Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2Tổng quan về khí SO2
TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ
Các thông số ban đầu
Nồng độ SO2 ban đầu là 0.5% thể tích
Nồng độ SO2 sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn loại A: 1.5 g/m 3
Chọn nhiệt độ của nước hấp thu là 30 o C
Tính cân bằng vật chất
Gđ, Gc - suất lượng hỗn hợp khí đầu vào – ra, kmol/h
Lđ, Lc - suất lượng nước đầu vào – ra, kmol/h
Yđ, Yc - Nồng độ đầu và cuối của SO2 trong pha khí, kmol/kmol khí trô
Xđ, Xc - Nồng độ đầu và cuối của SO2 trong pha lỏng, kmol/kmol dung moâi
Phương trình cân bằng của dung dịch hấp thu SO2 bằng H2O được biểu diễn theo định luật Henri : p = Hx hoặc y *
Trong đó : y * : nồng độ cân bằng của pha khí, phần mol x : nồng độ khí hoà tan trong pha lỏng, phần mol p : áp suất riêng phần của cấu tử khí hòa tan khi cân bằng
Pt : áp suất tổng của hệ hấp thu
H : hệ số Henry, đơn vị áp suất Ở 30 o C : H = 0.036410 6 mmHg [2, Bảng IX.1, 139] m : heọ soỏ phaõn boỏ m P t
X - nồng độ của dung môi, mol/mol dung môi
Y * - nồngđđộ của hỗn hợp khí ở điều kiện cân bằng, mol/mol khí trơ
Từ phương trình đường cân bằng ta có các số liệu đường cân bằng:
Từ số liệu đường cân bằng ta vẽ đường cân bằng:
Nồng độ đầu vào của SO2 theo tỷ số mol:
d d y y = 5.02510 -3 kmol SO2/ kmol khí trô
Hấp thu SO2 bằng nước, chọn dung môi sạch khi vào tháp nên: Xđ = 0 Đầu ra: SO2 đầu ra yêu cầu đạt tiêu chuẩn loại A (1.5 g/m 3 )
Nồng độ mol của SO2 đầu ra: 0 023
0 0.00002 0.00004 0.00006 0.00008 0.0001 0.00012 Đường caân baèng Đường làm việc
Nồng độ khí ban đầu:
Nồng độ phần mol của SO2 trong hỗn hợp khí đầu ra:
Tỉ số mol của SO2 trong hỗn hợp khí đầu ra:
Y y kmol SO2/kmol khí trô
Lưu lượng hỗn hợp khí vào tháp hấp thu:
Suất lượng dòng khí trơ trong hỗn hợp:
Gtr = Gủ(1-yủ ) = 22.123 (1-0.005) = 22.012 kmol/h Lượng dung môi tối thiểu được sử dụng : d c c d tr tr
Gtr - suất lượng dòng khí trơ trong hỗn hợp, kmol/h c max
X - nồng độ pha lỏngcực đại khi lượng dung môi sử dụng tối thiểu, kmol/ kmol dung moâi
Từ đồ thị đường cân bằng ta xác định được: c max
Chọn tr tr tr tr
1Với Ltr - lượng dung môi không đổi khi vận hành, kmol/h
Phương trình cân bằng vật chất có dạng:
Vậy phương trình đường làm việc đi qua 2 điểm:
A (Xd , Yc)=A( 0 ; 5.8310 -4 ) và B (Xc , Yd) =B(8.710 -5 ; 5.02510 -3 )
Phương trình đường làm việc: YQ.056X + 0.00058
Cân bằng năng lượng
Phương trình cân bằng nhiệt lượng có dạng:
GủIủ + LủCủTủ + Qs = GcIc + LcCcTc + Q0
Gđ , Gc – lượng hổn hợp khí đầu và cuối, kmol/h
Lđ , Lc - lượng dd đầu và cuối, kmol/h tc , tc – nhiệt độ khí ban đầu và cuối , o C
Tđ , Tc – nhiệt độ dung dịch đầu và cuối , o C
Iđ , Ic – entalpi hỗn hợp khí ban đầu và cuối , kJ/kg
Qs – nhiệt lượng phát sinh do hấp thụ khí, kJ/h Để đơn giản hoá vấn đề tính toán, ta có thể giả thiết như sau:
− Nhiệt độ mất mát ra môi trường xung quanh không đáng kể, Q0 = 0
