THIẾT kế THÁP đệm DÙNG để hấp THU KHÍ SO2 BẰNG nước

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh Trường Đại học Bách Khoa Khoa Cơng nghệ Hóa học & Dầu khí BỘ MÔN MÁY & THIẾT BỊ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Quá Trình & Thiết bị THIẾT KẾ THÁP ĐỆM DÙNG ĐỂ HẤP THU KHÍ SO2 BẰNG NƯỚC GVHD : Cao Thị Nhung SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa MSSV : 69901406 Lớp : 99HPo02 Nghành : polymer Năm học 2002-2003 MỤC LỤC -oOo LỜI NÓI ĐẦU Chương I MỞ ĐẦU Phần A TỔNG QUAN VỀ KHÍ SO2 SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG I.1 Tính chất hóa lý SO2 I.2 Tác hại SO2 I.3 Các nguồn tạo SO2 I.4 Các phương pháp xử lý SO2 Phần B QUI TRÌNH CƠNG NGHỆ I.5 Chọn qui trình cơng nghệ xử lý khí SO2 I.6 Thuyết minh qui trình cơng nghệ Chương II TÍNH TỐN CƠNG NGHỆ II.1 Các thơng số ban đầu II.2 Tính cân vật chất II.3 Cân lượng II.4 Tính kích thước tháp hấp thu II.5 Tính trở lực lớp đệm Chương III TÍNH TỐN CƠ KHÍ III.1 Tính chiều dày thân tháp III.2 Tính chiều dày đáy , nắp tháp III.3 Tính ống dẫn lỏng , ống dẫn khí III.4 Tính bích ghép thân tháp III.5 Tính bích nối đường ống dẫn lỏng ống dẫn khí III.6 Tính lưới đỡ đệm đĩa phân phối lỏng III.7 Tính chân đỡ tai treo Chương IV TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ IV.1 Tính bồn cao vị IV.2 Tính cơng suất bơm IV.3 Tính cơng suất quạt Chương V TÍNH KINH TẾ TÀI LIỆU THAM KHẢO SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG LỜI MỞ ĐẦU Hiện , phát triển ngành công nghiệp tạo sản phẩm phục vụ người , đồng thời tạo lượng chất thải vô lớn làm phá vỡ cân sinh thái gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Trong loại ô nhiễm , ô nhiễm không khí ảnh hưởng trực tiếp đến người , động vật , thực vật cơng trình xây dựng Sức khỏe tuổi thọ người phụ thuộc nhiều vào độ môi trường Vì , năm gần nhiễm khơng khí từ nghành sản xuất cơng nghiệp nước ta vấn đề quan tâm không nhà nước mà cịn tồn xã hội mức độ nguy hại lên đến mức báo động SO2 chất ô nhiễm không khí sản sinh nhiều nghành sản xuất công nghiệp sinh hoạt Việc xử lý SO2 có nhiều phương pháp khác Phương pháp áp dụng để xử lý tùy thuộc vào hiệu tính kinh tế phương pháp Ví , đồ án mơn học với nhiệm vụ thiết kế tháp đệm hấp thu SO2 phương án ghóp phần vào việc xử lý khí thải nhiễm Trong đồ án khảo sát phương án : Xử lý SO2 phương pháp hấp thu với dung môi nước Nhằm tìm hiểu xem trình xử lý có đạt hiệu kinh tế khơng , để đưa vào hệ thống xử lý khí thải nghành sản xuất công nghiệp sinh hoạt Nội dung khảo sát : thiết kế tháp đệm xử lý SO2 với suất 2000m3/h , nồng độ SO2 dịng khí đầu vào 1% thể tích , nồng độ SO2 dịng khí đầu đạt tiêu chuẩn loại A (1500mg/m3) thải vào môi trường Em xin chân thành biết ơn cô Cao Thị Nhung , thầy cô môn Máy & Thiết bị tận tình hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi cho em hồn thành đồ án mơn học CHƯƠNG I MỞ ĐẦU PHẦN A TỔNG QUAN VỀ KHÍ SO2 I.1 Tính chất hóa lý SO2 : SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG SO2 chất khí khơng màu, mùi kích thích mạnh, dễ hóa lỏng, dễ hịa tan nước (ở điều kiện bình thường thể tích nước hịa tan 40 thể tích SO2) Khi hoà tan nước tạo thành dung dịch sunfurơ tồn dạng : chủ yếu SO2.nH2O phần nhỏ H2SO3 SO2 có nhiệt độ nóng chảy – 750 C nhiệt độ sơi – 100C Nguyên tử S phân tử SO2 có cặp electron hóa trị tự linh động trạng thái oxy hóa trung gian (+4) nên SO2 tham gia phản ứng theo nhiều kiểu khác nhau: - Cộng khơng thay đổi số ơxy hóa : SO2 + H2O = H2SO3 -Thực phản ứng khử : SO2 + 2CO 500 o C 2CO2 + S ↓ -Thực phản ứng oxy hóa : SO2 + V2 O5 O2 to SO3 SO2 + Cl2 + H2O = H2SO4 + HCl Trong môi trường khơng khí , SO2 dễ bị ơxy hóa biến thành SO3 khí SO3 tác dụng với H2O môi trường ẩm biến thành acid muối sunfat Chúng nhanh chóng tách khỏi khí rơi xuống gây ô nhiểm môi trường đất mơi trường nước I.2 Tác hại khí SO2 : -SO2 khí thải cơng nghiệp thành phần gây nhiểm khơng khí Nồng độ cho phép khí SO2 có mơi trường xung quanh nhỏ( H+ + HSO3Do độ hòa tan SO2 nước thấp nên phải cần lưu lượng nước lớn thiết bị hấp thụ tích lớn + Hấp thụ huyền phù CaCO3 Ưu điểm phương pháp quy trình cơng nghệ đơn giản chi phí hoạt động thấp, chất hấp thụ dể tìm rẽ, có khả xữ lý mà không cần làm nguội xử lý sơ Nhược điểm: thiết bị đóng cặn tạo thành CaSO4 CaSO3 + Phương pháp Magie (Mg): SO2 hấp thụ oxit – hydroxit magie, tạo thành tinh thể ngậm nước Sunfit magie Ưu điểm : làm khí nóng , khơng cần lọc sơ bộ, thu sản phẩm tận dụng H2SO4 ; MgO dể kiếm rẻ , hiệu xử lý cao Nhược điểm :vận hành khó, chi phí cao tốn nhiều MgO + Phương pháp kẽm : phương pháp chất hấp thụ kẽm SO2 + ZnO + 2,5 H2SO4 > ZnSO3 + H2O Ưu điểm :của phương pháp khả xử lý nhiệt độ cao (200 – 2500C) Nhược điểm : hình thành ZnSO4 làm cho việc tái sinh ZnO bất lợi kinh tế nên phải thường xuyên tách chúng bổ sung thêm ZnO + Hấp thụ chất hấp thụ sở Natri : Ưu điểm : phương pháp ứng dụng chất hấp thụ hóa học khơng bay, có khả hấp thụ lớn SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG + Phương pháp Amoniac : SO2 hấp thụ dung dịch Amoniac dung dịch Sunfit-biSunfit amôn Ưu điểm : phương pháp hiệu cao, chất hấp thụ dễ kiếm , thu sản phẩm cần thiết (Sunfit biSunfit amon) + Hấp thụ hổn hợp muối nóng chảy: Xử lý nhiệt độ cao dùng hổn hợp Cacbonat kim loại kiềm có thành phần sau: LiCO3 32%, Na2CO3 33%, K2CO3 35% + Hấp thụ Amin thơm : Để hấp thụ SO2 khí thải luyện kim màu (nồng độ SO2 khoảng 1-2% thể tích) Người ta sử dụng dung dịch: C6H3(CH3)2 NH2 (tỉ lệ C6H3(CH3)2 NH2 : nước = 1- 1) C6H3(CH3)2 NH2 không trộn lẩn với nước liên kết với SO2 tạo thành (C6H3(CH3)2 NH2)2 SO2 tan nước I.4.2 Phương pháp hấp phụ : SO2 giữ lại bề mặt chất rắn , thu dịng khí qua bề mặt rắn Chất hấp phụ công nghiệp than hoạt tính , silicagen , zeonit ionit (chất trao đổi ion) Nhược điểm : cần thiết phải tái sinh chất hấp phụ để thu hồi cấu tử bị hấp phụ phục hồi khả hấp phụ chất hấp phụ Chi phí tái sinh chiếm khoảng 40 – 70% tổng chi phí q trình làm khí I.4.3 Xử lý SO2 phương pháp nhiệt xúc tác : Bản chất trình xúc tác để làm khí thực tương tác hóa học , nhằm chuyển hóa tạp chất độc thành sản phẩm khác với có mặt chất xúc tác đặt biệt PHẦN B QUI TRÌNH CƠNG NGHỆ I.5 Chọn qui trình cơng nghệ : Chọn nguồn xử lý khí từ ống khói nhà máy sản xuất acid H2SO4 Khí xử lý sơ trước vào tháp Chọn dung môi hấp thu nước nước dung mơi hấp thu rẻ tiền , dễ tìm , khơng ăn mịn thiết bị Tháp hấp thu tháp đệm nên dung môi hấp thu nước để không tạo cặn lắng làm cản trở dịng khí lỏng I.6 Thuyết minh qui trình cơng nghệ : Dịng khí thải từ nhà máy thải xử lý sơ Sau quạt thổi qua lưu lượng kế đo lưu lượng vào tháp đệm thực trình hấp thu Tháp hấp thu làm việc nghịch dịng Dung mơi hấp thu nước Nước từ bể chứa bơm lên bồn cao vị Sau qua lưu lượng kế đo lưu lượng dòng chảy vào tháp hấp thu , nước chảy từ xuống Khí SO2 thổi từ đáy tháp lên , trình hấp thu thực SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN MƠN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG Khí sau hấp thu đạt TCVN thải phát tán môi trường Dung dịch nước sau hấp thu cho chảy vào bể chứa thực trình trung hịa thải mơi trường CHƯƠNG II TÍNH TỐN CƠNG NGHỆ II.1 Các thơng số ban đầu : Lưu lượng khí thải : 2000 m3/h Nồng độ SO2 ban đầu 1% thể tích Nồng độ SO2 sau xử lý đạt tiêu chuẩn loại A :1500 mg/m3 Chọn nhiệt độ nước hấp thu 30oC II.2 Tính cân vật chất : Phương trình cân dung dịch hấp thu SO2 H2O biểu diễn theo định luật Henri : P = H*x y* = H =m*x Pt Trong : y* : nồng độ phân mol SO2 dịng khí điều kiện cân x : nồng độ phân mol khí hịa tan pha lỏng P : áp suất riêng phần cấu tử khí hịa tan cân Pt : áp suất tổng hệ hấp thu H : hệ số Henry Ở 30oC : H = 0.0364*106 (mmHg) [2,Bảng IX.1,p.139] m : hệ số phân bố H 0.0364 * 10 m= = =47.894 Pt 760 Y X y= x= 1+ Y 1+ X SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG Y* X =m * * 1+ X 1+ Y mX 47.894 * X Suy : Y* = = + (1 − m) X + (1 − 47.894) X Thay vào ta : Trong : X: Y: Từ phương trình đường cân ta có số liệu đường cân bằng: X Y* 0.00008 0.0001 0.00013 0.00015 0.00018 0.0002 0.00025 0.0003 0.0038 0.0048 0.0063 0.0072 0.0087 0.0097 0.0121 0.0146 Từ số liệu đường cân ta vẽ đường cân : Y* Đồ Thị Cân Bằng Của Dung Dịch Hấp Thu SO2 Bằng nước 0.016 0.014 0.012 0.01 0.008 0.006 0.004 0.002 X 0 0.0001 0.0002 0.0003 0.0004 Nồng độ thể tích ban đầu dịng khí : yđ = 1% = 0.01 Nồng độ đầu pha khí theo tỷ số mol : Yđ = yd = 0.0101 (KmolSO2/Kmolkhítrơ) − yd Nồng độ cuối pha khí theo tỷ số mol : SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG 64( g / mol ) Yc = 1at 1(m ) * 10 (lit / m ) * (273 + 30) o K o 0.082(lit at / mol K ) 1.5( g ) * Yc =0.000582 (KmolSO2/Kmolkhítrơ) Hấp thu SO2 nước , chọn dung môi vào tháp nên : Xđ = Với Xđ : nồng độ đầu pha lỏng , KmolSO2/KmolH2O Lượng dung môi tối thiểu sử dụng : Y − Yc Lmin = d* Gtr X − Xd Gtr : suất lượng dịng khí trơ hỗn hợp X* : nồng độ pha lỏng cân tương ứng với Xđ Từ đồ thị đường cân ta xác định : X* = 0.00021 (KmolSO2/KmolH2O) Suy : Lmin 0.0101 − 0.000582 = = 45.324 Gtr 0.00021 − Chọn Ltr = 1.2*Lmin Với Ltr : lượng dung môi không đổi vận hành , kmol/h Suy : Ltr L = 1.2 * = 1.2*45.324 = 54.3888 Gtr Gtr Lưu lượng hỗn hợp khí vào tháp hấp thu : Ghh= PV * 2000 = = 80.496 (Kmol/h) RT 0.082 * (273 + 30) Suất lượng dịng khí trơ hỗn hợp : Gtr = Ghh*(1-yđ ) = (1-0.01)*80.496 = 79.691 (Kmol/h) Suất lượng dung môi làm việc : Ltr = 54.3888*Gtr = 54.3888*79.691 = 4334.298 (KmolH2O/h) Phương trình cân vật chất có dạng ; Gtr*Yđ + Ltr*Xđ = Gtr*Yc + Ltr*Xc Suy : Ltr Y − Yc = d Gtr X c − X d Suy : Xc = Yd − Yc 0.0101 − 0.000582 = = 0.000175 (molSO2/KmolH2O) Ltr 54.3888 Gtr SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG Yc L tr G tr Y ñ L tr G tr Xñ Xc Xc : nồng độ cuối pha lỏng ΙΙ.3 Cân Bằng Năng Lượng : Ký hiệu : Gđ , Gc – lượng hổn hợp khí đầu cuối Lđ , Lc - lượng dd đầu cuối tc , tc – nhiệt độ khí ban đầu cuối , o C Tđ , Tc – nhiệt độ dung dịch đầu cuối , o C Iđ , Ic – entanpi hỗn hợp khí ban đầu cuối , kj/kg Q0 – nhiệt mát , kj/h Phương trình cân nhiệt lượng có dạng : GđIđ + LđCđTđ + Qs = GcIc + LcCcTc + Q0 Với Qs – nhiệt lượng phát sinh hấp thụ khí , kj/h Để đơn giản hố vấn đề tính tốn , ta giả thiết sau : - Nhiệt độ mát môi trường xung quanh không đáng kể , Q0 = - Nhiệt độ hổn hợp khí khỏi tháp nhiệt độ dung dịch vào tháp : tc = tđ = 300C - Tỷ nhiệt dung dịch không đổi suốt trình hấp thu : Cđ = Cc = CH O SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN MÔN HỌC t = 0.61 * 20 GVHD : CAO THỊ NHUNG 15 0.091 1260 [ * 32 + 0.7 * 1.32 * ( ) 223.26 43 45 20 112.375 * (1.589 + ) t2 t = 0.61 * 20 * 45 7.4399 223.26 1.589 + t2 Suy : t = 23.59 (mm) < 25 (mm) , thỏa điều kiện bền Vậy chọn chiều dày bích t = h = 25 (mm) thỏa điều kiện bền III.5 Tính bích nối đường ống dẫn lỏng với thân ống dẫn khí với thân : III.5.1 Bích nối đường ống dẫn lỏng với thân : Chọn bích liền kim loại đen để nối ống dẫn lỏng với thân Đường kính ống dẫn lỏng , Dy = 150 mm Đường kính ngồi ống dẫn lỏng , Dn = 159 mm Đường kính ngồi bích , D = 260 mm Đường kính tâm bulơng Dt = 225 mm Đường kính bulơng db = 16 mm (M16) Số bulông Z = Bề dày bích t = 16 mm III.5.2 Bích nối ống dẫn khí với thân : Chọn bích liền kim loại đen Đường kính ống dẫn khí , Dy = 200 mm Đường kính ngồi ống dẫn khí , Dn = 219mm Đường kính ngồi bích , D = 290 mm Đường kính tâm bulơng Dt = 255 mm Đường kính bulơng db = 16 mm (M16) Số bulông Z = Bề dày bích t = 16 mm III.6 Tính lưới đỡ đệm đĩa phân phối lỏng : III.6.1 Tính lưới đỡ đệm : Chọn vật liệu làm đệm thép hợp kim X18H10T Các có tiết diện chữ nhật , cạnh có bề rộng b =10 mm Đường kính tháp : Dt = 1200 mm Đường kính lưới đỡ đệm : Dl =1165 mm Chiều rộng bước lưới : bl = 22 mm Số đỡ đệm n = Dl 1165 = = 52.95 bl 22 Chọn n = 52 Diện tích lưới đỡ đệm : π π Sl = * Dl = * 1165 = 1065421.625 (mm2) 4 Tổng khối lượng mà lưới phải chịu : m = m1 + m2 Trong : m1 : khối lượng vật chêm khô m2 : khối lượng dung dịch SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 25 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG m1 = V đ * ρ d Với : ρ d = 500 kg/cm2 , khối lượng riêng xốp đệm Vđ : thể tích đệm H π Vđ = * Dt * d π Hd π 6.5 * ρ d = * 1.165 * * 500 = 2077.57 (kg) 4 H π m2 = Vdd * ρ dd = (1 – Vđ ) * Dt * d * ρ dd Suy : m1 = * Dt * π * 1.165 * * 995 = 861.33 (kg) Vậy m = m1 + m2 = 2077.57 + 861.33 = 2938.9 (kg) Tải trọng mà lưới đệm chịu theo đơn vị diện tích : m * g 2938.9 * 9.81 P= = 0.027 (N/mm2) = Sl 1065421.625 Tải trọng mà phải chịu tính theo đơn vị chiều dài : = (1 – 0.79) * q= P 0.027 *1165 = 0.6049 (N/mm) * Dl = n 52 Ở ta chọn dài để tính bền theo ngun tắc ngắn bền dài bền Để đơn giản ta xét dài đĩa , chịu lực phân phối gối đỡ đầu Mặt cắt nguy hiểm B q * Dl Mxmax = Kiểm tra bền nhân tố trạng thái ứng suất đơn : Mxmax * y max Jx Mx h = max * Jx σ z max = Với Jx = b * h3 12 Thay vào ta : σ z max = Theo điều kiện bền : σ z max [12,(6-34),111] [12,(6-17a),105] * Mxmax * q * Dl = b * h2 8* b * h2 ≤ [σ ] * 0.6049 *1165 ≤ 146 *10 * h ↔ h ≥ 20.54 ↔ Vậy chọn chiều dày 25 (mm) III.6.2 Đĩa phân phối lỏng : Chọn đĩa phân phối lỏng loại Theo [2,bảng IX.22,230] ta có kích thước đĩa phân phối lỏng sau: Đường kính đĩa : Dd = 750 (mm) SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 26 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG Đường kính ống dẫn lỏng : d = 44.5 (mm) Chiều dày ống dẫn lỏng : S = 2.5 (mm) Chiều cao ống : 50 (mm) Khoảng cách từ chân ống đến rảnh : 10 (mm) Bước ống t = 70 (mm) Số lượng ống : 91 ống Chiều dày đĩa loại : (mm) Chọn vật liệu làm đĩa thép CT3 III.7 Chân đỡ tai treo : III.7.1 Khối lượng đáy tháp : mđ = (Fđ – Flđ )* ρ *S Trong : ρ : khối lượng riêng thép X18H10T dùng làm đáy nắp ρ = 7900 (kg/m ) [2,bảng XII.7,313] S : bề dày đáy tháp S = (mm) Fđ =1.66(m2) , diện tích đáy tháp Flđ : diện tích lỗ đáy nối ống dẫn lỏng π Flđ = * Dl , Dl : đường kính ống dẫn lỏng Thế vào ta có : π mđ = (1.66 - * 0.152)* 7900 * * 10-3 = 51.824 (kg) III.7.2 Khối lượng nắp tháp : mn = (Fn -Fln)* ρ * S Trong : ρ : khối lượng riêng thép X18H10T dùng làm nắp tháp ρ = 7900 (kg/m ) [2,bảng XII.7,313] S : bề dày nắp tháp S = (mm) Fn =1.66(m2) , diện tích nắp tháp Fln : diện tích lỗ nắp nối ống dẫn khí π Fln = * Dk , Dk : đường kính ống dẫn khí Thế vào ta có : π mn = (1.66 - * 0.22)* 7900 * * 10-3 = 51.4638 (kg) III.7.3 Khối lượng thân tháp : mt = Vthân * ρ Thể tích thân tháp : Vthân = Ft * S = [ π * D * H − π = { π * * − * Dk − π π * Dl ] * S * − π * 0.15 ] * * 10 −3 = 0.1234 (m ) Vậy mt = 7900 * 0.1234 = 974.86 (kg) III.7.4 Khối lượng đệm khô : mdk = * m1 SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 27 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG Với : m1 : khối lượng vật chêm khô mà lưới phải đỡ Suy : mdk = * 2077.57 = 4155.14 (kg) III.7.5 Khối lượng dung dịch : mdd = * m2 Với m2 : khối lượng dung dịch tầng đệm mdd = * 861.33 = 1722.66 (kg) III.7.6 Khối lượng bích nối thân đáy thân nắp : π mbích = * * [ D – (Dt + 2*S)2 ] * t * ρ b Trong : ρ b : khối lượng riêng thép CT3 dùng làm bích ρ b = 7850 (kg/m3) [2,bảngXII.7,313] D = 1.34 (m) , đường kính ngồi bích Dt = 1.2 (m) , đường kính tháp t = 25 (mm) , bề dày bích π Vậy mbích = * * [1.342 – (1.2 + 2*4*10-3)2] * 25 * 10-3 * 7850 = 103.63 (kg) III.7.7 Khối lượng bích nối ống dẫn lỏng với thân : π mdl = * [ D – (Dy + 2*Sl)2 ] * t * ρ b Trong : ρ b : khối lượng riêng thép CT5 dùng làm bích ρ b = 7850 (kg/m3) [2,bảngXII.7,313] D = 260 (mm) , đường kính ngồi bích Dy = 150 (mm) , đường kính ống dẫn lỏng t = 16 (mm) , bề dày bích Sl = Dn – Dy = 159 – 150 = (mm) π Vậy mdl = * [0.262 – (0.15 + * * 10-3)2] * 16 * 10-3 * 7850 = 3.88 (kg) III.7.8 Khối lượng bích nối ống dẫn khí với thân : π mdk = * [ D – (Dy + 2*Sk)2 ] * t * ρ b Trong : ρ b : khối lượng riêng thép CT3 dùng làm bích ρ b = 7850 (kg/m3) [2,bảngXII.7,313] D = 290 (mm) , đường kính ngồi bích Dy = 200 (mm) , đường kính ống dẫn khí t = 16 (mm) , bề dày bích Sk = Dn – Dy = 219 – 200 = 19 (mm) π Vậy mdk = * [0.292 – (0.2 + * 19 * 10-3)2] * 16 * 10-3 * 7850 = 2.7 (kg) III.7.9 khối lượng lưới đỡ đệm : SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 28 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG π mlưới = * ( * Dl * h * ρ ) * 0.4 Trong : b = 10 (mm) , h = 25 (mm) : bề rộng bề dài đỡ đệm Dl = 1165 (mm) ρ = 7850 (kg/m3) π Vậy mlưới = * ( * 1.165 * 0.025 * 7850) * 0.4 = 168.34 (kg) III.7.10 Khối lượng đĩa phân phối lỏng : π mđĩa = 2* *(Dd2 – 91*d2)* ρ * t Trong : Dd = 750 (mm) , đường kính đĩa n = 91 , số ống d = 44.5 (mm) , đường kính ống dẫn lỏng t = (mm) π Vậy mđĩa = 2* * [0.752 – 91*0.04452] * 7850 *5 * 10-3 = 23.57 (kg) III.7.11 Tổng khối lượng toàn tháp hấp thu : m = mđ + mn + mt + mdk + mdd + mbích + mdl + mdk + ml + mđĩa = = 51.824 + 51.4638 + 974.86 + 4155.14 + 1722.66 + 103.63 + 3.88 + + 2.7 + 168.34 + 23.57 = 7258.1 (kg) III.7.12 Tải trọng tháp : P = 7258.1 * 9.81 = 71201.67 (N) Chọn tháp có chân đỡ tai treo Tải trọng đặt lên chân đỡ : G= P = 17800.42 (N) ≈ 1.8 * 104 Chọn tải trọng đặt lên chân đỡ : G = 2.5 * 104 (N) > 1.8 *104 (N) Theo [2,bảng XIII.35,437] ta có kích thước chân đỡ : L = 250 (mm) B = 180 (mm) B1 = 215 (mm) B2 = 290 (mm) H = 350 (mm) h = 185 (mm) S = 16 (mm) l = 90 (mm) d = 27 (mm) Theo [2,bảng XIII.36,438] ta có kích thước tai treo : L = 150 (mm) B = 120 (mm) B1 = 130 (mm) H = 215 (mm) S = (mm) l = 60 (mm) SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 29 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG d = 30 (mm) a = 20 (mm) =-==-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-==-==-=-=-=-==-=-=-=-=-==-=-=-==-=-=-=-= = = CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ IV.1 Tính bồn cao vị : Viết phương trình Bernoulli cho mặt thống bồn cao vị (mặt cắt ) đầu ống dẫn lỏng vào tháp ( mặt cắt 2) P α *V P α *V Z1 + + 1 = Z + + 2 + ∆H 2* g 2* g ρ*g ρ*g Trong : Z1 , Z2 : chiều cao mặt thống bồn cao vị mặt cắt đầu ống dẫn lỏng vào tháp , m V1 , V2 : vận tốc mặt cắt , mặt cắt , m/s ∆ H : tổn thất từ mặt cắt đến mặt cắt , m α , α : hệ số hiệu chỉnh động SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 30 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG P2 = P1 = Pa : xem áp suất mặt thoáng bồn cao vị áp suất đầu vào ống dẫn lỏng H0 = Z1 – Z2 : chiều cao mực chất lỏng bồn cao vị so với chiều cao ống dẫn