Đồ Án Các Quá Trình Cơ Bản Trong Công Nghệ Môi Trường.pdf

Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường –kysumoitruong vn ~ 1 ~ Tài liệu chỉ mang tính chất tham khảo không sử dụng vào mục đích khác nếu chưa có sự cho phép của tác giả BQT diễn đàn kys[.]

Đồ án các q trình cơ bản trong cơng nghệ mơi trường –kysumoitruong.vn  Tài liệu chỉ mang tính chất tham khảo khơng sử dụng vào mục đích khác nếu chưa có sự cho  phép của tác giả-BQT diễn đàn kysumoitruong.vn   Mục Lục Lời mở đầu  . 3  THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC   4  Phần I. Tính tốn thiết kế tháp đệm   4  I.  Tính tốn các điều kiện ban đầu  . 4  II   Tính các thơng số của tháp   9  1.  Tính đường kính tháp đệm.   9  2.  Tính chiều cao tháp đệm   15  3.    Tính trở lực tháp đệm   16  PHẦN 2: TÍNH TỐN CÁC THIẾT BỊ PHỤ   24  I.  Các thông số đặc trưng của bơm   24  II   Máy nén khí  . 29  1.  Công của máy nén ly tâm  . 30  2. Công suất máy nén  34  4.  Công suất của động cơ điện  35  PHẦN III. TÍNH TỐN CƠ KHÍ   36  I.  Chiều dày thân tháp  . 36  II   Chiều dày nắp và đáy thiết bị   39  1.  Chiều dày của nắp thiết bị   39  2.  Chiều dày của đáy thiết bị   40  III.  Đường kính của ống dẫn khí và lỏng.  . 41  1.  Đường kính ống dẫn vào và dẫn khí ra.   41  2.  Đường kính ống dẫn lỏng vào và ra   42  IV.  Bích ghép thân, nắp, đáy  42  1.  Bích nối nắp và đáy với thân thiết bị   42  2.  Bích nối ống dẫn lỏng với thân thiết bị.   43  3.  Bích nối ống hơi với thân thiết bị   43  V.  Kết cấu đỡ tháp   44  1.  Khối lượng thân thiết bị  . 44  2.  Khối lượng của đáy và nắp tháp:   44  ~1~                                                                                                        Phạm Kim Ngọc - KTMT K52  3.  Khối lượng của đệm  . 44  4.  Khối lượng bích   45  VI.  Bộ phận phân phối lỏng.   47  KẾT LUẬN   49  TÀI LIỆU THAM KHẢO   50 ~ ~  Đồ án các q trình cơ bản trong cơng nghệ mơi trường –kysumoitruong.vn  Lời mở đầu   Hiện nay, do sự phát triển của các nghành cơng nghiệp tạo ra các  sản phẩm phục vụ con người , đồng thời cũng tạo ra một lượng chất thải  vô  cùng  lớn  làm  phá  vỡ  cân  bằng  sinh  thái  gây  ơ  nhiễm  mơi  trường  nghiêm trọng .  Trong các loại ơ nhiễm , ơ nhiễm khơng khí ảnh hưởng trực tiếp  đến  con  người ,  động  vật ,  thực  vật  và  các  cơng  trình  xây dựng .  Sức  khỏe  và tuổi  thọ con người phụ thuộc rất nhiều vào  độ trong sạch  của  mơi trường.Vì vậy, trong những năm gần đây ơ nhiễm khơng khí từ các  nghành sản xuất cơng nghiệp ở nước ta đang là vấn đề quan tâm khơng  chỉ của nhà nước mà cịn là của tồn xã hội bởi mức độ nguy hại của nó  đã lên đến mức báo động .  