đồ án hấp thu SO2 bằng tháp mâm xuyên lỗ

MỤC LỤC MỞ ĐẦU  Đặt vấn đề Sự tiến khoa học kỹ thuật thúc đẩy mạnh mẽ phát triển ngành sản xuất cơng nghiệp, làm cho xã hội lồi người biến đổi rõ rệt Các nhà máy, xí nghiệp, khu cơng nghiệp, trại chăn ni tập trung hình thành tất phát triển hướng tới tạo sản phẩm mới, đáp ứng nhu cầu người tạo điều kiện sống tốt Nhưng đồng thời thải loại thất thải khác làm cho mơi trường ngày trở nên xấu Các chất thải độc hại có tác động xấu tới người, sinh vật, hệ sinh thái, cơng trình nhân tạo Nếu mơi trường tiếp tục suy thối dẫn hậu nghiêm trọng cho lồi người Vì việc bảo vệ mơi trường, giảm thiểu tác động có hại chất nhiễm vấn đề tồn cầu Khí thải từ ống khói nhà máy, xí nghiệp, khu cơng nghiệp xem ngun nhân dẫn đến tình trạng nhiễm khơng khí Các chất khí độc hại như: SOx, NOx, VOC, CO, CO2, hydocacbon, bụi dần gia tăng bầu khí Gây nên tượng, hiệu ứng nhà kính, mưa xít, sương mù quang hóa tác động xấu đến người, sinh vật hệ sinh thái, hoạt động lao động sản xuất Để bảo vệ mơi trường bảo vệ cho sống người, sinh vật khí thải từ ống khói nhà máy, từ hoạt động khác cần xử lý trước thải vào mơi trường khơng khí  Mục tiêu đồ án − − − − Tính tốn xử lý SO2 phương pháp sủi bọt Tính tốn thiết bị, chọn quạt gió ống khói Xây dựng quy trình vận hành, bảo trì Với lưu lượng khí thải 15000m 3/h, nồng độ khí SO2 15.2g/m3, nhiệt độ khí thải 500C  Phương pháp thực − Nghiên cứu lý thuyết sách, giáo trình chun ngành − Sự hướng dẫn giáo viên hướng dẫn − Tìm tham khảo tài liệu Website có liên quan − Tham khảo đồ án xử lý khí SO2 thực − Tính tốn cơng trình đơn vị hệ thống xử lý nước thải − Xử lý thơng tin đưa vào chương trình tin học: word, autocad CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHÍ SO2 Sunfua dioxit hợp chất hóa học có cơng thức SO2 Chất khí quan trọng sản phẩm đốt cháy hợp chất lưu huỳnh mối lo mơi trường đáng kể SO2 thường mơ tả "mùi lưu huỳnh bị đốt cháy" Nó sản phẩm tạo thành q trình núi lửa hoạt động số hoạt động cơng nghiệp khác SO2 loại chất nhiễm phổ biến sản xuất cơng nghiệp sinh hoạt người Nguồn phát thải SO chủ yếu từ Các trung tâm nhiệt điện, loại lò nung, lò đốt nhiên liệu than, dầu khí đốt có chứa lưu huỳnh hợp chất lưu huỳnh Ngồi ra, số cơng đoạn sản xuất cơng nghiệp hóa chất, luyện kim, thải vào bầu khí lương SO đáng kể Trên giới hàng năm tiêu thụ gần tỷ than đá loại gần tỷ dầu mỏ Khi thành phần lưu huỳnh nhiên liệu trung bình chiếm 1% lượng khí SO2 thải vào khí 60 triệu tấn/năm Đó chưa kể lượng SO2 thải từ ngành cơng nghiệp khác 1.1 Tính chất SO2 - SO2 khí vơ khơng màu, mùi kích thích mạnh, khơng cháy, có vị hăng cay dễ hóa lỏng, dể hòa tan nước với nồng độ thấp - SO2 có nhiệt độ nóng chảy –750C nhiệt độ sơi –100C - SO2 bền nhiệt (∆H0tt = - 296,9 kJ/mol) - SO2 oxy hóa chậm khơng khí sạch, q trình quang hố hay xúc tác khí SO2 dễ dàng bị oxy hố biến thành SO3 khí hòa tan nước tạo thành axit H2SO4 - Nó có khả làm màu dung dịch Brom làm màu cánh hoa hồng - SO2 tan nước tạo thành axit yếu SO2 + H2O  H2SO3 - SO2 chất khử tác dụng chất oxi hóa mạnh SO2 + Br2 + 2H2O  2HBr + H2SO4 SO2 + 2KMnO4 + 2H2O  K2SO4 + 2MnSO4 + H2SO4 - SO2 chất oxi hóa tác dụng với chất khử mạnh SO2 + 2H2S  3S + 2H2O SO2 + 2Mg  S + 2MgO - SO2 tác dụng với nước tạo thành H2SO3 H2SO3 axit yếu SO2 + H2O  H2SO3 1.2 Các nguồn phát sinh SO2 :  Khí SO2 sinh đốt cháy ngun tử lưu huỳnh hay hợp chất lưu huỳnh Ví dụ: hợp chất hữu chứa lưu huỳnh than, dầu mỏ, quặng Pirit (FS 2) , đốt chứa nhiều khí H2S , quặng sunfua  Khí SO2 loại chất gây nhiễm phổ biến sản xuất cơng nghiệp sinh hoạt Nguồn thải SO2 chủ yếu từ:  Các nhà máy nhiệt điện  Các lò nung , nồi đốt nhiên liệu than đá, khí đốt, dầu hoả khí đốt có chứa lưu huỳnh  SO2 sinh từ ngành sản xuất cơng nghiệp, nhà máy luyện kim, lò nung , nhà máy sản xuất H2SO4  Khí thải giao thơng 1.3 Tác hại khí SO2 Khí SO2, SO3 gọi chung SOx, khí thuộc loại độc hại khơng sức khoẻ người, động thực vật, mà tác động lên vật liệu xây dựng, cơng trình kiến trúc, chất gây nhiễm mơi trường Trong khí quyển, khí SO2 gặp chất oxy hóa hay tác động nhiệt độ, ánh sáng chúng chuyển thành SO3 nhờ oxy có khơng khí Khi gặp H 2O, SO3 kết hợp với nước tạo thành H2SO4 Đây ngun nhân tạo mưa acid mưa axit ăn mòn cơng trình, làm cho thực vật, động vật bị chết chậm phát triển, biến đất đai thành vùng hoang mạc Khí SO2 gây bệnh viêm phổi, mắt, da Nếu H2SO4 có nước mưa với nồng độ cao làm bỏng da người hay làm mục nát quần áo  Đối với người SO2 hợp chất SO2 chất có tính kích thích, nồng độ định gây co giật trơn khí quản Ở nồng độ lớn gây tăng tiết dịch niêm mạc đường khí quản Khi tiếp xúc với mắt chúng tạo thành axit SOx xâm nhập vào thể người qua quan hơ hấp quan tiêu hóa sau hòa tan nước bọt Và cuối chúng xâm nhập vào hệ tuần hồn Khi tiếp xúc với bụi, SO x tạo hạt axit nhỏ, hạt xâm nhập vào huyết mạch kích thước chúng nhỏ 2-3 μm SO2 xâm nhập vào thể người qua da gây chuyển đổi hóa học, kết hàm lượng kiềm máu giảm, amoniac bị qua đường tiểu có ảnh hưởng đến tuyến nước bọt Hầu hết dân cư sống quanh khu vực nhà máy có nồng độ SO2, SO3 cao mắc bệnh đường hơ hấp Nếu hít phải SO nồng độ cao gây tử vong  Đối với thực vật SOx bị oxy hóa ngồi khơng khí phản ứng với nước mưa tạo thành axit sulfuric tác nhân gây tượng mưa axit, ảnh hưởng xấu đến phát triển thực vật Khi tiếp xúc với mơi trường có chứa hàm lượng SO từ - 2ppm vài gây tổn thương Đối với loại thực vật nhạy cảm nấm, địa y, hàm lượng 0,15 - 0,30 ppm gây độc tính cấp  Đối với cơng trình kiến trúc Sự có mặt SOx khơng khí ẩm tạo thành axit tác nhân gây ăn mòn kim loại, bê-tơng cơng trình kiến trúc SO x làm hư hỏng, làm thay đổi tính vật lý, làm thay đổi màu sắc vật liệu xây dựng đá vơi, đá hoa, đá cẩm thạch; phá hoại tác phẩm điêu khắc, tượng đài Sắt, thép kim loại khác mơi trường khí ẩm, nóng bị nhiễm SO x bị han gỉ nhanh SO x làm hư hỏng giảm tuổi thọ sản phẩm vải, nylon, tơ nhân tạo, đồ da giấy 1.4 Ứng dụng  Sản xuất axit sunfuric  Làm chất bảo quản Khí SO2 sử dụng làm chất bảo quản cho hoa khơ, đặc tính kháng khuẩn Nó trì tươi sơng ngăn ngừa mục nát, nhiên sử dụng chất bảo quản làm cho loại hoa có hương vị khác Khí SO2 sử dụng nghành cơng nghiệp chế biến rượu vang Tuy tỷ lệ ít, đóng vai trò chất kháng khuẩn chống oxy hóa Tùy quốc gia, cho phép nồng độ SO2 rượu mức độ định Ở Mỹ 350 ppm, EU 160 ppm 210 ppm rượu vang đỏ trắng, hồng Ở nồng độ thấp 50 ppm SO2 khơng ảnh hưởng đén mùi vị rượu, nồng độ cao hơn, tạo hương vị khác SO2 dùng q trình vệ sinh thiết bị nhà máy sản xuất rượu  Chống nấm mốc  Làm tác nhân khử: Điơxít lưu huỳnh chất khử Trong nước, sulfur dioxide làm phai màu Cho nên thường sử dụng để làm chất tẩy quần áo, tẩy trắng giấy, bột giấy Ngồi ra, sử dụng để xử lý nước thải  Làm thuốc thử dung mơi phòng thí nghiệm: Lưu huỳnh dioxit dung mơi trơ đa sử dụng rộng rãi cho muối hòa tan oxy hóa cao Nó đơi sử dụng nguồn nhóm sulfonyl tổng hợp hữu 1.5 Ý nghĩa Vấn đề nhiễm bầu khí khí SO từ lâu trở thành mối hiểm họa nhiều quốc gia, nước phát triển giới Vì lý nêu trên, cơng nghệ xử lý khí SO2 khí thải cơng nghiệp nghiên cứu sớm phát triển mạnh mẽ Ngồi tác dụng làm bầu khí quyển, bảo vệ mơi trường, xử lý khí SO có ý nghĩa kinh tế to lớn SO thu hồi từ khí thải nguồn cung cấp ngun liệu cho nhà máy sản xuất axit Sunfuric (H2SO4) lưu huỳnh ngun chất 1.6 Các phương pháp xử lý SO2 1.6.1 Phương pháp hấp thu Để hấp thụ SO2 ta sử dụng nước, dung dòch huyền phù muối kim loại kiềm kiềm thổ  Hấp thụ nước: SO2 + H2O < ===== > H+ + HSO34 Do độ hòa tan SO2 nước thấp nên phải cần lưu lượng nước lớn thiết bò hấp thụ tích lớn  Hấp thụ huyền phù CaCO3 Ưu điểm phương pháp quy trình công nghệ đơn giản, chi phí hoạt động thấp, chất hấp thụ dể tìm rẻ, có khả xử lý mà không cần làm nguội xử lý sơ Nhược điểm: thiết bò đóng cặn tạo thành CaSO4 CaSO3  Phương pháp Magie (Mg): SO2 hấp thụ oxit – hydroxit magie, tạo thành tinh thể ngậm nước Sunfit magie Ưu điểm : làm khí nóng , không cần lọc sơ bộ, thu sản phẩm tận dụng H2SO4 ; MgO dể kiếm rẻ , hiệu xử lý cao Nhược điểm :vận hành khó, chi phí cao tốn nhiều MgO  Phương pháp kẽm : phương pháp chất hấp thụ kẽm SO2 + ZnO + 2,5 H2SO4 > ZnSO3 + H2O Ưu điểm :của phương pháp khả xử lý nhiệt độ cao (200 – 250 C) Nhược điểm : hình thành ZnSO4 làm cho việc tái sinh ZnO bất lợi kinh tế nên phải thường xuyên tách chúng bổ sung thêm ZnO  Hấp thụ chất hấp thụ sở Natri : Ưu điểm : phương pháp ứng dụng chất hấp thụ hóa học không bay, có khả hấp thụ lớn  Phương pháp Amoniac : SO2 hấp thụ dung dòch Amoniac dung dòch Sunfit-biSunfit amôn Ưu điểm : phương pháp hiệu cao, chất hấp thụ dễ kiếm , thu sản phẩm cần thiết (Sunfit biSunfit amon)  Hấp thụ hổn hợp muối nóng chảy: Xử lý nhiệt độ cao dùng hổn hợp Cacbonat kim loại kiềm có thành phần sau: LiCO3 32%, Na2CO3 33%, K2CO3 35%  Hấp thụ Amin thơm : Để hấp thụ SO2 khí thải luyện kim màu (nồng độ SO khoảng 1-2% thể tích) Người ta sử dụng dung dòch: C6H3(CH3)2 NH2 (tỉ lệ C6H3(CH3)2 NH2 : nước = 1- 1) C6H3(CH3)2 NH2 không trộn lẩn với nước liên kết với SO tạo thành (C6H3(CH3)2 NH2)2 SO2 tan nước 1.6.2 Phương pháp hấp phụ : SO2 giữ lại bề mặt chất rắn , thu dòng khí qua bề mặt rắn Chất hấp phụ công nghiệp than hoạt tính , silicagen , zeonit ionit (chất trao đổi ion) Nhược điểm : cần thiết phải tái sinh chất hấp phụ để thu hồi cấu tử bò hấp phụ phục hồi khả hấp phụ chất hấp phụ Chi phí tái sinh chiếm khoảng 40 – 70% tổng chi phí trình làm khí 1.6.3 Xử lý SO2 phương pháp nhiệt xúc tác : Bản chất trình xúc tác để làm khí thực tương tác hóa học , nhằm chuyển hóa tạp chất độc thành sản phẩm khác với có mặt chất xúc tác đặt biệt CHƯƠNG 2: SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN CƠNG NGHỆ 2.1 Quy trình cơng nghệ xử lý:  Sơ đồ quy trình cơng nghệ Chú Thích: 1.Bồn chứa nước  Tháp mâm xun lỗ 2.Bơm ly tâm Thùng chứa nước sau hấp thu 3.Van Quạt khí 4.Bồn cao vị 10 Lưu lượng kế khí 5.Ống chảy tràn 11 Ống khói xả khí 6.Ống lưu lượng kế lỏng 12 Thiết bị chứa SO2 Hấp thụ khí SO2 nước Dung mơi sử dụng dung dịch nước vì: • Dung môi hấp thu nước để không tạo cặn lắng làm cản trở dòng khí lỏng • Là loại dung dịch rẻ tiền, dễ kiếm • Tính ăn mòn thiết bị yếu gây nguy hại cho thiết bị xử lý • Dung dịch ngồi nhiệm vụ hấp thụ acid SO 2, CO2, có tác dụng làm nguội khí thải đáp ứng u cầu tiêu chuẩn nhiệt độ khí thải đầu ống khói Vật liệu chế tạo tháp hấp thu: Do phải chịu tác dụng hố học với khí thải dung dịch có tính ăn mòn cao nên vật liệu chế tạo tháp hấp thu đường ống dẫn khí chọn loại thép hợp kim đặc biệt thuộc nhóm thép khơng gỉ, chúng có tính chống ăn mòn cao điều kiện làm việc thiết bị Nhược điểm phát sinh lượng nước thải Nhược điểm khắc phục cách sử dụng tuần hồn dung dịch xử lý nhằm triệt để lượng hố chất dung dịch giảm lượng nước thải ngồi Theo phương pháp này, dung dịch xử lý sử dụng tuần hồn theo chu trình kín, thải bỏ lượng nhỏ tháo cặn bùn từ bể lắNh  2.2 Thuyết minh quy trình Dòng khí thải từ nhà máy thải xử lý sơ Sau quạt thổi qua lưu lượng kế đo lưu lượng vào tháp thực trình hấp thu Tháp hấp thu làm việc nghòch dòng Dung môi hấp thu nước Nước từ bể chứa bơm lên bồn cao vò Sau qua lưu lượng kế đo lưu lượng dòng chảy vào tháp hấp thu , nước chảy từ xuống Khí SO2 thổi từ đáy tháp lên , trình hấp thu thực Khí sau hấp thu đạt TCVN thải phát tán môi trường Dung dòch nước sau hấp thu cho chảy vào bể chứa thực trình trung hòa thải môi trường CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN Các số liệu ban đầu Hàm lượng khí vào (%tt): 18% Độ hấp thụ: 90% Nhiệt độ làm việc (atm): Lưu lượng hỗn hợp khí: 1500m3/h 3.1 Sơ đồ cân vật chất tháp mâm xun lỗ DỊNG KHÍ RA DỊNG LỎNG VÀO G, Gtr, yr L, Ltr, xv, Xv THÁP HẤP THU DỊNG KHÍ VÀO G, Gtr, yv DỊNG LỎNG RA L, Ltr, xr, Xr Xđ - Tỷ số mol khí dòng lỏng vào tháp hấp thụ ( kmolSO2/kmolH2O) Xc - Tỷ số mol khí dòng lỏng tháp hấp thụ (kmolSO2/ kmolH2O) Yđ - Tỷ số mol khí hỗn hợp khí thải vào tháp hấp thụ (kmolSO2/kmolkk ) Yc - Tỷ số mol khí hỗn hợp khí thải tháp hấp thụ (kmolSO2/kmolkk ) xđ - Phần mol khí pha lỏng vào tháp hấp thụ (kmolSO2/kmolhh ) xc - Phần mol khí pha lỏng khỏi tháp hấp thụ (kmolSO2/kmolhh ) yđ - Phần mol khí dòng khí vào tháp hấp thụ (kmolSO2/kmolhh ) yc - Phần mol khí dòng khí tháp hấp thụ (kmolSO2/kmolhh ) G - Suất lượng hỗn hợp khí ( kmolhh/h ) Gtr-Suất lượng khí trơ (kmoltrơ/h ) L - Suất lượng nước (kmolH2O/h ) 3.2 Tính cân vật chất :  Phương trình cân hệ SO -H2O biểu diễn theo đònh luật Henri = p = Hx y* H Pt =mx Trong : y* : nồng độ phân mol SO2 dòng khí điều kiện cân x : nồng độ phân mol khí hòa tan pha lỏng p : áp suất riêng phần cấu tử khí SO2 hòa tan cân (mmHg) Pt : áp suất tổng hệ hấp thu(mmHg) H : hệ số Henry (mmHg) Ở 30oC : H = 0.0495106 (mmHg) [2, Bảng IX.1, p.139] m : hệ số phân bố m= H Pt = 0, 0495 × 106 760 Ta có: y= Thay vào (1) ta : Suy : Y* = =65,13 Y 1+ Y Y* 1+ Y * mX + (1 − m) X = =m , x= X 1+ X X 1+ X 65,13 × X + (1 − 65,13) X Trong : X :nồng độ SO2 cấu tử trơ (kmolSO2/kmolH2O) Y* :nồng độ SO2 không khí điều kiện cân (kmolSO2/kmoltrơ) Từ phương trình đường cân ta có số liệu đường cân bằng: 0 0,0002 0,0132 0,0006 0,0008 0,001 0,0015 0,002 0,003 0,0406 0,0524 0,0696 0,1081 0,1494 0,2419 Từ số liệu đường cân ta vẽ đường cân : 10 Tra bảng XIII.11 (stt2-trang384) ta có chiều cao gờ h = 25mm Mnắp = 23,4 kg Vậy m2 = Mnắp-đáy = 23,4 x = 46,8kg 3.6.3 Khối lượng mâm Khối lượng mâm: mmâm = × sđĩa × thép = π × (0, 712 − 0, 2 ) × × 10−3 × 7850 = 8, 6( kg ) Khối lượng mâm: m3 = × 8,6 = 77,4 (kg) 3.6.4 Khối lượng bích nối thân Chiều cao thân 3.8 m, chia đoạn có bích nối thân, bích nối nắp đáy tháp Vậy n = m4= x π × ( Dn2 − Dnt2 ) × 2h × ρthép = 251,11 (kg) 7850kg/m3 khối lượng tiêng tháp Đường kính ngồi tháp Đường kính ngồi bích h = 0,024m Chiều cao bích 3.6.5 Khối lượng bích ống dẫn khí với thân m5 = × π π × ( Dn2 − Dnt2 ) × h × ρ = × × (0, 32 − 0,1592 ) × 0, 028 × 7850 = 22,3(kg ) 4 Vói Dn = 300mm: Đường kính ngồi bích Dnt = 159mm: Đường kính ngồi ống h = 0,028 : chiều cao bích 3.6.6 Khối lượng bích ống dẫn lỏng với thân m6 = × π π × ( Dn2 − Dnt2 ) × h × ρ = × × (0, 2152 − 0,1582 ) × 0, 026 × 7850 = 6,8( kg ) 4 23 3.6.7 Khối lượng lỏng chứa tháp m7 = π π × Dt × ( Ntt − 1) × h × ρlong = × 0, 71× (9 − 1) × 0,3 × 1000 = 1338( kg ) 4  Khối lượng tháp M = m1+m2+m3+m4+m5+m6+m7 = 146,8 + 46,8+ 77,4 + 251,11 + 22,3 + 6,8 + 1338 = 1889,21 (kg) Tải trọng tháp 1889,219,81 = 1,8 3.7 Chân đỡ Chọn chân đỡ có chân Tải trọng cho phép lên chân 1,8×1043 = 0,6×104 (N/m2) [2, Tra bảng XIII.35, p437] Tải trọng L cho phép chân đở G.10-4N B 150 210 B1 B2 H h s d 300 160 14 23 mm 180 245 Hình 4.2:Cấu tạo chân đỡ 3.8 Chọn tai treo Chọn tai treo Tải trọng cho phép lên tai treo 1,8×1044 = 0,45 ×104 (N/m2) [2, Tra bảng XIII.36, p438] 24 Tải trọng L cho phép chân đở G.10-4N B 0.5 75 100 B1 H S l a d Khối lượng 1tai treo 40 15 18 1.23 Mm 85 155 Hình 4.3: Cấu tạo tai treo 3.9 Tính tốn thiết bị phụ trợ 3.9.1 Tính bồn cao vò : Viết phương trình Bernoulli cho mặt thoáng bồn cao vò (mặt cắt ) đầu ống dẫn lỏng vào tháp ( mặt cắt 2) Z1 + P1 α1 × V12 P2 α × V2 + = Z2 + + + ∆H ρ×g 2× g ρ×g 2× g Trong : Z1 , Z2 : chiều cao mặt thoáng bồn cao vò mặt cắt đầu ống dẫn lỏng vào tháp , m V1 , V2 : vận tốc mặt cắt , mặt cắt , m/s 25 ∆ H : tổn thất từ mặt cắt đến mặt cắt , m α1 ,α : hệ số hiệu chỉnh động P2 = P1 = Pa : xem áp suất mặt thoáng bồn cao vò áp suất đầu vào ống dẫn lỏng H0 = Z1 – Z2 : chiều cao mực chất lỏng bồn cao vò so với chiều cao ống dẫn lỏng vào tháp V1 = (m/s) , V2 = 2,5 (m/s) Từ phương trình Bernoulli ta có : Ho = Z1 – Z2 = Ho = α × V2 + ∆H 2× g Chuẩn số Re = Với P2 − P1 α × V2 − α1 ×V12 + + ∆H ρ×g 2× g ρ µ (1) V2 × d × ρ µ = 1000 (kg/m3) = 0,6556 10-3 (kg/ms) , độ nhớt nước 40oC V2 = 2,5 (m/s) 2, × 0,15 ×1000 0, 656 ×10 −3 Suy : Re = α2 = chảy rối nên = 571646 > 2300 : chế độ chảy ống Thay vào (1) ta : Ho = Trong : ∆ V2 + ∆H 2× g H = hd + hcb 26 Với hd : tổn thất dọc đường ống , m hcb :tổn thất cục miệng vào , miệng , chổ uốn , van , m  Tổn thất dọc đường ống : hl = l V2 λ× × d 2× g ,m Trong : λ : hệ số tổn thất l : chiều dài ống Chọn l = m d = 0,15 (m) , đường kính ống dẫn lỏng V = V2 = 2,5 (m/s) , vận tốc dòng lỏng chảy ống Do Re > 10000 nên : λ = = (1,8 × lg Re− 1,5) (1,8 × lg 258384 − 1,5) Vậy hl = 0,015 2,52 0,15 × 9,81 = 0,015 = 0,159 (m)  Tổn thất cục : Chọn hệ thống ống có : theo [8, phụ lục 3-4, p236] - o khuỷu cong (uốn góc 90 ) : hệ số tổn thất cục ξv van : hệ số tổn thất cục =0,15 ξ dv Đầu vào ống : =0,5 ξ dr Đầu (cửa vào tháp ) : =1 ξ kh =1,1 27 Ta có : V2 V2 = (4 × ξ kh + × ξ v + ξ dv + ξ dr ) 2× g 2× g ∑ξ × hcb = hcb = (41,1 + 30,15 + + 0,5) Vậy Ho = 0,033 + + 2,52 × 9,81 2,52 × 9,81 = (m) = 2,033 (m)  Chiều cao bồn cao vò : Z1 = Ho + Z2 = Ho + hchân đỡ + hđáy + hlv Trong : hchân đỡ = 0,185 (m) hđáy = 0,275 (m) hlv : chiều cao làm việc tháp hlv = 3,8 m Suy : Z1 = 2,033 + 0,185 + 0,275 + 3,8 = 6,29 (m) 3.9.2 Tính công suất bơm : Viết phương trình Bernoulli cho mặt cắt đầu vào ống hút (mặt cắt 1-1) mặt cắt đầu ống đẩy (mặt cắt 2-2) Hb + Z1 + P1 α1 × V12 P2 α × V2 + = Z2 + + + ∆H ρ×g 2× g ρ×g 2× g Suy : Hb = (Z2 – Z1) + P2 − P1 α × V2 − α1 × V12 + + ∆H ρ×g 2× g Trong : 28 Z1 , Z2 : chiều cao mặt cắt (1-1) (2-2) , m Z2 – Z1 = 6,29 (m) P2 = P1 = Pkt : xem áp suất mặt cắt (1-1) áp suất mặt cắt (2-2) V1,V2 : vận tốc dòng chảy ống hút ống đẩy , m/s Chọn đường kính ống hút đường kính ống đẩy d1 = d2 = 0,15 (m) nên V=V1=V2= 2,5 (m/s) ∆ H : tổn thất cột áp từ mặt cắt (1-1) đến mặt cắt (2-2) , m α1 ,α : hệ số hiệu chỉnh động Hb : cột áp bơm , mH2O Chuẩn số Re = V ×d ×ρ µ chế độ chảy rối nên Vậy 2, × 0,15 ×1000 0, 656 ×10 −3 = α1 = α = α1 × V12 = α × V2 = 571646 >2300 : chế độ chảy ống nên ta có : ∆ Hb =( Z2 – Z1 )+ H Trong : ∆ H = hl + hcb Với hl : tổn thất dọc đường ống , m hcb :tổn thất cục miệng vào , miệng , chổ uốn , van , m  Tổn thất dọc đường : hl = L1 + L2 V λ× × d 2× g L1 : chiều dài ống hút Chọn L1 = (m) L2 : chiều dài ống đẩy Chọn L2 = 10 (m) λ : hệ số tổn thất , λ = 0,015 29 V =V1 =V2 = 1,13 (m/s) Vậy hl = + 10 2,52 × 0, 015 × 0,15 × 9,81 = 0,38 (m)  Tổn thất cục : Chọn hệ thống ống theo [7, phụ lục 3-4, p236] ta có : - o khuỷu cong (uốn góc 90 ) : hệ số tổn thất cục ξv van : hệ số tổn thất cục =0,15 ξ dv Đầu vào ống : =0,5 ξ dr Đầu (cửa vào tháp ) : =1 ξ kh =1,1 Ta có : ∑ξ × hcb = V2 V2 = (2 × ξ kh + × ξ v + ξ dv + ξ dr ) 2× g 2× g hcb = (21,1 + 20,15 + + 0,5) 2,52 × 9,81 = 1,2 (m)  Cột áp bơm : Hb = 6,29 + 0.38 + 1,2 = 7,87 (mH2O) Để an toàn ta chọn Hbthưc =1,1Hb = 1,1 7,87 ≈ (mH2O)  Công suất bơm : Nlt = Q × Hb × ρ × g 1000 ×η , Kw Trong : Q : lưu lượng bơm , m3/s Vxtb: Lưu lượng thể tích trung bình 30 Vxtb ≈ Vtr = Ltr × M tr × 73,98 = 0, 0206 3600 Q= 1 = 4110,1× 18 × = 73,98m3 / h ρtr 1000 (m3/s) Hb = (mH2O) ρ = 1000(kg / m3 ) η , khối lượng riêng nước 40oC : hiệu suất bơm η = ηo ×ηtl ×ηck Trong : ηo : hiệu suất thể tích η tl : hiệu suất thủy lực η ck : hiệu suất khí Chọn loại bơm ly tâm Theo [1, bảng II.32, p439], ta chọn : ηo η tl ηck Vậy η = 0,96 = 0,85 = 0,96 = 0,96 0,85 0,96 = 0,783 Thay vào ta : Nlt = 0, 0206 × ×1000 × 9,81 1000 × 0, 783 = 2,32 (Kw) Công suất thực bơm : 31 Nthực = Với β β × N lt : hệ số an toàn công suất ta chọn β = 1,5 [1, II.33, p440] Vậy công suất thực bơm : Nthực = 1,52,32 = 3,48 (Kw) Chọn Nthực = 3,5 (Kw) 3.9.3 Tính công suất quạt : Chọn quạt ly tâm Viết phương trình Bernoulli cho mặt cắt ống hút (mặt cắt 1-1) mặt cắt ống thổi khí vào đáy tháp (mặt cắt 2-2) Z1 + P1 α ×V P α ×V + 1 + H q = Z + + 2 + ∆H ρ×g 2× g ρ×g 2× g Trong : Z1 , Z2 : chiều cao mặt cắt (1-1) mặt cắt (2-2) Z1 = Z2 P1 , P2 : áp suất dòng khí ống hút ống đẩy P1 = , áp suất dư môi trường P2 = ρ ∆ Pđ = 427,38 (N/m2) : khối lượng riêng dòng khí , kg/m3 ρ = 1,26 (kg/m3) V1 , V2 : vận tốc dòng khí mặt cắt (1-1) mặt cắt (2-2) Chọn đường kính ống hút đường kính ống đẩy nên : V1 = V2 = V = 23,59 (m/s) 32 α1 ,α : hệ số hiệu chỉnh động Chế độ dòng chảy ống : Re = V × d × ρ 23,59 × 0, ×1, 26 = µ 1,19 ×10 −5 = 499552> 2300 nên chế độ dòng α1 = α = chảy ống chế độ chảy rối Nên Suy : α1 × V12 = α ×V2 Từ phương trình Bernoulli ta có : Hq = (Z2 – Z1) + = P2 + ∆H ρ×g Trong : ∆ P2 − P1 α × V2 − α1 × V12 + + ∆H ρ×g 2× g = ∆Pd + ∆H ρ×g H = hd + hcb Với hd : tổn thất dọc đường ống , m hcb :tổn thất cục miệng vào , miệng , chổ uốn , van , m  Tổn thất dọc đường : hd = l V2 λ× × d 2× g l : chiều dài ống dẫn khí Chọn l = 10 (m) d =0.2 (m) , đường kính ống dẫn khí λ : hệ số tổn thất , xác đònh theo công thức : 6,81 0.9 ∆ = −2 × lg[( ) + ] Re 3, λ [1, (II-65), p380] 33 ∆= Với ε d : độ nhám tương đối Chọn ống thép hàn điều kiện có ăn mòn ε = 0, Suy : ∆ = (mm) [1, bảng II-15, p381] 0, = 0, 001 200 Thay vào ta : 6,81 0.9 0, 001 = −2 × lg[( ) + ] 499552 3, λ Suy : λ = 0,02 V = 23,59 (m/s) Vậy hd = 10 23,59 × 0, 02 × 0, 2 × 9,81 = 28,4 (m cột khí)  Tổn thất cục : Chọn hệ thống ống theo [10, phụ lục 3-4, p236] ta có : - o khuỷu cong (uốn góc 90 ) : hệ số tổn thất cục ξv van : hệ số tổn thất cục =0,15 ξ dv Đầu vào ống : =0,5 ξ dr Đầu (cửa vào tháp ) : =1 ξ kh =1,1 Ta có : ∑ξ × hcb = V2 V2 = (4 × ξ kh + × ξ v + ξ dv + ξ dr ) 2× g 2× g hcb = (41,1 + 30,15 + + 0,5) 23,592 × 9,81 = 180,1 (m cột khí) 34  Cột áp quạt : Hq = hcb + hd + ∆Pu ρ×g = 427,38 + 28, + 180,1 1, 26 × 9,81 = 243,08 (m)  Công suất quạt : Q × H q × ρk × g Nlt = 1000 ×η , Kw [9, p153] Trong : Q : lưu lượng dòng khí , m3/s 1500 = 0, 417 3600 Q= ρk η (m3/s) = 1,26 (kg/m3) : hiệu suất chung η = η1 ×η2 ×η3 Với - η1 η2 η3 [9,153] : hiệu suất lý thuyết quạt ,chọn : hiệu suất ổ đỡ , chọn η1 = 0,8 η2 = 0,95 : hiệu suất hệ truyền đai , chọn Thay vào ta : η η3 = 0,95 = 0,8 0,95 0,95 = 0,722 Vậy công suất quạt : Nlt = 0, 417 × 243, 08 ×1, 26 × 9,81 = 1, 735 1000 × 0, 722 (Kw) Công suất thực quạt : Nthực = k Nlt , (Kw) [1, II.48, p464] 35 Với k : hệ số dự trữ thêm cho động Đối vơí quạt ly tâm , Nlt =1,735 (Kw) thuộc khoảng (2,01 - 5) Suy : k = 1,15 Vậy công suất thực quạt : Nthực = 1,15 1,735 = 1,99 (Kw) Chọn Nthực = (Kw) KẾT LUẬN Hiệu suất trình hấp thu cao, tiêu tốn lượng nước làm dung môi lớn Do , mặt kinh tế chưa đạt yêu cầu tiêu tốn lượng nước lớn thải lượng nước sau xử lý vào môi trường không tái sử dụng Cần phải khảo sát phương pháp hấp thu SO2 với dung môi khác để xem dung môi có đạt yêu cầu hiệu suất xử lý đạt yêu cầu tính kinh tế không ? Ưu điểm trình : + Hoạt động tốt 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 + Khí trước vào tháp phải xử lý sơ làm bụi hạ thấp nhiệt độ dòng khí + Nước hấp thu phải , tránh tạo cặn trình hấp thu làm tắc dòng khí dòng lỏng 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Các tác giả Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất - Tập NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội [2] Các tác giả Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất - Tập NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội [3] Võ Văn Bang Vũ Bá Minh (chủ biên Vũ Bá Minh) Q Trình thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm - tập - Truyền Khối NXB Đại học Quốc Gia Tp.Hồ Chí MINh [4] Nguyễn Bin Các q trình, thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm - tập1 - q trình bơm quạt khí nén NXB Khoa học kĩ thuật [5] PGS Ts Đinh Xn Thắng Giáo trình nhiễm khơng khí NXB Đại học Quốc gia Tp.HCM [6] Phạm Văn Bơn Kỹ thuật xử lý khí thải cơng nghiệp NXB Trường đại học Bách Khoa Tp.HCM [7] Tập thể giảng viên mơn lưu chất Giáo trình lưu chất NXB ĐHBK Hồ Chí MINh [8] Nguyễn Bin Tính tốn q trình & thiết bị cơng nghệ hóa chất & thực phẩm – Tập NXB Khoa học kĩ thuật [9] Trần Hùng Dũng – Nguyễn Văn Lụa – Hồng Minh Nam – Vũ Bá Minh Giáo trình “Q Trình & thiết bị Cơng nghệ hóa chất – Tập – Quyển 2” NXB Đại Học Quốc Gia Tp.HCM [10] Trương Tích Tuyển – Vũ Duy Cường “Giáo trình kỹ thuật” NXB đại học bách khoa Tp.HCM 37 [...]... tiết diện tháp  tổng diện tích lỗ π × D2 π × 0.71 2 2 2 • 0, 2 × ΣFlỗ = 4 = 0, 2 Diện tích của một lỗ trên đĩa = 0, 079(m ) = 79000(mm ) 4 lỗ == ≈ 30 mm2 79000 = 2633 30 Tổng số lỗ trên đĩa n = = (lỗ) Cách phân bố lỗ theo hình tam giác đều tâm lỗ, khoảng cách giữa hai tâm lỗ là 15mm 3.3.4 Tính trở lực qua tháp Trở lực trong tháp đĩa lỗ khơng có ống chảy chuyền được tính theo cơng thức ΔPđ = ΔPk + ΔPt... (KmolSO2/Kmolkhítrơ) yc= 0,1 yđ = 0,10,22 = 0,022 (KmolSO2/Kmolkhítrơ)  Các thông số dòng lỏng : Hấp thu SO2 bằng nước , chọn dung môi sạch khi vào tháp nên : X đ = 0 Với Xđ : nồng độ đầu của pha lỏng , KmolSO2/KmolH2O  Lượng dung môi tối thiểu được sử dụng : Y − Yc Lmin = d* Gtr X − Xd Gtr : suất lượng dòng khí trơ trong hỗn hợp X* : nồng độ pha lỏng cân bằng tương ứng với (kmol/kmolH2O) Từ đồ. .. ? 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 thu n tiện Nhược điểm : + Năng suất xử lý nhỏ + Khí trước khi vào tháp phải xử lý sơ bộ làm sạch bụi và hạ thấp nhiệt độ dòng khí + Nước hấp thu phải sạch , tránh tạo cặn trong quá trình hấp thu làm tắc dòng khí và dòng lỏng 36 ... khi hấp thụ ra khỏi tháp: Vận tốc dòng lỏng trong ống dẫn vào, ra tháp từ 1,5 ÷ 2,5 m/s [1, bảng II.2, p370] Chọn vận tốc vào là vx=2,5 m/s Lưu lượng nước cần cung cấp vào tháp: 4110,1×18 = 1000 Lsv= 73,98 m3/h = 0,02 m3/s 0, 02 0, 785 × 2,5  Dv = D r = = = 0,1 m = 100 mm  V = 2,5 m/s  Tính ống dẫn dung dịch sau khi hấp thụ ra khỏi tháp: Chọn lưu lượng dung dịch sau khi hấp thụ tháo ra khỏi tháp bằng. .. phối lỏng đến mâm thứ I (chọn h 2 = 0,3 m) 14 h3 khoảng cách từ mâm cuối cùng tới mép trên nối đáy tháp ( chọn h3=0,45m) → Hcp = 1m Với D = 0.71 m chọn khoảng cách giữa các đĩa Hđ = 0,3 m [2, p184]  Vậy: H = Ntt(Hđ +s đĩa) + Hcp = 9×(0,3 +0,003) +1 = 3,727 (m) → Chọn H = 3.8 (m) 3.3.3 Thiết kế lỗ trên mâm dtđ = 6 mm Tổng diện tích tự do của lỗ bằng 15% tiết diện tháp  tổng diện tích lỗ π × D2 π ×... lượng mâm Khối lượng một mâm: mmâm = × sđĩa × thép = π × (0, 712 − 0, 2 2 ) × 3 × 10−3 × 7850 = 8, 6( kg ) 4 Khối lượng của 9 mâm: m3 = 9 × 8,6 = 77,4 (kg) 3.6.4 Khối lượng bích nối thân Chiều cao thân là 3.8 m, chia 2 đoạn vậy có 2 bích nối ở thân, 2 bích nối ở nắp và đáy tháp Vậy n = 4 m4= 4 x π × ( Dn2 − Dnt2 ) × 2h × ρthép 4 = 251,11 (kg) 7850kg/m3 khối lượng tiêng của tháp Đường kính ngồi của tháp. .. =1,735 (Kw) thu c khoảng (2,01 - 5) Suy ra : k = 1,15 Vậy công suất thực của quạt : Nthực = 1,15 1,735 = 1,99 (Kw) Chọn Nthực = 2 (Kw) KẾT LUẬN Hiệu suất của quá trình hấp thu cao, nhưng tiêu tốn lượng nước làm dung môi lớn Do đó , về mặt kinh tế chưa đạt yêu cầu do tiêu tốn lượng nước lớn và thải lượng nước sau xử lý vào môi trường không được tái sử dụng Cần phải khảo sát phương pháp hấp thu SO2 với... (kg/h) ρx= 1000 (kg/m3) ρy= 1,26 (kg/m3) µx = 0,656×10-3(N.s)/m2 µ SO2 273 + C T 23 = µo × ×( ) T +C 273 [1, cơng thức I.20, p86] [1, Tra bảng I.113, p115] C = 306 µo = 116 ×10 −7 2 ⇒ µ SO2 My µy = 273 + 306  313  3 −7 = 116 ×10 × × ÷ = 119 × 10 313 + 306  273  ytb × M SO2 SO2 −7 + ( 1 − ytb ) × M kk µ kk [1, cơng thức I.18, p85] Tra đồ thị I.35 (stt1, trang 117) ở 40 C ta được o µ kk = 0, 0182 ×10... ΔPt = 505,74×9,81×0,08= 396,9 (N/m2 )  Vậy ΔPđ= ΔPk + ΔPt = 30,48 + 396,9 = 427,38 (N/m2) Trở lực của tồn tháp ΔPtháp = Ntt× ΔPđ = 9×427,38 = 3846,42 (N/m2) → 16 3.4 Tính tốn cơ khí và các thiết bị phụ trợ 3.4.1 Tính chiều dày thân Áp suất làm việc của tháp: P = ∆Ptháp + P1 + P mt Trong đó: • ∆Ptháp = 3846,42 (N/m2) • P1: Áp suất thủy tĩnh cột chất lỏng P1 = ρ×g×H = 1000×9,81×3,8= 37278 N/m2 Pmt: Áp... thân thiết bị Đáy, nắp có thể nối với nhau bằng cách hàn, ghép bích hoặc hàn liền với thân Đáy, nắp có nhiều dạng : elip, bán cầu, nón, phẳng … Chọn hình dáng đáy tùy vào hình dạng của thân thiết bị và áp suất trong thiết bị đồng thời phải chú ý đến các u cầu cơng nghệ Tính tốn đáy và nắp hồn tồn như nhau Ta chọn đáy, nắp dạng elip Chọn chiều dày đáy, nắp bằng chiều dày thân   Chiều dày nắp và đáy ... lượng dòng chảy vào tháp hấp thu , nước chảy từ xuống Khí SO2 thổi từ đáy tháp lên , trình hấp thu thực Khí sau hấp thu đạt TCVN thải phát tán môi trường Dung dòch nước sau hấp thu cho chảy vào... thải tháp hấp thụ (kmolSO2/kmolkk ) xđ - Phần mol khí pha lỏng vào tháp hấp thụ (kmolSO2/kmolhh ) xc - Phần mol khí pha lỏng khỏi tháp hấp thụ (kmolSO2/kmolhh ) yđ - Phần mol khí dòng khí vào tháp. .. xử lý SO2 1.6.1 Phương pháp hấp thu Để hấp thụ SO2 ta sử dụng nước, dung dòch huyền phù muối kim loại kiềm kiềm thổ  Hấp thụ nước: SO2 + H2O < ===== > H+ + HSO34 Do độ hòa tan SO2 nước thấp nên