lỏng vào tháp V1 = (m/s) , V2 = 1.23 (m/s) Từ phương trình Bernoulli ta có : 2 P − P α * V − α * V1 Ho = Z1 – Z2 = + 2 + ∆H 2* g ρ*g α *V Ho = 2 + ∆H (1) 2* g Chuẩn số Re = V2 * d * ρ µ Với ρ = 995 (kg/m ) µ = 0.8007 * 10-3 (kg/m*s) , độ nhớt nước 30oC V2 = 1.23 (m/s) Suy : Re = 1.23 * 0.15 * 995 = 229271 > 2300 : chế độ chảy ống chảy 0.8007 * 10 −3 rối nên α = Thay vào (1) ta : V Ho = + ∆H 2* g Trong : ∆ H = hd + hcb Với hd : tổn thất dọc đường ống , m hcb :tổn thất cục miệng vào , miệng , chổ uốn , van , m IV.1.1 Tổn thất dọc đường ống : L V2 d 2* g hd = λ * * ,m Trong : λ : hệ số tổn thất L : chiều dài ống Chọn L = m d = 0.15 (m) , đường kính ống dẫn lỏng V = V2 = 1.23 (m/s) , vận tốc dòng lỏng chảy ống Do Re > 10000 nên : [13,(9-33),202] (1.8 * lg Re − 1.5) = = 0.015 (1.8 * lg 229271 − 1.5) λ= Vậy hd = 0.015 * 1.23 * = 0.0386 (m) * 9.81 0.15 IV.1.2 Tổn thất cục : Chọn hệ thống ống có : theo [12,phụ lục 3-4,236] ta có : - khuỷu cong (uốn góc 90o) : hệ số tổn thất cục ξ kh =1.1 - van : hệ số tổn thất cục ξ v =0.15 SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 31 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN MÔN HỌC Ta có : GVHD : CAO THỊ NHUNG Đầu vào ống : ξ dv =0.5 Đầu (cửa vào tháp ) : ξ dr =1 hcb = ∑ ξ * V2 V2 = (4 * ξ kh + * ξ v + ξ dv + ξ dr ) 2* g 2* g 1.23 = 0.4896 (m) * 9.81 1.23 = 0.6053 (m) Vậy Ho = 0.0386 + 0.4896 + * 9.81 hcb = (4*1.1 + 3*0.15 + + 0.5) IV.1.3 Chiều cao bồn cao vị : Z1 = Ho + Z2 = Ho + hchân đỡ + hđáy + hlv Trong : hchân đỡ = 0.185 (m) hđáy = 0.325 (m) hlv : chiều cao làm việc tháp hlv = 6.5 + 2*0.4 + 0.8 + 0.225 = 8.325 (m) Suy : Z1 = 0.6053 + 0.325 + 0.185 + 8.325 = 9.45 (m) IV.2 Tính cơng suất bơm : Viết phương trình Bernoulli cho mặt cắt đầu vào ống hút (mặt cắt 1-1) mặt cắt đầu ống đẩy(mặt cắt 2-2) P α *V P α *V H b + Z1 + + 1 = Z + + 2 + ∆ H 2* g 2* g ρ*g ρ*g Suy : 2 P2 − P1 α * V2 − α * V1 Hb = (Z2 – Z1) + + + ∆H 2* g ρ*g Trong : Z1 , Z2 : chiều cao mặt cắt (1-1) (2-2) , m Z2 – Z1 = 9.45 (m) P2 = P1 = Pkt : xem áp suất mặt cắt (1-1) áp suất mặt cắt (2-2) V1 , V2 : vận tốc dòng chảy ống hút ống đẩy , m/s Chọn đường kính ống hút đường kính ống đẩy d1 = d2 = 0.15 (m) nên V = V1 = V2 = 1.23 (m/s) ∆ H : tổn thất cột áp từ mặt cắt (1-1) đến mặt cắt (2-2) , m α , α : hệ số hiệu chỉnh động Hb : cột áp bơm , mH2O V *d *ρ 1.23 * 995 * 0.15 Chuẩn số Re = = = 229271 >2300 : chế độ chảy µ 0.8007 * 10 −3 ống chế độ chảy rối nên α1 = α = Vậy α * V1 = α * V2 nên ta có : Hb = Z2 – Z1 + ∆ H Trong : ∆ H = hd + hcb Với hd : tổn thất dọc đường ống , m hcb :tổn thất cục miệng vào , miệng , chổ uốn , van , m IV.2.1 Tổn thất dọc đường : SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 32 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN MÔN HỌC hd = λ * GVHD : CAO THỊ NHUNG L1 + L2 V * d 2* g L1 : chiều dài ống hút Chọn L1 = (m) L2 : chiều dài ống đẩy Chọn L2 = 15 (m) λ : hệ số tổn thất , λ = 0.015 V = V1 = V2 = 1.23 (m/s) Vậy hd = + 15 1.23 = 0.1234 (m) * 0.015 * 0.15 * 9.81 IV.2.2 Tổn thất cục : Chọn hệ thống ống có : theo [12,phụ lục 3-4,236] ta có : - khuỷu cong (uốn góc 90o) : hệ số tổn thất cục ξ kh =1.1 - van : hệ số tổn thất cục ξ v =0.15 - Đầu vào ống : ξ dv =0.5 - Đầu (cửa vào tháp ) : ξ dr =1 Ta có : V2 V2 = (2 * ξ kh + * ξ v + ξ dv + ξ dr ) 2* g 2* g 1.23 hcb = (2*1.1 + 2*0.15 + + 0.5) = 0.3084 (m) * 9.81 hcb = ∑ ξ * IV.2.3 Cột áp bơm : Hb = 9.45 + 0.1234 + 0.3084 = 9.8818 (mH2O) Để an toàn ta chọn Hb = 10 (mH2O) IV.2.4 Công suất bơm : Q * Hb * ρ * g Nlt = , Kw [10,113] 1000 * µ Trong : Q : lưu lượng bơm , m3/s Q= 78.41 = 21.78 * 10 −3 (m /s) 3600 Hb = 10 (mH2O) ρ = 995(kg / m ) , khối lượng riêng nước 30oC η : hiệu suất bơm η = η o *η tl *η ck Trong : η o : hiệu suất thể tích η tl : hiệu suất thủy lực η ck : hiệu suất khí Chọn loại bơm ly tâm Theo [3,bảng II.32,439] , ta chọn : η o = 0.96 η tl = 0.85 µ ck = 0.96 Vậy η = 0.96 * 0.85 * 0.96 = 0.783 SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 33 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG Thay vào ta : Nlt = 21.78 * 10 −3 * 10 * 995 * 9.81 = 2.72 (Kw) 1000 * 0.783 Công suất thực bơm : Nthực = β * N lt [5,6] Với β : hệ số an tồn cơng suất Theo [5,bảng 1-1,6] ta chọn β = 1.4 Vậy công suất thực bơm : Nthực = 1.4*2.72 = 3.808 (Kw) Chọn Nthực = (Kw) IV.3 Tính cơng suất quạt : Chọn quạt ly tâm Viết phương trình Bernoulli cho mặt cắt ống hút (mặt cắt 1-1) mặt cắt ống thổi khí vào đáy tháp (mặt cắt 2-2) P P α *V α *V H q + Z1 + + 1 = Z + + 2 + ∆ H 2* g 2* g ρ*g ρ*g Trong : Z1 , Z2 : chiều cao mặt cắt (1-1) mặt cắt (2-2) Z = Z2 P1 , P2 : áp suất dịng khí ống hút ống đẩy P1 = , áp suất dư môi trường P2 = ∆ Pư = 6500(N/m2) ρ : khối lượng riêng dòng khí , kg/m3 ρ = 1.166 (kg/m3) V1 , V2 : vận tốc dịng khí mặt cắt (1-1) mặt cắt (2-2) Chọn đường kính ống hút đường kính ống đẩy nên : V1 = V2 = V = 17.68 (m/s) α , α : hệ số hiệu chỉnh động Chế độ dòng chảy ống : V * d * ρ 17.68 * 0.2 * 1.166 Re = = 227789 > 2300 nên chế độ dịng = µ 1.81 * 10 −5 chảy ống chế độ chảy rối Nên α1 = α = Suy : α * V1 = α * V2 Từ phương trình Bernoulli ta có : 2 P − P α * V − α * V1 Hq = (Z2 – Z1) + + 2 + ∆H 2* g ρ*g ∆Pu P2 + ∆H = + ∆H ρ*g ρ*g Trong : ∆ H = hd + hcb = Với hd : tổn thất dọc đường ống , m hcb :tổn thất cục miệng vào , miệng , chổ uốn , van , m IV.3.1 Tổn thất dọc đường : L V2 d 2* g hd = λ * * SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 34 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG L : chiều dài ống dẫn khí Chọn L = 10 (m) d =0.2 (m) , đường kính ống dẫn khí λ : hệ số tổn thất Theo [3,II-65,380] , hệ số tổn thất xác định : Với ∆ = λ ε d = −2 * lg[( 6.81 0.9 ∆ ) + ] Re 3.7 : độ nhám tương đối Chọn ống thép hàn điều kiện có ăn mịn ε = 0.2 (mm) [3,bảng II-15,381] Suy : ∆ = = 0.001 200 Thay vào ta : = −2 * lg[( 6.81 0.9 0.001 ) + ] 227789 3.7 λ Suy : λ = 0.021 V = 17.68 (m/s) Vậy hd = 10 17.68 * 0.021 * = 16.728(m cột khí) 0.2 * 9.81 IV.3.2 Tổn thất cục : Chọn hệ thống ống có : theo [12,phụ lục 3-4,236] ta có : - khuỷu cong (uốn góc 90o) : hệ số tổn thất cục ξ kh =1.1 - van : hệ số tổn thất cục ξ v =0.15 - Đầu vào ống : ξ dv =0.5 - Đầu (cửa vào tháp ) : ξ dr =1 Ta có : V2 V2 = (4 * ξ kh + * ξ v + ξ dv + ξ dr ) 2* g 2* g 17.68 hcb = (4*1.1 + 3*0.15 + + 0.5) = 101.17(m cột khí) * 9.81 hcb = ∑ ξ * IV.3.3 Cột áp quạt : Hq = hcb + hd + ∆Pu 6500 = + 16.728 + 101.17 = 686.16 (m) ρ * g 1.166 * 9.81 IV.3.4 Công suất quạt : Q * H q * ρk * g Nlt = , Kw 1000 *η Trong : Q : lưu lượng dịng khí , m3/s Q= [10,153] 2000 = 0.56 (m /s) 3600 ρ k = 1.166 (kg/m3) η : hiệu suất chung η = η1 *η * η [10,153] Với -η1 : hiệu suất lý thuyết quạt ,chọn η1 = 0.8 SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 35 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG -η : hiệu suất ổ đỡ , chọn η = 0.95 - η : hiệu suất hệ truyền đai , chọn η = 0.95 Thay vào ta : η = 0.8 * 0.95 * 0.95 = 0.722 Vậy công suất quạt : Nlt = 0.56 * 686.16 * 1.166 * 9.81 = 6.09 (Kw) 1000 * 0.722 Công suất thực quạt : Nthực = k * Nlt , Kw [10,153] Với k : hệ số dự trữ thêm cho động Đối với bơm ly tâm ,Nlt > (Kw) : k = 1.1 Vậy công suất thực bơm : Nthực = 1.1 * 6.09 = 6.699 (Kw) Chọn Nthực = (Kw) SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 36 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN MƠN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG CHƯƠNG V TÍNH KINH TẾ Tên thiết bị Thép không gỉ Thép CT3 Bulông Tổng tiền vật tư Tiền gia công chế tạo Tổng tiền chế tạo tháp Lưu lượng kế Ap kế tự động Bơm Quạt Ong nhựa PVC Ong thép Van thép Racco Van nhựa Racco Tổng tiền chi tiết công nghệ TỔNG CỘNG Thông số kỹ thuật Kg Kg M20 M16 M10 Số lượng Đơn giá 1270 158.1 96 32 24 50,000đ/kg 10,000đ/kg 5,000đ/con 4,000đ/con 3,000đ/con Thành tiền(VND) 63,500,000 1,581,000 480,000 128,000 72,000 65,761,000 65,761,000 131,522,000 5.5Hp 9Hp m m 1 1 46 10 12 1,500,000đ/cái 500,000đ/cái 700,000đ/Hp 600,000đ/Hp 5,000đ/m 30,000đ/m 50,000đ/cái 10,000đ/cái 1,500,000 500,000 3,850,000 5,400,000 230,000 300,000 250,000 120,000 12,150,000 143,672,000 KẾT LUẬN SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 37 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG Hiệu suất trình hấp thu cao (94%) , tiêu tốn lượng nước làm dung mơi lớn(78.41m3/h) Do , mặt kinh tế chưa đạt yêu cầu tiêu tốn lượng nước lớn thải lượng nước sau xử lý vào môi trường không tái sử dụng Cần phải khảo sát phương pháp hấp thu SO2 với dung mơi khác để xem dung mơi có đạt u cầu hiệu suất xử lý đạt yêu cầu tính kinh tế khơng ? Ưu điểm q trình : + Hoạt động tốt mơi trường ăn mịn + Dung mơi hấp thu rẻ , dễ tìm + Kết cấu đơn giản , vận hành thuận tiện Nhược điểm : + Năng suất xử lý nhỏ + Khí trước vào tháp phải xử lý sơ làm bụi hạ thấp nhiệt độ dịng khí + Nước hấp thu phải , tránh tạo cặn trình hấp thu làm tắc dịng khí dịng lỏng * TÀI LIỆU THAM KHẢO : [1] Võ Thị Ngọc Tươi , giáo trình “ Q trình & Thiết bị Cơng nghệ hóa học Tập 11 – Hướng dẫn Đồ án môn học “ , ĐHBK TP.HCM – 1993 [2] Các tác giả , “ Sổ tay Quá trình & Thiết bị tập “ , NXB KHKT Hà Nội – 1999 SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 38 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG [3] Các tác giả , “ Sổ tay Quá trình & Thiết bị tập “ , NXB KHKT Hà Nội – 1999 [4] Võ Văn Bang – Vũ Bá Minh , ” Q trình & Thiết bị Cơng nghệ hóa chất – Tập – truyền khối “ , ĐHBK TP.HCM – 1997 [5] Phạm Văn Bôn – Vũ Bá Minh – Hồng Minh Nam , “ Q trình & Thiết bị Cơng nghệ hóa chất – Tập 10 – Ví dụ & Bài tập “ , ĐHBK TP.HCM [6] Nguyễn Văn Phước , “Q trình & Thiết bị Cơng nghệ hóa chất – Tập 13 – Kỹ thuật xử lý chất thải công nghiệp “ , ĐHBK TP.HCM [7] Phạm Ngọc Đăng , “ Mơi trường khơng khí “ , NXB KHKT [8] Nguyễn Bin , “ Tính tốn Q trình & Thiết bị Cơng nghệ hóa chất & Thực phẩm – tập “ , NXB KHKT [9] Hồ Lê Viên , “ Thiết kế & Tính tốn chi tiết thiết bị hóa chất – tập “ , NXB KHKT [10] Trần Hùng Dũng - Nguyễn Văn Lụa – Hoàng Minh Nam - Vũ Bá Minh , giáo trình “Quá trình & Thiết bị Cơng nghệ hóa chất – Tập – Quyển 2” , NXB ĐHQG TP.HCM [11] Nguyễn Minh Tuyển , “ Tính tốn Máy & Thiết bị hóa chất “ , NXB KHKT [12] Trương Tích Thiện – Vũ Duy Cường , “ Giáo trình Cơ kỹ thuật “ , ĐHBK TP.HCM [13] Tập thể giảng viên Bộ mơn lưu chất , “ Giáo trình Cơ lưu chất “ , ĐHBK TP.HCM SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 39 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... xử lý khí từ ống khói nhà máy sản xuất acid H2SO4 Khí xử lý sơ trước vào tháp Chọn dung môi hấp thu nước nước dung mơi hấp thu rẻ tiền , dễ tìm , khơng ăn mịn thiết bị Tháp hấp thu tháp đệm. .. tháp đệm thực trình hấp thu Tháp hấp thu làm việc nghịch dòng Dung môi hấp thu nước Nước từ bể chứa bơm lên bồn cao vị Sau qua lưu lượng kế đo lưu lượng dòng chảy vào tháp hấp thu , nước. .. thụ : Để hấp thụ SO2 ta sử dụng nước, dung dịch huyền phù muối kim loại kiềm kiềm thổ + Hấp thụ nước: SO2 + H2O < ===== > H+ + HSO3Do độ hòa tan SO2 nước thấp nên phải cần lưu lượng nước lớn thiết