Đồ án quá trình và thiết bị: Thiết kế tháp đệm hấp thu NH3 bằng nước

Đồ án quá trình và thiết bị Thiết kế tháp đệm hấp thu NH3 bằng nước có kết cấu nội dung gồm 5 chương, nội dung trình bày tổng quát về NH3, tổng quát về tháp hấp thu dạng đệm, quy trình công nghệ, tính toán thiết kế thiết bị chính. Mời các bạn cùng tham khảo.

    TR ƯỜ NG Đ I H C CÔNG NGHI P TH C PH M TP.HCM Ạ Ọ Ệ Ự Ẩ

Đ  ÁN MÔN H C Ồ Ọ

I. Tên đ  ánồ  

Thi t k  tháp đ m h p thu NHế ế ệ ấ 3 b ng nằ ước

II. Nhi m v  đ  án ( n i dung yêu c u và s  li u ban đ u ):ệ ụ ồ ộ ầ ố ệ ầ

Nh p li u: khí h n h p ban đ u 2000kg/h, yậ ệ ỗ ợ ầ d = 7%

N ng đ  sau h p thu đ t 0,02%ồ ộ ấ ạ

Nhi t đ  ban đ u: 30 ệ ộ ầ oC

III. N i dung các ph n thuy t minh tính toán:ộ ầ ế

SVTH Xác nh n c a GVHDậ ủ

NH N XÉT C A GIÁO VIÊN HẬ Ủ ƯỚNG D NẪ

Ngày   Tháng   Năm 2014       Ký tên NH N XÉT C A TH Y CÔ PH N BI NẬ Ủ Ầ Ả Ệ

Ngày   Tháng   Năm 2014

      Ký tên

M c L c: ụ ụ

L I NÓI Đ U Ờ Ầ

Amoniac là m t hóa ch t dùng ph  bi n trong nhi u ngành công nghi p khácộ ấ ổ ế ề ệ  nhau. S  phát x  c a không khí có ch a amoniac vào khí quy n mà không có bi nự ạ ủ ứ ể ệ  pháp x  lý, gây  nh hử ả ưởng không t t đ n s c kh e con ngố ế ứ ỏ ười và môi trường. 

M t phộ ương pháp có hi u qu  cao đ  x  lý amoniac t  khí th i là yêu c u c pệ ả ể ử ừ ả ầ ấ  thi t. Nh ng ngu n th i ra khí amoniac bao g m: quá trình s n xu t phân bón, quáế ữ ồ ả ồ ả ấ  trình đi u ch  than c c s  d ng phề ế ố ử ụ ương pháp khôi ph c s n ph m ph , s  đ t cháyụ ả ẩ ụ ự ố  nguyên li u hóa th ch, quá trình chăn nuôi và nh ng h  th ng làm l nh s  d ngệ ạ ữ ệ ố ạ ử ụ  amoniac nh  m t môi ch t l nh….Ngư ộ ấ ạ ười ta có th  ki m soát để ể ượ ược l ng amoniac 

 nh ng quá trình này b ng nhi u cách nh : s  d ng tháp l c khí  m, s  d ng

phương pháp nước ng ng đ  lo i b  khí, khôi ph c và tái ch  nh ng dòng th i,ư ể ạ ỏ ụ ế ữ ả  

nh ng h  th ng thu n p  Trong đ  án này, em xin trình bày phữ ệ ố ạ ồ ương pháp s  d ngử ụ  tháp đ m đ  h p thu NHệ ể ấ 3.

Trong quá trình th c hi n đ  án, em đã đự ệ ồ ược s  giúp đ  t n tình c a th yự ỡ ậ ủ ầ  

Hu nh Lê Huy Cỳ ường đ  giúp em hoàn thành đ  án này. Tuy đã c  g ng hoàn thànhể ồ ố ắ  

t t đ  án c a mình nh ng em v n còn nhi u thi u sót trong quá trình th c hi n.ố ồ ủ ư ẫ ề ế ự ệ  Mong th y ch  b o thêm cho em.ầ ỉ ả

Em xin chân thành c m  n!ả ơ

CH ƯƠ NG I: T NG QUÁT V  NH3 Ổ Ề

1.1 Gi i thi u v  NH ớ ệ ề 3

–  Amoniac là m t ộ h p ch tợ ấ  c a ủ nitơ và hydro v i ớ công th cứ  NH3, có tên qu c tố ế (theo   IUPAC)   là   “Azane”,   “Amoniac”,   “Hydrogen   nitride”   và   m t   s   tên   khác.ộ ố  Amoniac không màu, d ng ạ khí có mùi cay n ng đ c tr ng. Nó ồ ặ ư nh  h n không khíẹ ơ , 

m t đ  c a nó là 0,589 l n so v i ậ ộ ủ ầ ớ không khí. Nó có th  d  dàng hóa l ng do s  liênể ễ ỏ ự  

k t m nh m  gi a các phân t  hydro, nó có nhi t đ  sôi là ế ạ ẽ ữ ử ệ ộ –33,34°C và nhi t đệ ộ nóng   ch y   là  ả –77,7°C   Là   phân   t   có   c c,  ử ự amoniac   là   m t   ch t   khí   khá   nhộ ấ ẹ (d=0,596g/cm3), tan nhi u trong nề ướ , 1 lít nc ướ ởc   0°C hòa tan được 1200l khí NH3, 

b ng s  liên k t hydro gi a phân t  NHằ ự ế ữ ử 3 và phân t  Hử 2O. 

– Amoniac đóng góp đáng k  vào ể dinh dưỡng nhu c u c a các sinh v t trên m tầ ủ ậ ặ  

đ t b ng cách ph c v  nh  là m t ti n thân c a ấ ằ ụ ụ ư ộ ề ủ th c ph mự ẩ  và phân bón. Amoniac 

tr c ti p hay gián ti p cũng là m t kh i xây d ng đ  t ng h p nhi u ự ế ế ộ ố ự ể ổ ợ ề dược ph mẩ

– Amoniac được s  d ng trong thử ụ ương m i thạ ường được g i là ọ khan amoniac. 

Thu t ng  này nh n m nh đ n s  v ng m t c a nậ ữ ấ ạ ế ự ắ ặ ủ ước trong v t li u. B i vì NHậ ệ ở 3 sôi   ở –33,34°C (–28,012°F), ch t l ng ph i đấ ỏ ả ượ ưc l u tr  dữ ưới áp l c cao ho c ự ặ ở nhi t đ  th p.ệ ộ ấ

1.2 Phân lo i ạ

Amoniac có hai lo i, lo i 1 dùng cho các máy l nh và lo i 2 dùng làm nguyênạ ạ ạ ạ  

li u trong công nghi p hóa ch t. Chúng có yêu c u v  ch t lệ ệ ấ ầ ề ấ ượng khác nhau:

Hàm lượng các ch tấ Đ n vơ ị Lo i 1ạ Lo i 2ạ

99,9

0,1102

99,6

0,435Không quy đ nhị

1.3 Tính ch t v t lý c a amoniac ấ ậ ủ

– NH3 tan trong nước phát nhi u nhi t và cho dung d ch có d < 1 (dung d ch NHề ệ ị ị 3 25% có d = 0,91g/cm3). N u đun nóng lên đ n 100ế ế °C thì t t c  NHấ ả 3 trong dung d chị  bay h i h t.ơ ế

– Amoniac có tác d ng kích thích làm ch y nụ ả ước m t, nh  h n không khí. Nhi tắ ẹ ơ ệ  

đ  t i h n c a amoniac r t cao 405,55ộ ớ ạ ủ ấ °K nên amoniac d  hóa l ng. Amoniac hóaễ ỏ  

l ng   239,75ỏ ở °K và hóa r n   195ắ ở °K. Amoniac l ng không màu,   g n nhi t đ  sôiỏ ở ầ ệ ộ  

có h ng s  đi n môi  = 22. Amoniac l ng là dung môi r t t t cho nhi u mu i vô c ằ ố ệ ỏ ấ ố ề ố ơ  Các kim lo i ki m và ki m th  hòa tan trong amoniac l ng. Amoniac l ng có entapiạ ề ề ổ ỏ ỏ  

b c h i l n, vì v y đố ơ ớ ậ ược dùng đ  n p các máy l nh.ể ạ ạ

– Ở ạ tr ng thái r n amoniac k t tinh m ng l p phắ ế ạ ậ ương tâm m t:ặ

Phân t  NHử 3 có c u t o hình tháp tam giác v i dấ ạ ớ N–H = 1,015 và góc hóa tr  HNHị  

= 10703, tương  ng c u hình electron nh  sau: ứ ấ ư

Do s  lai hóa spự 3 c a nguyên t  nit  mà c p electron hóa tr  t  do (  N) phânủ ử ơ ặ ị ự ở  

b  trên 1 spố 3 được đ nh hị ướng rõ r t trong không gian, vì v y phân t  NHệ ậ ử 3 r t dấ ễ cho c p electron đó t o nên liên k t cho – nh n (liên k t ph i trí) v i các nguyên tặ ạ ế ậ ế ố ớ ử khác và liên k t có đ  phân c c l n .ế ộ ự ớ

C p electron hóa tr  t  do và tính phân c c c a liên k t Nặ ị ự ự ủ ế –H t o nên liên k tạ ế  hidro gi a các phân t  NHữ ử 3, vì v y NHậ 3 d  b  nén, có nhi t bay h i cao và tan nhi uễ ị ệ ơ ề  trong nướ Ởc.   nhi t đ  thệ ộ ường ch  c n áp su t 67 atm là có th  hóa l ng nó.ỉ ầ ấ ể ỏ

1.4 Tính ch t hóa h c c a amoniac ấ ọ ủ

Cũng do có c p electron hóa tr  t  do và ít b n mà NHặ ị ự ề 3  có ho t tính hóa h cạ ọ  cao. Nó có th  cho ba lo i ph n  ng: ph n  ng c ng, ph n  ng kh  và ph n  ngể ạ ả ứ ả ứ ộ ả ứ ử ả ứ  

th , trong đó đ c tr ng h n c  là ph n  ng c ng.ế ặ ư ơ ả ả ứ ộ

Amoniac b n   nhi t đ  thề ở ệ ộ ường. Khi đun nóng có xúc tác amoniac t  phân h yự ủ  theo chi u ngề ượ ạ ủc l i c a phương trình t ng h p. Ph n  ng   tr ng thái cân b ngổ ợ ả ứ ở ạ ằ  xác đ nh.ị

Amoniac b  phân h y khi chi u x  b ng tia t  ngo i.ị ủ ế ạ ằ ử ạ

Trong oxi nguyên ch t, amoniac cháy v i ng n l a vàng nh t t o thành Nấ ớ ọ ử ạ ạ 2  và H2O. Dưới áp su t l n, h n h p amoniac và oxi có th  n :ấ ớ ỗ ợ ể ổ

N u có ch t xúc tác là platin hay h p kim platin – rodi   800 – 900ế ấ ợ ở oC thì khí amoniac b  Oị 2 không khí oxi hóa thành nito oxit:

Các ch t oxi hóa khác nh  nấ ư ước oxy già, axit cromic, kalipemanganat oxi hóa amoniac m t cách d  dàng.ộ ễ

Khí amoniac và dung d ch cháy trong clo, brom t o thành Nị ạ 2.

Amoniac c ng h p độ ợ ược v i r t nhi u ch t: nớ ấ ề ấ ước, axit, mu i.ố

Quan tr ng nh t là ph n  ng c ng v i nọ ấ ả ứ ộ ớ ước. Khi tan trong nước NH3 tác d ngụ  

v i nớ ước theo s  đ  sau:ơ ồ

NH3  +  HOH     NH→ 4+  +  OH­

S  xu t hi n ion OHự ấ ệ ­ t o nên môi trạ ường baz  c a dung d ch (nh ng là bazơ ủ ị ư ơ 

y u vì có h ng s  đi n li K = 1,8.10ế ằ ố ệ ­5). Trong dung d ch amoniac luôn có m t cânị ộ  

b ng kép:ằ

NH3  +  HOH     NH→ 4OH     NH→ 4+  +  OH­

Vì v y trong dung d ch nậ ị ước luôn có mùi NH3 và có th  xem không có NHể 4OH. 

Ngay   tr ng thái khí, cũng cho ph n  ng c ng v i khí HCl t o thành mu iở ạ ả ứ ộ ớ ạ ố  amoni clorua: 

NH3 + HCl = NH4Cl

Ngoài nh ng lo i ph n  ng c ng nh  trên đã nói, NHữ ạ ả ứ ộ ư 3 còn cho m t lo i ph nộ ạ ả  

ng k t h p đ c bi t v i các mu i t o thành nh ng h p ch t có thành ph n gi ng

nh  các hydrat g i là các amoniacat, ví d : AgNOư ọ ụ 3.2NH3, CuSO4.4NH3…ho c t oặ ạ  thành các h p ch t ph c v i nhi u mu i.ợ ấ ứ ớ ề ố

Trong khi đó b n thân NHả 3 khan l i là m t axit r t y u, có th  m t 1 proton Hạ ộ ấ ế ể ấ + 

t o thành anion amid ạ NH2  Ví d  cho liti nitrua vào NHụ 3 l ng ngỏ ười ta nh n đậ ược anion amid (NH2­):

Li3N(s) + 2 NH3 (l)   3 Li→ +(am) + 3 NH2−

(am)

Hydro trong NH3 có th  b  các kim lo i m nh đ y ra và th  ch  đ  t o ra cácể ị ạ ạ ẩ ế ỗ ể ạ  nitrua nh  magie có th  cháy trong NHư ể 3 đ  t o magie nitrua Mgể ạ 3N2. Natri ho c kaliặ  kim lo i nóng có th  t o ra các nitrua (NaNHạ ể ạ 2, KNH2) khi tác d ng v i NHụ ớ 3.

NH3  b n   nhi t đ  thề ở ệ ộ ường nh ng khi đun nóng lên 300ư °C nó b t đ u phânắ ầ  

h y và   600ủ ở °C nó phân h y g n nh  hoàn toàn:ủ ầ ư

Ph n  ng này đả ứ ược dùng đ  kh  s ch l p oxit kim lo i trên b  m t kim lo iể ử ạ ớ ạ ề ặ ạ  khi hàn.

Các nguyên t  hydro c a amoniac có th  đử ủ ể ược thay th  b ng các nguyên tế ằ ử kim lo i. Ph n  ng gi a amoniac và kim lo i hình thành các h p ch t amidua (),ạ ả ứ ữ ạ ợ ấ  imidua () và nitrua () trong s  các amidua, ph  bi n nh t là amidua c a kim lo iố ổ ế ấ ủ ạ  

Ag, Hg, Ge, Te, Sb…) thì có th  t o ra các h p ch t ki u fuminat d  gây n  nguyể ạ ợ ấ ể ễ ổ  

ti n thân c a các h p ch t ch a nit  nh t. H u nh  t t c  các h p ch t nit  t ngề ủ ợ ấ ứ ơ ấ ầ ư ấ ả ợ ấ ơ ổ  

h p có ngu n g c t  amoniac. M t d n xu t quan tr ng là  ợ ồ ố ừ ộ ẫ ấ ọ acid nitric, acid nitric 

đượ ạc t o ra thông qua  quá trình Ostwald  b i  ở quá trình oxy hóa  c a amoniac v iủ ớ  không khí trên m t ộ đĩa b ch kimạ  có xúc tác   700 ở – 850°C, ~ 9 atm. Nitric oxide là 

m t trung gian trong vi c chuy n đ i này: NHộ ệ ể ổ 3 + 2O2   HNO→ 3 + H2O .Axit nitric 

được   s   d ng   đ   s n   xu t  ử ụ ể ả ấ phân   bón,  v t   li u   nậ ệ ổ  và   các   h p   ch t   nhi uợ ấ ề  organonitrogen. 

– Dung d ch amoniac đ c 25% đị ặ ược dùng nhi u trong các phòng thí nghi m.ề ệ

–  Cleaner: NH3 trong nước (amoni hydroxit) đượ ử ục s  d ng nh  là m t m c đíchư ộ ụ  chung cho các b  m t s ch h n, nh  nó đề ặ ạ ơ ư ượ ử ục s  d ng đ  làm s ch kính, s , thépể ạ ứ  không g  và nó cũng thỉ ường đượ ử ục s  d ng đ  làm s ch lò ể ạ vì amoniac có kh  năngả  hòa tan kim lo i oxit.ạ

– Lên men: Amoniac là gi i pháp (  16 ả ở – 25%) đượ ử ục s  d ng trong ngành công nghi p lên men nh  là m t ngu n cung c p nit  cho vi sinh v t cũng nh  đ  đi uệ ư ộ ồ ấ ơ ậ ư ể ề  

ch nh pH trong quá trình lên men này.ỉ

– Ch t làm ấ l nh R717:ạ  Do tính ch t bay h i thu n l i c a nó, amoniac là ấ ơ ậ ợ ủ ch tấ  làm l nhạ  Amoniac khan đượ ử ục s  d ng r ng rãi trong các  ng d ng đi n l nh côngộ ứ ụ ệ ạ  nghi p.ệ

– Đi u ch  hidrazin Nề ế 2H4 (ch t đ t cho tên l a).ấ ố ử

CH ƯƠ NG II: T NG QUÁT V  THÁP H P THU D NG Đ M Ổ Ề Ấ Ạ Ệ

2.1 Đ nh nghĩa h p thu ị ấ

Trong quá trình s n xu t hóa h c thả ấ ọ ường chúng ta thu được h n h p khí nhi uỗ ợ ề  

c u t , mu n ti p t c gia công ch  bi n chúng ta ph i tách chúng ta thành t ng c uấ ử ố ế ụ ế ế ả ừ ấ  

t  ử

+ Phương pháp c  lý (d a trên chính ch t hóa l ng   các nhi t đ  khác nhau).ơ ự ấ ỏ ở ệ ộ

+ Phương pháp hút: dùng ch t l ng hay ch t r n x p đ  hút. N u dùng ch tấ ỏ ấ ắ ố ể ế ấ  

l ng g i là quá trình h p thu, n u dùng ch t r n g i là quá trình h p ph ỏ ọ ấ ế ấ ắ ọ ấ ụ

Nh  v y h p thu là quá trình hút khí b ng ch t l ng, khí đư ậ ấ ằ ấ ỏ ược hút g i là ch tọ ấ  

b  h p thu, ch t l ng dùng đ  hút g i là dung môi (còn g i là ch t h p thu), khíị ấ ấ ỏ ể ọ ọ ấ ấ  không b  h p thu g i là khí tr  Quá trình nh  v y c n s  truy n v t ch t t  pha khíị ấ ọ ơ ư ậ ầ ự ề ậ ấ ừ  vào pha l ng. N u quá trình x y tra theo chi u ngỏ ế ả ề ượ ạc l i, nghĩa là t  pha l ng vàoừ ỏ  pha khí ta có quá trình nh  ả

+ H p thu v t lý: d a trên s  hòa tan c a c u t  pha khí trong pha l ng.ấ ậ ự ự ủ ấ ử ỏ

+ H p thu hóa h c: gi a ch t b  h p thu và ch t h p thu ho c c u t  trong phaấ ọ ữ ấ ị ấ ấ ấ ặ ấ ử  

l ng x y ra ph n  ng hóa h c.ỏ ả ả ứ ọ

2.3 Các y u t   nh h ế ố ả ưở ng đ n quá trình h p thu ế ấ

S  h p thu ph  thu c vào b n ch t c a các c u t  (ch t h p thu và dung môi).ự ấ ụ ộ ả ấ ủ ấ ử ấ ấ  

Nh ng ch t có tính ch t tữ ấ ấ ương đ ng thì càng d  hoà tan vào nhau. Đi u này đãồ ễ ề  

được trình bày   ph n trên. Ngoài ra nhi t đ  và áp su t là nh ng y u t   nhở ầ ệ ộ ấ ữ ế ố ả  

hưởng quan tr ng lên quá trình h p th  C  th  là chúng có  nh họ ấ ụ ụ ể ả ưởng lên tr ngạ  thái cân b ng và đ ng l c quá trình.ằ ộ ự

N u tăng nhi t đ  thì giá tr  h  s  c a đ nh lu t Henry tăng, đế ệ ộ ị ệ ố ủ ị ậ ường cân b ngằ  

s  d ch chuy n v  tr c tung (hình 4). Gi  s  đẽ ị ể ề ụ ả ử ường làm vi c là P, Q không đ i n uệ ổ ế  nhi t đ  tăng lên thì đ ng l c truy n kh i s  gi m. N u nhi t đ  tăng quá cao thìệ ộ ộ ự ề ố ẽ ả ế ệ ộ  không nh ng đ ng l c truy n kh i gi m mà ngay c  quá trình s  không th c hi nữ ộ ự ề ố ả ả ẽ ự ệ  

được theo đường làm vi c P, G cho trệ ước. M c dù v y, nhi t đ  cao cũng  nhặ ậ ệ ộ ả  

hưởng  t t  vì đ  nh t c a dung môi gi m, có l i   đ i v i  trố ộ ớ ủ ả ợ ố ớ ường h p  tr  l cợ ở ự  khuy ch tán ch  y u n m trong pha l ng. ế ủ ế ằ ỏ

