Thiết kế và tính toán Tháp địa lô

1 i. mở đầu 3 ii. tính toán thiết kế hệ thống hấp thụ 8 1.thiết lập ph-ơng trình cân bằng vật liệu. 8 2. tính đ-ờng kính của tháp 10 3. tính chiều cao tháp 12 4. tính trở lực tháp 17 5. bảng mô phỏng 18 III.Thiết kế thiết bị phụ 19 1. Bơm chất lỏng 19 2. Máy nén khí 23 IV. Tính và chọn cơ khí 28 1. Chọn vật liệu 28 2. Tính chiều dày thân tháp 28 3. Tính chiều dày nắp và đáy thiết bị 30 4. Chọn mặt bích 31 5. chọn chân đỡ 32 V. Kết luận 36 VI.Tài liệu tham khảo 37 2 i. mở đầu Ô nhiễm môi tr-ờng là sự thay đổi tính chất vật lý , hoá học, sinh học của đất, n-ớc, không khí gây ảnh h-ởng không có lợi đến hiện tại hoặc t-ơng lai của đời sống hệ động thực vật, con ng-ời, đến vật liệu các loại, công trình xây dựng, đến quá trinh sản xuất trong công nghiệp, nông nghiệp, đến các trạng thái của nguồn tài nguyên thiên nhiên. Hiện nay, ô nhiễm môi tr-ờng là vấn đề mang tính toàn cầu, cấp bách và ngày càng đ-ợc quan tâm một cách sâu sắc. ở Việt Nam, song song với việc phát triển công nghiệp, từng b-ớc thực hiện công nghiệp hoá, hiện đại hoá, đô thị hoá, phát triển kinh tế khoa học kĩ thuật, vấn đề môi tr-ờng cũng đ-ợc quan tâm một cách toàn diện đúng mức. Tuy vậy do trình độ khoa học kĩ thuật, chúng ta vẫn mắc phải một số khó khăn trong vấn đề xử lý ô nhiễm môi tr-ờng. Có rất nhiều nguyên nhân gây ô nhiễm môi tr-ờng: Do chất thải từ nhà máy, khu công nghiệp, chất thải sinh hoạt ở các khu đô thị, nhà ở; khói bụi từ các ph-ơng tiện giao thông; do các hoạt động nông nghiệp( phân bón, thuốc trừ sâu). Một trong những vấn đề đ-ợc quan tâm hiên nay đó là ô nhiễm môi tr-ờng không khí, nguyên nhân chủ yếu là do khí thải các hoạt động công nghiệp, giao thông, . Những hoạt động này đã thải ra môi tr-ờng một l-ợng lớn khí độc hại, nh- : SO 2 ,CO 2 , NO 2 , HCl Vấn đề đặt ra là chúng ta phải xử lý làm sạch khí thải tr-ớc khi chúng đ-ợc thải ra môi tr-ờng, nhằm làm giảm tác động tiêu cực của chúng đến môi tr-ờng. Hiện nay, một ph-ơng pháp đ-ợc sử dụng khá phổ biến để xử lý khí thải trong các nhà máy, đó là ph-ơng pháp hấp thụ ( là quá trình hút khí bằng chất lỏng ).Mục đích của ph-ơng pháp này là thu hồi cấu tử quý, tách hỗn hợp khí thành các cấu tử và làm sạch khí. *Các loại tháp hấp thụ: - Thiết bị loại bề mặt:đơn giản , bề mặt tiếp xúc pha bé chỉ dùng khi chất khí dễ hoà tan trong lỏng. - Thiết bị loại màng: thiết bị loại ống, loại tấm. - 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 nh-ng khó làm -ớt đều đệm. - Thiết bị loại đĩa(tháp đĩa) gồm: +Tháp đĩa có ống chảy truyền: đĩa chóp , đĩa lỗ(l-ới), đĩa Suppáp, đĩa sóng chữ S. +Tháp đĩa không có ống chảy truyền. Hiệu quả của quá trình phụ thuộc rất nhiều vào vận tốc khí. Nếu vận tốc khí bé thì khả năng sục khí kém, nh-ng nếu vận tốc khí quá lớn sẽ làm bắn chất lỏng hoặc cuốn chất lỏng theo khí. Hiện t-ợng bắn chất lỏng tất nhiên còn phụ thuộc vào yếu tố khác nh- khoảng cách giữa các đĩa, khoảng cách giữa các chóp, khối l-ợng riêngcấu tạo và kích th-ớc của chóp và ống chảy chuyền. 3 *ảnh h-ởng của T và P lên quá trình hấp thụ: Nhiệt độ T và áp suất P là những yếu tố ảnh h-ởng quan trọng lên quá trình hấp thụ , mà chủ yếu ảnh h-ởng lên trạng thái cân bằng và động lực quá trình. Từ ph-ơng trình Henrry ta thấy, khi nhiệt độ tăng thì hệ số Henrry tăng đ-ờng cân băng dịch chuyển về trục tung. x o y x o y a b t3 t2 t1 a b p4 p3 p2 p1 p3 p2 p1 t3 t2 t1 Nếu đ-ờng làm việc AB không đổi tb Y giảm, do đó c-ờng độ chuyển khối giảm theo.Nếu cứ tiếp tục tăng nhiệt độ,ví dụ đến t s thì không những tb Y giảm mà ngay cả quá trình không thực hiện đ-ợc(vì đ-ờng cân bằng và đ-ờng làm việc cắt nhau,nên không thể đạt đ-ợc nồng độ cuối X c ). Đó là ảnh h-ởng xấu của tăng nhiệt độ . Tuy nhiên, khi T tăng thì độ nhớt của dung môi giảm nên vận tốc khí tăng, c-ờng độ chuyển khối cũng tăng theo. Trong tr-ờng hợp tăng áp suất , ta thấy hệ số cân bằng m = P giảm đ-ờng cân bằng dịch chuyển về phía trục hoành tb Y tăng lên ,quá trình chuyển khối tốt hơn.Nh-ng P tăng T tăng gây ảnh h-ởng xấu đến quá trình hấp thụ. Mặt khác, P tăng gây khó khăn về mặt thiết bị quá trình hấp thụ chỉ đ-ợc thực hiện ở P cao đối với những khí khó hoà tan. Ví dụ: Hấp thụ CO 2 bằng H 2 O tiến hành ở 17at; thu hồi CO ở 12at 4 Một trong những khí gây ra tác hại không nhỏ cần phải đ-ợc xử lý tr-ớc khi thải ra môi tr-ờng, đó là hyđroclorua ( HCl). Đây là một loại khí bốc khói không màu có mùi nghẹt thở. Nó dễ thành dạng lỏng khi nén và hoà tan tốt trong n-ớc. HCl chủ yếu đ-ợc thải ra từ cỏc nghành công nghiệp: - Công nghiệp tổng hợp chất hữu cơ: SX chloroprene, vinyl clorua, cao su hyđrocloride - Tái chế nhựa, tái chế kim loại, sản xuất NaOH. - Công nghiệp nhuộm, sản xuất cao su, chất tẩy rửa, công nghiệo mạ kim loại ở Việt Nam tiêu chuẩn khí HCl thải ra môi tr-ờng là 200mg/m 3 . Khi l-ợng khí HCl thải ra môi tr-ờng v-ợt quá tiêu chuẩn sẽ gây ra ngộ độc khi hít phải, gây ra những bệnh tật nguy hiểm đối với con ng-ời. Khi phát tán vào không khí nó sẽ kết hợp với hơi n-ớc tạo thành axít, là môt trong những nguyên nhân gây ra m-a axít. Khi đó nó sẽ ăn mòn và phá huỷ các công trình xây dựng, làm phai màu các tác phẩm nghệ thuật, làm giảm pH của đất dẫn đến thoái hoá đất, hoà tan các kim loại độc hại trong đất làm giảm năng suất cây trồng, gây ra thiệt hại trong sản xuất nông nghiệp. Trong sản xuất nó sẽ ăn mòn thiết bị, đ-ờng ống dẫn, gây ảnh h-ởng không nhỏ đến sản xuất công nghiệp. Với những tác hại mà khí HCl tạo ra nh- vậy, việc mà để khí HCl phân tán vào môi tr-ờng là rất nguy hiểm và gây hậu quả nghiêm trọng. Vì vậy, xử lý khí HCl trong khí thải tr-ớc khi thải vào môi tr-ờng là việc phải làm. Một trong những ph-ơng pháp xử lý HCl trong khí thải hiện nay là sử dụng tháp hấp thụ, loại khí HCl ra khỏi không khí bằng các dung môi. Trong đồ án này, em xin trình bày thiết kế hệ thống hấp thụ khí HCl loại tháp đĩa l-ới có ống chảy truyền để loại HCl ra khỏi không khí. 5 6 Sơ đồ hệ thống hấp thụ Thuyết minh sơ đồ dây chuyền công nghệ Hỗn hợp cần xử lý HCl và không khí đ-ợc máy nén khí (5) đ-a vào ở đáy tháp, trên đ-ờng ống có lắp van điều tiêt l-u l-ợng khí và một đồng hồ đo l-u l-ợng khí (8). N-ớc từ bể (6) đ-ợc bơm li tâm (4) đ-a vào tháp (1), trên đ-ờng ống có lắp van điều chỉnh tốc độ và đồng hồ đo l-u l-ợng (9). N-ớc đ-ợc bơm vào tháp với l-u l-ợng thích hợp, từ trên xuống d-ới theo chiều cao tháp hấp thụ, khí đ-ợc thổi từ d-ới lên. N-ớc chảy từ đĩa này sang đĩa khác qua các ống chảy truyền, khí đi trong tháp qua các lỗ trên bề mặt đĩa. Pha khí và pha lỏng tiếp xúc nhau trên bề mặt đĩa. Không khí chứa HCl sau khi đ-ợc hấp thụ đi lên nắp tháp và ra ngoài lỗ nắp tháp. N-ớc hấp thụ HCl đi qua lỗ đáy, qua van nhả sản phẩm - N-ớc hấp thụ HCl đi qua lỗ đáy, qua Van nhả sản phẩm hấp thụ 16 đến hệ thống nhả hấp thụ 6.Tuy nhiên trong khuôn khổ đồ án ta không tính đến hệ thống này. Máy bm b chứa nc Tháp Van toàn Van điều chỉnh mỏy nộn 7 ii.tính toán thiết kế hệ thống hấp thụ *Một số kí hiệu trong các công thức -X đ : nồng độ ban đầu của cấu tử cần hấp thụ trong dung môi (Kmol/Kmol dm) -X c : nồng độ cuối của cấu tử cần hấp thụ trong dung môi (Kmol/Kmol dm) -Y đ : nồng độ ban đầu của cấu tử cần hấp thụ trong hỗn hợp khí (Kmol/Kmol khí trơ) -Y c : nồng độ cuối của cấu tử cần hấp thụ trong hỗn hợp khí (Kmol/Kmol khí trơ) -G Y : L-ợng hỗn hợp khí đi vào thiết bị hấp thụ (Kmol/h) -G X : L-ợng dung môi đi vào thiết bị hấp thụ (Kmol/h) -G tr : L-ợng khí trơ đi vào thiết bị hấp thụ (Kmol/h) - : L-ợng dung môi/L-ợng dung môi tối thiểu 1.thiết lập ph-ơng trình cân bằng vật liệu. Tháp làm việc ở T = 30 0 C hay T = 303 0 K P = 2 atm hay P = 1520 mmHg. Theo định luật Henrry Y cb = m.x Trong đó m = P CHCL o 30 = 6 0,0022.10 1520 (II_138) m = 1.45 (với CHCL o 30 là hằng số Henrry của HCL ở nhiệt độ 30 0 C) *Chuyển sang nồng độ phần mol t-ơng đối ta có Ph-ơng trình đ-ờng cân bằng Y cb = Xm Xm .11 . Y cb = 1,45. 1 0,45. X X 8 Ta cã nång ®é HCL trong dßng khÝ vµo theo % thÓ tÝch lµ 12%  y ® = 0,12  Y ® = y y d d 1 = 12,01 12,0  = 0,136 (Kmol/Kmol khÝ tr¬) HiÖu suÊt hÊp thô  = 92% Mµ  = d cd Y YY   Y c =    1 .Y ® =   92,01 .0,136 Y c = 0.01091 (Kmol/Kmol khÝ tr¬) *Ph-¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu cho mét ®o¹n thiÕt bÞ G tr¬ .   c YY  = G x .   d XX   Y =   XX G G d tr x . + Y c - d tr x X G G . G Y = 8000 Nm 3 /h ta ®æi ra G Y = 4,22 8000 = 357.14 (kmol/h) G tr = G Y . d Y1 1 = G Y .(1-y ® ) G tr = (1-Y ® ).G Y = 357,14.(1-0,12) G tr = 314,29 ( hKmol ) G xmin :l-îng dung m«i tèi thiÓu ®¹t ®-îc khi: X c = X cmax =   d d Ymm Y .1 X cmax = 0,136 1,45 (1,45 1)*0.136 X cmax = 0.09 (Kmol/Kmol dm) Do ®ã G xmin = G tr . dc cd XX YY   max G xmin = 314.29. 0,136 0.01091 0.09 0    G xmin = 436,83 (Kmol/h) Thực tế G x = β.G xmin thường lấy β=1.2  G x = 1,2.G xmin = 542,2(Kmol/h) 9 Ph-ơng trình đ-ờng làm việc Y = X G G tr X . + Y c - d tr X X G G . Y = 524,2 . 314.29 X + 0.01091 =1,7X + 0.01091 2.tính đ-ờng kính của tháp *Công thức D = tb tb V .3600. .4 (m) (II_181) Trong đó: + V tb : L-ợng khí trung bình đi trong tháp (m 3 /h) + tb : Tốc độ khí trung bình đi trong tháp (m/s) *Tính toán + V ytb = 2 ycy VV Với + V yđ : L-u l-ợng hỗn hợp khí đầu ở điều kiện làm việc (m 3 /h) + V yc : L-u l-ợng khí thải ra khỏi tháp (m 3 /h) Ta cú : T VP yd . = 0 0 . T VP tc 2. 303 yd V = 273 8000.1 V yd = 4439,56(m 3 /h) + V yc = V tr .(1+Y c ) với V tr = 0 0 . 4,22. TP TPG tr = 314,29.22,4.1.303 2.273 V yc = 3949,49 (m 3 /h) V ytb = 2 ycy VV = 4439,56 3949,49 2 V ytb = 4194,53(m 3 /h) 10 *Vận tốc khí đi trong tháp gh = 0,05. yx / (Kg/m 2 .s) (II_184) Trong đó + x :khối l-ợng riêng của pha lỏng (kg/m 3 ) + y : khối l-ợng riêng của pha khí (kg/m 3 ) + h: khoảng cách giữa các đĩa (m) với D = 1,2 1,8 m thì h 0,35 0,45 (m) Tra trong sổ tay I ta đ-ợc: y = CHCL o 30 = T PM HCL .4,22 .273. (kg/m 3 ) => y =2,936(kg/m 3 ) x = C o OH 30, 2 = 995,68 (kg/m 3 ) gh = 0,05. 995.68/2,936 =0,92(m/s) trỏnh to bt ta chn lv =(0.8ữ0.9) gh lv =0.85 gh =0,78(m/s) Vậy D = 4.4194,53 .3600.0,78 = 1.38 (m) Quy chuẩn D = 1,4 (m) thỏa mãn với cách chọn h = 0,45 (m). lv =0,76(m/s) * Đ-ờng kính t-ơng đ-ơng của ống chảy chuyền d c = z G cx xtb 3600. .4 (II_236) G xtb : l-u l-ợng trung bình đi trong tháp (kg/h) x = 995.68 (kg/m 3 ) z:số ống chảy chuyền (1 2ống) ta chọn z = 1 c : tốc độ chất lỏng trong ống chảy chuyền c 2,01,0 (m/s) Ta chọn c = 0,2(m/s) G xđ = 524,53 (Kmol/h) d c = 4.524,2.18 .3600.995,68.0,2.1 = 0,13 (m) d c =15(Cm) [...]... suất và nhiệt độ,khi l-ợng dung môi tăng lên thì trở lực tháp nhỏ,chiều cao giảm do đó tiết kiệm đ-ợc chi phí thiết kế nh-ng nồng độ cuối của dung dịch thấp(dung dịch loãng) -ở cùng một áp suất, khi gim nhiệt độ thì trở lực và chiều cao tháp cũng gim do đó tiết kiệm đ-ợc chi phí thiết kế -ở cùng 1 nhiệt độ,1 l-ợng dung môi khi gim áp suất thì trở lực tháp tng,chiu cao thỏp tng ,tng chi phí thiết kế; Xc... đáy thiết bị r b1 s s h Trục thiết bị b d s l a 34 l v.kết luận Trên đây là kết quả tính toán và thiêt kế tháp chóp hấp thụ HCl trong hỗn hợp HCl-không khí dùng dung môi là H2O mà em đ-ợc nghiên cứu, tìm hiểu Sau một học kì làm việc cùng với sự giúp đỡ của các thầy cô , đặc biệt là thầy NGUYN NGC LN , em đã hoàn thành nhiệm vụ của mình Dù đã hết sức cố gắng ,song do lần đầu làm công việc thiết kế ,... chọn đông cơ công suất 305 kW iV Tính và chọn cơ khí 1.Chọn vật liệu: Với đặc tính là một oxit axit có tính ăn mòn nên chọn vật liệu bền chịu ăn mòn: chọn vật liệu thép CT3 Đặc tính kỹ thuật của thép CT3: [II-309] + Có giới hạn bền khi kéo : k = 380.106 N/m2 + Có giới hạn khi chảy k = 240.106 N/m2 + Khối l-ợng riêng : CT3 = 7850 kg/m3 2 .Tính chiều dày thân tháp - Thân tháp hình trụ cao 4,2m đ-ờng kính... thể tích tính đến sự hao hụt chất lỏng chảy từ vùng áp suất cao đên vùng áp suất thấp và do chất lỏng vào qua các chỗ hở của bơm o = 0,9 + tl : hiệu suất thuỷ lực tính đến masat và sự tạo thành dòng xoáy trong bơm tl = 0,85 + ck :hiệu suất cơ khí tính đến masat cơ khí ở ổ bi , ổ lót trục ck = 0,95(I_536) Vậy = 0,9.0,85.0,95 = 0,72675 1.3 Năng suất của bơm Q = V = 2,63.10-3(m3/s) Thay vào trên... tng ,tng chi phí thiết kế; Xc gim tháp làm vic kộm việc hiệu quả hn Iv .Thiết kế thiết bị phụ 17 1 Bơm chất lỏng Van điều chỉnh Tháp Van toàn b chứa nc Máy bm P 2 Công thức yêu cầu trên trục bơm Q. g H (kW) 1000 N= (I_532) Trong đó: Q: năng suất bơm (m3/s) : Khối l-ợng riêng của chất lỏng (kg/m3) g : Gia tốc trọng tr-ờng (m/s2) H : áp suất toàn phần của bơm (m) 1.1 .Tính H(m) H= P2 P 1 + H0 + hm g... 88,2.106 (N/m2) 2( S C ) 2.5.10 3 1,6.10 3 .0,95 = 88,2.106 N/m2 c 1,2 240 10 6 200 10 6 N 2 > (thoả mãn) m 1,2 s hb h dt 3 .Tính chiều dày nắp và đáy thiết bị [II-385] Chọn đáy và nắp thiết bị hình elip Sn,đ = Dt P D t C 3,8.[ k ].K P 2hl hl- chiều cao phần lồi của lắp và đáy hl = 0,25.Dt =0,25.1,4 = 0,35 (m) k hệ số không thứ nguyên k =1- d Dt d - điều kiện của lỗ không tăng ứng chọn d = 0,3m... bích và 2 bích nối nắp, đáy với thân Cách lắp: ở những chố có bích, đĩa đ-ợc bắt chặt bằng bulong cùng với bích 30 h D Db D1 h db D0 Dt 5.chọn chân đỡ Khối l-ợng toàn tháp * Khối l-ợng thân tháp: Mthân = Vthân.CT3 Vthân: thể tích thân vỏ tháp (m3) CT3: khối l-ợng riêng của thép CT3(kg/m3) Có CT3 = 7850 (kg/m3) Vthân = D 2 n D 2t H thõn 4 Dn: đ-ờng kính ngoài của tháp (m) Dt: đ-ờng kính trong của tháp. .. cao thân tính từ đĩa trên cùng đến đĩa d-ới cùng,bằng 3,3 (m) Dt = 1,4 (m) Dn = Dt +2.S = 1,4 + 2.0,005 = 1,41 (m) Vthân = 1,412 1,4 2 4,2 = 0,093m3 M thõn = 0,093.7850 = 730,05(kg) 4 31 * khối l-ợng đáy và nắp:Đáy và nắp có khối l-ợng bằng nhau ( = 92kg) nên khối l-ợng của cả nắp và đáy là 92 2 = 184 (kg) * khối l-ợng n-ớc: - Khi có sự cố,nh- tắc ở một đĩa nào đó,n-ớc sẽ điền đầy vào tháp. Khối... 0.06 0.08 3.3 .Tính chiều cao H = Ntt H + (0,8 1) (m) Ntt: Số đĩa thực tế :chiều dày của đĩa (m) chọn = 5.10-3 (m) Hđ : khoảng cách giữa các đĩa (m) =0,4 (m) theo trên Thay vào ta có H = 8.(0,4 + 5.10-3) + 0,8 H = 4,04 (m) Quy chuẩn H = 4,2 (m) iii .tính trở lực của tháp 15 0.1 Tính trở lực theo công thức : P = Ntt Pđ (N/m2) (II_192) Pđ = Pk + Ps + Pt (N/m2) (II_192) Ta đã tính đ-ợc : Ps... Tra bảng [II-384] có khối l-ợng nắp và đáy 2 106 = 212 kg hgờ = 0,025m 4.Chọn mặt bích Mặt bích là bộ phận để nối các phần của thiết bị cũng nh- nối các bộ phận khác với thiết bị Chọn bích liền bằng thép kiểu 1 để nối nắp, đáy Tra bảng (II-XIII.27) PY.10-6 N/m2 0,25 Dt D Db D1 Do Bu lông mm mm mm mm mm dbmm Z(cái) mm 1400 1540 1490 1460 1413 M20 40 30 Chiều cao thân tháp gồm 8 đĩa Khoảng cách giữa 2 . đầu 3 ii. tính toán thiết kế hệ thống hấp thụ 8 1 .thiết lập ph-ơng trình cân bằng vật liệu. 8 2. tính đ-ờng kính của tháp 10 3. tính chiều cao tháp 12 4. tính trở lực tháp 17 5 III .Thiết kế thiết bị phụ 19 1. Bơm chất lỏng 19 2. Máy nén khí 23 IV. Tính và chọn cơ khí 28 1. Chọn vật liệu 28 2. Tính chiều dày thân tháp 28 3. Tính chiều dày nắp và đáy thiết. và chiều cao tháp cũng gim do đó tiết kiệm đ-ợc chi phí thiết kế -ở cùng 1 nhiệt độ,1 l-ợng dung môi khi gim áp suất thì trở lực tháp tng,chiu cao thỏp tng ,tng chi phí thiết kế; X c gim tháp