đồ án thiết kế hệ thống hấp thụ so2 từ không khí

PHẦN III: TÍNH TOÁN I. TÍNH TOAÙN CÔNG NGHỆ I.1. Caùc thoâng soá ban ñaàu Löu löôïng khí thaûi : 1500 m3/h. Noàng ñoä SO2 ban ñaàu: yđ = 10% Noàng ñoä SO2 sau khi xöû lyù: yc = 0,5% Nồng độ ban đầu của SO2 trong nước xđ = 0 Choïn nhieät ñoä cuûa nöôùc haáp thu laø 30oC . I.2. Tính caân baèng vaät chaát Phöông trình caân baèng cuûa dung dòch haáp thu SO2 baèng H2O ñöôïc bieåu dieãn theo ñònh luaät Henri : P = H*x hoaëc y* =m*x . Trong ñoù : y* : noàng ñoä phaân mol cuûa SO2 trong doøng khí ôû ñieàu kieän caân baèng . x : noàng ñoä phaân mol khí hoøa tan trong pha loûng . P : aùp suaát rieâng phaàn cuûa caáu töû khí hoøa tan khi caân baèng . Pt : aùp suaát toång cuûa heä haáp thu . H : heä soá Henry . ÔÛ 30oC : H = 0.0364*106 (mmHg) . [2,Baûng IX.1,p.139] m : heä soá phaân boá . m = = =47.894 y = x = Thay vaøo treân ta ñöôïc : =m * Suy ra : Y* = = Trong ñoù :

Đồ án thiết kế hệ thống hấp thụ SO 2 từ khơng khí GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải PHẦN III: TÍNH TỐN I. TÍNH TOÁN CƠNG NGHỆ I.1. Các thông số ban đầu Lưu lượng khí thải : 1500 m 3 /h. Nồng độ SO 2 ban đầu: y đ = 10% Nồng độ SO 2 sau khi xử lý: y c = 0,5% Nồng độ ban đầu của SO 2 trong nước x đ = 0 Chọn nhiệt độ của nước hấp thu là 30 o C . I.2. Tính cân bằng vật chất Phương trình cân bằng của dung dòch hấp thu SO 2 bằng H 2 O được biểu diễn theo đònh luật Henri : P = H*x hoặc y * t P H = =m*x . Trong đó : y * : nồng độ phân mol của SO 2 trong dòng khí ở điều kiện cân bằng . x : nồng độ phân mol khí hòa tan trong pha lỏng . P : áp suất riêng phần của cấu tử khí hòa tan khi cân bằng . P t : áp suất tổng của hệ hấp thu . H : hệ số Henry . Ở 30 o C : H = 0.0364*10 6 (mmHg) . [2,Bảng IX.1,p.139] m : hệ số phân bố . m = t P H = 760 10*0364.0 6 =47.894 y = Y Y +1 x = X X +1 Thay vào trên ta được : * * 1 Y Y + =m * X X +1 Suy ra : Y * = Xm mX )1(1 −+ = X X )894.471(1 *894.47 −+ Nhóm SVTH lớp DH10H2 Trang 14 Đồ án thiết kế hệ thống hấp thụ SO 2 từ khơng khí GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải Trong đó : X : Y : Từ phương trình đường cân bằng ta có các số liệu đường cân bằng: X 0 0.00008 0.0001 0.00013 0.00015 0.00018 0.0002 0.00025 0.0003 Y * 0 0.0038 0.0048 0.0063 0.0072 0.0087 0.0097 0.0121 0.0146 Từ số liệu đường cân bằng ta vẽ đường cân bằng : Nhóm SVTH lớp DH10H2 Trang 15 Đồ án thiết kế hệ thống hấp thụ SO 2 từ khơng khí GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải Hình I.1 Đồ thị đường cân bằng pha Nồng độ thể tích ban đầu của dòng khí : y đ = 10% = 0,1 Nồng độ đầu của pha khí theo tỷ số mol : Nhóm SVTH lớp DH10H2 Trang 16 Đồ án thiết kế hệ thống hấp thụ SO 2 từ khơng khí GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải Y đ = d d y y −1 = 0.1111 (KmolSO 2 /Kmolkhítrơ) Nồng độ thể tích cuối của dòng khí : y c = 0,5% = 0,005 (KmolSO 2 /Kmolkhítrơ) Nồng độ cuối của pha khí theo tỷ số mol : Y c = c c y y −1 = 005,01 005,0 − = 0,005(KmolSO 2 /Kmolkhítrơ) Hấp thu SO 2 bằng nước , chọn dung môi sạch khi vào tháp nên : X đ = 0 . Với X đ : nồng độ đầu của pha lỏng , KmolSO 2 /KmolH 2 O . Lượng dung môi tối thiểu được sử dụng : d cd tr XX YY G L − − = * min G tr : suất lượng dòng khí trơ trong hỗn hợp . X * : nồng độ pha lỏng cân bằng tương ứng với X đ . Từ đồ thò đường cân bằng ta xác đònh được : X * = 0.00021 (KmolSO 2 /KmolH 2 O) Suy ra : 7035,50 00021,0 005,01,0 min = − − = tr G L Do q trình hấp thụ nồng độ cân bằng ln lớn hơn nồng độ làm việc do đó lượng dung mơi thực tế ln lớn hơn lượng dung mơi tối thiểu thường là 20%. Chọn L tr = 1,2*L min Với L tr : lượng dung môi không đổi khi vận hành , kmol/h . Suy ra : trtr tr G L G L min *2.1= = 1,2*50,7035 = 60,8442 Lưu lượng hỗn hợp khí vào tháp hấp thu : G hh = 3719,60 )30273(082,0 15001 = + × = RT PV (Kmol/h) Suất lượng dòng khí trơ trong hỗn hợp : G tr = G hh (1-y đ ) = 60,3719(1-0.1) = 54,3347 (Kmol/h) Nhóm SVTH lớp DH10H2 Trang 17 Đồ án thiết kế hệ thống hấp thụ SO 2 từ khơng khí GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải Suất lượng dung môi làm việc : L tr = 60,8442 × G tr = 60,8442 × 54,3347 = 3306 (KmolH 2 O/h) Phương trình cân bằng vật chất có dạng ; G tr × Y đ + L tr × X đ = G tr × Y c + L tr × X c Suy ra : dc cd tr tr XX YY G L − − = Suy ra : X c = tr tr cd G L YY − = 0017,0 8442,60 005,01111,0 = − (Kmol SO 2 /Kmol H 2 O) X c : nồng độ cuối của pha lỏng . G tr Y đ G tr Y c L tr X đ L tr X c Hình I.2 Cân bằng vật chất trong tháp hấp thụ Ι.3. Cân Bằng Năng Lượng Ký hiệu : G đ , G c : lượng hổn hợp khí đầu và cuối. Nhóm SVTH lớp DH10H2 Trang 18 Đồ án thiết kế hệ thống hấp thụ SO 2 từ khơng khí GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải L đ , L c : lượng dung dịch đầu và cuối. t c , t c :nhiệt độ khí ban đầu và cuối , C o . T đ , T c :nhiệt độ dung dòch đầu và cuối , C o . I đ , I c :entanpi hỗn hợp khí ban đầu và cuối , kJ/kg . Q 0 :nhiệt mất mát , kJ/h . Phương trình cân bằng nhiệt lượng có dạng : G đ I đ + L đ C đ T đ + Q s = G c I c + L c C c T c + Q 0 Với Q s – 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, Q 0 = 0 . - Nhiệt độ của hổn hợp khí ra khỏi tháp bằng nhiệt độ dung dòch vào tháp : t c = t đ = 30 0 C . - Tỷ nhiệt của dung dòch không đổi trong suốt quá trình hấp thu : C đ = C c = C OH 2 . Nhóm SVTH lớp DH10H2 Trang 19 Đồ án thiết kế hệ thống hấp thụ SO 2 từ khơng khí GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải G tr Y đ G tr Y c L tr X đ L tr X c G tr t đ I đ G c t c I c L đ C đ T đ L c C c T c Hình I.3 Cân bằng năng lượng trong tháp hấp thụ 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 bò hấp thu , thì ta có : Q s = q × L tr × (X c – X đ ) Với mức độ gần đúng có thể coi q không đổi trong suốt quá trình hấp thu: ( ) ccccdctrdddd TCLIGXXLqTCLIG ******** +=−++ Hoặc : ( ) dc cc ccdd d c d c XX CL Lq CL IGIG t L L T −+ − += * * * ** * Vì lượng cấu tử hoà tan trong dung dòch 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 , tức là : 0 ≈− ccdd IGIG Nhóm SVTH lớp DH10H2 Trang 20 Đồ án thiết kế hệ thống hấp thụ SO 2 từ khơng khí GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải Như vậy , công thức tính nhiệt độ cuối T c của dung dòch sẽ có dạng như sau : ( ) dc c tr dc XX CL Lq TT −+= * * Do lượng cấu tử hoà tan trong dung dòch nhỏ nên : L đ = L c = L tr ( ) dcdc XX C q TT −+= Phương trình hấp thu của SO 2 trong dung môi nước . SO 2 + H 2 O ⇔ H + + HSO 3 - Theo sổ tay hóa lý , nhiệt sinh của : SO 2 : 2 SO ∆Η = -70.96 (kcal/mol) . H 2 O : OH 2 ∆Η = - 68.317 (kcal/mol) . H + : + ∆Η H = 0 (kcal/mol) . HSO 3 - : − ∆Η 3 HSO = -12157.29 (kcal/mol) . Nhiệt phát sinh của 1 mol cấu tử SO 2 bò hấp thu : q = (-70.96 - 68.317) – ( 0 – 12157.29) = 12018.013 (kcal/mol) . Nhiệt độ cuối của dung dòch ra khỏi tháp : ( ) dcdc XX C q TT −+= = 30 + 003,30)00017,0( 184200 1018,4013,12018 3 =− × ×× Như vậy : T c ≈ T đ = 30 o C . Ta xem quá trình hấp thu là đẳng nhiệt. Nhóm SVTH lớp DH10H2 Trang 21 Đồ án thiết kế hệ thống hấp thụ SO 2 từ khơng khí GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải II. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH II.1. Các thông số vật lý của dòng khí : - Lưu lượng khí trung bình đi trong tháp hấp thu : 2 cd ytb VV V + = V đ , V c – lưu lượng khí vào và ra khỏi tháp , m 3 /h . V c = V tr × ( 1 + Y c ) = 75,1356)005,01()1,01(1500)1()1( =+×−×=+×−× cđđ YyV (m 3 /h) Suy ra : V ytb = 375,1428 2 150075,1356 = + (m 3 /h) KLR trung bình của pha khí : ( ) [ ] T MyMy tbtb ytb *4.22 273**1* 2111 −+ = ρ Trong đó : + M 1 , M 2 : Khối lượng mol của SO 2 và không khí . + T : nhiệt độ làm việc trung bình của tháp hấp thu T = 30 0 C + y tb1 : nồng độ phần mol của SO 2 lấy theo giá trò trung bình. 2 11 1 cd tb yy y + = Với y d1 , y c1 : nồng độ phần mol của SO 2 vào và ra khỏi tháp . 1,0%10 1 === đđ yy 005,0%5,0 1 === cc yy Suy ra : 0525,0 2 005,01,0 2 11 1 = + = + = cđ tb yy y + M 1 = M SO 2 = 64 (g/mol) M 2 = M kkhí = 28.8 (g/mol) Nhóm SVTH lớp DH10H2 Trang 22 Đồ án thiết kế hệ thống hấp thụ SO 2 từ khơng khí GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải Suy ra : ytb ρ = [ ] 2327,1 )30273(4,22 2738,28)0525,01(640525,0 = +× ××−+× ( kg/m 3 ) Độ nhớt trung bình pha khí ( của hổn hợp khí ) : 2 22 1 11 ** µµµ MmMm M hh hh += + M hh , M 1 , M 2 : khối lưượng phân tử của hổn hợp khí , của SO 2 và không khí , kg/kmol . M 1 = 2 SO M = 64 (kg/kmol) M 2 = M kk = 28.8 (kg/kmol) . 6480,308,28)0525,01(640525,0)1( 111 =×−+×=×−+×= MyMyM tbtbhh (kg/kmol) + m 1 , m 2 : nồng độ của SO 2 , không khí tính theo phần hể tích. m 1 = y tb1 = 0.0525 m 2 = 1 – y tb1 = 1-0.0525=0,9475 + Ở 30 0 c : µ 2 = µ kk = 0.018210 -3 (kg/m.s) . µ 1 = 2 SO µ = 0.0128 × 10 -3 (kg/m.s) . Thay vào ta được : 33 10.0182,0 9475,08,28 10.0128,0 0525,064648,30 −− × + × = hh µ Suy ra : 3 10.0174,0 − = hh µ (kg/m.s) -Lưu lượng khối lượng pha khí trung bình : 2 cd ytb GG G + = , kg/s G d , G c : lưu lượng khí vào và ra khỏi tháp , kg/h . 8,13001111,0642231,368,282331,36 2 =××+×=××+×= đsotrtrtrđ YMGGGG (kg/h) 9,105400502,0642231,368,282231,36 2 =××+×=××+×= cSOtrtrtrc YMGMGG (kg/h) Suy ra : 8,1177 2 9,10548,1300 = + = ytb G (kg/h) =0,3272(kg/s) . Nhóm SVTH lớp DH10H2 Trang 23 [...]... l Từ đồ thò đường cân bằng ta xác đònh được hệ số góc đường cân bằng Y ∗ = f ( X ) là : m = 48.3 L L tr Với : l = G ≈ G = 60,8442 tr Nhóm SVTH lớp DH10H2 Trang 29 Đồ án thiết kế hệ thống hấp thụ SO2 từ khơng khí GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải 47,894 Suy ra : h y = 0,28 + 60,8442 × 0,97 = 1,04 (m) II.5 Xác đònh số đơn vò truyền khối mY Do cấu tử SO2 hoà tan trong dung dòch không dáng kể nên dung dòch hấp. .. =-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-= Nhóm SVTH lớp DH10H2 Trang 32 Đồ án thiết kế hệ thống hấp thụ SO2 từ khơng khí GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải III TÍNH TOÁN CƠ KHÍ III.1 Tính chiều dày thân tháp : Thiết bò làm việc ở môi trường ăn mòn , nhiệt độ làm việc 30 0C Pmt =1at=0.1 (N/m2 ) Nên ta chọn vật liệu là thép không rỉ để chế tạo thiết bò Chọn thép : X18H10T [2, Bảng XII.24, p.325] - Ứng suất cho... DH10H2 Trang 27 Đồ án thiết kế hệ thống hấp thụ SO2 từ khơng khí GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải 7.4 * 10 −12 ( 2.6 * 18) * 303 = 1.9568 * 10 −9 (m2/s) Suy ra : D x = 0.6 0.8007 * 44.8 0.3 II.4.2 Hệ số khuếch tán trong pha khí 3 2 1 4.3 * 10 * T  1 1 2   Dy = + 2  1 1 MA MB      P * V A3 + V B3      −7 [4,(2-36),25] Trong đó : T = 273 +30 = 3030K P = 1 at , p suất khuếch tán MA , MB : là... DH10H2 Trang 33 Đồ án thiết kế hệ thống hấp thụ SO2 từ khơng khí GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải - Hệ số bổ sung bề dày C , mm : C = Ca + C0 + Cb + Cc Trong đó : 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 Vậy : Ca = 0.1×20 = 2 (mm) Cb : là hệ số bổ sung do bào mòn cơ học của môi trường Đối với TB hoá chất : Cb = 0 (mm) Cc là hệ số bổ sung... tốc dòng khí trong ống dẫn : V= 4×Q 4 × 0,4167 = = 13,2707 (m/s) 2 π ×d π × 0,2 2 Nhóm SVTH lớp DH10H2 Trang 35 Đồ án thiết kế hệ thống hấp thụ SO2 từ khơng khí GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải III.3.2 Tính ống dẫn khí ra khỏi tháp Chọn đường kính ống dẫn khí ra khỏi tháp bằng đường kính ống dẫn khí vào tháp d = 200(mm) III.3.3 Tính ống dẫn lỏng vào tháp Đường kính ống dẫn lỏng : d= 4×Q , (m) π ×V Trong... bích là thép CT3 p suất môi trường trong thiết bò : p = 0.024 (N/mm2) III.4.1 Kiểm tra bu lông ghép bích a Lực nén chiều trục sinh ra do xiết bu lông Q1 = Qa + Qk Trong đó : Qa : lực do áp suất trong thiết bò gây nên Nhóm SVTH lớp DH10H2 Trang 37 Đồ án thiết kế hệ thống hấp thụ SO2 từ khơng khí GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải Qa = π × Dt2 × p ( N ) 4 Qk : lực cần thiết để giữ được kín trong đệm Qk = π ×... tính ăn mòn Theo [9,bảng(7-2),192] ,ta có : M = 2 , hệ số áp suất riêng qo = 10 N/mm2 , áp suất riêng cần thiết làm biến dạng dẻo đệm Thay vào ta được : Q1 = π × 900 2 × 0,024 + π × 940 × 5 × 2 × 0.024 = 15968,784=1.6 × 105 (N) 4 b Lực cần thiết để ép chặt đệm ban đầu Nhóm SVTH lớp DH10H2 Trang 38 Đồ án thiết kế hệ thống hấp thụ SO2 từ khơng khí GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải Q2 = π × Dtb × bo × qo... lỏng vào tháp , m V1 , V2 : vận tốc mặt cắt 1-1 , mặt cắt 2-2 , m/s Nhóm SVTH lớp DH10H2 Trang 48 Đồ án thiết kế hệ thống hấp thụ SO2 từ khơng khí GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải ∆ H : tổn thất từ mặt cắt 1-1 đến mặt cắt 2-2 , m α 1 , α 2 : hệ số hiệu chỉnh động năng P2 = P1 = Pa : xem áp suất ở mặt thoáng bồn cao vò và áp suất ở đầu vào ống dẫn lỏng là như nhau H0 = Z1 – Z2 : chiều cao mực chất lỏng... đường kính ống dẫn lỏng vào tháp d = 150(mm) III.4 Tính bích ghép thân tháp Nhóm SVTH lớp DH10H2 Trang 36 Đồ án thiết kế hệ thống hấp thụ SO2 từ khơng khí GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải D Db D1 Dtb D4 D2 Dt Chọn bích liền không cổ bằng thép để nối thân tháp.[2, bảng XIII.27, p.42 Đường kính trong thiết bò : Dt = 900 mm Đường kính ngoài của bích : D = 1030 mm Đường kính tâm bu lông : Db =980 mm Đường... M tr = 3306 × 18 = 16,53 (kg/s) 3600 G xc = Ltr × M tr + L tr × X c × M SO2 = Nhóm SVTH lớp DH10H2 3306 × 18 3306 × 0,0017 × 64 + = 16,63 (kg/s) 3600 3600 Trang 24 Đồ án thiết kế hệ thống hấp thụ SO2 từ khơng khí GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải Suy ra : Gxtb = G xđ + G xc 16,53 + 16,63 = = 16,58 (kg/s) 2 2 II.3 Tính đường kính tháp hấp thu Tốc độ bắt đầu tạo nhũ tương , còn gọi là tốc độ đảo pha W’s (m/s . Đồ án thiết kế hệ thống hấp thụ SO 2 từ khơng khí GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải PHẦN III: TÍNH TỐN I. TÍNH TOÁN CƠNG NGHỆ I.1. Các thông số ban đầu Lưu lượng khí thải : 1500. chất trong tháp hấp thụ Ι.3. Cân Bằng Năng Lượng Ký hiệu : G đ , G c : lượng hổn hợp khí đầu và cuối. Nhóm SVTH lớp DH10H2 Trang 18 Đồ án thiết kế hệ thống hấp thụ SO 2 từ khơng khí GVHD: ThS 30 o C . Ta xem quá trình hấp thu là đẳng nhiệt. Nhóm SVTH lớp DH10H2 Trang 21 Đồ án thiết kế hệ thống hấp thụ SO 2 từ khơng khí GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải II. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH II.1. Các