Đồ án_Các quá trình cơ bản trong Công nghệ Môi trường.docx

Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường

Mục Lục

Lời mở đầu.......................................................................................................................................3

THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC......................................................................................................4

Phần I. Tính toán thiết kế tháp đệm.................................................................................................4

I. Tính toán các điều kiện ban đầu...........................................................................................4

II. Tính các thông số của tháp................................................................................................9

1. Tính đường kính tháp đệm....................................................................................................9

2. Tính chiều cao tháp đệm.....................................................................................................15

3. Tính trở lực tháp đệm.........................................................................................................16

PHẦN 2: TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ PHỤ..............................................................................24

I. Các thông số đặc trưng của bơm........................................................................................24

II. Máy nén khí....................................................................................................................29

1. Công của máy nén ly tâm...................................................................................................30

2. Công suất máy nén................................................................................................................34

4. Công suất của động cơ điện................................................................................................35

PHẦN III. TÍNH TOÁN CƠ KHÍ.................................................................................................36

I. Chiều dày thân tháp............................................................................................................36

II. Chiều dày nắp và đáy thiết bị..........................................................................................39

1. Chiều dày của nắp thiết bị..................................................................................................39

2. Chiều dày của đáy thiết bị..................................................................................................40

III. Đường kính của ống dẫn khí và lỏng..............................................................................41

1. Đường kính ống dẫn vào và dẫn khí ra...............................................................................41

2. Đường kính ống dẫn lỏng vào và ra...................................................................................42

IV. Bích ghép thân, nắp, đáy.................................................................................................42

1. Bích nối nắp và đáy với thân thiết bị..................................................................................42

2. Bích nối ống dẫn lỏng với thân thiết bị..............................................................................43

3. Bích nối ống hơi với thân thiết bị.......................................................................................43

V. Kết cấu đỡ tháp...............................................................................................................44

1. Khối lượng thân thiết bị......................................................................................................44

2. Khối lượng của đáy và nắp tháp:........................................................................................44

3. Khối lượng của đệm...........................................................................................................44

4. Khối lượng bích..................................................................................................................45

VI. Bộ phận phân phối lỏng..................................................................................................47

~ 1 ~

Pham Kim Ngoc - KTMT K52

KẾT LUẬN...................................................................................................................................49

TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................................50

~ 2 ~


Lời mở đầu

Hiện nay, do sự phát triển của các nghành công nghiệp tao ra các

sản phẩm phục vụ con người , đồng thời cũng tao ra một lượng chất thải

vô cùng lớn làm phá vỡ cân bằng sinh thái gây ô nhiễm môi trường

nghiêm trong .

Trong các loai ô nhiễm , ô nhiễm không khí ảnh hưởng trực tiếp

đến con người , động vật , thực vật và các công trình xây dựng . Sức

khỏe và tuổi tho con người phụ thuộc rất nhiều vào độ trong sach của

môi trường.Vì vậy, trong những năm gần đây ô nhiễm không khí từ các

nghành sản xuất công nghiệp ở nước ta đang là vấn đề quan tâm không

chỉ của nhà nước mà còn là của toàn xã hội bởi mức độ nguy hai của nó

đã lên đến mức báo động .

SO2 là một trong những chất ô nhiễm không khí được sản sinh

nhiều trong các nghành sản xuất công nghiệp và sinh hoat . Việc xử lý

SO2 có nhiều phương pháp khác nhau . Phương pháp nào được áp dụng

để xử lý tùy thuộc vào hiệu quả và tính kinh tế của phương pháp . Vì

vậy , đồ án môn hoc với nhiệm vụ thiết kế tháp đệm hấp thu SO2 là một

trong những phương án ghóp phần vào việc xử lý khí thải ô nhiễm.

Trong đồ án này sẽ đi khảo sát một phương án: Xử lý SO2 bằng

phương pháp hấp thụ với dung môi là nước.

Sau 15 tuần tìm hiểu, tính toán và nhận được sự hướng dẫn nhiệt tình

của cô giáo hướng dẫn và các thầy cô bộ môn nhưng do chưa có nhiều kinh

nghiệm tính toán, nên không thể tránh khỏi những sai sót, em rất mong nhận

được ý kiến của các thầy, cô để đồ án sau có kết quả tốt hơn.

Em xin chân thành cảm ơn!

~ 3 ~


THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Đề tài thiết kế

Thiết kế hệ thống hấp thụ loai tháp đệm. Tháp làm việc ở điều kiện áp suất 5

atm và nhiệt độ 30°C. Dung môi hấp thụ là H2O.

Các số liệu ban đầu và tính toán

Hỗn hợp khí cần tách : SO2 - không khí.

Dung môi : H2O

Lưu lượng khí thải vào tháp (Nm3/h) : 9 000

Nồng độ khí thải vào tháp (% thể tích) : 3,0

Nồng độ cuối của dung môi (% trong lượng) : 1

Hiệu suất quá trình hấp thụ (%) : 80

Phần I. Tính toán thiết kế tháp đệm

I. Tính toán các điều kiện ban đầu

Theo bài hỗn hợp đầu vào là hỗn hợp khí nên nồng độ phần thể tích chính là

nồng độ phần mol.⇒ yd=0,03(kmol S O2/kmol pha kh í )

Chuyển nồng độ thể tích sang nồng độ phần mol tương đối.

Y d=yd

1− yd⇒ Nồng độ đầu của SO2 trong pha khí:

~ 4 ~


(kmol SO2/kmol khí trơ).

Nồng độ cuối của SO2 trong pha khí:

η=Y d−Y c

Y d

=0,8⇒ Yd - Yc = 0,8Yd => 0,2Yd = Yc⇒Yc = 0,2.0,03093 = 6,186.10-3 (kmol SO2/kmol khí trơ)

yc: nồng độ phần mol của khí cần hấp thụ trong hỗn hợp

⇒ yc =6,148.10-3 (kmol SO2/ kmol hỗn hợp khí).

Nồng độ mol tương đối trung bình:

(kmol SO2/kmol khí trơ)

Nồng độ phần mol trung bình:

(kmol SO2/ kmol hỗn hợp khí).

Lưu lượng hỗn hợp khí: G y=n=900022,4

=401,786 kmol /h

Lượng khí trơ: Gtrơ =G y (1− yđ ) =401,786.(1- 0,03)= 389,73 kmol /h

Lượng SO2 được hấp thụ:

G SO 2=G y . yđ .=401,786.0,03 .0,8=9,64(kmolSO2

h ) .

Nồng độ đầu của SO2 trong nước : xđ=0

Nồng độ cuối của SO2 trong nước : Theo bài ra x’c=1 % khối lượng.⇒ Nồng độ phần mol của SO2 trong dung môi :

~ 5 ~


( kmol SO2/kmol H2O)

Nồng độ phần mol tương đối của SO2 trong dung môi

( kmol SO2/kmol H2O).

Xây dựng đường cân bằng và đường làm việc

Phương trình đường cân bằng có dạng

¿¿)

¿¿

)

Với m=ψ

P hằng số cân bằng pha.

ψ : Hệ số Henry (mmHg)

P : Áp suất chung của hỗn hợp khí. P=5atm , T=30°C.

Tra bảng IX.1( Sổ tay quá trình thiết bị công nghệ hóa chất – tập 2), ta có

ψSO2 (300C) = 0,0364.106 (mmHg).

⇒ ⇒ Phương trình cân bằng :

(kmol SO2/kmol khí trơ)

~ 6 ~

Gy, Yd Xc

Yc Gx, Xd



Phương trình đường làm việc

Phương trình cân bằng vật liệu đối với khoảng thể tích thiết bị kể từ một tiết diện bất kỳ tới phần trên của thiết bị

Gtr(Y – Yc) = Gx(X – Xd)Trong đó :

Xd: nồng độ ban đầu của cấu tử cần hấp thụ trong dung môi. (kmol SO2/kmol H2O)

Yc: nồng độ cuối của cấu tử cần hấp thụ trong hỗn hợp khí (kmol/kmol khí trơ)

Gx: lưu lượng dung môi đi vào thiết bị hấp thụ (kmol/h).Gtr:: lượng khí trơ đi vào thiết bị hấp thụ (kmol/h).

Từ phương trình cân bằng vật liệu ta có:

- Nồng độ cuối của cấu tử cần hấp thụ trong dung môi:

(kmol SO2/kmol H2O)- Lượng dung môi tiêu tốn thực tế:

(kmol H2O/kmol không khí)- Lưu lượng dung môi đi vào thiết bị Gx:

Gx = l.Gtrơ =8,7. 389,73 = 3390,65 (kmol/h)- Phương trình đường làm việc cho một đoan tháp bất kỳ:

Gtrơ(Y - Yc) = Gx(X - Xd)

=>

⇒ Phương trình đường làm việc: Y = 8,7.X +

X Y Ycb

0 0.006186 0

0.0002 0.007926 0.001919093

~ 7 ~


0.0004 0.009666 0.003844794

0.0006 0.011406 0.005777137

0.0008 0.013146 0.007716158

0.001 0.014886 0.009661889

0.0012 0.016626 0.011614368

0.0014 0.018366 0.013573627

0.0016 0.020106 0.015539704

0.0018 0.021846 0.017512634

0.002 0.023586 0.019492451

0.0022 0.025326 0.021479194

0.0024 0.027066 0.023472898

0.0026 0.028806 0.025473599

0.0028 0.030546 0.027481335

0.00284 0.030894 0.027883729

Đồ thị đường cân bằng và đường làm việc trên cùng một hệ trục tọa độ

~ 8 ~


0 0.0005 0.001 0.0015 0.002 0.0025 0.0030

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

YLinear (Y)YcbLinear (Ycb)

X

YY

Ycb

II. Tính các thông số của tháp

1. Tính đường kính tháp đệm.

a. Tính khối lượng riêng trung bình (tr 183)

Đối với pha lỏng

Áp dụng công thức:

: khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp lỏng, kg/m3.

: Phần khối lượng trung bình của SO2 trong hỗn hợp.

ρSO2, ρH2O : khối lượng riêng của SO2 và H2O ở 30°C, kg/m3

Tra bảng: I.5 và I.2 ( Sổ tay quá trình và thiết bị-Tập 1) tai 30°C.

~ 9 ~


= 995.68 (kg/m3)

(20°C)=1383(kg/m3) , (40°C)=1327 (kg/m3)

Nội suy ⇒ (30°C)= 1355 (kg/m3)

Phần khối lượng trung bình của SO2 trong pha lỏng.

Với xtb là nồng độ phần mol trung bình của cấu tử cần hấp thụ trong pha

lỏng.


⇒ ( kmol SO2/kmol H2O)

⇒ =5,03.10-3Khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp lỏng

(kg/m3)

Đối với pha khí


Khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp khí đi trong tháp:

~ 10 ~


Với:

ρ ytb : Khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp khí đi trong tháp.

My: Phân tử lượng trung bình của hỗn hợp khí.

T0: Nhiệt độ ở đktc. T0=273°K.

T: Nhiệt độ làm việc của tháp. T= 273+30=303 °K.

P0: Áp suất ở đktc P0=1 atm.

P: Áp suất làm việc của tháp P= 5atm.

Tính Mytb .

Mytb = ytb.M SO2 + (1 - ytb).

M KK =0,01826.64 + (1-0,01826).29= 29,64 (kg/kmol)

⇒ (kg/m3)

Tính độ nhớt

* Đối với pha lỏng Áp dụng công thức:

Trong đó:- xtb: phần mol trung bình của SO2 trong hỗn hợp lỏng, xtb = 1,42.10-3 (kmol SO2/kmol H2O)

- : độ nhớt của SO2 và H2O ở 300C, Ns/m2.Tra bảng I.102 ( Sổ tay quá trình thiết bị công nghệ hóa chất – Tập 1, Tr ) Ta có:

(300C) = 0,8.10-3 (Ns/m2)Tra bảng I.101, ta có:

~ 11 ~


(300C) = 0,279.10-3 (Ns/m2)

=> lg = 1,42.10-3. lg (0,279.10-3 )+ (1 – 1,42.10-3).lg(0,8.10-3)

=> lg = -3,0976

=> = 7,988.10-4 (Ns/m2)* Đối với pha khí:Áp dụng công thức:

Trong đó:

- , , : độ nhớt trung bình của pha khí, của SO2 và của không khí ở nhiệt độ làm việc t = 300C, Ns/m2.

- : khối lượng phân tử của pha khí, của SO2 và của không khí ở 300C, P = 5 atm.

Tra đồ thị I-35( Sổ tay quá trình thiết bị công nghệ hóa chất – tập 1), ta có:

(300C) = 128.10-7 Ns/m2

(300C) = 181.10-7 Ns/m2

b. Đường kính tháp.

Áp dụng công thức: (m)

- Vytb: lượng khí trung bình đi trong tháp, m3/h.

- : tốc độ khí trung bình đi trong tháp, m/s.* Tính lưu lượng thể tích khí và lỏng trung bình đi trong tháp:

(m3/h)

~ 12 ~


Trong đó:- Gytb : lưu lượng khí trung bình đi trong tháp, kmol/h- Mytb: khối lượng phân tử trung bình của khí trong tháp, kg/kmol

: khối lượng riêng trung bình của khí trong tháp, kg/m3

=>Ytb = 0,0186 (kmol SO2/kmol khí trơ)

- Lưu lượng khí trung bình đi trong tháp Gytb: => Gytb = 389,73 (1 + 0,0186) = 396,98 (kmol/h)

(m3/h)Lượng hơi trung bình trong tháp(kmol/h): Gy = Gytb. Mytb= 396,98. 29,64=11766,487 (kg/h).- Lưu lượng lỏng trung bình đi trong tháp:

(kg/h)Gxd = 15306,62(kmol/h)

Gxc = Gxd + bị hấp thụ

(kmol/h) Mxtb=xtb.MSO2 +(1- xtb).MH2O=1,42.10-3.64+(1-1,42.10-3).18=18,065Lượng lỏng trung bình (kg/h).

Gx= Gxtb. Mxtb =15328,355 18,016 = 276155,6437 (kg/h)

( m3/h)

*Tính vận tốc của khí đi trong tháp , m/s.


Y =1,2.e-4X

Với

~ 13 ~


: tốc độ đảo pha, m/s

Vđ: thể tích tự do của đệm, m3/m3

: bề mặt riêng của đệm, m2/m3

Tháp hấp thụ SO2 mang tính axit nên ta chon đệm vòng Rasig đổ lộn xộn:

đệm bằng sứ kích thước 30×30×3,5.

