha khí theo suấtlượng pha lỏng như hình bên

Hình 3.5 Độ giảm của pha khí trong tháp chêm ngẫu nhiên, hai pha lỏng khí

chuyển động ngược chiều

Với vận tốc pha khí cố định, độ giảm áp của pha khí tăng theo suất lượng phalỏng do pha lỏng đã chiếm các khoảng trống trong tháp đệm Trên hình vùng dướiđiểm A lượng chất lỏng bị giữ lại trong tháp là không đổi theo tốc độ khí Mặc dùlượng pha lỏng này tăng theo suất lượng pha lỏng Trong vùng trong A và B, lượngchất lỏng bị giữ lại trong tháp tăng nhanh theo tốc độ khí, các chỗ trống trong thápnhỏ dần và độ giảm áp pha khí tăng nhanh Vùng này được gọi là vùng gia trọng.Khi tốc độ tăng đến điểm B tại 1 mất lượng pha lỏng không đổi thì có thể xảy ra:pha khí sủi bọt qua lớp chất lỏng tại bề mặt chêm, xảy ra hiện tượng đảo pha từ phakhí (liên tục) – pha lỏng (pha phân tán) thành pha khí (phân tán) – pha lỏng (liêntục); dòng bọt khí nổi nhanh lên qua tháp chêm Cùng lúc đó pha khí lôi cuốn chấtlỏng tăng mạnh và tháp ở trạng thái ngập lụt Độ giảm áp của pha khí tăng nhanh

Sự biến đổi các điều kiện trong cùng A đến B trên là dần dần, điểm ngập lụt thườngđược xác định bằng sự thay đổi hệ số góc của đường biểu diễn Mặc dù theo thựcnghiệm thì quá trình truyền khối trong giai đoạn sủi bọt là mạnh nhất nhưng vì

trong giai đoạn đó khó khống chế quá trình nên từ trước đến nay người ta vẫn chotháp làm việc trong vùng gia trọng ở chế độ màng, gần điểm ngập lụt.

Hiện tượng ngập lụt trong tháp đệm

Theo Zhavoronkov, hiện tương ngập lụt xảy ra khi hai nhóm số vô thứ nguyênsau liên hệ với nhau

Hình 3.6 Điểm lụt của tháp đệm theo quan hệ của 2 nhóm số vô thứ nguyên

CHƯƠNG IV: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

4.2 Thuyết minh sơ đồ công nghệ

 Hỗn hợp khí cần xử lý chứa H2S và không khí được máy nén khí đưa vào từ phíadưới đáy tháp Nước từ bể chứa được bơm li tâm đưa vào tháp hấp thụ, trên đường ống

có van điều chỉnh lưu lượng và đồng hồ đo lưu lượng Nước được bơm vào tháp vớilưu lượng thích hợp, tưới từ trên xuống dưới theo chiều cao tháp hấp thụ

 Hỗn hợp khí sau khi đi qua lớp đệm xảy ra quá trình hấp thụ sẽ đi lên đỉnh tháp

và ra ngoài theo đường ống thoát khí Khí sau khi ra khỏi tháp có nồng độ khí H2Sgiảm, mức độ giảm tùy thuộc vào hiệu suất hấp thụ của tháp hấp thụ

 Nước sau khi hấp thụ H2S đi xuống đáy tháp đi và ra ngoài theo đường ống thoátchất lỏng

Quá trình thu hồi 80% lượng H2S:

Dung môi sử dụng là nước sạch

Phương trình cân bằng của hệ H2S – H2O được biểu diễn theo định luật Rault nhưsau:

Trong đó:

: nồng độ phần mol của H2S trong hỗn hợp khi cân bằng

x: nồng độ phần mol của khí bị hấp thụ trong dung dịch

P: áp suất riêng phần của cấu tử khí H2S hòa tan khi cân bằng

140,54 - 4735 - 21,268 4,09 1

Phương trình đường cân bằng:

X : nồng độ H2S trong dung môi, kmol H2S /kmol H2O

Ycb: nồng độ H2S trong hỗn hợp khí ở điều kiện cân bằng, kmol H2S /kmol khí trơ

Nồng độ thể tích của H2S ban đầu:

Nồng độ đầu theo tỉ lệ mol:

(kmol H2S /kmol khí trơ)Khối lượng phân tử của hỗn hợp khí:

: Khối lượng phân tử của H2S

: Khối lượng phân tử của không khí

Nồng độ cuối của hỗn hợp khí:

(kmol H2S /kmol khí trơ)

Nồng độ phần mol cuối của hỗn hợp khí:

Lượng hỗn hợp khí vào thiết bị hấp thụ:

Hấp thụ H2S bằng nước, chọn dung môi sạch khi vào tháp nên

Thay vào phương trình đường cân bằng ta được:

Lượng dung môi tối thiểu: