Đồ Án 2 về so2

soát cặn, giúp khả năng hấp thụ của máylọc khí lớn hơnthạch cao cấp thương mại sx tấm ốp tường hồi trở lại thiết bị hấp thụ +Thứ cấp: giảm độ ẩm, tắng chất rắn tùy thuộc vào mục đích sử

LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SO 2

Hiện nay để xử lý SO 2 thế giới chủ yếu sử dụng hệ hệ thống FGD (Flue Gas

Desulfurization) Dưới đây là sơ đồ các công nghệ trong hệ thống và bảngđánh giá của các tác giả về ảnh hưởng môi trường cũng như tính kinh tế của chúng.

Hình 1: Các công nghệ FGD[1]

Bảng 1: Đánh giá ảnh hưởng môi trường và tính kinh tế của các công nghệ FGD [1]

Hiệu quả/Chất lượng Đảm bảo hệ thống/ vận hành

Khôn g tái sinh Ướt Đá vôi

-Quá trình oxh hoàn toàn (đạt 99%)

Giảm thiểu đóng cặn trong máy chà sàn

Có thể sản xuất một sản phẩm có thể bán được dưới dạng

-Hình thành một sản phẩm phụ ổn định bán được -> Giúp loại bỏ nhu cầu chôn lấp

-Hệ thống xử lý chất rắn gồm khử nước sơ cấp và thứ cấp +Sơ cấp: nước được thu soát cặn, giúp khả năng hấp thụ của máy lọc khí lớn hơn thạch cao cấp thương mại (sx tấm ốp tường) hồi trở lại thiết bị hấp thụ

+Thứ cấp: giảm độ ẩm, tắng chất rắn (tùy thuộc vào mục đích sử dụng cuối cùng để có thể chọn được mức độ thay đổi nó) Đá vôi

-Đặc biệt phù hợp với các ứng dụng có than, có hàm lượng

-Tăng khả năng hòa tan đá vôi giúp tăng cường sử dụng chất hấp thụ

-Sản phẩm chất thải, canxi sunfit được chôn lấp

-Đặc tính khử nước cải thiện hơn do sản phẩm (CaSO3) có xu hướng tạo thành tinh thể lớn hơn.

-Đạt hiệu quả loại bỏ

SO2 cao trong tháp hấp thụ nhỏ hơn so với máy lọc đá vôi

+Thạch cao thương mai từ

-MEL cho phép giảm đáng kể L/

+Do sử dụng bùn vôi canxi ngậm nước -> chi phí đắt hơn bùn đá vôi tuy vậy dễ phản ứng hơn

-CTR từ MEL có đặc tính khử nước kém hơn chất rắn từ quá trình LSFO, LSIO

-Sử dụng phương pháp trung hòa

-Yêu cầu vật liệu xây dựng phải tăng khả năng chống ăn mòn

-Nước biển có sẵn một lượng lớn tại nhà máy điện làm môi chất làm mát trog các bình ngưng

-Sử dụng độ kiềm tự nhiên của nước biển để trung hòa SO2

-> khả năng trung hòa lớn

-Nước thải đầu ra được đưa đến nhà máy xử lý: oxh SO2 hấp thụ thành sunfat trước khi bị thải ra ngoài, sunfat hòa tan trong nước biển -> không có sản phẩm thải bỏ

-Cần đánh giá dựa trên điều kiện địa phương (so sánh dự liệu nước thải đối với cái chỉ tiêu, đtm)

Khô Phun vôi khô (LSD)

-Khi áp dụng cho nguồn có hàm lượng

S cao sẽ dẫn đến việc xử lý tải trọng tăng lên và ảnh hưởng đến hiệu suất mong muốn

-Chỉ nên áp dụng cho nguồn đốt than có hàm lượng S thấp đến trung bình

-Độ bão hòa hoàn toàn làm suy yếu hoạt động của máy sấy do các chất rắn ướt bám vào thành bình và bên trong bộ thu hạt

Chất rắn khô từ phễu của thiết bị kiểm soát hạt và từ đáy của máy sấy phun được loại bỏ -> gây ra CTR

Phun chất vào đường ống (DSI)

-Chỉ cung cấp sử dụng chất hấp thụ hạn chế

-Không có kinh nghiệm thương mại đáng kể

Lò tầng sôi tuần hoàn

-Nồng độ vật chất dạng hạt cao hơn ở hạ lưu tầng sôi -> có thể cần 1ESP lớn

-Sử dụng vôi ngậm nước

-Không có kinh nghiệm thương mại đáng kể

L/G :+ thường được biểu thị bằng gallon bùn / 1000 ft3 khí thải ở điều kiện thực tế ra khỏi bộ hấp thụ

+ là một trong những biến số thiết kế chính có sẵn để đạt được mức loại bỏ SO2 mong muốn trong bộ hấp thụ.

Hình 2: Biểu đồ thể hiện sử dụng các phương pháp sử lý SO2[trang 27-1]

Hình 3: Biểu đồ thể hiện các phương pháp có sử dụng CaCO3[trang 30-1]

So với phương pháp ướt (không tái sinh), phương pháp khô-không tái sinh nói chung có khả năng loại bỏ SO2 kém hơn Ứng dụng hạn chế của công nghệ FGD khô so với công nghệ FGD ướt có thể do chi phí thuốc thử cao hơn.

Lựa chọn sử dụng CaCO3 khi sử lý SO2 trở nên tối ưu hơn hết vì có hiệu suất sử lý cao Việc sử dụng oxy hóa cưỡng bức thay vì oxh hạn chế vì không bị phức tạp về măt hóa chất, sản phẩm sinh ra có thể sử dụng trong mục đích tái sử dụng thay vì chôn lấp

Tổng kết: lựa chọn công nghệ đá vôi oxy hóa cưỡng bức.

NỘI DUNG BÁO CÁO ĐỒ ÁN

Yêu cầu tính toán

Đề bài: Một nhà nhiệt điện đốt than có công suất thiết kế 110 MW, được đặt tại một vùng nông thôn miền núi Khí thải lò hơi của nhà máy này có các đặc trưng sau:

 Nồng độ SO2: 1100 mg/Nm 3

Thiết kế HTXL SO2 cho nguồn thải này để khí ra đạt tiêu chuẩn phát thải (QCVN) tương ứng.

Theo QCVN 22: 2009/BTNMT, nồng độ tối đa cho phép của SO2 được tính theo công thức:

Cmax = C KP Kv = 500 1 1.4 = 700 (mg/Nm 3 )

C: nồng độ của SO2 được quy định tại mục 2.2 – cột B, C = 500mg/Nm 3

KP: hệ số công suất tại mục 2.3, ta có công suất thiết kế của nhà máy 110 MW < 300 MW nên hệ số

KV: hệ số vùng, khu vực quy định tại mục 2.4, nhà máy được đặt tại nông thôn miền núi thuộc loại 5 nên hệ số KV= 1.4

Ta áp dụng QCVN 22: 2009/BTNMT cho đầu ra của thiết bị xử lý

Hiệu suất loại bỏ tối thiểu SO2 của quá trình xử lý bằng hấp thụ theo lý thuyết:

 Nồng độ SO2 đầu vào: 1100 mg/Nm 3

 Nhiệt độ khí vào tháp: 160 o C

 Áp suất P = 1 atm = 760 mmHg = 1,0133.10-5 Pa

 Nồng độ SO2 đầu ra: 700 mg/m 3 = 8242 ppm

 Chọn điều kiện làm việc của tháp là t = 40 o C

 Dung tích sử dụng trong quá trình hấp thụ là huyền phù CaCO3 với tỷ lệ về khối lượng (R/L 1/10)

 Khối lượng mol huyền phù:

 Khối lượng riêng huyền phù: ¿ 11 g (hp)

Sơ đồ công nghệ xử lý SO2

Hình 4: Sơ đồ công nghệ

Thuyết minh sơ đồ công nghệ:

Khí thải chứa SO2 trong tháp hấp thụ Canxi sunphit tạo thành sẽ được oxi hóa bằng oxi không khí để trở thành thạch cao Phương trình phản ứng hóa học tổng thể xẩy ra như sau: CaCO3 + SO2 + 1/2O2 → CaSO3.0,5H2O + CO2

Hệ thống xử lý này được lắp đặt cho các khu công nghiệp, đặc biệt là các nhà máy nhiệt điện. Ngoài hệ thống tiền xử lý như lọc bụi với bộ phận trao đổi nhiệt để làm nguội khí thải ra thì hệ thống xử lý khí lò đốt ở đây bao gồm ba bộ phận chính đó là bộ phận tháp hấp thụ - oxi hóa, bộ phận cấp huyền phù canxi cacbonát và bộ phận thu hồi thạch cao (cặn) Tháp hấp thụ

- oxi hóa có phần đáy đóng vai trò như bể chứa dịch hồi lưu được trang bị các máy khuấy để tránh sự sa lắng của huyền phù canxi cacbonát và cửa thổi không khí cấp cho phản ứng oxi hóa canxi sunphit thành canxi sunphat Phần giữa tháp là vùng hoạt động Tại đây huyền phù canxi cacbonát được phun từ trên xuống và khí thải chứa SO2 được thổi từ phía dưới lên để chúng có thể tiếp xúc với nhau một cách hoàn hảo Như đã nói ở phần trên, khí thải từ lò đốt đi ra trước khi vào tháp hấp thụ - oxi hóa, nó được làm nguội bằng trao đổi nhiệt với khí đi ra từ tháp hấp thụ - oxi hóa Quá trình này đã làm cho khí sau xử lý đi ra nóng lên và tự đẩy được ra ngoài theo ống khói Bơm hồi lưu làm nhiệm vụ bơm dịch còn chứa canxi cacbonat chưa phản ứng hết lên dàn phun hoặc bơm huyền phù thạch cao sang bộ phận thu hồi.

Tính toán thiết bị chính

Do lưu lượng khí lớn 500.000 Nm 3 /h → Chia thành 20 tháp Mỗi tháp có lưu lượng là

2 Tính toán cân bằng vật liệu

Xđ : nồng độ ban đầu của cấu tử cần hấp thụ trong dung môi (Kmol /Kmol dung môi)

Xc : nồng độ cuối của cấu tử cần hấp thụ trong dung môi (Kmol/Kmol dung môi)

Yđ : nồng độ ban đầu của cấu tử cần hấp thụ trong hỗn hợp khí (Kmol/Kmol khítrơ)

Yc : nồng độ cuối của cấu tử cần hấp thụ trong hỗn hợp khí ( Kmol/Kmol khí trơ)

Gy : lượng hỗn hợp khí đi vào thiết bị hấp thụ (Kmol/h )

Gx : lượng lỏng đi vào thiết bị hấp thụ ( Kmol/h )

Gtrơ :lượng khí trơ đi vào thiết bị hấp thụ Kmol/h)

𝛽 : lượng dung môi/lượng dung môi tối thiểu.

G ra =G trơ (1+ Y c )1,27.(1+0,00013 )1,39 ( Kmol / h ) a Thiết lập phương trình cân bằng y cb =m x ( Henry)

⭢Tính theo nồng độ phần mol tương đối

⭢Phương trình đường nồng độ cân bằng

1 −84,95 X ( kmolcấutử / Kmolkhítrơ ) b Lượng dung môi tối thiểu

Theo bài ra nồng độ SO2 trong dung môi ban đầu bằng 0 ⭢Xđ = 0

Lượng dung môi tối thiểu cần thiết để hấp thụ khi giả thiết nồng độ cuối cùng của dung môi đạt đến nồng độ cân bằng , tức là Xc = Xcbc như sau:

Ta có 𝑋𝑐𝑏𝑐 đạt được khi 𝑌𝑐𝑏=𝑌đ

1−84,92 X cbc =0,00045( KmolS 0 2 / Kmol dung môi)

⭢ X cbc =5,23 10 −6 ( KmolS 0 2 / Kmol dung môi)

Vì trong các thiết bị hấp thụ không bao giờ đạt được cân bằng giữa các pha , nghĩa là nồng độ cân bằng luôn lớn hơn nồng độ thực tế nên lượng dung môi tiêu tốn thực tế lớn hơn lượng dung môi tối thiểu

Thường chọn 𝛽 trong khoảng (1,2 – 1,25).Ta chọn 𝛽 = 1,2

69079,62 (0,00045−0,00013)+0=4,36 10 −6 ( KmolS 0 2 / Kmol dung môi) c Thiết lập phương trình đường nồng độ làm việc

Ta có phương trình cân bằng vật liệu đối với một khoảng thể tích thiết bị kể từ một tiết diện bất kỳ nào đó tới phần trên của thiết bị:

Từ phương trình trên ta rút ra:

3 Tính toán đường kinh tháp

Vtb: lượng hơi (khí) trung bình đi trong tháp (m 3 /h) ωtb : tốc độ hơi (khí) trung bình trong tháp (m/s)

 Lưu lượng khí trung bình đi trong tháp hấp thụ:

Vđ: lưu lượng hỗn hợp đầu ở điều kiện làm việc (m 3 /h)

Vc: lưu lượng khí thải đi ra tháp (m 3 /h)

Vtrơ: lưu lượng khí trơ (m 3 /h)

Yc: nồng độ cấu tử phân bố trong khí thải.

 Khối lượng riêng trung bình của pha khí: ρ tb = y tb 1 M 1 + (1− y¿ ¿tb 1) M 2

M1: Khối lượng mol cấu tử 1 (SO2)

M2: Khối lượng mol cấu tử 2 (không khí)

T: Nhiệt độ làm việc trung bình của tháp (K) ytb: Nồng độ phần mol của cấu tử 1 lấy theo giá trị trung bình y tb = y d 1 + y c 1

2 yđ1: Nồng độ tại đỉnh tháp yc1: Nồng độ tại đáy tháp.

 Khối lượng riêng trung bình pha lỏng ρ xtb = ρ tb 1 v tb1 +(1−v ¿¿ tb 1) ρ tb 2 ( kg / m 3 )¿ ρ xtb: Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng (kg/m 3 ) ρ tb1: Khối lượng riêng của cấu tử 1 lấy theo giá trị trung bình (SO2) (kg/m 3 ) ρ tb2: Khối lượng riêng của cấu tử 2 lấy theo giá trị trung bình (CaCO3) (kg/m 3 ) vtb1: Phần thể tích trung bình của cấu tử 1 trong pha lỏng.

Hoặc có thể tính theo

1 ρ xtb = a tb 1 ρ xtb1 + 1−a tb 1 ρ xtb 2 ( II −183) atb1: Phần khối lượng trung bình của cấu tử 1 a tb1 = x tb 1 M 1

 Tốc độ của khí (hơi) đi trong tháp phụ thuộc vào cấu tạo tháp, chế độ làm việc, chế độ tưới

 Tốc độ khí (hơi) đi trong tháp chóp được xác định: ρ y ω y tb =0,065 φ [ σ ] √ h ρ xtb ρ ytb ( kg/ m 2 s)(II −184 )

xtb, ytb: Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và pha khí (hơi) tính theo nhiệt độ trung bình (kg/ m 3 ) h: Khoảng cách giữa các đĩa (m)

H(m) 0,25 0,3 – 0,35 0,35 – 0,45 0,45 – 0,6 φ[ σ ]: Hệ số tính đến sức căng bề mặt σ CaC O 3 tại 50 o C = 67,9.10 -3 N/m = 67,9 dyn/cm > 20

 Đường kính ống chảy chuyền d c = √ 3600 4 π ρ G x x ω c z (m)( II −236)

Gx: Lưu lượng lỏng trung bình (kg/h)

x: Khối lượng riêng của pha lỏng (kg/m 3 ) z: Số ống chảy chuyền

𝜔𝑐: Tốc độ chất lỏng trong ống chảy chuyền (𝜔𝑐 = 0,1 ÷ 0,2 m/s).

Tại 50° ρ tb 1 = ρ SO2 95,5 (kg/m 3 ) ρ tb 2 = ρ H 2O 59,63 (kg/m3)

1059,63 → ρ xtb 59,631 ( kg m3 )Chọn khoảng cách giữa các đĩa h = 0,4 m [tương ứng D = (1,2 – 1,6 m)]

Theo quy chuẩn, chọn D = 2,7 m Ta thấy D nằm trong khoảng cho giá trị cho phép Chọn số ống chảy chuyền = 2 ống, tốc độ lỏng đi trong ống = 0,2 m/s

-Hiệu chỉnh lại đường kính tháp

Theo quy chuẩn, chọn D hc = 3 m

-Tính lại tốc độ khí đi trong tháp:

Cơ sở thiết kế đĩa chóp: Diện tích tự do tháp chóp chiếm từ 10 – 30% diện tích làm việc của tháp

S đĩa chứachóp = S tháp −2 S tràn = π D dc 2

Số chóp phân bố trên đĩa: n=0,1 D 2 d h 2 (chóp)

D: Đường kính trong của tháp (đường kính của làm việc của đĩa). d h : Đường kính trong của ống hơi (m) Thường chọn: 50, 75, 100, 125, 150 mm Chọn d h

-Chiều cao chóp phía trên ống hơi dẫn: h 2 =0,25 d h =0,25.0,15=0,038(m )(𝐼𝐼 - 236)

-Đường kính chóp: d ch = √ d h 2 + ¿ ¿ (𝐼𝐼 - 236) d ch : Đường kính chóp (m)

𝛿𝑐ℎ = 941,27 : Chiều dày chóp, thường lấy 𝛿 𝑐ℎ = 941,27 = 2 – 3 mm.

-Khoảng cách từ mặt đĩa đến chân chóp: 𝑆 = 0 ÷ 25𝑚𝑚

-Chiều cao mức chất lỏng trên khe chóp: ℎ = 941,27 1 = 15 ÷ 40 𝑚𝑚

𝜔𝑦 : Vận tốc khí đi qua ống hơi (m 2 /s).

V y : Lưu lượng hơi đi trong tháp (m 3 /h).

𝜉: Hệ số trở lực của đĩa chóp, thường lấy 𝜉 = 1,5 – 2.

𝜌𝑥 , 𝜌 𝑦 : Khối lượng riêng của pha lỏng và pha hơi (kg/m 3 ). g: Gia tốc trọng trường (m/s 2 ) ω y = 4.24938,7

-Số lượng khe hở mỗi chóp: i= π c ( d ch − d 2 h

4 b ) (𝐼𝐼 - 236) c: Khoảng cách giữa các khe (c = 3 – 4 mm). b: Chiều cao khe chóp (b = 10 – 50 mm). a: Chiều rộng khe chóp (a = 2 – 7 mm).

-Khoảng cách từ đĩa đến chân ống chảy chuyền:

-Chiều cao ống chảy chuyền trên đĩa: h c = ( h 1 +b+ S ) −∆ h (m) (𝐼𝐼 - 237)

∆ : Chiều cao mực nước chất lỏng ở bên trên ống chảy truyền (m).ℎ = 941,27

V: Thể tích lỏng chảy qua (m 3 /h).

-Bước tối thiểu của chóp trên đĩa: t min =d ch +2 σ ch +l 2 ( m) (𝐼𝐼 - 238)

𝜎𝑐 : Chiều dày ống chảy chuyền (𝜎 𝑐 = 2 – 4 mm).

Chọn 𝜎 𝑐 = 4 mm = 0,004 m. l 1 : Khoảng cách nhỏ nhất giữa chóp và ống chảy chuyền, thường chọn l 1 = 75 mm.

2 + 0,003+ 0,075=0,34 (m ) -Chiều cao của lớp bọt trên đĩa:

H b = ( h c + ∆− h l ) ( f d − f dh ) ρ x +h l ρ x f đ +(h ch −h l ) f ch ρ b f đ ρ b (m) (II-185) hc: Chiều cao phần ống chảy chuyền trên đĩa (m). hl: Chiều cao lớp chất lỏng trên đĩa (m). fđ: Tiết diện đĩa (m2). hch: Chiều cao chóp (m). fch: Tiết diện chóp trên đĩa (m2).

𝜌𝑏: Khối lượng riêng của bọt (kg/m3).

𝜌𝑥: khối lượng riêng của lỏng (kg/m3).

∆: Chiều cao lớp bọt trên ống chảy chuyền (≈ ∆ ).ℎ = 941,27

Vx: Lưu lượng lỏng (m 3 /h). b: Chiều rộng ống chảy chuyền có phần lỏng chảy tràn qua (m). ρ b =(0,4 ÷ 0,6) ρ xtb ( m kg 3 ) ρ b =0,6.1059,631c5,78( kg m 3 )

-Đường kính tương đương của khe rãnh chóp: d td = 4 R =4 S

(0,005 +0,043) 2 =0,009 (m) 5.Tính toán trở lực tháp đĩa (tính cho 1 đĩa)

𝜌𝑦 : Khối lượng riêng của pha khí, hơi (hg/m 3 )

𝜔0 : Tốc độ khí đi qua dãnh chóp (m/s 2 ) ω 0 = diệntích ống hơi vậntốc khí trong ống hơi diệntích khe chóp số khe chóp ( s N 2 ) ¿ π d h 2

- Trở lực của đĩa do sức căng bề mặt ∆𝑃 𝑠 :

𝜎: Sức căng bề mặt (của nước) d td : Đường kính tương đương của khe rãnh chóp (m)

- Trở lực của lớp chất lỏng trên đĩa (trợ lực thủy tĩnh)

Khối lượng riêng của lớp bọt (kg/m 3 ) h b : chiều cao lớp bọt (m)

H đ : Khoảng cách giữa các đĩa (m)

(0,8÷1): Khoảng cách cho phép ở đỉnh và đáy thiết bị

* Xác định số đĩa thực tế theo phương pháp cong động học

- Tính hệ số cấp khối

+ Hệ số cấp khối pha khí: β y = 4,47.10 −4 ω 1,32 y ∆ P x

+ Hệ số cấp khối pha lỏng: β y 3,7 10 −4 ω 1,32 y ∆ P x

( m 2 Kmol s kmol kmol ) (11 - 164) ω y: Tốc độ khí tính cho mặt cắt tự do của tháp (m/s2), ω y = 0,88 (m/s2) ΔPP x : Sức cản thủy lực của lớp chất lỏng trên đĩa (N/m2)

+ Hệ số phân bố m: m= Y −Y cb

- Số đơn vị chuyển khối của đĩa: m Y ,323 = y n − y n+1

𝑓 = 𝐹 - (𝑓ℎ = 941,27 𝑛 + 𝑚𝑓𝑐ℎ = 941,27 ) (𝑚 2 ) n: Số ống hơi m: Số ống chảy chuyền f: Diện tích làm việc của đĩa (m 2 ) f ch : Mặt cắt ngang các ống chảy chuyền (m 2 ) f h : Mặt cắt nganh ống hơi (m 2 ) f = π 3 2

- Vẽ đường cong phụ xác định số đĩa:

Dựng các đường A i C i song song trục tung ( A i thuộc đường làm việc, C i thuộc đường cân bằng), tìm điểm B i

Ta có bảng số liệu:

Y' 0,00061677 0,0007059 0,00079512 0,0008843 0,00097893 Đồ thị biểu diễn đường cong động học

Từ đồ thị đếm số bậc thay đổi nồng độ = số đĩa thực tế = 17 (đĩa)

Tính toán thiết bị phụ

-Chọn loại bơm dùng là bơm ly tâm, do bơm ly tâm có những ưu điểm sau:

+ quay nhanh (có thể nối trực tiếp với động cơ).

+ có thể bơm các chất lỏng không sạch.

+ không có supap nên ít bị tắc và hư hỏng.

+ sử dụng trong phạm vi áp suất từ trung bình trở xuống và năng suất từ trung bình trở lên.

Sơ đồ hệ thống bơm:

H: Áp suất toàn phần bơm (m).

𝜂: Hiệu suất chung của bơm.

-Áp suất toàn phần bơm:

H = p 2 −p 1 pg + H 0 + h m ( phương trình Beclluli) p1, p2: Áp suất trên bề mặt chất lỏng trong không gian hút và đẩy (N/m 2 )

H0: Chiều cao nâng chất lỏng

𝐻0 = 𝐻ℎ = 941,27 + 𝐻đ = 0,5 + 8 = 8,5 (𝑚) hm: Áp suất tiêu tốn để thắng toàn bộ trở lực trên đường ống hút và đẩy (kể cả trở lực cục bộ khi chất lỏng ra khỏi ống đẩy) (m). h m = ∆ P pg ( m)

∆P: Áp suất toàn phần cần thiết để khăc phục trở lực trong ống (N/m 2 )

∆𝑃đ: Áp suất động lực học (áp suất cần thiết để tạo tốc độ cho dòng chảy ra khỏi ống dẫn (N/m 2 ).

𝜌: Khối lượng riêng của nước (kg/m 3 )

∆𝑃m: Áp suất để khắc phục trở lực ma sát khi dòng chảy ổn định trong ống thẳng (N/m 2 ).

L: Chiều dài ống dẫn = Lh +Lđ = 6 + 9 = 15 m. dtđ: Đường kính tương đương của ống dẫn (m). d td = √ 0,785 V x ω = √ 0,785.2 0,39 =0,5(m )

𝜆: Hệ số ma sát, phụ thuộc vào chuẩn số Renoynd.

⭢Thuộc khu vực chảy rối.

√ λ =−2lg [ ( 6,81 ℜ ) 0,9 + 3,7 ∆ ] ( I−380) ΔP: Độ nhám tương đối.

Chọn ống thép mới, không bẩn ⭢ 𝜀 = 1 mm = 0,0001 m.

2 "570,14 ( N /m 2 ) 𝜉: Hệ số trở lực cục bộ

Chọn: 1 van hút có lưới (𝜉1 = 3,7) (I – 399).

Trở lực khuỷu: 3 khuỷu, chọn khuỷu là ống tròn.

∆𝑃t: áp suất cần thiết để khắc phục trở lực trong thiết bị (N/m 2 ) = 0

∆𝑃k : Áp suất cần bổ sung ở cuối ống dẫn trong những trường hợp cần thiết (N/m 2 ) Coi ∆𝑃t và ∆𝑃k 0.

𝜂: Hiệu suất chung của bơm. η=η 0 η tl η ck

𝜂𝑜: Hiệu suất thể tích tính đến sự hao hụt của chất lỏng từ vùng áp suất cao đến vùng áp suất thấp và do chất lỏng rò qua các lỗ hở của bơm

𝜂𝑡𝑙: Hiệu suất thủy lực, tính đến ma sát và sự tạo ra dòng xoáy trong bơm

𝜂𝑐𝑘: Hiệu suất cơ khí tính ma sát cơ khí ở ổ bi, ổ lót trục

Công suất động cơ điện : N dc = N η td η dc (KW )

𝜂𝑡𝑑: hiệu suất truyền động cơ, chọn 𝜂𝑡𝑑 = 0,85

𝜂đ𝑐: hiệu suất động cơ điện, chọn 𝜂đ𝑐 = 0,9.

Thông thường người ta chọn động cơ điện có công suất lớn hơn so với công suất tính toán (lượng dự trữ dựa vào khả năng quá tải):

→ Chọn bơm có công suất: 100 (kW).

Chọn quạt li tâm để vận chuyển khí vì quạt li tâm có nhiều ưu điểm: +Gọn nhẹ , tốn ít vật liệu

+Chế độ làm việc ổn định , tạo được áp suất lớn

Công suất lý thuyết của quạt:

∆𝑃: Áp suất toàn phần do quạt tạo ra (N/m 2 )

𝑝2, 𝑝1: Áp suất dư trong không gian đẩy, hút (N/m 2 )

(𝑝2 = 𝑝1 = 1 𝑎𝑡𝑚 do tháp làm việc ở áp suất khí quyển)

∆𝑝ℎ = 941,27 , ∆𝑝đ: Áp suất mất đi trong đường hút, đẩy (N/m 2 ).

𝜌: Khối lượng riêng của khí vận chuyển (kg/m 3 )

𝜌kk: khối lượng riêng của môi trường xung quanh ( = 1,185 kg/m 3 ) 𝜔: Tốc độ khí (m/s)

H: Chiều cao đưa khí lên (m) (H = 0,5 m).

∆P1: Áp suất do ma sát ống hút (N/m 2 ).

2 ( N / m 2 ) dtd: Đường kính ống tương đương (m)

𝜔: Tốc độ khí trong ống (m/s) Chọn 𝜔 = 15 m/s. d td = √ 0,785 V y ω = √ 25000/ 0,785.15 3600 =0,78( m)

L: Chiều dài ống dẫn (m) Chọn L = 5 m Ở nhiệt độ 50 o C: 𝜇𝑆𝑂2= 140.10 -7 (Ns/m2 ); 𝜇𝑘𝑘 55.10-8 (Ns/m 2 ).

M y à hh = y tb M SO 2 μ SO2 + ( 1− y vb ) M kk μ kk

→Thuộc chế độ chảy xoáy.

√ λ =−2lg [ ( 6,81 ℜ ) 0,9 + 3,7 ∆ ] (I − 380) ΔP: Độ nhám tương đối.

Chọn ống thép mới, không bẩn ⭢ 𝜀 = 1 mm = 0,0001 m.

∆P2: Áp suất do trở lực cục bộ (N/m 2 ).

Trở lực khuỷu: 1 khuỷu, chọn khuỷu là ống tròn

∆P3: Áp suất do ma sát ống hút (N/m 2 ).

2 ( N / m 2 ) dtd: Đường kính ống tương đương (m)

𝜔: Tốc độ khí trong ống (m/s) Chọn 𝜔 = 15 m/s. d td = √ 0,785 V y ω = √ 25000/ 0,785.15 3600 =0,78( m)

L: Chiều dài ống dẫn (m) Chọn L = 5 m Ở nhiệt độ 50 o C: 𝜇𝑆𝑂2= 140.10 -7 (Ns/m2 ); 𝜇𝑘𝑘 55.10-8 (Ns/m 2 ).

M y à hh = y tb M SO 2 μ SO 2 + ( 1− y vb ) M kk μ kk

→Thuộc chế độ chảy xoáy.

√ λ =−2lg [ ( 6,81 ℜ ) 0,9 + 3,7 ∆ ] (I − 380) ΔP: Độ nhám tương đối.

Chọn ống thép mới, không bẩn ⭢ 𝜀 = 1 mm = 0,0001 m.

∆P4: Áp suất do trở lực cục bộ (N/m 2 ).

𝜂𝑞: Hiệu suất của quạt Chọn 𝜂𝑞 = 0,85

𝜂𝑡𝑟: Hiệu suất truyền động Chọn 𝜂𝑡𝑟 = 0,95.

Thường động cơ điện được chọn có công suất dự trữ với hệ số dự trữ công suất = 1,25 (I – 464).

Vậy động cơ cần mắc cho quạt của hệ thống là:

⭢Chọn quạt có công suất 18 kW.

Rộng Dài Góc α δ ¿Hệ số ma sat) a (mm) a i (mm) mm

Lượng dung môi đầu vào Gx = 68359,36 (Kmol/h)

Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng:

1 ρ xtb = a Ca 2 CO 3 ρ Ca 2 CO 3 + a H 2 O ρ H 2 O = 0,1

Khối lượng mol trung bình của hỗn hợp:

Lượng chất lòng đi vào trong tháp

1064 83,3 ( m h 3 ) =0,468( m s 3 ) Chọn thời gian lưu là 7 s

=> Lượng nước tối đa bể phản ứng cần chứa là : 0,468.7=3,278 (m 3 )

Diện tích mặt đáy của bể phản ứng ; S= π r 2 =7,1 (m 2 )

Chiều cao của bể phản ứng là h = 3,278

Quy chuẩn chọn chiều cao bể phản ứng là 0,5 m

Tính chọn cơ khí

Với áp suất làm việc của tháp là 1 atm, nhiệt độ làm việc 50oC ⭢Chọn vật liệu có tính chịu nhiệt, chịu tính ăn mòn

Chọn vật liệu là thép X18H10T Đặc tính kỹ thuật của thép X18H10T: (II)

-Có giới hạn bền khi kéo: 𝜎𝑘 = 550* 106 (N/ m 2 )

-Có giới hạn khi chảy: 𝜎𝑐 = 220 * 106 (N/m 2 )

2 Tính chiều dày thân tháp

Thân tháp hình trụ cao 8 m, đường kính trong 3 m được bố trí gồm nhiều đoạn ghép lại với nhau bằng bích nối

Chọn thân hình trụ hàn( áp suất làm việc < 1,6.106 N/m2 )

Mỗi đoạn tháp được cuốn từ thép tấm và hàn hồ quang theo kiểu giáp nối 2 bên, có hệ số bền của mối hàn: = 0.95 (II) (Do D = 3 > 0,7)

Chiều dày thân tháp được xác định theo công thức:

𝜑: Hệ số bền của thành thân hình trụ theo phương dọc 𝜑 = 0,95

𝑝: Áp suất của thiết bị (N/m 2 )

Môi trường làm việc là hỗn hợp khí lỏng

𝑝𝑚𝑡: Áp suất làm việc của tháp = 1 atm = 1,013.105 (N/m 2 )

𝑝𝑙 : Áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng trong tháp p l =g p ¿ H 1 ( N /m 2 )

𝜌𝑙l : khối lượng riêng của pha lỏng = 1059,631 (kg/m 3 )

Hl: Chiều cao cột chất lỏng = 8 m. p l =9,81.1059,631.8 159,84 ( N /m 2 ) p=1,013 10 5 +83159,84 4459,8409 ( N /m 2 )

C: Hệ số bổ sung do ăn mòn, bào mòn, dung sai về chiều dài (m).

C1: Bổ sung do ăn mòn, xuất phát từ điều kiện ăn mòn vật liệu của môi trường và thời gian làm việc của thiết bị (m)

Vật liệu bền (0,05 – 0,1 mm/năm) Lấy C1 = 8 mm (tính theo thời gian làm việc 15 - 20 năm)

C2: Đại lượng bổ sung hao mòn, chỉ cần tính đến trong các nguyên liệu có chứa các hạt rắn chuyển động với tốc độ lớn trong thiết bị Đại lượng C2 thường được chọn theo thực nghiệm Đa số trường hợp tính toán có thể bỏ qua C2

C3: Đại lượng bổ sung do dung sai chiều dài, phụ thuộc vào chiều dày tấm vật liệu

Chọn C3 = 0,8.10-3 m (tra theo bảng XIII.9, II - 363).

[𝜎]: ứng suất của thép (II - 355) Đại lượng ứng suất phụ thuộc vào dạng ứng suất.

