thiết kế tháp hấp phụ hơi methanol bằng than hoạt tính

Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ hơi Methanol bằng than hoạt tính

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VÀ
CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HƠI METHANOL
I.1 TỔNG QUAN VỀ HƠI METHANOL
Tên gọi khác: methyl carbinol, carbinol.
Trước đây Methanol được điều chế bằng cách chưng cất khô gỗ nhưng hiện nay
phương pháp này đã được loại bỏ bằng phương pháp tổng hợp từ CO và H 2. Ngoài ra
Methanol còn là một trong những sản phẩm trong quá trình oxi hoá paraffin trong pha khí.
I.1.1

Tính chất

Là một chất lỏng không màu, sôi ở 65 oC, nóng chảy ở –97oC, có mùi thơm và vò
nóng. Tỉ trọng hơi với không khí là 1,1.
Methanol tạo với không khí một hỗn hợp rất dễ nổ, với giới hạn nổ từ 6 – 35,6 %, nó
tự bốc cháy ở 385oC.
Methanol bò phân hủy nhiệt tạo ra carbon oxide và formaldehyde. Nó phản ứng mạnh
mẽ với các chất oxi hóa gây nguy cơ cháy và nổ. Ngoài ra nó có thể tác dụng với Pb và Al.
Là một chất độc đối với thần kinh.
I.1.2

Ứng dụng

Methanol được sử dụng để sản xuất formaldehyde. Ngoài ra nó còn được xem như
sản phẩm trung gian trong điều chế các este quan trọng (metylmetacrylat,
dimetyleterphtalat, dimetylsulphat) và là tác nhân metyl hoá (tổng hợp metylamin,
dimetylanilin).
Một lượng Methanol được sử dụng làm dung môi cho sơn, vecni, xenlulo. Tuy nhiên
vì độc tính cao nên hiện nay nó được thay thế các dung môi khác.
Methanol được ứng dụng làm chất phụ gia cho nhiên liệu của các động cơ. Làm chất

chống đông lạnh trong bộ tản nhiệt xe hơi.
Methanol được dùng trong công nghệ dầu khí, điều này có thể gây ra một số vấn đề
khi người ta muốn truyền gas qua ống xi- phong và tình cờ nuốt phải chất này.
Methanol còn được sử dụng để tổng hợp các olefin thấp phân tử.

Trang 1


Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ hơi Methanol bằng than hoạt tính
I.1.3

Tiếp xúc

Tiếp xúc với hơi Methanol qua đường hô hấp trong sản xuất là chính. Nó có thể hấp
thụ qua da nhưng khó xảy ra nếu da được bảo vệ tốt. Tiếp xúc qua đường tiêu hóa là nguy
cơ lớn nhất trong thực tế ngoài sản xuất do hàng gian, hàng giả (giả Etanol bằng
Methanol) dẫn đến khả năng bò nhiễm độc. Nồng độ gây tử vong cho con người chưa được
xác đònh. Theo báo cáo, một liều khoảng 25 cc Methanol 40 % sẽ dẫn đến việc bò nhiễm
độc. Nhưng cũng có những trường hợp một số liều trên không gây ra hậu quả nào. Hầu hết
các nguồn thông tin cho rằng khoảng 100 cc sẽ gây tử vong. Đã từng có dòch bệnh gây ra
bởi Methanol trong rượu whisky.
I.1.4

Cơ chế nhiễm độc

Một khi bò hấp thụ, Methanol liên tục đi vào trong cơ thể và hiện tượng tăng huyết áp
sẽ xảy ra trong vòng 30 – 90 phút. Nếu như hàm lượng Etanol không quá 2 – 5% Methanol
thì có thể được bài tiết bởi thận một cách bình thường và một lượng nhỏ sẽ được đào thải
qua phổi. Với huyết áp thấp, chu kỳ phân rã của Methanol khoảng 2 – 3 giờ. Khi huyết áp
tăng quá 300 mg/dl, loại enzym có chức năng metan hoá Methanol sẽ bò bão hoà và chu kỳ

phân rã sẽ tăng lên 27 giờ. Khi điều này xảy ra, một lượng lớn hơi Methanol sẽ được hạn
chế bởi thận và phổi. Trong quá trình điều trò bằng Methanol chu kỳ phân rã có thể lên tới
30 – 52 giờ.
Sau khi được hấp thụ vào cơ thể, Methanol được phân bố nhanh chóng vào các tổ
chức như sau:
• Một phần nhỏ Methanol được thải loại nguyên vẹn theo không khí thở ra và
qua nước tiểu.
• Phần lớn Methanol còn lại được chuyển hoá bằng cách oxi hoá thành
formaldehyde và acid formic. Chính 2 chất này tạo nên độc tính của
Methanol:
CH3OH  HCHO  HCOOH  CO2
Sự oxi hoá của Methanol chậm hơn sự oxi hoá của Etanol. Nếu đồng thời cho cả
Methanol và Etanol sẽ triệt tiêu tốc độ oxi hoá của Methanol và do đó làm giảm độc tính
của no .
Methanol bò oxi hoá chủ yếu ở gan. Người ta cho rằng Methanol cũng bò oxi hoá do
các tế bào hình que và hình nón ở võng mạc.
I.1.5

Nồng độ cho phép

Việt Nam qui đònh NĐTĐCP của Methanol: 0,05 mg/l.
Mỹ , TLV (ACGIH 1998): 200 ppm.
Theo TCVN 5940 – 1995: Chất lượng không khí. Tiêu chuẩn khí thải công nghiệp đối
với các chất hữu cơ: 260 mg/m3.

Trang 2


Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ hơi Methanol bằng than hoạt tính
I.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ HƠI METHANOL

Các phương pháp xử lý hơi Methanol hay dùng trong thực tế là:
Phương pháp hấp thu
Phương pháp hấp phụ
Phương pháp nhiệt
Phương pháp phát tán khí
Phương pháp xúc tác
I.2.1

Phương pháp hấp thu

Quá trình hấp thu là quá trình trong đó một hỗn hợp khí được cho tiếp xúc với chất
lỏng nhằm mục đích hoà tan chọn lựa một hay nhiều cấu tử của hỗn hợp khí để tạo nên
một dung dòch các cấu tử trong chất lỏng.
Dung dòch hấp thu là dung môi, nhưng ở đây cấu tử cần hấp thu lại là dung môi, nên
dung dòch hấp thu thường phải có độ hoà tan tốt dung môi, chất hay dùng là nước.
Cơ chế của quá trình hấp thu, chia làm 3 giai đoạn:
• Khuếch tán của chất ô nhiễm ở thể khí đến bề mặt phân pha giữa 2 pha khí
– lỏng.
• Thâm nhập và hòa tan chất khí qua bề mặt của chất hấp thu.
• Khuếch tán chất khí đã hoà tan trên bề mặt phân cách vào sâu trong lòng
chất hấp thu.
I.2.2

Phương pháp hấp phụ

Quá trình hấp phụ là quá trình hút chọn lựa các cấu tử trong pha khí lên bề mặt chất
rắn. Người ta áp dụng phương pháp hấp phụ để làm sạch khí có hàm lượng tạp chất khí và
hơi nhỏ.
Quá trình hấp phụ được thực hiện bằng cách cho tiếp xúc giữa pha rắn và pha khí. Ở
điều kiện bình thường thì pha khí trong hỗn hợp với không khí thì không khí sẽ không bò

hấp phụ.
Vật liệu dùng để làm chất hấp phụ là các vật liệu xốp với bề mặt bên trong lớn, được
tạo thành do nhân tạo hoặc tự nhiên. Trong công nghiệp hay dùng các chất hấp phụ như:
than hoạt tính, silicagel, keo nhôm, zeolit và ionit chất trao đổi ion.
I.2.3

Phương pháp nhiệt

Bản chất là quá trình oxi hoá các cấu tử độc hại và các tạp chất có mùi hôi bằng oxy
ở nhiệt độ cao (450oC – 1200oC).
Phương pháp này dùng để loại bỏ bất kì loại khí và hơi nào mà sản phẩm cháy ít độc
hại hơn. Methanol là dung môi dễ cháy, sản phẩm cháy là CO 2 và H2O.

Trang 3


Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ hơi Methanol bằng than hoạt tính
Ưu điểm là thiết bò xử lý đơn giản và có khả năng ứng dụng rộng rãi vì thành phần
khí thải ít ảnh hưởng đến thiết bò đốt.
Nhược điểm là tốn nhiều năng lượng và thành phần khí thải sau đốt có CO 2 cao, là
chất gây ô nhiễm không khí và hiệu ứng nhà kính.
I.2.4

Phương pháp phát tán khí

Bản chất là phát tán khí thải vào khí quyển. Trong một số trường hợp không thể xử lý
do chi phí cao, người ta phải dùng phương pháp phát tán khí để giảm nồng độ chất ô nhiễm
trong khu vực thải khí và dòng khí.
Thông thường người ta dùng ống khói để phát tán khí thải, ống khói thường cao 300 –
500 m. Khi đó nó sẽ làm giảm nồng độ chất ô nhiễm trong môi trường xung quanh nơi phát

sinh xuống đạt tiêu chuẩn cho phép nhưng lại làm tăng nồng độ khí thải nơi khác. Tuy
nhiên phát tán khí thải không phải là phương pháp hợp lý để xử lý khí thải vì hậu quả của
phương pháp này gây ra một số hiện tượng như khói quang hoá, mưa acid …
I.2.5

Phương pháp xúc tác

Bản chất của quá trình xúc tác để làm sạch khí thải là thực hiện các tương tác hóa
học nhằm chuyển các chất độc hại thành các sản phẩm không độc hoặc ít độc hơn của các
chất trên bề mặt chất xúc tác rắn.
Các chất xúc tác không làm thay đổi mức năng lượng của các phân tử chất tương tác
và không làm dòch chuyển cân bằng phản ứng đơn giản. Vai trò của chúng là làm tăng vận
tốc tương tác hoá học. Các chất xúc tác trong xử lý khí thải công nghiệp là các chất tiếp
xúc trên cơ sở các kim loại quý: Pt, Pd, Ag … , các oxit Mangan, Đồng, Cobalt …
Hiệu quả xử lý của phương pháp này chủ yếu phụ thuộc vào hoạt tính của chất xúc
tác.
Nhược điểm của phương pháp này là tốn kém và hiệu suất không ổn đònh.

Trang 4


Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ hơi Methanol bằng than hoạt tính

CHƯƠNG II: YÊU CẦU THIẾT KẾ
II.1 SỐ LIỆU BAN ĐẦU:
Năng suất 5000 m3/h
Hiệu suất xử lý 90%
Nồng độ đầu ra đạt tiêu chuẩn khí thải. Theo TCVN 5940 – 1995: Chất lượng không
khí. Tiêu chuẩn khí thải công nghiệp đối với các chất hữu cơ. Nồng độ cho phép của hơi
Methanol là: 260 mg/m3.

II.2 SỐ LIỆU TỰ CHỌN:
Nhiệt độ làm việc tlv = 30oC
p suất làm việc Plv = 1 at
Nhiệt độ khí thải tkhí thải = 30oC
Đường kính trung bình của than dg = 4 mm

Trang 5


Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ hơi Methanol bằng than hoạt tính

CHƯƠNG III: ĐỀ XUẤT VÀ THUYẾT MINH CÔNG NGHỆ
III.1 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ
III.1.1 Chọn phương pháp
Thu hồi hơi dung môi vừa có ý nghóa kinh tế vừa có ý nghóa sinh thái. Mỗi năm nó
thất thoát cùng với khí thải là 600 – 800 ngàn tấn. Hơi dung môi thoát ra khi bảo quản
chúng và khi sử dụng trong các quá trình công nghệ. Phương pháp phổ biến để thu hồi
chúng là phương pháp hấp phụ.
Trong quá trình hấp phụ, người ta dùng chất rắn xốp để hút các chất khí độc có
trong khí thải trên bề mặt. Phương pháp này được dùng phổ biến nhất trong việc thu hồi
các cấu tử quý để sử dụng lại trong công nghệ hoá chất. Trong kỹ thuật xử lý ô nhiễm
không khí, phương pháp hấp phụ được dùng để thu hồi và sử dụng lại hơi của các chất hữu
cơ, khử mùi thải ra của các nhà máy sản xuất thực phẩm, thuộc da, nhuộm, chế biến khí tự
nhiên, công nghệ tổng hợp hữu cơ.
Phương pháp hấp phụ có các ưu điểm:
Làm sạch và thu hồi được khá nhiều chất ô nhiễm thể hơi khí nếu các chất
này có giá trò kinh tế cao thì sau khi hoàn nguyên chất hấp phụ sẽ được tái sử
dụng trong công nghệ sản xuất mà vẫn tận giảm được tác hại gây ô nhiễm.
Quá trình hấp phụ có thể tiến hành được khi nồng độ chất ô nhiễm trong khí

thải rất nhỏ mà các quá trình khử khí khác không thể áp dụng được và do đó việc
tách thực hiện triệt để hơn.
Chất khí ô nhiễm không cháy được hoặc khó đốt cháy.
Chất hấp phụ cũng khá dễ kiếm và rẻ tiền.
Trong quá trình hấp phụ, pha khí đi vào pha rắn cho đến khi nào nồng độ của dung
chất trong pha khí và pha rắn đạt cân bằng. Dựa vào sự tương tác giữa hai pha người ta
chia ra:
Hấp phụ vật lý: là hấp phụ đa phân tử (hấp phụ nhiều lớp), lực liên kết là lực
hút giữa các phân tử (Vanderwaals), không tạo thành hợp chất bề mặt. Ưu điểm
là quá trình thuận nghòch, bằng cách hạ thấp áp suất riêng của chất bò hấp phụ
hay nhiệt độ, chất bò hấp phụ nhanh chóng được nhả ra mà không bản chất hóa
học của nó không hề thay đổi. Hấp phụ vật lý có tốc độ hấp phụ diễn ra rất
nhanh.
Hấp phụ hóa học: là hấp phụ đơn phân tử (hấp phụ một lớp), lực liên kết là
lực liên kết hóa học, tạo thành hợp chất bề mặt. Lực liên kết trong hấp phụ hóa
học manh hơn nhiều so với hấp phụ vật lý. Do đó lượng nhiệt tỏa ra lớn khoảng
20 – 400 kJ/g.mol. Tốc độ của quá trình hấp phụ hóa học phụ thuộc vào nhiệt độ.

Trang 6


Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ hơi Methanol bằng than hoạt tính



Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ:

nh hưởng của môi trường: Giữa môi trường và chất tan thường có sự cạnh tranh sự
hấp phụ lên bề mặt vật rắn. Về mặt nhiệt động học, cấu tử nào có sức căng bề mặt bé hơn
sẽ bò hấp phụ mạnh hơn lên bề mặt vật rắn. Tuy nhiên, trong thực tế còn có sự tác động

của các yếu tố khác.
nh hưởng của bản chất chất hấp phụ: Bản chất và độ xốp của vật hấp phụ ảnh
hưởng lớn đến sự hấp phụ. Vật hấp phụ không phân cực thì hấp phụ chất không phân cực
tốt, vật hấp phụ phân cực hấp phụ tốt với chất phân cực.
Tính chất của chất bò hấp phụ: Quá trình hấp phụ diễn ra theo hướng làm san bằng sự
phân cực giữa các pha. Độ chênh lệch của sự phân cực càng lớn thì sự hấp phụ diễn ra
càng mạnh. Quy tắc này cho phép xác đònh cấu trúc lớp bề mặt và chỉ ra điều kiện chọn
chất hấp phụ thích hợp nhất trong từng trường hợp cụ thể.
Quy tắc phân tử lượng đối với sự hấp phụ chất tan từ dung dòch: Chất hấp phụ có
phân tử lượng càng lớn thì sự hấp phụ càng tăng nhanh.
nh hưởng của thời gian, nhiệt độ, áp suất, độ ẩm:
Sự hấp phụ trong dung dòch xảy ra chậm hơn trong pha khí vì sự thay đổi nồng
độ trên bề mặt phân chia pha được thực hiện bởi quá trình khuếch tán. Tốc độ
khuếch tán trong pha khí diễn ra nhanh hơn trong pha lỏng.
Khi nhiệt độ tăng lên, khả năng khuếch tán vật chất vào dung dòch giảm
xuống dẫn đến giảm sự hấp phụ.
p suất: áp suất càng cao, khả năng hấp phụ càng tốt.
Độ ẩm: độ ẩm càng thấp, khả năng hấp phụ càng tốt.

III.1.2 Chọn thiết bò
Ta chọn thiết bò hấp phụ tầng cố đònh.
Đây là loại thiết bò trong đó pha khí được cho chuyển động qua tầng hạt chất hấp phụ
cố đònh, được sử dụng trong nhiều lónh vực như thu hồi hơi dung môi có giá trò từ các chất
khí, khử nước trong pha khí hoặc lỏng, khử màu các loại dầu khoáng và dầu thực vật …
Các hạt chất hấp phụ được đặt trong tầng có chiều cao từ 0,3 – 1,2 m trên tấm đỡ có
đục lỗ. Dòng khí nhập liệu được thổi từ trên xuống.
Loại thiết bò này có ba phương thức làm việc:
Phương thức bốn giai đoạn: hấp phụ, nhả hấp, sấy, làm lạnh.
Phương thức ba giai đoạn: hấp phụ, nhả hấp, làm lạnh.
Phương thức hai giai đoạn: hấp phụ, nhả hấp.

Trang 7


Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ hơi Methanol bằng than hoạt tính
Khi chọn phương thức làm việc cho thiết bò, cần căn cứ vào đặc trưng của chất bò hấp
phụ cần thu hồi và nồng độ đầu của nó trong hỗn hợp khí:
Khi nồng độ đầu khá cao thì dùng phương thức bốn giai đoạn.
Khi nồng độ đầu trung bình và nhỏ (2 –3 g/m 3) thì dùng phương thức ba giai
đoạn.
Khi nhiệt độ của hỗn hợp khí trong thiết bò tương đối đồng nhất và thấp
(<35oC) và chất bò hấp phụ không tan trong nước thì dùng phương thức hai giai
đoạn.
Thiết bò tầng cố đònh có loại thẳng đứng, loại nằm ngang, loại hình vành khăn.

III.1.3 Chọn chất hấp phụ
Chất hấp phụ thường là các loại vật liệu dạng hạt có đường kính từ 6 – 10 mm đến
200 µm, có độ rỗng lớn được hình thành do những mạch mao quản li ti nằm bên trong khối
vật liệu. Đường kính của mao quản chỉ cần lớn hơn đường kính phân tử của chất bò hấp phụ
thì chất hấp phụ mới có hiệu quả. Do chứa nhiều mao quản nên bề mặt tiếp xúc của chất
hấp phụ rất lớn. Một số chất hấp phụ thường gặp:
 Alumogel
Là oxit nhôm Al2O3.nH2O, thu được bằng cách nung các hydroxyt nhôm. Diện tích bề
mặt có nhiều lỗ xốp. Alumogel chòu được nhiệt, chòu sự ăn mòn, không bò biến dạng,
không phân hủy khi ở trong nước. Alumogel rất bền với chất lỏng giọt.
Alumogel được sử dụng làm chất sấy khô khí, chất mang xúc tác, xử lý phân đoạn
dầu mỏ, khử mùi, dùng để hấp phụ các hợp chất hữu cơ phân cực, hấp phụ một số chất đặc
thù như florua, asen…
 Zeolit
Là loại silicat nhôm có chứa thêm các oxyt kim loại kiềm và kiềm thổ, có cấu trúc lỗ

rỗng đều đặn có kích cỡ gần bằng kích thước phân tử nên nhiều khi người ta gọi nó là rây
phân tử.
Zeolit có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp.
 Silicagel
Là oxyt silic ngậm nước vô đònh hình SiO 2.nH2O, có khả năng phản ứng thay đổi
thành phần theo cơ chế đa tụ. Phản ứng đa tụ này dẫn đến sự tạo thành mạng cấu trúc của
những hạt keo dạng hình cầu và tạo nên bộ khung oxytsilic rắn. Khe hở giữa những hạt
keo tạo nên cấu trúc rỗng của silicagel. Silicagel có thể hấp phụ 40% khối lượng của nó.
Để tái sử dụng, đơn giản là đun nóng trên 150oC tới khi nước bốc hơi hết.

Trang 8


Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ hơi Methanol bằng than hoạt tính
 Than bùn
Than bùn là sản phẩm phân hủy thực vật, có màu đen hoặc nâu sáng. Than bùn là
loại vật liệu hỗn hợp của nhiều loại hợp chất hữu cơ, chứa nhiều nhóm chức phân cực nên
có khả năng hấp phụ các chất hữu cơ phân cực và các kim loại chuyển tiếp.
 Chất hấp phụ polyme
Cùng với sự đòi hỏi về nhu cầu đa dạng của các chất hấp phụ trong kỹ thuật, đã chế
tạo các chất hấp phụ trên cơ sở vật liệu polyme tổng hợp. Chất hấp phụ polyme được sử
dụng rất có hiệu quả trong xử lý các chất hữu cơ đặc thù: phenol, chất hoạt động bề mặt;
hấp phụ màu từ nước thải, thu hồi protein.
 Than hoạt tính
Than hoạt tính được chế tạo theo phương pháp loại trừ với nguyên liệu ban đầu có
chứa các thành phần carbon: than, xenlulose, gỗ, sọ dừa, bã mía, tre, nứa, mùn cưa. Trong
nguyên liệu ngoài thành phần carbon còn tồn tại một số thành phần hợp chất vô cơ, tạp
chất gây ra thành phần tro khi đốt cháy, trong đó Ca, Mg, K, Na gây tính kiềm, vì vậy sản
phẩm cuối cùng nếu không rửa sạch sẽ có tính kiềm.
Than hoạt tính có 2 dạng: dạng hạt GAC (Granular Activated Carbon) và dạng bột

PAC (Powder Activated Carbon). Hay là loại tảy màu và hấp phụ khí:
Than tảy màu có thể sử dụng vào các mục đích: tảy màu, làm trong, khử mùi,
tinh chế cho thực thẩm, đồ uống, dầu mỡ, nước… thường là dạng bột. Nó có đặc
điểm là hấp phụ trong pha lỏng, diện tích bề mặt không lớn, độ xốp cao tạo điều
kiện cho quá trình khuếch tán.
Than hấp phụ khí, khử mùi thường là dạng hạt, độ bền cơ học cao, diện tích
bề mặt và dung lượng hấp phụ lớn.
Than hoạt tính có các ưu điểm như:
Diện tích các lỗ rỗng lớn (500 – 1500 m2/g).
Bề mặt hiệu quả lên đến 105 – 106 m2/kg.
Có khả năng phục hồi.
Than hoạt tính có thể hấp phụ các chất sau:
Hơi axit, rượu, benzol, toluol etylaxetat với mức độ hấp phụ bằng 50% trọng
lượng bản thân.
Axeton, acrolein, Cl, H2S với mức độ hấp phụ bằng 10 - 25% trọng lượng bản
thân.
CO2, etylen với mức độ thấp.
Với các đặc điểm trên của than hoạt tính, ta chọn nó làm chất hấp phụ.

Trang 9


Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ hơi Methanol bằng than hoạt tính
III.2 ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

Hơi nước
quá nhiệt

Khí thải

Tháp
hấp phụ

Thiết bò
giải nhiệt
Khí thải

Thiết bò
chưng cất

Khí sạch

Khí sạch

Nước ngưng

Bể chứa
nước ngưng

Hệ thống xử lý
nước thải

III.3 THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Khí thải từ các dung môi hữu cơ, có chứa hơi Methanol được thu gom. Cho khí chứa
hơi Methanol này qua thiết bò giải nhiệt, để giảm bớt nhiệt độ của khí thải trước khi vào
thiết bò xử lý. Sau đó hỗn hợp hơi Methanol đưa qua tháp hấp phụ. Trong tháp, lượng than
hoạt tính sẽ hấp phụ hơi Methanol. Hỗn hợp khí thu được sau khi qua tháp hấp phụ là khí
sạch. Hiệu suất xử lý của thiết bò này đối với hơi Methanol đạt 90%.
Trong quá trình hoạt động, lượng khí vào nhiều làm áp suất trong tháp tăng. Để giảm
áp trong tháp, ta cho bớt khí qua thiết bò chưng cất để xử lý.

Trong quá trình xử lý, 1 lượng nước ngưng được thu gom và thải ra ngoài tháp. Trước
khi thải ra môi trường, lượng nước này cần qua hệ thống xử lý nước thải.
Như vậy, sau khi qua hệ thống xử lý khí thải đảm bảo đạt tiêu chuẩn thải ra ngoài
môi trường do Việt Nam ban hành.

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ

Trang 10


Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ hơi Methanol bằng than hoạt tính
IV.1 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ HẤP PHỤ
IV.1.1 Thiết lập đường hấp phụ đẳng nhiệt của Methanol
Dựa vào đường hấp phụ đẳng nhiệt của Benzen (Hình X.1 trang 245 Sổ tay Quá trình
và thiết bò công nghệ hóa chất – Tập 2), ta xây dựng đường hấp phụ đẳng nhiệt của
Methanol theo các công thức:
*

a 2 = a1

*

V1
V2

lg p 2 = lg p s , 2 − β

than)

(4.1)

T1 p s ,1
lg
T2
p1

(4.2)

Trong đó:
a1*, a2*:

Nồng độ của Benzen và Methanol bò hấp phụ (kg chất bò hấp phụ/kg

V1, V2:
p1, p2:
ps,1, ps,2:

Thể tích mol Benzen và Methanol ở dạng lỏng (m3/kmol)
p suất riêng phần của hơi Benzen và Methanol (mmHg)
p suất hơi bão hoà của hơi Benzen ở 20 oC và Methanol ở 30oC

T1, T2:
β:

Nhiệt độ của Benzen và Methanol khi hấp phụ (oK)
Hệ số ái lực (hệ số aphin)

(mmHg)

Ta có:
T1 = 293 (oK)

T2 = 303 (oK)
Tra hình XXIII, XXIV trang 466 (Sách Quá trình và thiết bò công nghệ hóa học – Tập
10 – Ví dụ và Bài tập):
ps,1 = 75 (mmHg)
ps,2 = 140 (mmHg)
Tra bảng 4 trang 397 (Sách Quá trình và thiết bò công nghệ hóa học – Tập 10 – Ví dụ
và Bài tập):
ρ1 = 879 (kg/m3)
ρ2 = 783 (kg/m3)
Thể tích mol của Benzen và Methanol:
M
78
V1 = 1 =
= 0,0887(m 3 / kmol )
ρ1 879
M
32
V2 = 2 =
= 0,0409(m 3 / kmol )
ρ 2 783

Trang 11


Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ hơi Methanol bằng than hoạt tính
Hệ số ái lực:
V
β = 2 = 0,4611
V1
Ta lấy một số điểm trên đường đẳng nhiệt hấp phụ của Benzen, theo công thức (4.1,

4.2) ta tính toạ độ của điểm tương ứng trên đường đẳng nhiệt hấp phụ của Methanol. Điểm
thứ nhất:
a1* = 0,103(kmol / kg )
V
0,103 0,0887
a 2* = a1* 1 =
.
.32 = 0,0916(kg / kg )
V2
78 0,0409
p1 = 0,105(mmHg )
p s ,1
T
293
75
lg p 2 = lg p s , 2 − β 1 lg
= lg 140 − 0,4611.
. lg
= 0,8736
T2
p1
303 0,105
p 2 = 7,4755(mmHg )
Bằng cách tính toán như trên, ta xác đònh được hoành độ và tung độ của đường hấp
phụ đẳng nhiệt của Methanol. Ta được bảng số liệu:

Bảng IV.1: Tính toán đường hấp phụ đẳng nhiệt của Methanol
dựa trên đường hấp phụ đẳng nhiệt của Benzen
Đường hấp phụ đẳng nhiệt của Benzen
a1*, kg/kg

p1, mmHg
0,103
0,105
0,122
0,223
0,208
1
0,233
3
0,262
8
0,276
13
0,294
19
0,318
33
0,338
42
0,359
50

Đường hấp phụ đẳng nhiệt của Methanol
a2*, kg/kg
p2, mmHg
0,0916
7,4755
0,1085
10,4591
0,1851

20,4207
0,2073
33,3282
0,2331
51,6111
0,2456
64,0854
0,2616
75,9006
0,2829
97,0845
0,3007
108,1059
0,3194
116,8455

Dựa vào các điểm tìm được, ta vẽ đường hấp phụ đẳng nhiệt của Methanol:

Trang 12


Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ hơi Methanol bằng than hoạt tính

140
120

p (mmHg)

100
80

60
40
20
0
0

0.0916 0.1085 0.1851 0.2073 0.2331 0.2456 0.2616 0.2829 0.3007 0.3194
a* (kg hơi Methanol/kg than)

Hình IV.1: Đường hấp phụ đẳng nhiệt của Methanol

Theo TCVN 5940 – 1995: Chất lượng không khí. Tiêu chuẩn khí thải công nghiệp đối
với các chất hữu cơ, nồng độ cho phép của Methanol: C c = 260(mg / m 3 )
Vì hiệu suất η = 90%, nồng độ khối lượng ban đầu của Methanol trong hỗn hợp:
Cc
0,26.10 −3 kg / m 3
Cd =
=
= 2,6.10 −3 (kg / m 3 )
1 −η
1 − 0,9
p suất riêng phần của hơi Methanol tương ứng với C d :
22,4
p M = C d .R.T = 2,6.10 −3.
.303.760 = 1,5352(mmHg )
273.32
*
Dựa vào đường hấp phụ đẳng nhiệt của Methanol, ta có: a M = 0,0188(kg / kg )

IV.1.2 Tính cân bằng vật chất

Trang 13


Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ hơi Methanol bằng than hoạt tính


Trong hỗn hợp khí đầu vào thiết bò:

Phần mol hơi Methanol trong hỗn hợp khí đầu vào:
22,4
2,6.10 −3.
.303
C d .R.T
273
yd =
=
= 0,0020 (kmol Methanol/kmol hỗn hợp)
M M .P
32.1
Phần khối lượng hơi Methanol trong hỗn hợp khí đầu vào:
y d .M M
0,002.32
yd =
=
= 0,0022 (kg Methanol/kg hỗn hợp)
y d .M M + (1 − y d ).M K 0,002.32 + (1 − 0,002).29
Khối lượng riêng của hỗn hợp khí đầu vào:
To .P
ρ d = [ M M . y d + M K (1 − y d ) ].

22,4.T .Po
273.1
= [ 32.0,002 + 29.(1 − 0,002) ].
= 1,1667(kg / m 3 )
22,4.303.1
Lưu lượng khối lượng của hỗn hợp khí đầu vào:
Gd = Vd .ρ d = 5000.1,1667 = 5833,5( kg / h) = 1,6204(kg / s )
Lưu lượng khối lượng của hơi Methanol trong hỗn hợp khí đầu vào:
G Md = Gd . y d = Vd .C d = 5833,5.0,0022 = 12,8337(kg / h) = 0,0036(kg / s )
Lưu lượng khối lượng của không khí trong hỗn hợp khí đầu vào:
G Kd = Gd .(1 − y d ) = Gd − G Md = 5833,5.(1 − 0.0022) = 5820,6663(kg / h) = 1,6169(kg / s )


Trong hỗn hợp khí đầu ra thiết bò:

Phần mol hơi Methanol trong hỗn hợp khí đầu ra:
C c .R.T
yc =
= y d .(1 − η ) = 0,002.(1 − 0,9 ) = 0,0002 (kmol Methanol/kmol hỗn hợp)
M M .P
Phần khối lượng hơi Methanol trong hỗn hợp khí đầu ra:
y c .M M
0,0002.32
yc =
=
= 0,00022 (kg Methanol/kghỗn hợp)
y c .M M + (1 − y c ).M K 0,0002.32 + (1 − 0,0002).29
Khối lượng riêng của hỗn hợp khí đầu ra:
To .P
ρ c = [ M M . y c + M K (1 − y c ) ].

22,4.T .Po
273.1
= [ 32.0,0002 + 29.(1 − 0,0002) ].
= 1,1665( kg / m 3 )
22,4.303.1

Khối lượng hơi Methanol bò hấp phụ bởi than hoạt tính:

Trang 14


Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ hơi Methanol bằng than hoạt tính
M = G Md .η = 0,0036.0,9 = 0,0032(kg / s )
Lưu lượng khối lượng của hơi Methanol trong hỗn hợp khí đầu ra:
G Mc = G Md − M = G Md .(1 − η ) = 0,0036 − 0,0032 = 0,0004(kg / s )
Lưu lượng khối lượng của hỗn hợp khí đầu ra:
Gc = G Kd + G Mc = 1,6169 + 0,0004 = 1,6173(kg / s )

IV.1.3 Tính đường kính tháp
Đường kính tháp hấp phu :
Gtb
Dt =
0,785.v hh .ρ hh
Gd + Gc 1,6204 + 1,6173
=
= 1,6189(kg / s )
2
2
ρ + ρ c 1,1667 + 1,1665
ρ hh = d

=
= 1,1666(kg / m 3 )
2
2
v hh = 0,5(m / s )

Với Gtb =

→ Dt =

Gtb
=
0,785.v hh .ρ hh

1,6189
=1,88(m)
0,785.0,5.1,1666

Để dễ gia công, ta chọn Dt = 2 m
Vận tốc dòng khí qua tháp:
Gtb
1,6189
v hh =
=
= 0,44m / s
2
0,785.1,1666.2 2
0,785.ρ hh .Dt

IV.1.4 Tính hệ số truyền khối

Với điều kiện quá trình hấp phụ đẳng nhiệt được biểu diễn bằng phương trình
Langmuir:
Sh = 1,6. Re 0,54 (4.3)
Trong đó:
k y .d g2
(4.4)
Sh =
D
v hh .d g
Re =
(4.5)
γ
0 , 54
D.v hh
k
=
1
,
6
Từ (4.3), (4.4), (4.5), ta suy ra: y
(4.6)
γ 0,54 .d 1g, 46

Trang 15


Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ hơi Methanol bằng than hoạt tính
Với:
dg
D

vhh
γ
ky

: đường kính trung bình của hạt hấp phụ (m)
: hệ số khuếch tán của chất bò hấp phụ ở nhiệt độ của quá trình (m2/s)
: vận tốc của dòng hơi khí tính theo tiết diện ngang tự do của thiết bò (m/s)
: độ nhớt động học của hỗn hợp hơi khí (m2/s)
: hệ số truyền khối (m/s)

Đường kính trung bình của than dg = 0,004 (m)
µ hh
Độ nhớt động học của hỗn hợp hơi khí: γ =
ρ hh
y + y c 0,002 + 0,0002
y tb = d
=
= 0,0011 (kmol Methanol/kmol hỗn hợp)
2
2
M hh = 32. y tb + 29.(1 − y tb ) = 32.0,0011 + 29.(1 − 0,0011) = 29,0033( kg / kmol )
M hh y tb .M M (1 − y tb ).M K
=
+
→ µ hh = 0,01798.10 −3 ( Pa.s )
µ hh
µM
µK
với µM = 0,01.10-3 (Pa.s)
µK = 0,018.10-3 (Pa.s)

(tra Hình I.35 trang 117 Sổ tay Quá trình và thiết bò công nghệ hóa chất – Tập 2)
ρhh = 1,1666 (kg/m3)
µ hh 0,01798.10 −3
→γ =
=
= 0,0154.10 −3 (m 2 / s)
ρ hh
1,1666
3/ 2

T 
 
 To 
Tra bảng 42 trang 428 ( Sách Quá trình và thiết bò công nghệ hóa học – Tập 10
– Ví dụ và Bài tập), ta có hệ số khuếch tán của hơi Methanol trong không khí ở điều kiện
tiêu chuẩn là: Do = 13,3.10-6 (m2/s)
P
Hệ số khuếch tán của hơi Methanol ở 20 C: D = Do . o
P
o

P
→ D = Do . o
P

T

 To






3/ 2

1  303 
= 13,3.10 . .

1  273 
−6

3/ 2

= 1,5551.10 −5 (m 2 / s)

Thế tất cả vào (4.6), ta có hệ số truyền khối:
D.v 0,54
1,5551.10 −5.0,44 0,54
k y = 1,6 0,54 hh 1, 46 = 1,6.
= 20,09( m / s)
γ .d g
(0,0154.10 −3 ) 0,54 .0,0041, 46

IV.1.5 Tính thời gian hấp phụ 1 chu kỳ

Trang 16


Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ hơi Methanol bằng than hoạt tính
*

Từ Hình IX.1, ta có a M = 0,0188(kg / kg ) , nằm trong khu vực thứ nhất. Do đó thời
gian hấp phụ của quá trình được tính theo công thức:

τ =

C x*
v hh .C d

. H − b.

C x*
k y .C d

(4.7)

Trong đó:
C x* = 0,0188( kg / kg ).500( kg / m 3 ) = 9,4(kg / m 3 )
v hh = 0,44(m / s )
C d = 2,6.10 −3 (kg / m 3 )
b = 0,94 (hệ số được xác đònh theo bảng 8.3 trang 337 ( Sách Quá trình và thiết
C c 2,6.10 −4
=
= 0,1 )
bò công nghệ hóa học – Tập 10 – Ví dụ và Bài tập ) với
−3
C d 2,6.10
Thế vào (4.7), ta có:
9,4
9,4
τ =

. H − 0,94.
= 90,6465. H − 12,61
−3
0,44.2,6.10
20,09.2,6.10 −3
với H = 1,0 (m)  τ = 6090 (s) = 1,69 (h)
H = 1,1 (m)  τ = 6800 (s) = 1,89 (h)
H = 1,2 (m)  τ = 7515 (s) = 2,09 (h)
τ càng lớn thì chất bò hấp phụ càng bò hấp phụ nhiều , ta chọn τ = 2,09 (h).
Vậy Chiều cao lớp than H = 1,2 (m)
Thời gian hấp phụ 1 mẻ τ = 2 (h)
Khối lượng than cần:
π .Dt2
π .2 2
M than =
.H .ρ than =
.1,2.500 = 1884,96( kg ) ≈ 1885(kg )
4
4

 Tái sinh than hoạt tính

Trang 17


Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ hơi Methanol bằng than hoạt tính
Hấp phụ có một đặc tính quan trọng là hiệu quả hấp phụ giảm khi tăng nhiệt độ
dòng khí và có khả năng hấp phụ bão hoà do hoạt độ chất hấp phụ đạt tới cực đại thì
không còn khả năng hấp phụ thêm, lúc này giữa pha khí và pha rắn tồn tại một cân bằng
động. Trong xử lý ô nhiễm không khí, giai đoạn này là bất lợi cho quá trình người ta phải

bỏ chất hấp phụ bão hoà này đi thay bằng chất hấp phụ mới có hoạt độ hấp phụ chưa bão
hoà. Khi đó muốn sử dụng lại chất hấp phụ ta phải tiến hành quá trình nhả hấp để phục
hồi hoạt tính của chất hấp phụ.
Tái sinh than hoạt tính có thể bằng hơi nước bão hòa hoặc quá nhiệt hoặc quá nhiệt
hoặc bằng khí trơ nóng. Nhiệt độ hơi quá nhiệt 200-300 oC, còn khí trơ 120 – 140oC.
Trong trường hợp chất thải không đáng giá người ta tiến hành phục hồi phân hủy
bằng tác chất hóa học (oxi hóa bằng Clo, ozôn hoặc bằng nhiệt…), tái sinh bằng nhiệt được
tiến hành trong lò ở nhiệt độ 700-800oC trong dung môi không có oxi.
Người ta còn nghiên cứu phương pháp tái sinh than bằng vi sinh, trong đó chất thải
được oxi hóa bởi vi sinh. Phương pháp này làm tăng thời gian sử dụng than.

IV.2 TÍNH CƠ KHÍ
Theo phần IV.1.5 ta tính được chiều cao lớp than hấp phụ H = 1,2 (m). Vậy ta chọn
chiều cao thân tháp Ht = 3 (m)
Tháp hấp phụ có: - Đường kính Dt = 2 (m)
- Chiều cao Ht = 3 (m)
IV.2.1 Tính chiều dày thân, đáy, nắp


Chiều dày thân

Ta chọn CT3 là vật liệu làm thân tháp.
Theo bảng XII.4 trang 309 (Sổ tay Quá trình và thiết bò công nghệ hóa chất – Tập 2),
thép CT3 với chiều dày tấm thép 4 – 20 mm:
Giới hạn kéo σk = 380 (N/mm2)
Giới hạn chảy σc = 240 (N/mm2)
Theo bảng XII.7 trang 313 (Sổ tay Quá trình và thiết bò công nghệ hóa chất – Tập 2),
thép CT3 có khối lượng riêng ρ = 7,85.103 (kg/m3)
∗ ng suất cho phép của thép CT3:
[σ k ] = σ k .η (4.8)

nk
[σ c ] = σ c .η (4.9)
nc

Trang 18


Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ hơi Methanol bằng than hoạt tính
Trong đó:
η: hệ số hiệu chỉnh. Tháp hấp phụ này là thiết bò loại II có các chi tiết không bò
đốt nóng, theo bảng XIII.2 trang 356 (Sổ tay Quá trình và thiết bò công nghệ hóa chất –
Tập 2), ta tra được η = 1
nk, nc: hệ số an toàn theo giới hạn kéo và chảy. Theo bảng XIII.3 trang 356 (Sổ
tay Quá trình và thiết bò công nghệ hóa chất – Tập 2), ta có nk = 2,6 và nc = 1,5
Thế tất cả vào (4.8) và (4.9), ta có:
[σ k ] = σ k .η = 380 .1 = 146( N / mm 2 )
nk
2,6
[σ c ] = σ c .η = 240 .1 = 160( N / mm 2 )
nc
1,5

[σ ] = min( [σ k ], [σ c ] ) = 146( N / mm 2 )

∗ p suất trong thân thiết bò:
P = Plv = 1 (at) = 0,1 (N/mm2)
∗ Xác đònh hệ số bền mối hàn:
Tháp có thân trụ hàn giáp mối 2 bên, Dt > 700 mm
Theo bảng XIII.8 trang 362 (Sổ tay Quá trình và thiết bò công nghệ hóa chất – Tập 2)
ϕh = 0,95

∗ Chiều dày nhỏ nhất của thân tháp:
Theo bảng 5.1 trang 128 (Sách Thiết kế tính toán các chi tiết thiết bò hóa chất – Hồ Lê
Viên), với Dt = 2000 m, chọn bề dày thân nhỏ nhất Smin = 5 (mm)
∗ Bề dày thân thiết bò:
St = Smin + C
St = Smin + (Ca + Cb + Cc + Co)
Với Ca: hệ số bổ sung ăn mòn, C a = 1 mm (Bảng XII.1 trang 305 Sổ tay Quá
trình và thiết bò công nghệ hóa chất – Tập 2)
Cb: hệ số bào mòn do cơ học, Cb = 0
Cc: hệ số bổ sung sai lệch kích thước do chế tạo. Với thép dày 5 mm,
Cc = -0,5 mm (Bảng XIII.9 trang 364 Sổ tay Quá trình và thiết bò công nghệ hóa chất – Tập
2)
Co: hệ số làm tròn, Co = 0,5 mm
Vậy St = 5 + 1 + 0 – 0,5 + 0,5 = 6 (mm)
∗ Kiểm tra bề dày và áp suất làm việc của thân thiết bò:

Trang 19


Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ hơi Methanol bằng than hoạt tính
St − Ca
6 −1
=
= 0,0025 < 0,1 (thỏa mãn)
Dt
2000
[ P] = 2.[σ ].ϕ h .( S t − C a ) = 2.146.0,95.(6 − 1) = 0,6918 > 0,1 (thỏa mãn)
Dt + ( S t − C a )
2000 + (6 − 1)
Vậy thân tháp có chiều dày St = 6 mm

∗ Khối lượng thân tháp:
π
π
m1 = .( Dn2 − Dt2 ).H t .ρ = .(2,012 2 − 2 2 ).3.7,85.10 3 = 890,4775(kg )
4
4


Chiều dày đáy, nắp

Ta chọn CT3 là vật liệu làm đáy, nắp tháp và đáy, nắp hình elip tiêu chuẩn.
∗ Bề dày đáy, nắp:
Dt .P
D
S dn =
. t + C (4.10)
3,8.[σ ].k .ϕ h − P 2.ht
Với k: hệ số không thứ nguyên. Đối với đáy và nắp có lỗ được tăng cứng k = 1
[σ ] .k.ϕ = 146 .1.0,95 = 1387 > 30
Xét
→ bỏ qua đại lượng P ở mẫu số
h
P
0,1
ht: chiều cao phần lồi đáy. Tra bảng XIII.10 trang 382 (Sổ tay Quá trình và
thiết bò công nghệ hóa chất – Tập 2), với Dt = 2000 m, ht = 500 mm
C: hệ số bổ sung. C được tính như trên nhưng có tăng thêm 2 mm
khi S – C ≤ 10 mm, C = 3 mm
Thế vào (4.10), chiều dày đáy, nắp:
Dt .P

D
2000.0,1
2000
S dn =
. t +C =
.
+ 3 = 3,76(mm)
3,8.[σ ].k .ϕ h − P 2.ht
3,8.146.1.0,95 2.500
Chọn chiều dày đáy, nắp Sdn = 8 mm
∗ Kiểm tra bề dày và áp suất làm việc của đáy, nắp thiết bò:
S dn − C a
8 −1
=
= 0,0035 < 0,125 (thỏa mãn)
Dt
2000
[ P] = 2.[σ ].ϕ h .( S dn − C a ) = 2.146.0,95.(8 − 1) = 0,97 > 0,1 (thỏa mãn)
Dt + ( S dn − C a )
2000 + (8 − 1)
Vậy chiều dày của đáy, nắp Sdn = 8 mm
∗ Khối lượng đáy và nắp:
Theo bảng XIII.11 trang 384 (Sổ tay Quá trình và thiết bò công nghệ hóa chất– Tập 2)
m2 = 283.2 = 566 (kg)

Trang 20


Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ hơi Methanol bằng than hoạt tính
IV.2.2 Tính các thiết bò phụ của tháp

IV.2.2.1

Tính đường kính ống

 Đường kính ống dẫn hỗn hợp khí vào:
Lưu lượng khối lượng của hỗn hợp khí đầu vào: Gd = 1,6204 (kg/s)
Khối lượng riêng của hỗn hợp khí đầu vào: ρd = 1,1667 (kg/m3)
Suy ra lưu lượng của hỗn hợp khí đầu vào:
G
1,6204
Qd = d =
= 1,3889(m 3 / s )
ρ d 1,1667
Vận tốc khí trong ống vk = 15 m/s (khoảng cho phép 4 – 15 m/s theo bảng II.2 trang
369 Sổ tay Quá trình và thiết bò công nghệ hóa chất– Tập 1)
Vậy đường kính ống dẫn hỗn hợp khí vào:
Qd
1,3889
dk =
=
= 0,3434(m) ≈ 350(mm)
0,785.v k
0,785.15
Bề dày của ống, chọn b = 13,5 (mm)
 Đường kính ống dẫn hỗn hợp khí ra:
Ta lấy bằng giá trò trên:
Đường kính ống dẫn hỗn hợp khí ra: 350 (mm)
Bề dày của ống, chọn b = 13,5 (mm)
 Đường kính ống dẫn hơi nước quá nhiệt đầu vào:
Theo dk = 350 mm, ta chọn dhnuoc = 100 (mm)

bề dày b = 4 (mm)
Đường kính ống dẫn nước ngưng đi ra:
1
1
Thường chọn d nngung = .d hnuoc = .100 = 50(mm)
2
2
bề dày chọn b = 3,5 (mm)


Trang 21


Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ hơi Methanol bằng than hoạt tính
IV.2.2.2

Tính lưới đỡ vật liệu

 Lưới tinh chắn lớp than:
Chọn lưới bằng thép CT3, khe 2 mm
Đường kính của lưới 2 m
Bề dày của lưới 5 mm
 Lưới lớn đỡ lớp than:
Chọn lưới bằng thép CT3, đặt dưới lớp than nhằm chòu lực đỡ lớp than và đặt lên gờ
hàn với thân tháp
Có đường kính ngoài 2 m
Đường kính trong 1,98 m
Bề rộng của bước 20 mm
Bề rộng của khe 10 mm
Bề rộng của thanh 10 mm

Bề dày của lưới 30 mm
IV.2.2.3

Tính bích

Bao gồm các loại bích:
Bích nối đáy, nắp với thân tháp
Bích nối ống dẫn và thiết bò
Bích của cửa nhập liệu, tháo liệu


Bích nối đáy, nắp với thân tháp:

Số lượng: 4 bích
Chọn bích liền bằng thép để nối thiết bò (tra bảng XIII.27 trang 417 Sổ tay Quá trình
và thiết bò công nghệ hóa chất– Tập 2):
Đường kính trong Dt = 2000 m
Đường kính ngoài Do = 2000 + 2.8 = 2016 mm
Đường kính ngoài của bích D = 2160 mm
Đường kính tâm bulong Db = 2100 mm
Đường kính mép vát D1 = 2060 mm
Đường kính bulong db = M20
Số bulong: 48 cái
Chiều cao bích: 40 mm
Khối lượng các bích:
π
m3 = 4.[ .(2,16 2 − 2,016 2 ).0,04.7,85.10 3 ] = 593,2019(kg )
4

Trang 22

Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ hơi Methanol bằng than hoạt tính


Bích nối ống dẫn và thiết bò:

ng dẫn hỗn hợp khí vào và ra:
Đường kính ống dẫn hỗn hợp khí vào và ra: dk = 350 mm
Chọn loại bích liền bằng kim loại đen để nối (tra bảng XIII.26 trang 409 Sổ tay Quá
trình và thiết bò công nghệ hóa chất– Tập 2):
Số lượng: 4 bích
Đường kính ngoài Do = 377 mm
Đường kính ngoài của bích D = 485 mm
Đường kính tâm bulong Db = 445 mm
Đường kính mép vát D1 = 415 mm
Đường kính bulong db = M20
Số bulong: 12 cái
Chiều cao bích: 22 mm
Khối lượng các bích:
π
m4 = 2.{4.[ .(0,485 2 − 0,377 2 ).0,022.7,85.10 3 ]} = 101,019(kg )
4
ng dẫn hơi nước quá nhiệt vào:
Đường kính ống dẫn hơi nước vào: dhnuoc = 100 mm
Chọn loại bích liền bằng kim loại đen để nối (tra bảng XIII.26 trang 409 Sổ tay Quá
trình và thiết bò công nghệ hóa chất– Tập 2):
Số lượng: 4 bích
Đường kính ngoài Do = 108 mm
Đường kính ngoài của bích D = 205 mm

Đường kính tâm bulong Db = 170 mm
Đường kính mép vát D1 = 148 mm
Đường kính bulong db = M16
Số bulong: 4 cái
Chiều cao bích: 14 mm
Khối lượng các bích:
π
m5 = 4.[ .(0,205 2 − 0,108 2 ).0,014.7,85.10 3 ] = 10,4825(kg )
4

Trang 23


Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ hơi Methanol bằng than hoạt tính
ng dẫn nước ngưng đi ra:
Đường kính ống dẫn nước ngưng đi ra: dnngung = 50 mm
Chọn loại bích liền bằng kim loại đen để nối (tra bảng XIII.26 trang 409 Sổ tay Quá
trình và thiết bò công nghệ hóa chất– Tập 2):
Số lượng: 2 bích
Đường kính ngoài Do = 57 mm
Đường kính ngoài của bích D = 140 mm
Đường kính tâm bulong Db = 110 mm
Đường kính mép vát D1 = 90 mm
Đường kính bulong db = M12
Số bulong: 4 cái
Chiều cao bích: 12 mm
Khối lượng các bích:
π
m6 = 2.[ .(0,14 2 − 0,057 2 ).0,012.7,85.10 3 ] = 2,4194(kg )
4



Bích của cửa nhập liệu, tháo liệu:

Chọn đường kính trong của cửa 300 mm.
Mỗi cửa có 2 bích. Vậy có tổng cộng 4 bích.
Chọn bích liền bằng kim loại đen để nối (tra bảng XIII.26 trang 409 Sổ tay Quá trình
và thiết bò công nghệ hóa chất– Tập 2):
Đường kính ngoài Do = 325 mm
Đường kính ngoài của bích D = 435 mm
Đường kính tâm bulong Db = 395 mm
Đường kính mép vát D1 = 365 mm
Đường kính bulong db = M20
Số bulong: 12 cái
Chiều cao bích: 22 mm
Khối lượng các bích:
π
m7 = 4.[ .(0,435 2 − 0,325 2 ).0,022.7,85.10 3 ] = 45,3574(kg )
4
Khối lượng của toàn tháp:
m = m1 + m2 + m3 + m4 + m5 + m6 + m7 + mthan
= 890,4775 + 566 + 593,2019 + 101,019 + 10,4825 +2,4194 + 45,3574 + 1885
= 4093,9577 (kg)
Tải trọng của toàn tháp:
P = m x g = 4093,9577 x 9.81 = 40161,725 (N)

Trang 24


Đồ án môn học: Thiết kế tháp hấp phụ hơi Methanol bằng than hoạt tính

IV.2.2.4

Tính chân đỡ, tai treo

 Chân đỡ:
Chọn tháp có 4 chân đỡ ống thép tròn.
Tải trọng đặt lên 1 chân đỡ:
P 40161,725
G= =
= 10040,4313( N ) ≈ 1.10 4 ( N )
4
4
Chọn tải trọng cho phép trên 1 chân đỡ là 1.104 N
Tra bảng XIII.35 trang 437 (Sổ tay Quá trình và thiết bò công nghệ hóa chất– Tập 2):
L = 210 mm
B = 150 mm
B1 = 180 mm
B2 = 245 mm
H = 300 mm
h = 160 mm
s = 14 mm
l = 75 mm
d = 23 mm
Bề mặt đỡ F = 811.10-4 m2
Tải trọng cho phép trên bề mặt đỡ q = 0,32.106 N/m2
D 1200
Chọn t =
A
420
 Tai treo:

Chọn tháp có 4 tai treo.
Tải trọng đặt lên 1 tai treo: G = 10040,4313 (N) ≈ 1.104 (N)
Chọn tải trọng cho phép trên 1 tai treo là 1.104 N
Tra bảng XIII.36 trang 438 (Sổ tay Quá trình và thiết bò công nghệ hóa chất– Tập 2):
L = 110 mm
B = 85 mm
B1 = 90 mm
H = 170 mm
h = 160 mm
s = 8 mm
l = 45 mm
a = 15 mm
d = 23 mm
Bề mặt đỡ F = 89,5.10-4 m2
Tải trọng cho phép lên bề mặt đỡ q = 1,12.106 N/m2
Khối lượng 1 tai treo 2 kg

Trang 25