Phương pháp xử lý SO2 Khí SO2 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...4 Trong phạm vi đồ
Giới thiệu chung
Sơ lược về khí SO 2
Trong số những chất gây ô nhiễm không khí thì SO là một chất gây ô nhiễm 2 khá điển hình Sulfur dioxit là sản phẩm 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 SO2 trong khí thải, ngoài ra còn phải kể đến các quá trình tinh chế dầu mỏ, luyện kim, tinh luyện quặng đồng, sản xuất ximang và giao thông vận tải cũng là những nơi phát sinh nhiều khí SO2
Khí SO2 là chất khí không màu, có mùi hăng cay khi nồng độ trong khí quyển là 1 ppm Khí SO 2là khí tương đối nặng nên thường ở gần mặt đất ngang tầm sinh hoạt của con người, nó còn có khả năng hòa tan trong nước nên dễ gây phản ứng với cơ quan hô hấp của người và động vật Khi hàm lượng thấp, SO làm sưng 2 niêm mạc, khi nồng độ cao> 0,5 mg/m 3 , SO2sẽ gây tức thở, ho, viêm loét đường hô hấp
SO2 làm thiệt hại mùa màng, làm nhiễm độc cây trồng Mưa axit có nguồn gốc từ khí SO làm thay đổi pH của đất, nước, hủy hoại các công trình kiến trúc, ăn 2 mòn kim loại Ngoài ra ô nhiễm SO2 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 độ phát thải SO vào môi trường là vấn đề rất được quan tâm2
Phương pháp xử lý SO 2
Khí SO2 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 4
Trong phạm vi đồ án này, với nhiệm vụ được giao là hấp thụ khí SO bằng nước 2 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 để nâng cao hiệu suất hấp thụ
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 đổ lộn xộn Thông thường lớp đệm dưới thường được sắp xếp, khoảng từ lớp 3 trở đi, đệm được đổ lộn xộn
Tháp đệm có những ưu điểm sau:
- Bề mặt tiếp xúc pha lớn, hiệu suất cao
- Trở lực trong tháp không quá lớn
- Giới hạn làm việc tương đối rộng
Tuy nhiên, tháp có nhược điểm là khó thấm ướt đều đệm làm giảm khả năng hấp thụ.
Thiết kế đồ án môn học
Đầu đề thiết kế
Thiết kế hệ thống hấp thụ khí thải áp dụng trong công nghiệp.
Các số liệu ban đầu
- Hỗn hợp khí cần tách: SO2trong không khí
- Lưu lượng khí vào tháp: 9000 m 3 /h
- Nồng độ SO2: yđ = 0,1( kmol/kmol)
- Nhiệt độ áp suất và lượng dung môi: mô phỏng theo một số điều kiện
- Loại thiêt bị: Tháp đệm
Sơ đồ hệ thống tháp đệm hấp thụ :
Hình 1: Sơ đồ tháp đệm
Phương pháp hấp thụ xử lý SO 2
Sơ đồ của hệ thống bao gồm:
- Hỗn hợp khí cần xử lý chứa SO2 và không khí được máy nén khí đưa vào từ phía dưới đáy tháp Nước từ bể 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
- Hỗn hợp khí 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 2 tháp hấp thụ
- Nước sau khi hấp thụ SO2 đi xuống đáy tháp đi và ra ngoài theo đường ống thoát chất lỏng Nước sau khi hấp thụ nếu nồng độ SO2 cao sẽ được xử lý và tái sử dụng.
Tính toán đường kính trong của tháp
2.4.1 Đổi đơn vị tính toán sơ bộ:
Gy: lưu lượng hỗn hợp khí vào tháp ( kmol/h)
Gx: lưu lượng nước vào tháp ( kmol/h)
Gtrơ: lưu lượng khí trơ ( kmol/h)
Yđ: nồng độ phần mol tương đối của SO2 trong khí đi vào tháp
(kmol SO2/kmol khí trơ)
Yc: nồng độ phần mol tương đối của SO2 trong khí đi ra khỏi tháp
(kmol SO2/kmol khí trơ)
Xđ: nồng độ phần mol tương đối của SO2trong nước đi vào tháp
(kmol SO /kmol dung môi) 2
Xc: nồng độ phần mol tương đối của SO2trong nước đi ra khỏi tháp
(kmol SO /kmol dung môi) 2
Theo đề bài yđ=0.1 (kmol SO /kmol dung môi), suy ra: 2
= 1−0.1( 0.1 = 0.111 (kmol SO2/kmol khí trơ) (3-T8)
❖ Biết hiệu suấ ấp th là 90% t h ụ
Do đó: Yc = Yđ( 1-η) =0,111.( 1-0,90)= 0.0111 (kmol SO2/kmol khí trơ) Suy ra yc= Yđ
=1−0.0111 0.0111= 0.011(kmol SO2/kmol hỗn hợp khí) (3-T8)
= 0.0555 (kmol SO2/kmolhỗn hợp khí)
Dung môi ban đầu là nước → Xđ = 0
Giả sử điều kiện làm việc của tháp là T % C→T )8K 0
P tm = 760mmHg Ở điều kiện tiêu chuẩn Gy= 9000 Nm 3 /h → Ở điều kiện giả sử thì
Ta coi hỗn hợp khí là lý tưởng Theo phương trình trạng thái khí lý tưởng ta có:
2.4.2 Thiết lập các phương trình:
❖ Thiết lập phương trình đường cân bằng:
Theo định luật Henry ta có: ycb=m*x (kmol/kmol)
1+ 1−𝑚 ∗𝑋( ) (kmol SO2/kmol khí trơ) -T140) (2
𝑃 Ở 25 C với khí SO2thì ψ =0,031.10 6 mmHg
Ta có phương trình đường cân bằng:
1− ,39 79∗𝑋 (kmol SO2/kmol khí trơ)
❖ Thiết lập phương trình đường làm việc:
Phương trình cân bằng vậ ệt li u cho 1 thiết diện F bất kỳ:
Do Xđ = 0 nên phương trình trở thành: z
Vậy ta có phương trình đường làm việc:
2.4.3 Tính lượ ng dung môi c ầ n thi ế t :
❖ Giả thiết Xc= X cbta có lượng dung môi t i thi u c n h p ố ể ầ ấ th làụ
➢ Từ phương trình đường cân bằng rút Xcbc ta được:
➢ Từ phương trình cân bằng vật chất lượng khí đi vào tháp bao gồm khí SO và 2 khí trơ ( khí không bị hấp thụ ) ta có:
➢ Từ các số liệu trên ta tính được Gxmin
Lượng dung môi thực tế c a quá trình hấp thụ: Gủ x = β Gxmin (kmol/h) -T141) (2
→ Phương trình đường làm việc: Y= 75.2*X+0.0111
❖ Lượng khí SO bị hấp thụ trong quá trình hấp thụ:2
Hình 2: Nguyên lý chung của quá trình chuy n khể ối
2.4.4 Các thông số của pha khí và pha lỏng:
❖ Các thông số pha khí:
➢ Các thông số vật lý của khí SO2:
Khối lượng mol của khí SO2 MSO2= 64 kg/kmol
Khối lương mol của không khí Mkk= 28.8 kg/kmol
Khối lượng mol trung bình của pha khí:
Mytb= MSO2 *y + Mtb kk*(1-ytb)
➢ Khối lượng riêng của pha khí ρSO2= 𝑀𝑠𝑜2∗ 22.4∗𝑇∗𝑃𝑜 273 ∗𝑃 = 64 ∗273∗1
→ Khối lượng riêng trung bình của pha khí:
➢ Lưu lượng khí trung bình (m 3 /h)
Gyđ= 9824 (m 3 /h) - ở điều ki n làm việ ệc 25 o C, 1atm
Gyc= Gyđ G– SO2= Gyđ– 𝐺𝑠𝑜2∗𝑀𝑠𝑜2 ρSO2 = 9824– 39 2.62 5∗ 64 = 8847 (m 3 /h)
➢ Độ nh t của pha khí: ớ àSO2 = 12.55*10 (N.s/m ) -6 2 àkk = 1.851*10 (N.s/m ) -5 2
→ Độ nh t trung bình cớ ủa pha khí:
➢ Lưu lượng pha khí (kg/s)
➢ Khối lượng mol của nước MH2O= 18 (kg/kmol)
Vì lượng SO trong pha l2 ỏng rất nhỏ nên ρx = ρH2O = 998.07 (kg/m ) 3
➢ Lưu lượng lỏng trung bình trong tháp hấp thụ:
➢ Độ nh t của pha lỏng: ớ Ở nhiệt độ 25 o C: àx = àH2O = 8.937*10 (N.s/m ) -4 2 Ở nhiệt độ 20 o C : àxn = 1.005*10 -3(N.s/m 2 )
2.4.5 Tính v ậ n t ố c c ủa pha khí đi trong tháp :
Chọn loại đệm vòng Rasiga bằng sứ lộn xộn: 80x80x8 (mm) có: đổ (2-T193)
- Bề m riêng cặt ủa đệm: σđ = 60 (m 2 /m 3 )
❖ Vận tốc đảo pha: Áp dụng công thức: (2-T187)
Trong đó: s: tốc độ đả o pha, m/s
Vđ: th tích tể ự do của đệm, m3 /m3 đ: bề ặ m t riêng của đệm, m2 /m3 g: gia tốc trọng trường, g=9,81m/s2
Gx, G ylà lượng lỏng và lượng hơi trung bình( kg/s)
Từ các số liệu đã có ta tính được s= √ (1.2∗𝑒
→ Vận tốc thực tế của khí đi trong tháp: 𝜔 = s*0.85= 1*0.85= 0.85 (m/s)
2.4.6 Đườ ng kính trong c ủa tháp đệ m:
Tính chiề u cao làm vi ệc của tháp đệm
❖ Chiều cao làm việc củ tháp được xác định theo phương pháp số đơn vịa chuyển khối:
Hlv = hdv.my (m) (2-T175) Trong đó:
Hlv: chiều cao tháp, m hdv: chiều cao một đơn vị chuyển khối, m my: số đơn vị chuy n khể ối Xác định chi u cao mề ột đơn vị chuyển khối
❖ Xác định chiều cao của 1 đơn vị chuyển khối: hdv = h + m*1
𝐺𝑥*h2 (2-T177) Trong đó: h1: chiều cao 1 đơn vị chuyển khối đối với pha khí (m) h2: chiều cao 1 đơn vị chuyển khối đối với pha lỏng (m) h1= 𝑎∗𝜓∗𝜎đ 𝑉đ *Rey 0.25*Pry 0.5 (m) (2-T177)
Trong đó: Δ: độ nhám tương đối, Δ= 𝑑ℎ 𝜀 (1-T380) ε= 0.085 (mm), là độ nhám tương đối Chọn đường ống làm bằng thép tráng kẽm→ Δ= 𝑑ℎ 𝜀 =0.085∗10
0.35 = 2.43*10 -4 Thay vào công thức ta tính được: λ= ( 1
• Tính hệ số trở lực cục bộ:
- Trở lục đột thu, chọn ống có đầu lồi ra phía trước ζthu= 0.5
