THIẾT kế hệ THỐNG hấp THỤ để làm SẠCH KHÍ

Đồ án môn học : Quá trình thiết bị Đồ án môn trình thiết bị Thiết kế hệ thống hấp thụ để làm khí Họ tên: Lớp : Các số liệu ban đầu : Thiết bị hấp thụ loại tháp chóp Hỗn hợp tách: H2S -không khí Lu lợng khí thải vào tháp là: 11.000 Nm3/h Nồng độ H2S dòng khí vào theo % thể tích là: 2% Hiệu xuất hấp thụ: 85% Dung môi hấp thụ H2O Nhiệt độ áp xuất hấp thụ,lợng dung môi mô theo số điều kiện Các phần thuyết minh tính toán: I Mở đầu II Tính toán thiết kế hệ thống hấp thụ Cân vật liệu Đờng kính Thiết kế đĩa chóp Chiều cao Trở lực Các chi tiết tháp III Tính toán quạt máy nén khí IV Tính toán hệ thống bơm dung môi V Tính chọn khí VI Kết luận Vẽ sơ đồ dây chuyền hệ thống hấp thụ: khổ A4 Vẽ vẽ chi tiết(vẽ lắp)tháp hấp thụ: khổ A1 Giáo viên hớng dẫn Th.s Đinh Quang Hng Đồ án môn học : Quá trình thiết bị Mục lục i mở đầu ii tính toán thiết kế hệ thống hấp thụ tính toán cân vật liệu tính đờng kính tháp thiết kế đĩa chóp tính chiều cao tháp tính trở lực tháp III.Thiết kế thiết bị phụ Bơm chất lỏng Máy nén khí iV Tính chọn khí Chọn vật liệu: Tính chiều dày thân tháp Tính chiều dày nắp đáy thiết bị Chọn mặt bích chọn chân đỡ V Kết luận VI Tài liệu tham khảo 5 10 12 15 16 16 19 20 20 21 22 23 23 25 26 i mở đầu Ô nhiễm môi trờng : vấn đề chung mang tính toàn cầu cấp bách hầu hết quốc gia, phủ đầu t nhiều,cả vốn công nghệ cho việc xử lí chất gây ô nhiễm môi trờng Xã hội phát triển, khoa học công nghệ tiên tiến ô nhiễm môi trờng hậu trở lên nghiêm trọng Việt Nam,tuy công nghiệp cha phát triển mạnh mẽ nhng nhiều nguyên nhân chủ quan khách quan , nh việc thiếu hiểu biết tầm quan trọng bảo vệ làm môi trờng, trình độ dân trí nói chung thấp, thu nhập đầu ngời kém(trừ số vùng đô thị) làm cho ngời chi biết khai thác sử dụng mà không nghĩ tới hậu nó, Chính mà môi trờng nớc ta ngày ô nhiễm Cũng nh nhiều nớc khác giới nay, vấn đề xử lí chất gây ô nhiễm nớc ta gặp nhiều khó Đồ án môn học : Quá trình thiết bị khăn Nguyên nhân ô nhiễm môi trờng chất thải từ nhà máy, khu công nghiệp hoạt động khác Một chất khí gây ô nhiễm môi trờng H2S, khí thải nhiều nghành công nghiệp Khí sunfuahiđrô(H2S) chất khí độc hại, không màu sắc nhng có mùi trứng thối đặc trng khó chịu Trong công nghiệp khí xuất khí thải trình sử dụng, nhiên liệu hữu chứa sunfua, trình tinh chế dầu mỏ, trình tái sinh lợi khu vực chế biến thực phẩm, rác thải thành phố chất hữu bị thối rữa Hàng năm có khoảng triệu H2S đợc sinh từ công nghiệp Ngoài H 2S đợc sinh vết nứt núi lửa, hầm lò khai thác than, cống rãnh, hồ nớc cạn, ao tù, bờ biển nơi mà có động thực vật thối rửa Khí H2S tác động tới ngời: Với nồng độ thấp (xấp xỉ ppm) H2S gây nhức đầu khó chịu; nồng độ cao (>150ppm) gây tổn thơng màng nhày quan hô hấp nồng độ xấp xỉ 500ppm gây ỉa chảy, viêm phổi đạt đến nồng độ 700-900ppm H2S nhanh chóng xuyên qua màng túi phổi thâm nhập vào mạch máu, gây tử vong Đối với thực vật H 2S làm tổn thơng cây, rụng giảm sinh trởng Với đặc điểm nh việc để phát tán khí H 2S vào môi trờng nguy hiểm gây hậu nghiêm trọng Vì vậy, xử lý H2S khí thải việc cần thiết Một phơng pháp xử lý H2S khí thải sử dụng tháp hấp thụ H2S khỏi không khí dung môi Trong đồ án này, em xin trình bày thiết kế hệ thống tháp hấp thụ H 2S không khí, đợc trình bày cụ thể dới Sơ đồ hệ thống hấp thụ khí h2s Đồ án môn học : Quá trình thiết bị Trong đó: Máy nén khí Đồng hồ đo lu lợng khí Bể chứa nớc Bơm ly tâm Tháp hấp thụ Van điều chỉnh Đồng hồ đo lu lợng lỏng Van xả lỏng sau hấp thụ Bể chứa Thuyết minh dây chuyền: Đồ án môn học : Quá trình thiết bị Hỗn hợp khí cần xử lí H2S không khí đợc máy nén khí đa vào đáy tháp, đờng ống có nắp van điều tiết lu lợng khí gắn vào ống trớc vào tháp đông hồ đo lu lợng chất lỏng vào tháp - Nớc từ bể đợc bơm li tâm đa vào tháp 5, đờng ống có van an toàn 6, đồng thời điều chỉnh lu lợng; qua đồng hồ đo lu lợng Nớc đợc bơm vào tháp với lu lợng thích hợp, tới từ xuống dới theo chiều cao tháp hấp thụ - Không khí chứa H2S sau đợc hấp thụ lên nắp tháp lỗ nắp - Nớc hấp thụ H2S qua lỗ đáy, qua Van nhả sản phẩm hấp thụ đến hệ thống nhả hấp thụ 9.Tuy nhiên khuôn khổ đồ án ta không tính đến hệ thống ii.tính toán thiết kế hệ thống hấp thụ tính toán cân vật liệu Một số kí hiệu: -Xđ: nồng độ ban đầu cấu tử cần hấp thụ dung môi (Kmol/Kmol dm) -Xc: nồng độ cuối cấu tử cần hấp thụ dung môi (Kmol/Kmol dm) -Yđ: nồng độ ban đầu cấu tử cần hấp thụ hỗn hợp khí(Kmol/Kmol khí trơ) -Yc: nồng độ cuối cấu tử cần hấp thụ hỗn hợp khí (Kmol/Kmol khí trơ) -GY: Lợng hỗn hợp khí vào thiết bị hấp thụ (Kmol/h) -GX: Lợng dung môi vào thiết bị hấp thụ (Kmol/h) -Gtr: Lợng khí trơ vào thiết bị hấp thụ (Kmol/h) - : Lợng dung môi/Lợng dung môi tối thiểu a/ Tháp làm việc : + Nhiệt độ : T = 30 0C hay T = 303 0K + áp suất : P = at hay P = 3677,5 mmHg = 4,8 atm + Nồng độ khí thải vào tháp(phần thể tích): yd = 0,02 + Khi tính toán hấp thụ ta thờng dùng nồng độ phần mol tơng đối: Y= yd y 0,02 => Yđ = = = 0,0204(kmol/kmol khí trơ) y yd 0,02 X= x x Đồ án môn học : Quá trình thiết bị Yd Yc + Hiệu suất hấp thụ = 85% => = => Yc = (1- )Yd Yd => Yc = (1-0,85)0,0204 = 3,06.10-3(kmol/kmol khí trơ) + Lu lợng khí thải vào tháp: GY = 11000(Nm3/h) hay GY = 11000 = 22,4 491,07(kmol/h) + Lợng khí trơ đợc tính theo công thức: Gtr = GY + Y = GY.(1-yd) d (II-141) => Gtr = 491,07(1-0,02) = 481,2486(kmol/h) b/ thiết lập đờng cân bằng: + Theo định luật Henrry: ycb = m.x (II-138) Với m = H S ( 30 C ) (II-138) P 0 Với H S ( 30 C ) số henrry H2S 300C H S ( 30 C ) = 0,463.106mmHg 2 => m = 0,463.10 = 125,9 3677,5 => tính theo nồng độ phần mol tơng đối ta có: Ycb = m X + (1 m ) X => Ycb = 125,9 X 124,9 X ( phơng trình đờng cân bằng) +Lợng dung môi tối thiểu cần thiết để hấp thụ giả thiết nồng độ cuối dung môi đạt đến nồng độ cân bằng, tức Xc = Xcbc GXmin = Gtr Yd Yc X cbc X d (II-141) Mặt khác Xc = Xcbc = Yd 0,0204 = (125,9 1) 0,0204 + 125,9 m + ( m 1)Yd => Xc = Xcbc = 0,16.10-3(kmol/kmol dung môi) => GXmin = 481,2486 0,0204 3,06.10 0,16.10 => GXmin = 52155,3(kmol/h) Đồ án môn học : Quá trình thiết bị +Trong thực tế thiết bị hấp thụ thực không đạt đợc cân pha, nghĩa nồng độ cân lớn nồng độ thực tế nên lợng dung môi tiêu tốn lớn lợng dung môi tối thiểu: GX = GXmin Chọn = 1,2 => GX = 52155,3.1,2 = 62586,36(kmol/h) c/ Thiết lập đờng nồng độ làm việc: + Phơng trình cân vật liệu cho đoạn thiêt bị: Gtr(Y - Yc) = GX(X - Xd) => Y = GX GX X + Yc X Gtr Gtr d => Y = 62586,36 X + 3,06.10-3 481,2486 => Y = 130.X + 3,06.10-3 (phơng trình đờng làm việc) tính đờng kính tháp a/ Công thức: 4.Vtb 3600.tb D= Trong đó: (m) (II_181) + Vtb: Lợng khí trung bình tháp (m3/h) + tb : Tốc độ khí trung bình tháp (m/s) b/ Tính toán: Lợng khí trung bình tháp: Vytb = Với V y + V yc + Vyđ : Lu lợng hỗn hợp khí đầu điều kiện làm việc (m3/h) + Vyc : Lu lợng khí thải khỏi tháp (m3/h) Tính: Vyđ = G y M ytb ytb (Mytb khối lợng mol phân tử trung bình hỗn hợp khí ) Mà khối lợng riêng trung bình pha khí là: ytb = => Vyđ = M ytb P RT = M ytb P.T0 22,4.T P0 G y M ytb 22,4.T P0 M ytb P.T0 = G y 22,4.T P0 P.T0 2543,5(m3/h) = 491,07.22,4.303.1 = 4,8.273 Đồ án môn học : Quá trình thiết bị Tính: =>Vyc = = Vyc = Vtr(1+Yc) với Vtr = Gtr M ytb ytb (1+Yc) = Gtr M ytb 22,4.T P0 M ytb P.T0 Gtr M ytb ytb (1+Yc) Gtr 22,4.T P0 481,2486.22,4.303.1 (1+Yc) = (1+3,06.10-3) P.T0 4,8.273 => Vyc = 2500,25 (m3/h) Vậy lợng khí trung bình tháp là: V y + V yc Vytb = = 2543,5 + 2500,25 Vytb = 2521,875 (m3/h) Tốc độ khí trung bình tháp: ( y y )tb Với = 0,065 [ ] h. xtb ytb (Kg/m2.s) (II_184) + xtb :khối lợng riêng trung bình pha lỏng (kg/m3) + ytb : khối lợng riêng trung bình pha khí (kg/m3) + h: khoảng cách đĩa (m) với D = 1,2 ữ 1,8 m h 0,35 ữ 0,45 (m) Ta chọn h = 0,4 (m) Tra toán đồ sổ tay I có > 20 [ ] = Tính: xtb atb1 atb = + xtb xtb1 xtb (II-183) Phơng trình cân vật liệu tháp: Gtr(Yd-Yc) = GX(Xc-Xd) => Xc = = Gtr ( Yd Yc ) GX ( 481,2486 0,0204 3,06.10 62586,36 ) Xc => Xc = 1,33.10-4 => xc = + X = 1.10-4 c => xtb = xd + xc x = c = 0,5.10-4 2 (Kmol/kmol) (Kmol/kmol) => Khối lợng mol trung bình pha lỏng: Mxtb = xtb M H S + (1 xtb ).M H 2O = 0,5.10-4 34 +(1-0,5.10-4).18 => Mxtb = 18 (Kg/kmol) Đồ án môn học : Quá trình thiết bị Phần khối lợng trung bình cấu tử 1: atb = xtb M H S M xtb 0,5.10 4.34 = 18 = 0,95.10-4 (Kg/kg) Tra sổ tay I ta đợc: H O ,30o C = 995,68 (kg/m3) (I-12) xtb = xtb1 = H S, 30o C = xtb = atb xtb1 M H S 273.P 34 273.5 = = 6,84 (kg/m3) (I-5) 22,4 ( 30 + 273).1 22,4 T 1 atb = 0,95.10 0,95.10 + + xtb 6,84 995,68 xtb = 982,2(Kg/m3) Tính ytb Khối lợng mol phân tử trung bình hỗn hợp khí là: MYtb = ytb M H S + (1-ytb).MKK Ytb = Yd + Yc 0,0204 + 3,06.10 = = 11,73.10-3(Kmol/kmolkhí 2 trơ) Ytb 11,73.10 => ytb = + Y = + 11,73.10 tb => ytb= 0,0116(kmol/kmol) Vậy ta có: MYtb = 0,0116.34 + (1-0,0116).29 = 29,058 => Khối lợng riêng trung binh pha khí là: ytb = M ytb P RT = M ytb P.T0 22,4.T P0 = 29,058.4,8.273 22,4.303.1 ytb = 5,61(Kg/m3) Vậy tốc độ khí trung bình tháp là: ( y y )tb = 0,065.1 0,4.982,2.5,61 0,065 0,4.982,2.5,61 => ytb = = 0,544 (m/s) 5,61 Đờng kính tháp: D = 4.2521,875 3600.0,544 = 1,28 (m) D = 1,28 (m) thỏa mãn với cách chọn h = 0,4 (m) Quy chuẩn D = 1,3 (m) thiết kế đĩa chóp (Kg/kmol) Đồ án môn học : Quá trình thiết bị Chọn loại chóp tròn: Chọn chóp có đờng kính ống d = 100 mm = 0,1 m Số chóp phân bố đĩa Số chóp n = 0,1 D2 dh (II _236) D = 1,28 (m) dh : đờng kính ống hơi,chọn 0, 095 (m).Chiều dày ống chọn = 0,0025(m) 1,28 Số chóp n = 0,1 0,095 = 18 chóp Đờng kính chóp dch = d h + ( d h + ch ) (m) (II_236) ch : Chiều dày chóp,thờng khoảng ữ (mm) Ta chọn ch = (mm) = 2.10-3 (m) dch = 0,095 + ( 0,095 + 2.0,002) = 0,14 (m) Chiều cao chóp phía ống hơi` h2 = 0,25dh = 0,25.0,095 h2 = 0,024 (m) Khoảng cách từ mặt đĩa đến chân chóp S = 0ữ25 (mm) Chọn S = 20(mm) = 2.10-2 (m) Chiều cao khe chóp: y y b= g x Với: x = xtb = 982,2( Kg / m ) y = ytb = 5,61(Kg/m3) y = 4.V ytb 3600. d h n = 4.2521,875 = 5,5 3600. 0,095 2.18 = 2mm 2.5,5 2.5,61 => b = = 0,035(m) 9,81.982,2 Chiều cao mức CL khe chóp: h1 = 0,015 ữ 0,040 (m) Chọn h1 = 0,04(m) Chiều rông khe chóp a = 2- mm Ta chọn a = mm Đờng kính tơng đơng cua khe chóp 10 Đồ án môn học : Quá trình thiết bị Kmol Kmol (II_164) m s Kmol x = 33,4.104. y 0,79 Px Trong đó: y : Tốc độ khí tính cho mặt cắt tự tháp y = 0,544 (m/s) Px = Pđ - Pk:Sức cản thuỷ lực lớp chất lỏng đĩa Pđ : Sức cản thuỷ lực chung đĩa (N/m2) Pk : Sức cản đĩa khô (N/m2) Tổng trở lc đĩa: Pđ = Pk + Ps + Pt (N/m2) (II_192) => Pđ - Pk = Ps + Pt Tính: Ps: trở lực sức căng bề mặt (N/m2) Ps = 4. hh d t (N/m2) hh = H Ps = H 2O ,30o C (II_192) o 2O ,30 C = 71,15.10-3 (N/m) (I-304) 4.71,15.10 = 28,46 (N/m2) 0,01 Tính: Pt : Trở lực lớp chất lỏng đĩa(trở lực thuỷ tĩnh) (N/m2) hr Pt = b g hb (N/m2) (II_194) hr :chiều cao khe chóp tính đợc hr = b = 0,035 (m) g : Gia tốc trọng trờng = 9,81 (m/s2) b : khối lơng riêng bọt thờng b = 589,32 (kg/m3) 0,035 Pt = 589,32.9,81. 0,12 = 592,6 (N/m2) Px = Pt + Ps = 592,6 +28,46 = 621,06 (N/m2) Vậy ta tính đợc: y = 4,47.10 4.0,5441,32.621,06 Kmol y = 0,124 m s Kmol Kmol x = 33,7.10 4.0,544 0,79.621,06 13 Đồ án môn học : Quá trình thiết bị Kmol x = 1,294 Kmol m s Kmol Tính hệ số phân bố m: Tính giá trị m theo giá trị x thay đổi nh sau: y y cb (II-173) x cb x m= Ta có bảng giá trị sau : x y xcb ycb y-ycb xcb-x m 0,00002 0,00566 0,000045 0,0025 0,00316 0,000025 126,4 0,00004 0,00826 0,000065 0,0051 0,00316 0,000025 126,4 0,00006 0,01086 0,0000853 0,00761 0,00325 0,0000253 128,4 0,00008 0,01346 0,00011 0,0102 0,00326 0,00003 108,6 0,0001 0,01606 0,000126 0,0128 0,00326 0,000026 125.3 Vậy ta có giá trị m là: 126,4 + 126,4 + 128,4 + 108,6 + 125,3 = 123 1 Kmol 123 = 0,01( ) => Ky = + m = + m s y x 0,124 1,294 m= Số đơn vị chuyển khối đĩa pha hơi: myt = K y f Gy = 22,4( 273 + 30 ) P0 f K y y 273.P.F (II-173) Trong đó: f: diện tích làm việc tháp đĩa f = F (n.fh + m.fch) = f= D d h d c - (18 + ) (II-173) 4 1,28 0,095 0,2 - (18 + ) = 1,1 (m2) 4 y = 0.544(m/s) => myt = 22,4( 273 + 30 )1.1,1.0.01 = 0,08 0,544.273.5.1,287 => CY = e m = 1,1 (II-172) 4.2 Vẽ đờng cong phụ xác đinh số đĩa: yt 14 Đồ án môn học : Quá trình thiết bị Dựng đoạn thẳng A1C1 , A2C2 , song song với trục tung với Ai nằm đờng làm việc , Ci nằm đờng cân Tìm đoạn BiCi theo công thức sau: BiCi = Ai C i => xác định đợc điểm Bi CY Nối điểm B1, B2, B3, Bn ta đơc đờng cong phụ Từ điểm Q(x=y=xc) vẽ đờng thẳng song song với trục hoành cắt đờng nồng đọ làm việc điểm thứ nhất, từ giao điển ta vẽ đờng thẳng song song với trục tung cắt đờng cong phụ điểm thứ hai Cứ tiếp tục vẽ đờng song song nh điểm P(x=y=0) tức x H = 30(0,4 + 0,01) + 0,8 = 13,1(m) Quy chuẩn H = 13(m) tính trở lực tháp Tính trở lực theo công thức : P = Nt Pđ (N/m2) (II_192) Pđ = Pk + Ps + Pt (N/m2) (II_192) Ta tính đợc : Ps = 28,46 (N/m2) Pt = 592,6 (N/m2) Tính Pk theo công thức sau: y o Pk = (N/m2) (II-192) : hệ số trở lực thờng = ( 4,5 ữ 5) chọn = y : khối lợng riêng pha khí có y = 5,61 (kg/m3) o : Tốc độ khí qua rãnh chóp o = 0,544 (m/s) 15 Đồ án môn học : Quá trình thiết bị Pk = 5,61.0,544 = 4,15 (N/m2) Vậy Pđ = 4,15 + 28,46 + 592,6 = 625,21 (N/m2) Trở lực toàn tháp là: P = 30.625,21 = 18756,3 (N/m2) III.Thiết kế thiết bị phụ Bơm chất lỏng Công suất yêu cầu trục bơm Q. g H N = 1000. (kW) (I_439) Trong đó: Q: suất bơm (m3/s) : Khối lợng riêng chất lỏng (kg/m3) g : Gia tốc trọng trờng (m/s2) H : áp suất toàn phần bơm (m) : hiệu suất bơm Tính H(m) H= P2 P + H0 + h m g (I_438) P1 :áp suất bề mặt ống hút P1 = Pkk = at = 1,013.105 (N/m2) P2 : áp suất bề mặt ống đẩy P2 = PLV = at = 5,065.105 (N/m2) H0 : chiều cao nâng chất lỏng (m) hm : áp suất tiêu tốn để thắng toàn trở lực ống hút ống đẩy Tính hm : P hm = g (I_459) P :áp suất toàn phần cần thiết để khắc phục tất sức cản thuỷ lực hệ thống P = Pđ + Pm + PH + Pt + Pk + PC (I_376) + Pđ: áp suất động học,tức áp suất cần thiết để tạo tốc độ cho dòng chảy khỏi ống (N/m2) Pđ = (N/m2) (I_376) :khối lợng riêng H2O 300C :995,68 (kg/m3) Tốc độ lu thể: = 0,9(m/s) 16 Đồ án môn học : Quá trình thiết bị Vậy Pđ = 995,68.0,9 = 403,25 (N/m2) + Pm : áp suất để khắc phục trở lực masát dòng chảy ổn định ống thẳng Pm = L (N/m2) dtd (I_459) Với + L: chiều dài toàn hệ thống ống dẫn chọn L = 15 (m) + dtđ: đờng kính tơng đơng ống dẫn = 0,1(m) + : hệ số masat xác định theo công thức 6,81 0,9 + = -2.lg 3,7 Re (I_464) - Re : chuẩn số Rêynol xác định theo công thức Re = .d => Re = với H O( 30 C ) = 0,801.10-3 (N.s/m2) (I-92) 0,9.0,1.995,68 = 111874,16 > 4000 0,801.10 => Chất lỏng chảy xoáy xác định theo công thức la phù hợp - : độ nhám tơng đối = d (I_464) td Chọn = 0,1.10-3 (m) => Vậy 0,1.10 -3 = = 10-3 (m) 0,1 6,81 0,9 10 + = 6,73 = -2.lg 3,7 111874,16 => = 0,022 Pm = 0,022 15 995,68.0,9 = 1330,7 (N/m2) 0,1 + PC: áp suất để khắc phục trở lực cục PC = : hệ số trở lực cục toàn đờng ống = i - Chọn ống thép tráng kẽm(mới tốt): = 0,5 - Chọn van tiêu chuẩn : = 4,1 - Hệ số trở lực khuỷu: khuỷu 450 tạo thành = 0,38 17 Đồ án môn học : Quá trình thiết bị = + + = 0,5 + 4,1 + 0,38 = 4,98 0,9 2.995,68 Vậy PC = 4,98 = 2008,2 (N/m2) + PH :áp suất để khắc phục áp suất thuỷ tĩnh PH = g.H Với H: chiều cao từ đầu ống hút đến điểm cao ,chọn H = 13 (m) PH = 995,68.9,81.13 = 126979 (N/m2) + Pt: áp suất cần thiết để khắc phục trở lực trong,coi Pt = + Pk: áp suất bổ sung cuối ống dẫn coi Pk = Vậy ta đợc: P = 403,25+ 1330,7 + 2008,2 + 126979 + + = 130721,15 (N/m2) => hm = 130721,15 P = = 13,38 (m) g 995,68.9,81 => H = P2 P + H o + hm g = 5,065.10 1,013.10 + 13 + 13,38 995,68.9,81 = 67,86 (m) Hiệu suất bơm = o tl ck Trong đó: + o :hiệu suất thể tích tính đến hao hụt chất lỏng chảy từ vùng áp suất cao đên vùng áp suất thấp chất lỏng rò rỉ qua chỗ hở bơm o = 0,9 + tl : hiệu suất thuỷ lực tính đến masat tạo thành dòng xoáy bơm tl = 0,85 + ck :hiệu suất khí tính đến masat khí ổ bi,ổ lót trục ck = 0,95 (I_536) Vậy = 0,9.0,85.0,95 = 0,72675 3, Năng suất bơm G X M H 2O Q = V = 3600 = 0,314 (m3/s) H O Thay vào ta có: N= 0,314.995,68.9,81.67,86 1000.0,72675 = 286,38 (kW) 18 Đồ án môn học : Quá trình thiết bị N Công suất động điện Nđc= tr c tr :hiệu suất truyền động lấy tr = 0,85 c :hiệu suất động điện lấy c = 0,9 Nđc = 286,38 = 374,35 (kW) 0,9.0,85 Thờng động điện đợc chọn có công suất dự trữ với hệ số dự trữ công suất = 1,1 Vậy động cần mắc cho bơm hệ thống là: Nđcchọn = Nđc = 374,35.1,1 = 411,785 (kW) Máy nén khí Công suất nén lí thuyết N= G.L 1000 (kW) (I_466) Trong G : suất nén máy nén (kg/ s) L : Công nén kg khí theo trình nén đa biến (Jkg) L đợc tính nh sau: m m P2 m ( P1.V1 ). (J/kg) L= P m Với m: số nén đa biến chọn m = 1,5 P1: áp suất khí lúc hút(N/m2) P1 = 1at => P1 = 1,013.105 (N/m2) P2: áp suất khí lúc đẩy(N/m2) P2 = 5at => P2 = 5,065.105 (N/m2) V1: Thể tích riêng khí điều kiện hút P1 T1 (m3/kg) V1 = hh 30 o C = = 0,178 (m3/kg) 5,61 5,065.10 1,5 1,013.10 0,178 => L = 1,013.10 1,5 ( ) 1, 51 1, = 0,38.105 (m3/kg) Tính suất nén G: G= V yd hh 3600 = 2543,5.5,61 = 3,96 (kg/s) 3600 19 Đồ án môn học : Quá trình thiết bị Vậy công suất lý thuyết máy nén là: N= 3,96.0,38.10 1000 = 150,48 (kw) Công suất động điện N / Nđc= tr c (I-466) : Hiệu suất chung chọn = 0,6 tr :hiệu suất truyền động lấy tr = 0,96 c :hiệu suất động điện lấy c = 0,95 Nđc = 150,48 / 0,6 = 275 (kW) 0,96.0,95 Thờng động điện đợc chọn có công suất dự trữ với hệ số dự trữ công suất = 1,1 Vậy động cần mắc cho máy nén hệ thống là: Nđcchọn = Nđc = 1,1.275 = 302,5 (kW) iV Tính chọn khí Chọn vật liệu: Với đặc tính oxit axit có tính ăn mòn nên chọn vật liệu bền chịu ăn mòn: chọn vật liệu thép CT3 Đặc tính kỹ thuật thép CT3: (II-309) + Có giới hạn bền kéo : k = 380.106 N/m2 + Có giới hạn chảy ch = 240.106 N/m2 + Khối lợng riêng : CT3 = 7850 kg/m3 - Tính chiều dày thân tháp Thân tháp hình trụ cao 13m đờng kính 1,3m Bố trí : gồm nhiều đoạn đợc ghép lại với bích nối Mỗi đoạn tháp đợc từ thép hàn hồ quang theo kiểu giáp nối bên có hệ số bền mối hàn: = 0,95 (II-362) - Chiều dày thân tháp đợc tính theo S= Dt P +C 2[ ] P ( m) + Dt - Đờng kính tháp Dt = 1,3m + C - Hệ số bổ xung (II-363): 20 (II-360) Đồ án môn học : Quá trình thiết bị C = C1 + C2 + C3 C1- hệ số bổ sung ăn mòn với thép CT3: C1 = 0,05mm/năm Chọn t.g = 15 (năm) C2- hệ số bổ xung bào mòn hạt rắn C2 = C3 - hệ số bổ xung dung sai chiều dày,phụ thuộc vào chiều dày thép C3 = 0,6 mm = 0,6.10-3 m => C = 20.0,05.10-3 + 6.10-4 = 1,35.10-3 m [k] - ứng suất thép (II-355) k [k] = n (N/m3) k c [k] = n (N/m3) c nk, nc : hệ số an toàn giới hạn bền giới hạn nóng chảy nk = 2,6; nc = 1,5 (II-356) => [k] = [k] = 380.10 = 146,2.10 N 2,6 m 240.10 = 160.10 N m 1,5 Để đảm bảo an toàn sản xuất -> chọn giá trị ứng suất nhỏ [k] = 146,2N/m2 + P - áp suất tác dụng lên thiết bị P = PLV + Ptt N/m2 PLV - áp suất làm việc tháp PLV = 5,065.105 N/m2 Ptt - áp suất thuỷ tĩnh Ptt = H O g.3 = 995,68.9,81.3 Ptt = 29302,8 (N/m2 ) => P = 5,065.105 + 29302,8 P = 581222 (N/m2) => Chiều dày tháp: S= 1,3.581222 + 1,35.10 = 0,005 (m) 2.146,2.10 6.0,95 581222 => S = 0,005 (m) Kiểm tra ứng suất theo áp suất thuỷ lực (II-366) P0 = Pth + Ptt Pth - áp suất thử thuỷ lực 21 Đồ án môn học : Quá trình thiết bị Pth = 1,5P = 1,5.5,8.105 Pth = 8,7.105 N/m2 => P0 = 8,7.105 + 2,93.104 P0 = 8,993.105 (N/m2) => ứng suất (II-365) [ ( )] ) [ Dt + ( S C )]P0 1,3 + 5.10 1,35.10 8,993.10 = = = 169,1.106 (N/m2) 2( S C ) 5.10 1,35.10 0,95 ( = 169,1.106 N/m2 c 240.10 = = 184,6.10 N > 169,1.106 N/m2 = (thoả mãn) m 1,2 1,3 Tính chiều dày nắp đáy thiết bị Chọn đáy nắp thiết bị hình elip D P D t t Sn,đ = 3,8.[ ].K P 2h + C (II-385) k l hl- chiều cao phần lồi lắp đáy hl = 0,25.Dt =0,25.1,2 = 0,325 (m) , chọn 0,3m k hệ số không thứ nguyên, chọn k=1 Sn,đ = 1,3.5,8.10 1,3 + 0,00135 = 4,45.10-3 (m) 3,8.146,2.10 1.0,95 5,8.10 2.0,3 Chon Sn,đ = 6.10-3 (m) Kiểm tra ứng suất theo áp suất thủy lực: = [D [1,3 = ] + 2hl ( S C ) P0 7,6.K hl ( S C ) t ( )] + 2.0,3 6.10 1,35.10 8,993.10 7,6.1.0,95.0,3 6.10 1,35.10 ( = 151,2.106 N/m2 < 200 = ) c (thoả mãn) 1,2 Tra bảng (II-384) có khối lợng nắp đáy 92 = 184 kg hgờ = 0,025m Chọn mặt bích Mặt bích phận để nối phần thiết bị nh nối phận khác với thiết bị Chọn bích liền thép kiểu để nối nắp, đáy Tra bảng (II-XIII.27) (II-417) PY.10-6 Dt D Db DI Do Bu lông h mm mm mm mm mm dbmm Z(cái) mm 0,6 1300 1450 1400 1360 1313 M24 32 35 22 Đồ án môn học : Quá trình thiết bị Chiều cao thân tháp gồm 30 đĩa Khoảng cách đĩa 0,4 m Bố trí đĩa cặp bích bích nối nắp, đáy với thân Vởy có tất cặp bích Cách lắp: chố có bích, đĩa đợc bắt chặt bulong với bích h D Db D1 D0 db Dt chọn chân đỡ Khối lợng toàn tháp * Khối lợng thân tháp: Mthân = Vthân.CT3 Vthân: thể tích thân vỏ tháp (m3) CT3: khối lợng riêng thép CT3(kg/m3) Có CT3 = 7850 (kg/m3) Vthân = D n D 2t H thõn Dn: đờng kính tháp (m) Dt: đờng kính tháp (m) Hthân: chiều cao thân tính từ đĩa đến đĩa dới cùng,bằng 3,3 (m) Dt = 1,3 (m) Dn = Dt +2.S = 1,3 + 2.0,005 = 1,31 (m) 2 Vthân = 1,31 1,3 12 = 0,246 m3 M thõn = 0,296.7850 = 2323,6 (kg) * khối lợng đáy nắp:Đáy nắp có khối lợng ( = 92kg) nên khối lợng nắp đáy 92 = 184 (kg) * khối lợng nớc: 23 Đồ án môn học : Quá trình thiết bị - Khi có cố,nh tắc đĩa đó,nớc điền đầy vào tháp.Khối lợng nớc là: M H 2O = H 2O VH 2O (kg) H 2O :khối lợng riêng nớc,=995,68 (kg/m3) VH 2O : thể tích nớc điền đầy tháp (m3) D có VH 2O = t H (m3) Dt: đờng kính tháp 1,3 (m) H: chiều cao tháp (cả đáy nắp) =13 (m) V = 1,3 13 = 17,25m3 M H 2O = 17,25.995,68 = 17180,6(kg) *Khối lợng đĩa: Chọn đĩa dày 0,005 thép CT3 -> Mđĩa 1,3 2. 0,005.7850 = 52,1 kg = Tháp có 30 đĩa nên khối lợng đĩa Mđ = 30.52,1 = 1563 (kg) + Khối lợng bổ xung (mặt bích,chóp,bulong,thanh giằng) -chọn Mbx = 500(kg) Vậy khối lợng toàn tháp là: Mtháp = 2323,6+184+17180,6+1563+500 = 21751,2 (kg) Trọng lợng tơng ứng tháp N = Mtháp.g =213.103 (N) Chọn chân đỡ: -chọn chân đỡ chân đỡ chịu lực là: No = Tra bảng(II_437) có: Tải trọng cho phép L B chân đỡ G.10-4(N) 300 240 213000 N = = 53250(N) 4 B1 260 B2 H h S l d 370 mm 450 226 18 110 34 24 Đồ án môn học : Quá trình thiết bị V Kết luận Trên kết tính toán thiêt kế tháp chóp hấp thụ H 2S hỗn hợp H2S - không khí dùng dung môi H 2O đồ án Em Sau học kì làm việc với giúp đỡ thầy cô , đặc biệt thầy Đinh Quang Hng , em hoàn thành đồ án Dù cố gắng, song lần đầu làm công việc thiết kế, cha có kinh nghiệm thực tế, nên em tránh khỏi thiếu sót, hạn chế Em mong đợc đóng góp giúp đỡ 25 Đồ án môn học : Quá trình thiết bị thầy cô để em rút đợc học bổ ích Một lần em xin chân thành cảm ơn thầy Đinh Quang Hng tận tình giúp đỡ em thời gian làm đồ án VI Tài liệu tham khảo Sổ tay trình thiết bị công nghệ hóa chất Tập I Nhà xuất khoa học kỹ thuật (1992) (I) Sổ tay trình thiết bị công nghệ hóa chất Tập II Nhà xuất khoa học kỹ thuật (1999) (II) Cơ sở trình thiết bị công nghệ hoá học tập II PGS.TS Đỗ Văn Đài - Trờng Đại học bách khoa Hà Nội Năm 2000 26 Đồ án môn học : Quá trình thiết bị Tính toán trình thiết bị công nghệ hoá chất thực phẩm tập II PGS.TS Nguyễn Bin 27