Đồ án Thu hồi benzen thô từ khí cốc theo phương pháp nhận 2 benzen

, g/m3  P2: áp suất khí ra khỏi tháp benzen, mmHg (P2 = 825 mmHg) Md: trọng lượng phân tử của dầu hấp thụ (Md = 170) Pd: áp suất hơi của hydro cacbon benzen trong dầu đi vào, mmHg Để tính toán ta lấy thành phần benzen là: Benzen: 73% Toluen: 21% Xylen: 5% Sonven: 1% Để thuận tiện cho việc tính toán ta giả thuyết thành phần của hydro cacbon benzen trong dầu đã khử benzen bằng thành phần của benzen nhận được. áp suất hơi bão hoà của các cấu tử của benzen thô ở 300C là: PBenzen = 118,4 mmHg [ III – XIII – 289 ] PToluen = 39,5 mmHg [ III – XIII – 289 ] PXylen = 23,52 mmHg [ III – XIII – 289 ] PSonven = 5,0 mmHg [ III – XIII – 289 ] Khối lượng phân tử trung bình của benzen thô là: MTB = Số mol của các cấu tử của benzen thô: XBenzen = XToluen = XXylen = XSonven = áp suất hơi bão hoà của hydro cacbon benzen ở 300C là: Pb = SXi.Pi Thay giá trị Xi, Pi vào ta có: Pb = 0,777.118,4 + 0,189.39,5 + 0,039.23,52 + 0,007.5 Pb = 100,4 mmHg Thay giá trị Pb, Md, a2, P2 vào biểu thức (1) ta được: C1max = , % Hàm lượng thực tế của hydro cacbon benzen trong dầu C1 có thể nhỏ hơn hàm lượng cân bằng để tạo ra động lực hấp thụ phía trên của tháp và được tính theo công thức: C1 = Trong đó: n: là hệ số chuyển dịch cân bằng, n= 1,1á1,2. Ta chọn n = 1,2 Khi đó: C1= , % Hàm lượng cực đại của hydro cacbon benzen ở trong dầu đi ra khỏi tháp benzen được xác định theo công thức sau: C2max = (2) Thay gía trị của a1, Md, Pb vào (2) ta được: C2max = , % Hàm lượng thực tế của hydro cacbon benzen trong dầu đi ra là: C2 = n: hệ số chuyển dịch cân bằng phía dưới tháp hấp thụ benzen. Lấy n = 1,5 C2 = , % Lượng dầu tối thiểu được xác định theo phương trình sau: Lmin = , kg/h Với G: lượng hydro cacbon benzen được hấp thụ, kg/h Thay giá trị G, C2max, C1 vào biểu thức trên ta có: Lmin = , kg/h Lượng dầu thực tế: (L) L = , kg/h Thay giá trị của G, C2, C1 vào biểu thức trên ta có: L = , kg/h Tính cho 1m3 khí khô là: , kg Khi đó lượng hydro cacbon benzen trong dầu vào là: , kg/h Thay giá trị L, C1 vào biểu thức trên ta được: , kg/h Lượng benzen trong dầu đi ra là: , kg/h Thay giá trị L, C2 vào biểu thức trên ta được: , kg/h Lượng hydro cacbon benzen được hấp thụ là: 2191 – 170 = 2021, kg/h Bảng 4: Cân bằng vật chất của tháp hấp thụ Cấu tử Lượng vào, kg/h Lượng ra, kg/h Khí cốc 37319 35298 Dầu hấp thu 100064 100064 Lượng hydro cacbon benzen 170 2191 Tổng cộng 137553 137553 Xác định bề mặt hấp thụ kích thước tháp hấp thụ 1. Đường kính tháp hấp thụ: Ta chọn đệm gỗ có các kích thước như sau: Chiều dày thanh đệm: a = 0,01m Khoảng cách giữa các thanh đệm: b = 0,02m Chiều cao thanh đệm: c = 0,1m Tốc độ tới hạn của khí cốc ra ở nhiệt độ và áp suất ra được xác định theo phương trình: v = 2,32. (3) Trong đó: Z: độ nhớt của khí, CP dtd: đường kính tương đương của đệm, m (dtd = 2.b) r: mật độ khí ra, kg/m3( tính ở điều kiện nhiệt độ và áp suất khí ra) Nhiệt độ khí ra: t = 300C = 3030K áp suất khí ra: P = 825mmHg Ta có: Z = 