SO2  là  một  trong  những  chất  ơ  nhiễm  khơng  khí  được  sản  sinh  nhiều trong các nghành sản xuất cơng nghiệp và sinh hoạt . Việc xử lý  SO2 có nhiều phương pháp khác nhau . Phương pháp nào được áp dụng  để xử  lý tùy thuộc  vào hiệu  quả và tính kinh tế của phương pháp . Vì  vậy , đồ án mơn học với nhiệm vụ thiết kế tháp đệm hấp thu SO2 là một  trong những phương án ghóp phần vào việc xử lý khí thải ơ nhiễm.  Trong đồ án này sẽ đi khảo sát một phương án: Xử lý SO2 bằng  phương pháp hấp thụ với dung mơi là nước.  Sau 15 tuần tìm hiểu, tính tốn và nhận được sự hướng dẫn nhiệt tình  của cơ giáo hướng dẫn và các thầy cơ bộ mơn  nhưng do chưa có nhiều kinh  nghiệm tính tốn, nên khơng thể tránh khỏi những sai sót, em rất mong nhận  được ý kiến của các thầy, cơ để đồ án sau có kết quả tốt hơn.                                                                    Em xin chân thành cảm ơn!  ~3~                                                                                                        Phạm Kim Ngọc - KTMT K52  THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Đề tài thiết kế Thiết kế hệ thống hấp thụ loại tháp đệm. Tháp làm việc ở điều kiện áp suất 5  atm và nhiệt độ 30°C. Dung mơi hấp thụ là H2O Các số liệu ban đầu tính tốn Hỗn hợp khí cần tách                                           : SO2 - khơng khí.      : H 2O  Lưu lượng khí thải vào tháp (Nm3/h)      : 9 000  Nồng độ khí thải vào tháp    (% thể tích)    : 3,0  Dung mơi                             Nồng độ cuối của dung mơi  (% trọng lượng)  : 1  Hiệu suất q trình hấp thụ (%)   : 80      Phần I Tính tốn thiết kế tháp đệm I Tính tốn điều kiện ban đầu Theo bài hỗn hợp đầu vào là hỗn hợp khí nên nồng độ phần thể tích chính là  nồng độ phần mol.  ⇒ yd=0,03 (kmol SO ⁄kmol pha khí )  Chuyển nồng độ thể tích sang nồng độ phần mol tương đối.  Yd  yd  yd ⇒ Nồng độ đầu của SO2 trong pha khí:  Yd  0, 03  0, 03093 (kmol SO2/kmol khí trơ).   0, 03 ~ ~  Đồ án các q trình cơ bản trong cơng nghệ mơi trường –kysumoitruong.vn  Nồng độ cuối của SO2 trong pha khí:  h Yd  Yc  0,8 ⇒ Yd -  Yc = 0,8Yd  => 0,2Yd = Yc  Yd ⇒Yc = 0,2.0,03093 = 6,186.10-3 (kmol SO 2/kmol khí trơ)  yc: nồng độ phần mol của khí cần hấp thụ trong hỗn hợp  Yc  yc  6,186.10 3 ⇒ yc =6,148.10-3 (kmol SO2/ kmol hỗn hợp khí).   yc Nồng độ mol tương đối trung bình:  Yd  Yc 0,03093  6,186.10 3 Ytb    0, 0186 (kmol SO2/kmol khí trơ)  2 Nồng độ phần mol trung bình:  ytb  Ytb 0, 0186   0, 01826 (kmol SO2/ kmol hỗn hợp khí).   Ytb  0, 0186 Lưu lượng hỗn hợp khí: G = n = , = 401,786 kmol/h  Lượng khí trơ: Gtrơ = G (1 − yđ ) =401,786.(1- 0,03)= 389,73  kmol/h  Lượng SO2 được hấp thụ:   GSO2 = G yđ h = 401,786.0,03.0,8 = 9,64 kmol SO   h Nồng độ đầu của SO2 trong nước : xđ = 0  Nồng độ cuối của SO2 trong nước : Theo bài ra  x’c=1 % khối lượng.  ⇒ Nồng độ phần mol của SO2 trong dung môi :   x 'c 1% M SO2 64   2,833.10 3 xc  x 'c  x 'c 1%  1%   64 18 M SO2 M H 2O   Nồng độ phần mol tương đối của SO 2 trong dung môi   ~5~  ( kmol SO2/kmol H 2O)                                                                                                         Phạm Kim Ngọc - KTMT K52  xc 7,044.104 Xc    7,05.104 4  xc  7,044.10 ( kmol SO 2/kmol H2O).  Xây dựng đường cân đường làm việc  Phương trình đường cân có dạng Y mX  (1  m) X X Y ⁄ (m  1)Y  m  ( kmol SO kmol khí trơ)  Với  m   P ( kmol SO ⁄kmol khí trơ)   hằng số cân bằng pha.    : Hệ số Henry (mmHg)  P  : Áp suất chung của hỗn hợp khí. P=5atm , T=30°C.  Tra bảng IX.1( Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất – tập 2), ta có     SO (300C) = 0,0364.106  (mmHg).  Yc Gx, Xd 0, 0364.106  9,579   ⇒   m  5.760 ⇒ Phương trình cân bằng :  Y 9,579 X   (kmol SO2/kmol khí trơ)   8,579 X X Y   ( kmol SO2/kmol H2O)  8,579Y  9,579 Gy, Yd Xc  Phương trình đường làm việc Phương trình cân bằng vật liệu đối với khoảng thể tích thiết bị kể từ một tiết diện  bất kỳ tới phần trên của thiết bị    G tr(Y – Yc) = Gx(X – Xd)  Trong đó :   ~ ~  Đồ án các q trình cơ bản trong cơng nghệ mơi trường –kysumoitruong.vn  Xd: nồng độ ban đầu của cấu tử cần hấp thụ trong dung mơi.   (kmol SO 2/kmol H 2O)  Yc: nồng độ cuối của cấu tử cần hấp thụ trong hỗn hợp khí   (kmol/kmol khí trơ)  Gx: lưu lượng dung mơi đi vào thiết bị hấp thụ (kmol/h).  Gtr:: lượng khí trơ đi vào thiết bị hấp thụ (kmol/h).  Từ phương trình cân bằng vật liệu ta có:  - Nồng độ cuối của cấu tử cần hấp thụ trong dung mơi:  G X c  tro (Yd  Yc )  (Yd  Yc )  2,84.10 3  (kmol SO2/kmol H2O)  Gx l - Lượng dung môi tiêu tốn thực tế:  l Yd  Yc 0, 03093  6,186.103   8,  (kmol H2O/kmol khơng khí)  Xc 2,84.103 - Lưu lượng dung mơi đi vào thiết bị Gx:    G x = l.Gtrơ =8,7 389,73 = 3390,65 (kmol/h)  - Phương trình đường làm việc cho một đoạn tháp bất kỳ:    G trơ(Y - Yc) = Gx(X - Xd)    =>  Y  Gx X  Yc  l X  Yc   Gtro 3 ⇒ Phương trình đường làm việc: Y = 8,7.X +  6,186.10     X Y Ycb 0.006186 0.0002 0.007926 0.001919093 0.0004 0.009666 0.003844794 0.0006 0.011406 0.005777137 0.0008 0.013146 0.007716158 0.001 0.014886 0.009661889 0.0012 0.016626 0.011614368 0.0014 0.018366 0.013573627 ~7~                                                                                                        Phạm Kim Ngọc - KTMT K52  0.0016 0.020106 0.015539704 0.0018 0.021846 0.017512634 0.002 0.023586 0.019492451 0.0022 0.025326 0.021479194 0.0024 0.027066 0.023472898 0.0026 0.028806 0.025473599 0.0028 0.030546 0.027481335 0.00284 0.030894 0.027883729   Đồ thị đường cân đường làm việc hệ trục tọa độ 0.035 Y Y 0.03 0.025 Ycb 0.02 0.015 Y Ycb 0.01 0.005 0 0.0005 0.001 0.0015 0.002 0.0025 0.003 -0.005 X ~ ~  Đồ án các q trình cơ bản trong cơng nghệ mơi trường –kysumoitruong.vn  II Tính thơng số tháp Tính đường kính tháp đệm a Tính khối lượng riêng trung bình (tr 183)  Đối với pha lỏng   Áp dụng công thức:   xtb  aSO2   SO  aSO2 H O    xtb : khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp lỏng, kg/m3.  aSO2  : Phần khối lượng trung bình của SO2 trong hỗn hợp.   SO ,  H O : khối lượng riêng của SO2 và H2O ở 30°C, kg/m3  2 Tra bảng: I.5 và I.2 ( Sổ tay quá trình và thiết bị-Tập 1) tại 30°C.   H O = 995.68 (kg/m3)   SO  (20°C)=1383(kg/m3) ,     SO (40°C)=1327 (kg/m3)  2 Nội suy ⇒  SO2  (30°C)= 1355 (kg/m3)  Phần khối lượng trung bình của SO 2 trong pha lỏng.  aSO2  M SO xtb M SO2 xtb  M H2O (1  xtb ) Với  xtb  là  nồng  độ  phần  mol  trung  bình  của  cấu  tử  cần  hấp  thụ  trong pha  lỏng.  ( kmol SO 2/kmol H2O)  xd  xc  2,84.103   1, 42.103  ( kmol SO2/kmol H2O)  ⇒ xtb  2 ⇒ aSO2 64.1, 42.103  -3 64.1, 42.10 3  18.(1  1, 42.103 ) =5,03.10 ~9~                                                                                                        Phạm Kim Ngọc - KTMT K52  Khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp lỏng   xtb  aSO2  SO 1   997 3   (kg/m3)   aSO2 5, 03.10  5, 03.10 3   1355 995, 68  H 2O  Đối với pha khí  Áp dụng cơng thức:  Pj  mi mj V RT  mj V  j  Pj M j RT   Khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp khí đi trong tháp:    ytb  P.M y RT  M y T0 P ( kg / m3 )   22, T P0 Với:   ytb : Khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp khí đi trong tháp.  My: Phân tử lượng trung bình của hỗn hợp khí.  T0: Nhiệt độ ở đktc. T0=273°K.  T: Nhiệt độ làm việc của tháp. T= 273+30=303 °K.  P0: Áp suất ở đktc P0=1 atm.  P: Áp suất làm việc của tháp P= 5atm.  Tính Mytb .   Mytb = ytb M SO + (1 - ytb) M KK =0,01826.64 + (1-0,01826).29= 29,64 (kg/kmol)  29, 64 273  5,96 (kg/m3)  ⇒  ytb  22, 303 Tính độ nhớt  x ,  y   * Đối với pha lỏng   x   Áp dụng công thức:  ~ 10 ~  ...  50 ~ ~  Đồ? ?án? ?các? ?q? ?trình? ?cơ? ?bản? ?trong? ?cơng? ?nghệ? ?mơi trường –kysumoitruong.vn  Lời mở đầu   Hiện nay, do sự phát triển của? ?các? ?nghành cơng nghiệp tạo ra? ?các? ? sản phẩm phục vụ con người , đồng thời cũng tạo ra một lượng chất thải ... Áp dụng? ?công? ?thức:  ~ 10 ~  Đồ? ?án? ?các? ?q? ?trình? ?cơ? ?bản? ?trong? ?cơng? ?nghệ? ?mơi trường –kysumoitruong.vn    lg  x  xtb lg  SO  (1  xtb ).lg  H O   2 Trong? ?đó:  - xtb: phần mol trung bình của SO2? ?trong? ?hỗn hợp lỏng,  ... ⇒ Nồng độ đầu của SO2? ?trong? ?pha khí:  Yd  0, 03  0, 03093 (kmol SO2/kmol khí trơ).   0, 03 ~ ~  Đồ? ?án? ?các? ?q? ?trình? ?cơ? ?bản? ?trong? ?cơng? ?nghệ? ?mơi trường –kysumoitruong.vn  Nồng độ cuối của SO2? ?trong? ?pha khí: