Tinh toan thiết kế hệ thống hấp thụ khi SO2

Trang 2

NHIEM VỤ THIET KE DO AN MON HOC

Ho va tén Sinh vién: Mai Thi Hién

Lớp: Kỹ thuật môi trường Khóa: 52

I Đầu đề thiết kế: Thiết kế hệ thống hấp thụ khí SO;

II Các số liệu ban đầu:

- Hỗn hợp khí cần tách: SO; trong không khí - Dung môi: nước

- Lưu lượng khí vào tháp: 25000 mỶ/h - Nong d6 SO;: yạ= 0,028( mol/mol)

- Hiệu suất yêu cầu: rị= 84%

- Nhiệt độ áp suất và lượng dung môi: mô phỏng theo một số điều kiện - Loại thiêt bị: Tháp đệm II Các phần thuyết minh và tính toán: 1 Mở đầu 2 Tính toán thiết kế tháp hấp thụ (đường kính, chiều cao, trở lực) 3 Tính toán thiết bị phụ - Tính bơm - Tính máy nén khí 4 Tính toán cơ khí 5 Kết luận IV Các bản vẽ: 1 Bản vẽ sơ đồ dây chuyền khổ A3 hoặc A4 2 Ban vẽ tháp hấp thụ khổ A1

V Giáo viên hướng dẫn: TS Vũ Đức Thảo

VỊ Ngày giao nhiệm vụ: Ngày 6 tháng 9 năm 2010 VI Ngày hoàn thành nhiệm vụ:

Ngày tháng năm 2010 Giáo viên hướng dẫn

Chủ nhiệm khoa ( Họ tên và chữ kí)

( Họ tên và chữ kí)

Đánh giá kết quả Ngày tháng năm 2010

-_ Điểm thiết kế Cán bộ bảo vệ

-_ Điểm bảo vệ ( Họ tên và chữ kí)

Trang 3

PHÀN MỚ ĐẦU

Vấn đề xử lý các chất ô nhiễm không khí đã và đang nhận được sự quan tâm

của toàn nhân loại nói chung và của Việt Nam nói riêng Với mục đích đó việc thực hiện đồ án môn học thực sự cần thiết, trong quá trình làm đồ án em đã hiểu

được những phương pháp, cách tính toán, lựa chọn thiết bị có khả năng ứng dụng vào thực tiễn đề có thể xử lý các chất thải gây ô nhiễm

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

thầy cô trong Viện, nhưng do hạn chế về tài liệu và kinh nghiệm tính tốn, nên

khơng thể tránh khỏi những sai sót, em rất mong nhận được ý kiến của các thầy cô đề đồ án sau có kết quả tốt hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 3 thang 12 nam 2010

Sinh viên thực hiện

Trang 4

PHAN NOI DUNG

I.Giới thiệu chung

1 Sơ lược về khí SO›

Trong số những chất gây ô nhiễm không khí thì SO¿ là một chất gây ô nhiễm

khá điển hình Sulfuro là sản phâm chủ yếu của quá trình đốt cháy các nguyên, nhiên liệu có chứa S Các nhà máy điện thường là nguồn phát sinh ra nhiều SO¿ trong khí thải, ngoài ra còn phải kế đến các quá trình tinh chế đầu mỏ, luyện kim, tỉnh luyện quặng đồng, sản xuất ximang và giao thông vận tải cũng là những nơi phát sinh nhiều khí SO;

Khí 5O; là chất khí không màu, có mùi hăng cay khi nồng độ trong khí

quyền la 1 ppm Khi SO, 1a khí tương đối nặng nên thường ở gần mặt dat ngang tâm sinh hoạt của con người, nó còn có khả năng hòa tan trong nước nên dễ gây phản ứng với cơ quan hô hap của người và động vật Khi hàm lượng thấp, SO; làm sưng niêm mạc, khi nồng độ cao> 0,5 mg/mỶ, SO; sẽ gây tức thở, ho, viêm loét đường hô hấp

SO; làm thiệt hại mùa màng, làm nhiễm độc cây trồng Mưa axit có nguồn

gốc từ khí SO, lam thay déi pH cua đất, nước, hủy hoại các công trình kiến trúc, ăn mòn kim loại Ngoài ra ô nhiễm SO; còn liên quan đến hiện tượng mù quang hóa

Chính vì những tác động tiêu cực trên mà việc giảm tải lượng cũng như nồng d6 phat thai SO, vào môi trường là vẫn dé rất được quan tâm

2 Phương pháp xử lý SO;

Khí SO¿ thường được xử lý bằng phương pháp hấp thụ, tác nhân sử dụng để

hấp thụ thường là sữa vôi, sữa vôi kết hợp với MgSO¿ hoặc dung dịch kiềm

Trong phạm vi đồ án này, với nhiệm vụ được giao là hấp thụ khí SOz bằng nước Đây là phương pháp hấp thụ vật lý nên hiệu suất hấp thụ không cao Do

đó ta phải chọn điều kiện làm việc của tháp hấp thụ ở nhiệt độ thấp và áp suất

cao đề nâng cao hiệu suất hấp thụ 3 Tháp đệm

Tháp đệm được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa chất vì đặc điểm dễ thiết kế, gia công, chế tạo và vận hành đơn giản Tháp đệm được sử dụng trong

các quá trình hấp thụ, chưng luyện, hấp phụ và một số quá trình khác Tháp có

dạng hình trụ, trong có chứa đệm, tùy vào mục đích thiết kế mà đệm có thể được

xếp hay đồ lộn xộn Thông thường lớp đệm dưới thường được sắp xếp, khoảng

từ lớp 3 trở đi, đệm được đồ lộn xộn

Tháp đệm có những ưu điểm sau: - C4u tao don giản

Trang 5

-_ Giới hạn làm việc tương đối rộng

Tuy nhiên, tháp có nhược điểm là khó thấm ướt đều đệm làm giảm kha nang hap

thụ

IIL.Thiết kế đồ án môn học

1 Đầu đề thiết kế:

Thiết kế hệ thống hấp thụ khí thải áp dụng trong công nghiệp 2 Các số liệu ban đầu

- Hỗn hợp khí cần tách: SO; trong không khí - Dung môi: nước

- Lưu lượng khí vào tháp: 25000 m”/h - Nông độ SO;: yg= 0,028( mol/mol) - Hiệu suất yêu cầu: rị= 84%

- Nhiệt độ áp suất và lượng dung môi: mô phỏng theo một số điều kiện

- Loại thiêt bị: Tháp đệm

3 Phương pháp hap thu xir ly SO

Trang 6

1 Bề chứa dung môi 2 Bơm chất lỏng

3 — Tháp hấp thụ

4 Máy nén khí 5 Van an toàn Thuyết minh dây chuyền:

- _ Hỗn hợp khí cần xử lý chứa SO; và không khí được máy nén khí đưa vào từ phía dưới đáy tháp Nước từ bề chứa được bơm li tâm đưa vào tháp hấp

thụ, trên đường ống có van điều chỉnh lưu lượng và đồng hồ đo lưu lượng Nước được bơm vào tháp với lưu lượng thích hợp, tưới từ trên xuống dưới

theo chiều cao tháp hấp thụ

- H6n hop khi sau khi đi qua lớp đệm xảy ra quá trình hấp thụ sẽ đi lên đỉnh tháp và ra ngoài theo đường Ống thoát khí Khí sau khi ra khỏi tháp có

nồng độ khí SO; giảm, mức độ giảm tùy thuộc vào hiệu suất hấp thụ của

tháp hấp thụ

- Nước sau khi hap thu SO; đi xuống đáy tháp đi và ra ngoài theo đường ống thoát chất lỏng Nước sau khi hấp thụ nếu nồng độ SOs cao sẽ được xử lý và tái sử dụng

Gọi:

G;: lưu lượng hỗn hợp khí vào tháp( kmol/h) G,: lưu lượng nước vào tháp( kmol/h)

G„„: lưu lượng khí trơ( kmol/h)

Ya: nồng độ phần mol tương đối của SO; trong khí đi vào tháp ( kmol SOz/kmol kk) Y,: nồng độ phần mol tương đối của SO; trong khí đi ra khỏi tháp ( kmol SO,/kmol kk) Xd: néng độ phần mol tương đối của SO; trong nước đi vào tháp( kmol SOz/kmol dđm) Xc: nồng độ phần mol tương đối của SO; trong nước đi ra khỏi tháp( kmol SOz/kmol dđm) Theo đề bài: yạ = 0,028 (mol/mol) —› Yạ= _*“_ ~ 2528 1-y, 1-0,028 = 0,0288 (kmol SO,/kmol kk)

Biết hiệu suất hap thy 1a: n= 84%

Do đó: Y¿ = Ya( I-n) =0,0288.( 1-0,84)= 4,608.10 (kmol SO2/kmol kk)

3

Y _4,608%107 _4 587.103 (kmol/kmol)

> y= €

Trang 7

„+, _ 0,028+4,587x10)

2 2

Dung mdi ban đầu là nước > Xa=0

Giả sử điều kiện làm việc của tháp là T =25°C—>T =298K P =latm = 760mmHg P=l atm = 1,0326 at Ta coi hỗn hợp khí là lý tưởng Theo phương trình trạng thái khí lý tưởng ta có: = 0,0163 kmol/kmol Gy=n= PV 125000 _ 1023,08( kmol/h) Ye G,, Xa RT 0,082x298 G, _ 1023,08 => Giro = Jr 103,08 — 094.44( kmol/h) I+Y, 1+0,0288

> Thiét lap phương trình đường cân bằng:

Theo định luật Henry ta có: ye,= mx mX Ycp= nN I+(q-m)X G,, Ya xX, Ta có m= “ P Ở 25C với khí SO, thi y =0,031.10° mmHg 6 ->m= 0:031.10 = 40,79 760 3 Yq = —40:79* 1-39,79X

> Thiét lap phương trình đường làm việc:

Phương trình cân bằng vật liệu cho thiết bị:

Giro Y + Gy Xa = Giro Yo + Gy X

— Gu(Y- Y¿) = Gx X- Xa)

Do Xd = 0 nén pt tro thanh: Gyo.( Y- Yc) = Gx X + y= & x+y, tro Gia thiét X= X,,, thi lượng dung môi tối thiểu cần dé hap thụ là: Gymin = Gựạ X, TT X„ ~ X„ ` ` ` An tà mX Từ phương trình đường cân băng Y¿ụ= —————— I+(I—m)X > X= ự m—(l=m)Y

'Ya = 0.0288(kmol SOz/kmol kk)

—Xw.= 0.0268 =6,868.10' (kmol SO2/kmol nước)

Trang 8

0,0288—4,608x10 ` 6,868 x 107

Trang 9

Đồ thị đường cân bằng, đường làm việc 0.035 y = 42.269x + 0.0046 0.03 R=1 0.025 0.02 y=41.697x 0.015 R”= 0.9999 0.01 0.005 0 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 X ® Đường làm việc ®* Đường cân bằng H1 Tính đường kính tháp:

1 Tính khối lượng riêng:

s* Đối với pha lỏng:

1 Aso, + I— Aso,

Pub — Pso, Pro

Áp dụng công thức:

Trong đó:

Trang 10

xụ: Nồng độ phần mol trung bình của SO; trong pha long, (kmol SOz/kmol HạO) xu = 2.86.10' (kmol SOz/kmol H;O) a= 64x2,86.10 3% 64x2,86.10°+(I—2,86.10')x18 - Tính khối lượng phân tử của hỗn hợp lỏng M, M,= Xt Myo, +(1-Xw) M,,, = 2,86.10x64+(1-2,86.10)x18 =18,013156 Lam tron M, =18 * Đối với pha khi: - Tính My Áp dụng công thức: My = Yeo Moo, + C1 - Yeo) M gx = 1,016.10° —> Trong đó:

se M;: Phân tử lượng trung bình của hỗn hợp khí, (kg/kmol)

© My $O, 3 My: Khối lượng phân tử của SO; và khơng khí, (kg/kmol) © yw: Phan mol trung bình của SO; trong hon hop (kmol SOz/kmol hỗn hợp khí) — My = 0,0163x64 + (1-0,0163)x29 = 29,5705 _ Tinh „=2 xÂMy, +(I~ y„)x Mụ]x273 — [0,0163x64+(1—0,0163)x29]x 273 ) 22,4xT 22,4x 298 = p,,= 1,209 kg/m? - Tinh p,,: “ 1 xtb Pso, Pu,o 1 1 Aso, 4 150, ~ 1,016.10" , 1£1,016.107 Đạo, — Đưo 1369 997,08 =997,36 (kg/m”) > Pr = 2 Lượng khí trung bình di trong tháp: = Vat Vy = 5 (m/h) (IL183)

với: _ Vạ: Lưu lượng hỗn hợp đầu ở điều kiện làm việc (mỶ/ h)

Vạ: Lưu lượng khí thải đi ra khỏi tháp (mỶ /h): Vy= Vụ * (1 + Y,) (11.183)

_ GxM,, _ 1023,08x29,5705 = 25023,15 m*/h

Đụ 1,209

Trang 11

với: Mu: Khối lượng mol phân tử trung bình của hỗn hợp khí (kg / kmol) Pr? Khối lượng riêng trung bình của pha khí (kg / mì) G„ x M,„ _ 994,44x 29,5705 =24322,65 m”/h Pr 1,209 Tương tự: Vụ = — V¿= Vụ x(I+ Y,)= 24322,65x(1+4,608 10” )=24434,73 m”/h —> Vụy = 24728,94 m”/h 3 D6 nhét wu:

Đối với pha lỏng:

Áp dung công thức: Ig/, = x, x18 Uso, + (1%) x18 Myo 1-84 Trong do:

Hạo, so độ nhớt của SO; và HạO ở 25°C, Ns/m2

Tra bang I-101 s6 tay I: sz, (20°C)= 0,304.10° Ns/m? Hsp, (30°C)= 0,279.10 Ns/m* — tsp, (25°C) =0,2915.10°Ns/m? Tra bảng I-102 số tay I: z„„(25°C)E 0,8937.10”Ns/mỸ

xụ: Nồng độ phần mol trung bình của SO; trong pha lỏng, (kmol SOz/kmol H;O)

Xtb = 2.86*10' (kmol SOz/kmol HạO) —>Ig¿ = 2,86.10*x1g(0,2915.10°)+(1-2,86.10*)x1g(0,8937.10°)= -3,0489 — „= 8,935.10' Ns/m” Đối với pha khí: Áp dụng cơng thức: My _YoMso, "¬ ` to Hạo, thu

Trong đó ¿¡,,„„,,„„: độ nhớt trung bình của pha khí, của SO; và của không khí

ở điều kiện làm việc 25C, Ns/m”

My, Myo, My: khối lượng phân tử của pha khí, của SO; và của không

khí ở điều kiện làm việc 25°C và P=latm

Trang 12

M, 29,5705 = ) = = ~Š (Nc / y2 71M dy Mạ 00163x64, (-0/0163x29 27710 9/0) ee 5, &K ———— +—— Uso, Mag 0,0125.10° 0,018.10 4 Tinh van téc dao pha: Áp dụng công thức: Y=l2e* (H-187) ø? ơ 0,16 Với y= ` a Pw (| S†2.2 (M, 1 1 Y- G, | b J G,) \ Pw o,: tốc độ đảo pha, m/s Va: thể tích tự do của đệm, m”/mỶ o,! bé mat riéng cua dém, m?/m>

Tháp hấp thụ SO; mang tính axit nên ta chọn đệm vòng Rasig đồ lộn xộn: đệm

bằng sứ kích thước 25x25x3.0 Vạ= 0,75 mÌ/mỶ

o, = 195 m*/m?

g: gia téc trong trường, g=9,81m/s”

Trang 13

12e°% xgxV;xp., — |lL,2.e”°*°?x9,81x0,75°x997,36 N 0106 8.935.107 0,16 = 0,666m/s 2.xPn»( Es] B20 | | Thông thường: ø„ =(0,8+0,9)ø, Chọn ø„=0.85 ø, —> ø„=0.85x0,666=0.566 Ï m/s 5 Tính đường kính tháp Đường kính tháp: 4xV Công thức: D= OF te | P ớP „ =3,93m— Quy tron D=3,9 m Zx3600xøx„ Zzx3600x0,5661 Kiểm tra: Ly D 59 Tả có dụ = Su, Se sa Ø, 195 "5" 3,95x10`< À, D 3,9 50 —> thỏa mãn điều kiện :Ä ay aA ts Vv, L Kiém tra theo mật độ tưới U = Fã = aif (m?/m7h) 1 Với Vị là lưu lượng thể tích chất lỏng, m”/h f: tiết điện tháp, m” 7P _zx3.9 4 _ 42034,056 x18 997,08x11,95 5 =11,95m™

Trang 14

I.2 Tính toán chiều cao tháp:

Chiều cao tháp được xác định theo phương pháp số đơn vị chuyền khối: H = hgy.my (m)

Trong đó: H: chiều cao tháp, m

hay: chiều cao một đơn vị chuyền khối, m

my: số đơn vị chuyền khối

Xác định chiều cao một đơn vị chuyền khối:

G

hay = hi + “ °b, (m)

x

Trong đó: hạ: chiều cao 1 don vi chuyền khối ứng với pha khí

hạ: chiều cao 1 đơn vị chuyên khối ứng với pha lỏng

m’: giá trị trung bình của tg góc nghiêng đường cân bằng Y*=f(X) với mặt phẳng ngang

