Noi dung Do An

Xử lý SO2 bằng phương pháp hấp thụ dùng tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền – Nguyễn Thái Bình Hạnh – Lớp KTMT K53

MỤC LỤCMỞ ĐẦU.........................................................................................................................2

I. Giới thiệu về khí SO2...........................................................................................2

II. Giới thiệu về phương pháp hấp thụ. Tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền........3

III. Sơ đồ công nghệ :..............................................................................................4

A. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THÁP HẤP THỤ........................................................5

I. Phương trình cân bằng vật chất.........................................................................5

II. Tính đường kính, chiều cao, trở lực của tháp hấp thụ :...............................7

III. Tính toán mô phỏng :.....................................................................................18

B. TÍNH TOÁN CƠ KHÍ THÁP..............................................................................19

I. Vật liệu chế tạo...................................................................................................19

II. Chiều dày thân thiết bị...................................................................................20

III. Đáy và nắp thiết bị..........................................................................................22

IV. Mặt bích...........................................................................................................24

V. Chân đỡ...............................................................................................................28

C. THIẾT KẾ CÁC THIẾT BỊ PHỤ.......................................................................31

I. Bơm.....................................................................................................................31

II. Quạt.................................................................................................................35

KẾT LUẬN...................................................................................................................39

TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................40

1 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường, ĐHBKHN - ĐT: 0438681686 - Fax: 0438693551


MỞ ĐẦU

Ô nhiễm không khí do khí thải từ các hoạt động sản xuất công nghiệp là vấn đề mới được quan tâm trong những năm gần đây và đang trở nên rất đáng lo ngại. Phần lớn các nhà máy, xí nghiệp hoạt động bằng các dây chuyền công nghệ kiểu cũ, chưa được trang bị các hệ thống xử lý bụi và khí độc hại, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng không khí xung quanh.

Từ đó đặt ra vấn đề phải thiết kế các hệ thống xử lý khí thải của các nhà máy trước khi thải ra môi trường. Đồ án môn học “Quá trình thiết bị trong công nghệ môi trường” sẽ giải quyết bài toán xử lý khí SO2 – một loại khí thải độc hại trong công nghiệp, bằng phương pháp hấp thụ.

I. Giới thiệu về khí SO 2

Tên thông thường : Lưu huỳnh Dioxit ( Anhidrit Sunfuro)

Công thức hóa học : SO2

Phân tử gam : 64,054 g mol-1

Là một chất khí không màu, có mùi hăng cay khi nồng độ trong khí quyển là 1ppm[1-73]

Điểm nóng chảy : -72,4°C (200.75°K)

Điểm sôi : -10°C (263°K)

Độ hòa tan trong nước : 9,4g/100ml (ở 25°C)

SO2 là một ôxit axit, tan trong nước tạo thành dung dịch axit yếu H2SO3

SO2 + H2O --> H2SO3

SO2 là chất khử khi tác dụng một chất oxi hóa mạnh

SO2 + 2KMnO4 + 2H2O --> K2SO4 + 2MnSO4 + 2 H2SO4

SO2 là chất oxi hóa khi tác dụng với chất khử mạnh hơn



SO2 + 2H2S -> 3S + 2H2O

SO2 là một chất khí gây ô nhiễm khá điển hình . Nó sinh ra chủ yếu từ quá trình đốt cháy các nhiên liệu có chứa lưu huỳnh, ngoài ra còn có các quá trình tinh chế dầu mỏ, luyện kim, tinh luyện quặng đồng, sản xuất xi măng và giao thông vận tải. Nó là một trong những chất gây ra mưa axit ăn mòn các công trình, phá hoại cây cối, biến đất đai thành vùng hoang mạc . Khí SO2 gây bệnh cho người như viêm phổi, mắt, da.

II. Giới thiệu về phương pháp hấp thụ. Tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền

1. Giới thiệu về hấp thụ :

Hấp thụ là quá trình hút khí bằng chất lỏng, dùng để thu hồi các cấu tử quý, làm sạch khí hoặc tách hỗn hợp khí thành từng cấu tử riêng biệt. Khí được hút gọi là chất bị hấp thụ, chất lỏng để hút là dung môi còn khí không bị hấp thụ gọi là khí trơ.

Quá trình hấp thụ được chia thành 2 loại :

Hấp thụ vật lý : là quá trình thuận nghịch bao gồm hấp thụ và nhả hấp thụ

Hấp thụ hóa học : là quá trình không thuận nghịch

Quá trình hấp thụ phụ thuộc vào dung môi hấp thụ nên việc lựa chọn dung môi là rất quan trọng. Nước(H2O) là dung môi được chọn để giải quyết bài toán hấp thụ SO2 trong hỗn hợp khí thải đặt ra trong bài toán này.

2. Giới thiệu về tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền :

Tháp đĩa là loại tháp được ứng dụng nhiều trong công nghệ hóa chất và thực phẩm. Tháp đĩa được phân thành nhiều loại theo kết cấu của đĩa và sự vận chuyển của chất lỏng qua lỗ đĩa hoặc theo ống chảy chuyền giữa các đĩa.

Loại tháp được sử dụng trong đồ án này là tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền. Tháp hình trụ, bên trong có nhiều đĩa, có lỗ tròn hoặc rãnh. Chất lỏng chảy từ trên xuống qua các ống chảy chuyền, khí đi từ dưới lên qua các lỗ hoặc rãnh đĩa.

Tổng tiết diện của lỗ hoặc rãnh chiếm từ 8÷15% tiết diện tháp.



Đường kính lỗ từ 3÷8mm

Đĩa được lắp cân bằng, cũng có thể lắp xiên một góc với độ dốc 1/45÷1/50[2-178]

III. Sơ đồ công nghệ :

Hình 1 : Sơ đồ hệ thống hấp thụ xử lý SO2

Chú thích : 1. Thùng chứa khí; 2. Quạt thổi khí; 3. Bể chứa nước; 4. Bơm; 5. Tháp hấp thụ SO2; 6. Van tiêu chuẩn; 7. Bể chứa dung dịch sau hấp thụ.

Thuyết minh công nghệ :

Hỗn hợp khí cần xử lý SO2 – không khí được quạt thổi khí đưa vào đáy tháp, trên đường dẫn khí vào tháp có lắp van an toàn, van điều chỉnh để điều chỉnh lưu lượng phù hợp yêu cầu.



Nước từ bể chứa được bơm ly tâm bơm lên trên đỉnh tháp. Trên đường ống dẫn lỏng có van điều chỉnh như ống dẫn khí.

Khí SO2 sau khi được xử lý đi lên nắp tháp và ra ngoài qua cửa thoát khí ở nắp.

Nước hấp thụ SO2 đi qua cửa tháo lỏng ở đáy tháp rồi được đưa đến hệ thống nhả hấp thụ.

A. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THÁP HẤP THỤ

I. Phương trình cân bằng vật chất Nồng độ khí thải đi vào tháp (theo đề bài) : Yđ = 0,1 kmol/kmol khí trơ

Lượng khí trơ :

Ta có lượng hỗn hợp khí đi vào tháp hấp thụ được tính như sau :

Gy = Gtrơ + GSO2 = Gtrơ + Gtrơ.Yđ

Mà Gy = 15000 Nm3/h → Gy = 1500024,5 = 612,2449 (kmol/h)

→ Gtrơ = G y1+Y đ = 612,2449

1+0,1 = 556,5863(kmol/h)

Lượng SO2 bị hấp thụ vào pha lỏng :GSO2 = ŋ. Yđ. Gtrơ = 0,85. 0,1. 556,5863 = 47,3098(kmol/h) Nồng độ SO2 trong pha khí tại đỉnh tháp :Yc = (1 – ŋ).Yđ = (1 – 0,85). 0,1 = 0,015 (kmol/kmol khí trơ) Phương trình cân bằng vật chất cho toàn tháp hấp thụ :Gtrơ. Yđ + Gx. Xđ = Gtrơ. Yc + Gx. Xc

↔ Gtrơ. (Yđ – Yc) = Gx. (Xc – Xđ)

→ Gx = Gtrơ. Y đ−Y cX c−X đ

Phương trình đường cân bằng :

y* = mx = ❑SO2

P .x


Gy, Yc

Gy, Yđ

Gx, Xđ

Gx, Xc


Với 𝛹 : hằng số HenryỞ 25°C ta có 𝛹SO2 = 0,031. 106 mmHg = 40,7895 at [3-139]

→ y* = m.x = 40,78951 . x = 40,7895.x

Y* = mX

1+ (1−m ) X = 40,7895 X

1+ (1−40,7895 )X = 40,7895 X1−39,7895 X

0 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 0.001 0.0012 0.0014 0.0016 0.0018 0.0020

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

Đồ thị đường cân bằng Y*=f(X)

Nồng độ SO2 trong pha lỏng X

Nồn

g độ

SO

2 câ

n bằ

ng tr

ong

pha

khí

Y*

- Nồng độ tối đa SO2 trong pha lỏng :

Xcmax khi B≡B0

Tại B0 ta có : Y*c=Yđ=0,1 kmol/kmol khí trơ

→ 40,7895 X1−39,7895 X = 0,1

→ Xcmax = Y đ40,7895+39,7895. Y đ

= 0,140,7895+39,7895.0,1 = 0,0022

- Tính lượng dung môi tối thiểu :6 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường, ĐHBKHN - ĐT: 0438681686 - Fax: 0438693551

Yđ

Yc

B0B

αmin

Xđ Xc


Gmin khi B ≡ B0. Lúc đó:

tgαmin = Y đ−YcXcmax−X đ = 0,1−0,015

0,0022−0 = 38,6364

Gmin = Gtrơ. tgαmin = 556,6863. 38,6364 = 21508,3546(kmol/h)- Lượng dung môi thực tế thường lớn hơn Gmin 20%

→ Gx = 1,2. Gmin = 1,2. 21508,3546 = 25810,0255 (kmol/h) Phương trình đường làm việc :

- Nồng độ cấu tử hấp thụ trong pha lỏng khi ra khỏi tháp :

Xc = GSO2

GX = 47,3098

25810,0255 = 0,0018 (kmol SO2/kmol H2O)

- Phương trình đường làm việc :

Y = GX

Gtr ơ. X+Y c−

GX

Gtr ơ. X đ

[3-140]

= 25810,0255556,6863 .X + 0,015

= 46,3637.X + 0,015

0 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 0.001 0.0012 0.0014 0.0016 0.0018 0.0020

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

Nồng độ SO2 trong pha lỏng

Nồn

g độ

SO

2 tr

ong

pha

khí

II. Tính đường kính, chiều cao, trở lực của tháp hấp thụ : 1. Tính đường kính của tháp :

Công thức tính đường kính tháp hấp thụ :



D = √ 4.V tb

π .3600 .❑tb (m) [3-181]

Trong đó :

Vtb : lượng hơi (khí) trung bình đi trong tháp, m3/h

𝝎tb : Tốc độ hơi (khí) trung bình đi trong tháp, m/s

Lượng khí trung bình đi trong tháp hấp thụ Vtb :- Lưu lượng thể tích khí đi vào tháp :

Vvào = G y . Mtb

❑tb

Mtb : khối lượng mol trung bình pha khí, kmol/kg𝝆tb : khối lượng riêng trung bình pha khí𝝆tb = Mtb. PR .T =

Mtb. P .T 022,4. T . P 0

→ Vvào = G y . Mtb

❑tb =

G y . M ytb

M ytb. P .T 0

22.4 .T .P0

= G y .22 .4 . T . P0

P .T 0

=612,2449.22,4 . (273+25 ) .11.273 = 14970,1727 (m3/h)

- Lưu lượng thể tích khí đi ra khỏi tháp :Vra = Vtrơ + VSO2 còn lại

=Gtr ơ .22 .4 . T . P0

P . T0 +

GSO2 .22 .4 . T . P0

P . T0

= Gtrơ (1+Yc)22.4 .T . P0

P . T 0

= 556,6863. (1+0,015). 22,4. (273+25 ) .11.273

= 13815,8691 (m3/h)- Lưu lượng khí trung bình đi trong tháp hấp thụ :

Vtb = Vv à o+Vra2 = 14970,1727+13815,8691

2 = 14393,0209(m3/h)

Tốc độ khí trung bình đi trong tháp :



Đối với tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền làm việc đều đặn, công thức tính tốc độ hơi (khí) trung bình đi trong tháp như sau :𝝎gh = 0,05√ ρx

ρy [3-186]

Trong đó :𝝎gh : tốc độ giới hạn trên, m/s

𝝆x, 𝝆y : khối lượng riêng của lỏng và hơi, kg/m3

- Pha khí :

ytb =❑y đ+❑yc

2Khối lượng riêng hỗn hợp khí ở đầu vào :

𝝆yđ = Y đ . M SO2+(1−Y đ ) . M kk

22,4. TT0

= 0,1.64,06+(1−0,1 ) .29

22,4. 273+25273

= 1,3294 (kg/m3)Khối lượng riêng hỗn hợp khí ở đầu ra

𝝆yc = Y c . M SO 2+(1−Y c) . M kk

22,4. TT0

= 0,015.64,06+(1−0,015 ) .29

22,4. 273+25273

= 1,2075 (kg/m3)

→ 𝝆y = ❑y đ+❑yc

2 = 1,3294+1,2075

2 = 1,26845 (kg/m3)

- Pha lỏng :1

ρxtb=

atb1

ρtb 1+

1−a tb1

ρtb 2

[3-183]

Trong đó :𝝆xtb : khối lượng riêng trung bình của lỏng, kg/m3


MSO2 = 64,06 [4-13]


𝝆tb1, 𝝆tb2 : khối lượng riêng trung bình của cấu tử 1 và 2 của pha lỏng lấy theo nhiệt độ trung bình, kg/m3

atb1 : phần khối lượng trung bình của cấu tử 1 trong pha lỏngKhối lượng riêng hỗn hợp pha lỏng ở đầu vào :𝝆xđ = 𝝆H2O = 997,08 kg/m3 [4-11]

Khối lượng riêng hỗn hợp pha lỏng ở đầu ra :1ρxc=

xc

ρSO 2 (298 K )+(1−x¿¿c)ρH 2 O (298 K )

¿

xc = Xc1+Xc = 0,0018

1+0,0018 = 0,0018(kmol/kmol khí)

Nồng độ phần khối lượng :

ac = xc .M SO2

xc .M SO2+(1−xc ). M H 2O

= 0,0018.64,06

0,0018.64,06+(1−0,0018 ) .18

= 0,0064 (kg SO2/ kg hỗn hợp lỏng)Tra bảng I.2 [4-9] ta có :𝝆SO2 (20°C) = 1383 kg/m3𝝆SO2 (40°C) = 1327 kg/m3

Dùng phép nội suy ta có : ρSO 2 (20 °C)−ρSO 2(25 °C)

20−25 =

ρSO 2 (25 °C)− ρSO 2(40 ° C)

25−40

↔ 1383−ρ SO2(25 ° C)−5 = ρ SO 2 (25° C )−1327

−15

→ 𝝆SO2 (25°C) = 1369 kg/m3

→ 1

ρxc = 0,0064

1369 + 1−0,0064997,08 = 0,001

→ 𝝆xc = 998,8166 (kg/m3)𝝆xtb = ❑x đ+❑xc

2 = 997,08+998,8166

2 = 997,9483 (kg/m3)

→ 𝝎gh = 0,05√ ρxρy

= 0,05√ 997,94831,26845

= 1,4024 (m/s)

Để tránh tạo bọt ta chọn vận tốc làm việc 90%.


O

A

B

h

Lc

hc

dlỗ

Hđ H


→ 𝝎y = 90%. 𝝎gh = 1,2622 (m/s)→ Đường kính tháp :

D = √ 4.14393,0209π .3600 .1,2622

= 2,01 (m). Quy chuẩn D = 2,0 (m)

Tính lại vận tốc khí đi trong tháp : y = 4.V tb

π .3600 . D2 = 4.14393,0209

π .3600 . 22 =

1,2733(m/s) Thiết kế sơ bộ đĩa

- Đường kính trong của tháp : D = 2,0 m

- Diện tích tiết diện ngang của đĩa : F = . D2

4 = 3,14 m2

- Diện tích phần chảy chuyền lỏng chiếm 15% diện tích đĩa → Diện tích dành cho chảy chuyền : Fch = 0,15.F = 0,15.3,14 = 0,471 m2

Đường kính ống chảy chuyền chọn là d = 0,2 m- Diện tích thực của đĩa : Ft = F – Fch = 3,14 – 0,471 = 2,669 m2

- Chiều dài ngưỡng chảy tràn Lc :Gọi no là góc chắn ở tâm bởi Lc

Ta có :



FAOB =2 . S∆ OAH=2 .(12 .OH . AH ) ¿2.( 1

2. D

2.sin α

2. D

2.cos α

2)

= D2

8 . sinα = F2 π . sinα

Fquạt = F . α360

Fch= Fquạt -FAOB = F . α360

−¿ F2 π . sinα

Hay: 0,15.F = F . α360 - F

2 π . sinα π . no

360o−sin no/2=0,15. π

Tính được no = 44º6”Suy ra : Lc = D . sin(no/2) = 2. sin(44º6”/2)= 1,392 (m).

- Chọn chiều cao ngưỡng chảy tràn hc = 50 mm- Đường kính lỗ dlỗ : Đối với chất lỏng sạch, đường kính lỗ từ 2÷6 mm[2-180]

Chọn đường kính lỗ dlỗ = 4 mm = 0,004 m.

- Tổng diện tích sơ bộ lỗ chiếm 10% diện tích mâm :Flỗ = 0,1. 3,14 = 0,314 m2

+ Số lỗ trên 1 đĩa : Gọi n là số lỗ trên 1 đĩa. Với bước lỗ là 19mm.Ta có :

-Σ F l ỗ

Fđĩ a=Ftd⟹n . F1 l ỗ=Fđ i N a Ftd⟹n=

Fđĩ a . F td

F1 l ỗ⟹n=¿

2. Tính trở lực tháp hấp thụ :a) Tính trở lực của một đĩa : Trở lực của đĩa khô ∆ Pk :

∆ P k=ρy . ωo

2

2 ,N/m2 [3-194]

- Hệ số trở lực, Chọn đĩa có tiết diện tự do của lỗ bằng 10% = 1.82

ytb – khối lượng riêng trung bình của pha hơi, ytb = 1,26845 kg/m3



o – tốc độ hơi qua lỗ, o = ωy

10 % = 1,2733

10 % = 12,733 m/s

Pk = ρ y .ωo2

2 = 1,82 . 1,26845.12,7332

2 = 187,1441 (N/m2)

Trở lực do sức căng bề mặt ∆ P s:

∆ P s=4σ

1,3 dl ỗ+0,08 d l ỗ2 , N /m2

[3-194]

- : sức căng bề mặt của dung dịch trên đĩa ,N/m2

1σ= 1

σ SO2+ 1

σn

Trong đó SO2, n lần lượt là sức căng bề mặt của SO2 lỏng và nước

Ở 25oC:

SO2 = 21,725.10-3N/m3 (nội suy) [4-301]

n = 72.10-3 N/m3 (nội suy) [4-301]

1σ= 1

21,725.10−3+1

72.10−3 →σ = 0,0167 N/m3

- dlỗ - đường kính lỗ, dlỗ = 0,004 m

Ps = 4.σ

1,3 dl ỗ+0,08 d l ỗ2 =

4. 0,01671,3.0,004+0,08. 0,0042=¿12,843N /m2

Trở lực thủy tĩnh do đĩa tạo ra :

∆ Pt=1,3(K . hc+3√K .( G x

m Lc )2) . g . ρ x ,N /m2 [3-194]

- hc : chiều cao ống chảy chuyền nhô lên khỏi bề mặt đĩaChọn hc = 50mm = 0,05 m

- Gxm : lưu lượng lỏng ,kg/s

Nồng độ mol trung bình pha lỏng:



xtb = xđ+xc

2 =0+0.0018

2 = 0,0009 kmol SO2/kmol hỗn hợp

Khối lượng phân tử trung bình hốn hợp lỏng:M xtb

Mtb = xtb.MSO2 + (1 – xtb).MH2O = 0,0009.64,06+(1-0,0009).18 = 18,0415 kg/kmol

Lưu lượng khối lượng pha lỏng:

Gxmtb = G xtb . M xtb= 25810,0255 .18,0415= 465651,5751 kg/h 129,3477 kg/s

- Lc – Chiều dài ống chảy tràn , Lc = 0,4669m- m – Hệ số lưu lượng qua ống chảy tràn

Với Gxmtb

Lc. ρtb = 465651,57510,4669 .997,9483 = 999,3766 5m3 /m.h thì m = 10000

- x : Khối lượng riêng của lỏng, x = 997,9483 kg/m3

- K : tỷ số giữa khối lượng riêng của bọt và khối lượng riêng của lỏng không bọt. (Khi tính toán chấp nhận K = 0.5)

∆ Pt=1,3[0,5 .0,05+ 3√0,5 .( 129,347710000 . 0,4669 )

2] .9,81 .997,9483= 1153,0485 N /m2

Tổng trở lực của một đĩa :∆ Pđ=∆ Pk+∆ P s+∆ Pt [3-192]

Thay các giá trị đã tính được ở trên vào công thức, ta được:∆ Pđ = 187,1441 + 12,843 + 1153,0485 = 1353,0356 (N/m2)

b) Xác định số đĩa thực tế : Tính hệ số chuyển khối :

K y=1

1β y+ m

βx

[3-162]

β y= 3,03. 10−4 .y0,76 Px = 3,03. 10−4❑y

0,76(Pđ−P k)

= 3,03. 10−4 . 1,27330,76(1353,0356−187,1441) = 0,4245(kmol

m2 skmolkmol

) [3-164]



βx= 33,7.10−4 . ∆ Px1,95. ω y−0,41 =

33,7.10−4 .(1353,0356−187,1441)1,95.1,2733−0,41 = 1,8954(

kmolm2 skmol

kmol)

[3-164]

K y=1

1β y+ m

βx

=1

10,4245

+ 40,78951,8954

= 0,0419 (kmol/m2.s)

Tính số đơn vị chuyển khối :

Do đường cân bằng có dạng đường thẳng, do đó ta có thể xác định myT theo công thức

myT = Ky . f¿Gy [3-173]

Với: t – nhiệt độ làm việc của tháp, t=25oC

Po, P áp suất ở điều liện 0oC và áp suất làm việc

Đối với tháp đĩa có ống chảy chuyền, f =F - m.fch=3,14 – 1.0,0314 = 3,1086 m2

Gy = 612,2449 kmol/h = 0,1701 kmol/s

myT =0,0419.3,10860,1701 = 0,765728042

CyT =em yT=e0,765728042 = 2,150559503

Đường kính tháp D=2,0 m nên phải tính đến lượng chất lỏng bị bắn từ đĩa dưới lên đĩa trên U.

Ta có :

U = (A ωy2 -1 )2.B

kgchất lỏngkg hơi(khí )

[3-174]

A = K k2. ρy

2 g .h 1.ρx

B = 0,2.√hc . h1ρy . ωy



Vận tốc khí đi trong tháp : y = 1,2733 m/s

Chiều cao khoảng phân ly : h1 = Hđ - hc

Trong đó khoảng cách giữa các đĩa Hđ

Chọn đĩa làm bằng thép với đường kính tháp D = 2 m. Tra bảng IX.4a [3-169] ta được Hđ

= 0,5

Chiều cao cửa tràn hc = 50mm = 0,05m

→ h1 = 0,45 m

Kk = 80/Ψ – hệ số phụ thuộc kết cấu của đĩa

Chọn 𝛹 = 0,85 với tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền → Kk = 80/0,85 = 94,1176

→ A = 1,2753

→ B = 0,0189

→ U = 0,0215 (kg chất lỏng/kg khí)

→ U’= U.30,4/18,129 = 0,0361 (kmol lỏng/kmol khí)

Ta có Y’n = Yn+U ' . xn1+U '

ΔYn = Yn – Y’n

Vẽ đường cong động học :

X Y Y* Y’ ΔY AC=Y-Y* BC=AC/Cy AB=AC-BC OB=Y-AB+ΔY

0 0,015 0 0,014485816 0,000514184 0,015 0,006974929 0,008025071 0,007489113

0,0002 0,0242727 0,00822334 0,023447548 0,000825188 0,016049395 0,007462892 0,008586503 0,016511385

0,0004 0,0335455 0,01657968 0,032409281 0,001136192 0,016965793 0,007889013 0,00907678 0,025604912

0,0006 0,0428182 0,02507227 0,041371013 0,001447195 0,01774594 0,008251778 0,009494162 0,034771233

0,0008 0,052091 0,03370447 0,050332745 0,001758199 0,018386477 0,008549624 0,009836853 0,044012346



0,001 0,0613637 0,04247975 0,059294477 0,002069203 0,018883932 0,008780939 0,010102993 0,05332991

0,0012 0,0706364 0,0514017 0,06825621 0,002380206 0,019234719 0,008944053 0,010290666 0,06272594

0,0014 0,0799092 0,06047402 0,077217942 0,00269121 0,019435128 0,009037242 0,010397886 0,072202524

0,0016 0,0891819 0,06970056 0,086179674 0,003313218 0,019481327 0,009058724 0,010424087 0,082071031

0,0018 0,0984547 0,07908527 0,095141406 0,003364535 0,01936935 0,009006693 0,010362657 0,091456578

Ta có đồ thị đường cong động học như sau :

Từ đồ thị ta có 11 bậc nằm giữa đường cong phụ và đường làm việc. Đây là số đĩa thực tế của tháp → Ntt = 11

c) Trở lực của toàn tháp :

Trở lực của tháp đĩa có ống chảy chuyền được tính bằng công thức:

∆ P=N tt . ∆ Pđ (N/m2) [3-192]

Trong đó: N tt : số đĩa thực tế của tháp17 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường, ĐHBKHN - ĐT: 0438681686 - Fax: 0438693551


∆ Pđ :Tổng trở lực của một đĩa

Trở lực của tháp:

∆ P=N tt . ∆ Pđ =11. 1353,0356 = 14883,3916 ( N /m2)

3. Tính chiều cao tháp hấp thụ :

Chiều cao của tháp đĩa được xác định bằng công thức:

H=N tt . (H đ+δ )+ (0,8 ÷ 1 ) ,m [3-169]

Trong đó:

Hđ : khoảng cách giữa các đĩa.

Chọn đĩa làm bằng thép với đường kính tháp D = 2,0 m. Tra bảng IX.4a [3-169] ta được Hđ = 0,5 m.

: bề dày của đĩa. Chọn = 0,005m 0,8 ÷ 1 : Khoảng cách cho phép giữa đỉnh và đáy thiết bị.

Chọn khoảng cách này là 0,8 m

Thay vào công thức trên ta được chiều cao của tháp:

H = 11.(0,5 + 0,005) + 0,8 = 6,355 (m)

III. Tính toán mô phỏng :

Thay đổi hệ số để tìm giá trị tìm lượng dung môi thích hợp và tính toán lại các thông số đường kính, chiều cao, trở lực:

Ở phần trên ta đã tính được lượng dung môi tối thiểu đối với quá trình hấp thụ NH3 bằng nước Gxmin = 21508,3546 kmol/h

Thực tế thì lượng dung môi cần dung luôn lớn hơn lượng dung môi tối thiểu:

Gx = .Gxmin , Với = (1.2 2)



Chọn một số giá trị và tính toán lại đường kính và chiều cao ứng với lượng dung môi Gx = .Gxmin với các bước tương tự như trên. Ta lập được bảng sau:

β Gx D Ntt H V ΔP

1,2 25810 2,0 11 6,4 7,2459 15872,01326

1,3 27961 2,0 10 4,6 5,1998 14934,86476

1,4 30112 2,0 9 4,2 4,7929 13885,05203

1,5 32263 2,0 8 3,9 4,3860 12727,37523

1,6 34413 2,0 7 3,5 3,9790 11466,02338

1,7 36565 2,0 6 3,2 3,5721 10104,69001

1,8 38715 2,0 6 3,2 3,5721 10375,99305

1,9 40866 2,0 5 2,8 3,1651 8868,60239

2,0 43017 2,0 5 2,8 3,1651 9086,687702

Tỷ lệ giữa chiều cao và đường kính của tháp hấp thụ thường lớn hơn 3,dựa vào bảng mô phỏng áp suất ta chọn P = 1at, D = 2m, H = 6,4 m.

Như vậy, khi tăng lượng dung môi, giữ nguyên áp suất và nhiệt độ thì :

- Đường kính tháp không thay đổi- Chiều cao tháp giảm- Trở lực tháp tăng

Ta có các giá trị :

- Lưu lượng dung môi vào tháp : 25810,0255 kmol/h- Khối lượng riêng trung bình chất lỏng : 997,9483 kg/m3

B. TÍNH TOÁN CƠ KHÍ THÁP



I. Vật liệu chế tạo

Các yếu tố cần xem xét để lựa chọn vật liệu chế tạo :

- Môi trường làm việc : Anhidrit Sunfuro SO2

- Nhiệt độ làm việc : nhiệt độ thường- Áp suất làm việc : áp suất thường- Tính kinh tế- Tính thông dụng

Theo bảng XII.24[34-325] ta chọn vật liệu chế tạo là CT3.

II. Chiều dày thân thiết bị

Thân tháp hình trụ, được chế tạo bằng cách cuốn tấm vật liệu với kích thước đã định sau đó hàn ghép nối. Chọn phương pháp hàn hồ quang tay.

Ứng suất cho phép của thép CT3 khi kéo: [σ K ]=σk

t

nb. η

Ứng suất cho phép của thép CT3 khi chảy: [σ c ]=σc

t

nc. η

Trong đó:

- σ kt , σ c

t : giới hẹn bền khi kéo và giới hạn bền chảy – K = 380.106 N/m2, ch = 240.106 N/m2 [3-309]

- nb : Hệ số an toàn theo giới hạn bền khi kéo. Tra bảng XIII.3[3-356] – ta được nb = 2,6; nc = 1,5

- : Hệ số điều chỉnh. Tra bảng XIII.2[3-356] – Ta được = 1

[σ K ]=380 .106

2,6.1 = 146,1538.106

(N/m2)

[c] = 240.106

1,5 . 1 = 160.106 (N/m2)

Chọn giá trị = 146,1538.106 là giá trị bé hơn trong hai giá trị này để tính toán tiếp.



Thân hình trụ chịu áp suất trong:

Chiều dày của thân hình trụ làm việc chịu áp suất trong p được xác định theo công thức sau

S = Dt . p

2 [σ ]φ+ p + C ,m (II.1) [3-360]

Trong đó: Dt - Đường kính trong - Hệ số bền của thành hình trụ theo phương dọc. Độ bền này phụ thuộc

vào dạng mối hàn và vật liệu. Với thép CT3 và dùng phương pháp hàn hồ quang bằng tay thì độ bền mối hàn h đối với thép CT3 khi hàn giáp mối 2 bên là h =0,95[3-362]

C – số bổ sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai về chiều dày,m P – Áp suất trong thiết bị, N/m2. Trong môi trường là hỗn hợp hơi khí –

lỏng thì áp suất làm việc bằng tổng áp suất pmt hơi (khí) và áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng.

Áp suất môi trường làm việc: pmt = 1at = 105 N/m2

Áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng:Pl=g . ρl . H l ,N/m2

H1 – chiều cao cột chất lỏng

l – Khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m3

g – Gia tốc trọng trường, g = 9,81m/s2

Chọn điều kiện áp suất lớn nhất sao cho tháp làm việc ở điều kiện nguy hiểm nhất mà vẫn an toàn: Hl = 6,4 m

Pl=9,81.997,9483.6,4=¿62655,1861 (N/m2)

Áp suất trong thiết bị: P = Pmt + Pl = 105 + 62655,1861 = 1,6266.105 N/m2

Xét biểu thức: [σk ]Pt

.φh = 146,1538.106

1,6266.105 .0,95= 898,5233 >50, do đó có thể bỏ qua đại

lượng P ở mẫu của công thức II.1.

Suy ra bề dày của thân thiết bị



S = Dt . p2 [σ ]φ +C = 2.1,6266 .105

2.146,1538 . 106 .0,95 + C = 0,0012 + C (m)

Với C là hệ số bổ sung ăn mòn, bào mòn và dung sai bề dày:

C = C1 + C2 + C3

- C1 : Hệ số bổ sung do ăn mòn. Chọn C1 = 1 mm ( Thép bền vừa, tốc độ ăn mòn 0,1 mm/năm. Thời gian làm việc 15 năm)

- C2 = 0 – do chỉ tính trong trường hợp nguyên liệu có chứa các hạt rắn.- C3 = 0,4 mm. Tra bảng XIII.9[3-364]

C = 1 + 0 + 0,4 = 1,4 (mm)

Bề dày thân thiết bị: S = 1,2 + 1,4 = 2,6 (mm)

Chọn chiều dày thiết bị S = 3 mm

Kiểm tra ứng suất của thành theo áp suất thử (dùng nước):

Áp suất thử tính toán Po được xác định theo công thức:

Po = pth + pl

- Pth – Áp suất thủy lực lấy theo bảng XIII.5[3-358], N/m2

Pth = 1,5 Plv = 1,5 at

- Pl – Áp suất thủy tĩnh của nước.Pl = glH = 9,81.997,08.6,4 = 0,626.105 ,N/m2

Po = pth + pl = 1,5.105 + 0,626.105 = 2,126.105 N/m2

Ứng suất thử ở thân thiết bị theo ứng suất thử tính toán được tính theo công thức:

σ = [Dt+(S−C) ]Po

2(S−C)φ σc

1,2 ,N/m2 [3-365]

Thay các giá trị trong công thức ta tính được :

σ = [2+ (3−2,6 ) . 10−3 ] .2,126 . 105

2 (3−2,6 ) . 10−3 .0,95 = 559,5856.106 > 240.106

1,2 = 200.106 N/m2



Chọn lại S = 4 mm. Tính lại như trên ta có σ = 106,6783 N/m2 thỏa mãn. Vậy S = 4mm

III. Đáy và nắp thiết bị Áp suất làm việc trong thiết bị là 2,126.105 N/m2 > 7.104 N/m2, thiết bị thẳng đứng

nên chọn đáy và nắp elip có gờ.

Với tháp có đường kính Dt = 2000mm, tra bảng XIII.10[3-382] ta có :

- Chiều cao gờ : h = 40mm- Bề mặt trong F = 4,6 m2

Chiều dày S được tính theo công thức:

S = Dt . p

3,8. [ơ k ] . k . φh−p.

Dt

2hb + C ,m [3-385]

Trong đó:

- hb – Chiều cao phần lồi của đáy. Tra theo bảng XIII.10[3-382], ứng với đường kính Dt = 2 m được hb= 500mm = 0,5m

- h – Hệ số bền của mối hàn hướng tâm. Tra bảng XIII.8[3-362], h = 0,95- k – Hệ số không thứ nguyên- C – Đại lượng bổ sung, được tính theo công thức XIII.17

Tính hệ số k theo công thức: k = 1 - dDt

Với d là đường kính lớn nhất của lỗ không tăng cứng. Chọn d = 0,3m

k = 1 - dDt

= 1 - 0,32,0 = 0,85

Xét biểu thức: [σ ]P . k .φh= 106,6783.106

2,126.105 .0,85 .0,95 = 405,1869 30. Có thể bỏ đại lượng

p trong công thức tính S.

Vậy chiều dày nắp :

S = Dt . p

3,8. [ơ k ] . k . φh.

Dt

2hb + C ,m



S = 2.1,6266 .105

3,8. [146,1538. 106 ] .0,85 .0,95. 2

2.0,5 + C = 0,0015 +C (m)

Do S – C = 1,5 mm < 10 mm nên phải tăng đại lượng bổ sung C thêm 2mm

C = 2,6 +2 = 4,6 mm

S = 1,5 + 4,6 = 6,1 mm

Chọn S = 6 mm.

Kiểm tra ứng suất thành của nắp thiết bị theo áp suất thử thủy lực bằng công thức XIII.49[3-386]:

= [Dt2+2hb (S−C ) ]Po

7,6. k . φk . hb (S−C ) =

[22+2.0,5. (6−4,6 ). 10−3 ] .2,126 .105

7,6.0,85 .0,95.0,5 (6−4,6 ) .10−3 = 198,026.106 N/m2

Thỏa mãn điều kiện nhỏ hơn σc1,2 = 240.106

1,2 = 200.106 N/m2

Vậy bề dày nắp S =6 mm

IV. Mặt bích

Mặt bích là bộ phận quan trọng để nối các phần của thiết bị, cũng như nối các phần khác với thiết bị. Do thiết bị làm việc ở áp suất thường và sử dụng phương pháp hàn đứng nên ta chọn bích liền.

1. Bích nối nắp với đáy và thân :

Chọn bích liền bằng thép kiểu IV, do tháp làm việc ở áp suất thường

Tra bảng XIII.27[3-423] ta được các thông số sau:

Py .10-6

N/m2

Dt

(ĐKtrong)

Kích thước nối Kiểu bích

D Db Dl Do Bulông IV



db z h

Mm cái mm

0,1 2000 2141 2090 2060 2015 M20 44 32

Tháp có chiều cao khá lớn 6,4m với 11 đĩa do đó ta phải sử dụng thêm bích nối thân thiết bị.

Như vậy số mặt bích phải dùng là 5 bích

2. Bích nối ống dẫn và các bộ phận của thiết bị :

Chọn bích liền bằng kim loại đen.

Ống dẫn khí :

Lưu lượng khí đi vào tháp ở điều kiện nhiệt độ và áp suất làm việc: 14970,1727 m3/h.

Vận tốc khí ra khỏi tháp – tra bảng II.2[4-370]- Tốc độ trung bình của chất lỏng và khí chuyển động trong ống dẫn . Khí vào ở áp suất thường nên chỉ dùng quạt. Chọn vận tốc khí vào yv = 15 m/s

Đường kính ống dẫn khí ra:

Dyv = √ V y ,v

0,785.3600.yv = √ 14970,1727

0,785.3600.15 = 0,3532 (m)

Quy chuẩn: Dyv = 350 mm

Do lưu lượng khí ra tháp không khác nhiều với lưu lượng khí vào tháp nên ta chọn đường kính ống dẫn hơi ra bằng đường kính ống dẫn hơi vào: Dyr = 350 mm

Chọn kiểu bích liền bằng kim loại đen. Tra bảng XIII.26[3-416]

Py .10-6 Dy ,mm

Ống Kích thước nối Kiểu bích

D Dt D1 Bulông I



N/m2(ĐKtrong) Dn

db z h

Mm cái mm

0,1 350 377 485 445 415 M20 12 22

Chọn kiểu bích I

Kích thước bề mặt đệm lót lấy bảng XIII.30[3-432]:

Py.10-6 Dy B b1 Z (số rãnh)

0,25 – 21 350 5 1 3

Kích thước chiều dài ống nối. Tra bảng XIII.32[3-434] , với áp suất nhỏ hơn 2,5.106 N/m2 được l = 150mm

Ống dẫn lỏng vào tháp:

Lưu lượng lỏng vào tháp: Gx = 25810,0255 kmol/h

Lưu lượng thể tích: Vxv = GX .M H 2O

ρH 2O = 25810,0255.18

997,08 = 465,9410 m3/h

Chọn vận tốc chất lỏng vào tháp: x,v = 2,0 m/s

Đường kính ống:

Dx,v = √ V x , v

0,785. 3600.xv = √ 465,9410

0,785.3600.1 = 0,287 (m)



Quy chuẩn: Dx,v = 0,3 m.Tra bảng XIII.26[3-415]

Py .10-6

N/m2

Dy ,mm

(ĐKtrong)


Dn

D Dt D1 Bulông I

db z h

Mm cái mm

0,1 300 325 435 395 365 M20 12 22

Kích thước bề mặt đệm lót lấy bảng XIII.30[3-432] :


0,25 – 21 300 5 1 3

Chiều dài đoạn ống nối (Tra bảng XIII.32[3-434].Kích thước chiều dài đoạn ống nối) được l = 140 mm

Ống dẫn lỏng ra khỏi tháp:

Lưu lượng lỏng ra khỏi tháp: Gx,r = 25810,0255 + 47,3098 = 25857,3353 kmol/h

Lưu lượng thể tích: Vxr = Gx ,r . M x , r

ρx , r = 25857,3353.18,0415

998,8166 = 467,0578 m3/h

Chọn vận tốc lỏng ra khỏi đáy tháp: x,r = 1,0 m/s

Đường kính ống:



Dx,r = √ V x ,v

0,785. 3600 .xr = √ 467,0578

0,785.3600.1 = 0,4065 (m)

Quy chuẩn: Dx,r = 0,4 (m). Tra bảng XIII.26[3-416]

Py .10-6

N/m2

Dy ,mm

(ĐKtrong)


Dn

D Dt D1 Bulông I

db z h

Mm cái mm

0,1 400 426 535 495 465 M20 16 22

Kích thước bề mặt đệm lót lấy bảng XIII.30[3-432] :


0,25 – 21 400 5 1 3

Chiều dài đoạn ống nối (Tra bảng XIII.32[3-434].Kích thước chiều dài đoạn ống nối) được l = 150 mm

V. Chân đỡ 1. Tính khối lượng của tháp :

Khối lượng thân tháp: Khối lượng riêng của thép CT3 – Tra bảng XII.7[3-313] ta được: t = 7,85.103 kg/m3 - Thể tích thân tháp:

Vtt = π .(Dn2−Dt

2)4

. H = π .(2,0122−22)4

.7,4 = 0,2797 (m3)

- Khối lượng thân tháp:m1 = t

. Vtt = 7,85.103 .0,2797 = 2195,645(kg) Khối lượng đáy và nắp tháp:



Tra bảng XIII.11[3-384]. Với tháp có đường kính trong 2000 mm, chiều dày đáy S = 10 mm, chiều cao gờ 40 mm, khối lượng đáy (nắp) là 364 kg

m2 = 2.364 = 728 kg Khối lượng đĩa: Đĩa làm bằng thép CT3 , dày = 0,01m

m3 = π . Dt2

4 . . t

= π . 22

4 .0,01.7,85.103 = 246,49 (kg)

Khối lượng bích:- Bích nối thân với nắp và nối thân thiết bị (4 cái)

Đường kính trong: Dt = 2000 (mm)Đường kính ngoài: Dn = 2000+2.6 = 2012 (mm)Đường kính ngoài của bích: D = 2141 (mm)Chiều cao bích: Hbt = 32 (mm)Khối lượng bích:

mbt = Vbt .bt = π .(D2−Dn2)

4. hb. 7,85.103

= π .(2,1412−2,0122)4

.0,032.7,85.103 = 105,6431(kg)

- Bích nối ống dẫn với thiết bị: Bích nối ống dẫn khí ( 2 bích)

Đường kính trong ống: 350mm

Đường kính ngoài ống: 377 mm

Đường kính ngoài của bích: 485 mm

Chiều cao: h = 22mm

Khối lượng bích:

mbk = Vbk .bk = π .(0,4852−0,3772)4

.0,022. 7,85.103 =12,621 (kg)

Bích nối ống dẫn lỏng vào và ra :Đường kính trong ống: 400 mm



Đường kính ngoài ống: 426 mmĐường kính ngoài của bích: 535 mmChiều cao: h = 22 mmKhối lượng bích:

mbl = Vbl .bl = π .(0,5352−0,4262)4

. 0,022. 7,85.103 = 14,2008 (kg)

Tổng khối lượng bích:

m4 = 4. mbt + 2. mbk + 2.mbl = 463,595 (kg) Khối lượng dung dịch trong tháp: Tính cho trường hợp tháp chứa đầy chất lỏng:

m5 = π . Dt2

4 . H . xtb = π .22

4 . 7,4 . 997,9483= 23188,3267 (kg)

Tổng khối lượng tháp:

M = ∑1

5

mi= 2195,645 + 728 + 246,49 + 463,595 + 23188,3267 = 26822,0567 (kg)

Trọng lượng toàn tháp: P = M.g = 26822,0567.9,81 = 263124,3762 (N)

2. Chân đỡ và tai treo : Chân đỡ : sử dụng loại chân đỡ thiết bị thẳng đứng. Chọn kiểu chân đỡ số I

(XIII.21[3-436]) là kiểu chân nguyên. Trọng lượng mỗi chân đỡ(tai treo) phải chịu : 264160,735/4 = 66040,18375 (N)Tra bảng XIII.35[3-437] ta có :

Tải trọng cho phép trên 1 chânG.10-4,N

Bề mặt đỡ F.104,m2

Tải trọng cho phép trên bề mặt đỡ q.10-6, N/m2

L B B1 B2 H h s l d

6,0 711 0,84 300 240 260 370 450 226 18 110 34



Tai treo :Dùng tai treo kiểu VII, đối với thiết bị vỏ mỏng phải có tấm lót để tăng thêm độ cứng ở chỗ hàn thân. Tra bảng XIII.36[3-438] ta có:

Tải trọng cho phép trên 1 tai treoG.10-4,N

Bề mặt đỡ F.104,m2

Tải trọng cho phép trên bề mặt đỡ q.10-6, N/m2

L B B1 H h s l D Khối lượng 1 tai treo, kg

4,0 297 1,34 190 160 170 280 10 80 25 30 7,35

Tra bảng XIII.37[3-439]. Tấm lót tai treo bằng thép :

Tải trọng cho phép trên một tai treo G.10-4,N

Chiều dày tối thiểu của thành thiết bị khi không có lót

Chiều dày tối thiểu của thiết bị khi có lót S

H B SH

4,0 12 4 460 320 8

C. THIẾT KẾ CÁC THIẾT BỊ PHỤI. Bơm

1. Năng suất của bơm

Năng suất của bơm ly tâm phụ thuộc vào tốc độ tương đối của chất lỏng trong rãnh của guồng, vào bề dày và đường kính của guồng


Thiêt bi

1,2. Van 1 chiêu3. Van chinh lưu lương

3

1

2


Tra bảng II.36[4-444]. Bơm chất lỏng thường. Chọn bơm loại B – bơm ly tâm một cấp thẳng đứng để bơm nước nguội, trung tính, sạch.

Năng suất m3/h

Áp suất toàn phần, m

Số vòng quay, vòng/ph

Nhiệt độ, °C

Chiều cao hút,m

Vỏ ngoài

Bánh guồng

Trục

(55-58).103 29-90 250-750 <35 10-12 Thép Cacbon

Thép 25Л

Thép 402

Sơ đồ mạng ống như hình vẽ :

2. Công suất toàn phần của bơm



N = Q. . g . H1000.η (kW)

Trong đó :

Q – năng suất bơm (m3/s) - khối lượng riêng chất lỏng g – gia tốc trọng trường H – áp suất toàn phần η : hiệu suất chung của bơm η= η0.ηtl.ηck.

η0 : hiệu suất thể tích tính đến sự hao hụt của chất lỏng chảy từ vùng áp suất cao đến vùng áp suất thấp và do chất lỏng rò qua các chỗ hở của bơm. Chọn η0 = 0,96ηtl : hiệu suất thủy lực, tính đến ma sát và sự tạo ra dòng xoáy trong bơm. Chọn ηtl = 0,85ηck : hiệu suất cơ khí tính đến ma sát cơ khí ở ổ bi, ổ lót trục. Chọn ηck = 0,96→ η=0,96.0,85.0,96=0,78336

Năng suất bơm Q (m3/s)

Q=G x . M H 2O

ρH 2 O=25810,0255.18

997,08 .3600 = 0,1294 (m3/s)

Áp suất toàn phần:

H =

p2−p1

ρ∗g+H 0+hm (m)[4-438]

Trong đó:

p2,p1 áp suất trên bề mặt chất lỏng trong không gian đẩy và hút, N/m2

Ho – chiều cao nâng chất lỏng, mhm – Áp suất tiêu tốn để thắng toàn bộ trở lực trên đường ống hút và đẩy ( kể cả trở lực cục bộ khi chất lỏng ra khỏi ống đẩy),m- Tính hm:

hm= ∆ p

ρH 2 O. g

Với ∆ p là áp suất toàn phần cần thiết để khắc phục sức cản thủy lực trong hệ thống (kể cả ống dẫn và thiết bi) khi dòng chảy đẳng nhiệt

∆ p=∆ pđ+∆ pm+∆ pH+∆ pt+∆ pk+∆ pc [4-376]



∆ pđ = p . ω2

2 - áp suất động lực học (áp suất cần thiết để tạo tốc độ chảy ra

khỏi ống dẫn) - khối lượng riêng của chất lỏng - tốc độ lưu thể, đối với chất lỏng trong ống đẩy của bơm

= 1,5 2,5 m/s. Chọn = 2m/s

→∆ pđ = p .ω2

2 = 977,08.22

2 = 1994,16 N/m2

∆ pm= .L

d tđ. ρ ω2

2 , Nm2

- hệ số ma sát. Hệ số này phụ thuộc vào chế độ chảy và độ nhám của thành trong ống dẫn.

Re = ω.dtd . ρμ = 2.0,426.997,08

1 = 849,51216 < 2320 [4-359]

→ Chế độ chảy dòng.λ = A/Re = 64/849,51216 = 0,0753 [4-377]

L – chiều dài ống dẫn Dtd – đường kính tương đương của ống

→∆ pm= 0,0753. 0,150,426

. 997,08.22

2 = 52,8733 (N/m2)

∆ pc : áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ :∆ pc = ∆ pm = 52,8733 N/m2

∆ pH : áp suất cần thiết để nâng chất lỏng lên cao. Chọn chiều cao nâng chất lỏng là 10m.∆ pH = 𝝆.g.H = 997,08.9,81.10 = 97813,548 (N/m2)

∆ pt = 962,4477 (N/m2) ∆ pk = 187,1441 (N/m2)

→Δp = 1994,16 + 52,8733.2 + 97813,548 + 187,1441 + 962,4477 = 101063,0464(N/m2)

→hm = 101063,0464/(997,08.9,81) = 10,3322 (m)

Áp suất toàn phần :

H =

p2− p1

ρ∗g+H 0+hm = 0 + 10,3322+10 = 20,3322(m)



→ Công suất toàn phần của bơm : N = 0,1294.997,08 .9,81 .20,33221000.0,78336 = 32,85(kW)

3. Công suất động cơ điện :

N đc=N

ηtr . . ηđc

+ ηtr : hiệu suất truyền động, chọn ηtr = 0,85;+ ηđc: hiệu suất động cơ điện, chọn ηđc = 0,9;

⟹Nđc=N

ηtr . . ηđc= 32,85

0,85.0,9=42,94 (k W )

II. Quạt

Trong công nghiệp hóa chất, quạt ly tâm được sử dụng rộng rãi. Quạt được dùng để vận chuyển không khí và các khí không ăn mòn khác ở nhiệt độ < 180ºC và không chứa các chất nhờn, bụi và các tạp chất rắn. Áp suất toàn phần không lớn hơn 15000N/m2. Với yêu cầu thiết kế thiết bị hấp thụ trong điều kiện làm việc 1 at, ta chọn quạt ly tâm làm thiết bị vận chuyển khí vào tháp.

1. Năng suất của quạt

Ta có : Lưu lượng khí thải vào tháp là : 15000 (Nm3/h);Ở điều kiện làm việc 25ºC, 1at : Áp dụng phương trình trạng thái, ta xác định được năng suất của quạt :

P1V 1

T 1=

P2 .QT 2

⟹Q=P1V 1 T2

P2T 1=1.15000.293

1.273=16098,9011(m3

h )=4,4719(m3

s )2. Áp suất toàn phần của quạt :

Viết phương trình Becnuli cho mặt cắt đầu và mặt cắt cuối của ống dẫn khí trong mạng lưới, ta thu được công thức tính áp suất toàn phần do quạt tạo ra như sau :

P=(P2−P1 )+∆ Ph+∆ Pd+ω2 ρ

2+( ρk−ρ ) g . H ; [4-455]

Trong đó : + P – Áp suất toàn phần do quạt tạo ra, N/m2.+ P1, P2 : Áp suất trong tại mặt cắt 1-1, 2-2 ( N/m2).+ Ph, Pd : Áp suất mất mát trong đường hút và đường đẩy.+ ω : Tốc độ khí (m/s) ; Chọn vận tốc khí trung bình trong ống dẫn của quạt là



ω =15m/s + H : chiều cao cần đưa khí lên (m), Chọn H = 3m.+ ρ, ρk : Khối lượng riêng của khí cần vận chuyển và khối lượng riêng của khí

trong môi trường xung quanh.Ở điều kiện 25ºC, ρk = 1,3294 kg/m3. Xác định ΔP =ΔPh+ ΔPđ :( Coi tốc độ khí đi trong đầu hút và đầu đẩy là xấp xỉ

nhau) Sơ đồ mạng ống vận chuyển khí :

Thiết bị

2

2

1

1

- Đường kính tương đương của ống dẫn :

d td=√ Q0,785. ω

=√ 4,47190,785.15

=0,6163 (m )=616,2623 mm

ΔP : bao gồm trở lực ma sát và trở lực cục bộ trên đường ống, nên ta có :ΔP = ΔPms+ΔPcb

+ Tính ΔPms :

∆ Pm=λ ∙ Ld td

∙ ρ ω2

2(N /m2 ) .

Xác định hệ số ma sát λ thông qua chỉ số Re, ta có:



ℜ=ωd td ρ

μ=15.0,6163 .1,3294

0,0002915=42159,9942>4000 →Chế độ chay xoáy

Hệ số ma sát được tính theo công thức :1√ λ=−2 ∙lg ¿

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

∆= εd td

[4-380]

Chọn ống thép mới không hàn có ε = 0,8mm.

⟹∆= εd td= 0,8

616,2623=0,0013

Suy ra :1√ λ=−2 ∙lg ¿

Chọn chiều dài toàn bộ hệ thống ống dẫn L = 15m

⟹∆ Pms=0,0255 ∙ 150,6163

∙ 1,3294.152

2=92,8213 (N /m2 )

+ Tính Pcb : Trở lực cục bộ của đường ống được tính theo công thức :

Pc=ξ ∙ ω2 ρ2

(N /m2)[4-377]

Trên hệ thống ống có 2 van tiêu chuẩn (ξv =5,5), 5 khuỷu 90° mặt cắt hình vuông dòng ngoặt từ từ (ξk =0,38).

→ ξ = 2.ξv + 2.ξk = 2.5,5 + 5.0,38 = 12,9→ Trở lực cục bộ trên đường ống :

Pc ,đ=ξ ∙ω2

2 ρ2=12,9 ∙ 152 .1,3294

2=1929,29175 (N /m2 )

Suy ra :ΔP = ΔPms+ΔPcb = 92,8213 + 1929,29175 = 2022,11305 (N/m2)

Áp suất toàn phần của quạt tạo ra :

P=(P2−P1 )+∆ Ph+∆ Pd+ω2 ρ

2+( ρk−ρ ) g . H=(1−1 )+2022,11305+152.1,3294

2+(1,369−1,3294 ) .9,81 .3 ≈ 2172,836 (N /m2)

3. Công suất trên trục động cơ điện :

N= Q ∆ P1000 ηq ηtr

=4,4719 .2022,113051000.1.1

=9,0427 ( kW )[4-463]



+ ηq : hiệu suất quạt, lấy ηq =1.+ ηtr : hiệu suất truyền động lắp trực tiếp với trục động cơ điện : ηtr = 1.4. Công suất thiết lập đối với động cơ điện :

Nđc = k3.N ( kW) [4-464]

Theo bảng II.48[4-464], hệ số dự trữ k3 = 1,5 nên :Nđc = k3.N = 1,5. 9,0427= 13,5641( kW).



KẾT LUẬN

Trên đây là toàn bộ phần tính toán Đồ án môn học “Các quá trình thiết bị trong công nghệ môi trường”, thiết kế tháp hấp thụ xử lý SO2 sử dụng dung môi đơn giản nhất là nước. Việc xử lý SO2 là một phần quan trọng trong việc xử lý khí thải. Tuy nhiên với phương pháp hấp thụ sử dụng dung môi nước tốn kém dung môi, hiệu quả xử lý không cao và sinh ra nước thải. Vì vậy trong thực tế tháp này không được sử dụng hoặc phải thay thế bằng các loại dung môi phù hợp hơn.

Trong quá trình thực hiện đồ án môn học, sinh viên đã được củng cố kiến thức lý thuyết các môn đã được học trong chương trình như : Các quá trình thủy lực trong công nghệ môi trường, Các quá trình truyền nhiệt trong công nghệ môi trường, Các quá trình chuyển khối trong công nghệ môi trường. Bên cạnh đó, sinh viên còn được tiếp cận và làm quen với việc tra cứu và sử dụng sổ tay, các tài liệu tham khảo, cách thực hiện một bản vẽ kỹ thuật hoàn chỉnh. Trong quá trình thực hiện không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự góp ý của quý thầy cô.



TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Đặng Kim Chi(2006), Hóa học môi trường, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.

2. GS.TSKH. Nguyễn Bin(2008), Các quá trình, thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm – Tập 4, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.

3. TS Trần Xoa, Pgs TS Nguyễn Trọng Khuông(2006), Sổ tay Quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất – Tập 2, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.

4. TS Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông(2006), Sổ tay Quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất – Tập 1, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội


Documents

Noi dung Do An