N u tăng P c a h n h p khí thì giá tr  h  s  cân b ng s  gi m và do đó đế ủ ỗ ợ ị ệ ố ằ ẽ ả ườ  ngcân b ng s  g n v  tr c hoành (hình 4). Nh  v y n u tăng P thì quá tình truy nằ ẽ ầ ề ụ ư ậ ế ề  

kh i s  t t h n vì đ ng h c quá trình l n h n. Nh ng quá trình tăng áp d n đ nố ẽ ố ơ ộ ọ ớ ơ ư ẫ ế  

tăng nhi t đ , và vi c tăng áp su t cũng gây khó khăn cho vi c ch  t o thi t b , choệ ộ ệ ấ ệ ế ạ ế ị  nên ta ch  th c hi n quá trình h p thu   áp su t cao đ i v i ch t khí khó hoà tan. ỉ ự ệ ấ ở ấ ố ớ ấ

Ví d : h p th  COụ ấ ụ 2 v i dung môi là nớ ướ ởc   17 at, còn v i CO   120 at.ớ ở

2.4 Cân b ng v t ch t cho quá trình h p thu ằ ậ ấ ấ

Khi tính toán h p th  ngấ ụ ười ta thường cho bi t trế ướ ược l ng h n h p khí, n ngỗ ợ ồ  

đ  đ u và n ng đ  cu i c a khí b  h p th  trong h n h p khí và trong dung môi.ộ ầ ồ ộ ố ủ ị ấ ụ ỗ ợ

V i:ớ

Gy: Lượng h n h p khí đi vào thi t b  h p thu, Kmol/h.ỗ ợ ế ị ấ

Yd: N ng đ  đ u c a h n h p khí Kmol/Kmol khí tr ồ ộ ầ ủ ỗ ợ ơ

Yc: N ng đ  cu i c a h n h p khí Kmol/Kmol khí tr ồ ộ ố ủ ỗ ợ ơ

Ltr: Lượng dung môi đi vào thi t b  h p th  Kmol/h.ế ị ấ ụ

Xd: N ng đ  đ u c a dung môi Kmol/Kmol dung môi.ồ ộ ầ ủ

Xc: N ng đ  cu i c a dung môi Kmol/Kmol dung môi.ồ ộ ố ủ

Gtr: Lượng khí tr  đi vào thi t b  h p thu.ơ ế ị ấ

Đ i v i khí lý tố ớ ưởng hay khí th c có n ng đ  bé và đ  hòa tan nh  thì n ng đự ồ ộ ộ ỏ ồ ộ 

đường cân b ng là đằ ường th ng có d ng:ẳ ạ

    hay      đây:

Ở

: g i là h ng s  cân b ng.ọ ằ ố ằ

: là h  s  Hăng­Ri cho trong các s  tay chuyên môn.ệ ố ố

P: là áp su t chung (áp su t làm vi c), mmHg.ấ ấ ệ

N u là khí th c thì đế ự ường cân b ng là đằ ường cong có d ng:ạ

Đư ng n ng đ  làm vi c trong quá trình h p th  là đờ ồ ộ ệ ấ ụ ư ng th ng có d ng:ờ ẳ ạ

ptr: áp su t riêng ph n c a khí tr , N/mấ ầ ủ ơ 2. 

P: áp su t chung c a h n h p khí (áp su t làm vi c c a thi t b ), N/mấ ủ ỗ ợ ấ ệ ủ ế ị 2

Vtr: lượng khí tr  vào tháp, mơ 3/h

: h ng s  khí tr , N.m/Kmol.đằ ố ơ ộ

R: h ng s  khí, đằ ố ối v i không khí thì Rớ  = 8,314N.m/Kmol.độ.

M: kh i lố ượng phân t  khí tr , v i không khí M= 29Kg/Kmolử ơ ớ

Ttr: nhi t đ  khí tr , ệ ộ ơ 0K

Phương trình cân b ng v t li u là:ằ ậ ệ

Lượng dung môi c n thi t X:ầ ế

Lượng dung môi t i thi u đ  h p th  đố ể ể ấ ụ ược xác đ nh khi n ng đ  cu i c aị ồ ộ ố ủ  dung môi đ t đ n n ng đ  cân b ng, nh  v y ta có:ạ ế ồ ộ ằ ư ậ

Xc max: là n ng đ  cân b ng  ng v i n ng đ  đ u c a h n h p khí.ồ ộ ằ ứ ớ ồ ộ ầ ủ ỗ ợ

N ng đ  cân b ng luôn luôn l n h n n ng đ  th c t , vì th  lồ ộ ằ ớ ơ ồ ộ ự ế ế ượng dung môi 

th c t  luôn l n h n lự ế ớ ơ ượng dung môi t i thi u, thố ể ường ta l y lấ ượng dung môi th cự  

t  l n h n lế ớ ơ ượng dung môi t i thi u kho ng 20%.ố ể ả

Lượng dung môi tiêu hao riêng là:

Lượng c u t  b  h p th  có th  tính theo công th c:ấ ử ị ấ ụ ể ứ

g: lượng c u t  b  h p th  vào trong pha l ng.ấ ử ị ấ ụ ỏ

+ T o thành s n ph m cu i cùng.ạ ả ẩ ố

Trong trường h p th  nh t và th  ba b t bu c chúng ta ph i ti n hành quáợ ứ ấ ứ ắ ộ ả ế  trình nh  sau khi h p th  đ  thu các c u t  và dung môi riêng. Trong trả ấ ụ ể ấ ử ường h pợ  

th  hai thì quá trình nh  không c n thi t n u tìm dung môi d  ki m (ví d  nhứ ả ầ ế ế ễ ế ụ ư 

nướ ạc l nh) vì khí thường là b  đi, trỏ ường h p này ch  khi c n l y l i dung môi taợ ỉ ầ ấ ạ  

m i th c hi n quá trình nh  Còn trớ ự ệ ả ường h p th  t  thì quá trình nh  không có ýợ ứ ư ả  nghĩa

2.6 L a ch n dung môi ự ọ

N u m c đích chính c a quá trình h p thu là đ  t o nên m t dung d ch s nế ụ ủ ấ ể ạ ộ ị ả  

ph m xác đ nh (ví d  nh  s n xu t dung d ch axit clohydric) thì dung môi đã đẩ ị ụ ư ả ấ ị ượ  cxác đ nh b i b n ch t c a s n ph m. N u m c đích c a quá trình h p thu là táchị ở ả ấ ủ ả ẩ ế ụ ủ ấ  các c u t  c a h n h p khí thì khi đó ta có th  l a ch n m t dung môi t t d a trênấ ử ủ ỗ ợ ể ự ọ ộ ố ự  

nhi u, nh ng n u dung môi đề ư ế ược thu h i đ  dùng l i thì ph n  ng ph i có tínhồ ể ạ ả ứ ả  hoàn nguyên.

+ Đ  bay h i tộ ơ ương đ i: Dung môi nên có áp su t h i th p vì pha khí sau quáố ấ ơ ấ  trình h p thu s  bão hòa h i dung môi do đó dung môi b  m t.ấ ẽ ơ ị ấ

+ Tính ăn mòn c a dung môi: Dung môi nên có tính ăn mòn th p đ  v t li u chủ ấ ể ậ ệ ế 

t o thi t b  d  tìm và r  ti n.ạ ế ị ễ ẻ ề

+ Chi phí: Dung môi d  tìm và r  đ  s  th t thoát không t n kém nhi u.ễ ẻ ể ự ấ ố ề

+ Đ  nh t: Dung môi có đ  nh t th p s  tăng t c đ  h p thu, c i thi n đi uộ ớ ộ ớ ấ ẽ ố ộ ấ ả ệ ề  

ki n ng p l t trong tháp h p thu, đ  gi m áp th p và truy n nhi t t t.ệ ậ ụ ấ ộ ả ấ ề ệ ố

+ Các tính ch t khác: Dung môi nên có nhi t dung riêng th p đ  ít t n nhi t khiấ ệ ấ ể ố ệ  hoàn nguyên dung môi, nhi t đ  đóng r n th p đ  tránh hi n tệ ộ ắ ấ ể ệ ượng đóng r n làmắ  

t c thi t b , không t o k t t a, không đ c.ắ ế ị ạ ế ủ ộ

Trong th c t  không có m t dung môi nào cùng lúc đáp  ng đự ế ộ ứ ượ ấ ảc t t c  các tính ch t trên, do đó khi ch n ph i d a vào nh ng đi u ki n c  th  khi th c hi nấ ọ ả ự ữ ề ệ ụ ể ự ệ  quá trình h p thu. Dù sao tính ch t th  nh t c a dung môi cũng không th  thi uấ ấ ứ ấ ủ ể ế  

được trong b t c  trấ ứ ường h p nào.ợ

2.7 Tháp h p thu ấ

Trong s n xu t thả ấ ường dùng nhi u lo i thi t b  khác nhau đ  th c hi n quáề ạ ế ị ể ự ệ  trình h p thu. N u pha khí phân tán vào pha l ng ta có các lo i tháp mâm, n u phaấ ế ỏ ạ ế  

l ng phân tán vào pha khí ta có tháp chêm, tháp phun.ỏ

Tháp h p thu ph i th a mãn các yêu c u sau: di n tích b  m t ti p xúc phaấ ả ỏ ầ ệ ề ặ ế  

ph i l n, hi u qu  và có kh  năng cho khí xuyên qua, tr  l c th p (< 3000Pa), k tả ớ ệ ả ả ở ự ấ ế  

c u đ n gi n và v n hành thu n ti n, kh i lấ ơ ả ậ ậ ệ ố ượng nh , ít b  t c ngh n b i c n sinhỏ ị ắ ẽ ở ặ  

ra trong quá trình h p th ấ ụ

2.7.1 Thi t b  lo i đĩa (tháp mâm): ế ị ạ

Bên c nh tháp đ m, tháp đ m cũng đạ ệ ệ ượ ức  ng d ng r t nhi u trong công nghụ ấ ề ệ hoá h c. Trong tháp đĩa khí phân tán qua các l p ch t l ng chuy n đ ng ch m tọ ớ ấ ỏ ể ộ ậ ừ trên xu ng dố ưới, s  ti p xúc pha riêng bi t trên các đĩa. So v i tháp đ m thì tháp đĩaự ế ệ ớ ệ  

ph c t p h n do khó ch  t o h n và t n kém chi phí nhi u h nứ ạ ơ ế ạ ơ ố ề ơ

Chia tháp đĩa (mâm) ra làm hai lo i có  ng ch y chuy n, khí và l ng chuy nạ ố ả ề ỏ ể  

đ ng riêng bi t t  đĩa n  sang đĩa kia và không có  ng ch y chuy n, khí và l ngộ ệ ừ ọ ố ả ề ỏ  chuy n đ ng t  đĩa n  sang đĩa kia theo cùng m t lò hay rãnh. ể ộ ừ ọ ộ

Trong tháp đĩa có th  phân ra: tháp chóp, tháp đĩa lể ưới.…

2.7.2 Thi t b  lo i b  m t  ế ị ạ ề ặ

Đây là lo i thi t b  đ n gi n nh t. Trong thi t b  khí và ch t l ng chuy n đ ngạ ế ị ơ ả ấ ế ị ấ ỏ ể ộ  

ngược chi u nhau và ti p xúc v i nhau trên b  m t c a ch t l ng. Lo i này có ti pề ế ớ ề ặ ủ ấ ỏ ạ ế  xúc pha bé thường dùng trong trường h p khí hoà tan trong l ng. ợ ỏ

2.7.3 Thi t b  lo i màng ế ị ạ

  Thi t b  lo i  ng: ế ị ạ ố

C u t o c a thi t b  này gi ng thi t b  trao đ i nhi t. Ch t l ng ch y phíaấ ạ ủ ế ị ố ế ị ổ ệ ấ ỏ ả  trong  ng d ng màng, khí đi t  dố ạ ừ ưới lên, đường kính  ng t  25 – 50mm. ố ừ

Thi t b  màng t m:  ế ị ấ

Trong thi t b  có các b n x p th ng đ ng song song v i nhau, ch t l ng đi tế ị ả ế ẳ ứ ớ ấ ỏ ừ trên xu ng, ch t l ng ch y trên b  m t khí đi t  dố ấ ỏ ả ề ặ ừ ưới lên, ngược chi u.ề

 Thi t b  h p th  d ng màng có nh ng  u đi m sau:ế ị ấ ụ ạ ữ ư ể

Tr  l c nh  nh t so v i các thi t b  h p th  khác, v n t c ch t l ng l n có khiở ự ỏ ấ ớ ế ị ấ ụ ậ ố ấ ỏ ớ  

đ t đ n 5m/s. Bên c nh đó, thi t b  này cũng có nh ng h n ch  nên ngạ ế ạ ế ị ữ ạ ế ười ta ít sử 

d ng, đó là hi u su t h p th  th p khi chi u cao l n, khó phân b  đ u trong  ngụ ệ ấ ấ ụ ấ ề ớ ố ề ố  khi ch t l ng chuy n đ ng t  trên xu ng, vì v y nên l u lấ ỏ ể ộ ừ ố ậ ư ượng vào tháp h p thuấ  không th  l n nh  các thi t b  khác và hi u qu  kinh t  không cao.ể ớ ư ế ị ệ ả ế

2.7.4 Tháp đ m ệ

2.7.4.1 Khái ni m  ệ

Tháp đ m là m t tháp hình tr  g m nhi u đo n n i v i nhau b ng m t bíchệ ộ ụ ồ ề ạ ố ớ ằ ặ  hay hàn. Trong tháp người ta đ  đ y đ m theo hai phổ ầ ệ ương pháp: x p ng u nhiênế ẫ  hay x p th  t  Tháp đ m đế ứ ự ệ ượ ức  ng d ng r ng rãi trong k  ngh  hóa h c đ  h pụ ộ ỹ ệ ọ ể ấ  thu, ch ng c t, làm l nh. Ngư ấ ạ ười ta dùng nhi u lo i đ m khác nhau, ph  bi n nh tề ạ ệ ổ ế ấ  

là lo i đ m sau đây:ạ ệ

+ Đ m vòng (kích thệ ướ ừc t  10 – 100mm)

+ Đ m h t (kích thệ ạ ướ ừc t  20 – 100mm)

+ Đ m xo n – đệ ắ ường kính vòng xo n t  3 – 8mm. Chi u dài dây nh  h n 25m.ắ ừ ề ỏ ơ+ Đ m lệ ướ ằi b ng g ỗ

Tháp đ m thệ ường đượ ử ục s  d ng khi năng su t nh , môi trấ ỏ ường ăn mòn, t  lỉ ệ 

l ng: khí l n, khí không ch a b i và quá trình h p th  không t o ra c n l ng.ỏ ớ ứ ụ ấ ụ ạ ặ ắ

3.7.4.2 V t chêmậ

+ V t chêm hình yên ng a có kích thậ ự ướ ừc t  10 – 75mm.

+ V t chêm vòng xo n: đậ ắ ường kính dây t  0,3 – 1mm, đừ ường kính xo n kho ngắ ả  

3 – 8mm và chi u dài nh  h n 25mm.ề ỏ ơ

+ B  m t riêng l n, b  m t trong m t đ n v  th  tích b ng mề ặ ớ ề ặ ộ ơ ị ể ằ 2/m3. Kí hi u là.ệ+ Th  tích t  do l n, kí hi u là Vể ự ớ ệ td. Tính b ng mằ 2/m3.

+ Kh i lố ượng riêng bé

+ B n hóa h c.ề ọ

Trong th c t  không có lo i đ m nào có th  đ t t t c  các lo i yêu c u trên.ự ế ạ ệ ể ạ ấ ả ạ ầ  

Vì th  tùy theo đi u ki n c  th  mà ta ch n đ m cho thích h p.ế ề ệ ụ ể ọ ệ ợ

B ng 2: B ng s  li u cho m t s  lo i v t chêm ả ả ố ệ ộ ố ạ ậ

D ng v t chêmạ ậ Kích thước mm B  m t riêngề ặ  

Nói chung khi c n đ  phân tách cao thì ngầ ộ ười ta ch n các lo i đ m có kíchọ ạ ệ  

thước bé vì r ng kích thằ ước đ m càng bé thì b  m t riêng c a đ m càng l n, sệ ề ặ ủ ệ ớ ự 

ti p xúc gi a các pha càng t t.ế ữ ố

3.7.4.3  u – nh Ư ượ c đi m c a tháp đ m ể ủ ệ

Tháp đ m có nh ng  u đi m sau:ệ ữ ư ể

+ Hi u su t cao vì b  m t ti p xúc khá l n.ệ ấ ề ặ ế ớ

+ C u t o đ n gi n.ấ ạ ơ ả

+ Tr  l c trong tháp không l n l m.ở ự ớ ắ

+ Gi i h n làm vi c tớ ạ ệ ương đ i r ng.ố ộ

Nh ng tháp đ m có như ệ ược đi m quan tr ng là khó làm ể ọ ướt nhi u đ m. N uề ệ ế  tháp cao quá thì phân ph i ch t l ng không đ u. Đ  kh c ph c nhố ấ ỏ ề ể ắ ụ ược đi m đó, n uể ế  tháp cao quá thì người ta chia đ m ra nhi u t ng và có đ t thêm b  ph n phân ph iệ ề ầ ặ ộ ậ ố  

ch t l ng đ i v i m i t ng đ m.ấ ỏ ố ớ ỗ ầ ệ

3.1 Quy trình công nghệ

SVTH: Bùi M nh Trình 2004110192 ạ Trang: 27

7 1

2

3

5

6 4

9

S  đ  quy trình công ngh ơ ồ ệ

Chú thích:

1 ­ B m ch t l ng.ơ ấ ỏ 2 – L u lư ượng k  l ng.ế ỏ

3 – Thi t b  h p thu. ế ị ấ 4 – Áp k  ch  U.ế ữ

5 – L u lư ượng k  khí.ế 6 – Qu t th i khí.ạ ổ

7 – B n ch a dung môi trồ ứ ước h p thu.ấ 8 – B n ch a dung môi sau h p thu.ồ ứ ấ

9 – B n cao vồ ị

3.2 Thuy t minh s  đ  công ngh : ế ơ ồ ệ

Quy trình công ngh  h p th  tháp đ m đệ ấ ụ ệ ược tính toán c  th  d a trên lýụ ể ự  thuy t đ  đ m b o ho t đ ng theo yêu c u.ế ể ả ả ạ ộ ầ

Tháp đ m ngày nay r t ph  bi n trong công ngh  hoá ch t. Ngoài ra nó còn ápệ ấ ổ ế ệ ấ  

d ng trong công ngh  l c d u.ụ ệ ọ ầ

Trong quy trình trên, b  ph n ch  y u đóng vai trò quan tr ng đó là tháp đ m,ộ ậ ủ ế ọ ệ  

v t li u đ m, chi u cao kích thậ ệ ệ ề ước đ m. Các thi t b  khác đóng vai trò là thi t bệ ế ị ế ị 

ph  tr  nh  b m, qu t, l u lụ ợ ư ơ ạ ư ượng k , áp k  ch  U, h  th ng b n ch a và các thi tế ế ữ ệ ố ồ ứ ế  

b  van.ị

Tóm t t quy trình h p th  tháp đ m nh  sau:ắ ấ ụ ệ ư

Dòng khí h p th  đi vào t  phía dấ ụ ừ ưới đáy tháp đ m, di chuy n theo chi u điệ ể ề  lên xuyên qua l p đ m nh  h  th ng qu t (6). Đ  đi u ch nh l u lớ ệ ờ ệ ố ạ ể ề ỉ ư ượng dòng khí 

người ta dùng các van. Dòng khí trước khi vào tháp đ m nó đệ ược đi u ch nh l uề ỉ ư  

lượng b ng l u lằ ư ượng k  khí (5). L u lế ư ượng khí hi n th  trên l u lể ị ư ượng k  Dòngế  khí vào trong tháp đúng v i lớ ượng đã tính toán t  trừ ước. Dòng khí này đi ngược lên trên ti p xúc v i pha l ng t  trên ch y xu ng.ế ớ ỏ ừ ả ố

Áp k  ch  U (4) đế ữ ược dùng đ  đo áp su t.ể ấ

Trong khi đó ch t l ng đấ ỏ ược b m (1), b m t  b n ch a (7) đ  đ a vào phíaơ ơ ừ ồ ứ ể ư  trên c a b n cao v  (9), dòng l ng t  b n cao v  s  ch y qua van nh m đi u ch nhủ ồ ị ỏ ừ ồ ị ẽ ả ằ ề ỉ  

l u lư ượng, r i đồ ược đ a vào tháp, trư ước đó được qua thi t b  đi u ch nh l u lế ị ề ỉ ư ượ  ng

CH ƯƠ NG IV: TÍNH TOÁN THI T K  THI T B  CHÍNH Ế Ế Ế Ị

ycb: ph n mol c a NHầ ủ 3 trong dòng khí   đi u ki n cân b ng.ở ề ệ ằ

x: n ng đ  ph n mol khí hòa tan trong pha l ng.ồ ộ ầ ỏ

P: áp su t riêng ph n c a c u t  khí NHấ ầ ủ ấ ử 3 hòa tan khi cân b ng. ằ

Pt: áp su t t ng c a h  h p thu, mmHg.ấ ổ ủ ệ ấ