Đồ án môn học

ĐỒ ÁN MƠN HỌC CÁC Q TRÌNH CƠ BẢN TRONG CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG Họ tên: Vũ Kỳ Anh Mssv: 20122878 Lớp: Kỹ thuật môi trường K57 Nhiệm vụ thiết kế: Tính tốn thiết kế tháp đĩa chóp để hấp thụ khí HCl mơi trường khơng khí với dung môi nước theo số liệu sau:      Lưu lượng khí vào tháp: Gy = 12000 m3/h Nồng độ HCl vào tháp: yđ = 0,025 kmol/kmol Hiệu suất hấp thụ:  = 96% Lượng dung môi tiêu tốn: Gx = 1,2Gxmin Tháp làm việc điều kiện t = 25oC, p = 1.5at Nội dung thiết kế: 2.1 Tính tốn cơng nghệ:     Xác định đường kính chiều cao tháp Xác định trở lực tháp Xác định kích thước cửa vào thiết bị Tính tốn thủy lực (lựa chọn bơm, quạt) 2.2 Tính tốn khí   Xác định chiều dày thiết bị Tính tốn lựa chọn kết cấu lắp đặt thiết bị 2.3 Bản vẽ   Bản vẽ sơ đồ dây chuyền công nghệ (A3) Bản vẽ lắp đặt thiết bị (A1) Thời gian thực hiện:   Ngày nhận nhiệm vụ: 03/03/2016 Ngày hoàn thành: 13/05/2016 Giáo viên hướng dẫn Hoàng Thị Thu Hương MỤC LỤC I Mở đầu: Giới thiệu hệ thống thiết bị II Tính tốn thiết kế tháp hấp thụ Điều kiện làm việc tháp Thiết lập phương trình đường cân Thiết lập phương trình đường làm việc Tính đường kính tháp Thiết kế đĩa chóp 13 Tính trở lực đĩa 15 Tính chiều cao tháp 16 III Thiết kế thiết bị phụ 19 Cửa vào, cửa thiết bị 19 Bơm chất lỏng 20 Máy nén khí 25 IV Tính tốn khí 31 Chọn vật liệu 31 Tính chiều dày thân tháp 32 Tính chiều dày đáy nắp thiết bị 33 Chọn mặt bích 35 Cửa nối ống dẫn với thiết bị 36 Chọn chân đỡ 37 V Kết luận 40 VI Tài liệu tham khảo 41 I MỞ ĐẦU: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THIẾT BỊ: Ơ nhiễm mơi trường vấn đề mang tính tồn cầu cấp bách Ở hầu hết quốc gia, phủ đầu tư nhiều, vốn công nghệ cho việc xử lý chất gây ô nhiễm môi trường Các quốc gia phát triển, khoa học công nghệ tiên tiến nhiễm mơi trường trở nên nghiêm trọng Ở Việt Nam, công nghiệp chưa phát triển mạnh mẽ, nhiều nguyên nhân chủ quan khách quan, môi trường nước ta ngày bị ô nhiễm Việc chặt phá rừng hoạt động nhà máy thải moi trường nhiều chất gây ô nhiễm Cũng nhiều nước khác giới nay, vấn đề xử lý chất gây ô nhiễm nước ta gặp nhiều khó khăn Ngun nhân nhiễm mơi trường chất thải từ nhà máy, khu công nghiệp hoạt động khác Một chất khí gây nhiễm mơi trường HCl KhÝ HCl khí axit có nhiều nhà máy sản xuất hóa chất sản xuất chất tẩy rửa, bột giặt hay nhà máy gia công bề mặt kim loại HCl thường bốc khói trắng - HCl gây hại cho thực vật, gây tổn hại tiếp xúc: hô hấp, ăn uống, qua da cho động vật - Có tính ăn mịn cao - Khí gây mùi khí nồng độ 0.1mg/m3 VËy mơc ®Ých thu hồi sử lí để làm giảm thiểu tác hại môi trờng ngời Hấp thụ trình hút khí chất lỏng Khí đợc hút gọi kà chất bị hấp thụ,chất lỏng dùng để hút gọi dung môi(hay chât hấp thụ), khí không bị hấp thụ gọi khí trơ Bản chất trình hấp thụ: khí hoà tan vào lỏng tạo thành hỗn hợp cấu tử: (  =2,k = 2,c = 2-2+2 = thµnh phần pha Hệ thống nh theo định luật pha2) đợc gọi nh hỗn hợp lỏng có thành phần Cân pha đợc xác định P,T,C.Nếu T = const độ hoà tan phụ thuộc vào P theo định luật Henrry: YCB = m.x +Với khí lÝ tëng, m = const  quan hÖ yCB = f(x) đờng thẳng + Với khí thực, m phụ thuộc vào đờng cân đờng cong ; P  : hƯ sè Henrry, cã thø nguyªn cđa P Hệ số cân m = P: áp suất at *Các yếu tố ảnh hởng đến trình hấp thụ: -ảnh hởng lợng dung môi:Theo phơng trình chuyển khối, lợng khí bị hấp thụ đợc tÝnh theo c«ng thøc sau: G = kY.F Ytb y a1 a a2 a3 a4 b yc o x® x Trong điều kiện định ,G lợng không đổi vµ cã thĨ coi hƯ sè chun khèi kY cịng không đổi Do đó, bề mặt tiếp xúc pha F đợc thay đổi tơng ứng với thay đổi Ytb cho F Ytb không đổi Từ đồ thị suy Xđ,Yđ,Yccố định nồng độ cuối dung môi đợc định theo động lực trung bình Ytb , tức điểm cuối đờng làm việc AB(điểm đợc dịch chuyển từ A A4 ) Đờng làm việc BA4 cắt đờng cân bằng, lúc Ytb nhỏ Đờng AB gần song song với trục tung, nên Ytb lớn Vì F Ytb không đổi ứng với BA4 cã F lín nhÊt, øng víi BA cã F bÐ Tơng tự A4 có Xc lớn nhất, A có Xc bé Dựa vào phơng trình nồng ®é lµm viƯc Y = A.x + B víi: A = tang  = Suy øng víi BA4 cã A4 = Gx G ; B = Yc - x Gtr Gtr Gx bé nhất(lợng dung môi tối thiểu), ứng với BA A = Gtr Gx lớn nên lợng dung môi lớn Gtr không đổi Gtr Do chọn lợng dung môi nhất, ta thu đợc Xc lớn nhng thiết bị phải lớn(vô cao) Trái lại, chọn lợng dung môi lớn nhất, thiết bị bé nhng dung dịch thu đợc lại loÃng Xc bé Do đó, chọn điều kiện làm việc ta phải dựa vào tiêu kinh tế, kỹ thuật *ảnh hởng T P lên trình hấp thụ: Nhiệt độ T áp suất P yếu tố ảnh hởng quan trọng lên trình hấp thụ , mà chủ yếu ảnh hởng lên trạng thái cân động lực trình Từ phơng trình Henrry ta thấy, nhiệt độ tăng hệ số Henrry tăng đờng cân băng dịch chuyển trục tung y y t3 p4 p3 t2 b b a t1 p2 a p1 o t3 t2 t1 x o p3 p2 p1 x Nếu đờng làm việc AB không ®ỉi  Ytb gi¶m, ®ã cêng ®é chun khèi giảm theo.Nếu tiếp tục tăng nhiệt độ,ví dụ đến t s Ytb giảm mà trình không thực đợc(vì đờng cân đờng làm việc cắt nhau,nên đạt đợc nồng độ cuối Xc) Đó ảnh hởng xấu tăng nhiệt độ Tuy nhiên, T tăng độ nhớt dung môi giảm nên vận tốc khí tăng, cờng độ chuyển khối tăng theo Trong trờng hợp tăng áp suất , ta thấy hệ số cân m = giảm đờng cân dịch P chuyển phía trục hoành Ytb tăng lên ,quá trình chuyển khối tốt hơn.Nhng P tăng T tăng gây ảnh hởng xấu đến trình hấp thụ Mặt khác, P tăng gây khó khăn mặt thiết bị trình hấp thụ đợc thực P cao khí khó hoà tan VÝ dơ: HÊp thơ CO2 b»ng H2O tiÕn hµnh 17at; thu hồi CO 12at *Các loại tháp hấp thụ: - Thiết bị loại bề mặt:đơn giản , bỊ mỈt tiÕp xóc pha bÐ  chØ dïng chất khí dễ hoà tan lỏng - Thiết bị loại màng: thiết bị loại ống, loại - Thiết bị loại phun: không phù hợp với khí khó hoà tan - Thiết bị loại đệm: bề mặt tiếp xúc pha lớn, hiệu xuất cao nhng khó làm ớt đệm - Thiết bị loại đĩa(tháp đĩa) gồm: +Tháp đĩa có ống chảy truyền: đĩa chóp , đĩa lỗ(lới), đĩa Suppáp, đĩa sóng chữ S +Tháp đĩa ống chảy truyền Xét tháp hấp thụ HCl không khí H2O với tháp chóp - Tháp đĩa chóp tháp gồm nhiều đĩa, đĩa có nhiều chóp Trên đĩa có lắp ống chảy truyền để vận chuyển chất lỏng từ đĩa sang đĩa khác Số ống chảy truyền phụ thuộc vào kích thớc tháp lu lợng chất lỏng, ống chảy truyền đợc bố chí theo nhiều cách Khí từ dới lên qua ống vào chóp, qua khe chóp để tiếp xúc với chất lỏng đĩa Chóp có cấu tạo dạng tròn dạng khác Thân tháp có rÃnh tròn , chữ nhật tam giác để khí qua Hình dáng rÃnh chóp không ảnh hởng đến trình chuyển khối Chóp đợc lắp vào đĩa nhiều cách Hiệu trình phụ thuộc nhiều vào vận tốc khí Nếu vận tốc khí bé khả sục khí kém, nhng vận tốc khí lớn làm bắn chất lỏng chất lỏng theo khí Hiện tợng bắn chất lỏng tất nhiên phụ thuộc vào yếu tố khác nh khoảng cách đĩa, khoảng cách chóp, khối lợng riêngcấu tạo kích thớc chóp ống chảy chuyền *Thuyết minh dây chuyền: - Hỗn hợp khí cần xử lí HCl không khí đợc qut khớ đa vào đáy tháp - Nớc từ bể đợc bơm li tâm đa vào tháp với lu lợng thích hợp, qua đồng hồ đo lu lợng nớc vào tháp, tới từ xuống dới theo chiều cao tháp hấp thụ - Khí HCl sau đợc xử lí lên nắp tháp lỗ nắp - Nớc hấp thụ HCl qua lỗ đáy i ngồi bể chứa II TÍNH TỐN THIẾT KẾ THÁP HẤP THỤ: Một số ký hiệu sử dụng: Xđ: nồng độ phần mol ban đầu cấu tử cần hấp thụ dung môi (kmol / kmol dung môi) Xc: nồng độ phần mol cuối cấu tử cần hấp thụ dung môi (kmol / kmol dung môi) Yđ: nồng độ phần mol ban đầu cấu tử cần hấp thụ hỗn hợp khí (kmol / kmol khí trơ) Yc: nồng độ phần mol cuối cấu tử cần hấp thụ hỗn hợp khí (kmol / kmol khí trơ) Gy: lượng hỗn hợp khí vào thiết bị hấp thụ (kmol / h) Gx: lượng dung môi vào thiết bị hấp thụ (kmol / h) Gtr: lượng khí trơ vào thiết bị hấp thụ (kmol / h)  : lượng dung môi / lượng dung môi tối thiểu Điều kiện làm việc tháp: T (0C) = 25 (0C) = 298 (0K) P = 1.5 (at) = 1104 (mmHg) Nồng độ khí thải vào tháp (phần thể tích): yđ = 25*10-3 ( kmol/kmol ) Hiệu suất hấp thụ: η = 96 (%)  yc = (1- η) * yđ = 0.04 * 0.025 = 10-3( kmol/kmol ) y Khi tính tốn hấp thụ thường dùng nồng độ mol tương đối: Y 1  y  Yđ = 0.025 = 0.0256 (kmol HCl/ kmol khí trơ)  0.025 Yc = 10 -3 = 1.001*10-3 (kmol HCl/ kmol khí trơ) -3  10 Nồng độ dung dịch lỏng vào tháp: xđ = hay Xđ = Lưu lượng khí thải vào tháp: (II.216) Gy = 12000 (Nm3/h) P0V0 PV  T0 T  V= nhiệt độ t = 250C, 1kmol khí tích : P0V0T * 22.4 * 298  22.45(m3) T0 P 273 * 1.5  Gy = 12000 = 535,71 (kmol / h) 22.45 Lượng khí trơ: (II) Gtr = Gy * 1Y d = 535,7* = 522.34 (kmol / h)  0.0256 Thiết lập phương trình đường cân bằng: Theo định luật Henry: ycb = m * x (II) m* X Tính theo nồng độ phần mol tương đối: Ycb =  (1  m) * X với m =  số cân pha hay hệ số phân bố P (II) (II) Tra bảng IX.1 (II.139) ta có: HCl ( 250 C ) = 0.00215*106 (mmHg) ( II )  m= 0.00215 * 10 = 1.95 1104  Y*= 1.95 * X  (1  1.95) * X (kmol HCl / kmol khí trơ) Thiết lập phương trình đường làm việc: Phương trình cân vật liệu cho đoạn thiết bị: Gtr * (Y – Yc) = Gx * (X – Xđ)(II) 10