+ Ứng suất của thép khi kéo:

+ Ứng suất của thép khi nóng chảy:

𝜂: Hệ số điều chỉnh, đối với thiết bị loại II, trong điều kiện sản xuất: các chi tiết, bộ phận không bị đốt nóng: 𝜂 = 1.0 (bảng XIII.2, I - 356)

𝑛𝑘, 𝑛𝑐 : hệ số an toàn theo giới hạn kéo, giới hạn chảy

1,5 16,7 10 6 ( N / m 2 ) Để đảm bảo an toàn trong sản suất, ta chọn ứng suất nhỏ hơn:

- Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử (II - 366). σ < σ c

𝑝𝑜: Ấp suất thử tính toán (N/m 2 ) p o = p th + p l ( N /m 2 )

𝑝𝑡ℎ = 941,27 : Áp suất thủy lực (N/m 2 ) (tra theo bảng XIII-5, II). p th =1,25 p=1,25.184459,8409#0574,8 ( N / m 2 ) p o #0574,8+ 83159,8413734,6411 ( N / m 2 ) σ = [ 3+ ( 12 10 −2 −8,8 10 −3 ) ] 313734,6411

3 Tính đáy tháp và nắp tháp

Chọn đáy và nắp hình elip nối với thân thiết bị bằng mặt bích, ở tâm đục lỗ để thải khí và lỏng sau khi hấp thụ

Chọn vật liệu là thép

+ Chiều dày nắp elip làm việc chịu áp suất trong: σ = D t p

𝐷𝑡 : Đường kính trong của tháp = 3 m p: Áp suất làm việc trong tháp = 1 atm

𝜎𝑘: Ứng suất kéo = 146,7.10 6 k: Hệ số không thứ nguyên k =1− d

D t d: Đường kính lớn nhất (hay kích thước lớn nhất của lỗ không phải hình tròn), của lỗ không căng cứng Đối với đáy không lỗ hoặc lỗ được căng cứng hoàn toàn → k = 1.

3 =0,967 pℎ = 941,27 : Hệ số bền của mối hàn hướng tâm Chọn 𝜌ℎ = 941,27 = 0,95

ℎ = 941,27 𝑏: Chiều cao phần lồi của đáy (Tra bảng XIII.10, I – 382) → ℎ = 941,27 𝑏 = 0,475 m

Có S – C = 12 – 8,8 = 3,2 mm < 10 mm →Thêm 2 mm (II – 386).

Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử: σ = [ D t

1,2 ( N / m 2 ) (thỏamãn) Thông số nắp tháp:

Tra bảng XIII.11, II – 384 ⭢ khối lượng tháp m = 464 kg

Chiều dày đáy elip làm việc chịu áp suất trong: Tương tự như nắp elip.

Mặt bích là bộ phận quan trọng dùng để nối các phần của thiết bị cũng như nối các bộ phận khác với thiết bị

Chọn bích liền bằng thép kiểu I để nối nắp, đáy … (Dùng cho áp suất thấp và trung bình) (Tra bảng XIII.27 ,II – 423).

Bố trí 8-9 đĩa 1 cặp bích và 2 bích nối đắp, đáy với thân Tổng cộng có 3 cặp bích.

Cách lắp: ở những chỗ có bích, đĩa được bắt chặt bulong cùng với bích.

5 Xác định kích thước các cửa ra vào của tháp

𝜔: tốc độ khí đi trong ống (8-15 m/s) Chọn 𝜔 m/s

0,785.5 =0,3 (m ) 𝜔: tốc độ lỏng đi trong ống Chọn 𝜔 = 5 m/s

0,785 2 =0,49 (m ) 𝜔: tốc độ lỏng đi trong ống Chọn 𝜔 = 2 m/s

6 Cửa nối ống dẫn với thiết bị Ống dẫn thường được nối với thiết bị bằng mối ghép tháo được hoặc không tháo được Đối với mối ghép tháo được, người ta làm đoạn ống nối, đó là đoạn ống ngắn có mặt bích hay ren để nối với ống dẫn Loại có mặt bích thường dùng với ống có D > 10 (mm).

Theo bảng XIII.32 (II): kích thước chiều dài đoạn nối ống:

+Với đường kính ống dẫn lỏng của máy bơm: Chọn d = 0.35 (m) có l = 0.1 (m)

+Với đường kính ống dẫn khí của quạt: d = 0.5(m) có l =

0.15 (m) Bích nối ống dẫn khí kiểu I

Ta chọn loại chân đỡ thiết bị thẳng đứng

*Khối lượng toàn tháp:M thân =V thân ρ X 18H 10T (kg)

V thân : thể tích vỏ thân tháp

Khối lượng đáy và nắp đáy:

Chọn đĩa là thép X18H10T, dày 5 mm

Số lượng bích nối các đĩa và nắp, đáy: 3 cặp = 6 bích.

Khối lượng dung dịch trong bể phản ứng

Khối lượng bổ sung (chop, bulong, thanh giằng): chọn M bs 0 kg

→ M th á p= M thâ n+ M đá y +n ắ p+ M huy ề n phù + M đĩ a+ M bs+ M b í ch + M dd ¿7821+ 928+72903+1350+ 516+ 800+ 3488806 (kg)

Trọng lượng tương ứng với tháp: