ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƯ Luận văn Đồ án Thiết kế tháp mâm xuyên lỗ xử lý amoniac (NH3) SVTH: TRÀN VĂN BÉ BA-NGUYẺN PHÚC THỊNH TRANG 1 ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƯ MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỐNG QUAN VÈ NGUỒN NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NH3 3 CHƯƠNG 2: Sơ ĐÒ CÔNG NGHỆ 15 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KÉ THÁP MÂM XUYÊN LỎ 16 D = Ị Gth .20 Chương 4:TÍNH TOÁN co KHÍ VÀ CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ .26 p,J 2xh& 31 m, = Dị - Dị ) X H X ptMp 34 SVTH: TRÀN VĂN BÉ BA-NGUYẺN PHÚC THỊNH TRANG 2 ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƯ CHƯƠNG 1: TỐNG QUAN VÈ NGUỒN NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NH3 1.1 Tính chất 1.1.1 Amoniac là gì? Thuật ngữ 'amôniăc' có nguồn gốc từ một liên kết hoá học có tên là 'clorua ammoni' được tìm thấy gần đền thời thần Mộc tinh Ammon ở Ai Cập.Người đầu tiên chế ra amôniăc nguyên chất là nhà hoá học Dzozè Prisly.ông đã thực hiện thành công thí nghiệm của mình vào năm 1774 và khi đó người ta gọi amôniăc là 'chất khí kiềm' 1.1.2 Tính chất vật lí Amôniăc là một chất không màu, mùi khai và xốc, nhẹ hơn không khí (Khối lượng riêng D = 0,76g/l Amôniăc hoá lỏng ở -34°c và hoá rắn ở -78°c Trong số các khí, amôniăc tan được nhiều nhất trong nước Một lít nước ở 20°c hoà tan được 800 lít NH3 Hiện tượng tan được nhiều giải thích do có tương tác giữa NH3 và H20, là nhừng chất đều có phân tử phân cực 1.1.3 Tính chất hóa học Sự phân huỷ như đã biết, phản ứng tống hợp NH 3 là thuận nghịch Điều này có nghĩa, amôniăc có thể phân huỷ sinh ra các đơn chất N2 và H2 Amôniăc phân huỷ ỏ nhiệt độ 600 - 700°c và áp suất thường Phản ứng phân huỷ là phản ứng thu nhiệt và cũng thuận nghịch 2NH3 ^ 3H2 + N2 1.1.4 Tính bazo Nhúng hai đũa thuỷ tinh vào hai bình đựng dung dịch HC1 đặc và dung dịch NH3 đặc sau đó đưa hai đầu đũa thủy tinh lại gần nhau thì sẽ thấy khói màu trắng Khói màu trắng là những hạt nhỏ của tinh thế muối amoni clorua Chất này được tạo do hai khí HC1 và NH 3 hoá hợp với nhau theo phương trình phản ứng: NH3 + HC1 -ỳ NH4C1 1.1.5 Tác dụng VÓI 02 Đốt amôniăc trong oxi, nó cháy với ngọn lửa màu vàng tươi NH 3 bị oxi hoá bởi oxi tạo ra N 2 và H?0 4NH3 + 302 -ỳ 2N2 + 6H20 + Q Trong thí nghiệm hỗn họp NH 3 và 02 được dẫn đi qua ống đụng chất xúc tác Pt nung nóng Khí NO sinh ra, đi tới bình cầu là nơi có nhiệt độ thường, thìhoá hợp với trong không khí tạo ra khí N02 màu nâu đỏ SVTH: TRÀN VĂN BÉ BA-NGUYẺN PHÚC THỊNH TRANG 3 ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƯ NH3 + 50?-> 4NO + 6H20 NO2 ^2NO + Ơ2 1.1.6 Tác dụng vói khí Clor Dần khí NH3 vào bình khí Cl2, hỗn hợp khí tự bốc cháy tạo ra ngọn lửa có khói trắng Phương trình phản ứng: 2NH3 + 3C12 -ỳ 6HC1 + N2 Khói trắng là những hạt nhỏ tinh thế NH4CI được tạo nên do HC1 sau khi sinh ra lại hoá hợp ngay với NH3: NH3 + HC1 -ỳ NH4CI 1.1.7 Tính acid Như ta đã biết NH3 là một bazơ tuy nhiên nó còn là một acid: Li3N(s)+ 2NH3 (1) -> 3Li+(am) + 3 NH2“(am) NH3 như là Ligand Tetraamminecopper(II), [Cu(NH 3)4]2+, có màu xanh dương đậm khi thêm ammonia vào trong dung dịch muối đồng (II) Diamminesilver(I), [Ag(NH 3)2]+, được gọi là tác chất Tollens' reagent 1.1.8 Điều chế ♦> Tổng hợp tù' thiên nhiên: Trong không khí có một lượng amôniăc không đáng kê sinh ra do quá trình phân rã của động vật và thực vật NH3 được sản xuất từ N2 trong không khí dưới xúc tác của các enzim nitrogenases Trong cơ thể các động vật trong quá trình trao đối chất sinh ra NH 3 và nó ngay lập tức chuyên thành Urê ♦♦♦ Tông hợp hoá học NH3 được sản xuất bằng cách chưng cất than tạo muối amôni sau đó đem tác dụng với vôi sống: 2 NH4CI + 2 CaO -ỳ CaCl2 + Ca(OH)2 + 2 NH3 Trong công nghiệp người ta điều chế NH 3 từ H2 (được điều chế bằng nhiều cách khác nhau) sau đó đem tác dụng với N2 lấy từ không khí Phản ứng xảy ra thuận nghịch nên phải thêm xúc tác đế cho sản phẩm và hiệu suất mong muốn 3H2 + N2 ^ 2 NH3 1.2 ủng dụng a Làm phân bón NH3 được xem như là thành phần của phân bón NH3 có thế được bón trực tiếp lên ruộng đồng bằng cách trộn với nước tưới mà không cần thêm một quá trình hoá học SVTH: TRÀN VĂN BÉ BA-NGUYẺN PHÚC THỊNH TRANG 4 ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƯ NH3 tác dụng với acid (HCl, HNO 3 ) tạo muối là thành phần chính của phân bón hoá học Amôni Sunphat là một loại phân bón tốt Amôni Nitrat cũng được sử dụng như một loại phân bón và còn như một dạng thuốc nổ Khi cho amôniăc tác dụng với CO 2 ở nhiệt độ 180-200°c, dưới áp suất khoảng 200atm ta điều chế Ưrê (NH2)2CO là chất rắn màu trắng, tan tốt trong nước, chứa khoảng 46%N : CO2 + 2NH3 (NH2)2CO + H20 Trong đất dưới tác dụng của các vi sinh vật urê bị phân hủy cho thoát ra amoniac, hoặc chuyến dần thành muối amonicacbonat khi tác dụng với nước: (NH2)2CO + 2H20 (NH4)2co3 b Kỹ nghệ làm lạnh NH3 là chất thay thế CFCs, HFCs bởi vì kém độc và ít bắt cháy Trong phòng thí nghiệm và phân tích NH3 được xem như là hỗn hợp khí chuấn cho việc kiếm soát phát thải môi trường, kiếm soát vệ sinh môi trường,các phương pháp phân tích dạng vết c Kỹ nghệ điện tử NH3 được sử dụng trong công nghệ sản xuất chất bán dẫn và một số vật liệu cao cấp khác thông qua sự ngưng tụ Silicon nitride (SÌ 3N4) bằng phương pháp ngưng tự’ bốc hơi hoá học: Chemical Vapor Deposition (CVD) d Một số ứng dụng khác NH4CI được sử dụng trong công nghệ hàn, chế tạo thức ăn khô và trong y học NH 3 được sử dụng trong công nghiệp dầu khí, thuốc lá, và trong công nghệ sản xuất các chất gây nghiện bất hợp pháp 1.3 Độc tính a Độc tính của amôniăc Trong phần này chúng tôi nói tới độc tính chung cho 3 dạng của amoniac: • Khí amoniac (NH3) • Khí amoniac hóa lỏng • Dung dich amoniac (NH4OH) b Đối với động vật thuỷ sinh NH3 được xem như là một trong nhũng “kẻ giết giết hại” chính thế giới thuỷ sinh, sự nhiễm độc NH3 thường xảy ra đối với những hồ nuôi mới hoặc những hồ nuôi cũ nhưng có mật độ nuôi lớn c Triệu chứng Cá thở dốc trên mặt nước, mang cá bị tím hoặc đỏ bầm, Cá bị hôn mê và mất phản xạ, Cá bị chết chìm ở đáy nước, Cá bị ghẻ xước ở vây hoặc cơ thể SVTH: TRÀN VĂN BÉ BA-NGUYẺN PHÚC THỊNH TRANG 5 ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƯ > Đối với người: Khi hít phải hoặc tiếp xúc trực tiếp với NH 3 Thở khó, ho, hắt hơi khi hít phải, cố họng bị rát, mắt, môi và mũi bị phỏng, tầm nhìn bị hạn chế, Mạch máu bị giảm áp nhanh chóng, Da bị kích ứng mạnh hoặc bị phỏng.Trong một số trường hợp nếu hít phải NH3 nồng độ đậm đặc có thế bị ngất, thậm chí bị tử vong > Nhiễm độc cấp tính: Nồng độ khí NH 3 trên 100 mg/m3 gây kích úng đường hô hấp rõ rệt.Trị số giới hạn cho phép làm việc với đủ phương tiện phòng hộ trong một giờ là từ 210-350 mg/m 3 1.4 Cấp cứu và điều trị Trong trường hợp hít phải NH3 cần đưa nhanh nạn nhân ra khỏi môi trường độc hại, cho nằm nghỉ, thở oxi, điều trị triệu chứng; quan sát y học liên tục 24giờ trở lên đế phát hiện các biến đối hô hấp Trường hợp bị ô nhiễm da cần nhanh chóng rửa sạch bằng nước hoặc dung dịch có tác dụng trung hòa để bảo vệ da, điều trị triệu chứng.Trường hợp bị ô nhiễm mắt phải khấn trương rửa măt thật kỹ 1.5 Các vấn đề môi trưòng liên quan đến NH3 -Trong quá trình nuôi tôm ,cá, các quá trình xử lý nước thải: nước thái, khí thải và bùn do phân hữu cơ, xác động vật, xác(vỏ) tôm sau khi tiêu hoá thức ăn thì chúng được thải ra trong điều kiện kỵ khí dưới sự tác dụng của vi khuân trong nước xuất hiện H2S, NH3, CH4 các chất này rất độc cho ao nuôi và các động vật thuỷ sinh -Các trường học trước đây thường không quan tâm đến vấn đề vệ sinh môi trường trong việc thiết kế và vận hành các nhà vệ sinh (ô nhiễm NH3 trầm trọng) gây ảnh hưởng đến sức khoẻ và tâm sinh lý của học sinh - Các vụ rò rĩ khí NH 3 tù’ các nhà máy phân bón, sx nước đá, đông lạnh cũng ảnh hưởng lớn đến sức khoẻ công nhân và cộng đồng xung quanh a Nguồn phát thải > Làm phân bón > Kỹ nghệ làm lạnh > Kỹ nghệ điện tử > NH4CI được sử dụng trong công nghệ hàn > NH3 được sử dụng trong công nghiệp dầu khí, thuốc lá, và trong công nghệ sản xuất các chất gây nghiện bất hợp pháp b Các cộng nghệ xử lý: ❖ Xử lý hoá học Dựa vào tính chất hoá học của NH3 ta có thể xử lý NH 3 bằng các phun các dung dịch acid loãng (HCl, H2SO4 ) để hấp thụ hoá học NH3 SVTH: TRÀN VĂN BÉ BA-NGUYẺN PHÚC THỊNH TRANG 6 ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƯ 2NH3 + H2S04= (NH4)2S04 ♦♦♦ Xử lý sinh học Bế sinh học màng vi lọc (MBR) xử lý nitơ, ammonia trong nước thải Việc khử chất ô nhiễm này chỉ thực hiện duy nhất một quá trình là khử nitrit “Quá trình này gồm hai giai đoạn chính đó là giai đoạn nitrit hóa bán phần và khử nitrit thông qua hệ thống màng vi lọc”.Trong đề tài “ Bước đầu nghiên cứu phân lập vi khuấn có khả năng sử dụng NH 3, H?S trong khí thải như là nguồn cơ chất đế dinh dưỡng” sử dụng chủng vi khuấn arthobacter cho việc xử lý NH3 Xử lý NH3 bằng hồ tuỳ tiện có thêm các chất trao đổi ion như Zeolit NH3 là một khí độc, và cũng là một khí có nhiều ứng dụng trong kỹ nghệ.Tuy nhiên so với những chất khí thải khác thì NH3 ít độc hại và xử lý tương đối đơn giản, vấn đề quan trọng là trong kỹ thuật làm lạnh chúng ta cố gắng hạn chế tối đa sự cố môi trường xảy ra, đồng thời luôn có biện pháp đối phó để giảm thiểu thiệt hại và ảnh hưởng môi trường xung quanh ❖ Xử lý cơ học Nhờ vào khả năng hoà tan tốt trong H?0, Khi sự cố môi trường xảy ra (rò rĩ khí amoniac) thì biện pháp đơn giản nhất đó là cách ly người dân và phun nước pha loãng 1.6 Các loại tháp hấp thụ 1.6.1 tháp đĩa a Tháp đĩa có ống chảy chuyền 1 Tháp mâm chóp Tháp đĩa thường cấu tạo gồm thân hình trụ thẳng đúng, bên trong có đặt các tấm ngăn (đĩa) cách nhau một khoảng nhất định Trên mỗi đĩa hai pha chuyến động ngược hoặc chéo chiều:lỏng từ trên xuống (hoặc đi ngang), khí đi từ dưới lên hoặc xuyên qua chất lỏng chảy ngang; ở đây tiếp xúc pha xảy ra theo từng bậc là đĩa.Tùy thuộc câu tạo của đĩa chất lỏng trên đĩa có thể là khuấy lý tưởng hay là dòng chảy qua Trên đĩa có cấu tạo đặc biệt để lỏng đi tù - đĩa trên xuống đĩa dưới theo đường riêng gọi là ống chảy chuyền, đĩa cuối cùng ống chảy chuyền ngập sâu trong khối chất long đáy tháp tạo thành van thủy lực ngăn không cho khí (hơi hay lỏng) đi theo ống lên đĩa trên SVTH: TRÀN VĂN BÉ BA-NGUYẺN PHÚC THỊNH TRANG 7 ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƯ sơ đồ tháp mâm chóp 1-đĩa; 2-chóp; 3-ống hơi; 4-ống chảy chuyền Pha khí (hơi hay lỏng) xuyên qua các lỗ, khe chóp, khe lưới,hay khe xupap sục vào pha lỏng trên đĩa Đe phân phối đều chất lỏng người ta dùng tấm ngăn điều chỉnh chiều cao mức chất lỏng trên đĩa + Ưu điếm: Hiệu suất truyền khối cao, hoạt động ốn định, làm việc với chất lỏng bân, ít tiêu hao năng lượng + Nhược điểm: cấu tạo hức tạp, trở lực lớn, nặng SVTH: TRÀN VĂN BÉ BA-NGUYẺN PHÚC THỊNH TRANG 8 ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƯ 2 Tháp mâm lỗ Tháp đĩa lưới hình trụ, bên trong có nhiều đĩa, có lỗ tròn, hoặc rảnh Chất lỏng chảy từ trên xuống qua các ống chảy chuyền Khi đi tù' dưới lên qua các lỗ hoặc rảnh đĩa Đĩa có thể lấp cân bằng hoặc xuyên một góc với độ dóc 1/45- 1/50 Tháp mâm lô + ƯU điểm: chế tạo đơn giản, vệ sing dễ dàng, trở lực ít hơn tháp chớp, ít tốn kim loại hơn tháp chớp + Nược điểm: yêu cấu lấp đặt cao, mâm lấp phải rất phan b Tháp đĩa không có ống chảy chuyền Trong trường hợp này khí và lỏng cùng chảy qua một lỗ trên đĩa, vì vậy không có hiện tượng giảm chiều cao chất lỏng trên đĩa như trong các loại tháp có ống chảy chuyền, và tất cả bề mặt đĩa dều làm việc, nên hiệu quả của đĩa cao hơn Vì vậy trong nhừng năm gần đây loại tháp này được sử dụng rộng rải Tháp đĩa không có ống chảy chuyền cũng có nhiều loại nhung chủ yếu có hai loại: đĩa lỗ và đĩa rảnh Đĩa lỗ được cấu tạo bởi các tấm ngăn và tấm phang, trên có nhiều lỗ tròn được bố trí đều Lỗ có đường kính 2-8mm phụ thuộc vào chất lỏng Tháp đĩa rãnh là đĩa gồm nhiều thanh hoặc là nhiều ống ghép Tháp mâm không có ống chảy chuyền a) đĩa lỗ; b ) đĩa rảnh; c ) đĩa sốnq lại với nhau tạo thành các khe hở 3-4mm ngoài ra đĩa còn có cấutạo hình Các sống gần nhau hợp thành góc 90° Hơi đi từ dưới lên sống, trên có lỗ qua lỗ ở phần sống lồi, còn lỏng đi từ trên xuống qua phần sống lõm SVTH: TRÀN VĂN BÉ BA-NGUYẺN PHÚC THỊNH TRANG 9 ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƯ Khí 1.6.2 Tháp phun Loại này gồm thân và 1 ống vòi phun 2 Nhừng hạt chất lỏng sẻ được phun ra và tiếp xúc với dòng khí đi từ dưới lên và quá trình hấp thụ xay ra Loại thiết bị này không phù hợp với các loại khí khó hoà tan Ngoài ra còn có những loại hấp thu cơ học Chất lỏng bắn trong các phễu, ở đó khí sẻ đươc tiếp xúc với chất long và quá trình hấp thụ Khí chuyển động qua thiết bị theo đường ra có Thiết bị loại phun 1- thân; 2-vòi phun ngoằn ngoèo giữa các bậc Chất lỏng chảy từ trên xuống và 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 trong phễu, tạo khả năng tiếp xúc tốt với pha khí Tiết bị hấp thụ cơ học loại cánh khuấy 1 ò 4-Uë 0 4.- ^ A thung 2 thanj 3 trục narn ngang) 4 đĩa dìch ra 1-thân; 2- đĩa; 3-trục với bộ phận bắn chất lỏng; 4-cửa vào của chất lòng; 5-cửa vào của I^!' g.ẻịệrr, tách bọt; 7-cửa khí trơ; 8-dung + ƯU điếm: Tháp hấp thụ rỗng được thiết kế đế dòng khí chuyến động theo tuyến đặc biệt và vòi phun đặt dọc theo chiều cao tháp có thể đạt hiệu quả hấp thụ rất cao + Khuyết điếm: yêu cấu lấp đặt cao, mâm lấp phải rất phan SVTH: TRÀN VĂN BÉ BA-NGUYẺN PHÚC THỊNH TRANG 10 ... cộng nghệ xử lý: ❖ Xử lý hoá học Dựa vào tính chất hố học NH3 ta xử lý NH phun dung dịch acid lỗng (HCl, H2SO4 ) để hấp thụ hố học NH3 SVTH: TRÀN VĂN BÉ BA-NGUYẺN PHÚC THỊNH TRANG ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ... tạp, trở lực lớn, nặng SVTH: TRÀN VĂN BÉ BA-NGUYẺN PHÚC THỊNH TRANG ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƯ Tháp mâm lỗ Tháp đĩa lưới hình trụ, bên có nhiều đĩa, có lỗ tròn, rảnh Chất lỏng chảy từ... nghiệm SVTH: TRÀN VĂN BÉ BA-NGUYẺN PHÚC THỊNH TRANG 13 ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ THU NHƯ - trường hợp có suất thấp SVTH: TRÀN VĂN BÉ BA-NGUYẺN PHÚC THỊNH TRANG 14 ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ GVHD: VÕ THỊ