− Nhiệt độ của khí ra khỏi tháp bằng nhiệt độ dung dịch vào tháp : tc = tđ = 30 0 C
− Tỷ nhiệt của dung dịch không đổi trong suốt quá trình hấp thu : Cđ = Cc = C H O
Trong quá trình hấp thu có thể phát sinh nhiệt, do đó nếu ký hiệu q là nhiệt phát sinh của 1 mol cấu tử bị hấp thụ, thì ta có: Qs = qLtr(Xc – Xđ)
Với mức độ gần đúng có thể coi q không đổi trong suốt quá trình hấp thu:
Vì lượng cấu tử hoà tan trong dung dịch nhỏ nên có thể lấy: 1 c d
L L Đồng thời ta cũng có thể bỏ qua mức độ biến đổi nhiệt của pha khí: G d I d G c I c 0 Như vậy, công thức tính nhiệt độ cuối Tc của dung dịch sẽ có dạng như sau:
Do lượng cấu tử hoà tan trong dung dịch nhỏ nên: Lđ = Lc = Ltr
Phương trình hấp thu của SO2 trong dung môi nước
Theo sổ tay hóa lý, nhiệt sinh của:
HSO 3 = -12157,29 kcal/mol Nhiệt phát sinh của 1 mol cấu tử SO2 bị hấp thu: q = (-70.96 - 68.317) – ( 0 – 12157.29) = 12018.013 kcal/mol Nhiệt độ cuối của dung dịch ra khỏi tháp:
Ta xem quá trình hấp thu là đẳng nhiệt
Tính kích thước tháp hấp thu
1 Các thông số vật lý của dòng khí
Lưu lượng khí trung bình đi trong tháp hấp thu:
Vd , Vc – lưu lượng khí vào và ra khỏi tháp, m 3 /h: Vc = Vtr ( 1 + Yc )
Khối lượng riêng của một chất khí:
Trong đó: 0 -khối lượng riêng của chất khí ở điều kiện chuẩn 4 22
M- khối lượng mol của khí, kg/kmol
T0- nhiệt độ của chất khí ở kiều kiện chuẩn '3, 0 K T- nhiệt độ làm việc trung bình của tháp hấp thu, T = 30 0 C p, p0- áp suất riêng phần của khí tại điều kiện làm việc và điều kiện chuẩn Khối lượng riêng trung bình của pha khí theo [2, IX.104, p.183]
M y M y y y y y tb tb tb tb tb tb ytb
Trong đó: M1, M2 - khối lượng mol của SO2 và không khí, kg/kmol ytb1 - nồng độ phần mol của SO2 lấy theo giá trị trung bình:
1 1 c d tb y y y yd1, yc1: nồng độ phần mol của SO2 vào và ra khỏi tháp
Ta có: M1 = MSO 2 = 64 kg/kmol
kg/m 3 Độ nhớt trung bình pha khí (của hỗn hợp khí):
Mhh, M1, M2- khối lượng phân tử của hỗn hợp khí, của SO2 và không khí, kg/kmol m1, m2- nồng độ của SO2, không khí tính theo phần thể tích
Lưu lượng khối lượng pha khí trung bình:
Gd, Gc- lưu lượng khí vào và ra khỏi tháp, kg/s d SO tr tr tr d G M G M Y
SO tr tr tr tb
2 Các thông số vật lý của dòng lỏng
Vxtb - lưu lượng dòng lỏng trung bình, m 3 /h
Do lượng cấu tử hoà tan trong dung dịch nhỏ, xem quá trình hấp thu không làm thay đổi đáng kể thể tích nên: tr tr tr tr xtb V L M
Với: tr là khối lượng riêng của nước ở 30 0 C
Mtr: khối lượng phân tử của H2O, kg/kmol
Ltr: lưu lượng nước, kmol/h
Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng:
xtb tb 1 tb 1 1 tb 1 tb 2 [2, IX.104, 183]
tb , tb 2 - khối lượng riêng trung bình của SO2, H2O trong pha lỏng, kg/m 3
tb - phần thể tích trung bình của SO2 , H2O trong pha lỏng
Do lượng SO2 hoà tan trong dung dịch nhỏ nên: tb 1 0
kg/m 3 Độ nhớt trung bình của pha lỏng: do lượng cấu tử SO2 hoà tan trong dung dịch nhỏ nên có thể xem : 0.8007 10 3
Lưu lượng khối lượng trung bình của pha lỏng:
G xd , G xc - lưu lượng khối lượng dòng lỏng vào và ra khỏi tháp tr tr xd L M
SO 2 c tr tr tr xc L M L X M
SO 2 c tr tr tr tr xc tr xd xtb
3 Tính đường kính tháp hấp thu Đường kính tháp được xác định theo công thức: tb
Trong đó: Vytb - Lưu lượng trung bình của pha khí, m 3 /h
tb - Vận tốc trung bình khí qua tiết diện tháp, m/s
tb = s = (0,8 ÷ 0,9) s ' Tốc độ sặc s ' , m/s được xác định theo công thức:
+ Gx, Gy - lưu lượng dòng lỏng và khí trung bình , kg/s
+ xtb, ytb - khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và khí
+ x - độ nhớt trung bình pha lỏng theo nhiệt độ trung bình 30 0 C
Tra bảng IX.8 trang 193- Sổ tay quá trình và thiết bị Công nghệ hóa chất tập 2
Chọn đệm vòng Raschig bằng sứ, kích thước đệm 50505 mm
Các thông số của đệm:
d - bề mặt riêng của đệm : d = 95 m 2 /m 3
Vd - thể tích tự do của đệm: Vd = 0.79 m 3 /m 3
d - khối lượng riêng xốp của đệm: d = 500 kg/m 3 a- hệ số phụ thuộc dạng đệm, đệm vòng Raschig a = 0.123
Thay số vào ta được:
Chọn tốc độ làm việc: tb 0.85 s ' 0.814m/s Đường kính tháp được xác định theo công thức :
4 Xác định chiều cao tháp hấp thụ
Chiều cao tương ứng một đơn vị truyền khối:
Trong đó: hG - chiều cao một đơn vị truyền khối tương ứng pha khí, m hL - chiều cao một đơn vị truyền khối tương ứng pha lỏng, m m - hệ số góc đường cân bằng l - lượng dung môi tiêu tốn riêng , l tr tr
G L hY và hL được xác định dựa vào các công thức thực nghiệm sau:
Các công thức chuẩn số Rey , Pry cho pha khí và Rex , Prx cho pha lỏng được tính như sau: y d s y y
+ Gy, Gx – lưu lượng khối lượng của khí và lỏng, kg/s
+ Ft - tiết diện ngang của tháp, m 2
+y - khối lượng riêng pha khí, kg/m 3
y = ytb = 1.162 kg/m 3 + Dx , Dy - hệ số khuếch tán trong pha khí và trong pha lỏng, m 2 /s
4.1 Hệ số khuếch tán trong pha lỏng
Trong đó: MB - khối lượng mol của dung môi, kg/kmol
là hệ số kết hợp cho dung môi
= 2.6 với dung môi là nước
VA - theồ tớch mol cuỷa dung chaỏt, cm 3 /mol
’ - độ nhớt của dung dịch, Cp
4.2 Hệ số khuếch tán trong pha khí
Trong đó : T – nhiệt độ khuếch tán, 0 K
P - áùp suất khuếch tán, atm
MA , MB - khối lượng mol khí SO2 và không khí, kg/kmol
VA , VB - thể tích mol của SO2 và của không khí, cm 3 /mol
4.3 Tính Re x , Re y , Pr x , Pr y
4.4 Tính hệ số thấm ướt
V là mật độ tưới thực tế, m 3 /(m 2 h)
Mật độ tưới thích hợp Uth: Uth = B., m 3 /(m 2 h)
Dựa vào đồ thị hình IX.16 [ 2, p.178 ] , ta chọn = 1 để dung môi thấm ướt đều lên đệm
4.6 Tính chiều cao một đơn vị chuyển khối
Từ đồ thị đường cân bằng gần như là đường thẳng ta xác định được hệ số góc đường cân bằng Y f X là : m = 48.137
4.7 Xác định số đơn vị truyền khối m Y
Do cấu tử SO2 hoà tan trong dung dịch không dáng kể nên dung dịch hấp thu khá loãng, phương trình tính mY có dạng như sau:
Tích phân này được tính bằng phương pháp đồ thị, là diện tích giới hạn bởi đường cong theo Y và 2 trục Yc, Yd = const
Bảng số liệu tính tích phân i Yi Xi Y* Yi-Y* 1/(Y-Y*) S
Số đơn vị truyền khối là diện tích giới hạn bởi đường cong trong đồ thị và được xem như là tổng diện tích của các hình thang thành phần: m Y = 6.3
Chọn chiều cao đệm là 7.3 m 4.9 Chiều cao thân tháp
H = hđ + hđệm-đáy + hđệm –nắp + hđệm-đệm = 9.8 m
Tính trở lực của lớp đệm
Tổn thất áp suất của đệm khô
’ - hệ số trở lực của đệm , bao gồm cả trở lực do ma sát và trở lực cục bộ, phụ thuộc chuaồn soỏ Rey
t - vận tốc thực của khí trong lớp đệm, m/s: d y t V
y - tốc độ của dòng khí trên toàn bộ tiết diện tháp, m/s dtd - đường kính tương đương của đệm, m Với: y = 1.162 kg/m 3
Như vậy, thay số ta được:
Tổn thất áp suất của lớp đệm ướt:
Trong đó: Gx, Gy - lưu lượng của dòng lỏng và dòng khí, kg/s
Như vậy, thay số ta được:
Tổn thất áp suất của lớp đệm ướt:
Với: Gx - mật độ tưới, kg/(m 2 s)
x b - hệ số, hàm số của Rex
(2, IX.132, p.191) Đối với đệm vòng bằng sứ (' y const): với A’>0.3 và D>30 mm thì
TÍNH TOÁN CƠ KHÍ
Tính chiều dày thân tháp
Thiết bị làm việc ở môi trường ăn mòn, nhiệt độ làm việc 30 0 C, Pmt = 1 at = 0.1 N/m 2 Nên ta chọn vật liệu là thép không rỉ để chế tạo thiết bị
Chọn thép: X18H10T Ứng suất cho phép tiêu chuẩn đối với thép X18H10T ở 30 0 C:
[] * = 146 N/mm 2 [9, hình1.2, p.16] heọ soỏ hieọu chổnh = 1 [9, 17] Ứng suất cho phép là: [] = 1146 = 146 N/mm 2
Aùp suất tính toán: P tt P lv gh
Plv: áp suất làm việc của môi trường
H=9.8m : chiều cao cột chất lỏng Suy ra:P tt 10 5 9.81995.689.8210 5 N/m 2 = 0.2 N/mm 2
Chọn hệ số bền mối hàn h = 1 [9, bảng 1-8, 19]
Nên bề dày tối thiểu của thân trụ hàn chịu áp suất được tính theo:
- Hệ số bổ sung bề dày C, mm:
Ca: là hệ số bổ sung do ăn mòn hoá học của môi trường
Thời hạn sử dụng là 20 năm, tốc độ ăn mòn là 0.1mm/ năm
Cb : là hệ số bổ sung do bào mòn cơ học của môi trường
25 Đối với TB hoá chất: Cb = 0 mm
Cc là hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo, lắp ráp, có thể bỏ qua
C0 là hệ số bổ sung để quy tròn kích thước, mm
Thay vào ta được : C = 2 + 1.66 + 0 = 3.66 mm
- Bề dày thực của thân trụ:
- Aùp suất tính toán cho phép ở bên trong thiết bị:
N/mm 2 > 0.2 N/mm 2 , thỏa điều kiện
Vậy chiều dày thân được chọn là S = 4 mm
Tính chiều dày đáy , nắp
- Chọn đáy nắp elip tiêu chuẩn
- Chọn chiều dày đáy, nắp bằng chiều dày thân
- Kiểm tra áp suất dư cho phép tính toán theo công thức:
[9, 6.11, p.126] Đáy nắp elíp tiêu chuẩn Rt = Dt = 500 mm
N/mm 2 > 0.2 N/mm 2 , thỏa điều kiện
Vậy chiều dày đáy và nắp là 4 mm
Chọn đáy và nắp elip có gờ, chiều cao gờ h = 25 mm
Tính ống dẫn lỏng , ống dẫn khí
1 Tính ống dẫn khí vào tháp Đường kính ống dẫn khí: d = 0,785
V: lưu lượng thể tích của khí , m 3 /s
: vận tốc dòng khí , m/s Đối với khí áp lực nhỏ, chọn = 15 m/s [2, bảng II.2, p.370]
= 0,114 m Chọn d = 0.125 m = 125 mm Với d = 125 mm, vận tốc dòng khí trong ống dẫn:
2 Tính ống dẫn khí ra khỏi tháp
Chọn đường kính ống dẫn khí ra khỏi tháp bằng ống dẫn khí vào tháp: d = 125 mm
3 Tính ống dẫn lỏng vào tháp Đường kính ống dẫn lỏng: d = 0,785
V- lưu lượng thể tích của khí , m 3 /s
- vận tốc dòng lỏng, m/s Đối với nước áp lực nhỏ, chọn = 1.25 m/s
= 0.0758 m Chọn d = 0.8 m mm Với d = 80 mm, vận tốc dòng lỏng trong ống dẫn:
4 Tính ống dẫn lỏng ra khỏi tháp
Chọn đường kính ống dẫn lỏng ra khỏi tháp bằng ống dẫn lỏng vào tháp d = 80 mm
Tính moái gheùp bích
Chọn bích liền không cổ bằng thép để nối thân tháp Đường kính trong của thiết bị: Dt = 500 mm Đường kính ngoài của thiết bị: Dn = Dt + 2S = 500 +2 4P8 mm
Theo bảng XIII.27, trang 419 sổ tay Quá trình và thiết bị hoá chất tập 2: Đường kính ngoài của bích: D = 630 mm Đường kính tâm bu lông: Db = 580 mm Đường kính mép vát: D1 U0 mm Đường kính bu lông: db = 20 mm (M20 )
Chọn vật liệu chế tạo bích là thép CT3
2 Bích nối đường ống dẫn lỏng với thân
Chọn bích liền bằng kim loại đen
28 Đường kính trong ống dẫn lỏng, Dy = 80 mm
Theo [2, bảng XIII.26, p.412]: Đường kính ngoài ống dẫn lỏng, Dn = 89 mm Đường kính ngoài của bích, D = 185 mm Đường kính tâm bulông Dt = 150 mm Đường kính mép vát D1 = 128 mm Đường kính bulông db = 16 mm (M16)
3 Bích nối ống dẫn khí với thân
Chọn bích liền bằng kim loại đen Đường kính trong ống dẫn khí , Dy = 125 mm
Theo [2, bảng XIII.26, p.414]: Đường kính ngoài ống dẫn khí, Dn = 133 mm Đường kính ngoài của bích, D = 235 mm Đường kính tâm bulông Dt = 200 mm Đường kính bulông db = 16 mm (M16)
4 Bích cho cửa nạp đệm và cửa tháo đệm Đường kính trong, Dt = 250 mm
Theo [2, bảng XIII.26, p.415]: Đường kính ngoài, Dn = 273 mm Đường kính ngoài của bích, D = 370 mm Đường kính tâm bulông Dt = 335 mm Đường kính mép vát D1 = 312 mm Đường kính bulông db = 16 mm (M16)
Tính lưới đỡ đệm và đĩa phân phối lỏng
Chọn đường kính lưới đỡ đệm theo bảng IX.22, p.230-Sổ tay quá trình và thiết bị tập 2
Các thông số của lưới: Đường kính tháp
Chiều rộng bước b (mm) đệm 50 x 50
Chọn vật liệu là thép Các thanh có tiết diện chữ nhật 1 cạnh có bề rộng 5 mm
Diện tích lưới đỡ đệm:
Tổng khối lượng mà lưới phải chịu: m = m1 + m2 Trong đó: m1 - khối lượng vật chêm khô, kg m2 - khối lượng của dung dịch, kg m1 = V d Với: d = 500 kg/m 3 , khối lượng riêng xốp của đệm
Tải trọng mà lưới đệm chịu theo một đơn vị diện tích:
Tải trọng mà một thanh phải chịu tính theo đơn vị chiều dài: q = D l n
0 = 0.8 N/mm Ở trên ta chọn thanh dài nhất để tính bền vì theo nguyên tắc các thanh ngắn hơn sẽ bền nếu thanh dài nhất bền Để đơn giản ta xét thanh dài nhất trên đĩa, chịu lực phân phối đều 2 gối đỡ 2 đầu
Mặt cắt nguy hiểm tại B: Mxmax 8
Kiểm tra bền nhân tố ở trạng thái ứng suất đơn: max max max y
Thay vào ta được: max 6 2 max bh
Theo ủieàu kieọn beàn: z max []
h 13.7 Vậy chọn chiều cao thanh là 20 mm
Chọn đĩa phân phối lỏng loại 1
Theo [2, bảng IX.22, p.230] ta có kích thước của đĩa phân phối lỏng như sau: Đường kính đĩa: Dd = 300 mm Đường kính ống dẫn lỏng: d = 25 mm
Chiều dày ống dẫn lỏng: S = 2 mm
Chiều dày đĩa loại 1:4 mm
Chọn vật liệu làm đĩa là thép X18H10T
Vỏ đỡ
Khối lượng đáy tháp mủ = (Fủ – Flủ )S
- khối lượng riêng của thép X18H10T dùng làm đáy nắp
S - bề dày đáy tháp S = 4 mm
Chọn đáy elip có gờ, chiều cao gờ 25mm ta có:
Fđ =0.31 m 2 , diện tích đáy tháp [2, Bảng XIII.10, p.382]
Flđ - diện tích lỗ đáy nối ống dẫn lỏng, m 2
, D l - đường kính ống dẫn lỏng Thế vào ta có: mủ = (0.31 -
Khối lượng nắp tháp mn = (Fn -Fln) S
- khối lượng riêng của thép X18H10T dùng làm nắp tháp
S - bề dày nắp tháp S = 4 mm
Chọn nắp elip có gờ, chiều cao gờ 25 mm ta có:
Fn =0.31 m 2 , diện tích nắp tháp [2, Bảng XIII.10, p.382]
Fln - dieọn tớch loó naộp noỏi oỏng daón khớ, m 2
, D k - đường kính ống dẫn khí
Thế vào ta có: mn = (0.31 -
Khối lượng thân tháp mt = Vthaân
Thể tích của thân tháp: Vthân = Ft S = DH D k D l S
- khối lượng riêng của thép X18H10T dùng làm thân tháp
Khối lượng đệm khô mdk = 3m1 = 3 238.892 = 716.676 kg
Khối lượng dung dịch mdd = 3m2 = 3 375.819= 1127.457 kg
Khối lượng đĩa phân phối lỏng: mủúa = 2ì
Dd = 300 mm: đường kính đĩa n = 3, soá oáng d = 25 mm: đường kính trong ống dẫn lỏng t = 4 mm
Khối lượng bích nối thân, đáy và nắp mb1 = 5 [D
b - khối lượng riêng của thép CT3 dùng làm bích
D = 630 mm, đường kính ngoài của bích
Dn = 508 mm, đường kính ngoài của tháp h= 20 mm, chieàu cao bích
Khối lượng bích nối ống dẫn lỏng với thân mb2 = [D
D = 185 mm, đường kính ngoài của bích
Dn = 89 mm, đường kính ngoài của ống dẫn lỏng t mm, bề dày bích
Khối lượng bích nối ống dẫn khí với thân
D = 235 mm, đường kính ngoài của bích
D n = 133 mm, đường kính ngoài của ống dẫn khí t = 14 mm, bề dày bích
Khối lượng bích nối cửa nạp đệm, tháo đệm mb4 = [D
D = 370 mm, đường kính ngoài của bích
Dn = 273 mm, đường kính ngoài của cửa nạp đệm, tháo đệm t " mm, bề dày bích
Tổng khối lượng các bích mbích = mb1 + mb2 +mb3+ 6mb4 = 80.5062.273.2468.46137.856 kg
Tổng khối lượng toàn tháp hấp thu
Khối lượng lưới đỡ đệm, cửa tháo đệm tương đối nhỏ so với khối lượng toàn tháp nên có thể bỏ qua
Khối lượng tháp không: m = mđáy + mnắp +mthân + mbích + mđỉa = 9.637 + 9.408 + 486 + 137.856 +5.222 = 648.123 kg
Khối lượng toàn tháp: mt = mđ + mđệm + mdd = 648.123 + 716.676 + 1127.456 = 2492.255 kg Tải trọng toàn tháp: Pt = m 9.81 = 24449 N
Chọn vỏ đỡ dạng hình trụ đứng ( s = 90 0 ) với vật liệu thép CT3, ứng suất thiết kế 140N/mm 2 và modun đàn hồi 2.04 10 5 N/mm 2 tại điều kiện nhiệt độ môi trường 30 0 C
Tải trọng mà vỏ đỡ phải chịu: Pt = 24449 N
Aùp suất động học của gió ở vùng đồng bằng:
Tải trọng gió trên 1 đơn vị chiều dài:
Chiều cao tổng cộng của tháp: H= Hthân + Hnắp + Hvỏ đỡ = 9800+150+1000950 mm Momen uốn của vỏ đỡ: mm
Chọn bề dày thành vỏ đỡ: S = 8mm Ứng suất uốn của vỏ đỡ:
[14, 13.88, p.849] Ứng suất vỏ đỡ phải chịu do tải trọng tháp:
[14, 13.89, p.849] Ứng suất kéo cực đại:
