Đồ án : Hấp thụ NH3 bằng tháp đệm GVHD: Võ Thị Thu Như Đồ án: Hấp thụ NH3 bằng tháp đệm SV : Cao Thiên Tự 08115041 Trương Minh Thái 08115024 Trang 1 Đồ án : Hấp thụ NH3 bằng tháp đệm GVHD: Võ Thị Thu Như LỜI MỞ ĐẦU Ô nhiễm không khí từ các ngành sản xuất công nghiệp ở nước ta, trong những năm gần đây đang là vấn đề quan tâm không chỉ của nhà nước mà còn là của toàn xã hội bởi mức độ nguy hại của nó đã đến mức báo động. Bên cạnh đó, đây là một lĩnh vực mà chúng ta chưa thấy hết được mối nguy hại của nó đối con người và sinh vật. Hiện nay vẫn chưa có hệ thống quản lý môi trường thật sự hoàn chỉnh để có thể kiểm soát, và chưa được sự chú trọng đúng mức từ phía các nhà sản xuất. Vì vậy đồ án môn học kỹ thuật xử lý ô nhiễm không khí với nhiệm vụ thiết kế tháp hấp thu khí NH 3 bằng nước là một trong số những công việc cần làm vào lúc này để giúp giảm thiểu ô nhiễm từ các dòng khí thải. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô bộ môn và các bạn sinh viên đã giúp em hoàn thành đồ án này. Sinh viên thực hiện : Trương Minh Thái Cao Thiên Tự SV : Cao Thiên Tự 08115041 Trương Minh Thái 08115024 Trang 2 Đồ án : Hấp thụ NH3 bằng tháp đệm GVHD: Võ Thị Thu Như MỤC LỤC Chương 1: Tổng quan 04 1.1. Giới thiệu về khí thải 05 1.1.1. Tính chất vật lý 05 1.1.2. Tính chất hóa học 05 1.1.3. Độc tính của amôniăc 05 1.1.4. Các vấn đề MT liên quan đến NH 3 06 1.2. Giới thiệu về quá trình hấp thu 07 1.2.1. Khái niệm 07 1.2.2. Cơ sở thiết bị 08 1.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả hấp thu 09 1.2.4. Ưu điểm, nhược điểm của quá trình hấp thu………… 10 1.3. Thiết bị hấp thu ………………………………………………11 1.3.1. Tháp màng 11 1.3.2. Tháp đệm 13 1.3.3. Tháp đĩa 15 Chương 2: Quy trình công nghệ 16 2.1. Thuyết minh quy trình công nghệ 17 2.2. Sơ đồ quy trình công nghệ 17 Chương 3: Tính toán thiêt bị 18 3.1. Cân bằng vật chất 19 3.2. Tính đường kính tháp 21 3.3. Tính chiều cao tháp 24 3.4. Tính trở lực của tháp 29 3.4.1. Trở lực của lớp đệm trong tháp 29 SV : Cao Thiên Tự 08115041 Trương Minh Thái 08115024 Trang 3 Đồ án : Hấp thụ NH3 bằng tháp đệm GVHD: Võ Thị Thu Như 3.4.2. Trở lực của đĩa phân phối chất lỏng 30 Chương 4: Tính toán các thiết bị phụ 33 4.1. Ống dẫn khí 34 4.2. Ống dẫn chất lỏng 34 4.3. Lưới đỡ đệm 34 4.4. Ống tháo đệm 35 4.5. Ống nhập liệu 35 4.6. Bộ phận phân phối chất lỏng 36 4.7. Lớp tách ẩm 36 Chương 5: Tính toán cơ khí 37 5.1. Tính chiều dày của thân tháp 38 5.2. Tính đáy và nắp của thiết bị 40 5.3. Mặt bích 42 5.4. Chân đỡ 44 5.5. Tai treo 46 5.6. Quạt 47 5.7. Bơm 49 5.8. Ống khói 51 SV : Cao Thiên Tự 08115041 Trương Minh Thái 08115024 Trang 4 Đồ án : Hấp thụ NH3 bằng tháp đệm GVHD: Võ Thị Thu Như SV : Cao Thiên Tự 08115041 Trương Minh Thái 08115024 Trang 5 Chương 1 Đồ án : Hấp thụ NH3 bằng tháp đệm GVHD: Võ Thị Thu Như Tổng quan 1.1. Giới thiệu về khí thải Amôniăc là một chất khí không màu có mùi rất khó chịu. 1.1.1. 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 0 C và hoá rắn ở -78 0 C. Trong số các khí, amôniăc tan được nhiều nhất trong nước: 1 lít nước ở 200 o C hoà tan được 800 lít NH 3 . 1.1.2. Tính chất hóa học a. Sự phân huỷ Phản ứng tổng hợp NH 3 là thuận nghịch. Điều này có nghĩa, amôniăc có thể phân huỷ sinh ra các đơn chất N 2 và H 2 . Amôniăc phân huỷ ở nhiệt độ 600 – 700 0 C và áp suất thường. Phản ứng phân huỷ là phản ứng thu nhiệt và cũng là phản ứng thuận nghịch : 2 NH 3 3 H 2 + N 2 b. Tác dụng với axit NH 3 + HCl → NH 4 Cl 1.1.3. Độc tính của amôniăc : 3 dạng của amoniac - Khí amoniac (NH 3 ) - Khí amoniac hóa lỏng - Dung dịch amonia (NH 4 OH) SV : Cao Thiên Tự 08115041 Trương Minh Thái 08115024 Trang 6 Đồ án : Hấp thụ NH3 bằng tháp đệm GVHD: Võ Thị Thu Như a. Đối với động vật thuỷ sinh: NH 3 được xem như là một trong những “kẻ giết hại” thế giới thuỷ sinh, sự nhiễm độc NH 3 thường xảy ra đối với những hồ nuôi mới hoặc những hồ nuôi cũ nhưng có mật độ nuôi lớn b.Đối với người: Khi hít phải hoặc tiếp xúc trực tiếp với NH 3 Triệu chứng :  Thở khó, ho, hắt hơi khi hít phải  Cổ 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 NH 3 nồng độ đậm đặc có thể bị ngất, thậm chí bị tử vong. Trường hợp bị nhiễm độc cấp tính: - Nồng độ khí NH 3 trên 100 mg/m 3 gây kích ứng 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 1.1.4. Các vấn đề MT liên quan đến NH 3 - Trong quá trình nuôi tôm, cá, các quá trình xử lý nước thải: nước thải, 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 khuẩn trong nước sinh ra H 2 S, NH 3 , CH 4 … các chất này rất độc cho ao nuôi và các động vật thuỷ sinh. - Các vụ rò rĩ khí NH 3 từ các nhà máy phân bón, SX nước đá, đông lạnh… cũng ảnh hưởng lớn đến sức khoẻ công nhân và cộng đồng xung quanh. SV : Cao Thiên Tự 08115041 Trương Minh Thái 08115024 Trang 7 Đồ án : Hấp thụ NH3 bằng tháp đệm GVHD: Võ Thị Thu Như 1.2. Giới thiệu về quá trình hấp thụ 1.2.1. Khái niệm: Hấp thụ là quá trình xảy ra khi một cấu tử của pha khí khuếch tán vào pha lỏng hoặc rắn do sự tiếp xúc giữa hai pha khí và lỏng (rắn). - Khí được hấp thu gọi là chất bị hấp thụ ; chất lỏng( rắn) dùng để hút gọi là chất hất thu, khí không bị hấp thụ gọi là khí trơ. - Mục đích: hòa tan một hay nhiều cấu tử của hỗn hợp khí để tạo nên một dung dịch (hỗn hợp) các cấu tử trong chất lỏng(chất rắn) . Các quá trình xảy ra do sự tiếp xúc pha giữa khí và lỏng (rắn). Quá trình này cần sự truyền vật chất từ pha khí vào pha lỏng (rắn). Nếu quá trình xảy ra ngược lại , nghĩa là cần sự truyền vật chất từ pha lỏng (rắn) vào pha hơi, ta có quá trình nhả khí. Nguyên lý của cả hai quá trình là giống nhau . - Trong công nghiệp hóa chất và thực phẩm, quá trình hấp thụ dùng để: + Thu hồi các cấu tử quý trong pha khí. + Làm sạch pha khí. + Tách hỗn hợp tạo thành các cấu tử riêng biệt. + Tạo thành một dung dịch(hỗn hợp) sản phẩm.  Hấp thụ vật lý: về thực chất chỉ là sự hòa tan các chất bị hấp thụ vào trong dung môi hấp thụ, chất khí hòa tan không tạo ra hợp chất hóa học với dung môi, nó chỉ thay đổi trạng thái vật lý từ thể khí biến thành dung dịch lỏng (quá trình hòa tan đơn thuần của chất khí trong chất lỏng).  Hấp thụ hóa học: trong quá trình này chất bị hấp thụ sẽ tham gia vào một số phản ứng hóa học với dung môi hấp thụ. Chất khí độc hại sẽ biến đổi về bản chất hóa học và trở thành chất khác. Cơ cấu của quá trình này có thể chia thành ba bước: SV : Cao Thiên Tự 08115041 Trương Minh Thái 08115024 Trang 8 Đồ án : Hấp thụ NH3 bằng tháp đệm GVHD: Võ Thị Thu Như  Khuếch tán các phân tử chất ô nhiễm thể khí trong khối khí thải đến bề mặt của chất lỏng hấp thụ  Thâm nhập và hòa tan chất khí vào bề mặt của chất hấp thụ  Khuếch tán chất khí đã hoà tan trên bề mặt ngăn cách vào sâu trong lòng khối chất lỏng hấp thụ Quá trình hấp thụ mạnh hay yếu là tùy thuộc vào bản chất hóa học của dung môi và các chất ô nhiễm trong khí thải. Như vậy để hấp thụ được một số chất nào đó ta phải dựa vào độ hòa tan chọn lọc của chất khí trong dung môi để chọn lọc dung môi cho thích hợp hoặc chọn dung dịch thích hợp (trong trường hợp hấp thụ hóa học). Quá trình hấp thụ được thực hiện tốt hay xấu phần lớn là do tính chất dung môi quyết định. Việc lựa chọn dung môi phụ thuộc và các yếu tố sau : - Độ hòa tan tốt: có tính chọn lọc có nghĩa là chỉ hòa tan cấu tử cần tách và không hòa tan không đáng kể các cấu tử còn lại . Đây là điều kiện quan trọng nhất. - Độ nhớt của dung môi càng bé thì trở lực thuỷ học càng nhỏ và và có lợi cho quá trình chuyển khối. - Nhiệt dung riêng bé sẽ tốn ít nhiệt khi hoàn nguyên dung môi. - Nhiệt độ sôi khác xa với nhiệt dộ sôi của chất hoà tan để dể tách các cấu tử ra khỏi dung môi . - Nhiệt độ đóng rắn thấp để tránh tắc thiết bị và thu hồi các cấu tử hòa tan dễ dàng hơn. - Ít bay hơi, rẻ tiền , dễ kiếm và không độc hại với người và không ăn mòn kim loại. 1.2.2. Cơ sở thiết bị a) Cơ sở vật lý của quá trình hấp thu : Hấp thu là quá trình quan trọng để xử lý khí và được ứng dụng trong rất nhiều quá trình khác . Hấp thu trên cơ sở của quá trình truyền khối , nghĩa là phân chia hai pha .Phụ thuộc vào sự tương tác giữa chất hấp thu và chất bị hấp thu trong pha khí. b) Phương trình cân bằng vật chất của quá trình hấp thu : SV : Cao Thiên Tự 08115041 Trương Minh Thái 08115024 Trang 9 Đồ án : Hấp thụ NH3 bằng tháp đệm GVHD: Võ Thị Thu Như Phương trình cân bằng vật liệu có dạng: G Y Y Đ + G X X Đ = G X X C + G Y Y C Trong đó : G X :luợng khí trơ không đổi khi vận hành ( kmol/ h) G Y : lượng dung môi không đổi khi vận hành(kmol/ h) Y Đ , Y C : nồng độ đầu và cuối của pha khí (kmol/kmolkhí trơ) X Đ , X C : nồng độ cuối và đầu của pha lỏng (kmol/kmolkhí trơ) 1.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả hấp thu a. Ảnh hưởng của nhiệt độ: Khi các điều kiện khác không đổi mà nhiệt độ tháp tăng thì hệ số Henri sẽ tăng . Kết quả là ảnh hưởng đường cân bằng dịch chuyển về phía trục tung . Nếu các đừơng làm việc AB không đổi thì động lực trung bình sẽ giảm , số đĩa lý thuyêt sẽ tăng và chiều cao của thiết bị sẽ tăng . Thậm chí có khi tháp không làm việc SV : Cao Thiên Tự 08115041 Trương Minh Thái 08115024 Trang 10 [...]... 08115041 08115024 Trang 17 Đồ án : Hấp thụ NH3 bằng tháp đệm GVHD: Võ Thị Thu Như Nguồn khí thải NH3 lấy từ các nhà máy sản xuất phân bón, sản xuất NH 3… sẽ được thu lại rồi sau đó dùng quạt thổi khí vào tháp hấp thụ (tháp đệm) Dung dịch hấp thụ được dùng là nước Tháp hấp thụ làm việc liên tục ngược dòng: nước được bơm lên bồn cao vị mục đích là để ổn định lưu lượng, từ đó cho vào tháp từ trên đi xuống... = = 0,0173 ( mol NH3/ mol trơ ) Lượng NH3 bị hấp thụ = 11,6 - 0,05 = 11,55 ( g/m3) SV : Cao Thiên Tự Trương Minh Thái 08115041 08115024 Trang 21 Lc Xc Đồ án : Hấp thụ NH3 bằng tháp đệm GVHD: Võ Thị Thu Như Hiệu suất hấp thụ : η = x 100% = 99,57% Nồng độ pha khí ra khỏi tháp : Yc = ( 1 - η ) x Yd = ( 1 – 0,9957 ) x 0,0173 = 7,44x10-5 ( mol NH3/ mol trơ ) yc = = = 7,44x10-5 ( phân mol NH3 ) Suất lượng... phối chất lỏng : ΔPđĩa = 2×1070,8= 2141,6 Vậy trở lực của toàn tháp được xác định : ΔPtháp = ∆ + ΔPđĩa = 3236,4 + 2141,6 = 5378 N/m2 SV : Cao Thiên Tự Trương Minh Thái 08115041 08115024 Trang 30 Đồ án : Hấp thụ NH3 bằng tháp đệm SV : Cao Thiên Tự Trương Minh Thái 08115041 08115024 GVHD: Võ Thị Thu Như Trang 31 Đồ án : Hấp thụ NH3 bằng tháp đệm GVHD: Võ Thị Thu Như Chương 4 Tính toán các thiết bị phụ... Chiều cao tháp là : H tháp = H + Hc +Hđ Chiều cao phần tách lỏng Hc và đáy Hđ có giá trị phụ thuộc vào đường kính tháp, tháp có đường kính D=1m , ta chọn Hc=0,8m và Hđ=1m Vậy chiều cao của tháp hấp thụ là : Htháp = 1,7 + 0,8 + 1 = 3,5 (m) 3.4 Tính trở lực của tháp 3.4.1 Trở lực của lớp đệm trong tháp ∆Pđệm = Max Với : ∆Pk : trở lực của đệm khô ∆Pư : trở lực của đệm ướt Tính trở lực của đệm khô : ∆Pk... hình ở trang bên): SV : Cao Thiên Tự Trương Minh Thái 08115041 08115024 Trang 18 Đồ án : Hấp thụ NH3 bằng tháp đệm GVHD: Võ Thị Thu Như Chương 3 Tính toán thiết bị SV : Cao Thiên Tự Trương Minh Thái 08115041 08115024 Trang 19 Đồ án : Hấp thụ NH3 bằng tháp đệm GVHD: Võ Thị Thu Như 3.1 Tính cân bằng vật chất Đường cân bằng pha : Ở 30oC , ta có Ψ.10-6 = 0,00241 mmHg m= = =3,17 Y* = = X 0 0.000 2 0.000 4... ×h× ×= ×0,3×520×0,74 = 93,1 (Kg) chọn lớp tách ẩm dày 200mm làm bằng lớp tôn dập xéo Vta= (3.14xD2 )x h/4=? SV : Cao Thiên Tự Trương Minh Thái 08115041 08115024 Trang 34 Đồ án : Hấp thụ NH3 bằng tháp đệm GVHD: Võ Thị Thu Như Chương 5 Tính toán cơ khí SV : Cao Thiên Tự Trương Minh Thái 08115041 08115024 Trang 35 Đồ án : Hấp thụ NH3 bằng tháp đệm GVHD: Võ Thị Thu Như Thiết bị làm việc ở môi trường ăn mòn... = Với ∆yd : động lực trung bình tại đáy tháp hấp thụ ∆yd = yd – yd* = yd – m xc = 0,017 – 3,17×2,4×10-5 ∆yd= 0,017 ∆yc : động lực trung bình tại đỉnh tháp hấp thụ ∆yc = yc – yc* = yc =7,44×10-5 → ∆ytb = = 3,12×10-3 Do đó : ny = = = 5,43 Chiều cao của lớp vật liệu đệm : SV : Cao Thiên Tự Trương Minh Thái 08115041 08115024 Trang 27 Đồ án : Hấp thụ NH3 bằng tháp đệm GVHD: Võ Thị Thu Như H = ny×hđv =5,43×0,3... trình hấp thụ là quá trình tỏa nhiệt nên khi thiết kế, xây dựng và vận hành hệ thống thiết bị hấp thụ xử lí khí thải nhiều trường hợp ta phải lắp đặt thêm thiết bị trao đổi nhiệt trong tháp hấp thụ để làm nguội thiết bị, tăng hiệu quả của quá trình xử lí Như vậy, thiết bị sẽ trở nên cồng kềnh, vận hành phức tạp  SV : Cao Thiên Tự Trương Minh Thái 08115041 08115024 Trang 11 Đồ án : Hấp thụ NH3 bằng tháp. .. hẹp hơn tháp chop (về lưu lượng khí) - Tháp chóp: có thể làm việc với tỉ trọng của khí, lỏng thay đổi mạnh, khá ổn định Song có trở lực lớn, tiêu tốn nhiều vật tư kim loại chế tạo, kết cấu phức tạp Nói chung tháp chop có hiệu suất cao hơn tháp đĩa lỗ - Tháp xupap: dùng trong chưng cất dầu mỏ Chương 2 SV : Cao Thiên Tự Trương Minh Thái 08115041 08115024 Trang 16 Đồ án : Hấp thụ NH3 bằng tháp đệm GVHD:... 08115024 Trang 26 Đồ án : Hấp thụ NH3 bằng tháp đệm GVHD: Võ Thị Thu Như Tính h2 : h2 = 256××× = 256××× h2 = 0,012 (m) Chiều cao của 1 đơn vị truyền khối là : hđv = h1 + h2= 0,29 + ×0,012 = 0,3 (m) → Chiều cao của 1 đơn vị truyền khối là 0,3 (m) Tính số đơn vị truyền khối : Ny = Với yd = 0,017 (phân mol NH3) ; yc = 7,44×10-5 (phân mol NH3) , ∆ytb : động lực trung bình của tháp hấp thụ Tính ∆ytb : ∆ytb . Đồ án : Hấp thụ NH3 bằng tháp đệm GVHD: Võ Thị Thu Như Đồ án: Hấp thụ NH3 bằng tháp đệm SV : Cao Thiên Tự 08115041 Trương Minh Thái 08115024 Trang 1 Đồ án : Hấp thụ NH3 bằng tháp đệm GVHD:. 08115024 Trang 4 Đồ án : Hấp thụ NH3 bằng tháp đệm GVHD: Võ Thị Thu Như SV : Cao Thiên Tự 08115041 Trương Minh Thái 08115024 Trang 5 Chương 1 Đồ án : Hấp thụ NH3 bằng tháp đệm GVHD: Võ Thị Thu. nhân và cộng đồng xung quanh. SV : Cao Thiên Tự 08115041 Trương Minh Thái 08115024 Trang 7 Đồ án : Hấp thụ NH3 bằng tháp đệm GVHD: Võ Thị Thu Như 1.2. Giới thiệu về quá trình hấp thụ 1.2.1.