THIẾT kế hệ THỐNG hấp THỤ THÁP đệm SO2

Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường Mục Lục Lời mở đầu ..................................................................................................................................3 ..............................................................................................................................................4 THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC........................................................................................................4 Đề tài thiết kế.............................................................................................................................4 Các số liệu ban đầu và tính toán.....................................................................................................4 Phần I. Tính toán thiết kế tháp đệm..................................................................................................4 I. Tính toán các điều kiện ban đầu.................................................................................................4 Xây dựng đường cân bằng và đường làm việc...............................................................................6 Đồ thị đường cân bằng và đường làm việc trên cùng một hệ trục .................................................8 tọa độ ......................................................................................8 ...........................................................................................................................................8 II. Tính các thông số của tháp.......................................................................................................9 1. Tính đường kính tháp đệm........................................................................................................9 Kiểm tra điều kiện thiết kế.....................................................................................................15 Kiểm tra theo mật độ tưới.......................................................................................................15 2. Tính chiều cao tháp đệm........................................................................................................16 * Tính h1..................................................................................................................................16 PHẦN 2: TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ PHỤ...................................................................................24 I. Các thông số đặc trưng của bơm............................................................................................24 Hệ số trở lực cục bộ:..............................................................................................................26 Xác định tổn thất áp suất do trở lực gây ra trên đường ống đẩy:..................................................27 Công suất của bơm:................................................................................................................29 II. Máy nén khí.............................................................................................................................30 1. Công của máy nén ly tâm..........................................................................................................30 ..................................................................................................................................................35 2. Công suất máy nén..................................................................................................................35 4. Công suất của động cơ điện..................................................................................................36 PHẦN III. TÍNH TOÁN CƠ KHÍ...................................................................................................36 I. Chiều dày thân tháp....................................................................................................................36 ~1~ Phạm Kim Ngọc - KTMT K52 II. Chiều dày nắp và đáy thiết bị...................................................................................................39 1. Chiều dày của nắp thiết bị...................................................................................................40 2. Chiều dày của đáy thiết bị.......................................................................................................41 III. Đường kính của ống dẫn khí và lỏng................................................................................42 1. Đường kính ống dẫn vào và dẫn khí ra.................................................................................42 2. Đường kính ống dẫn lỏng vào và ra......................................................................................42 IV. Bích ghép thân, nắp, đáy..........................................................................................................43 1. Bích nối nắp và đáy với thân thiết bị........................................................................................43 2. Bích nối ống dẫn lỏng với thân thiết bị...............................................................................44 3. Bích nối ống hơi với thân thiết bị.........................................................................................44 V. Kết cấu đỡ tháp......................................................................................................................44 1. Khối lượng thân thiết bị........................................................................................................44 2. Khối lượng của đáy và nắp tháp:..............................................................................................45 3. Khối lượng của đệm.............................................................................................................45 4. Khối lượng bích....................................................................................................................46 VI. Bộ phận phân phối lỏng......................................................................................................47 KẾT LUẬN...................................................................................................................................49 TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................................50 ~2~ Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường Lời mở đầu Hiện nay, do sự phát triển của các nghành công nghiệp tạo ra các sản phẩm phục vụ con người , đồng thời cũng tạo ra một lượng chất thải vô cùng lớn làm phá vỡ cân bằng sinh thái gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng . Trong các loại ô nhiễm , ô nhiễm không khí ảnh hưởng trực tiếp đến con người , động vật , thực vật và các công trình xây dựng . Sức khỏe và tuổi thọ con người phụ thuộc rất nhiều vào độ trong sạch của môi trường.Vì vậy, trong những năm gần đây ô nhiễm không khí từ các nghành sản xuất công nghiệp ở nước ta đang là vấn đề quan tâm không chỉ của nhà nước mà còn là của toàn xã hội bởi mức độ nguy hại của nó đã lên đến mức báo động . SO2 là một trong những chất ô nhiễm không khí được sản sinh nhiều trong các nghành sản xuất công nghiệp và sinh hoạt . Việc xử lý SO2 có nhiều phương pháp khác nhau . Phương pháp nào được áp dụng để xử lý tùy thuộc vào hiệu quả và tính kinh tế của phương pháp . Vì vậy , đồ án môn học với nhiệm vụ thiết kế tháp đệm hấp thu SO 2 là một trong những phương án ghóp phần vào việc xử lý khí thải ô nhiễm. Trong đồ án này sẽ đi khảo sát một phương án: Xử lý SO 2 bằng phương pháp hấp thụ với dung môi là nước. Sau 15 tuần tìm hiểu, tính toán và nhận được sự hướng dẫn nhiệt tình của cô giáo hướng dẫn và các thầy cô bộ môn nhưng do chưa có nhiều kinh nghiệm tính toán, nên không thể tránh khỏi những sai sót, em rất mong nhận được ý kiến của các thầy, cô để đồ án sau có kết quả tốt hơn. Em xin chân thành cảm ơn! ~3~ Phạm Kim Ngọc - KTMT K52 THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Đề tài thiết kế Thiết kế hệ thống hấp thụ loại tháp đệm. Tháp làm việc ở điều kiện áp suất 5 atm và nhiệt độ 30°C. Dung môi hấp thụ là H2O. Các số liệu ban đầu và tính toán Hỗn hợp khí cần tách : SO2 - không khí. Dung môi : H2O Lưu lượng khí thải vào tháp (Nm3/h) : 9 000 Nồng độ khí thải vào tháp : 3,0 (% thể tích) Nồng độ cuối của dung môi (% trọng lượng) :1 Hiệu suất quá trình hấp thụ (%) : 80 Phần I. Tính toán thiết kế tháp đệm I. Tính toán các điều kiện ban đầu Theo bài hỗn hợp đầu vào là hỗn hợp khí nên nồng độ phần thể tích chính là nồng độ phần mol. ⇒ yd=0,03 Chuyển nồng độ thể tích sang nồng độ phần mol tương đối. Yd = yd 1 − yd ⇒ Nồng độ đầu của SO2 trong pha khí: ~4~ Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường Yd = 0, 03 = 0, 03093 (kmol SO2/kmol khí trơ). 1 − 0, 03 Nồng độ cuối của SO2 trong pha khí: η= Yd − Yc = 0,8 ⇒ Yd - Yc = 0,8Yd => 0,2Yd = Yc Yd ⇒Yc = 0,2.0,03093 = 6,186.10-3 (kmol SO2/kmol khí trơ) yc: nồng độ phần mol của khí cần hấp thụ trong hỗn hợp Yc = yc = 6,186.10−3 ⇒ yc =6,148.10-3 (kmol SO2/ kmol hỗn hợp khí). 1 − yc Nồng độ mol tương đối trung bình: Yd + Yc 0, 03093 + 6,186.10−3 Ytb = = = 0, 0186 (kmol SO2/kmol khí trơ) 2 2 Nồng độ phần mol trung bình: ytb = Ytb 0, 0186 = = 0, 01826 (kmol SO2/ kmol hỗn hợp khí). 1 + Ytb 1 + 0, 0186 Lưu lượng hỗn hợp khí: Lượng khí trơ: Gtrơ = =401,786.(1- 0,03)= 389,73 Lượng SO2 được hấp thụ: Nồng độ đầu của SO2 trong nước : Nồng độ cuối của SO2 trong nước : Theo bài ra x’c=1 % khối lượng. ⇒ Nồng độ phần mol của SO2 trong dung môi : x 'c 1% M SO2 64 xc = = = 2,833.10−3 x 'c 1 − x 'c 1% 1 − 1% + + 64 18 M SO2 M H 2O ~5~ ( kmol SO2/kmol H2O) Phạm Kim Ngọc - KTMT K52 Nồng độ phần mol tương đối của SO2 trong dung môi xc 7, 044.10 −4 Xc = = = 7, 05.10−4 −4 1 − xc 1 − 7, 044.10 ( kmol SO /kmol H O). 2 2 Xây dựng đường cân bằng và đường làm việc • Phương trình đường cân bằng có dạng Y= mX 1 + (1 − m) X ) X= Y (m − 1)Y + m ) Với m = ψ hằng số cân bằng pha. P ψ : Hệ số Henry (mmHg) P : Áp suất chung của hỗn hợp khí. P=5atm , T=30°C. Tra bảng IX.1( Sổ tay quá trình thiết bị công nghệ hóa chất – tập 2), ta có ψ SO (300C) = 0,0364.106 (mmHg). 2 Yc 0, 0364.106 ⇒ m= = 9,579 5.760 Gx, Xd ⇒ Phương trình cân bằng : Y= 9,579 X (kmol SO2/kmol khí trơ) 1 − 8,579 X X= Y ( kmol SO2/kmol H2O) 8,579Y + 9,579 Gy, Yd Xc • Phương trình đường làm việc Phương trình cân bằng vật liệu đối với khoảng thể tích thiết bị kể từ một tiết diện bất kỳ tới phần trên của thiết bị ~6~ Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường Gtr(Y – Yc) = Gx(X – Xd) Trong đó : Xd: nồng độ ban đầu của cấu tử cần hấp thụ trong dung môi. (kmol SO2/kmol H2O) Yc: nồng độ cuối của cấu tử cần hấp thụ trong hỗn hợp khí (kmol/kmol khí trơ) Gx: lưu lượng dung môi đi vào thiết bị hấp thụ (kmol/h). Gtr:: lượng khí trơ đi vào thiết bị hấp thụ (kmol/h). Từ phương trình cân bằng vật liệu ta có: - Nồng độ cuối của cấu tử cần hấp thụ trong dung môi: G 1 X c = tro (Yd − Yc ) = (Yd − Yc ) = 2,84.10−3 (kmol SO2/kmol H2O) Gx l - Lượng dung môi tiêu tốn thực tế: Yd − Yc 0, 03093 − 6,186.10 −3 l= = = 8, 7 (kmol H2O/kmol không khí) Xc 2,84.10−3 - Lưu lượng dung môi đi vào thiết bị Gx: Gx = l.Gtrơ =8,7. 389,73 = 3390,65 (kmol/h) - Phương trình đường làm việc cho một đoạn tháp bất kỳ: Gtrơ(Y - Yc) = Gx(X - Xd) => Y = Gx X + Yc = l. X + Yc Gtro ⇒ Phương trình đường làm việc: Y = 8,7.X + 6,186.10−3 X Y Ycb 0 0.006186 0 0.0002 0.007926 0.001919093 0.0004 0.009666 0.003844794 0.0006 0.011406 0.005777137 0.0008 0.013146 0.007716158 0.001 0.014886 0.009661889 0.0012 0.016626 0.011614368 ~7~ Phạm Kim Ngọc - KTMT K52 0.0014 0.018366 0.013573627 0.0016 0.020106 0.015539704 0.0018 0.021846 0.017512634 0.002 0.023586 0.019492451 0.0022 0.025326 0.021479194 0.0024 0.027066 0.023472898 0.0026 0.028806 0.025473599 0.0028 0.030546 0.027481335 0.00284 0.030894 0.027883729 Đồ thị đường cân bằng và đường làm việc trên cùng một hệ trục tọa độ ~8~ Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường II. Tính các thông số của tháp 1. Tính đường kính tháp đệm. a. Tính khối lượng riêng trung bình (tr 183) • Đối với pha lỏng aSO2 1 − aSO2 1 = + Áp dụng công thức: ρ xtb ρ SO2 ρ H 2O ρxtb : khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp lỏng, kg/m3. aSO2 : Phần khối lượng trung bình của SO2 trong hỗn hợp. ρ SO , ρ H O : khối lượng riêng của SO2 và H2O ở 30°C, kg/m3 2 2 Tra bảng: I.5 và I.2 ( Sổ tay quá trình và thiết bị-Tập 1) tại 30°C. ~9~ Phạm Kim Ngọc - KTMT K52 ρ H 2O = 995.68 (kg/m3) ρ SO2 (20°C)=1383(kg/m3) , ρ SO2 (40°C)=1327 (kg/m3) Nội suy ⇒ ρ SO2 (30°C)= 1355 (kg/m3) Phần khối lượng trung bình của SO2 trong pha lỏng. aSO2 = M SO .xtb 2 M SO2 .xtb + M H 2O (1 − xtb ) Với xtb là nồng độ phần mol trung bình của cấu tử cần hấp thụ trong pha lỏng. ( kmol SO2/kmol H2O) xd + xc 0 + 2,84.10 −3 ⇒ xtb = = = 1, 42.10 −3 ( kmol SO2/kmol H2O) 2 2 ⇒ aSO2 64.1, 42.10−3 = =5,03.10-3 −3 −3 64.1, 42.10 + 18.(1 − 1, 42.10 ) Khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp lỏng ρ xtb = aSO2 ρ SO2 1 1 = = 997 1 − aSO2 5, 03.10 −3 1 − 5, 03.10 −3 (kg/m3) + + 1355 995, 68 ρ H 2O • Đối với pha khí Áp dụng công thức: Pj = mi mj V .RT ⇒ mj V = ρj = Pj .M RT Khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp khí đi trong tháp: ⇒ ρ ytb = P.M y RT = M y T0 P . . ( kg / m3 ) 22, 4 T P0 ~ 10 ~ j Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường Với: ρ ytb : Khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp khí đi trong tháp. My: Phân tử lượng trung bình của hỗn hợp khí. T0: Nhiệt độ ở đktc. T0=273°K. T: Nhiệt độ làm việc của tháp. T= 273+30=303 °K. P0: Áp suất ở đktc P0=1 atm. P: Áp suất làm việc của tháp P= 5atm. Tính Mytb . Mytb = ytb. M SO + (1 - ytb). M KK =0,01826.64 + (1-0,01826).29= 29,64 (kg/kmol) 2 29, 64 273 5 . . = 5,96 (kg/m3) 22, 4 303 1 ⇒ ρ ytb = Tính độ nhớt µ x , µ y * Đối với pha lỏng µ x Áp dụng công thức: lg µ x = xtb . lg µ SO + (1 − xtb ). lg µ H O 2 2 Trong đó: - xtb: phần mol trung bình của SO2 trong hỗn hợp lỏng, xtb = 1,42.10-3 (kmol SO2/kmol H2O) - µ SO , µ H O : độ nhớt của SO2 và H2O ở 300C, Ns/m2. 2 2 Tra bảng I.102 ( Sổ tay quá trình thiết bị công nghệ hóa chất – Tập 1, Tr ) Ta có: µ H O (300C) = 0,8.10-3 (Ns/m2) 2 Tra bảng I.101, ta có: µ SO (300C) = 0,279.10-3 (Ns/m2) 2 => lg µ x = 1,42.10-3. lg (0,279.10-3 )+ (1 – 1,42.10-3).lg(0,8.10-3) => lg µ x = -3,0976 => µ x = 7,988.10-4 (Ns/m2) * Đối với pha khí: ~ 11 ~ Phạm Kim Ngọc - KTMT K52 Áp dụng công thức: My µy = y tb .M SO2 + µ SO2 (1 − y tb ).M KK µ KK Trong đó: µ y , µ SO , µ KK : độ nhớt trung bình của pha khí, của SO 2 và của không khí - 2 ở nhiệt độ làm việc t = 300C, Ns/m2. - M y , M SO2 , M KK : khối lượng phân tử của pha khí, của SO 2 và của không khí ở 300C, P = 5 atm. Tra đồ thị I-35( Sổ tay quá trình thiết bị công nghệ hóa chất – tập 1), ta có: µ SO (300C) = 128.10-7 Ns/m2 2 µ KK (300C) = 181.10-7 Ns/m2 ⇒ µy = My ytb .M SO2 µ SO2 + (1 − ytb ).M KK µ KK = 29, 64 = 1, 78.10−5 ( Ns / m2 ) 0, 01826.64 (1 − 0, 01826).29 + 128.10−7 181.10 −7 b. Đường kính tháp. Áp dụng công thức: D = 4Vtb Vtb = π .3600ωtb 0, 785ωtb (m) - Vytb: lượng khí trung bình đi trong tháp, m3/h. - ω ytb : tốc độ khí trung bình đi trong tháp, m/s. * Tính lưu lượng thể tích khí và lỏng trung bình đi trong tháp: Vtb = G ytb .M ytb ρ ytb (m3/h) Trong đó: - Gytb : lưu lượng khí trung bình đi trong tháp, kmol/h - Mytb: khối lượng phân tử trung bình của khí trong tháp, kg/kmol ρ ytb : khối lượng riêng trung bình của khí trong tháp, kg/m3 => G ytb = G yd + G yc = Gtro (1 + Ytb ) 2 Ytb = 0,0186 (kmol SO2/kmol khí trơ) ~ 12 ~ Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường - Lưu lượng khí trung bình đi trong tháp Gytb: => Gytb = 389,73 (1 + 0,0186) = 396,98 (kmol/h) ⇒ Vytb = 396,98.29, 64 = 1974, 24 (m3/h) 5,96 Lượng hơi trung bình trong tháp(kmol/h): Gy = Gytb. Mytb= 396,98. 29,64=11766,487 (kg/h). - Lưu lượng lỏng trung bình đi trong tháp: G + G xc G xtb = xd (kg/h) 2 Gxd = 15306,62(kmol/h) Gxc = Gxd + GSO bị hấp thụ 2 G SO2bihapthu 43, 47 = 15328,355 (kmol/h) 2 2 Mxtb=xtb.MSO2 +(1- xtb).MH2O=1,42.10-3.64+(1-1,42.10-3).18=18,065 Lượng lỏng trung bình (kg/h). Gx= Gxtb. Mxtb =15328,355 × 18,016 = 276155,6437 (kg/h) ⇒ Gxtb = Gxd + Vxtb = = 15306, 62 + Gxtb .M xtb 276155, 6437.18, 065 = = 5003,85 ( m3/h) ρ xtb 997 *Tính vận tốc của khí đi trong tháp ω ytb , m/s. Áp dụng công thức: Y =1,2.e-4X 0,16 ωs2 .σ d .ρ ytb  µ x  Với Y =  ÷ g .Vd3 .ρ xtb  µn  G X = x  Gy  1 4 1 8   ρ ytb  ÷ ÷  ρ xtb ÷    ω s : tốc độ đảo pha, m/s Vđ: thể tích tự do của đệm, m3/m3 σ d : bề mặt riêng của đệm, m2/m3 ~ 13 ~ Phạm Kim Ngọc - KTMT K52 Tháp hấp thụ SO2 mang tính axit nên ta chọn đệm vòng Rasig đổ lộn xộn: đệm bằng sứ kích thước 30×30×3,5. Vđ= 0,76 m3/m3 σ d = 165 m2/m3 Gx, Gy: lượng lỏng và lượng hơi trung bình (kg/s). Gy =11766,487 (kg/h) = 11766,487/3600 (kg/s). Gx= 276155,6437 (kg/h) = 276155,6437 /3600(kg/s). g: gia tốc trọng trường, g=9,81m/s2 µ x , µ n : độ nhớt của pha lỏng theo nhiệt độ trung bình và độ nhớt của nước ở 200C, Ns/m2. µ n (20 0 C ) = 1,005.10-3 (Ns/m2) µ x (30 0 C ) = 7,988.10-4(Ns/m2) ρ xtb , ρ ytb : khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và pha khí (kg/m3) ρ x = ρ xtb = 997 (kg/m3) ρ y = ρ ytb = 5,96 (kg/m3)  ⇒ X =  Gx  Gy  1 1 1 1  4  ρ ytb  8  246522,3 / 3600  4  5,96  8 = ÷  ÷ = 0,513 ÷  ρ xtb ÷  276155, 6437 / 3600 ÷ 997       Từ phương trình của Y ta có: ωs = 1, 2.e−4 X × g × Vd3 × ρ xtb 0,16 µ  σ d × ρ ytb ×  x ÷  µn  = 1, 2.e−4.0,513 × 9,81× 0, 763 × 996 0,16  7,988.10−4  165.5,96 ×  −3 ÷  1, 005.10  = 0,835 m/s Theo thực nghiệm thì quá trình chuyển khối ở chế độ sủi bọt là tốt nhất, xong thực tế tháp đệm chỉ làm việc ở tốc độ đảo pha vì nếu tăng nữa sẽ rất khó bảo đảm quá trình ổn định. Vì vậy Tốc độ thích hợp tính theo phương pháp này thường bằng khoảng: ω y = (0,8 ÷ 0,9) ω dp Ta chọn: ω y = 0,85. ω dp = 0,85.0,835= 0,71 (m/s) Thay các giá trị ta có đường kính tháp. => Đường kính của tháp: ~ 14 ~ Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường D= 4.1974, 24 = 0,992(m) 3600.3,14.0, 71 Quy chuẩn D=1(m) => Lúc này tốc độ khí trung bình đi trong tháp là: ϖ ytb = 4.Vytb D 2 .3600.π = 4.1974, 24 = 0, 70(m / s ) 12.3600.3,14 có ω ytb ≈ (0,8 ÷ 0,9) ω dp => kết quả phù hợp Kiểm tra điều kiện thiết kế d dem 4.Vd 4.0, 76 1 = = = 0, 018 < = 0, 02 D σ d .D 165.1 50 ⇒Đệm trên là phù hợp. Kiểm tra theo mật độ tưới - Mật độ tưới thực tế: U tt = Vx ,m3 /m2.h Ft Vx: Lưu lượng thể tích của chất lỏng ,m3/h. Ft: Diện tích mặt cắt tháp. Ft = π.D2/4 = 3,14.12/4 = 0,785 ,m2. Vx= 5003,85 (m3/h). ⇒ U tt = Vx 5003,85 = = 6374,33 , m3 /m2.h Ft 0, 785 - Mật độ tưới thích hợp: Ut.h = δ d .B (m3/m2.h) B= 0,158 m3 /m.h , δ d : bề mặt riêng của đệm, δ d =165 (m2/m3) Ut.h=0,158.165=26,07 ,m3 /m2.h U t .t 6374,33 = = 244,5 > 1 ⇒ U t .h 26, 07 ~ 15 ~ Phạm Kim Ngọc - KTMT K52 ⇒ Đệm thấm ướt tốt. 2. Tính chiều cao tháp đệm Áp dụng công thức xác định chiều cao của lớp đệm: Hđ = my.hy ,m. Trong đó: my : số đơn vị chuyển khối xác định theo nồng độ trong pha hơi (khí) hy : chiều cao của một đơn vị chuyển khối. * Tính chiều cao của một đơn vị chuyển khối Ta áp dụng công thức: hy = h1 + m. Gy Gx .h2 ,m. Trong đó: h1, h2 : chiều cao của một đơn vị chuyển khối pha khí, pha lỏng (m) Gx, Gy: lưu lượng trung bình của pha lỏng, pha khí (kg/h) m: hệ số góc của đường cong cân bằng * Tính h1. h1 = Áp dụng công thức: Vd Re0,25 .Pry2/3 , m y a.ψ .δ d Trong đó: Vđ: Thể tích tự do của đệm Vđ= 0,76 (m3/m3) a: hệ số phụ thuộc vào dạng đệm. Đệm vòng a= 0,123. Rey : chuẩn số Reynold cho pha hơi. Pry : chuẩn số Prandt cho pha hơi. Ψ: Hệ số thấm ướt của đệm Ta có: Re y = 4.ω y .ρ y δ d .µ y Trong đó: ω y : vận tốc khí đi trong tháp (m/s) ~ 16 ~ Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường ω y = ω ytb = 0, 7(m / s ) ρ y : khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp khí trong tháp (kg/m3) ρ y = ρ ytb = 5,96(kg / m3 ) δ d : bề mặt riêng của đệm, δ d =165 (m2/m3) µ y :độ nhớt trung bình của pha khí, (Ns/m2) Re y = Pry = 0, 4.ω y .ρ y δ d .µ y = 0, 4 × 0, 70 × 5,96 = 568, 2 165 ×1, 78.10−5 µy ρ y .D y Trong đó: µ y : độ nhớt hỗn hợp khí, (Ns/m2) ρ y : khối lượng riêng trung bình của pha khí, (kg/m3) Dy : hệ số khuếch tán của pha khí, m2/s Dy = DSO2 − kk 4,3.10 −7.T 1,5 = . 1/3 2 P(u1/3 + u ) SO2 kk  1 1  2 + ,m / s  ÷ ÷ M M kk   SO2 T : nhiệt độ K, T = 273 + 30 = 303K P = 5 atm =5,163 at M SO , M kk : khối lượng mol của SO2, không khí (kg/kmol) 2 u SO , u kk : thể tích mol của SO2, không khí (cm3/mol) 2 Tra bảng VIII.2 – II (tr 127). => uSO2 = 44,8(cm3 / mol ) ukk = 29,9(cm3/mol) ⇒ DSO2 −kk 0, 0043.10−4 × 3031,5 1 1 −6 2 = × + = 2, 22.10 ( m / s) 5,163 × (44,81/3 + 29,91/3 ) 2 64 29 µy 1, 78.10 −5 = = 1,345 => Pry = ρ y .Dy 5,96 × 2, 22.10−6 Tính ψ. ~ 17 ~ Phạm Kim Ngọc - KTMT K52 Ψ: phụ thuộc vào tỷ số giữa mật độ tưới thực tế lên tiết diện ngang của tháp và mật độ tưới thích hợp. Ta có: U t .t 6374,33 = = 244,5 > 1 U t .h 26, 07 ⇒ψ=1 ⇒ h1 = Vd 0, 76 Re0,25 .Pry2/3 = .568, 20,25.1,3452/3 = 0, 223 m y a.ψ .δ d 0,123.1.165 * Tính h2 chiều cao của một đơn vị chuyển khối trong pha lỏng 1/3  µ x2  h2 = 256.  2 ÷ .Re 0,25 .Prx0,5 (m) x  ρx  Trong đó: µ x : độ nhớt trung bình của pha lỏng, Ns/m2 ρ x : khối lượng riêng trung bình của pha lỏng,kg/m3 Ta có: Re x = 0, 04.Gx 0,04.276155, 6437 = = 29, 63 Ft .δ d .µ x 3600.0,785.165.7,996.10−4 Với: δ d : bề mặt riêng của đệm (m2/m3), δ d = 165(m2/m3) Gx: lưu lượng trung bình của pha lỏng, Gx=276155,6437/3600 (kg/s). Ft: Diện tích mặt cắt tháp. Ft = 0,785,m2. µ x : độ nhớt trung bình của pha lỏng = 7,996.10-4 Ns/m2 Prx = µx Dx .ρ xtb Trong đó: ρ xtb : khối lượng riêng trung bình của pha lỏng, kg/m3 Dx : hệ số khuếch tán trong pha lỏng, m2/s ~ 18 ~ Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường 1 1 + M SO MH O 10 −6 Dx20 = 2 AB. µ H O .(u 2 2 1/ 3 SO2 +u 1/ 3 H 2O ) 2 (m 2 / s) Trong đó: Dx20 : hệ số khuếch tán của dung dịch lỏng ở 200C (m2/s) M SO , M H O : khối lượng mol của SO2, H2O (kg/kmol) 2 2 M SO = 64 (kg/kmol) 2 M H O = 18 (kg/kmol) 2 A, B: hệ số liên hợp Với các chất khí tan trong nước A = 1. Với dung môi là nước B = 4,7. µ H O : độ nhớt của nước ở 200C, µ H O = 1cp = 10-3 Ns/s. 2 2 u SO , u H O : thể tích mol của SO2, H2O (cm3/mol) 2 2 u SO 2 = 44,8 (cm3/mol) u H O = 18,9 (cm3/mol) 2 1 1 + 2 64 18 − 9 (m /s) = = 1 , 469 . 10 4,7 ⋅ 1 ⋅ (44,81 / 3 + 18,91 / 3 ) 2 10− 6 ⇒ Dx20 Dxt = Dx20 [1 + b(t - 20)] (m2/s) Trong đó: b= 0,2. µ H O 2 3 ρ µ H O : độ nhớt của nước ở 200C, µ H O = 1cp = 10-3 Ns/s. 2 2 ρ : khối lượng riêng của nước ở 200C. Tra bảng I.5 => ρ = 998,23 (kg/m3) => b = 0,2. 1 = 0,02 3 998,23 ~ 19 ~ Phạm Kim Ngọc - KTMT K52 => Dx 30 = 1, 469.10−9 × [ 1 + 0, 02.(30 − 20) ] = 1, 763.10 −9 7,988.10−4 => Prx = = 454, 45 997 ×1, 763.10 −9 2/3  7,988.10−4  0,25 0,5 ⇒ h2 = 256.  ÷ 29, 63. .454, 45 = 1,1(m) 997   *Tính m hệ số góc của đường cân bằng Dựa vào bảng số liệu => m = 9,83 ⇒ Chiều cao của một đơn vị chuyển khối hdv = 0,223+ 9,83.11766, 487 .1,1 =0,27 m 276155, 6437 *Tính số đơn vị chuyển khối xác định theo nồng độ trong pha khí my = Yd dY ∫ Y − Ycb Yc Y : thành phần làm việc của hơi. Ycb : thành phần mol cân bằng của hơi. Ta xác định số đơn vị chuyển khối theo phương pháp tích phân đồ thị. Việc tính tích phân đó có thể dựa voà việc vận dụng đồ thị 1 1 trong hệ toạ độ Y − Ycb Y − Ycb Y. Giá trị của tích phân bằn diện tích hình thang cong giới hạn bởi đồ thị 1 Y − Ycb và đường Yd = 0,03093 (kmol SO2/kmol không khí) Yc = 6,186.10-3 (kmol SO2/kmol không khí) Bảng số liệu cho đồ thị tích phân Y Ycb 1/(Y-Ycb) 0.006186 0 161.6553508 0.007926 0.001919093 166.4750201 ~ 20 ~ Si 0.285473423 Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường 0.009666 0.003844794 171.7857029 0.294286829 0.011406 0.005777137 177.6557791 0.304014089 0.013146 0.007716158 184.1674056 0.314786171 0.014886 0.009661889 191.4201415 0.326761166 0.016626 0.011614368 199.5357837 0.340131655 0.018366 0.013573627 208.664911 0.355134604 0.020106 0.015539704 218.995887 0.372064894 0.021846 0.017512634 230.7674693 0.39129412 0.023586 0.019492451 244.2868323 0.413297242 0.025326 0.021479194 259.9559227 0.438691197 0.027066 0.023472898 278.3110195 0.46829224 0.028806 0.025473599 300.0839164 0.503203594 0.030546 0.027481335 326.2998994 0.54495392 0.030894 0.027883729 332.1960289 0.114578292 �Si=5,5 Diện tích miền giới hạn của đường cong ta được: S = 5,5. Diện tích hình thang cong chính bằng số đơn vị chuyển khối là my =5,5. ⇒ Chiều cao của lớp đệm: H = my.hdv=5,5.0,27=1,485 m. Quy chuẩn H=1,5 Đây thực chất là chiều cao lớp đệm. Chiều cao của tháp ngoài chiều cao của lớp đệm còn tính đến chiều cao từ mặt trên của đệm đến đỉnh tháp và từ mặt dưới đệm tới đáy tháp. Áp dụng công thức: Htháp = Hđệm + Hđệm- nắp + Hđệm- đáy • Hđệm-nắp =1m ~ 21 ~ Phạm Kim Ngọc - KTMT K52 • Hđệm-đáy =1m Vậy chiều cao tháp Htháp = 1+1+1,5=3,5 m. 3. Trở lực tháp đệm Áp dụng công thức: ∆ P = ∆ Pu + ∆ Pk Trong đó: ∆ Pk : Tổn thất đệm khô ∆ Pu : Tổn thất đệm ướt Tháp hấp thụ đạt hiệu suất cao nhất khi vận tốc của khí bằng vận tốc điểm đảo pha. => Trở lực của tháp đệm đối với hệ khí - lỏng tại điểm đảo pha có thể xác định được bằng công thức sau: 0,405 0,225 0,045    Gx   ρy   µx  ∆Pu = (1 + K )∆PK = ∆PK . 1 + A1  . ÷ . ÷  G ÷ ÷  ÷  ÷    y  ρy   µy    Trong đó: ∆ Pu: tổn thất áp suất khi đệm ướt tại điểm đảo pha có tốc độ của khí bằng tốc độ của khí đi qua đệm khô (N/m2) ∆ PK: tổn thất của đệm khô (N/m2) Gx, Gy: lưu lượng của lỏng và của khí (kg/h) Gy =11766,487 (kg/h) = 11766,487/3600 (kg/s). Gx= 276155,6437 (kg/h) = 276155,6437 /3600(kg/s). ρ x , ρ y : khối lượng riêng của lỏng và của khí (kg/m3) ρ y =5,96(kg/m3) ρ x =997(kg/m3) µ x , µ y : độ nhớt của lỏng và khí (Ns/m2) µ y = 1, 78.10−5 ( Ns / m 2 ) µ x = 7,996.10-4 (Ns/m2) Hệ số A1: hệ số (ứng với điểm tốc độ làm việc bằng 0,85 tốc độ pha) => A1 = 5,1 * Tổn thất áp suất của đệm khô tính theo công thức: ~ 22 ~ Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường 2 2 H ρ y .ω t λ' H .δ d ω y .ρ y ∆PK = λ . . = . 3 d td 2 4 Vd 2 ' • H • ωy • ρy : chiều cao lớp đệm, H = 1,5 (m) : vận tốc khí trung bình đi trong tháp • µy : độ nhớt trung bình của hỗn hợp khí trong tháp (Ns/m2) • δd : bề mặt riêng của đệm (m2/m3) • Vd : thể tích tự do của đệm ( m3/ m3) ω y= 0,7 (m/s) : khối lượng riêng trung bình cúa hỗn hợp khí trong tháp, kg/m3 Nhng Rey = 568,2 > 400 => tæn thÊt ¸p suÊt cña ®Öm kh« x¸c ®Þnh theo c«ng thøc : ∆PK = 1,56 H .ω 1y,8 .ρ y0,8 .δ y1, 2 .µ y0, 2 [II-189] Vd3 • H • ωy • ρy : chiều cao lớp đệm, H = 1,5 (m) : vận tốc khí trung bình đi trong tháp • µy : độ nhớt trung bình của hỗn hợp khí trong tháp (Ns/m2) • δd : bề mặt riêng của đệm (m2/m3) • Vd : thể tích tự do của đệm ( m3/ m3) ω y= 0,7 (m/s) : khối lượng riêng trung bình cúa hỗn hợp khí trong tháp, kg/m3 ⇒Trở lực đệm khô: 1,56 ×1,5 × 0, 71,8 × 5,960,8 ×1651,2 × (1, 78.10−5 ) 0,2 ∆PK = = 601,5( N / m 2 ) 3 0, 76 ⇒ Trở lực đệm ướt 0,045 0,405 0,225   7,996.10 −4    276155, 6437/3600   5,96  ∆Pu = 601,5. 1 + 5.1 ÷ .  997 ÷ .  1, 78.10 −5 ÷  11766, 487/3600         ⇒ ∆Pu =4731,46 ~ 23 ~ Phạm Kim Ngọc - KTMT K52 ⇒ ∆P = ∆Pk + ∆Pu = 601,5 + 4731, 46 = 5333( N / m 2 ) PHẦN 2: TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ PHỤ I. Các thông số đặc trưng của bơm Áp suất mặt thoáng P1= 9,81.104 N/m2 Áp suất làm việc P= 5 atm=5×1,013.105=5,065.105 N/m2 Gia tốc trọng trường g=9,81 m/s2 Ở 300C: ρ H 2O = 995.68 (kg/m3) μnước=0,8.10-3 Ns/m2 Áp suất toàn phần của bơm H(m): Áp dụng phương trình becnulli ta có 2 2’ 2’ 1’ 1 1’ P1 Mặt cắt 1-1 và 1’-1’: Pv ω v2 P1 ω12 + = + + H h + hmh (1) ρ .g 2.g ρ .g 2.g Mặt cắt 1-1 và 2-2 ~ 24 ~ Hh 1 Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường Pr ω r2 P2 ω 22 + = + + H d + hmd (2) ρ .g 2.g ρ .g 2.g Trong đó: P1: áp suất bề mặt nước không gian hút P2: áp suất không gian đẩy ρ: khối lượng riêng của nước Pv: áp suất trong ống hút lúc vào bơm Pr: áp suất của chất lỏng trong ống đẩy lúc ra khỏi bơm Hh, Hd: chiều cao ống hút và ống đẩy hmh, hmd: tổn thất áp suất do trở lực gây ra trong ống hút và ống đẩy ∆P hmh + hmd= ρ .g ∆P : Áp suất toàn phần cần thiết để khắc phục sức cản thủy lực trong hệ thống, áp suất toàn phần của bơm là hiệu áp suất giữa hai giai đoạn hút và đẩy ω1: vận tốc nước ở bể chứa, ω1=0 ω2: vận tốc nước khi vào tháp hay trong ống đẩy ω1’: vận tốc nước khi vào bơm ω2’: vận tốc nước khi ra khỏi bơm Thực tế: ω2 = ω2’ P2 − P1 ω1' + ⇒ H = H 0 + hm + ρ .g 2.g Xác định tổn thất áp suất do trở lực gây ra trên đường ống hút của bơm hmh = ∆Ph ρ .g Trong đó: ∆Ph = ∆Pd + ∆Pm + ∆Pc ∆ Pd : áp suất động lực học cần thiết để tạo tốc độ cho dòng chảy ra khỏi ống ρ .ω h2 ∆Pd = 2 ∆ Pm : áp suất để khắc phục trở lực ma sát khi chảy ổn định trong ống thẳng L ρ .ω h2 ∆Pm = λ . dh 2 ∆ Pc : áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ ω h2 .ρ ∆Pc = ξ . 2 ~ 25 ~ Phạm Kim Ngọc - KTMT K52 ρ .ω h2 ω h2 .ρ L ω h2 .ρ ∆ Ph = ∆ Pd + ∆ Pm + ∆ Pc = + λ. . + ξ. 2 dh 2 2 ρ .ω h2 = 2 Đường kính ống hút: d h =  L 1 + ξ + λ. dh     V 0, 785 × ωh Trong đó: V là lưu lượng thể tích chất lỏng đi trong ống, m3/s Gxd .M H 2O 3390, 65 ×18 V= = = 0, 017(m3 / s ) ρ H 2O .3600 3600 × 997 Theo bảng II.2(I-370) chất lỏng trong ống hút của bơm có ω h=0,8-2,0 (m/s). Chọn ωh = 1,5 (m/s) → d h = ⇒ ωh = 0, 017 = 0,12(m) 0, 785 ×1,5 0, 017 = 1,5( m / s) 0,12 2 × 0, 785 Chuẩn số Re của chất lỏng trong ống hút Re = ωh .d h .ρ H 2O µ H 2O = 1,5 × 0,12 × 997 = 224325 >> 4000 0,8.10−3 Dòng ở chế độ chảy xoáy nên hệ số ma sát được tính như sau  6,81  0,9 ∆  1 = −2.lg   ÷ + Re 3, 7 λ     Trong đó: ε: độ nhám tuyệt đối. Chọn vật liệu làm ống là thép nối không hàn → ε = 0,07.10 −3 Δ: độ nhám tương đối, được xác định theo công thức: ε 0,07 × 10−3 ∆= = = 5,8 × 10−4 dh 0,12  6,81  0,9 5,8 × 10 −4  1 = −2.lg  →  ÷ + 224325 3, 7 λ     λ = 0, 019 Hệ số trở lực cục bộ: Chất lỏng vào ống thẳng, đầu ống hút có lắp lưới chắn đan bằng kim loại ~ 26 ~ Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường ξ = 1 + ξc Với ξ c = ξ 0 .α ξ0 = 0,13 F0 Chọn F = 0,9 → α = 1, 0 T Bảng II.16 (Sổ tay I- 382,384) → trở lực của ống có lắp lưới chắn đan bằng kim loại là ξ ong = 1 + 0,13 × 1 = 1,13 Trên ống hút còn lắp 1 van 1 chiều. Theo I-399→ ξvan = 1,9 ÷ 2,1 Chọn ξ = 2 → ξ h = 1,13 + 2 = 3,13 Tra bảng II-34 (I-441) sự phụ thuộc chiều cao hút của bơm ly tâm vào nhiệt độ. Ở nhiệt độ làm việc T=300C thì chiều cao hút của bơm ở khoảng 4m thì đảm bảo không xảy ra hiện tượng xâm thực. Tuy nhiên để loại trừ khả năng dao động trong bơm nên giảm chiều cao hút khoảng 1÷1,5m so với giá trị trong bảng. Vậy chọn chiều cao hút là 2,5 m. ⇒ Áp lực toàn phần cần thiết để khắc phục sức cản thủy lực là: ∆Ph = 997 2,5   .1,52 ×  1 + 3,13 + 0, 019. = 5076,3( N / m 2 ) ÷ 2 0,12   → hmh = 5076,3 ∆Ph = 0,52(m) = ρ .g 997 × 9,81 Xác định tổn thất áp suất do trở lực gây ra trên đường ống đẩy: Đường kính ống đẩy: Theo bảng II.2( I-370) vận tốc chất lỏng trong ống đẩy của bơm là ωd= 1,5-2,5 m/s. Chọn ωd = 2,0 m/s => d d = 0, 017 = 0,104(m) 0, 785 × 2 Quy chuẩn dd = 10cm Vận tốc của ống đẩy là ωd = 0, 017 = 2,17(m / s) 0,102 × 0, 785 Chuẩn số Re của chất lỏng trong ống đẩy ~ 27 ~ Phạm Kim Ngọc - KTMT K52 Re = ωd .d d .ρ H 2O µ H 2O = 2,17 × 0,10 × 997 = 280684 > 4000 8.10−4 Dòng ở chế độ chảy xoáy nên hệ số ma sát được tính như sau  6,81 0,9 ∆  1 = −2.lg   (I-380) ÷ + 3, 7  λ  Re  Trong đó: ε: độ nhám tuyệt đối. Chọn vật liệu làm ống là thép nối không hàn → ε = 0,07.10 −3 Δ: độ nhám tương đối, được xác định theo công thức: ε 0, 07 ×10−3 −4 ∆= dd = 0,1 = 7.10  6,81 0,9 7 ×10 −4  1 = −2.lg  →  ÷ + 280684 3, 7 λ     λ = 0, 0194 Theo bảng II.16(I-393), Đối với thành nhẵn Re > 2.10 5 thì bỏ qua tổn thất ma sát ξcong=A.B.C Góc θ = 90 0 → A = 1 R Chọn: d = 2 → B = 0,15 d a = 0,5 → C = 1,45 b θ => ξ cong = 1 × 0,15 × 1,45 = 0,2175 Hệ số trở lục cục bộ của toàn ống đẩy: ξ = ξcong + ξthang = 0, 2175 + 3,13 = 3,3475 Chọn chiều dài ống đẩy là Hd=12m. ⇒ Áp lực toàn phần cần thiết để khắc phục sức cản thủy lực là: ∆Pd = 997 2  12  × 2 × 1 + 3,3475 + 0, 0165 × = 10538,39( N / m 2 ) ÷ 2 0, 21   ∆Pd 10538,39 = 1, 08( m) ⇒ hmd = ρ .g = 997 × 9,81 ⇒ hm= hmh + hmd =0,5+1,08=1,58m P1 = 98100 − ∆Ph = 98100 − 4848,1 = 93251,9( N / m 2 ) ~ 28 ~ Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường P2 = ∆Pd + P = 10538,39 + 5, 065.105 = 517038, 39( N / m 2 ) Vậy áp suất toàn phần của bơm: H = 2,5 + 12 + 517038,39 − 93251,9 1,52 + + 1,58 = 59, 6(m) 997 × 9,81 2 × 9,81 Công suất của bơm: Công suất yêu cầu trên trục bơm: Q.g.H .ρ Áp dụng công thức: N = 10 3.η (kW) I-439 Trong đó - ρ: khối lượng riêng của nước, kg/m3 - N: hiệu suất của bơm, kW - ⇒ Q= 3 Gx .M H 2O Q: năng suất của bơm (m /s); Q= ρ H 2O .3600 ,m3/s 3390, 65 ×18 = 0,017 m3/s 997 × 3600 g: gia tốc trọng trường (m/s2) H: áp suất toàn phần của bơm tính bằng mặt cắt cột chất lỏng bơm η: hiệu suất của bơm η = η 0.η tlη tk Với η 0 : hiệu suất thể tích tính đến sự hao hụt chất lỏng chảy từ vùng áp suất cao đến vùng áp suất thấp và do chất lỏng rò từ các chỗ hở của bơm η tl : hiệu suất thủy lực η tk : hiệu suất cơ khí Hiệu suất toàn phần phụ thuộc vào loại bơm và năng suất. Khi thay đổi chế độ làm việc của bơm thì hiệu suất cũng thay đổi η 0 = 0,85 ÷ 0,96 Đối với bơm ly tâm: η tl = 0,8 ÷ 0,85 η ck = 0,92 ÷ 0,96 Chọn: η 0 = 0,9 ;η tl = 0,8 ;η ck = 0,9 →η = η 0.η tlη tk = 0,9.0,8.0,9 = 0,648 0, 017 × 997 × 9,81× 59, 6 = 15,3(kW ) Vậy công suất yêu cầu trên trục bơm: N = 1000 × 0, 648 Công suất động cơ điện Ndc(KW) N dc = N η tr .η dc Với: η tr = 0,85 : hiệu suất truyền động ~ 29 ~ Phạm Kim Ngọc - KTMT K52 η dc = 0,9 : hiệu suất động cơ điện N 15,3 N dc = = = 20(kW ) ηtr .ηdc 0,85 × 0,9 Thông thường động cơ điện được chọn có công suất lớn hơn so với công suất tính toán. Chọn β=1,15 c → N dc II. = β .N dc = 1,15 × 20 = 23(kW ) Máy nén khí Tháp làm việc ở điều kiện P=5atm, T=300C. Ta chọn máy nén ly tâm Máy nén ly tâm là một loại máy nén và đẩy khí nhờ tác dụng của lực ly tâm do bánh guồng sinh ra. Dùng máy nén ly tâm khi áp suất đẩy từ 2-10 at. Độ nén của máy ly tâm nhỏ nên máy có nhiều cấp thường từ 3-7 cấp. Độ nén trong một cấp từ 1,2-1,5 khi tốc độ vòng nhỏ hơn 200m/s. Đường kính bánh guồng từ 700-1400 mm. Cánh guông có thể cong ra hoặc hướng tâm Các điều kiện của khí đầu vào T=250C, P=1atm 1. Công của máy nén ly tâm Áp dụng công thức m −1   m  P2  m Ldb = R.T1. .  ÷ − 1 ( J / kg )  m − 1  P1    Trong đó: PA, PB: áp suất trước và sau khi nén, at T1: nhiệt độ đầu của khí, K T1=25+273=298 K m: chỉ số đa biến, m=1,2÷1,62. Chọn m=1,4 8314 2 8314 R: hằng số khí, R = M = 29, 64 = 280,5 y 2 B A 1 Pa ~ 30 ~ A B Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường Áp dụng phương trình becnulli cho mặt cắt 1-1 và mặt cắt A-A. chọn mặt cắt 1-1 làm chuẩn. P1 ω12 PA ω A2 + = + + Z A + hmh ρ .g 2.g ρ .g 2.g Do ống nằm ngang nên ZA=0. Chọn vận tốc khí trong bể chứa tĩnh: ω1 =0 PA P1 ω A2 = − − hmh → ρ . g ρ . g 2. g Phương trình becnulli cho mặt cắt 2-2 và B-B. Chọn mặt cắt B-B làm chuẩn PB ω B2 P2 ω 22 + = + + Z B + hmd ρ .g 2.g ρ .g 2.g Vận tốc khí trong ống đẩy: ω B = ω 2 → PB P = 2 + Z B + hmd ρ .g ρ .g Với: • P1 = Pa: áp suất khí quyển, P1 = 9,81.104 (N/m2) • P2: áp suất cuối ống đẩy, N/m2. PA = P1 − ∆Ph PB = P2 + ∆Pd • ZB : chiều cao ống đẩy • ρ : Khối lượng riêng của hỗn hợp khí thải ở điều kiện đầu vào của khí M y .T0 29, 64 × 273 ρ= = = 1, 2( kg / m3 ) 22, 4 × T1 22, 4 × 303 • hmh, hmd : trở lực trên đường ống hút và ống đẩy Xác định áp suất trước khi nén: PA = P1 − ∆Ph Trong đó: • P1 : áp suất khí quyển • ∆Ph = ∆Pd + ∆Pm + ∆Pc (như bơm ly tâm) → ∆Ph = ρ .ω h2 2   L 1 + λ . + ξ  dh   * Đường kính ống hút. dh = V 0,785.ω h ~ 31 ~ Phạm Kim Ngọc - KTMT K52 • V: Lưu lượng thể tích đầu vào của khí thải V 1974, 24 V= y = = 0,55(m3 / s ) 3600 3600 Khí trong ống dẫn P > 1at thì ω = 15 ÷ 25m/s Chọn vận tốc hút ωh = 25m/s. dh = 0,55 = 0,17(m) 0,785 × 25 Chuẩn số Reynol Re = ωh .d h .ρ 25 × 0,17 ×1, 2 = = 288135, 6 > 4000 µ 1, 77.10 −5 => Dòng ở chế độ chảy xoáy nên hệ số ma sát được tính như sau:  6,81 0,9 ∆  1 = −2.lg   ÷ + 3, 7  λ  Re  Trong đó: ε: độ nhám tuyệt đối. Chọn vật liệu làm ống là thép nối không hàn → ε = 0,07.10 −3 Δ: độ nhám tương đối, được xác định theo công thức: ∆= ε 0,07 × 10 −3 = = 4,12 × 10−4 dh 0,17 0,9  1 6,81 2, 06 ×10 −4   = −2.lg  +  → ÷ 3, 7 λ  1743220,34   → λ = 0, 0144 * Hệ số trở lực cục bộ trong ống hút: ξ h = ξ1 + ξ 2 Trong đó: • ξ1 : Hệ số trở lực của ống thẳng, đoạn ống thẳng có đầu lồi ra phía trước có ξ 1 = 0,5 • ξ 2 : hệ số trở lực của van Chọn van 1 chiều.Theo II.16 [I-399] ta có d h =0,17 m => ξ1 = 1,5 ÷ 1,9 nội suy ξ1 = 1,78 →trở lực cục bộ của ống hút ξ = ξ1 + ξ 2 = 0,5 + 1, 78 = 2, 28 Chọn chiều dài ống hút Hh =Lh =5 (m) ~ 32 ~ Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường 5,96 5   × 252 ×  1 + 2, 28 + 0, 0144 × = 6897,8( N / m 2 ) ÷ 2 0,17   → ∆Ph = → hmh = ∆Ph 6897,8 = = 118(m) ρ .g 5,96 × 9,81 → PA = P1 − ∆Ph = 9,81.104 − 6897,8 = 91202, 2( N / m 2 ) * Xác định áp suất sau nén: Áp dụng công thức: PB = P2 + ρ .g.Ld Trong đó: • P2: áp suất cuối đường ống đẩy P2 = ∆Ph + ∆Pd + P Với: ρ .ω d2 2 ∆Pd =  L 1 + ξ + λ . d dd     * Đường kính ống đẩy Theo II.2(I-370) khí trong ống đẩy của máy nén ω d = 15 ÷ 25m / s . Chọn vận tốc đẩy ω d = 20(m / s) → dd = 0,55 = 0,19(m) ⇒ dd = 19 cm 0, 785 × 20 Chuẩn số Re trên đường ống đẩy: Red = ωd .d d .ρ 20 × 0,19 × 5,96 = = 1272359,5 >> 4000 µ 1, 78.10−5 Dòng ở chế độ chảy xoáy nên hệ số ma sát tính theo công thức:  6,81 0,9 ∆  1 = −2.lg   ÷ + Re 3, 7  λ    Trong đó: • ε : Độ nhám tuyệt đối, chọn vật liệu làm ống là thép nối không hàn ⇒ ε = 0,07.10 −3 • ∆ : Độ nhám tương đối, được xác định theo công thức: ε 0, 07.10−3 ∆= = = 3,7.10−4 dd 0,19 Thay vào công thức:  6,81 0,9 3, 7.10−4  1 = −2.lg  → ÷ + 3, 7  1272359,5 λ     → λ = 0, 0162 ~ 33 ~ Phạm Kim Ngọc - KTMT K52 * Hệ số trở lực cục bộ trên đường ống đẩy Áp dụng công thức: ξ d = ξ1 + ξ 2 + ξ 3 Trong đó: • ξ1 : hệ số trở lực của ống thẳng; ξ1 =0,5 • ξ 2 : hệ số trở lực của van, chọn van 1 chiều. Theo bảng II.16 ta có dd = 0,19 m, nội suy⇒ ξ 2 =1,86 • ξ 3 : hệ số trở lực cục bộ của đường ống cong (I-393); ξ 3 =A.B.C Góc θ = 900 => A =1 R Chọn d =2 => B =0,15 d a = 0,5 => C =1,45 b → ξ 3 = 1×0,15×1,45 = 0,2175 →Hệ số trở lực cục bộ trên đường ống đẩy ξ d = ξ1 + ξ 2 + ξ 3 = 0,5+ 1,86+ 0,2175= 2,5775 Chọn chiều dài ống đẩy Hd =Ld =5 (m) vậy trở lực trong ống đẩy: ρ .ωd2  Ld  5,96 × 202  5  ∆Pd = ×  1 + 2,5775 + × 0, 0162 ÷ 1 + ξ + λ. ÷ = 2  dd  2 0,19   = 4772,55( N / m 2 ) Tổn thất áp suất trên đường ống đẩy: hmd = ∆Pd 4772,55 = = 81, 63(m) ρ ×g 5,96 × 9,81 → Áp suất cuối đường ống đẩy P2 = ∆Ph + ∆Pd + P = 4772,55+6897,8+506500 = 518170,35(N/m2) →Vậy áp suất sau khi nén là: PB = P2 + ρ .g .Ld = 518170,35+ 5,96× 9,81×5 = 518462,7(N/m2) Thay các số liệu vào công thức tính công của máy nén ta có: ~ 34 ~ Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường m −1 1,4 −1     1,4 m  P2  m 1, 4 518462, 7     Ldb = R.T1. .  ÷ − 1 = 280,5 × 303 × − 1 = 191267, 2( J / kg )   m − 1  P1  1, 4 − 1  91202, 2 ÷      2. Công suất máy nén *Công suất lý thuyết N lt = G.L (kW) 1000 Trong đó: • G: Công suất của máy nén, kg/s 11766, 487 G= = 3,3(kg / s ) 3600 • L: Công nén 1 kg khí • Nlt: Công suất lý thuyết ,kW → Nlt = 3,3 × 191267, 2 = 631, 2(kW) 1000 Công suất thực tế của máy nén N tt = N dn (kW) η dn Trong đó: • Ndn: công suất đẳng nhiệt, kw Ndn= 631,2 kW • η dn : hiệu suất đẳng nhiệt thường bằng 0,65÷ 0,75. Chọn η dn = 0,7 N 631, 2 dn → Ntt = η = 0, 7 = 901, 7(kW ) dn Công suất trên trục của máy nén N N hd = tt η ck Trong đó: • Nhd: công suất hiệu dụng, kW • η ck : hiệu suất cơ khí của máy nén. Đối với máy nén ly tâm η ck =0,96÷ 0,98. Chọn η ck = 0,97 → N hd = N tt 901, 7 = = 929, 6(kW) ηck 0,97 ~ 35 ~ Phạm Kim Ngọc - KTMT K52 4. Công suất của động cơ điện N dc = β . N hd η tr .η dc Trong đó: • β : hệ số dự trữ công suất thường lấy bằng 1,1÷1,15.Chọn β =1,15 • η tr : hiệu suất truyền động ( 0,96÷ 0,99 ) →η tr = 0,98 • η dc : hiệu suất động cơ điện η dc =0,95 N dc = β . N hd 929, 6 = 1,15 × = 1497, 7(kW) ηtr .ηdc 0,98 × 0,95 Như vậy ta chọn động cơ điện có công suất 1500 kW PHẦN III. TÍNH TOÁN CƠ KHÍ I. Chiều dày thân tháp Thiết bị làm việc ở áp suất khí quyển, dùng để hấp thụ khí S0 2, thân tháp hình trụ, được chế tạo bằng cách uốn tấm vật liệu với kích thước đã định sẵn, hàn ghép mối, tháp được đặt thẳng đứng. Chọn thân tháp làm bằng vật liệu X18H10T.( Bảng XII.24-325) ( C < 0,1%, Cr khoảng 18%, Ni khoảng 10%, Ti không quá 1 – 1,5%). Chọn thép không gỉ, bền nhiệt và chịu nhiệt. Thông số giới hạn bền kéo và giới hạn bền chảy của thép loại X18H10T: k = 550.106(N/m2) c = 220.106 (N/m2) Độ giãn tương đối: = 38% Độ nhớt va đập : ak = 2.106J/m2 Chiều dày thân tháp hình trụ, làm việc với áp suất bên trong được xác định bằng công thức: S= Dt .P + C (m) 2.[σ k ].ϕ − P (Bảng XIII.8-II-360) Trong đó: ~ 36 ~ Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường 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 [Bảng XIII.8-II-362] C : hệ số bổ xung do ăn mòn, bào mòn và dung sai về chiều dày, m [ ]: ứng suất cho phép của loại thép X18H10T. P: áp suất trong thiết bị, N/m2. P: áp suất trong thiết bị ứng với sự chênh lệch áp suất lớn nhất bên trong và bên ngoài tháp, N/m2 P= Pmt+ Ptt Trong đó: Pmt : áp suất làm việc, Pmt= 5. 1,013.105 = 506500(N/m2) Ptt : áp suất thuỷ tĩnh của cột chất lỏng Ptt = ρx.g.H (N/m2) Với: ρx: khối lượng riêng của nước, kg/m3 g: gia tốc trọng trường, g= 9,81 m/s2 H: chiều cao cột chất lỏng, H= 3,5 m => Ptt = ρx.g.H = 997.9,81.3,5 = 34232 ( N/m2) => P = Pmt+ Ptt = 506500+39122,3= 540732 ( N/m2) * Tính C C phụ thuộc vào độ ăn mòn, độ bào mòn và dung sai của chiều dày. Đại lượng C được xác định theo công thức: C = C1+ C2+ C3 ,m Trong đó: - C1: hệ số bố sung do ăn mòn. Đối với vật liệu là thép X18H10T có độ bền 0,05 - 0,1mm/năm thì lấy C1= 1mm. - C2: Đại lượng bổ sung do hao mòn tính trong các trường hợp nguyên liệu có chứa các hạt rắn chuyển động trong thiết bị. Bài toán đặt ra là hấp thụ SO2 nên có thể bỏ qua C2. - C3: đại lượng bổ sung do dung sai của chiều dày, Chọn C3= 0,5mm ~ 37 ~ Phạm Kim Ngọc - KTMT K52 Vậy C = 1 + 0 + 0,5 = 1,5 (mm ) *Tính [ k]: Theo bảng XIII-4 ,ta có thể chọn giá trị nhỏ nhất, tính theo công thức sau: [σk ] = [σk ] = σ k .ή ήk σ c .ή ήc Theo giới hạn bền khi kéo thì ta có: ή: hệ số hiệu chỉnh, ή =1 бk= 550.106(N/m2) ήk: hệ số an toàn bền, ήk= 2,6 ⇒[σ k ] σ k .ή 550.106 = = = 211,5.106 ( N/m2) ήk 2, 6 Theo giới hạn bền chảy: [σk ] = σ c .ή ήc Trong đó: ή : hệ số hiệu chỉnh, бc = 220.106 (N/m2) ήc: hệ số an toàn theo giới hạn chảy, ήc = 1,5 [σk ] σ c .ή 220.106 = = = 146, 7.106 ( N/m2) ήc 1,5 Ta lấy giá trị bé hơn trong hai giá trị vừa tính được: [бk] = 146,7.106( N/m2) [ σ k ] .ϕh P 146, 7.106 = = 271,3 >50 540732 ⇒ Bề dày thân tháp được tính theo công thức ~ 38 ~ [II-356] Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường S= D t .P 1.540732 +C = + 1,5.10−3 6 2.[бk ].ϕ 2.146, 7.10 .0,95 -3 ⇒ S= 3,44.10 (m) Quy chuẩn bề dày thân tháp S =4 mm . Kiểm tra ứng suất của thành theo áp suất thử: [ D + ( S − C )]P0 σ c σ= t < , N/m2 2( S − C )ϕ 1, 2 Trong đó: • P0: Áp suất thử, được xác định theo công thức P0 = Pth+ Ptt Pth: Áp suất thuỷ lực lấy theo bảng XIII.5 Chọn Pth = 1,5.P = 1,5×540732=811098 (N/m2) Ptt: Áp suất thuỷ tĩnh, Ptt= 34232 (N/m2) => P0 = 818433,45 + 34232 = 845330(N/m2) [1 + (4 − 1,5).10−3 ] × 845330 = 178.106 N/m2 Vậy σ = −3 2 × (4 − 1, 5).10 × 0,95 σ c 220.106 = = 183,33.106 σ = 178.10 < 1, 2 1, 2 6 ⇒Thoả mãn điều kiện. Vậy S =4 mm. II. Chiều dày nắp và đáy thiết bị Nắp và đáy cũng là những bộ phận quan trọng của thiết bị, được chế tạo cùng loại vật liệu với thân thiết bị là thép X18H10T. Thiết bị đặt thẳng đứng. Áp suất trong là P = 540732 > 0,7.105 N/m2 người ta thường dùng nắp elip có gờ. ~ 39 ~ Phạm Kim Ngọc - KTMT K52 1. Chiều dày của nắp thiết bị Áp suất tính toán P=506500 N/m2 Chiều dày của nắp thiết bị được xác định theo công thức: Sn = D.P D . + Cn 3,8[σ k ]kϕh − P 2hb Trong đó: • P : Áp suất trong của thiết bị. • hb : chiều cao phần lồi của đáy và nắp , hb= 0,25.Dt=0,25×1=0,25 m • [σk] : ứng suất cho phép của thiết bị , [σk] = 146, 7.106(N/m2) • φh : hệ số bền của mối hàn hướng tâm, với mối hàn tay bằng hồ quang điện, vật liệu thép cacbon không gỉ chọn φh= 0,95 • Cn: Đại lượng bổ sung, Cn = 1,5 ( mm ) • k : hệ số không thứ nguyên, chọn k = 1 [σ k ] 146, 7.106 Vì: .k .ϕ h = .1.0,95 = 275,15 > 30 P 506500 ⇒ Bề dày nắp được tính theo công thức: Sn = D.P D 1× 506500 1 . + Cn = . + Cn = 0, 0019 + Cn 6 3,8 ×146,7.10 ×1 × 0,95 2 × 0, 25 3,8[σ k ]kϕ h 2hb Sn = 0,0019 + Cn ( m ) Xét thấy Sn = 0,00344 + Cn < 10 mm ⇒ tăng thêm 2 mm so với giá trị Cn ⇒ Cn = 1,5+2=2,5 mm ⇒ Sn = 4,4 mm. Theo quy chuẩn các loại thép tấm ta lấy Sn=5 mm. Kiểm tra ứng suất của nắp thiết bị theo áp suất thử: [ Dt2 + 2hb ( Sn − Cn )]P0 σ c σ= ≤ 7, 6kϕ h hb ( S n − Cn ) 1, 2 ~ 40 ~ Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường σ c 220.106 = = 183,33.106 N/m2 Ta có: 1, 2 1, 2 2 −3 [ Dt2 + 2hb ( S n − Cn )]P0 1 + 2 × 0, 25 × (5 − 2,5).10  × 506500 σ= = 7, 6kϕ h hb ( Sn − Cn ) 7, 6 ×1× 0,95 × 0, 25 × (5 − 2,5).10−3 ⇒ σ=112,38.106 N/m2 ⇒Thỏa mãn. Vậy Sn= 5 mm. Chiều cao gờ h=25mm. (Bảng XIII.11) hb=0,25.Dt=0,25.1000=250 mm. 2. Chiều dày của đáy thiết bị Áp suất tính toán P= 540732 N/m2. [σ k ] 146, 7.106 Vì: .k .ϕ h = .1.0,95 = 257, 7 > 30 P 540732 ⇒ Công thức tính bề dày đáy được tính theo công thức: Sd = D.P D 1× 540732 1 . + Cd = . + Cd = 0, 0021 + Cd (m). 6 3,8.[σ k ].k .ϕh 2.hb 3,8 ×146, 7.10 ×1× 0,95 2 × 0, 25 Xét thấy Sd = 0,0021 + Cd < 10 mm → Để đảm bảo độ bền của đáy tăng thêm 2 mm so với giá trị Cd ⇒ Cd = 1,5+1=2,5 mm ⇒ Sd = 4,6 mm Quy chuẩn Sd = 5 mm Kiểm tra ứng suất của đáy thiết bị theo áp suất thử: [ Dt2 + 2hb .( S d − Cd )].P0 σ c σ= ≤ 7, 6.k .ϕ h .hb .( S d − Cd ) 1, 2 Ta có: σ= σ c 220.106 = = 183,33.106 N/m2 1, 2 1, 2 2 −3 [ Dt2 + 2hb ( S d − Cd )]P0 1 + 2 × 0, 25 × (5 − 2,5).10  × 540732 = 7,6kϕ h hb ( Sd − Cd ) 7, 6 ×1× 0,95 × 0, 25 × (5 − 2,5).10−3 ⇒ σ =121.106 N/m2 ⇒ Thỏa mãn điều kiện. Vậy Sd=5 mm. Chiều cao gờ h=25mm. (Bảng XIII.11) hb=0,25.Dt=0,25.1000=250 mm. ~ 41 ~ Phạm Kim Ngọc - KTMT K52 III. Đường kính của ống dẫn khí và lỏng. 1. Đường kính ống dẫn vào và dẫn khí ra. Áp dụng công thức: d = V 0,785.ω Trong đó: • V: lưu lượng thể tích khí đi trong ống, m/s V= G y .M y ρ y .3600 = 401, 786.29, 64 = 0,555(m3 / s) 5,96.3600 ω: tốc độ trung bình của hơi đi trong ống, m/s Tại P = 5 atm, ω = 15÷25 m/s. Ta chọn ω = 20m/s • d: đường kính ống dẫn, m. ⇒ Thay vào công thức tính đường kính ta có đường kính ống dẫn khí là: d= 0,555 = 0,188(m) 0, 785 × 20 Quy chuẩn d= 200 mm. Ống dẫn khí ra có lưu lượng nhỏ hơn lưu lượng khí vào. ⇒ Chọn ống dẫn khí ra có đường kính là 230mm. 2. Đường kính ống dẫn lỏng vào và ra Áp dụng công thức : d = V 0,785.ω Trong đó: V: lưu lượng thể tích nước đi trong ống, m3/s ~ 42 ~ Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường V= Gx .M nuoc 3390, 65 × 18 = = 0, 017( m3 / s ) ρ nuoc .3600 3600 × 997 Theo bảng II.2 [I-370] chất lỏng trong ống đẩy của bơm là = 1,5-2,5 m/s. Chọn => d d = = 2,0 m/s 0, 017 = 0,10(m) 0, 785 × 2 Đường kính ống dẫn lỏng vào dd = 100 mm . Chọn đường kính ống dẫn lỏng ra là 250mm. IV. Bích ghép thân, nắp, đáy 1. Bích nối nắp và đáy với thân thiết bị Để nối thiết bị ( thân, nắp và đáy) ta có thể dùng bích liền kiểu I (hình 8. 2) chế tạo bằng thép không gỉ X18H10T. Dùng bích để nối nắp và đáy với thân Ghi chú: D – Đường kính ngoài của bích Db – Đường kính vòng bu-lông DI – Đường kính trong của bích Do – Đường kính quy ước của bích h – Chiều dày của bích db – Đường kính bu-lông Hình 8. 2. Bích liền kiểu I Với đường kính của tháp Dt = 1000mm và áp suất tính toán P= 540732 N/m2 , tra bảng XIII.27( Sổ tay 2-423) ta có các thông số của bích như sau: D Db DI Py (N/m2) 0,54.106 1140 D0 h Bu long dbulong Z mm 1090 1060 1013 ~ 43 ~ Cái 28 M20 28 Phạm Kim Ngọc - KTMT K52 2. Bích nối ống dẫn lỏng với thân thiết bị. Ta có đường kính của ống dẫn lỏng là d=110mm. Dựa vào bảng XIII- 32( Sổ tay 2- 434) chọn chiều dài ống dẫn lỏng là 175 mm. Dựa vào bảng XIII- 26( Sổ tay 2- 413) Bích nối ống dẫn với thiết bị: ta dùng kiểu bích tự do bằng thép để nối ống dẫn với thiết bị. Tra bảng XIII-28( sổ tay 2-425) ta có: Dy Dn 100 108 D 205 Db DI h mm 170 148 18 Bu lông db Z cái M16 4 3. Bích nối ống hơi với thân thiết bị Ta có đường kính của ống dẫn hơi là d= 200 mm. Dựa vào bảng XIII- 32( Sổ tay 2- 434) chọn chiều dài ống dẫn hơi là 200 mm. Dựa vào bảng XIII- 26( Sổ tay 2- 414) Bích nối ống dẫn với thiết bị: ta dùng kiểu bích tự do bằng thép để nối ống dẫn với thiết bị. Tra bảng XIII-28( sổ tay 2-425) ta có Dy Dn D Db DI h Bu lông db Z mm cái 200 219 290 255 232 20 M16 8 V. Kết cấu đỡ tháp Thông thường người ta không đặt trực tiếp thiết bị lên bề mặt mà phải có tai treo hay chân đỡ để đỡ thiết bị. Với thiết bị này ta chọn chân đỡ để tháp được ổn định khi vận hành. Muốn chọn được chân đỡ thích hợp ta phải tính trọng tải của tháp. Trọng tải của tháp Ptháp = Pthân + Pđáy, nắp + Pchất lỏng + Pbích + Pđệm (N) 1. Khối lượng thân thiết bị Mth = V.ρ = S.H.ρ = (П/4).(Dn2 – D2t). H.ρ Trong đó: ~ 44 ~ Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường • • • • Mth: khối lượng của thân thiết bị, kg Dn, Dt: đường kính ngoài và trong của thiết bị, m H: chiều cao của tháp, H= 3,5m ρ: khối lượng riêng của thép, ρ = 7,9.103 kg/m3 Mthân =( .[(Dt+2S)]2 –Dt2].H. ρ → Mthân = (п/4).[ (1+ 2×0,004)2 – 12 ]×3,5×7,9.103 = 444,2(kg) 2. Khối lượng của đáy và nắp tháp: Ta có kết cấu của nắp và đáy tương tự nhau: - Khối lượng của đáy, nắp: S= 5mm; Dt=1000 mm Đường kính nắp và đáy : 1000 mm. Chiều cao phần gờ h=25mm. Theo bảng XIII-10(Sổ tay 2- 384) bề mặt trong của nắp và đáy: F= 1,16m2. ⇒Khối lượng nắp và đáy: ⇒Mnắp- đáy =2.F.S. ρ=2.1,16.0,005.7900=91,64 kg. 3. Khối lượng của đệm Đệm là đệm vòng Rasig đổ lộn xộn: đệm bằng sứ kích thước 30x30x3,5 Tra bảng thông số kỹ thuật IX.8 (Sổ tay 2-193). ρđệm = 570 kg/m3 Mđệm = Hđệm .(п/4).D2.ρđệm= 1,5×.(п/4)×12×570= 527,4 (Kg) Khối lượng của chất lỏng: π .D 2 M l = ρ. .H 4 Trong đó: ρ: khối lượng riêng chất lỏng ở 300C D: đường kính tháp, m H: chiều cao tháp trước khi bị nước choán hết, m 3,14 ×12 Vậy: M l = 995,68 × × 3,5 = 2735, 6(kg ) 4 ~ 45 ~ Phạm Kim Ngọc - KTMT K52 4. Khối lượng bích Áp dụng công thức: Mb = π .( Db2 − DI2 ).h.ρ thep 4 Trong đó: • ρ thep : khối lượng riêng của thép làm bích, ρ thep = 7,9.103(kg/m3) • Db: đường kính vòng bulong. • DI: đường kính trong của bích. • h: chiều dài của bích. Với các bích nối thân với nắp và đáy: Db=1090 mm, ⇒ Mb = DI=1060mm , h=28mm π × ( 1, 092 − 1, 062 ) × 0, 028 × 7,9.103 = 11, 2(kg ) 4 Có 4 bích loại một: M b = 4 × 11, 2 = 44,8(kg ) Với các bích nối ống dẫn: Ống dẫn lỏng: Db=170 mm, Mb = DI=148 mm , h= 18mm. π × ( 0,17 2 − 0,1482 ) × 0, 018 × 7,9.103 = 0, 78( kg ) 4 Có 4 bích dẫn lỏng: M b = 4 × 0, 78 = 3(kg ) Ống dẫn khí: Db=255 mm, Mb = DI=232 mm , h= 20 mm. π × ( 0, 2552 − 0, 2322 ) × 0, 02 × 7,9.103 = 1, 4(kg ) 4 Có 4 bích dẫn lỏng: M b = 4 × 1, 4 = 5,6(kg ) ~ 46 ~ Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường Khối lượng bích: Mb=11,2+3+5,6=19,8 (kg) ⇒ Khối lượng toàn tháp: M= 444,2+ 91,64 + 2735,6 +19,8= 3291,24 ,Kg. Trong tải toàn tháp: P=M.g=3291,24.9,81= 32287,1 (N). Chọn kết cấu đỡ tháp là 4 chân đỡ, được chế tạo bằng thép CT3. ⇒ Tải trọng 1 chân đỡ phải chịu: P’=P/4= 32287,1/4=8071,8 N Chọn tải trọng cho phép trên một chân đỡ: 1.104 N. Bảng thông số về chân đỡ: Tải L trọng (mm) cho phép lên bề mặt đỡ (N/m2) 320000 210 B (mm) B1 (mm) B2 (mm) H (mm) h (mm) s (mm) l (mm) d (mm) 150 180 245 300 160 14 75 23 VI. Bộ phận phân phối lỏng. ~ 47 ~ Phạm Kim Ngọc - KTMT K52 Dựa vào bảng thông số bảng thông số của đĩa phân phối lỏng kiểu TCH-III (Trang 204- Kỹ thuật tách hỗn hợp nhiều cấu tử- Nguyễn Hữu Tùng). Đường kính D1 tháp(mm) D2 D3 h d t Số lượng n ~ 48 ~ Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường 1000 (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) 580 660 190 150 45 80 KẾT LUẬN ~ 49 ~ 30 Phạm Kim Ngọc - KTMT K52 Hiệu suất của quá trình hấp thụ khá cao (80%) , nhưng tiêu tốn lượng nước làm dung môi lớn(9000 Nm3/h) . Do đó, về mặt kinh tế chưa đạt yêu cầu do tiêu tốn lượng nước lớn. Cần phải khảo sát phương pháp hấp thu SO2 với dung môi khác để xem dung môi đó có đạt yêu cầu về hiệu suất xử lý và đạt yêu cầu về tính kinh tế không ? Ưu điểm của quá trình : + Hoạt động tốt trong môi trường ăn mòn . + Dung môi hấp thu rẻ, dễ tìm . + Kết cấu đơn giản, vận hành thuận tiện. Nhược điểm : + Năng suất xử lý nhỏ . + Nước hấp thu phải sạch , tránh tạo cặn trong quá trình hấp thụ làm tắc dòng khí và dòng lỏng. Trên đây là toàn bộ tính toán của em về tháp đệm với các điều kiện cho trước. Một lần nữa em xin cảm! TÀI LIỆU THAM KHẢO ~ 50 ~ Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường 1. TS Trần Xoa, PGS.TS Nguyễn Trọng Khuông, TS Phạm Xuân ToảnSổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa tập 1- NXB KHKT Hà Nội 2. TS Trần Xoa, PGS.TS Nguyễn Trọng Khuông, TS Phạm Xuân ToảnSổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa tập 2- NXB KHKT Hà Nội. 3. GS.TSKH Nguyễn Bin- Cơ sở các quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 4- NXB KHKT Hà Nội. 4. Nguyễn Hữu Tùng- Kỹ thuật tách hỗn hợp nhiều cấu tử- Nhà xuất bản Bách Khoa Hà Nội. 5. Hồ Lê Viên- Tính toán, thiết kế các chi tiết thiết bị hóa chất và dầu khíNhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. ~ 51 ~ [...]... h s khuch tỏn ca pha khớ, m2/s Dy = DSO2 kk 4,3.10 7.T 1,5 = 1/3 2 P(u1/3 + u ) SO2 kk 1 1 2 + ,m / s ữ ữ M M kk SO2 T : nhit K, T = 273 + 30 = 303K P = 5 atm =5,163 at M SO , M kk : khi lng mol ca SO2, khụng khớ (kg/kmol) 2 u SO , u kk : th tớch mol ca SO2, khụng khớ (cm3/mol) 2 Tra bng VIII.2 II (tr 127) => uSO2 = 44,8(cm3 / mol ) ukk = 29,9(cm3/mol) DSO2 kk 0, 0043.104 ì 3031,5 1 1 6 2... y tb M SO2 + à SO2 (1 y tb ).M KK à KK Trong ú: à y , à SO , à KK : nht trung bỡnh ca pha khớ, ca SO 2 v ca khụng khớ - 2 nhit lm vic t = 300C, Ns/m2 - M y , M SO2 , M KK : khi lng phõn t ca pha khớ, ca SO 2 v ca khụng khớ 300C, P = 5 atm Tra th I-35( S tay quỏ trỡnh thit b cụng ngh húa cht tp 1), ta cú: à SO (300C) = 128.10-7 Ns/m2 2 à KK (300C) = 181.10-7 Ns/m2 ày = My ytb M SO2 à SO2 + (1... 22, 4 303 1 ytb = Tớnh nht à x , à y * i vi pha lng à x p dng cụng thc: lg à x = xtb lg à SO + (1 xtb ) lg à H O 2 2 Trong ú: - xtb: phn mol trung bỡnh ca SO2 trong hn hp lng, xtb = 1,42.10-3 (kmol SO2/ kmol H2O) - à SO , à H O : nht ca SO2 v H2O 300C, Ns/m2 2 2 Tra bng I.102 ( S tay quỏ trỡnh thit b cụng ngh húa cht Tp 1, Tr ) Ta cú: à H O (300C) = 0,8.10-3 (Ns/m2) 2 Tra bng I.101, ta cú: à... Dx20 = 2 AB à H O (u 2 2 1/ 3 SO2 +u 1/ 3 H 2O ) 2 (m 2 / s) Trong ú: Dx20 : h s khuch tỏn ca dung dch lng 200C (m2/s) M SO , M H O : khi lng mol ca SO2, H2O (kg/kmol) 2 2 M SO = 64 (kg/kmol) 2 M H O = 18 (kg/kmol) 2 A, B: h s liờn hp Vi cỏc cht khớ tan trong nc A = 1 Vi dung mụi l nc B = 4,7 à H O : nht ca nc 200C, à H O = 1cp = 10-3 Ns/s 2 2 u SO , u H O : th tớch mol ca SO2, H2O (cm3/mol) 2 2 u SO... thỏp(kmol/h): Gy = Gytb Mytb= 396,98 29,64=11766,487 (kg/h) - Lu lng lng trung bỡnh i trong thỏp: G + G xc G xtb = xd (kg/h) 2 Gxd = 15306,62(kmol/h) Gxc = Gxd + GSO b hp th 2 G SO2bihapthu 43, 47 = 15328,355 (kmol/h) 2 2 Mxtb=xtb.MSO2 +(1- xtb).MH2O=1,42.10-3.64+(1-1,42.10-3).18=18,065 Lng lng trung bỡnh (kg/h) Gx= Gxtb Mxtb =15328,355 ì 18,016 = 276155,6437 (kg/h) Gxtb = Gxd + Vxtb = = 15306, 62 + Gxtb... th Vic tớnh tớch phõn ú cú th da vo vic vn dng th 1 1 trong h to Y Ycb Y Ycb Y Giỏ tr ca tớch phõn bn din tớch hỡnh thang cong gii hn bi th 1 Y Ycb v ng Yd = 0,03093 (kmol SO2/ kmol khụng khớ) Yc = 6,186.10-3 (kmol SO2/ kmol khụng khớ) Bng s liu cho th tớch phõn Y Ycb 1/(Y-Ycb) 0.006186 0 161.6553508 0.007926 0.001919093 166.4750201 ~ 20 ~ Si 0.285473423 ỏn cỏc quỏ trỡnh c bn trong cụng ngh... ytb à x Vi Y = ữ g Vd3 xtb àn G X = x Gy 1 4 1 8 ytb ữ ữ xtb ữ s : tc o pha, m/s V: th tớch t do ca m, m3/m3 d : b mt riờng ca m, m2/m3 ~ 13 ~ Pham Kim Ngoc - KTMT K52 Thỏp hp th SO2 mang tớnh axit nờn ta chn m vũng Rasig ln xn: m bng s kớch thc 30ì30ì3,5 V= 0,76 m3/m3 d = 165 m2/m3 Gx, Gy: lng lng v lng hi trung bỡnh (kg/s) Gy =11766,487 (kg/h) = 11766,487/3600 (kg/s) Gx= 276155,6437... i trong thỏp, kmol/h - Mytb: khi lng phõn t trung bỡnh ca khớ trong thỏp, kg/kmol ytb : khi lng riờng trung bỡnh ca khớ trong thỏp, kg/m3 => G ytb = G yd + G yc = Gtro (1 + Ytb ) 2 Ytb = 0,0186 (kmol SO2/ kmol khớ tr) ~ 12 ~ ỏn cỏc quỏ trỡnh c bn trong cụng ngh mụi trng - Lu lng khớ trung bỡnh i trong thỏp Gytb: => Gytb = 389,73 (1 + 0,0186) = 396,98 (kmol/h) Vytb = 396,98.29, 64 = 1974, 24 (m3/h)... trong thỏp (Ns/m2) d : b mt riờng ca m (m2/m3) Vd : th tớch t do ca m ( m3/ m3) y= 0,7 (m/s) : khi lng riờng trung bỡnh cỳa hn hp khớ trong thỏp, kg/m3 Nhng Rey = 568,2 > 400 => tổn thất áp suất của đệm khô xác định theo công thức : PK = 1,56 H 1y,8 y0,8 y1, 2 à y0, 2 [II-189] Vd3 H y y : chiu cao lp m, H = 1,5 (m) : vn tc khớ trung bỡnh i trong thỏp ày : nht trung bỡnh ca hn hp khớ trong... 5,96 Pu = 601,5 1 + 5.1 ữ 997 ữ 1, 78.10 5 ữ 11766, 487/3600 Pu =4731,46 ~ 23 ~ Pham Kim Ngoc - KTMT K52 P = Pk + Pu = 601,5 + 4731, 46 = 5333( N / m 2 ) PHN 2: TNH TON CC THIT B PH I Cỏc thụng s c trng ca bm p sut mt thoỏng P1= 9,81.104 N/m2 p sut lm vic P= 5 atm=5ì1,013.105=5,065.105 N/m2 Gia tc trng trng g=9,81 m/s2 300C: H 2O = 995.68 (kg/m3) nc=0,8.10-3 Ns/m2 p sut ton phn ca bm ... th: Nng u ca SO2 nc : Nng cui ca SO2 nc : Theo bi xc=1 % lng Nng phn mol ca SO2 dung mụi : x 'c 1% M SO2 64 xc = = = 2,833.103 x 'c x 'c 1% 1% + + 64 18 M SO2 M H 2O ~5~ ( kmol SO2/ kmol H2O)... cỏc thụng s ca thỏp Tớnh ng kớnh thỏp m a Tớnh lng riờng trung bỡnh (tr 183) i vi pha lng aSO2 aSO2 = + p dng cụng thc: xtb SO2 H 2O xtb : lng riờng trung bỡnh ca hn hp lng, kg/m3 aSO2 :... 995.68 (kg/m3) SO2 (20C)=1383(kg/m3) , SO2 (40C)=1327 (kg/m3) Ni suy SO2 (30C)= 1355 (kg/m3) Phn lng trung bỡnh ca SO2 pha lng aSO2 = M SO xtb M SO2 xtb + M H 2O (1 xtb ) Vi xtb l nng phn