[14, 13.86, p.849] Ứng suất nén cực đại:
Bề dày thành vỏ đỡ chịu tác dụng của tải trọng tháp và tải trọng gió theo tiêu chuẩn thieát keá:
[ - ứng suất cho phép tiêu chuẩn của thép CT3 ở nhiệt độ môi trường 30 0 C, N/mm 2
E – modun đàn hồi của thép CT3 ở nhiệt độ môi trường 30 0 C, N/mm 2
J- hệ số mối hàn, chọn J = 0,85
- góc đáy của vỏ đỡ, = 90 0
Chọn đường kính tâm bulong: Db = 700mm
Ab – tieỏt dieọn 1 bulong, mm 2
[ b - ứng suất cho phép của bulong, giá trị thiết kế tiêu chuẩn [ b ] = 125N/mm 2
37 Đường kính tâm bulong: Db = 508 +2 8 + 2 A= 508 +2 8 + 2 45 = 614mm
Chọn đường kính tâm bulong: Db = 700mm Đường kính vòng đỡ: D1 = 508 + 2 8 +2 B = 508+2 8 +2 76= 676mm
Chọn đường kính vòng đỡ : D1 = 700mm
Tổng tải trọng tác dụng lên vòng đỡ: mm
Chọn bề rộng của vòng đỡ: L b L r S5076850134mm
Tải trọng mà bệ bêtông phải chịu:
Bề dày đế đỡ: f mm
[14, 13.95, p.851] f c - ứng suất thiết kế cho phép của vật liệu làm vòng đỡ, f c = 140 N/mm 2
Bảng tổng kết tháp hấp thụ:
STT Chi tiết Thông số kỹ thuật
- Loại elip tiêu chuẩn, có gờ
3 ẹúa phõn phối lỏng loại 2
- Đĩa phân phối loại 2: Dđ = 300 mm
- Số lượng ống dẫn chất lỏng: 31
4 ẹúa phõn phối lỏng loại 1
- Đĩa phân phối loại 1: Dđ = 300 mm
- Số lượng ống dẫn chất lỏng: 22
- Bề rộng thanh đỡ: 5 mm
6 Cửa nạp, tháo đệm - Thép X18H10T
7 Ống dẫn lỏng vào, ra - Theùp X18H10T
8 Ống dẫn khí vào, ra
- Đường kính trong tháp: Dt = 500 mm
- Đường kính ngoài tháp: Do = 500 + 2.4 = 508mm
- Đường kính ngoài bích: D = 630 mm
- Đường kính tâm bulông: Db = 580 mm
- Đường kính mép vát: DI = 550 mm
- Đường kính bulông: db = 20 mm
10 Bích ống dẫn lỏng vào, ra
- Đường kính ngoài của bích : D = 185 mm
- Đường kính tâm bulong Dt = 150 mm
- Đường kính mép vát D1 = 128 mm
- Đường kính bulong db = 16 mm
11 Bích ống dẫn khí vào, ra
- Đường kính ngoài của bích : D = 235 mm
- Đường kính tâm bulong Dt = 200 mm
- Đường kính mép vát D1 = 178 mm
- Đường kính bulong db = 16 mm
12 Bích cửa nạp, tháo đệm
- Đường kính ngoài của bích : D = 370 mm
- Đường kính tâm bulong Dt = 335 mm
- Đường kính mép vát D1 = 312 mm
- Đường kính bulong db = 16 mm
- Đường kính vòng đỡ: 800 mm
- Bề rộng vòng đỡ: 134 mm
- Bề dày vòng đỡ: 12 mm
- Bề dày thân trụ: 8 mm
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ
Tính coâng suaát bôm
Viết phương trình Bernoulli cho mặt cắt ở mặt thoáng chất lỏng (mặt cắt 1-1) và mặt cắt ở đầu ống dẫn lỏng vào tháp (mặt cắt 2-2)
Z1 , Z2 - chiều cao mặt cắt (1-1) và (2-2), m
P1 , P2 - áp suất ở mặt cắt (1-1) và áp suất ở mặt cắt (2-2)
V1 , V2 - vận tốc dòng chảy tại mặt cắt (1-1) và mặt cắt (2-2), m/s
V1 = 0 , V2 = 1.123 m/s hf - tổn thất cột áp từ mặt cắt (1-1) đến mặt cắt (2-2), m
- hệ số hiệu chỉnh động năng
Hb - cột áp của bơm, mH2O
= 111692 > 2300 : chế độ chảy trong ống là chảy roái neân 2 1
Trong đó: hf = hd + hcb
Với hd - tổn thất dọc đường ống, m hcb - tổn thất cục bộ tại miệng vào, miệng ra, chỗ uốn, van, m
1 Tổn thất dọc đường hd g
L - chiều dài đường ống Chọn L = 15 m
Theo [3, II.65, 380], hệ số tổn thất được xác định:
Chọn ống thép hàn trong điều kiện có ăn mòn: 0.2 mm [3, bảng II.15, p.381]
Chọn hệ thống ống có: theo [12, phụ lục 3-4, 236] ta có:
- 2 khuỷu cong (uốn góc 90 o ): hệ số tổn thất cục bộ kh =1,1
- 2 van: hệ số tổn thất cục bộ v =0,15
- Đầu ra (cửa vào tháp ) : dr =1
- hieọu suaỏt cuỷa bụm: = o tl ck
Trong đó: o - hiệu suất thể tích
tl - hiệu suất thủy lực ck - hieọu suaỏt cụ khớ Chọn loại bơm ly tâm Theo [3, bảng II.32, p.439], ta chọn:
Công suất thực của bơm:
Với - hệ số dự trữ công suất Theo [3, bảng II.33, p.440] ta chọn = 1.4
Vậy công suất thực của bơm :
Nthực = 1.4 0.76 = 1.06 KW Chọn Nthực = 1.5 KW
Tính công suất của quạt
Viết phương trình Bernoulli cho mặt cắt (mặt cắt 1-1) và mặt cắt ở ống thổi khí vào đáy tháp (mặt cắt 2-2)
Z1, Z2 - chiều cao mặt cắt (1-1) và mặt cắt (2-2)
P1, P2 - áp suất dòng khí ở ống hút và ống đẩy
P1 = 0, áp suất dư của môi trường
- khối lượng riêng của dòng khí , kg/m 3 : = 1.162 kg/m 3
V1, V2 - vận tốc dòng khí ở mặt cắt (1-1) và mặt cắt (2-2)
Chọn đường kính ống hút bằng đường kính ống đẩy nên:
- hệ số hiệu chỉnh động năng
Chế độ dòng chảy trong ống:
Vd = 99647 > 2300 nên chế độ dòng chảy trong ống ở chế độ chảy rối Nên 1 2 1
Từ phương trình Bernoulli ta có:
Với hd - tổn thất dọc đường ống, m hcb - tổn thất cục bộ tại miệng vào, miệng ra, chổ uốn, van , m
1 Tổn thất dọc đường hd g
L - chiều dài ống dẫn khí Chọn L = 10 m d 25 m, đường kính ống dẫn khí
- hệ số tổn thất Theo [3, II.65, 380], hệ số tổn thất được xác định:
Chọn ống thép hàn trong điều kiện có ăn mòn
Chọn hệ thống ống theo [12, phụ lục 3-4, 236] ta có:
- 4 khuỷu cong (uốn góc 90 o ) : hệ số tổn thất cục bộ kh =1.1
- 3 van : hệ số tổn thất cục bộ v =0.15
- Đầu ra (cửa vào tháp ) : dr =1 hcb g
Với - 1 : hiệu suất lý thuyết của quạt, chọn 1 0.8
- 2 : hiệu suất của ổ đỡ, chọn 2 0.95
- 3 : hiệu suất đối với hệ truyền bằng đai, chọn 3 0.95 Thay vào ta được: = 0.8 0.95 0.95 = 0.722
Vậy công suất của quạt:
Công suất thực của quạt:
Với k - hệ số dự trữ thêm cho động cơ Đối với quạt ly tâm : 2,01< Nlt < 5 KW: k = 1.15
Vậy công suất thực của quạt:
Nthực = 1.15 3.12= 3.59 KW Chọn Nthực = 4 KW
CHệễNG VIII TÍNH KINH TEÁ
Loại quy cách Số lượng Đơn giá
Thành tiền (VNĐ) Thân, đáy, nắp tháp Thép X18H10T 505.045 kg 60 000/kg 30 303 000 Đĩa phân phối lỏng Thép X18H10T 3 cái 1000 000 3 000 000
Bộ phận đỡ đệm Thép X18H10T 3 cái 1000 000 3 000 000
Bích Thép CT3 137.856 kg 10 000/kg 1 378 000 Đường ống dẫn khí Thép CT3 10 m 30 000/m 300 000 Đường ống dẫn lỏng Thép X18H10T 15 m 30 000/m 450 000
Cửa nạp đệm và tháo đệm Thép X18H10T 6 cái 200 000 1 200 000
Bệ đỡ Thép CT3 140kg 10 000/kg 1 400 000
Vật liệu đệm Vòng sứ Rasig 12600 cái 2500 đồng/cái 31 500 000
Lưu lượng kế lỏng, khí 2 cái 1 500 000/cái 3 000 000
Tiền gia công chế tạo 50 000 000