Vđ= 0,76 m3/m3

= 165 m2/m3

Gx, Gy: lượng lỏng và lượng hơi trung bình (kg/s). Gy =11766,487 (kg/h) = 11766,487/3600 (kg/s).

Gx= 276155,6437 (kg/h) = 276155,6437 /3600(kg/s).

g: gia tốc trong trường, g=9,81m/s2

: độ nhớt của pha lỏng theo nhiệt độ trung bình và độ nhớt của nước ở

200C, Ns/m2.

= 1,005.10-3 (Ns/m2)

= 7,988.10-4(Ns/m2)

: khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và pha khí (kg/m3)

= 997 (kg/m3)

= 5,96 (kg/m3)

⇒Từ phương trình của Y ta có:

~ 14 ~


m/s

Theo thực nghiệm thì quá trình chuyển khối ở chế độ sủi bot là tốt nhất, xong thực tế tháp đệm chỉ làm việc ở tốc độ đảo pha vì nếu tăng nữa sẽ rất khó bảo đảm quá trình ổn định. Vì vậyTốc độ thích hợp tính theo phương pháp này thường bằng khoảng:

= (0,8 0,9)

Ta chon: = 0,85. = 0,85.0,835= 0,71 (m/s)Thay các giá trị ta có đường kính tháp.=> Đường kính của tháp:

Quy chuẩn D=1(m)

=> Lúc này tốc độ khí trung bình đi trong tháp là:

có (0,8 0,9) => kết quả phù hợp

Kiểm tra điều kiện thiết kế

⇒Đệm trên là phù hợp.

Kiểm tra theo mật độ tưới

- Mật độ tưới thực tế: ,m3 /m2.h

Vx: Lưu lượng thể tích của chất lỏng ,m3/h.

~ 15 ~


Ft: Diện tích mặt cắt tháp.

Ft = .D2/4 = 3,14.12/4 = 0,785 ,m2.

Vx= 5003,85 (m3/h).

⇒ , m3 /m2.h

- Mật độ tưới thích hợp:

Ut.h = .B (m3/m2.h)

B= 0,158 m3 /m.h , : bề mặt riêng của đệm, =165 (m2/m3)

Ut.h=0,158.165=26,07 ,m3 /m2.h

⇒ > 1

⇒ Đệm thấm ướt tốt.

2. Tính chiều cao tháp đệmÁp dụng công thức xác định chiều cao của lớp đệm:

Hđ = my.hy ,m. Trong đó:

my : số đơn vị chuyển khối xác định theo nồng độ trong pha hơi (khí)

hy : chiều cao của một đơn vị chuyển khối.

* Tính chiều cao của một đơn vị chuyển khốiTa áp dụng công thức:

,m. Trong đó:

h1, h2 : chiều cao của một đơn vị chuyển khối pha khí, pha lỏng (m)

Gx, Gy: lưu lượng trung bình của pha lỏng, pha khí (kg/h)

m: hệ số góc của đường cong cân bằng

~ 16 ~


* Tính h1.


Trong đó: Vđ: Thể tích tự do của đệm Vđ= 0,76 (m3/m3) a: hệ số phụ thuộc vào dang đệm. Đệm vòng a= 0,123.

Rey : chuẩn số Reynold cho pha hơi.

Pry : chuẩn số Prandt cho pha hơi.

Ψ: Hệ số thấm ướt của đệm

Ta có:

Trong đó:

: vận tốc khí đi trong tháp (m/s)

: khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp khí trong tháp (kg/m3)

: bề mặt riêng của đệm, =165 (m2/m3)

:độ nhớt trung bình của pha khí, (Ns/m2)

Trong đó:

: độ nhớt hỗn hợp khí, (Ns/m2)

: khối lượng riêng trung bình của pha khí, (kg/m3)Dy : hệ số khuếch tán của pha khí, m2/s

~ 17 ~


T : nhiệt độ K, T = 273 + 30 = 303KP = 5 atm =5,163 at

: khối lượng mol của SO2, không khí (kg/kmol)

: thể tích mol của SO2, không khí (cm3/mol)

Tra bảng VIII.2 – II (tr 127).

=> ukk = 29,9(cm3/mol)

=>

Tính ψ.

Ψ: phụ thuộc vào tỷ số giữa mật độ tưới thực tế lên tiết diện ngang của tháp

và mật độ tưới thích hợp.

Ta có: > 1

⇒ = 1

⇒ m

* Tính h2 chiều cao của một đơn vị chuyển khối trong pha lỏng

Trong đó:

~ 18 ~


: độ nhớt trung bình của pha lỏng, Ns/m2

: khối lượng riêng trung bình của pha lỏng,kg/m3

Ta có:

Với:

: bề mặt riêng của đệm (m2/m3), = 165(m2/m3)

Gx: lưu lượng trung bình của pha lỏng, Gx=276155,6437/3600 (kg/s).

Ft: Diện tích mặt cắt tháp. Ft = 0,785,m2.

: độ nhớt trung bình của pha lỏng = 7,996.10-4 Ns/m2

Trong đó:

: khối lượng riêng trung bình của pha lỏng, kg/m3

Dx : hệ số khuếch tán trong pha lỏng, m2/s

Trong đó:

: hệ số khuếch tán của dung dịch lỏng ở 200C (m2/s)

: khối lượng mol của SO2, H2O (kg/kmol)

= 64 (kg/kmol)

= 18 (kg/kmol)A, B: hệ số liên hợp

Với các chất khí tan trong nước A = 1.

~ 19 ~


Với dung môi là nước B = 4,7.

: độ nhớt của nước ở 200C, = 1cp = 10-3 Ns/s.

: thể tích mol của SO2, H2O (cm3/mol)

= 44,8 (cm3/mol)

= 18,9 (cm3/mol)

(m2/s)

= [1 + b(t - 20)] (m2/s)Trong đó:

: độ nhớt của nước ở 200C, = 1cp = 10-3 Ns/s.

: khối lượng riêng của nước ở 200C.

Tra bảng I.5 => = 998,23 (kg/m3)

=>

⇒ *Tính m hệ số góc của đường cân bằng

Dựa vào bảng số liệu => = 9,83

⇒ Chiều cao của một đơn vị chuyển khối

~ 20 ~


hdv = 0,223+ .1,1 =0,27 m

*Tính số đơn vị chuyển khối xác định theo nồng độ trong pha khí

Y : thành phần làm việc của hơi.Ycb : thành phần mol cân bằng của hơi.

Ta xác định số đơn vị chuyển khối theo phương pháp tích phân đồ thị. Việc tính

tích phân đó có thể dựa voà việc vận dụng đồ thị trong hệ toa độ -

Y. Giá trị của tích phân bằn diện tích hình thang cong giới han bởi đồ thị và đường Yd = 0,03093 (kmol SO2/kmol không khí)

Yc = 6,186.10-3 (kmol SO2/kmol không khí)

Bảng số liệu cho đồ thị tích phân

Y Ycb 1/(Y-Ycb) Si

0.006186 0 161.6553508

0.007926 0.001919093 166.4750201 0.285473423

0.009666 0.003844794 171.7857029 0.294286829

0.011406 0.005777137 177.6557791 0.304014089

0.013146 0.007716158 184.1674056 0.314786171

0.014886 0.009661889 191.4201415 0.326761166

0.016626 0.011614368 199.5357837 0.340131655

0.018366 0.013573627 208.664911 0.355134604

0.020106 0.015539704 218.995887 0.372064894

0.021846 0.017512634 230.7674693 0.39129412

~ 21 ~


0.023586 0.019492451 244.2868323 0.413297242

0.025326 0.021479194 259.9559227 0.438691197

0.027066 0.023472898 278.3110195 0.46829224

0.028806 0.025473599 300.0839164 0.503203594

0.030546 0.027481335 326.2998994 0.54495392

0.030894 0.027883729 332.1960289 0.114578292

𝛴Si=5,5

Diện tích miền giới han của đường cong ta được: S = 5,5. Diện tích hình

thang cong chính bằng số đơn vị chuyển khối là my =5,5.⇒ Chiều cao của lớp đệm: H = my.hdv=5,5.0,27=1,485 m.

Quy chuẩn H=1,5

Đây thực chất là chiều cao lớp đệm. Chiều cao của tháp ngoài chiều cao của

lớp đệm còn tính đến chiều cao từ mặt trên của đệm đến đỉnh tháp và từ mặt dưới

đệm tới đáy tháp.

Áp dụng công thức: Htháp = Hđệm + Hđệm- nắp + Hđệm- đáy

Hđệm-nắp = 1 m Hđệm-đáy = 1 m

Vậy chiều cao tháp Htháp = 1+1+1,5=3,5 m.3. Trở lực tháp đệm


Trong đó:

: Tổn thất đệm khô

: Tổn thất đệm ướtTháp hấp thụ đat hiệu suất cao nhất khi vận tốc của khí bằng vận tốc điểm

đảo pha.

~ 22 ~


=> Trở lực của tháp đệm đối với hệ khí - lỏng tai điểm đảo pha có thể xác định được bằng công thức sau:

Trong đó:

Pu: tổn thất áp suất khi đệm ướt tai điểm đảo pha có tốc độ của khí bằng tốc độ của khí đi qua đệm khô (N/m2)

PK: tổn thất của đệm khô (N/m2)Gx, Gy: lưu lượng của lỏng và của khí (kg/h)

Gy =11766,487 (kg/h) = 11766,487/3600 (kg/s).

Gx= 276155,6437 (kg/h) = 276155,6437 /3600(kg/s).

: khối lượng riêng của lỏng và của khí (kg/m3)

=5,96(kg/m3)

=997(kg/m3)

: độ nhớt của lỏng và khí (Ns/m2)

= 7,996.10-4 (Ns/m2)

Hệ số A1: hệ số (ứng với điểm tốc độ làm việc bằng 0,85 tốc độ pha)

=> A1 = 5,1

* Tổn thất áp suất của đệm khô tính theo công thức:

H : chiều cao lớp đệm, H = 1,5 (m) y : vận tốc khí trung bình đi trong tháp y= 0,7 (m/s)

: khối lượng riêng trung bình cúa hỗn hợp khí trong tháp, kg/m3

: độ nhớt trung bình của hỗn hợp khí trong tháp (Ns/m2)

: bề mặt riêng của đệm (m2/m3) Vd : thể tích tự do của đệm ( m3/ m3)

~ 23 ~


Nhng Rey = 568,2 > 400 => tæn thÊt ¸p suÊt cña ®Öm kh«

x¸c ®Þnh theo c«ng thøc :ΔP K=

1 ,56 H .ωy1,8 . ρy

0,8 .δ y1,2. μ y

0,2

V d3

[II-189]

H : chiều cao lớp đệm, H = 1,5 (m) y : vận tốc khí trung bình đi trong tháp y= 0,7 (m/s)

: khối lượng riêng trung bình cúa hỗn hợp khí trong tháp, kg/m3

: độ nhớt trung bình của hỗn hợp khí trong tháp (Ns/m2)

: bề mặt riêng của đệm (m2/m3) Vd : thể tích tự do của đệm ( m3/ m3)⇒Trở lực đệm khô:

⇒ Trở lực đệm ướt

⇒ =4731,46

⇒

~ 24 ~


PHẦN 2: TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ PHỤ

I. Các thông số đặc trưng của bơmÁp suất mặt thoáng P1= 9,81.104 N/m2

Áp suất làm việc P= 5 atm=5×1,013.105=5,065.105 N/m2

Gia tốc trong trường g=9,81 m/s2

Ở 300C: = 995.68 (kg/m3) μnước=0,8.10-3 Ns/m2

Áp suất toàn phần của bơm H(m):Áp dụng phương trình becnulli ta có

Mặt cắt 1-1 và 1’-1’:

P1

ρ . g+

ω12

2 . g=

Pv

ρ .g+

ωv2

2 .g+Hh+hmh(1 )

Mặt cắt 1-1 và 2-2

P r

ρ . g+

ωr2

2 . g=

P2

ρ .g+

ω22

2 .g+Hd+hmd(2 )

Trong đó:P1: áp suất bề mặt nước không gian hútP2: áp suất không gian đẩyρ: khối lượng riêng của nướcPv: áp suất trong ống hút lúc vào bơm

~ 25 ~

1 2

1 2

1’ 2

1’ 2

2’ 2

2’ 2

2 2

HhP1


Pr: áp suất của chất lỏng trong ống đẩy lúc ra khỏi bơmHh, Hd: chiều cao ống hút và ống đẩyhmh, hmd: tổn thất áp suất do trở lực gây ra trong ống hút và ống đẩy

hmh + hmd=

ΔPρ . g

ΔP : Áp suất toàn phần cần thiết để khắc phục sức cản thủy lực trong hệ thống, áp suất toàn phần của bơm là hiệu áp suất giữa hai giai đoan hút và đẩyω1: vận tốc nước ở bể chứa, ω1=0ω2: vận tốc nước khi vào tháp hay trong ống đẩyω1’: vận tốc nước khi vào bơmω2’: vận tốc nước khi ra khỏi bơmThực tế: ω2 = ω2’

⇒H=H 0+hm+P2−P1

ρ . g+

ω1'

2 . g

Xác định tổn thất áp suất do trở lực gây ra trên đường ống hút của bơm

hmh =

ΔPh

ρ . g

Trong đó:ΔPh=ΔPd+ΔPm+ ΔPc

ΔPd : áp suất động lực hoc cần thiết để tao tốc độ cho dòng chảy ra khỏi ống

ΔPd=ρ . ωh

2

2ΔPm : áp suất để khắc phục trở lực ma sát khi chảy ổn định trong ống thẳng

ΔPm=λ .Ldh

ρ . ωh2

2

ΔPc : áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ

ΔPc=ξ .ωh

2 . ρ

2

ΔPh=ΔPd+ΔPm+ ΔPc =

ρ .ωh2

2+λ .

Ld h

.ωh

2 . ρ

2+ξ .

ωh2 . ρ

2

=ρ . ωh

2

2 (1+ξ+ λ .Ldh

)

~ 26 ~


Đường kính ống hút: Trong đó: V là lưu lượng thể tích chất lỏng đi trong ống, m3/s

Theo bảng II.2(I-370) chất lỏng trong ống hút của bơm có ωh=0,8-2,0 (m/s). Chon

ωh = 1,5 (m/s) →

⇒ Chuẩn số Re của chất lỏng trong ống hút

Dòng ở chế độ chảy xoáy nên hệ số ma sát được tính như sau

Trong đó:ε: độ nhám tuyệt đối. Chon vật liệu làm ống là thép nối không hàn

→ε=0 , 07 .10−3

Δ: độ nhám tương đối, được xác định theo công thức:

→

Hệ số trở lực cục bộ:Chất lỏng vào ống thẳng, đầu ống hút có lắp lưới chắn đan bằng kim loai

ξ=1+ξc

Với ξc=ξ0 . α

~ 27 ~


Chon → Bảng II.16 (Sổ tay I- 382,384)→ trở lực của ống có lắp lưới chắn đan bằng kim loai là

Trên ống hút còn lắp 1 van 1 chiều. Theo I-399→

Chon →

Tra bảng II-34 (I-441) sự phụ thuộc chiều cao hút của bơm ly tâm vào nhiệt

độ. Ở nhiệt độ làm việc T=300C thì chiều cao hút của bơm ở khoảng 4m thì đảm

bảo không xảy ra hiện tượng xâm thực. Tuy nhiên để loai trừ khả năng dao động

trong bơm nên giảm chiều cao hút khoảng 1÷1,5m so với giá trị trong bảng. Vậy

chon chiều cao hút là 2,5 m.⇒ Áp lực toàn phần cần thiết để khắc phục sức cản thủy lực là:

→ hmh =

ΔPh

ρ . g =

Xác định tổn thất áp suất do trở lực gây ra trên đường ống đẩy:Đường kính ống đẩy:Theo bảng II.2( I-370) vận tốc chất lỏng trong ống đẩy của bơm làωd= 1,5-2,5 m/s. Chon ωd = 2,0 m/s

=> Quy chuẩn dd = 10cmVận tốc của ống đẩy là

Chuẩn số Re của chất lỏng trong ống đẩy

Dòng ở chế độ chảy xoáy nên hệ số ma sát được tính như sau

~ 28 ~


(I-380)Trong đó:ε: độ nhám tuyệt đối. Chon vật liệu làm ống là thép nối không hàn

→ε=0 , 07 .10−3


→

Theo bảng II.16(I-393), Đối với thành nhẵn Re > 2.105 thì bỏ qua tổn thất ma sát ξcong=A.B.C

Góc θ=900→A=1

Chon:

Rdd

=2→B=0 , 15

ab=0,5→C=1 ,45

=> ξcong=1×0 , 15×1 ,45=0 ,2175

Hệ số trở lục cục bộ của toàn ống đẩy:

Chon chiều dài ống đẩy là Hd=12m.⇒ Áp lực toàn phần cần thiết để khắc phục sức cản thủy lực là:

⇒ hmd = = ⇒ hm= hmh + hmd =0,5+1,08=1,58m

Vậy áp suất toàn phần của bơm:

~ 29 ~

θ


Công suất của bơm:Công suất yêu cầu trên trục bơm:

Áp dụng công thức: N=Q . g . H . ρ

103 .η (kW) I-439Trong đó

- ρ: khối lượng riêng của nước, kg/m3

- N: hiệu suất của bơm, kW

- Q: năng suất của bơm (m3/s); Q= ,m3/s

⇒ Q= = 0,017 m3/s

g: gia tốc trong trường (m/s2)H: áp suất toàn phần của bơm tính bằng mặt cắt cột chất lỏng bơmη: hiệu suất của bơmη=η0 .ηtl η tk Với η0 : hiệu suất thể tích tính đến sự hao hụt chất lỏng chảy từ vùng áp suất cao đến vùng áp suất thấp và do chất lỏng rò từ các chỗ hở của bơmηtl : hiệu suất thủy lựcηtk : hiệu suất cơ khí Hiệu suất toàn phần phụ thuộc vào loai bơm và năng suất. Khi thay đổi chế độ làm việc của bơm thì hiệu suất cũng thay đổi

Đối với bơm ly tâm:

η0=0 ,85÷0 , 96ηtl=0,8÷0 , 85ηck=0 , 92÷0 , 96

Chon: η0=0,9 ;ηtl=0,8 ;ηck=0,9

→η=η0 .ηtl η tk=0,9. 0,8 . 0,9=0 ,648

Vậy công suất yêu cầu trên trục bơm:Công suất động cơ điện Ndc(KW)

Ndc=N

ηtr .ηdc

Với: ηtr=0 , 85 : hiệu suất truyền động

ηdc=0,9 : hiệu suất động cơ điện

~ 30 ~


Thông thường động cơ điện được chon có công suất lớn hơn so với công suất tính toán. Chon β=1,15

→

II. Máy nén khíTháp làm việc ở điều kiện P=5atm, T=300C. Ta chon máy nén ly tâm

Máy nén ly tâm là một loai máy nén và đẩy khí nhờ tác dụng của lực ly tâm

do bánh guồng sinh ra. Dùng máy nén ly tâm khi áp suất đẩy từ 2-10 at. Độ nén

của máy ly tâm nhỏ nên máy có nhiều cấp thường từ 3-7 cấp.

Độ nén trong một cấp từ 1,2-1,5 khi tốc độ vòng nhỏ hơn 200m/s.Đường kính bánh guồng từ 700-1400 mm. Cánh guông có thể cong ra hoặc hướng tâmCác điều kiện của khí đầu vào T=250C, P=1atm

1. Công của máy nén ly tâmÁp dụng công thức

Trong đó: PA, PB: áp suất trước và sau khi nén, atT1: nhiệt độ đầu của khí, KT1=25+273=298 Km: chỉ số đa biến, m=1,2÷1,62. Chon m=1,4

R: hằng số khí, R

~ 31 ~

2

2

B B

A

A1

Pa


Áp dụng phương trình becnulli cho mặt cắt 1-1 và mặt cắt A-A. chon mặt cắt 1-1 làm chuẩn.

P1

ρ . g+

ω12

2 . g=

P A

ρ .g+

ω A2

2 .g+Z A+hmh

Do ống nằm ngang nên ZA=0.

Chon vận tốc khí trong bể chứa tĩnh: ω1=0

→

PA

ρ . g=

P1

ρ . g−

ω A2

2. g−hmh

Phương trình becnulli cho mặt cắt 2-2 và B-B. Chon mặt cắt B-B làm chuẩn

PB

ρ . g+

ωB2

2 .g=

P2

ρ .g+

ω22

2 .g+ZB+hmd

Vận tốc khí trong ống đẩy:ωB=ω2

→

PB

ρ . g=

P2

ρ . g+Z B+hmd

Với: P1 = Pa: áp suất khí quyển, P1 = 9,81.104 (N/m2) P2: áp suất cuối ống đẩy, N/m2.

PA=P1−ΔPh

PB=P2+ΔPd

ZB : chiều cao ống đẩy ρ :Khối lượng riêng của hỗn hợp khí thải ở điều kiện đầu vào của khí

hmh, hmd : trở lực trên đường ống hút và ống đẩyXác định áp suất trước khi nén:

PA=P1−ΔPh

Trong đó: P1 : áp suất khí quyển

ΔPh=ΔPd+ΔPm+ ΔPc (như bơm ly tâm)

→ΔPh=

ρ .ωh2

2 (1+λ .Ldh

+ξ)

* Đường kính ống hút.

~ 32 ~


dh=√ V

0 ,785 .ωh V: Lưu lượng thể tích đầu vào của khí thải

Khí trong ống dẫn P > 1at thì ω = 15 ÷ 25m/s Chon vận tốc hút ωh = 25m/s.

Chuẩn số Reynol

=> Dòng ở chế độ chảy xoáy nên hệ số ma sát được tính như sau:

Trong đó:ε: độ nhám tuyệt đối. Chon vật liệu làm ống là thép nối không hàn

→ε=0 , 07 .10−3


→

→

* Hệ số trở lực cục bộ trong ống hút:

ξh=ξ1+ξ2

Trong đó:

ξ1 : Hệ số trở lực của ống thẳng, đoan ống thẳng có đầu lồi ra phía trước cóξ1=0,5

ξ2 : hệ số trở lực của van

Chon van 1 chiều.Theo II.16 [I-399] ta có dh =0,17 m =>

nội suy

~ 33 ~


→trở lực cục bộ của ống hút Chon chiều dài ống hút Hh =Lh =5 (m)

→

→

→* Xác định áp suất sau nén:

Áp dụng công thức: PB=P2+ρ . g . Ld

Trong đó: P2: áp suất cuối đường ống đẩy

P2=ΔPh+ ΔPd+P

Với:ΔPd=

ρ .ωd2

2 (1+ξ+λ .Ld

dd)

* Đường kính ống đẩy

Theo II.2(I-370) khí trong ống đẩy của máy nén ωd=15÷25 m /s . Chon vận tốc đẩyωd=20( m /s )

→ ⇒ dd = 19 cm

Chuẩn số Re trên đường ống đẩy:

Dòng ở chế độ chảy xoáy nên hệ số ma sát tính theo công thức:

Trong đó:

ε : Độ nhám tuyệt đối, chon vật liệu làm ống là thép nối không hàn ⇒ε=0 , 07 .10−3

Δ : Độ nhám tương đối, được xác định theo công thức:

Thay vào công thức:

~ 34 ~


→

→* Hệ số trở lực cục bộ trên đường ống đẩyÁp dụng công thức:

ξd=ξ1+ξ2+ξ3

Trong đó:

ξ1 : hệ số trở lực của ống thẳng; ξ1=0,5

ξ2 : hệ số trở lực của van, chon van 1 chiều. Theo bảng II.16 ta có

dd = 0,19 m, nội suy⇒ ξ2 =1,86

ξ3 : hệ số trở lực cục bộ của đường ống cong (I-393);

ξ3 =A.B.CGóc θ = 900 => A =1

Chon

Rdd =2 => B =0,15

ab = 0,5 => C =1,45

→ξ3 = 1×0,15×1,45 = 0,2175→Hệ số trở lực cục bộ trên đường ống đẩy ξd=ξ1+ξ2+ξ3 = 0,5+ 1,86+ 0,2175= 2,5775Chon chiều dài ống đẩy Hd =Ld =5 (m) vậy trở lực trong ống đẩy:

Tổn thất áp suất trên đường ống đẩy:

→ Áp suất cuối đường ống đẩy P2=ΔPh+ ΔPd+P = 4772,55+6897,8+506500 = 518170,35(N/m2)→Vậy áp suất sau khi nén là:

~ 35 ~


PB=P2+ρ . g . Ld = 518170,35+ 5,96× 9,81×5 = 518462,7(N/m2)Thay các số liệu vào công thức tính công của máy nén ta có:

2. Công suất máy nén*Công suất lý thuyết

Trong đó:

G: Công suất của máy nén, kg/s

L: Công nén 1 kg khí Nlt: Công suất lý thuyết ,kW

→Công suất thực tế của máy nén

N tt=Ndn

ηdn (kW)Trong đó:

Ndn: công suất đẳng nhiệt, kwNdn= 631,2 kW

ηdn : hiệu suất đẳng nhiệt thường bằng 0,65÷ 0,75.

Chon ηdn = 0,7

→Công suất trên trục của máy nén

Nhd=N tt

ηck

Trong đó: Nhd: công suất hiệu dụng, kW

~ 36 ~


ηck : hiệu suất cơ khí của máy nén. Đối với máy nén ly tâm ηck =0,96÷ 0,98.

Chon ηck = 0,97

→

4. Công suất của động cơ điện

Ndc=β .Nhd

ηtr .ηdc Trong đó:

β : hệ số dự trữ công suất thường lấy bằng 1,1÷1,15.Chon β =1,15

ηtr :hiệu suất truyền động ( 0,96÷ 0,99 ) →ηtr = 0,98

ηdc :hiệu suất động cơ điện ηdc =0,95

Như vậy ta chon động cơ điện có công suất 1500 kW

PHẦN III. TÍNH TOÁN CƠ KHÍ

I. Chiều dày thân tháp

Thiết bị làm việc ở áp suất khí quyển, dùng để hấp thụ khí S02, thân tháp

hình trụ, được chế tao bằng cách uốn tấm vật liệu với kích thước đã định sẵn, hàn

ghép mối, tháp được đặt thẳng đứng.

Chon thân tháp làm bằng vật liệu X18H10T.( Bảng XII.24-325) ( C < 0,1%,

Cr khoảng 18%, Ni khoảng 10%, Ti không quá 1 – 1,5%).

Chon thép không gỉ, bền nhiệt và chịu nhiệt.Thông số giới han bền kéo và giới han bền chảy của thép loai X18H10T:

σ k = 550.106(N/m2) σ c = 220.106 (N/m2)

Độ giãn tương đối: δ = 38%Độ nhớt va đập : ak = 2.106J/m2

~ 37 ~


Chiều dày thân tháp hình trụ, làm việc với áp suất bên trong được xác định bằng công thức:

(m) (Bảng XIII.8-II-360)

Trong đó:Dt.: đường kính trong tháp, m

φ: hệ số bền của thành thân trụ theo phương doc, với thân hay có lỗ gia cố hoàn

toàn thì φ = φh đối với mối hàn đặc.Với hàn tay bằng hồ quang điện, thép không gỉ

ta có: φ = φh = 0,95 [Bảng XIII.8-II-362]

C : hệ số bổ xung do ăn mòn, bào mòn và dung sai về chiều dày, m[σ k]: ứng suất cho phép của loai thép X18H10T.P: áp suất trong thiết bị, N/m2.

P: áp suất trong thiết bị ứng với sự chênh lệch áp suất lớn nhất bên trong và bên ngoài tháp, N/m2

P= Pmt+ Ptt

Trong đó:Pmt : áp suất làm việc, Pmt= 5. 1,013.105 = 506500(N/m2)Ptt : áp suất thuỷ tĩnh của cột chất lỏng

Ptt = ρx.g.H (N/m2)

Với:

ρx: khối lượng riêng của nước, kg/m3

g: gia tốc trong trường, g= 9,81 m/s2

H: chiều cao cột chất lỏng, H= 3,5 m

=> Ptt = ρx.g.H = 997.9,81.3,5 = 34232 ( N/m2)

=> P = Pmt+ Ptt = 506500+39122,3= 540732 ( N/m2)* Tính CC phụ thuộc vào độ ăn mòn, độ bào mòn và dung sai của chiều dày. Đai lượng C được xác định theo công thức:

C = C1+ C2+ C3 ,m Trong đó:

- C1: hệ số bố sung do ăn mòn. Đối với vật liệu là thép X18H10T có độ

bền 0,05 - 0,1mm/năm thì lấy C1= 1mm.

~ 38 ~


- C2: Đai lượng bổ sung do hao mòn tính trong các trường hợp nguyên liệu

có chứa các hat rắn chuyển động trong thiết bị. Bài toán đặt ra là hấp thụ

SO2 nên có thể bỏ qua C2.

- C3: đai lượng bổ sung do dung sai của chiều dày, Chon C3= 0,5mm Vậy C = 1 + 0 + 0,5 = 1,5 (mm )*Tính [σ k]:Theo bảng XIII-4 ,ta có thể chon giá trị nhỏ nhất, tính theo công thức sau:

Theo giới han bền khi kéo thì ta có:

ή: hệ số hiệu chỉnh, ή =1

бk= 550.106(N/m2)

ήk: hệ số an toàn bền, ήk= 2,6

⇒ ( N/m2)

Theo giới han bền chảy:

Trong đó:

ή : hệ số hiệu chỉnh,

бc = 220.106 (N/m2)

ήc: hệ số an toàn theo giới han chảy, ήc = 1,5 [II-356]

( N/m2)

Ta lấy giá trị bé hơn trong hai giá trị vừa tính được:

~ 39 ~


[бk] = 146,7.106( N/m2)

>50⇒ Bề dày thân tháp được tính theo công thức

⇒ S= 3,44.10-3(m)

Quy chuẩn bề dày thân tháp S =4 mm .Kiểm tra ứng suất của thành theo áp suất thử:

, N/m2 Trong đó:

P0: Áp suất thử, được xác định theo công thức P0 = Pth+ Ptt

Pth: Áp suất thuỷ lực lấy theo bảng XIII.5 Chon Pth = 1,5.P = 1,5×540732=811098 (N/m2)

Ptt: Áp suất thuỷ tĩnh, Ptt= 34232 (N/m2)

=> P0 = 818433,45 + 34232 = 845330(N/m2)

Vậy N/m2

<⇒Thoả mãn điều kiện.

Vậy S =4 mm.

II. Chiều dày nắp và đáy thiết bị

Nắp và đáy cũng là những bộ phận quan trong của thiết bị, được chế tao

cùng loai vật liệu với thân thiết bị là thép X18H10T. Thiết bị đặt thẳng đứng.

Áp suất trong là P = 540732 > 0,7.105 N/m2 người ta thường dùng nắp elip

có gờ.

~ 40 ~


1. Chiều dày của nắp thiết bị

Áp suất tính toán P=506500 N/m2

Chiều dày của nắp thiết bị được xác định theo công thức:

Trong đó: P : Áp suất trong của thiết bị. hb : chiều cao phần lồi của đáy và nắp , hb= 0,25.Dt=0,25×1=0,25 m [σk] : ứng suất cho phép của thiết bị , [σk] = 146, 7.106(N/m2) φh : hệ số bền của mối hàn hướng tâm, với mối hàn tay bằng hồ quang điện,

vật liệu thép cacbon không gỉ chon φh= 0,95 Cn: Đai lượng bổ sung, Cn = 1,5 ( mm ) k : hệ số không thứ nguyên, chon k = 1

Vì:⇒ Bề dày nắp được tính theo công thức:

=Sn = 0,0019 + Cn ( m )

Xét thấy Sn = 0,00344 + Cn < 10 mm ⇒ tăng thêm 2 mm so với giá trị Cn⇒ Cn = 1,5+2=2,5 mm⇒ Sn = 4,4 mm. Theo quy chuẩn các loai thép tấm ta lấy Sn=5 mm.

Kiểm tra ứng suất của nắp thiết bị theo áp suất thử:

~ 41 ~


Ta có: N/m2

⇒ σ=112,38.106 N/m2⇒Thỏa mãn.

Vậy Sn= 5 mm. Chiều cao gờ h=25mm. (Bảng XIII.11)

hb=0,25.Dt=0,25.1000=250 mm.

2. Chiều dày của đáy thiết bịÁp suất tính toán P= 540732 N/m2.

Vì:⇒ Công thức tính bề dày đáy được tính theo công thức:

= (m).Xét thấy Sd = 0,0021 + Cd < 10 mm → Để đảm bảo độ bền của đáy tăng thêm 2 mm so với giá trị Cd⇒ Cd = 1,5+1=2,5 mm⇒ Sd = 4,6 mm

Quy chuẩn Sd = 5 mmKiểm tra ứng suất của đáy thiết bị theo áp suất thử:

Ta có: N/m2

⇒ σ =121.106 N/m2⇒ Thỏa mãn điều kiện. Vậy Sd=5 mm.

Chiều cao gờ h=25mm. (Bảng XIII.11)

~ 42 ~


hb=0,25.Dt=0,25.1000=250 mm.

III. Đường kính của ống dẫn khí và lỏng.

1. Đường kính ống dẫn vào và dẫn khí ra.

Áp dụng công thức: Trong đó:

V: lưu lượng thể tích khí đi trong ống, m/s

ω: tốc độ trung bình của hơi đi trong ống, m/s

Tai P = 5 atm, ω = 15÷25 m/s. Ta chon ω = 20m/s

d: đường kính ống dẫn, m.⇒ Thay vào công thức tính đường kính ta có đường kính ống dẫn khí là:

Quy chuẩn d= 200 mm.

Ống dẫn khí ra có lưu lượng nhỏ hơn lưu lượng khí vào.⇒ Chon ống dẫn khí ra có đường kính là 230mm.

2. Đường kính ống dẫn lỏng vào và ra

Áp dụng công thức : Trong đó:

V: lưu lượng thể tích nước đi trong ống, m3/s

Theo bảng II.2 [I-370] chất lỏng trong ống đẩy của bơm là

ω= 1,5-2,5 m/s. Chon ω = 2,0 m/s

~ 43 ~


=> Đường kính ống dẫn lỏng vào dd = 100 mm .Chon đường kính ống dẫn lỏng ra là 250mm.

IV. Bích ghép thân, nắp, đáy

1. Bích nối nắp và đáy với thân thiết bị

Để nối thiết bị ( thân, nắp và đáy) ta có thể dùng bích liền kiểu I (hình 8. 2)

chế tao bằng thép không gỉ X18H10T. Dùng bích để nối nắp và đáy với thân

Hình 8. 2. Bích liền kiểu I

Với đường kính của tháp Dt = 1000mm và áp suất tính toán P= 540732 N/m2 , tra bảng XIII.27( Sổ tay 2-423) ta có các thông số của bích như sau:

Py

(N/m2)D Db DI D0 h

Bu longdbulong Z

mm Cái

0,54.106 1140 1090 1060 1013 28 M20 28

2. Bích nối ống dẫn lỏng với thân thiết bị.Ta có đường kính của ống dẫn lỏng là d=110mm.Dựa vào bảng XIII- 32( Sổ tay 2- 434) chon chiều dài ống dẫn lỏng là 175 mm.Dựa vào bảng XIII- 26( Sổ tay 2- 413)Bích nối ống dẫn với thiết bị: ta dùng kiểu bích tự do bằng thép để nối ống dẫn với thiết bị.

~ 44 ~

Ghi chú:D – Đường kính ngoài của bíchDb – Đường kính vòng bu-lôngDI – Đường kính trong của bíchDo – Đường kính quy ước của bíchh – Chiều dày của bíchdb – Đường kính bu-lông


Tra bảng XIII-28( sổ tay 2-425) ta có:

Dy Dn D Db DI h Bu lôngdb Z

mm cái100 108 205 170 148 18 M16 4

3. Bích nối ống hơi với thân thiết bị

Ta có đường kính của ống dẫn hơi là d= 200 mm.Dựa vào bảng XIII- 32( Sổ tay 2- 434) chon chiều dài ống dẫn hơi là 200 mm.Dựa vào bảng XIII- 26( Sổ tay 2- 414)Bích nối ống dẫn với thiết bị: ta dùng kiểu bích tự do bằng thép để nối ống dẫn với thiết bị. Tra bảng XIII-28( sổ tay 2-425) ta có

Dy Dn D Db DI h Bu lôngdb Z

mm cái200 219 290 255 232 20 M16 8

V. Kết cấu đỡ tháp

Thông thường người ta không đặt trực tiếp thiết bị lên bề mặt mà phải có tai

treo hay chân đỡ để đỡ thiết bị. Với thiết bị này ta chon chân đỡ để tháp được ổn

định khi vận hành. Muốn chon được chân đỡ thích hợp ta phải tính trong tải của

tháp. Trong tải của tháp

Ptháp = Pthân + Pđáy, nắp + Pchất lỏng + Pbích + Pđệm (N)

1. Khối lượng thân thiết bịMth = V.ρ = S.H.ρ = (П/4).(Dn

2 – D2t). H.ρ

Trong đó: Mth: khối lượng của thân thiết bị, kg Dn, Dt: đường kính ngoài và trong của thiết bị, m H: chiều cao của tháp, H= 3,5m ρ: khối lượng riêng của thép, ρ = 7,9.103 kg/m3

Mthân =(π /4 ¿.[(Dt+2S)]2 –Dt2].H. ρ

~ 45 ~


→ Mthân = (п/4).[ (1+ 2×0,004)2 – 12 ]×3,5×7,9.103 = 444,2(kg)

2. Khối lượng của đáy và nắp tháp:

Ta có kết cấu của nắp và đáy tương tự nhau:

- Khối lượng của đáy, nắp: S= 5mm; Dt=1000 mm- Đường kính nắp và đáy : 1000 mm.- Chiều cao phần gờ h=25mm.- Theo bảng XIII-10(Sổ tay 2- 384) bề mặt trong của nắp và đáy:

F= 1,16m2.⇒Khối lượng nắp và đáy:⇒Mnắp- đáy =2.F.S. ρ=2.1,16.0,005.7900=91,64 kg.

3. Khối lượng của đệm

Đệm là đệm vòng Rasig đổ lộn xộn: đệm bằng sứ kích thước 30x30x3,5

Tra bảng thông số kỹ thuật IX.8 (Sổ tay 2-193).

ρđệm = 570 kg/m3

Mđệm = Hđệm .(п/4).D2.ρđệm= 1,5×.(п/4)×12×570= 527,4 (Kg)

Khối lượng của chất lỏng:

M l= ρ .

π . D2

4. H

Trong đó: ρ: khối lượng riêng chất lỏng ở 300C D: đường kính tháp, m H: chiều cao tháp trước khi bị nước choán hết, m

Vậy:

4. Khối lượng bích

Áp dụng công thức: M b=

π4

.( Db2−D I

2) .h . ρthep

Trong đó:

ρthep : khối lượng riêng của thép làm bích, ρthep = 7,9.103(kg/m3)

~ 46 ~


Db: đường kính vòng bulong. DI: đường kính trong của bích. h: chiều dài của bích.

Với các bích nối thân với nắp và đáy:

Db=1090 mm, DI=1060mm , h=28mm

⇒Có 4 bích loai một:

Với các bích nối ống dẫn:

Ống dẫn lỏng:

Db=170 mm, DI=148 mm , h= 18mm.

Có 4 bích dẫn lỏng:

Ống dẫn khí:

Db=255 mm, DI=232 mm , h= 20 mm.

Có 4 bích dẫn lỏng:

Khối lượng bích: Σ Mb=11,2+3+5,6=19,8 (kg)⇒ Khối lượng toàn tháp:

M= 444,2+ 91,64 + 2735,6 +19,8= 3291,24 ,Kg.Trong tải toàn tháp:P=M.g=3291,24.9,81= 32287,1 (N).Chon kết cấu đỡ tháp là 4 chân đỡ, được chế tao bằng thép CT3.

~ 47 ~


⇒ Tải trong 1 chân đỡ phải chịu: P’=P/4= 32287,1/4=8071,8 N

Chon tải trong cho phép trên một chân đỡ: 1.104 N.Bảng thông số về chân đỡ:Tải trong cho phép lên bề mặt đỡ(N/m2)

L(mm)

B(mm)

B1(mm)

B2(mm)

H(mm)

h(mm)

s(mm)

l(mm)

d(mm)

320000

210 150 180 245 300 160 14 75 23

VI. Bộ phận phân phối lỏng.

~ 48 ~


Dựa vào bảng thông số bảng thông số của đĩa phân phối lỏng kiểu TCH-III

(Trang 204- Kỹ thuật tách hỗn hợp nhiều cấu tử- Nguyễn Hữu Tùng).

Đường

kính

tháp(mm)D1 D2 D3 h d t

Số

lượng

~ 49 ~


(mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) n

1000 580 660 190 150 45 80 30

~ 50 ~


KẾT LUẬN

Hiệu suất của quá trình hấp thụ khá cao (80%) , nhưng tiêu tốn lượng nước làm dung môi lớn(9000 Nm3/h) . Do đó, về mặt kinh tế chưa đat yêu cầu do tiêu tốn lượng nước lớn. Cần phải khảo sát phương pháp hấp thu SO2 với dung môi khác để xem dung môi đó có đat yêu cầu về hiệu suất xử lý và đat yêu cầu về tính kinh tế không ?

Ưu điểm của quá trình :+ Hoat động tốt trong môi trường ăn mòn .+ Dung môi hấp thu rẻ, dễ tìm .+ Kết cấu đơn giản, vận hành thuận tiện.

Nhược điểm :+ Năng suất xử lý nhỏ .+ Nước hấp thu phải sach , tránh tao cặn trong quá trình hấp thụ làm

tắc dòng khí và dòng lỏng.

Trên đây là toàn bộ tính toán của em về tháp đệm với các điều kiện cho

trước. Một lần nữa em xin cảm!

~ 51 ~


TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. TS Trần Xoa, PGS.TS Nguyễn Trọng Khuông, TS Phạm Xuân Toản- Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa tập 1- NXB KHKT Hà Nội

2. TS Trần Xoa, PGS.TS Nguyễn Trọng Khuông, TS Phạm Xuân Toản- Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa tập 2- NXB KHKT Hà Nội.

3. GS.TSKH Nguyễn Bin- Cơ sở các quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 4- NXB KHKT Hà Nội.

4. Nguyễn Hữu Tùng- Kỹ thuật tách hỗn hợp nhiều cấu tử- Nhà xuất bản Bách Khoa Hà Nội.

5. Hồ Lê Viên- Tính toán, thiết kế các chi tiết thiết bị hóa chất và dầu khí-

Nhà xuất bản khoa hoc và kỹ thuật.

~ 52 ~

Documents

Đồ án_Các quá trình cơ bản trong Công nghệ Môi trường.docx