Đồ án Hấp thụ NH3

LÔØI MÔÛ ÑAÀU OÂ nhieãm khoâng khí töø caùc ngaønh saûn xuaát coâng nghieäp ôû nöôùc ta, trong nhöõng naêm gaàn ñaây ñang laø vaán ñeà quan taâm khoâng chæ cuûa nhaø nöôùc maø coøn laø cuûa toaøn xaõ hoäi bôûi möùc ñoä nguy haïi cuûa noù ñaõ ñeán luùc baùo ñoäng. Beân caïnh nguyeân nhaân ñaây laø moät lónh vöïc coøn khaù môùi meû maø chuùng ta chöa thaáy heát ñöôïc moái nguy hieåm cuûa noù ñoái con ngöôøi vaø sinh vaät , maët khaùc chöa coù heä thoáng quaûn lyù moâi tröôøng thaät söï hoaøn chænh ñeå coù theå kieåm soaùt , vaø chöa ñöôïc söï chuù troïng ñuùng möùc töø phía caùc nhaø saûn xuaát. Vì vaäy ñoà aùn moân hoïc kyõ thuaät xöû lyù chaát thaûi vôùi nhieäm vuï thieát keá thaùp haáp thu khí NH3 baèng nöôùc laø moät trong soá nhöõng coâng vieäc caàn laøm vaøo luùc naøy ñeå giuùp giaûm thieåu oâ nhieãm töø caùc doøng khí thaûi. Em xin chaân thaønh caûm ôn thaày höôùng daãn , caùc thaày coâ boä moân vaø caùc baïn sinh vieân giuùp em hoaøn thaønh ñoà aùn naøy . Sinh vieân thöïc hieän PHAN HÖÕU TAØI PHAÀN I: TOÅNG QUAN VEÀ NGUYEÂN LIEÄU VAØ SAÛN PHAÅM TOÅNG QUAN: I.Khaùi nieäm I.1 haáp thu: laø quaù trình xaûy ra khi moät caáu töû cuûa pha khí khueách taùn vaøo pha loûng do söï tieáp xuùc giöõa hai pha khí vaø loûng - Khí ñöôïc haáp thuï goïi laø chaát bò haáp thuï ; chaát loûng duøng huùt goïi laø dung moâi (chaát haát thuï ), khí khoâng bò haáp thuï goïi laø khí trô. - Muïc ñích: hoøa ta moät hay nhieàu caáu töû cuûa hoãn hôïp khí ñeå taïo neân moät dung dòch caùc caáu töû trong chaát loûng . caùc quaù trình xaûy ra do söï tieáp xuùc pha giöõa khí vaø loûng . Quaùtrình naøy caàn söï truyeàn vaät chaát töø pha khí vaøo pha loûng . Neáu quaù trình xaûy ra ngöôïc laïi , nghóa laø caàn söï truyeàn vaät chaát töø pha loûng vaøo pha hôi , ta coù quaù trình nhaû khí . Nguyeân lyùcuûa caû hai quaù trình laø gioáng nhau Trong coâng nghieäp hoùa chaát , thöïc phaåm quaù trình haáp thu duøng ñeå: Thu hoài caùc caáu töû quyù trong pha khí Laøm saïch pha khí Taùch hoån hôïp taïo thaønh caùc caáu töû rieâng bieät Taïo thaønh moät sung dòch saûn phaåm. Haáp thu bao goàm quaù trình haáp thu vaât lyù vaø haáp thu hoùa hoïc. 1. Haáp thu vaät lyù: döïa treân cô sôû hoøa tan cuûacaáu töû pha khí trong pha loûng 2. Haáp thu hoùa hoïc : giöõa hoån hôïp khí vaø dung moâi coù xaûy ra phaûn öùng hoùa hoïc. I.2 Quaù trình khí vôùi muïc ñích laø taùch caùc caáu töû hoån hôïp khí thì khi ñoù löïa choïn dung moâi toát laø phuï thuoäc vaø caùc yeáu toá sau : 1) Ñoä hoøa tan toát: coù tính choï loïc coù nghóa laø chæ hoøa tan caáu töû caàn taùch vaø khoâng hoøa tan koâng ñaùng keå caùc caáu töû coøn laïi . Ñaây laø ñieàu kieän quan troïng nhaát 2) Ñoä nhôùt cuûa dung moâi caøng beù thì trôû löïc thuû hoïc caøng nhoû vaø vaø coù lôïi cho quaù trình chuyeån khoái 3) Nhieät dung rieâng beù seõ toán ít nhieät khi hoaøn nguyeân dung moâi 4) Nhieät ñoä soâi khaùc xa vôùi nhieät doä soâi cuûa chaát hoaø tan ñeå deå taùch caùc caáu töû ra khoûi dung moâi 5) Nhieät ñoä ñoùng raén thaáp ñeå traùnh taéc thieát bò vaø thu hoài caùc ccaáu töû hoøa tan deã daøng hôn 6) Ít bay hôi raû tieàn , deã kieám vaø khoâng ñoäc haïi vôùi ngöôøi vaø khoâng aên moøn thieát bò II. Cô sôû lyù thuyeát : 1) Cô sôû vaät lyù cuûa quaù trình haáp thu Haáp thu laø quaù trình quan troïng ñeå xöû lyù khí vaø ñöôïc öùng duïng trong raát nhieàu quaù trình khaùc . Haáp thu treân cô sôû cuûa quaù trình truyeàn khoái , nghóa laø phaân chia hai pha .Phuï thuoäc vaøo söï töông taùcgiöõa chaát haáp thu vaø chaát bò haáp thu trong pha khí 2) Caùc quaù trình cô baûn cuûa quaù trình haáp thu a) Phöông trình caân baèng vaät chaát Phöông trình caân baèng vaät lieäu coù daïng: GYYÑ + GXXÑ = GXXC + GYYC Trong ñoù : GX :luôïng khí trô khoâng ñoåi khi vaän haønh ( kmol/ h) GY: löôïng dung moâi khoâng ñoåi khi vaän haønh(kmol/ h YÑ , YC: noàng ñoä ñaàu vaø cuoái cuûa pha khí (kmol/kmolkhí trô) XÑ , XC: noàng ñoä cuoái vaø ñaàu cuûa pha loûng (kmol/kmolkhí trô) X+: noàng ñoä pha loûng caân baèng vôùi pha hôi (kmol/ kmoldung moâi) Löôïng dung moâi toái thieåu: Lmin