Tính hị và hạ:

h=— T2 xRe?”xPr?3,m

qx y x O”7 -

Trong đó: a : hệ số phụ thuộc vào dạng đệm, với đệm vòng a=0,I23

ự: hệ số thắm ướt của đệm, do -Ứ >I nên ự=l th Rey: chuẩn số Renoyd đối với pha khí 0,4x Re, = %9, X6, My XOq —> Re, = 0,4 x1, 209 x0, 666 =933 ; 1,77.10x195 Pr.: ry: chuan so Pran: Pr, = A Ok Hy P,P, 0,0043.10° T'? 1 1 2 Dy= 1/3 1/32 + (m’/s) PV, tv) My, M,,

Trong đó: T: nhiệt độ làm việc tuyệt đối T=298K

P: áp suất làm việc P=latm

Vso, + thể tích mol của SO¿, Vso, =44,8 cm”/mol v„ : thể tích mol của không khí, v„ =29,9 cm”/mol

_4 15

Dy = 290216 1,0326x(44,8"> + 29,9") 64 29 298 | ++ =1,0826.10° m’/s

Trang 15

1,77.10° 1,209x1,0826.10° _ 0/75 "0,123 x1x195 VayPr, = -=1,3523 x 93, 3° *1,3523°7= 0,119 m hy = 256x (2) x Re? x Pro® 756829, 44 Trong đó : G,=42046,08x18=756829,44 kg/h— G,= =210,2304kg/s Re, là chuẩn số Renoyd đối với pha lỏng: Re —-004X, _— 0.04x2102304 — _ uy *ˆ Fxơ,x¿, 11,95x195x8,935.10 Hy ø.xÐ, Bề hệ số khuếch tán của SOa vào nước ở nhiệt độ 25°C = Dzo[1+b(t-20)] (m’/s) Trong đó: Dao: hệ số khuếch tán của SOs vào nước ở 20°C DạjE ———— 10" a at — (mỸ/ s)

ABA Mn, oo, ty so)” SO W,

ni SỐ, đối với chất khí tan trong nước A=l

hệ sô, dung môi là nước B=4,7

: thể tích mol của SOs ở 20C, v.„ =44,8 cm”/mol

Vso, 2 "SO,

Vino: thé tich mol cia HO & 20°C, v„„=18,9 cm”/mol

Trang 16

Vậy ta xác định được chiều cao của một đơn vị chuyền khối:

hạy = 0,119 + 41,697 x 8,305

210,2304 x 0,795 =1,428 m

Xác định số đơn vị chuyển khối:

Trang 17

Hình thang cong 2.50E+02 2.00E+02 1.50E+02 1/{Y-Ycb) 1.00E+02 5.00E+01 0.00E+00 Diện tích hình thang cong chính bằng số đơn vị chuyển khối là my =6,025 — H=1,4285x6,025=8,61 m Quy chuan H=8,6 m

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 và khoảng cách giữa hai lớp đệm Áp dụng công thức: Hinap = He + Haem- nip + Hagm-aem+ Haem- aay e Héem-nip =lIm ® Haạm đệm = 0,5 m do tách lớp đệm làm đôi e Haem-ay =lm Vay chiều cao thap Hinip = 8,6+1+0,5+1=11,1 m H.3 Trở lực Áp dụng cơng thức AP=AP,+AP, Trong đó:

Thap hap thụ đạt hiệu suất cao nhất khi vận tốc của khí bằng vận tốc điểm

Trang 18

=> Trở lực của tháp đệm đối với hệ khí-lỏng dưới điểm đảo pha có thể xác định

được bằng công thức sau:

0,405 0,225 0,045

¬ (2) đ | Px H, [II-190] (*)

Trong do:

e AP,;: tốn thất áp suất khi đệm ướt tại điểm đảo pha có tốc độ của khí bang

tốc độ của khí đi qua đệm khô(N/m”) e _A Py: tốn thất của đệm khô (N/m”)

e Gy, Gy: lưu lượng của lỏng và của khí (kg/h)

© _ø,,/2,: khối lượng riêng của lỏng và của khí (kg/m”) © /.,/0,: độ nhớt của lỏng và khí (Ns/m”) e Ai: hệ số (ứng với điểm tốc độ làm việc bằng 0.85 tốc độ đảo pha) =Ai=5,l * Ton that áp suất của đệm khô tỉnh theo công thức: 0; 2 HS, @, ap, = 2 fF Px@ d 2 4 HS, OvPy 4 Vi 2 Rey = 93,3 => ở chế độ xoáy và đệm là đệm vòng đồ lộn xộn td 16.0 16 6 46 Re’? 93,32 Tinh trở lực đệm khô: [I-189] =>) = A Ho, x @ Py _ 6,46 x 8,6x125 x 0,5661° x1, 209 =1243.66 N/m? 4P; 2 4 0,75) 0,405 0,225 4 0,045 — AP, =1243,66] 1+5,1 210,2304 : 1,209 : 8,935.10" =7424,9 N/m? 8,305 997,36 1,77.10” => AP = AP, + AP, =1243,66 +7424,9 = 8668, 56(N /m”) 11.4 M6 phong

Bảng mô phỏng ở 1 số điều kiện: đính kèm

Dựa vào bảng mô phỏng kèm theo ta có các nhận xét như sau:

Ảnh hưởng khi thay đổi nhiệt độ:

Nhiệt độ tăng không có lợi cho quá trình hấp thụ Nhiệt độ táng làm giảm hiệu

suất hấp thụ và để đạt được yêu cầu phải tăng thêm kích thước thiết bị, tăng đường kính và chiều cao

Trang 19

Áp suất có ảnh hưởng tới hiệu suất hấp thụ, làm tăng hiệu suất hấp thụ Nhưng nếu áp suất tăng thì chi phi kinh tế cũng tăng theo như là phải lắp đặt thêm máy

nén, chỉ phí năng lượng tăng do công suất hoạt động của máy tăng rất mạnh Từ bảng mô phỏng ta chọn P=3 atm, T=25°C—› D=2 m; H=9,2 m

— Henap= 9,2+140,5+1=11,7 m; G,a=14000 kmol/⁄h

PHAN 2: TINH TOAN CAC THIET BI PHU

Trong việc hấp thy SO2 bằng nước sử dụng tháp đệm cần có các thiết bị phụ giúp cho quá trình vận chuyền chất lỏng và cung cap | khi vao thap theo chế độ

làm việc của tháp giúp việc hấp thụ đạt được hiệu suất mong muốn.Trong các thiết bị phụ thì bơm và máy nén khí là hai thiết bị quan trọng nhất

I BOM

Trong công nghiệp, bơm ly tâm được sử đụng rộng rãi và có nhiều loại khác nhau về cấu tạo cũng như cách vận hành

Bơm ly tâm được phân loại theo nhiều cách khác nhau như theo số bậc, theo

cách đặt bơm, theo điều kiện vận chuyển của chất lỏng từ guồng ra thân bơm và

theo 1 số đặc trưng khác

Theo đây chuyền công nghệ trong bài ta chọn bơm ly tâm 1 cấp nằm ngang I.1 Nguyên tắc làm việc của bơm ly tâm

Nguyên tắc hoạt động: Bơm ly tâm làm việc theo nguyên tắc ly tâm Chất lỏng được hút và đây cũng như nhận thêm năng lượng là nhờ tác dụng của lực ly tâm khi cánh guồng quay Bộ phận chính của bơm là cánh guồng trên có gắn những cánh có hình dạng nhất định, bánh guồng được đặt trong thân bơm và quay VỚI tốc độ lớn Chất lỏng theo ô ống hút vào tâm guồng theo phương thắng góc rồi vào rãnh giữa các guông và cùng chuyển động với guồng Dưới tác dụng của lực ly tâm, áp : suất của chất lỏng tăng lên và văng ra vào thân bơm, vào Ông day theo phương tiếp tuyến Khi đó ở tâm guồng tạo nên áp suất thấp Nhờ á áp lực mặt thoáng bề chứa, chất lỏng dâng lên trong ống hút vào bơm Khi guông quay chất lỏng được hút liên tục, do đó chất lỏng được chuyển động đều đặn Đầu ống hút

có lắp lưới lọc để ngăn không cho rác và vật răn theo chất lỏng vào bơm gây tắc bơm và đường ô ống Trên ống hút có van một chiều giữ cho chất lỏng trên đường ống hút khi bơm ngừng làm việc Trong ống đầy có lắp van một chiều để tránh

chất lỏng bắt ngờ dồn vào bơm gây ra va đập thủy lực làm hỏng bơm 1.2 Cac thong số đặc trưng của bơm

Áp suất mặt thoáng P\=9,81.10° N/m?

Ap suat lam viéc P= 3 atm=3x1,013.10°=303900 N/m* Gia tốc trong trong g=9,81 m/s”

6 25°C: prrsc=997,08 kg/m? Lnréc=0,8937.10° Ns/m?

Trang 20

Mặt cắt 1-1 và I'-1”: P 2 P 2 14% 2 pg 2g pg 4 = +H, +h, (I) Lg Mặt cắt I-1 và 2-2 P, 7 _ Po; —+ a: =— + 2 + Hy +h, (2) pg 2g pg 2g Trong do:

P¡: áp suất bề mặt nước không gian hút P;: áp suất không gian đây

p: khối lượng riêng của nước

P,: áp suất trong ống hút lúc vào bơm

P,: ap suất của chất lỏng trong ông đây lúc ra khỏi bơm

Hy, Hạ: chiều cao ống hút và ống đây

hạm, ha: tốn thất áp suất do trở lực gây ra trong ống hút và ống đây Binh + hmd= AP

PS

AP: 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 đoạn hút và đây

œ¡: vận tốc nước ở bề chứa, œ¡=0

œ;: vận tốc nước khi vào tháp hay trong ống đây œ¡”: vận tốc nước khi vào bơm

@;”: vận tốc nước khi ra khỏi bơm Thực tế: @¿ = @¿” P,-P, —>H =H, +h, "` pg 2g Xác định tổn that áp suất đo trở lực gây ra trên đường ống hút của bơm AP, Dinh = 5 Ø8

Trong đó: AP, = AP, +AP,„ + AP, m

Trang 21

AP, = Poy, 2 AP, : áp suất để khắc phục trở lực ma sát khi chảy ôn định trong ống thắng ap, =a + Pi d, 2 AP.: ap suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ Đường kính ống hút: đ, = —T — 0,785x «, Trong đó: V là lưu lượng thể tích chất lỏng đi trong ống, m”/s — GaMio _ _14000x18 = “=————=0.070n`/s) Pu,03600 3600x997,08 Theo bảng II.2(1-370) chất lỏng trong ống hút của bơm có œạ=0,8-2,0 (m/$) Chọn œạ= l,5 (m/S) —> đ, = —001_ 0,2438(m) 0,785x 1,5 0,07 hudn d,=0.244 =———

Quy chuan dh On = 0 54a? <0, 785 =1,5(m/s)

Trang 22

A=0,0165 Hệ số trở lực cục bộ: Chất lỏng vào ống thăng, đầu ống hút có lắp lưới chắn đan bằng kim loại £=l+ế, Với š =ä,ø

Chọn f2“ ~go_„ “°= 0:13 F, a=1,0 Bảng II.16(1-382,384)

— trở lực của ống có lắp lưới chắn đan bằng kim loại là

Eng =140,13x1=1,13

Trên ống hút còn lắp 1 van 1 chiéu Theo 1-399, =1,9+2,1

Chọn £=2—>ý, =1,13+2=3,13

Tra bảng II-34(1-441) sự phụ thuộc chiều cao hút của bơm ly tâm vào nhiệt độ

Ở nhiệt độ làm việc T=25”C thì chiều cao hút của bơm ở khoảng 4,5m thì đảm

Trang 23

1 6,81)" A —= =-2.lg}} —— — 1-380 Va ( Re) 3 (380) Trong đó: e: độ nhám tuyệt đối Chọn vật liệu làm ống là thép nối không hàn —z=0,07.103 A: độ nhám tương đối, được xác định theo công thức: A= £ = 9:07 x10" _ 5 33104 d, 0,21 1 6,81)" 3,33x107 —>-==-2.lg||————m| +—=—=— XÃ 468584,1 3,7 2 =0,0167 Theo bang II.16(I-393), déi với thành nhẫn Re > 2.10” thì bỏ qua tốn thất ma sát Šcong=A.B.C Goéc 6=90° > A=1 Chon: ® ~2 yB=015 d, £2053 =1,45 \ b 6 => Evy =1% 015% 1,45 = 0,2175 Hệ số trở lục cục bộ của toàn ống đầy: ế = + 6u„„ = 952175 + 3,13 = 3,3475

Chọn chiều dài ống đây là Hạ=12m

— Áp lực toàn phần cần thiết để khắc phục sức cản thủy lực là: 997,08 42 +(13,3475+0,01675 ai AP,= > ) =10572,610 1m? AP, _ 10572/61_ —1 pg 997,08x9,81 —>hmE= hạn + h„a=0.5+1,08=1,5§m P =98100—AP, = 98100-4898, 17 = 93201,83(N /m”) P,=AP, + P =10572,61+ 303900 = 314472, 61(N /m?) —> hma = Vậy áp suất toàn phần cúa bơm: 313472,61—93201,83 + 15 997.08x9,8I 2x9,81 A =3,5+12+ +1,58 = 39,8(m)

Công suất của bơm:

Công suât yêu câu trên trục bơm:

Trang 24

Trong đó:p: khối lượng riêng của nước, kg/m”

N: hiéu suat cua bom, kW G, M, H,O m Q: nang suất của bơm(m”/s); Q=—*—“#-„ Ø„,o-3600 — Q=- 14000x18 _0 07 m3/; 997,08 x 3600 g: gia tốc trọng trường(m/s )

H: áp suất toàn phần của bơm tính bằng mặt cắt cột chất lỏng bơm nị: hiệu suất của bơm

= NoMa (1-439)

Với ;„: 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 bơm

„„: hiệu suất thủy lực

„„ : hiệu suất cơ khí

Hiệu suất toàn phần phụ thuộc vào loại bơm và năng suất Khi thay đổi chế độ

làm việc của bơm thì hiệu suất cũng thay đổi ạ =0,85+0,96 Đối với bơm ly tam: 77, = 0,8 + 0,85 Na = 0,92 + 0,96 Chon: 7, =0,953 7, =0,85 37, =0,95 > = Ny NyNy = 9.95.0, 85.0,95 = 0,767 A A A A x ^ > * > 1 > Vay cong suat yéu cau trén truc bom: N = 0,07997,089,81%39,8 =35,5(kW) 1000 x 0,767 Cong suat dong co dién Na-(kW) N Nir Nate Voi: 7, = 0,85: hiệu suât truyền động Na = 7„ =0,95: hiệu suất động cơ điện N 35,5 Nr Nie m 85x0, 95 Thông thường động cơ điện được chọn có công suất lớn hơn so với cơng suất tính tốn Chọn B=1,15 — Ni = BN, =1,15* 44 = 50, 6(kW) Chon cong suất dong co dién 1a 51 kW II May nén khí Tháp làm việc ở điều kién P=3atm, T=25°C Ta chọn máy nén ly tâm

Máy nén ly tâm là một loại máy nén và day khí nhờ tác dụng của lực ly tâm do bánh guồng sinh ra Dùng máy nén ly tâm khi áp suất đây từ 2-10 at Độ nén của máy ly tâm nhỏ nên máy có nhiều cập thường từ 3-7 cap

Độ nén trong một cấp từ 1,2-1,5 khi tốc độ vòng nhỏ hơn 200m/s

Trang 25

Đường kính bánh guồng từ 700-1400 mm Cánh guông có thể cong ra hoặc hướng tâm

Các điều kiện của khí đầu vào T=25°C, P=latm

II Công của máy nén ly tâm Áp dụng công thức

m-1

Ly = RT (2} "1 \(7/kg) (I-465)

Trong do: Pa, Pg: áp suất trước và sau khi nén, at

Trang 26

ty =hD+AE,

¢ Zs: chiéu cao ống đây

¢ p:Khéi luong riéng ctia hén hợp khí thải ở điều kiện đầu vào của khí

p= 3.63 kg/m?

Trang 27

cà Dài 681 \” 2,06x10” MÃ *\\4743220,34 3.7 —>2=0,0144 * Hệ số trở lực cục bộ trong Ống hút: Sn = 51 +52 Trong do: e é: Hệ số trở lực của ống thắng, đoạn ống thắng có đầu lồi ra phía trước có ế, =0,5 e ¿:hệ số trở lực của van Chon van 1 chiéu.Theo II.16 [I-399] ta có dị =0,34 m =>& =2,1+2,5 choné, =2,5 —tro lực cục bộ của ống hút ¿ = ấ tế =0,5+2,5=3 Chọn chiều dài ống hút Hạ, =L„ =5 (m) —AP,= 2S ast (14.36 0014455) =4777,720N /m?) at = ATT? _ 134.170m) pg 3,63x9,81 — P, =P -AP, =9,81.10* — 4777, 72 = 93322, 28(N /m’) * Xác định áp suất sau nén: Áp dụng công thức: P, = P, + p.g.L, Trong do: ¢ P: ap suất cuối đường ống đây P,=AP,+AP,+P „ 0; L

Vit: AP, = oe ụ vê) * Đường kinh ống đây

Trang 28

1 6,81)" A —=-2.] a — 1-380 Va 'Í Re) “| [sso Trong đó: e© ¿: Độ nhám tuyệt đối, chọn vật liệu làm ống là thép nối không han —>£=0,07.103 e A: Độ nhám tương đối, được xác định theo công thức: _ € _ 0,07.107 d, 0,385 Thay vào công thức: ly 681 Y” 182107 Mĩ *\\4579152,54 3,7 —A=0,0142 =1,82.107 * Hệ số trở lực cục bộ trên đường ống day Áp dụng công thức: ba = 51 +52 +65 Trong do: © &:hé s6 trở lực của ống thắng; ¿,=0,5 e &:hé số trở lực của van, chọn van I chiều Theo bang II.16 ta co dạ= 0,385 m có é,= 2,lz 2,5 => chọn é,=2,5 e &:hé số trở lực cục bộ của đường ống cong; ễ,=A.B.C Góc 0= 90°=> A =l Chọn =2 => B=0,15 d £= 0,5 => C=1,45 > — €,= 1*0,15*1,45 = 0,2175

—>Hệ số trở lực cục bộ trên đường ống đây

€,=& +& +&=0,5+ 2,5+ 0,2175= 3,2175

Chọn chiều dài ống đây Hạ =Lạ =5 (m)

Trang 29

p= AP: _ 3195.79 "ức 2.ơ 3,63x9,81 —> Áp suất cuối đường ống đây P, =AP, +AP, + P= 4111,72+3195,79+303900 = 311873,51(N/m”) —>Vậy áp suất sau khi nén là: P, = P, + p.g.L, = 311873,51+ 3,63x 9,§1x5 = 312051,56(N/m”) Thay các số liệu vào công thức tính công của máy nén ta có: = m Lal a Ly = RT, || 2 |" 1] =281,16«298x—b4 | ( 31205156) —¡ | 1,4-1] 93322, 28 =89,74(m) = 120769, 8(J / kg)

Trang 30

e ø: hệ số dự trữ công suất thường lấy bang 1,1+1,15.Chon #=1,15

Nid —11sx_ 149%] _ 1 604, saw)

Nn Nic 0,98x0,95

Như vay ta chon động cơ điện có công suất 1600 kW

PHAN III: TINH TỐN CƠ KHÍ I Chiều dày thân tháp

Thiết bị làm việc ở áp suất khí quyên, dùng đề hấp thụ khí S02, thân tháp hình

trụ, được chế tạo bằng cách uốn tắm vật liệu với kích thước đã định sẵn, hàn ghép mối, tháp được đặt thắng đứng

> Chọn thân tháp làm bằng vật liệu XI8§H10T(C < 0,1%, Cr khoảng 18%,

Ni khoảng 10%, T¡ không qua 1 —- 1,5%)

> Chọn thép không gi, bền nhiệt và chịu nhiệt

> Thông số giới hạn bền kéo và giới hạn bền chảy của thép loại X18HI10T: ø,= 540.105(N/m?) ơ.= 220.10”(N/m?) e_ Độ giãn tương đối: ö = 38% e Độnhớtvađập :ay=2.10”J/m7 Chiều dày thân tháp hình trụ, làm việc với áp suất bên trong được xác định bằng PP cm Bảng XII.8-II-360 2.Ø, ] _P N„=Ö cơng thức: § = Trong đó: e _D : đường kính trong tháp, m

eo: hệ số bền của thành thân trụ theo phương dọc, với thân hay có lỗ gia có

hoàn toàn thì ọ = @ạ đối với mối hàn đặc Với hàn tay bằng hồ quang điện,

thép không gỉ ta có: ‹p = (0 = 0,95 [Bảng XII.8-II-362]

Trang 31

e P: Ap suat trong thiét bi, N/m”

P: Áp suất trong thiết bị ứng với sự chênh lệch áp suất lớn nhất bên trong và ben ngoài tháp, N/m” P= Pant Put Trong do: © Pm: : Ap suất làm việc, P„= 3 x 1,013.10° = 303900 N/m? e Py : Ap suat thuy tinh cia cét chat long Pu = px-g-H (N/m) [I- 360 ] Với:

¢ px: khéi lượng riêng của nước, kg/m”

=> P„ =p,.g.H = 997,08 x 9,81 x11,7 =114441,9 ( N/m’) => P= Part Pe = 303900+ 114441,9 = 418341,9( N/m?) * Tinh C

C phụ thuộc vào độ ăn mòn, độ bào mòn va dung sai cua chiều dày Đại lượng C được xác định theo công thức:

C=C¡i+C;+C; „mm [II-363]

Trong do:

e C¡:hệ số bổ sung do ăn mòn Đối với vật liệu là thép XI§HI0T có độ bền 0,05— 0,1mm/nam thi lay C¡= Imm

e C¿: Đại lượng bổ sung do hao mòn, C›= 0

Trang 32

Trong đó: e Tn:hệ số hiệu chnh, n=l â 6Â =220.10 (N/m) e Mc: hé số an toàn theo gidi han chay, n= 1,5 [II-356] a, 220.10° —>|ø,]= —*#= .1= 146,667.106 Ta lấy giá trị bé hơn trong hai giá trị vừa tính được: [ox] = 146,667.10%(N/m”) [o,].9, _ 146,667.10° x 0,95 Do do + = —2@—— > = =333,0617>50 P 418341,9 — bề dày thân tháp được tinh theo công thức sau: D.P ic _ 2x 418341,9 C,m —2lơ,l@ 2xI46,66710°x0,95` C =C¡+ C¿+ C; = 14+0+0,18= 1,18 mm —>S= 3,0025+1,18=4,1825 mm Quy tron S=5 mm Kiểm tra ứng suất của thành theo áp suất thử: _ [D,+(S-C)]P, < Ø, 2(S5-C)ø_ `12 Trong đó: › N/mˆ © Po: Ap suất thử, được xác định theo công thức Pọ = Pụt Pụ Py: Ap suất thuỷ lực lấy theo bảng XII.5 Chon Py, = 1,5P = 1,5x418341,9=627512,85 (N/m?) Pụ: Áp suất thuỷ tĩnh, P„= 114441,9(N/m?) => Py = 627512,85 + 114441,9 = 741954,75(N/m’) Vaya = 22S MIO" TH9SE75 apg suy Nmg ơ, _ 220.10! e 1,2 > > = 183,33.10° N/m2

Như vậy là không thoả mãn

Trang 33

II Chiều đày nắp và đáy thiết bị

Nắp và đáy cũng là những bộ phận quan trọng của thiết bị, được chế tạo cùng

loại vật liệu với thân thiết bị là thép X1§H10T Thiết bị đặt thắng đứng

Áp suất trong là P = 418341,9 > 0,7.10° N/m? nguoi ta thường dùng nắp elip có gờ D a Áp suất tính toan P=418341,9 N/m? Chiều dày của nắp và đáy thiết bị được xác định theo công thức: so DPD 3,819, kg, =P 2h, Trong đó:

e P: Áp suất trong của thiết bị

e_ hụ: chiều cao phần lồi của đáy và nắp , hụ= 0,25D=0,25x2=0,5 m

điện, vật liệu thép cacbon không gỉ chọn ọ¡= 0,95

e C: Dai luong bé sung, C, = 1,18 (mm )

Trang 35

@¡ = 1,5-2,5 m/s Chọn œ¡ = 2,0 m/s —d,= 0,785x2 0.07 —02110m) Quy chuẩn dị =200 mm —¬ 5 0,2?x0,785 4 Mặt bích a Bích nối thiết bị: Để nói thiết bị ( thân, nắp và đáy) ta có thể dùng bích liền kiểu I (hình 8 2) chế tạo bằng thép CT3 D Ghi chú: Dp D~ Đường kính ngoài của bích Db — Đường kính vòng bu-lông Di Di— Đường kính trong của bích Da— Đường kính quy ước của bích ;

] Dy — Đường kính trong của ông

= Lai Dn j/ n— Chièu ðy của bích

i / db— Dung kinh bu-lông

?->

Hình 8 2 Bích liền kiểu I

Với đường kính của tháp D.= 2000mm và áp suất tính toán p = 418341,9 N/m”,

Trang 36

mm

2000 | 2054 | 2030

b Bích nối đường ống với lỗ ớ đáy và nắp : ta dùng kiểu bích tự do bằng thép

Tra bảng XII-28( số tay 2-425) ta có Kiếu bích py.10° | Dy 5 N/m? Do | h | hy, | D, mm 0,25+0,6 | 350 | 283 | 28 | 20 | -

c Bích nối ống dẫn với các bộ phận khác trong thiết bị Chọn bích liền bằng kim loại đen, kiểu I —-|——-=@- † -l| ~ c Y Y h 7 2 D, _— đL: l2 Ly

Tra bang XIII.26, sé tay 2-414

Ứng với ống có đường kính Dy=200 mm ta có các thông số sau

Trang 37

Thông thường người ta không đặt trực tiếp thiết bị lên bề mặt mà phải có tai treo hay chân đỡ, vỏ đỡ đề đỡ thiết bị để thiết bị được ổn định khi vận hành Muốn

chọn được chân đỡ, vỏ đỡ hay tai treo thích hợp ta phải tính trọng tải của tháp Trọng tải của tháp:

Pihap = Pinan + Paay, nip + Penat tong + Poich Ð Paem (N)

s* Khối lượng thân thiết bị

Mụ = V.p = S.H.p = (z⁄4).(D„ - DỶ,) H.p

Trong đó:

e_ p: khối lượng riêng của thép, p = 7,9.10° kg/m?

—> Muan = (/4).[ (2,0 + 2x0,006)” — 2,0” ]x11,7x7,9.10° = 3493(kg)

s* Khối lượng của đáy và nắp tháp

- Khối lượng của nắp: S= 8mm; D=2000mm

— Tra bang XIII-11( sé tay 2- 384) ta có chiều cao gờ h= 25 mm và Myip=283 kg

-_ Khối lượng đáy: S=§mm; D,=2000 mm

— Tra bảng XIII-1 1( số tay 2- 384) ta có chiều cao gờ h= 25 mm và

Mnip=283 kg

Vay Mnip- aay= 566 (kg)

+* Khối lượng của đệm

Đệm là đệm vòng Rasig dé lộn xộn: đệm bằng sứ kích thước 25x25x3.0

Tra bảng thông số kỹ thuật IX.8( số tay 2-193) Paem = 600 kg/m?

Maem = Haem (1/4).DŸ.pa¿„= 9,2x.(/4)x2,0”x600= 17332,8 (Kg)

Trang 38

Áp dụng công thức: M, =^.(D? - Di) A Prep a

4

Trong do:

D,: đường kính vòng bulong, Dụ= 2100 mm = 2,1 m Dị: đường kính trong của bích, D= 2060 mm= 2,06 m e h: chiều dài của bích, h=50mm=0,05m > M, = 2x(0.Ẻ ~2,06°)x0,05x 7,85.10° = 51,27(4g) — M,, =3x51,267 =153,8(kg) o_ Bích nối ống dẫn: M,„, = 4x (0,255° — 0, 2327) x0, 22 x 7850 = 6,07(⁄g) o_ Bích nối đường ống với lỗ ở đáy và nắp M,, =4x 2 x(0,445” ~0,415?)x0,26 x 77850 = 16,53(kg) Do đó Mụ = MụirtMp¿+M¡; = 153,8+6,07+16,53= 176,4 kg Trọng tải của tháp là:

Khối lượng của toàn tháp

Trang 39

PHAN KET LUAN

Trên đây toàn bộ phần thiết kế hệ thống tháp đệm hấp thụ cấu tử SO2 với dung môi là nước, trong quá trình tính toán do rất dài và có nhiều công thức phức tạp cũng như phải làm tròn số hoặc tra số liệu từ các tài liệu tham khảo nên

bản thiết kế không tránh khỏi sai sót trong tính toán

Tuy nhiên bản thiết kế đã giúp em hệ thống lại toàn bộ kiến thức đã học từ các môn Các quá trình cơ bản LIL,II,những môn cơ sở của ngành môi trường và hóa Đồng thời qua việc thiết kế cũng giúp em có được cái nhìn hoàn chỉnh về

Trang 40

TÀI LIỆU THAM KHẢO

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

T§ Trần Xoa, PGS.TS Nguyễn Trọng Khuông, TS Phạm Xuân Toản- Số

tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa tập 2- NXB KHKT Hà Nội

G§.TSKH Nguyễn Bin- Cơ sở các quá trình và thiết bị công nghệ hóa

Định dạng
Số trang	40
Dung lượng	5,66 MB