- Trở lực từ lưới chắn ở đầu ống hút, chọn f= 𝐹𝑜 𝐹𝑡 = 0.5 → ζlưới = 4
- Trở lực van 1 chiều: ζvan= 2
- Trở lực của khúc ngoặt 90 o , chọn 𝑟𝑜
• Tra bảng II.34 trang 441, 1, sự phụ thuộc chiều cao hút của bơm ly tâm vào nhiệt độ Ở nhiệt độ 25 C thì chiều cao hút của bơm ở khoảng 4.5 m thì đảm bảo không o xảy ra hiện tượng xâm thực Tuy nhiên để loại trừ khả năng dao đông trong bơm nên giảm chiều cao hút khoảng 1 1.5 m so với giá trị trong bảng Vậy chọn chiều - cao hút khoảng 3 m và đoạn ống ngang tính từ chỗ ngoặt 90 o là 1 m
• Áp suất để khắc phục tổn thấp áp suất trên đường ống hút: ΔPh= 998 07 ∗1.5 2
• Ta tính được hmh= ΔPh
❖ Xác định tổn thấp áp suất của ống đẩy hmđthông qua ΔPđ= hmđ*ρ*g (1-T377) ΔPđ bao gồm : ΔPđo:áp suất để đẩy nước lên đường ống, ΔPđo= 𝜌∗𝜔đ 2
2 ΔPd: áp suất để khắc phục tổn thất dọc đường ống đẩy ΔPd= λ*𝑑đ 𝐿*𝜌∗𝜔đ
2 ΔPc: áp suất để khắc phục tổn thất cục bộ đường ống đẩy ΔPc= ζ*𝜌∗𝜔đ 2 2
• Tính đường kính ống hút và vận tốc trong ống đẩy:
Chọn vận tốc trong ống đẩy là 2 m/s
Theo tiêu chuẩn về đường kính ống ta chọn ϕđ= 0.3 m
→ chuẩn số Reynol của chất lỏng trong ống đẩy:
Ta thấy Re >> 4000 → Dòng chảy ở chế độ chảy rối
• Tính hệ số ma sát dọc đường tính theo công thức:
Trong đó: Δ: độ nhám tương đối, Δ= 𝑑ℎ 𝜀 ε= 0.085 (mm), là độ nhám tương đối Chọn đường ống làm bằng thép tráng kẽm→ Δ= 𝜀
0.35 = 2.43*10 -4 Thay vào công thức ta tính được: λ= ( 1
• Tính hệ số trở lực cục bộ:
- Trở lực đột mở: ζmở= 0.5
- Trở lực van 1 chiều: ζvan= 2
- Trở lực của khúc ngoặt 90 o , chọn 𝑟𝑜
• Chọn chiều dài ống đẩy là L= 11.6 + 1= 12.6 (m)
(11.6 : là chiều cao của tháp; 1: là khoảng cách từ bơm đến tháp)
• Áp lực cần thiết để khắc phục tổn thất do đường ống đẩy là: ΔPđ= 𝜌∗𝜔đ 2
• Ta tính được hmđ= ΔPđ
❖ Ta có áp suất tại mặt 1-1 và 2-2:
❖ Vậy tổn thất cột áp của máy bơm:
4.1.3.2 Tính hiệu suất của bơm: η= ηo*η *ηd ck (1-T439) Trong đó:
- o : hi u su t th ệ ấ ể tích tính đến s hao hự ụt chấ ỏt l ng ch y t vùng áp suả ừ ất cao đến vùng áp suất th p và do chất lỏấ ng rò từ các ch h cỗ ở ủa bơm.
- tl: hiệu suất thủ ựy l c
- tk: hiệu suất cơ khí
Hiệu su t toàn ph n ph ấ ầ ụthuộc vào loại bơm và năng suất Khi thay đổi chế độ làm việc của bơm thì hiệu suất cũng thay đổi Đối với bơm ly tâm: o= 0.85-0.96 tl =0.8-0.85 tk= 0.92-0.96
4.1.3.3 Công su ấ t yêu c ầ u c ủa máy bơm:
❖ Công suất của động cơ điện: Pđc= 𝜂𝑡𝑟∗𝜂đ𝑐 𝑃
Với η = 0.85 : là hiệu suất truyền độngtr ηđc= 0.95 : là hiệu suất động cơ điện
❖ Thông thường động cơ điện có công suất lớn hơn so với tính toán:
Theo mô phỏng đề bài và theo số liệu đã qua tính toán ta thấy áp suất làm việc là áp suất khí quyển 1 atm nên trong hệ thống không cần thiết phải dung đến máy nén, ta sẽ tính toán và lựa chọn thiết bị vận chuyển khí thải là thiết bị quạt ly tâm
4.2.1 Giới thiệu sơ bộ về quạt ly tâm:
❖ Quạt ly tâm là lo i qu t làm vi c theo nguyên tạ ạ ệ ắc bơm ly tâm, khi rôto quay thì áp suất tại tâm quạt nhỏ, không khí s ẽ đi vào tâm của quạt và từ đó được cấp thêm năng lượng lực ly tâm Loại quạt này rất được sử dụng trong công nghiệp bởi nhiều ưu điểm
❖ Quạt ly tâm g m có: ồ Quạt ly tâm thấp áp, qu t ly tâm cao áp, qu t ly tâm trung ápạ ạ , tùy theo nhu cầu s d ng cử ụ ủa con người và nơi nơi lắp đặt mà sử d ng loụ ại quạt sao cho phù hợp
❖ Khi bắ ầt đu làm vi c rôto bệ ắt đầu hút không khí dọc theo trục dựa vào lực ly tâm đưa ra quanh vỏ quạt, sau đógió được đẩy ra hướng th ng góc vẳ ới trục c a quủ ạt.
❖ Quạt ly tâm có r t nhiấ ều ưu điểm:
• Quạt ly tâm có đặc tính là lực hút mạnh, lực đẩy xa, tạo ra được sức ép lớn nên không khí bên trong có th ểtheo ống gió truyền đi rất xa.
• Vì quạt ly tâm có c u trúc và c u tấ ấ ạo đặc biệt đó là đặc tính nén tốt hơn khi so sánh với quạt hướng trục, nên khi sử ụ d ng ta có th dùng quể ạt ly tâm để ạo áp đế t n hơn 100.000 Pa (trường hợp này được dùng trong nồi hơi cột áp 500 đến 100.000 Pa)
• Quạt ly tâm có s ố lượng cánh qu t c t không khí l n, motor chuyạ ắ ớ ển động trực tiếp và motor chuyển động gián ti p vế ới dây curoa đặt hoàn toàn phía bên ngoài, không nằm trên đường đi của luồng hút không khí, nên motor tránh được bụi trực tiếp t ừ luồng gió khi v n hành ậ
❖ Khi lắp đặt, để tiện theo yêu c u cầ ủa người sử ụ d ng, nhà s n su t quả ấ ạt ly tâm sẽ ả s n xuất 2 chiều quay với các giá đỡ khác nhau Chúng ta có loại quạt phả ếu rô to của i n quạt quay theo đúng chiều kim đồng hồ và ngược lại, nếu cánh quạt quay trái hướng kim đồng hồ ta có loại quạt ly tâm quay trái Quạt ly tâm có ưu điểm là có thể gắn trực tiếp với động cơ điện hoặc là kết nối gián ti p vế ới trục của động cơ điện qua hệ thống bánh đai
❖ Quạt ly tâm có rất nhi u công dề ụng đó là hút và thải không khí ô nhiễm, độc hại, thông gió, hút b i trong h ụ ệthống xay sát, s n xuả ất tại xưởng g , s n xu t cao su ỗ ả ấ và ch t hóa hấ ọc
❖ Ngoài những ưu điểm thì quạt ly tâm vướng những nhược điểm như:
• Đối với loại quạt ly tâm cao áp động cơ sẽ bị quá tải khi không thể kế ốt n i qu t ạ vào hệ thống, do nhược điểm đó loại quạt này có thiết kế thường ph i có van tiả ết lưu đầu vào hoặc trong hệ thống phụ tải ổn định Miệng cửa hút và hệ thống ống dẫn, mi ng cệ ửa thổi ít có thay đổi
Tương tự như máy bơm nước, để lựa chọn quạt ta cần quan tâm đến các thông số:
Hình 5: Sơ đồ quạt hút
- Để tính được công su t quấ ạt ta cần xác định H: t ng c t áp cổ ộ ủa quạt và hiệu suất η.
❖ Ta tính toán tổn thất c t áp cộ ủa quạt thông qua áp su t toàn ph n c a qu ấ ầ ủ ạt:
H = 𝑃 𝜌∗𝑔 (m) Viết phương trình Becnully cho mặt cắt
1-1 và 2-2 ta thu được công thức tính áp suất toàn phần do quạt tạo ra như sau:
P- làáp suất toàn phần do quạt tạo ra
P1- áp suất dư trong không gian hút, P1=0 N/m 2
P2- áp suất dư trong không quan đẩy,
P2= ΔPư= 2800 N/m 2 ρ- khối lượng riêng của dòng khí trong ống, ρ= 1.21 kg/m 3 ρk- khối lượng riêng của khí môi trường xung quanh, ρk= 1.18 kg/m 3 ωo-tốc độ khí trong ống,chọn đường kính d= 0.5 m→ωo= 4∗𝑄
H chiều cao cần để đưa dòng khí lên, chọn H = 2.5 m
Cần xác định : ΔP và ΔPh đ tuy nhiên có thể xác định chúng thông qua 2 thành phần là trở lực dọc đường và trở lực cục bộ trên toàn bộ đường ống
❖ Xác định tổn thất áp suất gây ra do trở lực dọc đường hd= 𝜆 ∗ 𝐿
L- chiều dài ống dẫn khí, chọn L= 10 m d- đường kính ống, coi đường kính ống hút bằng đường kính ống đẩy, d= 0.5 m λ- hệ số tổn thất dọc đường, tương tự như đường ống bơm ta có
+ 𝛥 3.7) Với: Δ: độ nhám tương đối, Δ= 𝑑ℎ 𝜀 ε= 0.085 (mm), là độ nhám tương đối Chọn đường ống làm bằng thép tráng kẽm→ Δ= 𝜀
Suy ra tổn thất cột áp do dọc đường ống : hd= 0.0152 ∗ 10 0.5 ∗ 2∗9.81 13.9 2 = 3 (m)
❖ Xác định tổn thấp cột áp gây ra do trở lực cục bộ:
Chọn hệ thống như hình vẽ tại mục 4.2.2.1, hệ số trở lực cục bộ bao gồm từ:
- Đột thu, đột mở ống, ζthu= ζmở = 0.5
- Van 1 chiều (số lượng 2), ζvan= 2.5
❖ Thay vào phương trình (*) mục 4.2.2.1 ta tính được tổn thất áp suất tổng của quạt:
❖ Tổng cột áp của quạt:
4.2.2.2 Hiệu suất làm việc của quạt: η= η1*η *η2 3 (1-T463) Trong đó:
- 1: hiệu su t lý thuy t cấ ế ủa quạt, chọn 1= 0.8
- 2 : hiệu suất của ổ đỡ, ch n ọ 2= 0.9
- 3: hiệu suất đối vớ ệi h truyền bằng đai, chọn 3= 0.95
Mô phỏng các điề u ki n ( nhi ệ ệt độ và áp su t ): 15 ấ 1 Nhiệt độ
Tính toán thiết bị phụ
Quạt
Theo mô phỏng đề bài và theo số liệu đã qua tính toán ta thấy áp suất làm việc là áp suất khí quyển 1 atm nên trong hệ thống không cần thiết phải dung đến máy nén, ta sẽ tính toán và lựa chọn thiết bị vận chuyển khí thải là thiết bị quạt ly tâm
4.2.1 Giới thiệu sơ bộ về quạt ly tâm:
❖ Quạt ly tâm là lo i qu t làm vi c theo nguyên tạ ạ ệ ắc bơm ly tâm, khi rôto quay thì áp suất tại tâm quạt nhỏ, không khí s ẽ đi vào tâm của quạt và từ đó được cấp thêm năng lượng lực ly tâm Loại quạt này rất được sử dụng trong công nghiệp bởi nhiều ưu điểm
❖ Quạt ly tâm g m có: ồ Quạt ly tâm thấp áp, qu t ly tâm cao áp, qu t ly tâm trung ápạ ạ , tùy theo nhu cầu s d ng cử ụ ủa con người và nơi nơi lắp đặt mà sử d ng loụ ại quạt sao cho phù hợp
❖ Khi bắ ầt đu làm vi c rôto bệ ắt đầu hút không khí dọc theo trục dựa vào lực ly tâm đưa ra quanh vỏ quạt, sau đógió được đẩy ra hướng th ng góc vẳ ới trục c a quủ ạt.
❖ Quạt ly tâm có r t nhiấ ều ưu điểm:
• Quạt ly tâm có đặc tính là lực hút mạnh, lực đẩy xa, tạo ra được sức ép lớn nên không khí bên trong có th ểtheo ống gió truyền đi rất xa.
• Vì quạt ly tâm có c u trúc và c u tấ ấ ạo đặc biệt đó là đặc tính nén tốt hơn khi so sánh với quạt hướng trục, nên khi sử ụ d ng ta có th dùng quể ạt ly tâm để ạo áp đế t n hơn 100.000 Pa (trường hợp này được dùng trong nồi hơi cột áp 500 đến 100.000 Pa)
• Quạt ly tâm có s ố lượng cánh qu t c t không khí l n, motor chuyạ ắ ớ ển động trực tiếp và motor chuyển động gián ti p vế ới dây curoa đặt hoàn toàn phía bên ngoài, không nằm trên đường đi của luồng hút không khí, nên motor tránh được bụi trực tiếp t ừ luồng gió khi v n hành ậ
❖ Khi lắp đặt, để tiện theo yêu c u cầ ủa người sử ụ d ng, nhà s n su t quả ấ ạt ly tâm sẽ ả s n xuất 2 chiều quay với các giá đỡ khác nhau Chúng ta có loại quạt phả ếu rô to của i n quạt quay theo đúng chiều kim đồng hồ và ngược lại, nếu cánh quạt quay trái hướng kim đồng hồ ta có loại quạt ly tâm quay trái Quạt ly tâm có ưu điểm là có thể gắn trực tiếp với động cơ điện hoặc là kết nối gián ti p vế ới trục của động cơ điện qua hệ thống bánh đai
❖ Quạt ly tâm có rất nhi u công dề ụng đó là hút và thải không khí ô nhiễm, độc hại, thông gió, hút b i trong h ụ ệthống xay sát, s n xuả ất tại xưởng g , s n xu t cao su ỗ ả ấ và ch t hóa hấ ọc
❖ Ngoài những ưu điểm thì quạt ly tâm vướng những nhược điểm như:
• Đối với loại quạt ly tâm cao áp động cơ sẽ bị quá tải khi không thể kế ốt n i qu t ạ vào hệ thống, do nhược điểm đó loại quạt này có thiết kế thường ph i có van tiả ết lưu đầu vào hoặc trong hệ thống phụ tải ổn định Miệng cửa hút và hệ thống ống dẫn, mi ng cệ ửa thổi ít có thay đổi
Tương tự như máy bơm nước, để lựa chọn quạt ta cần quan tâm đến các thông số:
Hình 5: Sơ đồ quạt hút
- Để tính được công su t quấ ạt ta cần xác định H: t ng c t áp cổ ộ ủa quạt và hiệu suất η.
❖ Ta tính toán tổn thất c t áp cộ ủa quạt thông qua áp su t toàn ph n c a qu ấ ầ ủ ạt:
H = 𝑃 𝜌∗𝑔 (m) Viết phương trình Becnully cho mặt cắt
1-1 và 2-2 ta thu được công thức tính áp suất toàn phần do quạt tạo ra như sau:
P- làáp suất toàn phần do quạt tạo ra
P1- áp suất dư trong không gian hút, P1=0 N/m 2
P2- áp suất dư trong không quan đẩy,
P2= ΔPư= 2800 N/m 2 ρ- khối lượng riêng của dòng khí trong ống, ρ= 1.21 kg/m 3 ρk- khối lượng riêng của khí môi trường xung quanh, ρk= 1.18 kg/m 3 ωo-tốc độ khí trong ống,chọn đường kính d= 0.5 m→ωo= 4∗𝑄
H chiều cao cần để đưa dòng khí lên, chọn H = 2.5 m
Cần xác định : ΔP và ΔPh đ tuy nhiên có thể xác định chúng thông qua 2 thành phần là trở lực dọc đường và trở lực cục bộ trên toàn bộ đường ống
❖ Xác định tổn thất áp suất gây ra do trở lực dọc đường hd= 𝜆 ∗ 𝐿
L- chiều dài ống dẫn khí, chọn L= 10 m d- đường kính ống, coi đường kính ống hút bằng đường kính ống đẩy, d= 0.5 m λ- hệ số tổn thất dọc đường, tương tự như đường ống bơm ta có
+ 𝛥 3.7) Với: Δ: độ nhám tương đối, Δ= 𝑑ℎ 𝜀 ε= 0.085 (mm), là độ nhám tương đối Chọn đường ống làm bằng thép tráng kẽm→ Δ= 𝜀
Suy ra tổn thất cột áp do dọc đường ống : hd= 0.0152 ∗ 10 0.5 ∗ 2∗9.81 13.9 2 = 3 (m)
❖ Xác định tổn thấp cột áp gây ra do trở lực cục bộ:
Chọn hệ thống như hình vẽ tại mục 4.2.2.1, hệ số trở lực cục bộ bao gồm từ:
- Đột thu, đột mở ống, ζthu= ζmở = 0.5
- Van 1 chiều (số lượng 2), ζvan= 2.5
❖ Thay vào phương trình (*) mục 4.2.2.1 ta tính được tổn thất áp suất tổng của quạt:
❖ Tổng cột áp của quạt:
4.2.2.2 Hiệu suất làm việc của quạt: η= η1*η *η2 3 (1-T463) Trong đó:
- 1: hiệu su t lý thuy t cấ ế ủa quạt, chọn 1= 0.8
- 2 : hiệu suất của ổ đỡ, ch n ọ 2= 0.9
- 3: hiệu suất đối vớ ệi h truyền bằng đai, chọn 3= 0.95
Tính toán cơ khí
Chiề u dày thân tháp
Thiết bị làm việc ở áp suất khí quyển, dùng để hấp thụ khí S02, thân tháp hình trụ, được chế tạo bằng cách uốn tấm vật li u vệ ới kích thước đã định sẵn, hàn ghép mối, tháp được đặt thẳng đứng
- Chọn thân tháp làm b ng vằ ật liệu X18H10T ( C < 0,1%, Cr kho ng ả 18%, Ni kho ng 10%, Ti không quá 1 1,5%) (2-ả – T307)
- Chọn thép không g , b n nhi t và ch u nhiỉ ề ệ ị ệt
- Thông số giới hạn b n kéo và giề ới hạn b n ch y cề ả ủa thép loại X18H10T: σk = 550.10 6 (N/m2 ) σc = 220.10 6 (N/m2 ) (2-T310)
• Độ giãn tương đối: δ = 38% (trang 310, sổ tay 2)
Chiều dày thân tháp hình tr , làm viụ ệc với áp suất bên trong được xác định b ng công ằ thức:S= 2∗ [ ] σk 𝐷𝑡∗𝑃 ∗𝜑−𝑃.+C (2-T360)
• Dt.: đường kính trong tháp, m
• φ: hệ số bền của thành thân trụ theo phương dọc, với thân hay có lỗ gia cố hoàn toàn thì φ = φh đối với mối hàn đặc.Với hàn tay bằng hồ quang điện, thép không gỉ ta có: φ = φh= 0,95 (2-T362)
• C : hệ s b ố ổ sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai vềchiều dày, m
• [σk]: ứng su t cho phép cấ ủa loại thép X18H10T
• P: Áp suất trong thiết bị, N/m 2
P: Áp suất trong thiết bị ứ ng với sự chênh l ch áp suệ ất lớn nh t bên trong và ben ấ ngoài tháp, N/m 2
• Pmt : Áp suất làm vi c, P = 1 x 1,013.10 = 1.013*10 , N/m ệ mt 5 5 2
• Ptt : Áp su t thuấ ỷ tĩnh của cột ch t lấ ỏng P tt= ρx.g.H, N/m 2
▪ ρx: khối lượng riêng của nước, kg/m3
▪ H: chiều cao cột chấ ỏt l ng, H= 10 m (3m chi u cao hút, 7m chiề ều cao đẩy)
C phụ thuộc vào độ ăn mòn, độ bào mòn và dung sai c a chiủ ều dày Đại lượng C được xác định theo công thức:
• C1: hệ s bố ổ sung do ăn mòn Đối với vật li u là thép X18H10T, thệ ời h n s ạ ử dụng 20 năm có tốc độ ăn mòn 0,1mm/năm thì lấy C = 2 1 mm (bảng XII.1, trang 305, 2)
• C2: Đ i lưạ ợng bổ sung do hao mòn, C = 0 2
• C3: Đ i lưạ ợng bổ sung do dung sai của chiều dày, C = 0.8 3 (bảng XIII.9, trang
• ηc: hệ số an toàn theo giới hạn chảy, ηc= 1.5
• ηk: hệ số an toàn theo giới kéo, ηk= 2.6
Ta lấy giá trị bé hơn trong hai giá trị ừa tính được: v
❖ Tính bề dày thực của thân tháp:
2∗147 10∗ 6 ∗0.95.+2.8*10 =4.2*10 -3 -3 (m), làm tròn l y S= 5 (mm) ấ Để chịu được áp lực chiều dày tối thiểu đố ới tháp có đười v ng kính từ 1 đến 2 m phải cộng thêm 7 mm chi u dày (trang 478, k ề ỹthuật tách h hỗ ợp nhi u c u t ) ề ấ ử Chọn chi u dày thân tháp là 12 ề mm
❖ Kiểm tra ứng suấ ủa thành theo áp su t th t c ấ ử(sử ụng nước) d
Xác định ứng suất ở thân thiết bị theo áp suất thử tính toán: σ= ( 𝐷𝑡+( 2∗ 𝑆− 𝑆−𝐶 ( )∗𝜑 ) )∗ 𝑃𝑜 = (2+(0 −0.028 )∗0.4∗12 ) 10 5 ( 𝑁
1.2 = 18.3*10 6 Thỏa mãn điều kiện, vậy chiều dày thân tháp là 12 mm
Tính chiều dày đáy, nắ p
- Chọn đáy, nắp hình elip tiêu chuẩn
Chiều dày đáy và nắp thiết bị:
• φh: hệ s m i hàn tay b ng h ố ố ằ ồ quang điện, 𝐷𝑡≥ 700𝑚𝑚 không có kh ả năng hàn thêm với vật liệu là théop không gỉ, φh= 0.9 (2-T362)
• [𝜎𝑘]: ứng su t cho phép cấ ủa thiế ị, [t b 𝜎𝑘]7*10 6
• C là đại lượng bổ sung, C= 2.8 mm
• k: h s không th nguyên, chệ ố ứ ọn đáy có lỗ được tăng cứng hoàn toàn, k=1
• P: áp su t trong cấ ủa thiết bị, P= 1.99*10 5 N/m 2
• hb: chiều cao ph n lầ ồ ủa đáy và nắp, h = 0.25D = 0.25*2= 0.5 i c b t (m)
→ 𝑆 = 3.8∗147∗ 10 2∗1 6 ∗1∗0.9−1 99 10 ∗ 5 99∗10 5 ∗ 2 2∗0.5 + 2.8*10 -3 = 0.0044 m= 4.4 mm Tương tự như thân tháp ta phải cộng thêm 7 mm chiều dày mục đích giúp tháp chịu được áp lực nên S= 4.4+ 7= 11.4
Hình 6: Hình minh họa nắp, đáy Đại lượng bổ sung C khi S-C= 9.2 mm < 10 mm Do đó ta tăng thêm 2 mm so với giá trị C tính được ở trên: hay S= 14 mm (2-T386)
- Kiểm tra ứng suấ ủa thành theo áp su t th t c ấ ử(sử dụng nước)
Thỏa mãn điều kiện, vậy bề dày của nắp, đáy là 14 mm đường kính lớn bằng 2 m, thu hẹp d n thành hình elip có ầ ống được tăng cứng hoàn toàn
Tính ố ng d n khí, d n l ng 28 ẫ ẫ ỏ 5.4 Lướ ỡ i đ đệ m và h ệ thố ng phân ph ối lỏ ng
Theo như tính toán ở phần quạt, đường kính trong củ ốa ng d n khí là 500 mm ẫ Theo như tính toán ở phần bơm đường kính ống hút của máy bơm là 350 mm; đường kính ống đẩy của máy bơm là 300 mm
5.4 Lưới đỡ đệ m và h ệ th ố ng phân ph ố i l ỏ ng
Tra bảng IX.22, trang 230, 2 kết hợp v i b ng 7.34, trang 208, 4 ớ ả ta được:
- Đĩa phân phối lỏng ki u I v i các thông s : ể ớ ố
Hình 7: Đĩa phân ph i l i dòng lố ạ ỏng
Hình 9: Bích n i thân tháp, ố tháp-nắp, đáy
Chiều r ng cộ ủa bước b,mm(đối với đệm 80x80x8)
Bề dày s của 1 thanh, mm
Tính bích ghép thân tháp
5.5.1 Bích n ố i thi ế t b ị Để nối thiết bị ( thân, nắp và đáy) ta có thể dùng bích liền kiểu I (hình bên dưới) chế tạo bằng thép CT3
D – Đường kính ngoài của bích
Db – Đường kính vòng bu-lông
DI– Đường kính trong của bích
Dn – Đường kính quy ước của bích
Dy – Đường kính trong của ống h – Chiều dày của bích db – Đường kính bu-lông
Với đường kính của tháp Dt = 2000 mm và áp suất tính toán p = 0.14*10 N/m2 , tra 6 bảng XIII.27, trang 423, 2 ta có các thông số ủa bích như sau: c py.10 -6 Kích thước nối
Dt D Db DI D0 db z h mm cái mm
Bảng 4: Thông s m t bích n i thânố ặ ố Kích thước cho bề mặt đệm bít kín dùng cho loại bích trên: (Bảng XIII.31 - -433) II
Bảng 5: Thông s mố ặt đệm bít kín gi a hai bích ữ
5.5.2 Bích nối đường ống với lỗ ở đáy và nắp :
Ta dùng kiểu bích tự do bằng thép Tra bảng XIII-28, trang 425, 2 ta có ρy.10 -6 Dy
Bảng 6: Thông s bích nố ối ống với đáy và nắp
5.5.3 Bích nối ống dẫn với các bộ phận khác trong thiết bị
Chọn bích liền bằng kim loại đen, kiểu I
Hình : Bích n10 ối ống dẫn với các thiết bị khác
Tra bảng XIII.26,trang 414, 2 Ứng với ống có đường kính Dy= 300 mm ta có các thông số sau
Bảng 7: Thông s bích nố ối ống v i các b ớ ộ phận khác
5.5.4 Chân đỡ , tr ụ đỡ , tai treo
Thông thường người ta không đặt trực tiếp thiết bị lên bề mặt mà phải có tai treo hay chân đỡ, vỏ đỡ để 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 (4-T502) Trọng tải của tháp:
Ptháp = Pthân + Pđáy,nắp + Pchất lỏng + Pbích + Pđệm + Plưới,pp lỏng , N
❖ Khối lượng thân thiết bị
Mth: khối lượng của thâ thiết bị, kg
Dn, Dt: đường kính ngoài và trong của thiết bị, m
H: chiều cao của tháp, m Ống db z h cái m
33 ρ: khối lượng riêng của thép,ρ = 7,9.10 kg/m 3 3 ,tra bảng XII.7,trang 313, 2
❖ Khối lượng của đáy và nắp tháp
- Khối lượng của nắp: S= 14 mm; D 00 t mm
→ Tra bảng XIII.11,trang 384, 2 ta có chiều cao gờ h= 50 mm và
- Khối lượng đáy: S m; Dt 00 mm
- Tra bảng XIII.11,trang 384, 2 ta có chiều cao gờ h= 30 mm và
❖ Khối lượng của đệm Đệm là đệm vòng Rasig đổ lộn xộn: đệm bằng sứ kích thước 80×80×8
Tra bảng thông số kỹ thuật IX.8, trang 193, 2 ρđệm = 535 kg/m 3
❖ Khối lượng của chất lỏng:
Trong đó: ρ: khối lượng riêng chất lỏng ở 25 0 C
H: chiều cao tháp trước khi bị nước choán hết, m
❖ MN gồm có khối lượng lỏng và khối lượng của đĩa phân phối lại chất lỏng, khối lượng đĩa phân phối lỏng: Tra bảng 7.35 sách hỗn hợp nhiều cấu tử trang 211 Đĩa làm từ vật liệu thép hợp kim có khối lượng là 52,4 kg
• Bích nối thân thiết bị Áp dụng công thức: Mb = 4 𝜋 ∗(𝐷 2 −𝐷𝑛 2)∗∗ρthép
Trong đó: ρthép: khối lượng riêng của thép làm bích(CT3), tra bảng XII.7, trang 313, 2 ρthép = 7,85.10 3 (kg/m 3 )
Db: đường kính ngoài của bích, D= 2160 mm = 2.16 m
DI: đường kính trong của bích, Dn= 2028 mm= 2.028 m h: chiều dài của bích, h% mm=0,04 m
Do đó Mb = Mb1+Mb2 685+ 184= 869 ( ) = kg
Trọng tải của tháp là:
Khối lượng tối đa của toàn tháp:
Mtt= Mđệm + Mbích + MN+ Mthân + Mnắp,đáy
- Nhận xét: ta th y t i tr ng c a tháp khá l n vì vấ ả ọ ủ ớ ậy để có thể đỡ được tháp ta cần tính trụ đỡ thay vì tra kích thước các loại chân đỡ như trong sổ tay các quá trình thiết b t p 2 ị ậ
- Chọn d ng trạ ụ đỡ ạ d ng tr ( = 90 ) và v t li u ch t o là thép cacbon ụ ϴ o ậ ệ ế ạ thường có ứng suất thiết kế J= 135 N/mm ( tra b 2 ảng 8.2,4-T495)và modun Young E= 200000 N/mm 2 tại nhiệt độ môi trường
- Chọn áp suât động do gió tạo ra Pđ = 1280 N/m 2 (tương đương vận tốc gió 160 km/h) (4-T496)
- Chọn h s ệ ố hàn φ = 0.95 (bảng XIII.8, 2-T362) Đường kính trung bình c a tháp: ủ
Tải trọng tính theo 1 m đường kính:
Momen uốn tại đường chân đáy trụ đỡ :
2 ∗ (11.6 + 2) 2 = 238169 N.m Phân tích ng su ứ ất:
- Chọn b dày trề ụ đỡ t = 18 mm s
Khi đó ứng suất uốn được tính theo công th c: ứ
Do ứng su t gây b i áp suấ ở ất động do gió gây ra rất nhỏ nên có th b qua ẻ ỏ ng su t do trỨ ấ ọng lượng t o ra khi th ki m tra tháp bạ ử ể ằng nước :
𝜋∗ 𝐷+𝑡( 𝑠 )∗𝑡 𝑠 = 𝜋∗ 9 ( 81 2000+ ∗25084 18) 18 ∗ = 2.2 (N/mm ) 2 ng su t gây do tr ng l ng tháp Ứ ấ ọ ượ ở trạng thái không làm việc :
𝜋∗(2000+18) 18∗ = 70.5 (N/mm ) 2 ng su t nén cỨ ấ ực đại (g m có ồ ứng suất do nước và tháp)
𝜎 𝑤𝑚𝑎𝑥 = 𝜎 𝑤𝑠𝑛 + 𝜎 𝑤𝑠𝑜 = 2.2 + 70.5 = 72.7 (N/mm ) 2 ng su t nén cỨ ấ ực tiểu (chỉ có ứng su t do tháp không làm viấ ệc)
Kiểm tra theo tiêu chu n thiẩ ết kế:
Ta th y c 2 tiêu chu n thi t kấ ả ẩ ế ế đều được thỏa mãn Để tính đến khả năn ăn mòn sẽg cộng thêm 2mm vào chiều dày tr , chiụ ều dày tr là 20 mm ụ
Tính vòng chịu tải ở đáy và các bulong định v : ị
- Chọn đường kính vòng tròn tâm của các lỗ l p bulong gắ ần đúng 2.2 m
- Ta có chu vi của đường kính l p l ắ ỗ bulong: C= πDb= π*2.2 = 7 m
- Số bulong c n thiầ ết để định v ị lòng đáy trụ đỡ khi chọn bước bulong nh ỏ nhất là p = 600 mm : N = 0.6 7= 11.6 cái làm tròn g n nhầ ất đến b i s c a 4 nên ộ ố ủ số bulong là 12 cái, ch n bulong M56 ọ
- Chiều rộng đường kính đáy trụ đỡ :
- Chiều r ng L = 272 mm là quá l n vì v y thay cho tr hình tr ộ b ớ ậ ợ đỡ ụ có đường kính 2 m nên ch n trọ ụ đỡ hình côn (hình bên dưới)
- Chọn đường kính của trụ đỡ là 3m khi đó góc tại đáy trụ: ϴ = arctan( 1 3
- Tương tự như trên chọn đường kính vòng tròn tâm gắn bulong là 3.1 m, số bulong 12, ch n bulong M56ọ , suy ra : bước bulong = 𝜋∗3.1∗10
Tính bề dày vòng đáy trụ
- Tải trọng nén t ng c ng tác dổ ộ ụng lên vòng đáy của trụ đỡ (tính theo 1 đơn vị chiều dài) tính theo công thức:
- Chọn áp su t tác d ng lên móng betong f = 5 N/mmấ ụ c 2, khi đó chiều r ng ộ tối thiểu của vòng đáy trụ đỡ:
- Đây là chiều rộng tối thiểu của vòng tròn đáy trụ đỡ Chi u r ng th c t ề ộ ự ế phụ thuộc vào kích thước cụ thể c a ghủ ế đỡ, suy ra kích thước thực của vòng đáy trụ đỡ:Lb = 180 + 50 + 20 = 250
- Áp lực th c tự ế tác dụng lên bê tông:
- Bề dày nh nhỏ ất của vòng đáy trụ đỡ :
- Ở đây fr = 140 N/mm - ng su t thi t k cho phép c a v t li u ch t o 2 ứ ấ ế ế ủ ậ ệ ế ạ vòng đáy trụ
- Cấu t o chi tiạ ết trụ mô t hình bên: ả
Hình : Chi ti t tr12 ế ụ đỡ
Trên đây toàn bộ ph n thi t k h ầ ế ế ệthống tháp đệm h p th c u t SO2 v i dung môi ấ ụ ấ ử ớ là nước, trong quá trình tính toán do rất dài và có nhiều công thức phức tạp cũng như phải làm tròn s ho c tra s u t các tài li u tham kh o nên b n thi t k không tránh ố ặ ốliệ ừ ệ ả ả ế ế khỏi sai sót trong tính toán
Tuy nhiên b n thi t k ả ế ế đã giúp em hệ thống lại toàn b ki n thộ ế ức đã học từ các môn Các quá trình cơ bản I,II,III,những môn cơ sở của ngành môi trường và hóa Đồng thời qua vi c thi t k ệ ế ế cũng giúp em có được cái nhìn hoàn ch nh v ỉ ề sơ đồ của một hệ thống xử lý khí thải.