0,0127CP Trong đó: M2: trọng lượng khí cốc ra, kg/h V2: thể tích khí cốc ra, m3/h Thay các giá trị M2, V2 vào ta được: kg/m3 Đường kính tương đương của đệm dtd = 2.b = 2.0,02 = 0,04m Thay các giá trị Z, dtd, r vào biểu thức (3) ta có: v = 2,32.m/s Bề mặt ướt cần thiết của đệm xác định theo công thức sau: Sư = , m2 Trong đó: v: vận tốc tới hạn, m/s V: thể tích thực tế của khí ra khỏi tháp hấp thụ, m3/h Tính ở điều kiện nhiệt độ và áp suất khí ra ta có: V = VR ., m3/h Với: VR là thể tích khí ra khỏi tháp, m3/h Thay vào ta có: V = m3/h Khi đó: Sư = m2 Tiết diện chung của đệm của tháp: Schung = , m2 Thay số a, b, Sư vào ta có: Schung = m2 Đường kính của tháp hấp thụ D = , m Thay giá trị Schung, p vào ta có: D = 2. Xác định bề mặt hấp thụ Bề mặt hấp thụ được xác định theo công thức sau: F = , m2 Trong đó: G: lượng benzen hấp thụ được, kg/h K: hệ số hấp thụ, kg/m2.h.mmHg DPTB: động lực hấp thụ trung bình, mmHg Động lực hấp thụ DP phải tính riêng ở phần trên và phần dưới của tháp. - Động lực hấp thụ ở phần trên của tháp hấp thụ: DP2 Trong đó: : là áp suất riêng phần của hydrocacbon benzen trong khí ra, mmHg MB: phân tử lượng trung bình của hydrocacbon benzen mmHg : áp suất hơi của hydrocacbon benzen ở trên dầu vào, mmHg Thay giá trị C1, Md, Pb, MB vào biểu thức trên ta có: mmHg Vậy DP2 = = 0,42 – 0,35 = 0,07 mmHg - Động lực hấp thụ ở phần dưới của tháp hấp thụ benzen: DP1 Trong đó: : là áp suất riêng phần của hydrocacbon benzen trong khí vào, mmHg Thay giá trị a1, P1, MB vào biểu thức ta có: mmHg : áp suất hơi của hydrocacbon benzen trên dầu đi ra, mmHg Pb: áp suất hơi bão hoà của hydro cacbon benzen ở 300C Thay giá trị C2, Md, Pb, MB vào biểu thức trên ta có: mmHg mmHg Vậy mmHg Tính hệ số hấp thụ: K K = , Kg/m2.h.mmHg Trong đó: Kk: hệ số chuyển khối khi hấp thụ qua màng khí, kg/m2.h.mmHg - Xác định chuẩn số Nuk: Với: C: chiều dày thanh đệm, m (c = 0,1) dtd: đường kính tương đương của đệm, m (dtd = 0,04) Chuẩn số Rek được xác định theo công thức: Trong đó: v: vận tốc khí qua tháp,m/s Z: độ nhớt của khí (Z = 0,0127 Cp) Thay giá trị v, dtd, Z, r vào biểu thức ta có: - Xác định chuẩn số Prk: Chuẩn số Prk được xác định bỡi công thức sau: Trong đó: gk: độ nhớt động học của khí ở điều kiện trung bình, m2/s Mật độ của khí vào , kg/m3 Trong đó: M1: lượng khí vào, kg/h V1: thể tích khí vào, m3/h V1= m3/h kg/m3 Mật độ của khí ra Trong đó: M2: lượng khí ra, kg/h V2: thể tích khí ra, m3/h V2 =m3/h kg/m3 Mật độ trung bình của khí: r0 kg/m3 Mật độ khí tính ở điều kiện thực tế: , kg/m3 Thay giá trị PTB, TTB, r0 ta có: kg/m3 Vậy: m2/s Hệ số khuyếch tán của hydrocacbon benzen trong khí cốc ở điều kiện tiêu chuẩn: Trong đó: Mk: phân tử lượng của khí cốc Mk = r.22,4 = 0,487.22,4 = 11 Vậy m2/s Hệ số khuyếch tán ở điều kiện thực tế tức nhiệt độ trung bình và áp suất trung bình của khí vào và ra: Thay giá trị PTB, TTB, vào ta có: m2/s Khi đó: Chuẩn số Nuk sẽ là: Thay số ta có: Khi đó: Kk = m/s Chuyển đổi đơn vị của Kk từ m/s sang kg/m2.h.mmHg: kg/m2.h.mmHg - Tính hệ số chuyển khối hấp thụ qua màng lỏng: Kd ,m/h Tính Nud: ( Chuẩn số Nuychxen đối với dầu) (1) Với: c là chiều cao thanh đệm, m Tính Red: (2) Trong đó: qd: mật độ tưới của dầu, m3/m.h nd: độ nhớt động học của dầu, m2/h Đại lượng qd được xác định theo phương trình: (3) L: lượng dầu hấp thụ vào, kg/h rd: mật độ dầu hấp thụ, kg/m3 (rd = 1055) U: chu vi của dầu trong một vòng đệm, m U = 2.l l: chiều dài thanh đệm trong một vòng đệm, m l = , m Thay giá trị Schung, Sư , a vào biểu thức trên ta có: l = m Khi đó: U = 2.l = 2.660 = 1320 m Thay giá trị U, L, rd vào biểu thức (3) ta có: m3/m.h Độ nhớt động lực học của dầu ở 300C là 16,5 Cp, tính chuyển thành độ nhớt động học: (nd) Thay giá trị Zd, rd vào ta có: m2/s hay 5630,4.10-5 m2/h Thay qd, nd vào (2) ta có: Tính Prd: chuẩn số Prăng đối với dầu hấp thụ được xác định theo công thức sau: (4) Trong đó: Dd: hệ số khuyếch tán của hydrocacbon benzen trong dầu hấp thụ ở 300C Dd = 0,14.10-6 m2/h Thay giá trị nd, Dd vào (4) ta có: Thay giá trị Red, Prd, dtd, c vào (1) ta có: Thay giá trị Nud, Dd, dt d ta tính được Kd m/h Chuyển đổi đơn vị Kd từ m/h sang kg/m2.h.mmHg ,kg/m2.h.mmHg H: hằng số henry, mmHg.m3/kg áp suất hydrocacbon benzen trong dầu vào Pd = H1.x1 x1: hàm lượng hydrocacbon benzen trong dầu vào, kg/m3 x1 = kg/m3 Pd = 0,35 mmHg (tính ở phần trước) H1 = mmHg.m3/kg áp suất hydrocacbon benzen trong dầu ra x2: hàm lượng hydrocacbon benzen trong dầu ra, kg/m3 kg/m3 = 4,5 mmHg mmHg Ta có H = H1 = H2 = 0,195 mmHg kg/m2.h.mmHg Thay giá trị Kk, Kd vào ta tính được K: kg/m2.h.mmHg Bề mặt hấp thụ cần thiết: F = m2 3. Tính chiều cao tháp hấp thụ: Bề mặt một vòng đệm f, m2 f = U.c U: chu vi chảy của chất lỏng trong 1 vòng đệm, m U = 1320 m c: chiều cao thanh đệm, m (c = 0,1) f = 1320.0,1 = 132 m2 Số vòng đệm cần thiết: vòng Chọn n = 690 vòng Vì ta có 3 tháp hấp thụ nên số vòng đệm trong mỗi tháp là: vòng Ta chia tháp ra 10 ngăn đệm nên số vòng đệm mỗi ngăn là: vòng Khoảng cách giữa các ngăn là: 0,5 m Chiều cao 1 vòng đệm là: 0,12 m Khoảng cách từ mặt trên đệm đến nắp và từ mặt dưới đệm đến đáy là: 5 m Vậy chiều cao tháp hấp thụ là: 10.(23.0,12) + (0,5.9) + 5 = 37,1m Ta chọn chiều cao tháp hấp thụ là: 38 m Cột chưng benzen Cân bằng vật chất phần dưới của cột Pha lỏng từ thiết bị đun nóng dầu đi vào phần dưới của cột chưng có thành phần như sau: Thành phần Kg/h Dầu hấp thu 100064 Benzen 1599 Toluen 460 Xylen 110 Sonven 22 Tổng cộng 102255 Mức độ chưng của các cấu tử ở phần dưới của cột phụ thuộc vào nhiều yếu tố: áp suất hơi của các cấu tử và nhiệt độ đun nóng dầu, áp suất trong cột, số đĩa, lượng hơi nước đưa vào trong cột. Sự liên quan giữa các yếu tố với mức độ chưng của mỗi cấu tử được biểu thị bằng phương trình sau: Trong đó: hi: mức độ chưng của mỗi cấu tử n: số đĩa ở phần dưới của cột chưng ki: hằng số cân bằng đối với mỗi cấu tử ki = Pi: áp suất hơi của cấu tử, mmHg. P: áp suất chung trong cột, mmHg. l : tỷ số lượng dầu với lượng nước đưa vào. Để xác định mức độ chưng của mỗi cấu tử cần phải biết nhiệt độ dầu, áp suất trong cột, số đĩa và chi phí lượng hơi. Do đó từ việc tính toán mức độ chưng của mỗi cấu tử có thể xác định hàm lượng còn lại của các cấu tử ở trong dầu hấp thụ đi ra khỏi cột. Nếu như sau khi tính toán mà hàm lượng hydrocacbon ở trong dầu đã khử benzen cao hơn mức độ cho thì cần phải tăng số đĩa trong cột hoặc tăng chi phí hơi nước, hoặc tăng nhiệt độ đun nóng dầu. Nếu như hàm lượng hydrocacbon còn lại nhỏ hơn cần thiết thì những yếu tố này cần phải giảm đi: Lấy nhiệt độ của dầu ra là 1350C Tỷ số lượng mol dầu với lượng mol hơi l=1,5 Số đĩa ở phần dưới của cột là: 12 đĩa áp suất hơi của các cấu tử ở 1350C: áp suất các cấu tử mmHg PB 3172 PT 1550 PX 709,85 PS 350 PD 60 áp suất chung của cột P = 820 mmHg Hằng số cân bằng đối với từng cấu tử được xác định như sau: Mức độ chưng đối với từng cấu tử như sau: Thay số đối với từng cấu tử ta có: Lượng các cấu tử được chưng ra ở phần dưới của cột chưng xác định như sau: kg/h Benzen: kg/h Toluen: kg/h Xylen: kg/h Sonven: kg/h Dầu hấp thụ: kg/h Tổng cộng các cấu tử chưng ra là: Lượng còn lại của các cấu tử trong pha lỏng,kg/h Lượng benzen: 1599 – 1595,6 = 3,4 kg/h Lượng toluen: 460 – 430,4 = 29,6 kg/h Lượng xylen: 110 – 62,5 = 47,5 kg/h Lượng sonven: 22 – 6,3 = 15,7 kg/h Lượng dầu hấp thụ: 100064 – 4883 = 95181 kg/h Vậy lượng còn lại ở pha lỏng tổng cộng là: 3,4 + 29,6 + 47,5 + 15,7 +95181 = 95277,2 kg/h Tính lượng hơi cần thiết để chưng: Ta đã biết tỷ số giữa lượng mol dầu/hơi nước Thay giá trị l, Gd, Md vào biểu thức trên ta có: kg/h Lượng hơi tính cho 1m3 dầu: kg/h.m3 dầu Bảng cân bằng vật chất ở phần dưới của cột chưng: Các cấu tử Lượng vào Đi ra từ phần dưới cột chưng Vào phần trên cột chưng Còn lại pha lỏng Tổng cộng Benzen 1599 1595,6 3,4 1599 Toluen 460 430,4 29,6 460 Xylen 110 62,5 47,5 110 Sonven 22 6,3 15,7 22 Dầu hấp thu 100064 4883,0 95181,0 100064 Hơi nước 7064 7064,0 0,0 7064 Tổng cộng 109319 14041,8 95277,2 109319 Cân bằng vật chất phần trên cột chưng ở phần trên của cột chưng đi vào có hơi từ thiết bị đun nóng hơi từ phần dưới của cột chưng. Số liệu chung được nêu ra ở bảng sau: Các cấu tử Lượng vào kg/h Lượng vào Kmol/h Từ thiết bị đun nóng Từ phần dưới cột chưng Tổng cộng Benzen 466 1595,6 2061,6 26,430 Toluen 92 430,4 522,4 4,930 Xylen 16 62,5 78,5 0,853 Sonven 5 6,3 11,3 0,094 Hơi nước 1040 7064,0 8104,0 450,220 Dầu hấp thu 1125 4883,0 6008,0 35,340 Tổng cộng 2744 14041,8 16785,8 517,867 ở phần trên của cột chưng xảy ra sự ngưng tụ hơi dầu khi đó nhiệt độ giảm xuống cho đến đại lượng tương ứng để ngưng tụ hơi dầu và hơi nước. Số đĩa cực đại của cột nghĩa là số đĩa đạt được ở nhiệt độ ra của Ơtecti được xác định theo công thức sau: Trong đó: nmax: số đĩa cực đại r: nhiệt ngưng tụ hơi dầu, kcal/kmol q: tổn thất nhiệt vào bề mặt bên cạnh của cột ứng với 1 đĩa, kcal/h hàm lượng tương ứng của hơi dầu và hơi nước đi vào cột, kmol/h. hàm lượng tương ứng của hơi dầu và hơi nước ở trạng thái Ơtecti. Thành phần Ơtecti được xác định theo phương trình: Trong đó: P: áp suất chung ở lối ra của cột, mmHg tE: nhiệt độ Ơtecti,0C Xác định tE theo phương trình: Lấy áp suất ở lối ra của cột P = 790 mmHg Khi đó: 0C Bởi vì nhiệt độ cho phép nhỏ nhất của hơi là 100,40C. Thành phần hơi này là: Và Nhiệt ngưng tụ của hơi dầu, kcal/kmol r = 62,2.170 = 10574 kcal/kmol Để tính tổn thất nhiệt q ta lấy: - Đường kính cột D = 3000 mm - Khoảng cách giữa các đĩa h = 850 mm - Nhiệt độ thành thiết bị 1250C - Nhiệt độ không khí là 250C Tính bề mặt bên của cột tương ứng 1 đĩa. F = p.D.h m2 F = 3,14.3.0,85 = 8,01 m2 Hệ số cấp nhiệt đối lưu: ađl = 5,3 + 3,6.v v: vận tốc của gió (lấy v = 3 m/s) Khi đó: ađl = 5,3 + 3,6.3 = 16,1 kcal/m2.h.độ Hệ số cấp nhiệt bức xạ: abx Trong đó: tTTB: nhiệt độ thành thiết bị, 0C tKK: nhiệt độ không khí, 0C kcal/m2.h.độ Lượng nhiệt mất mát vào môi trường xung quanh tương ứng 1 đĩa: q = (16,1 + 8).8,01.(125 – 25) = 19304 kcal/h Thay các giá trị r, q, ta có: đĩa (14 đĩa) Ta lấy số đĩa nhỏ hơn số đĩa thực tế: n = 12 đĩa Khi đó hàm lượng hơi đi ra khỏi cột ứng 12 đĩa sẽ là: Thay các giá trịq, n, r, vào ta có: Nhiệt độ hơi đi ra khỏi cột chưng vào thiết bị hồi lưu ngưng tụ: Thay các giá trị vào ta có: Lượng hơi dầu được ngưng tụ ở phần trên của cột chưng Thay các giá trị vào ta có: kmol/h Tính theo đơn vị kg/h: md = 21,9.170 = 3722 kg/h Do đó lượng dầu còn lại ở pha hơi: m = kg/h Cân bằng vật chất ở phần trên của cột chưng: Các cấu tử Lượng vào kg/h Vào thiết bị hồi lưu, kg/h Lượng được ngưng tụ kg/h Tổng cộng kg/h Benzen 2061,6 2061,6 0 2061,6 Toluen 522,4 522,4 0 522,4 Xylen 78,5 78,5 0 78,5 Sonven 11,3 11,3 0 11,3 Dầu hấp thu 6008,0 2286,0 3722 6008,0 Hơi nước 8104,0 8104,0 0 8104,0 Tổng cộng 16785,8 13063,8 3722 16785,8 Cân bằng vật chất cho toàn bộ cột chưng: Lượng vào kg/h Lượng ra kg/h Từ thiết bị đun nóng - Pha lỏng - Pha hơi 102255 2744 Từ phần dưới cột chưng - Còn lại pha lỏng - Lượng dầu ngưng tụ 95277,2 3722,0 Hơi nước trực tiếp 7064 Từ phần trên cột chưng 13063,8 Tổng cộng 112063 Tổng cộng 112063,0 Bảng cân bằng vật liệu của cột theo các cấu tử, kg/h Các cấu tử Lượng vào, kg/h Lượng ra, kg/h Pha lỏng Pha hơi Tổng cộng Pha lỏng Pha hơi Tổng cộng Benzen 1599 466 2065 3,4 2061,6 2065 Toluen 460 92 552 29,6 522,4 552 Xylen 110 16 126 47,5 78,5 126 Sonven 22 5 27 15,7 11,3 27 Dầu hấp thụ 100064 1125 101189 98903,0 2286,0 101189 Hơi nước 0 1040 1040 0,0 1040,0 1040 Hơi nước trực tiếp 0 7064 7064 0,0 7064,0 7064 Tổng cộng 102255 9808 112063 98999,2 13063,8 112063 B. Cân bằng nhiệt lượng. I. Nhiệt vào, QV: 1. Nhiệt do pha lỏng từ thiết bị đun nóng, Q1: Q1 = 6867000 kcal/h 2. Nhiệt do pha hơi từ thiết bị đun nóng, Q2: Q2 = 896500 kcal/h Nhiệt mang vào do hơi nước. Lấy hơi nước bão hoà có: P = 4 atm i = 654 kcal/kg t = 142,9 0C Q3 = m.i Trong đó: i: ẩn nhiệt hoá hơi, kcal/kg m: lượng hơi nước dùng, kg/h Q3 = 7064.654 = 4619856 kcal/h Tổng lượng nhiệt vào là: QV = Q1 + Q2 +Q3 = 6867000 + 896500 + 4619856 = 12383356 kcal/h III. Nhiệt mang ra, QR: 1. Do pha hơi mang ra ở t = 1020C, Q4 a. Hơi dầu, q1 i = 62,2 + 0,403.t Thay giá trị t vào ta có: i = 62,2 + 0,403.102 = 103,306 kcal/kg q1 = m.i Với m là lượng dầu trong pha hơi m = 2286 kg/h Từ đó: q1 = 2286.103,306 = 236157 kcal/kg b.Do hơi nước, q2: Hàm nhiệt hơi nước ở 1200C: i = 640 kcal/h q2 = m.i = (7064 + 1040).640 = 5186560 kcal/h c. Do hơi hydro cacbon benzen, q3 Hàm nhiệt của hơi hydro cacbon benzen được xác định như sau: i = 103 + 0,281.tTB tTB: là nhiệt độ trung bình của các cấu tử (tTB = 121,63) i = 103 +0,281.121,63 = 137,2 kcal/kg Từ đó: q3 = m.i = 2673,8.137,2 = 366845 kcal/h Vậy nhiệt do pha hơi mang ra ở nhiệt độ t = 1020C là: Q4 = q1 + q2 + q3 = 236157 + 5186560 +366845 = 5789562 kcal/h 2. Nhiệt mang ra do pha lỏng ở nhiệt độ t0C, Q5 a. Do dầu, q1: q1 = m.C.t C: tỉ nhiệt của dầu hấp thụ C = Giả thiết t = 128,630C kcal/kg.độ q1 = m.C.t = 98903.0,4938.t = 48838,3.t kcal/h b. Do hydro cacbon benzen, q2: q2 = m.C.t C = 0,383 + 0,001043.t ( C: tỉ nhiệt của hydro cacbon benzen, kcal/kg độ) Cũng với giả thiết t = 128,630C ta có: C = 0,383 + 0,001403.128,63 = 0,5172 kcal/kg.độ Thay số vào ta có: q2 = 96,2.0,5172.t = 49,755.t kcal/h Tổng nhiệt do pha lỏng mang ra: Q5 = q1 + q2 = 48838,3.t + 49,755.t = 48888,055.t kcal/h 3. Nhiệt lượng tổn thất vào môi trường xung quanh, Q6: a. Lượng nhiệt tổn thất ở phần trên của cột,q1: q1 = 12.19304 = 231648 kcal/h 12: số đĩa của cột 19304: nhiệt tổn thất ứng với 1 đĩa của cột, kcal/h b. Lượng nhiệt tổn thất ở phần dưới của cột, q2: Lấy nhiệt độ thành thiết bị 600C và tốc độ gió v = 3m/s: Hệ số cấp nhiệt bức xạ: abx kcal/m2.h.độ Hệ số cấp nhiệt đối lưu: ađl kcal/m2.h.độ Bề mặt 1 đoạn thiết bị F = 8,01 m2 Khi đó: q2 = n.F.(ađl +abx).(tTB – tKK) Thay số vào ta có: q2 = 12.8,01.(16,1 + 5,8).(60 – 25) = 73676 kcal/h Vậy lượng nhiệt tổn thất vào môi trường xung quanh: Q6 = q1 + q2 =231648 + 73676 = 305324 kcal/h Tổng lượng nhiệt ra: QR = Q4 + Q5 + Q6 = 5789562 + 48888,055.t + 305324 = 6094886 +48888,055.t kcal/h Cân bằng giữa nhiệt vào và nhiệt ra ta tính được nhiệt độ dầu ra khỏi cột chưng (t): QV = QR 12383356 = 6094886 + 48888,055.t t = 128,630C. Vậy ta giả thiết nhiệt độ t = 128,630C là hoàn toàn chính xác Bảng cân bằng nhiệt lượng: Nhiệt vào,QV kcal/h Nhiệt ra, QR kcal/h Với pha lỏng từ thiết bị đun nóng 6867000 Với pha hơi 5789562 Với pha hơi từ thiết bị đun nóng 896500 Với pha lỏng 6288470 Với hơi nước trực tiếp 4619856 Tổn thất 305324 Tổng cộng 12383356 Tổng cộng 12383356 C. Xác định kích thước cột chưng. Thể tích của hơi đi qua cột ở nhiệt độ t0C = 135 và P = 820 mmHg m3/h Thay số vào ta có: m3/h Tốc độ chuyển độngcủa hơi đi qua cột v =0,6á0,7 m/s, lấy v = 0,65 m/s Tiết diện của cột: S = m2 Đường kính của cột chưng được xác định như sau: , m Thay giá trị S vào ta có: m Lấy D = 3 m An toàn lao động I. Vai trò của an toàn lao động An toàn lao động có vai trò vô cùng quan trọng trong các ngành công nghiệp. Nói chung trong bất kỳ đơn vị sản xuất nào cũng chú trọng đến việc an toàn lao động. Bỡi an toàn lao động có ý nghĩa vô cùng quan trọng trong quá trình sản xuất. Công tác bảo hộ lao động tốt thì trong sản xuất có thể duy trì sức lao động của con người, sử dụng được tối đa công suất máy móc điều này làm tăng năng suất lao động. An toàn lao động giúp cho công nhân yên tâm với công việc của mình, nhất là trong các công việc nguy hiểm đe dọa tính mạng con người thì công tác phòng hộ an toàn lao động càng phải được quan tâm. Công tác an toàn lao động có đảm bảo thì công nhân mới an tâm và năng suất lao động mới tăng. Hiện nay khi các ngành công nghiệp đang phát triển, nhất là các ngành công nghệ hoá học, các thiết bị máy móc hiện đại được áp dụng triệt để, các dây chuyền công nghệ đều được cơ khí hoá, tự động hoá, với sự phát triển kỹ thuật hiện đại như ngày nay thì an toàn lao động càng là nhu cầu cấp thiết nếu không có công tác bảo đảm an toàn lao động thì khi có sự cố xảy ra sẽ gây hậu quả không lường. An toàn lao động ở đây bao gồm: an toàn cho con người, an toàn cho máy móc và an toàn về môi trường II. An toàn lao động trong phân xưởng hoá 1. Những đặc điểm trong phân xưởng hoá. a. Độc hại Trong phân xưởng hoá của các nhà máy cốc nguyên liệu sử dụng là khí cốc có chứa CO, NH3, C6H6 là các tác nhân gây ra bệnh ung thư và các bệnh hiểm nghèo khác cho con người. b. Cháy nổ Khí cốc dễ gây ra cháy nổ vì có chứa CH4, H2 các chất này dễ gây ra cháy nổ. Hỗn hợp của khí cốc với không khí khi va chạm sẽ sinh ra tia lửa điện. Những số liệu về giới hạn nổ được nêu trong bảng sau: Khí cháy Nhiệt độ Giới hạn nổ Dưới Trên % thể tích mg/l % thể tích mg/l NH3 651 10,00 111,20 27,0 107,7 C2H2 335 3,50 32,20 82,0 870,0 C2H6 530 3,00 30,10 15,0 180,5 C2H4 540 3,00 34,80 34,0 582,0 CH4 550 5,00 32,60 16,0 104,2 H2 530 4,45 3,45 75,0 62,5 c. Bụi Bụi là tập hợp nhiều loại hạt có kích thước nhỏ tồn tại lâu trong không khí dưới dạng bụi bay hoặc bụi lắng. Bụi có kích thước hạt 0,001á10mm, nó gồm các hạt tro, muội, khói, hạt rắn nghiền mịn. Bụi trong nhà máy cốc hoá có nhiều loại: bụi vô cơ, bụi hữu cơ, các loại bụi tạo khoáng. Bụi lớn hơn 10mm có thể thấy được, bụi nhỏ hơn 5mm rất nguy hiểm đối với cơ thể con người. Bụi gây dị ứng, viêm mũi, gây nhiễm trùng, bụi gây ung thư phổi và gây viêm mắt. Bụi có độ phân tán cao: trạng thái bụi trong không khí phụ thuộc trọng lượng và sức cản của không khí. Bụi càng nhỏ tiếp xúc với không khí càng lớn, hoạt tính hoá học càng cao càng dễ bốc cháy và kích nổ. Các biện pháp có thể giảm lượng bụi trong nhà máy như cơ khí hoá, tự động hoá, tiến hành thông gió hút bụi. d. Nóng Trong phân xưởng thu hồi benzen nói chung rất nóng vì chưng benzen ở nhiệt độ 115á1350C Các thiết bị rất nóng như: thiết bị gia nhiệt, thiết bị trao đổi nhiệt, cột chưng benzencác thiết bị này làm cho nhiệt độ của không khí trong phân xưởng nóng lên.Vì vậy ta phải chống nóng cho phân xưởng, 2. Biện pháp an toàn lao động trong phân xưởng a. Những yêu cầu cần thiết Để tránh gây nguy hiểm cho công nhân và gây gây hư hỏng các thiết bị máy móc những yêu cầu cần thiết được đặt ra là: - Nhà cửa phải được xây bằng những vật liệu khó cháy, khung nhà bằng bê tông cốt thép và sử dụng gạch cũng như ximăng chịu được axit và chịu hoá chất. Bố trí thiết bị phải phù hợp tiện cho công nhân thao tác.Nhà cửa thoáng mát, rộng rãi, có hệ thống thông gió, hút bụi để làm giảm độc hại cho môi trường. Hệ thống cung cấp ánh sáng phải cung cấp đủ ánh sáng cho phân xưởng, đồng thời nhà cửa xây dựng phải đón được ánh sáng mặt trời, tránh ẩm thấp, có hệ thống cấp thoát nước tốt, tránh ứ đọng nước bẩn gây ô nhiễm môi trường. Các đường ống dẫn khí, dẫn dung dịch, các van phải kín tránh rò khí và dung dịch ra ngoài, nhất là benzen phải tuyệt đối kín. Các đường ống dẫn khí, các van phải chịunhiệt tốt, chịu sự ăn mòn của hoá chất và được kiểm tra thường xuyên. Để đảm bảo sức khoẻ cho công nhân làm việc yêu cầu nồng độ của các chất độc hại phải được giảm đến mức thống nhất và không được vượt quá giới hạn cho phép. Phải có máy đo nồng độ hoá chất để kiểm tra thường xuyên và có những biện pháp khắc phục xử lý nhanh chóng. Nồng độ tối đa cho phép của các cấu tử, mg/l không khí NH3 là 2%, C6H6 là 2%, CO2 là 2%, Piridin là 0,5%, H2S là 1%, Phenol là 0,5%, H2SO4 là 0,1%. b. Những biện pháp phòng chống tai nạn lao động. - Thực hiện đúng các quy định, các tiêu chuẩn yêu cầu về an toàn lao động và phòng cháy chữa cháy. - Công nhân phải có đầy đủ quần áo, giầy mũ bảo hộ lao động, có mặt nạ phòng độc. Làm việc ở trên cao, sửa chữa thiết bị phải có bình dưỡng khí, dây an toàn. - Những nơi cần theo dõi nhiệt độ, áp suất như thiết bị làm lạnh cuối khí cốc, tháp hấp thụ benzen, cột chưng benzen cần được cơ khí hoá và tự động hoá. - Có những phương tiện cần thiết để chống cháy nổ. - Phải có các thiết bị y tế cấp cứu sơ bộ, phải có phòng y tế để kiểm tra sức khoẻ công nhân, cấp cứu những trường hợp tai nạn xảy ra. - Hàng tháng, hàng năm phải tiến hành cho cán bộ công nhân viên học tập về an toàn lao động, phòng cháy chữa cháy và tiến hành kiểm tra sức khoẻ định kỳ. 3. Biện pháp xử lý bảo vệ môi trường. a. Xử lý nước thải: Vấn đề xử lý nước thải trong công nghiệp hoá chất rất quan trọng, trước khi thải ra môi trường nước thải phải được xử lý không gây ô nhiễm môi trường. Nước thải trong các nhà máy cốc hoá chứa nhiều hợp chất benzen, phenol là những chất rất độc nên cần thiết phải xử lý. Nước thải cần phải đảm bảo những yêu cầu sau: - Nhiệt độ nước thải không quá 30á400C - Hàm lượng các hoá chất yêu cầu nằm trong giới hạn cho phép Hiện nay quy trình xử lý nước thải gồm 4 giai đoạn: - Giai đoạn xử lý sơ bộ: xử lý các hạt to, hạt rắn - Giai đoạn xử lý sơ cấp: xử lý bằng các phương pháp lắng, lọc - Giai đoạn xử lý thứ cấp: loại trừ các chất hữu cơ bằng phương pháp sinh học - Giai đoạn xử lý cấp 3: loại trừ một số chất đặc biệt bằng phương pháp trao đổi ion. Các hạt to, hạt rắn có thể xử lý bằng phương pháp cơ học. Các phương pháp được dùng là lắng, lọc ly tâm. Đối với benzen va phenol có thể xử lý bằng phương pháp hóa học để biến nó thành các chất ít độ