theo thöïc nghieäm ta thaáy: L = (1.2(1.3)Lmin b) Phöông trình caân baèng nhieät löôïng : phöông trình caân baèng nhieät löôïng ta coù : GñIñ + LñCñTñ + Qñ = GcIc + LcCcTc +Qc Trong ñoù : Gñ, Gc : hoãn hôïp khí ñaàu vaø cuoái (kg/h) Lñ, Lc : löïong dung dòch ñaàu vaø cuoái (kg/h) Tñ, Tc :nhieät ñoä khí ban ñaàu vaø cuoái (oC) Iñ, Ic : entanpi hoãn hôïp khí ban ñaàu vaø cuoái(kj) Qo: nhieât maát maùt (kj/h) Qs:nhieät phaùt sinh do haáp thu khí(kj/h) III. Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán hieäu quaû haáp thu: a) aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä: khi caùc ñieàu kieän khaùc khoâng ñoåi maønhieät ñoä thaùp taêng thì heä soá Henriseõ taêng . Keát quaû laø aûnh höôûng ñöôøng caân baèng dòch chuyeån veà phía truïc tung . Neáu caùc ñöøông laøm vieäc AB khoâng ñoåi thì ñoäng löïc trung bình seõ giaûm , soá ñóa lyù thuyeât seõ taêng vaø chieàu cao cuûa thieát bò seõ taêng . Thaäm chí coù khi thaùp khoâng laøm vieäc ñöôïc vì nhieät ñoä taêng quaù so vôùi yeâu caà kyõ thuaät. Nhöng nhieät ñoä taêng cuõng coù lôïi laø laøm cho ñoä nhôùt caû hai pha khí vaø loûng taêng . b) aûnh höôûng cuûa aùp suaát : neáu caùc ñieàu kieän khaùc giöõ nguyeân maø chæ taêng aùp suaát trong thaùp thì heä soá caân baèng seõ taêng vaø caân baèng seõ dòch chuyeån veà phía truïc hoaønh. khi ñöøong laøm vieäc AB khoâng ñoåi thì ñoäng löïc trung bình seõ taêng quaùtrình chuyeån khoái seõ toát hôn vaø soá ñóa lyù thuyeát seõ giaûm laøm chieàu cao cuûa thaùp seõ thaáp hôn. tuy nhieân , vieäc taêng aùp suaát thöøông keøm theo söï taêng nhieät ñoä. Maët khaùc , söï taêng aùp suaát cuõng gaây khoù khaên trong vieäc cheá taïo vaøvaân haønh cuûa thaùp haáp thuï . c) caùc yeáu toá khaùc: Tính chaát cuûa dung moâi , loaïi thieát bò vaø caáu taïo thieát bò ñoä chính xaùc cuûa duïng cuï ño , cheá ñoä vaän haønh thaùp… ñeàu coù aûnh höôûng nhieàu ñeán hieäu suaát haáp thu. IV. Tính chaát cuûa NH3: Amoniac laø chaát khí khoâng maøu, coùmuøi kích thích (muøi khai). Khi taêng aùp suaát hay laøm laïnh ñeán –33.6oC noù hoaù loûng vaø ñeán – 77.8oC noù hoaù raén. Döôùi aùp suaát cao NH3 deã daøng hoaù loûng ôû nhieät ñoä thöôøng. Moät theå tích nöôùc coù theå hoaø tan 700 theå tích NH3 Dung dòch ñaëc chöùa 25% NH3 coù khoái löôïng rieâng 0.91g/cm3. Dung dòch NH3 trong nöôùc ñöôïc goïi laø nöôùc amoniac hay dung dòch amoniac, khi hoaø tan NH3 vaøo nöôùc thì taïo thaønh amonihydroxyt. NH3 + H2O NH4OH NH4+ + OH – Khi ñun noùng ñoä tan cuûa amoniac giaûm raát nhanh vaø noù thoaùt ra khoûi dung dòch. Trong phoøng thí nghieäm amoniac ñöôïc ñieàu cheá baèng caùch cho muoái taùc duïng vôùi kieàm khi ñun noùng. NH4Cl + NaOH = NaCl + NH3 + H2O Trong coâng nghieäp amoniac ñöôïc ñieàu cheá baèng caùch toång töø nitô vaø hydro. N2 + 3H2 2 NH3 Chaát xuùc taùc phaûn öùng hay duøng laø saét coù laãn nhoâm oxyt vaø kalioxyt. Quaù trình xaûy ra ôû nhieät ñoä 500 – 550oC vaø aùp suaát 200 – 800 atm, trong moät soá thieát bò coù theå ñöa aùp suaát leân ñeán 1000 atm. Amoniac coøn laø saûn phaåm phuï khi coác hoaù than. Löôïng lôùn amoniac ñieàu cheá trong coâng nghieäp ñöôïc duøng ñeå saûn suaát acid nitric vaø phaân ñaïm. Amoniac coøn ñöôïc duøng laø taùc nhaân laøm laïnh trong maùy laïnh, duøng trong phoøng thí nghieäm vaø trong y hoïc. V. Thieát bò haáp thuï : Thieát bò ñöôïc söû duïng ñeå tieán haønh quaù trình haáp thu ñöôïc goïi laø thieát bò haáp thu hoaëc coät haáp thu ñöôïc goïi laø thieátbò haáp thu hoaëc coät haáp thu , thaùp haáp thu . thieát bò haáp thu coù theå laøm vieäc giaùn ñoaïn hoaëc lieân tuïc vaø ñöôïc chia thaønh 4 nhoùm sau : ( thieát bò haáp thuï beà maët : ñöôïc duøng khi haáp thu moät löông nhoû co ùtính hoøa tan toát ( thieát bò haáp thu loaïi ñeäm : ñöôïc söû duïng phoå bieán nhaát khi khi chaát loûng vaø chaát khí tinh khieát vaø coù maât ñoä phun lôùn ( thieát bò haáp thu loaïi suûi boït : ñöïoc duøng khi thaùp coù naêng suaát cao vaø caàøn thoaùt ra moät luôïng nheät lôùn ( thieát bò haáp thu loaïi phun: thaønh tia vaø thieát bò haáp thu cô khí PHAÀN II: QUI TRÌNH COÂNG NGHEÄ I. Thieát minh quy trình coâng ngheä: Hoãn hôïp khí trô (nitô vaø hydro, tæ leä mol N2: H2 = 1: 3) vaø caáu töû ñöôïc haáp thuï NH3 vôùi noàng ñoä 4% theå tích ñöôïc cho vaøo bình chöùa, duøng quaït thoåi khí vaøo thaùp haáp thuï (thaùp maâm van). Dung dòch duøng haáp thuï laø nöôùc. Thaùp haáp thuï laøm vieäc nghòch chieàu: nöôùc ñöôïc bôm leân doàn cao vò, töø ñoù cho vaøo thaùp töø treân ñi xuoáng, hoãn hôïp khí ñöôïc thoåi töø döôùi leân vaø quaù trình haáp thuï xaûy ra. Hoãn hôïp khí trô ñi ra ôû ñænh thaùp, dung dòch sau haáp thuï ôû ñaùy thaùp ñöôïc cho qua thaùp giaûi haáp. ÔÛ nhieät ñoä cao caáu töû NH3 trong dung dòch seõ taùch ra sau ñoù daãn ñeán thieát bò ngöng tuï, taïi ñaây saûn phaåm ñöôïc thu hoài. Nöôùc sau giaûi haáp ñöôïc laáy ra ôû ñaùy thieát bò. PHAÀN III: PHAÀN TÍNH TOAÙN I. Tính caân baèng vaät chaát vaø naêng löôïng cho thaùp haáp thuï: Caùc thoâng soá ban ñaàu: Noàng ñoä NH3 ñaàu vaøo: 3.5g/m3. Khí ñaït tieâu chuaån loaïi A: 300mg/m3. Löu löôïng khí thaûi :10000 m3/h. Caùc thoâng soá khaùc töï choïn . Nhieät ñoä laøm vieäc cuûa thaùp T= 300C . Aùp suaát laøm vieäc 1atm . 1. Ñöôøng caân baèng pha : ÔÛ 30oC (.10-6 =0.00241 mmHg m =
=

=3.17 Y* =
=
X  0  0.0002  0.0004  0.0006  0.0008  0.001  0.0012  0.0014   Y  0  0.00064  0.0013  0.0019  0.0025  0.0032  0.0038  0.0045   Ñöôøng caân baèng:
2. Caân baèng vaät chaát: Gd=
=
= 402,479
Do löôïng NH3 =3,5 g/m3 laø raát nhoû: yd =
.10-3 =5,125.10-3(kmolNH3/kmolhh) Yd=
=0.05
Gtr=Gd(1-yd)=402,497(1-0,005)=400,47Kmol ktr/h Löôïng khí NH3 ban ñaàu: MNH3 =
=3,42(g/m3) Löôïng khí sau quaù trình haáp thuï laø: 0.3(g/m3) =300(mg/m3) Löôïng khí bò haáp thu laø: 3,42-0,3 =3,12(g/m3) Hieäu suaát haáp thu laø:
= 91,2% Suy ra : Yc= (1-0,912).Yd= (1-0,912). 0,005= 0,00044(kmolNH3/kmolhh) yc=Yc/1+Yc=
=0,000439 Kmol NH3/Kmol ktr Gc=Gtr(Yc+1)=400,47.(0.00044+1)=400,65Kmolhh/h Choïn Xd=0 xd=0 Ta coù:
=
(phöông trình caân baàng vaät chaát cho quaù trình ngöôïc doøng) X* suy ra baèng caùch thay giaù trò Yd= 0,005 vaøo phöông trình caân baèng , ta coù X* = 0,00158 Lmin=Gtr*
=400,47*
=1155,8KmolH2O/h Ltr=1.2Lmin=1.2*1155,8=1386,96 Kmol H2O/h Vaø:
=



dung dòch raát nhoû). 3.Caân baèng naêng löôïng: Gñ .Iñ = Lñ .Cñ .Tñ + Qs = Gc .Ic = Lc.Cc.Tc + Q0. Ñeå ñôn giaûn hoaù vaán ñeà tính toaùn, ta coù giaû thieát nhö sau: Nhieät maát ra moâi tröôøng xung quanh khoâng ñaùng keå( do ñieàu kieän laøm vieäc ôû 300C)( Q0 = 0. Nhieät ñoä cuûa hoãn hôïp khí ra khoûi thaùp baèng nhieät ñoä dung dòch vaøo. Nhieät dung rieâng cuûa dung dòch trong suoát quaù trình haáp thuï : Cñ = Cc =C. Trong quaù trình haáp thuï coù theå phaùt sinh nhieät do ñoù kí hieäu q laø nhieät phaùt sinh cuûa 1 Kmol caáu töû bò haáp thuï. Qs = q.Lñ .(Xc – Xñ ). Vôùi möùc gaàn ñuùng ta coù theå coi q khoâng ñoåi trong suoát quaù trình haáp thuï . Vì löôïng caáu töû hoaø tan trong dung dòch raát nhoû do ñoù löôïng dung dòch ñaàu Lñ vaø cuoái Lc khoâng khaùc nhau nhieàu . Trong möùc ñoä cho pheùp ta coù theå laáy laø: Lc ( Lñ ( Ltrô = L. Tra soå tay hoaù lyù: q(
Ta bieán ñoåi phöông trình CBNL: L.C (Tc – Tñ ) = qL(Xc – Xñ ) ((T = Tc – Tñ =
do dung dòch loaõng (x<0.2). C = 4.186 (1-x) KJ/Kgñoä. x = xtb =
(C = (1 - 0.000645) = 0.999 Kcal/Kgñoä.
(T raát beù neân xem nhieät ñoä dung dòch ra khoûi thaùp baèng dung dòch vaøo vaø cuõng baèng dung dòch khí ra khoûi thaùp (T = 300C). III. Tính toaùn thieát bò chính: 1.Ñöôøng kính thaùp:
Tính vaän toác khí qua thaùp: ((ywy)tb = 0.065 ([(]
([(] – heä soá söùc caêng beà maët khi ( < 20 dyn/cm thì ([(] = 0.8. ( > 20 dyn/cm thì ([(] = 1.
Tra STT2 ôû 300C:
= 71,15.10-3N/m =71.15 ñyn/cm.
= 19.10-3 N/m = 19 ñyn/cm.
Choïn h = 0.45m. Khoái löôïng rieâng trung bình: Pha khí:
M1 =
M2 =
T = 273 +30 = 3030K.
Pha loûng: Maø:
(Tra STT1 ôû 30oC). vtb1 – phaàn theå tích trung bình cuûa caáu töû NH3 trong pha loûng. vtb1 raát beù

h = 0.45m ( D =1,29 m ( (1,2 (1,8m) neân chaáp nhaän. Choïn giaù trò D= 1,4(m). Vaän toác doøng khí trong thaùp laø:
= 1,8(m) 2.Chieàu cao thaân thaùp: Ñóa laøm baèng theùp khoâng ræ X18H10T. Khoái löôïng rieâng cuûa theùp : ( = 7850 (Kg/m3) Choïn ñöôøng kính loã : d = 0,005 (m) =5 (mm) Beà daøy ñóa : ( =0,8 d =0,8.0,005 =0,004 (m) =4(mm) Choïn chieàu daøi gôø chaûy chuyeàn : Lc = 0,8 (m) Dieän tích maët caét oáng chaûy chuyeàn (hình vieân phaân): S =
.R2.( -
.R (cos
).
Vôùi : R=
= 1,4/2 = 0,7 (m) ( : goùc ôû taâm cuûa hình vaønh khaên , ( (=3,14 –2* arccos(
) = 1,215 (radian) ( S= 0,1799 (m2) Khoaûng caùch töø thaân thieát bò ñeán gôø chaûy traøn : L =R - R . cos((/2) =0,7 – 0,7.cos(1,215/2) = 0,125 (m) Dieän tích laøm vieäc cuûa ñóa : f = 3,14.
- 2S = 3,14
- 2.0,1799 = 1,1788 (m2) Toång dieän tích loã laáy baèng 12 % dieän tích laøm vieäc : Sl = 0,12.f = 0,12 . 1,1788 = 0,1415 (m2) Theå tích cuûa ñóa : Vñ = (f - Sl) . ( =(1,1788-0,1415). 0,004 =0,00415 (m3). Khoái löôïng ñóa : mñ= Vñ.( = 0,00415.7850 = 32,5775 (kg) Soá loã treân moät maâm : n =
=
= 7211 (loã) Böôùc loã : t (
( 0,019 (m) Vaäy böôùc loã : t= 0,019m= 19 (mm). 4.1.5. Chieàu cao thaùp Chieàu cao cuûa thaùp ñóa ñöôïc xaùc ñònh theo phöông phaùp xaây döïng ñöôøng cong phuï . Heä soá chuyeån khoái : Ky=
Trong ñoù : m : heä soá phaân boá vaät chaát . Tra soå tay taäp 2 : m= 3,17 (y : Heä soá caáp khoái phía pha khí (x : Heä soá caáp khoái pha loûng . (y = 3,03.10 –4
(
.
Px Vôùi : (y: toác ñoä khí tính cho maët caét töï do cuûa thaùp , m/s. (y = ( = 1,8 (m/s)
Px : söùc caûn thuyû löïc cuûa chaát loûng treân ñóa .
Px=
Pñ -
Pk Trong ñoù :
Pñ=
Pk +
Ps +
Pt Vôùi :
Pk : Trôû löïc ñóa khoâ .
Ps : Trôû löïc ñóa do söùc caêng beà maët .
Pt : Trôû löïc cuûa lôùp chaát loûng treân ñóa . Trôû löïc ñóa khoâ :
Pk =

: Heä soá trôû löïc. Tieát dieän tö do cuûa loã baèng :
= 9,2% dieän tích cuûa maët caét ngang thaùp . Neân choïn
=1,82 (0 : Toác ñoä khí qua loã . (0=
=
= 19,596 ( m/s).
Pk =
= 1,82 .
= 114 (N/m2) Trôû löïc ñóa do söùc caêng beà maët :
Ps =

: Söùc caêng beà maët . Tra Soå Tay Taäp II ,
=14,9.10-3 (N/m) d : ñöôøng kính loã ,m
Ps =
=9,166 (N/m2). Trôû löïc thuyû tónh do lôùp chaát loûng treân ñóa taïo neân :
P =
]g.
Trong ñoù : K: Tæ soá giöõa khoái löôïng rieâng cuûa boït vaø khoái löôïng rieâng cuûa loûng khoâng boït . Khi tính toaùn chaáp nhaän K= 0,5 Lc: Chieàu daøi cöûa chaûy traøn . Lc= 0,8 m. Gx: löu löôïng loûng , Gx = 25,07 m3/h
=
>5 . ( m= 10 000 g= 9,81 m/s2
= 996 kg/m3. Choïn hc = 0,12(m) . (
Pt = 762 (N/m2)
Px=
Pñ -
Pk =
Ps +
Pt = 762 +9,166 = 771,166 (N/m2) Heä soá caáp khoái pha khí : (y = 3,03.10 –4
(
.
Px (y =3,03. 10 –4 .1,80,76 .771,166 = 0,757 (kmol/m2.s) Heä soá caáp khoái pha loûng : (x =
Vôùi : (y : Vaän toác laøm vieäc , (y = ( = 1,8 (m/s) (x =
=
=1,93 (kmol/m2.s) Heä soá chuyeån khoái : Ky=
=
= 0,337(kmol/m2.s) Soá ñôn vò chuyeån khoái ñoái vôùi moãi ñóa : myT =
Vôùi : Ky : Heä soá chuyeån khoái . f : dieän tích laøm vieäc cuûa ñóa. f= 1,1788. Gy :löu löôïng khí , kmol/s myT =
=
= 3,55 Xaùc ñònh soá Cy : Cy = em
= e 3,55 = 34,8. Ñoaïn Bi Ci : Ñöôïc tính theo coâng thöùc : Bi Ci =
. Veõ soá baäc naèm giöõa ñöôøng cong phuï vaø ñöôøng laøm vieäc . Soá baäc (soá tam giaùc taïo thaønh ) laø soá ñóa thöïc teá cuûa thaùp . Theo hình veõ . Soá maâm thöïc teá cuûa thaùp laø 7 maâm . Choïn soá maâm thöïc laø 8 maâm . Chieàu cao toaøn thaùp : H = Hñ(Nt + 1 ) + Hñaùy + Hnaép + Hchaân + ( Vôùi : Nt : Soá ñóa thöïc teá ;Nt =8 Hñ : Khoaûng caùch giöõa caùc ñóa .Döïa vaøo ñöôøng kính thaùp .Theo STT II . Choïn Hñ = 0,45 m . Hñaùy , Hnaép : chieàu cao ñaùy , naép cuûa thieát bò Hñaùy =Hnaép =0,375m Hchaân : Chieàu cao cuûa chaân ñôõ , Hchaân =0,185 m ( : Khoaûng caùch boå sung ôû ñaùy thaùp. ( =0,15 H = 0,45(8+1 )+ 0,375 + 0,375 + 0,185 + 0,15 = 5,135 (m) 4.1.6. Trôû löïc cuûa thaùp :
P = Nt .
Pñ Trôû löïc cuûa 1 ñóa :
Pñ=
Pk +
Ps +
Pt =9,166 + 253 +762 = 1024,166 (N/m2) Trôû löïc cuûa thaùp :
P = 8.1024,166 = 8193,326 (N/m2) 4.2. Tính toaùn cô khí Choïn vaät lieäu: Thieát bò laøm vieäc ôû moâi tröôøng aên moøn,nhieät ñoä laøm vieäc t = 300C ,plv = 1atm = 0,1 N/mm2.Neân ta choïn vaät lieäu laø theùp khoâng gæ ñeå cheá taïo thieát bò : Kyù hieäu theùp : X18H10T. Caùc thoâng soá chính cuûa theùp: Giôùi haïn beàn:
k =550.106 N/m2 Giôùi haïn chaûy:
c =220.106 N/m2 Chieàu daøy taám theùp: 4-25mm Ñoä daõn töông ñoái: 38% Heä soá daãn nhieät :16.3 W/m.ñoä Khoái löôïng rieâng: 7850 Kg/m3 Heä soá an toaøn beàn: nk = 2.6 ; nc= 1.5 ; nbl = 1.5 Heä soá hieäu chænh :
h = 1 Heä soá beàn moái haøn :
h = 0.95 Choïn coâng ngheä gia coâng : haøn tay baèng hoà quang ñieän,haøn giaùp moái hai beân. ÖÙng suaát laøm vieäc cho pheùp theo giôùi haïn beàn:
=
= 211,54.106 N/m2
Vaäy öùng suaát cho pheùp duøng ñeå tính toaùn : [
]=[
c] = 146,7 . 106 (N/m2). AÙp suaát tính toaùn: Ptt = Plv +
g h Plv : aùp suaát laøm vieäc cuûa thaùp ; Plv = Pmt +
P = 0,981.105 + 8193,328 Plv=1,0629 .105 (N/m2) Ptt = 1,0629.105 + 995,68.9,81 . 5,135 = 1,5645.105 (N/m2) 4.2.1.Tính chieàu daøy thaân : Thaân truï haøn chòu aùp suaát trong Ptt = 1,74.105 N/m2,vaø t0 = 300C. Dt = 1,4 m. Haøn doïc haøn tay baèng hoà quang ñieän, haøn giaùp noái 2 maët ((h = 0,95). Heä soá hieäu chænh : ( = 1. (
( = 146,67 *104N/m2. Kieåm tra :
x (h =
. 0,95 = 891 >25. Beà daøy toái thieåu cuûa thaân truï : S’ =
S’ =
= 0,0008(m.)= 0,8 (mm) Beà daøy cuûa thaân thieát bò : S = S’ + C Trong ñoù : C = Ca + Cb + Cc + C0. Ca: heä soá boå sung aên moøn hoùa hoïc cuûa moâi tröôøng .Thôøi haïn söû duïng thieát bò laø 10 naêm. Ñaây laø vaät lieäu beàn trong moâi tröôøng coù ñoä aên moønkhoâng lôùn hôn 0,05 mm/naêm Choïn: Ca = 0( mm). Cb : heä soá boå sung do baøo moøn cô hoïc,ñoái vôùi thieát bò hoùa chaát Cb = 0 mm. Cc : Heä soá boå sung do sai leäch khi cheá taïo , laép raùp . Cc =0,2 mm C0 : heä soá boå sung ñeå quy troøn kích thöôùc C0 =3 mm. Vaäy beà daøy thöïc thi cuûa thaân thieát bò : S = 0.8 + 0,2 + 3 = 4 mm. Kieåm tra:
=
= 0,0029 < 0,1. Vaäy caùc coâng thöùc treân thoaû . (P( =
=
(P( = 7,94.105 N/m2 > Ptt = 1,5645 .105 N/m2 Thoaû ñieàu kieän beàn . Vaäy choïn S = 4(mm) laø thích hôïp. V4.2.2. Tính chieàu daøy ñaùy , naép : Dt =1400mm, naép coù loã ta söû duïng voøng taêng cöùng neân xem nhö tính toaùn beà daøy ñoái vôùi naép elip khoâng loã
> 50 ; k = 1-d/Dt = 0.Choïn ñaùy naép elip tieâu chuaån loaïi coù gôø laøm baèng theùp khoâng gæ X18H10T
Dt=800mm Chieàu cao gôø h=50 mm ht=195mm Choïn sô Sñ =Sn =St=4mm Kieåm tra beàn: 1/ .
<0.125 (thoûa) 2/.
>0.17(thoûa) Kieåm tra öùng suaát thaønh ôû aùp suaát thuûy löïc: Po=1.5P=1.5*0.174=0.261N/mm2

Choïn ñaùy coù loã ñöôïc taêng cöùng k=1
=0,11258.106 N/m2
Vaäy
<
(thoûa) 643aäy choïn S = 5mm 4.2.3.Choïn bích: 4.2.3.1. Bích noái ñaùy , naép , thaân thieát bò: Choïn bích lieàn ( khoâng coå)baèng theùp ñeå noái thieát bò . - Ñöôøng kính trong thieát bò: Dt = 1400mm - Ñöôøng kính ngoaøi cuûa bích: D = 1540mm -Ñöôøng kính taâm bulong : Dbl=Db=1490mm -Ñöôøng kính meùp vaùt : Dl=1460mm - Ñöôøng kính bu long : db = M20 -Soá bu long : Z= 40 caùi -Chieàáu cao bích :h=30 mm. Khoái löôïng bu long: 0,0 3 . 3,14 . 0,012 . 7850 = 0,0739 (Kg) laø thích hôïp Kieåm tra öùng suaát cho pheùp
Löïc taùc duïng leân moät buloâng: qb=Q/Z Q: Giaù trò lôùn nhaát giöõa Q1 vaø Q2 Z: Soá buloâng Q1: Löïc neùn chieàu truïc sinh ra do xieát buloâng, löïc naøy khaéc phuïc ñöôïc taûi troïng do aùp suaát trong thieát bò vaø aùp suaát phuï sinh ra ôû treân ñeäm ñeå giöõ cho moái gheùp ñöôïc kín. Q1= Qa+Qk Qa: Löïc do aùp suaát trong thieát bò gaây ra Qa=
Qk: Löïc caàn thieát ñeå giöõ ñoä kín trong ñeäm Qk=
Dtb: Ñöôøng kính trung bình cuûa ñeäm; ñeäm bít kín choïn: + Ñöôøng kính ngoaøi ñeäm Dn=D2= mm + Ñöôøng kính trong cuûa ñeäm Dt = D4 = mm Dtb=
bo : Beà roäng tính toaùn cuûa ñeäm bo=(0.5(0.8)b Vôùi b: Beà roäng thöïc cuûa ñeäm b = bd = 20 mm bo=0.8*20=16mm m: Heä soá aùp suaát rieâng phuï thuoäc vaøo vaät lieäu vaø loaïi ñeäm Choïn vaät lieäu ñeäm laø paronit daøy 3mm m=2 ; qo=10N/mm2 qo:aùp suaát rieâng caàn thieát ñeå laøm bieán daïng ñeäm deûo Qk=837**3.14*16*2*10*0.174=14633.7N Q1=83101.356+14633.7=97735.1 N Q2=
=3.14*837*16*10=420508.8N Q=max (Q1;Q2)=420508.8N qb=
Ñöôøng kính chaân ren cuûa buloâng: dt=1.13

: ÖÙng suaát cho pheùp cuûa vaät lieäu laøm buloâng Choïn vaät lieäu laøm buloâng laø theùp CT3; ôû 30oC
=90N/mm2 ko:Heä soá giaûm öùng suaát Choïn ko=0.8
=90*0.8=72N/mm2 (dt=1.13
(
<
Beà daøy bích lieàn:
Trong ñoù: D = 930 mm Dn = Dl = 850 mm Db = 880 mm
: caùnh tay ñoøn
N/mm2 choïn theùp 15 CT3
N/mm2
N/mm2 Z = 24: soá buloâng db = 20 mm P = 0.174 N/mm2
mm
= 17.2 mm 4. Tính caùc ñöôøng oáng daãn: Ñeå tính caùc ñöôøng kính toái öu cuûa caùc oáng daãn khí vaø caùc oáng daãn loûng ta coù tieâu chuaån veà vaän toác thích hôïp cuûa khí vaø loûng trong ñöôøng oáng. Vaän toác khí: 10 – 30 m/s Vaän toác loûng: 1 – 3 m/s Tra baûng 9.3/80 Q2 taäp 1 caùc quaù triønh vaø thieát bò trong coâng ngheä hoaù chaát vaø thöïc phaåm Ñöôøng kính oáng daãn:
Trong ñoù: Q: löu löôïng theå tích (m3/s) v: vaän toác doøng khí, loûng. OÁng daãn loûng: Q = L = 25,06 m3/s Choïn v = 3m/s Vaäy:
= 0,054 m Laáy d = 0,07 m = 70m. Choïn bích lieàn (kieåu bích phaúng) d = Dy = 70 mm, p = 0.15645*10-6 N/m2 =0,15645(N/mm2) Baûng XIII.26 cho baûng caùc thoâng soá : Dn  D  Db  Dt  Buloâng  Loaïi 1       db  Z  h   76  160  130  110  M12  4  14   OÁng daãn khí: Q = Gtb = 2,773 m3/s Choïn v = 30 m/s Suy ra
= 0,118 m Choïn d = 125 mm (=Dy) P = 0.15645*10-6 N/m2 Kích thöôùc chieàu daøi ñoaïn oáng noái l = 130 mm Baûng XIII.26 cho baûng caùc thoâng soá Dn  D  Db  Dt  Buloâng  Loaïi 1       db  Z  h   133  235  200  178  M16  8  14   4.2.4. Khoái löôïng thieát bò: Mtb = Mñaùy + Mnaép + Mmaâm + Mthaân + Mbulong + Mbích + Mloûng Trong ñoù Mtb : Khoái löôïng thieát bò. Mñaùy , Mnaép : Khoái löôïng ñaùy vaø naép (ñaõ tính ôû treân ) Mñóa : khoái löôïng ñóa . Mñóa = mñóa . 8 =32,5775 .8 =260.62 (Kg) Mthaân : khoái löôïng thaân thieát bò . Mthaân = ( x D x S x H x (thep = ( . 1,4 . 0,004 . 4,05 .7850 Mthaân =559,039 kg Mbích : khoái löôïng cuûa bích . Chieàu cao thaân laø 5.135 m, chia 4 ñoaïn vaäy coù 3 bích noái ôû thaân, 2 bích noái naép, ñaùy thaùp. Vaäy n = 5 bích

Mbulong : Khoái löôïng bulong . Soá bulong noái vôùi thaân : 40.5=200 (bulong). Mbulong =200.mbulong =200. 0.0739= 14.78 (Kg) . Mloûng : Khoái löôïng loûng trong thieát bò .
Trong ñoù: h: khoaûng caùch maâm
kg/m3
= 3446,89 kg M ñaùy: Khoái löôïng ñaùy . Tra baûng XIII.10 T382 trong STT2 vôùi chieàu cao cuûa gôø laø h= 0.025(m) =25(mm) . Ta ñöôïc : Fn = Fd = 2.24(m2) . Vn =Vd = 0,398 (m3) . Khoái löôïng ñaùy thaùp: Mñaùy = (Fd – Fld) .
.S Trong ñoù:
laø khoái löôïng rieâng cuûa theùp X18H10T . S : beà daøy ñaùy. Fd: dieän tích ñaùy. Fld : dieän tích loã ñaùy noái oáng daãn loûng. Fld =
.Dl2 =
.(0,07)2 =0,0038(m2) Suy ra: Md =(2,24-0,0038).0,004.7850=70,22(Kg) Mnaép: khoái löôïng naép . Fld =
.Dl2 =
.(0,07)2 =0,0038(m2) Suy ra: Md =(2,24-0,0038).0,004.7850=70,22(Kg) Khoái löôïng thieát bò: Mtb = Mñaùy + Mnaép + Mmaâm + Mthaân + Mbulong + Mbích + Mloûng = 70,22 +69,95 +206,62 +308,457 +14,78 +3446,89 +559,039 =4729,956(Kg) Taûi troïng cuûa thaùp: Gmax = G*9.81 = 4729,956*9.81 = 46400,87 N 4.2.5.Theå tích thieát bò Vn=Vñ =0,398 m3 ( theå tích ñaùy vaø naép tra baûng ST2 ) Vt= ((D2)Hthan/4 = ( . 1,42 . 4,05/4 = 6,23 (m3) Vthiet bi = Vn + Vñ + Vt =0,398+ 0,398 + 6,23 = 7,026 (m3) Tính tai treo Choïn nguyeân lieäu laøm tai treo laø theùp CT3 Choïn soá tai treo n = 4 Taûi troïng leân tai treo laø:
N Choïn caùc thoâng soá tai treo theo baûng XIII.36 Taûi troïng cho pheùp treân moät tai treo G.10-4N  Beà maët ñôõ F.104m2  Taûi troïng cho pheùp leân beà maët ñôõ q.10-6 N/m2  L  B  B1  H  S  l  a  d  Khoái löôïng moät tai treo (kg)   2,5  173  1.45  150  120  130  215  8  60  20  30  3,48   Taám loùt tai treo baèng theùp, choïn theo baûng XIII.37 soå tay taäp 2 Taûi troïng cho pheùp treân moät tai treo G.10-4N  Chieàu daøy toái thieåu cuûa thaønh thieát bò khi khoâng coù taám loùt, mm  Chieàu daøy toái thieåu cuûa thaønh thieát bò khi coù taám loùt S, mm  H mm  B mm  SH mm   2.5  8  4  200  140  6   Tính chaân ñôõ: Choïn soá chaân ñôõ laø 4, vaät lieäu taïo chaân ñôõ laø CT3 Choïn caùc thoâng soá theo baûng XIII.35 soå tay taäp 2 Taûi troïng cho pheùp treân moät chaân ñôõ G.10-4N  Beà maët ñôõ F.104m2  Taûi troïng cho pheùp leân beà maët ñôõ q.10-6 N/m2  L  B  B1  B2  H  h  s  l  d        2,5  444  0.56  250  180  215  290  350  185  16  90  27   6.Tính chieàu cao boàn cao vò: Phöông trình bernoulli cho doøng chaûy töø 1 – 1 ñeán 2 – 2 : Vôùi 1 – 1 laø maët thoaùng chaát loûng trong boàn cao vò: 2 – 2 laø maët thoaùng ñaàu ra oáng daãn loûng.
Ho = z1 – Z2 =
Trong ñoù: Ho laø chieàu cao möïc chaát loûng cuûa boàn cao vò so vôùi oáng daãn loûng vaøo thaùp.
(coi aùp suaát ôû maët thoaùng vaø aùp suaát ôû ñaàu oáng vaøo thieát bò laø nhö nhau vaø baèng aùp suaát khí quyeån) Chuaån soá Reynolds:
vôùi: d: ñöôøng kính oáng daãn loûng, d = 70 mm.
: khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc,
=995.68 kg/m3
: ñoä nhôùt cuûa nöôùc ôû 30 oC,
=0.8007.10-3N/sm2 v: vaän toác trong oáng daãn loûng vaøo thieát bò choïn v = v2 = 3.0 m/s Vaäy:
=261137,5 >104 Töø heä soá Re cho ta bieát chaát loûng ôû traïng thaùi chaûy roái. =>
Vaän toác chaát loûng ôû maët thoaùng v1=0
hf’: toång toån thaát treân ñöôøng oáng daãn töø boàn cao vò vaøo thaùp Do chaát loûng chuyeån ñoäng roái vaø Re>104, Ta coù

Trong ñoù: L: chieàu daøi oáng D: ñöôøng kính oáng troøn v: vaän toác doøng chaûy,

: heä soá toån thaát coät aùp doïc ñöôøng Re = 261137,5 >100.000 : khu vöïc chaûy roái thaønh trôn thuyû löïc
Duøng Coânacoáp (Re > 1000):

: heä soá toån thaát cuïc boä Heä soá trôû löïc oáng noái coù goùc 90o ñöôøng kính d = 70 mm =>
1 = 1,1 (6
)
Heä soá trôû löïc cuûa van thaúng Re < 3.105 & d = 25 mm:
2 =
= 0.82*0.79 = 0.73 ( 4
) Heä soá trôû löïc cuûa oáng 3 ngaõ (2 oáng)
3 = A
’= 0.6*2 = 1.2 Heä soá ñoät thu: Tyû soá
Trong ñoù: Fo: tieát dieän oáng daãn loûng d = 0.07 F1: tieát dieän boàn cao vò choïn H = 0.5 m =>
4=0.47 Vaäy:
=6*1,1 + 4*0.73 + 2*1.2 + 0.47 = 12,39 Suy ra:
Vôùi:
= 0.015 Choïn L = 15 m Q = 6,96.10-3 m3/s Ta tính ñöôïc:

= 3,06 m Chieàu cao boàn cao vò: H = Ho + hchaân ñôõ +hñaùy + Hthaân Hchaân ñôõ = 0,185 (m) . Hñaùy =0,375 (m) . Hthaân = 4,05 (m) . Chieàu cao boàn cao vò tính töø ñaùy boàn ñeán maët ñaát laø : H =3,06 +0,185 +0,375 + 4,05 = 7,67 (m). V. Tính toaùn thieát bò phuï: 1. Tính bôm Coâng suaát cuûa bôm: N=
Trong ñoù: Q: löu löôïng bôm Q=6,96*10-3 m3/s Hb: Coät aùp cuûa bôm, m
: Khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc,
=1000kg/m3 g: Gia toác rôi töï do; g=9.81 m3/s
: hieäu suaát bôm
=0.72 ( 0.93 Choïn
=0.75 Phöông trình Bernoulli cho doøng chaûy töø 1-1 ñeán 2-2: Hb+Z1+
Trong ñoù: Hb=(Z2-Z1) +hf v1=v2=0 P1=P2=Pkhí trôøi (Z2-Z1)=H= 7,67 m hf=hd+hcb hd=
hcb=
(hf=
Trong ñoù:
choïn L=10m D=0.07 m Heä soá trôû löïc goàm: 3 oáng noái coù goùc 90o
2 van thaúng
1 oáng ba ngaõ
Ñoät thu
(choïn boàn chöùa loûng coù chieàu cao h=0.5m) (
=3*1,1+2*0,73+1,2+0,47= 6,43 (hf=(
Maø Z2-Z1 : khoaûng caùch töø maët thoaùng chaát loûng ñeán boàn cao vò . Giaû söû maët nöôùc trong boàn chöùa laø 1,5 (m) : Z2 –Z1 =7,67 -1,5 =6,17 (m) (Hb=6,17+ 1,43 = 7,6 (m) N=
=0,928 (Hp) Ñeå döï phoøng ta choïn bôm coù coâng suaát 0.7 kw vaø döï phoøng hai bôm Coâng suaát ñoäng cô ñòeân : Nñc =
.
: heä soá döï phoøng . Giaù trò
=1,2 ñeán 1,5 , choïn
=1,3 . Nñc = 1,3. 0,928 =1,21 (Hp). Choïn coâng saát ñoäng cô laø 2(Hp) . X: Bôm ly taâm 1-3 caáp, naèm ngang ñeå bôm chaát loûng trung tính hoaëc coù hoaït tính hoùa hoïc chöùa caùc haït raén coù kích thöôùc nhoû hôn0.2mm vôùi noàng ñoä nhoû hôn 0.2% khoái löôïng, khoái löôïng rieâng cuûa chaát loûng nhoû hôn 1850kg/m3. 2.Quaït ly taâm: Khi tính quaït thoåi vaøo thaùp haáp thu thì chieàu cao oáng daãn khí phaûi cao hôn chieàu cao möïc chaát loûng tính töø cöûa ra ôû ñaùy tôùi oáng daãn khí ñeå ñaûm baûo raèng khí vaøo thaùp khoâng bò ñaåy ra maø nöôùc cuõng khoâng vaøo ñöôïc oáng daãn khí. Coâng suaát treân truïc ñoäng cô:
Trong ñoù: Q: naêng suaát m3/s, Q = 10000/3600= 2,78 m3/s H: aùp suaát toaøn phaàn, H = Hp *
Vôùi : Hp: trôû löïc tính toaùn cuûa thaùp
mm H2O B: aùp suaát taïi choå ñaït quaït B =Ptt = 1.5645*105 N/m2 = 1173,34 mm Hg
: khoái löôïng rieâng cuûa hoãn hôïp khí ôû ñieàu kieän laøm vieäc,
=
kg/m3
: khoái löôïng rieâng cuûa khí ôû ñieàu kieän tieâu chuaån,
=0.803 kg/m3 H = 835,202*
mm H2O Hieäu suaát truyeàn ñoäng, laép tröïc tieáp vôùi ñoäng cô
tr = 1 Hieäu suaát quaït laáy theo ñaëc tuyeán quaït
q = 0.75
kw Coâng suaát ñoäng cô: Nñcô = k*N Trong ñoù: k: heä soá döï tröõ, k = 1.15 Suy ra: Nñcô = 1.15*14,73= 16,94 kw = 22,72 Hp Choïn coâng suaát ñoäng cô laø 23 Hp. VI. Tính toaùn sô boä giaù thaønh thieát bò: Khoái löôïng theùp khoâng ræ X18H10T (inox) Ginox = Gthaân + Gnaép + Gmaâm + Gñaùy = 559,309 + 70,22 + 69,95 + 260,62 = 959,829 kg Thöïc teá phaûi mua khoái löôïng lôùn hôn 20% neân Ginox, mua =959,829*1.2 = 1151,8kg Khoái löôïng theùp CT3 GCT3 = Gbích + Gtai trô + Gchaân ñôõ =380,457+3,48*4+4*32,42 = 524,057 kg Khoái löôïng theùp CT3 thöïc teá laø : 524,057. 1,2 = 628,87 (Kg) . MUÏC LUÏC trang LÔØI MÔÛ ÑAÀU 1 CHÖÔNG I Toång quan veà nguyeân lieäu vaø saûn phaåm 2 I.1 Khaùi nieäm 3 I.2 Cô sôû lyù thuyeát 4 I.3 Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán hieäu suaát haáp thu 5 I.4 Tính chaát cuûa NH3 5 I.5 Thieát bò haáp thu 6 CHÖÔNG II Quy trình coâng ngheä 7 II.1 Thuyeát minh quy trình coâng ngheä 8 II.2 Sô ñoà quy trình coâng ngheä 9 CHÖÔNG III Phaàn tính toaùn 9 III.1 Tính caân baèng vaät chaát vaø naêng löôïng cho 10 thaùp haáp thu III.2 Tính toaùn thieát bò chính 11 III.3 Trôû löïc cuûathaùp 12 CHÖÔNG IV Tính toaùn cô khí 20 IV.1 Choïn vaät lieäu 21 IV.2 Tính chieàu daøy thaân 21 IV.3 Tính chieàu daøy ñaùy , naép 23 IV.4 Choïn bích 24 IV.5 Tính toaùn thieát bò phuï 30 IV.5.1 Tính chieàu cao boàn cao vò 30 IV.5.2 Tính bôm 33 IV.5.3 Tính quaït 34 CHÖÔNG V Tính toaùn kinh teá 36 KEÁT LUAÄN 39 TAØI LIEÄU THAM KHAÛO 41