Đồ án môn học PHẦN 1: MỞ ĐẦU Nền công nghiệp phát triển làm cho vấn đề ô nhiễm môi trường ngày trở nên nghiêm trọng Các chất gây ô nhiễm phát sinh từ nhiều nguồn khác nhau, đặc biệt từ nguồn ô nhiễm công nghiệp Hoạt động công nghiệp thải môi trường nhiều dạng chất ô nhiễm mà số ô nhiễm không khí Chất gây ô nhiễm không khí mà xét SO2 Sunfu đioxit (SO2) sinh trình đốt cháy nhiên liệu hoá thạch, phân huỷ đốt cháy hợp chất hữu cơ, hoạt động núi lửa từ xí nghiệp hóa chất, nhà máy luyện kim, nhà máy vật liệu xây dựng… Khí SO2 loại khí tương đối nặng nên thường gần mặt đất ngang tầm sinh hoạt người Khí SO2 không màu có mùi hăng cay nồng độ khí ppm, dễ hoà tan nước…Trong chất ô nhiễm không khí thường gặp SO2 chất gây tác hại xảy nhiều nơi giới Khí SO2 gây tổn thương lớp mô máy hô hấp, gây bệnh khí thũng suy tim Đối với thực vật, khí SO2 thâm nhập vào mô kết hợp với nước tạo thành axit sunfurơ H2SO3 gây tổn thương màng tế bào làm suy giảm khả quang hợp Ngoài khí SO2 tác nhân gây han gỉ mạnh kim loại, gây tác hại mạnh giấy gia thuộc, làm cho độ bền , độ dai chúng bị giảm sút…Chính mà trước thải môi trường dòng khí thải cần phải xử lý để làm giảm nồng độ khí thải tới giới hạn cho phép để không gây hại cho người động vật thực vật Một phướng pháp để xử lý phương pháp hấp thụ Hấp thụ trình dùng chất lỏng để hút nhiều cấu tử khí Trong đồ án môn học nàythiết bị hấp thụ chọn loại tháp đệm để tách riêng hỗn hợp khí SO2- không khí, sử dụng dung môi H2O với số liệu sau: Lưu lượng khí thải vào tháp (m3/h): 10000 (ở 1atm, 30oC ) Nồng độ khí thải vào tháp ( thể tích): 3.5 Nồng độ cuối dung môi ( trọng lượng ): 0.28 Hiệu suất hấp thụ (): 78 Tháp làm việc điều kiện áp suất 5atm nhiệt độ 300C Tháp đệm sử dụng rộng rãi kỹ nghệ hoá học.Trong tháp đệm, chất lỏng chảy từ xuống theo bề mặt đệm khí từ lên phân tán chất lỏng.Giới Đồ án môn học hạn làm việc tháp đệm tương đối rộng khó làm ướt đệm.Tuỳ theo vận tốc khí mà tháp làm việc chế độ khác Nguyên tắc làm việc tháp hấp thụ Chất lỏng từ bể chứa nhờ bơm bơm thẳng lên tháp Trong tháp chất lỏng tưới từ xuống bề mặt đệm nhờ thiết bị phân phối chất lỏng Dòng khí cần xử lý hút vào máy nén 5,tại áp suất dòng khí nâng lên tới áp suất làm việc Sau dòng khí đẩy vào tháp dòng khí từ lên tiếp xúc với chất lỏng chảy từ xuống bề mặt đệm Khí sau xử lý khỏi tháp qua cửa 6, chất lỏng sau hấp thụ khỏi tháp theo cửa xuống bể chứa mương dẫn Sơ đồ hình vẽ Đồ án môn học PHẦN II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG THÁP HẤP THỤ I Cân vật liệu trình hấp thụ: Nồng độ SO2 khí thải 3,5% thể tích yđ = 0,035 (Kmol SO2/ Kmol hỗn hợp) Yđ = yd 0,035 = = 0,03627 (Kmol SO2/ Kmol khí trơ) y d 0,035 Hiệu suất: = Yd Yc Yd Suy Yc = Yd (1-) = 0,03727(1-0,78) = 0,007979 (Kmol SO2/ Kmol khí trơ) Suy yc = Yc = 0,007916 (Kmol SO2/ Kmol hỗn hợp) Yc Điều kiện làm việc: to = 300C, p = 5atm áp dụng phương trình khí lý tưởng để tính dòng khí thải điều kiện làm việc P1V1=P2V2 đó: P1, V1 áp suất thể tích khí thải điều kiện đầu vào P2, V2 áp suất thể tích khí thải điều kiện làm việc Suy V2 = P1V1 1 10000 = = 2000 (m3/h) P2 Ta có: đó: PV=Gy RT Gy: số Kmol khí R: số khí lý tưởng có giá trị R= 8314(KJ/ Kmol K) T: nhiệt độ làm việc Suy Gy = PV x1.013x10 x2000 = 42,121 (Kmol/ h) RT 8314 x303 *Phương trình cân bằng: Y= mX (1 m) X II-140 m= đó: He P P: áp suất làm việc (atm) He: số Henry tra nhiệt độ làm việc tra bảng ta có: He = 3640mmHg Đồ án môn học M= 36400 = 9,5789 760 Phương trình đường cân bằng: Suy Xcb = 9,5789 X 8,5789 X Y= Y 9,5789 8,5789Y Thay Yđ = 0,03627 tacó Xcbc= = Yd 9,5789 8,5789Yd 0,03627 9,5789 8,5789 0,03627 = 0,003667 (Kmol SO2/ Kmol dung môi) Cho X số giá trị nằm khoảng Xđ ; Xc ta có bảng giá trị cho đường cân bằng: X 0 0001 Y X Y 00675 0 007716 001 009662 Gtrơ = GY 1 Yd = 402,121 *Lượng dung môi thích hợp: GX = GXmin, 003056 0295 030061 II-141 II-141 = 388,046 (Kmol/h) 0,03627 GXmin = 388,0466 (Kmol/h) 0 Yd Yc X cbc X d 005777 003 01959 *Tính lượng dung môi tối thiểu: GXmin = Gtrơ 0 0 0006 00481 002 008688 003845 0 0005 002881 0009 0004 001919 0008 0003 0 0007 cb 0002 000959 cb 0,03627 0,007979 = 2993,7896 0,003667 Đồ án môn học thường chọn = 1,2 suy GX= 1,2 x 2993,7896 = 3592,5475 (Kmol/h) = 64665,855 (Kg/h) Cân vật liệu cho toàn tháp: Gtrơ(Yđ -Yc) = GX(Xc-Xđ) Xc = Gtr 388,0466 (0,03627 0,007979) (Yd Yc ) = 3592,5475 Gx = 0,003056 (Kmol SO2/ Kmol dung môi) suy xc = Xc = 0,003047 (Kmol/ Kmol hỗn hợp) 1 X c Cân vật liệu cho phần thể tích thiết bị giới hạn tiết diện tháp với phần tháp: Gtrơ (Y-Yc) = Gx(X- Xđ) Suy phương trình đường làm việc: Y= = Gx X Yc Gtr 3592,5475 X 0,007979 = 9,258X + 0,007979 388,0466 Cho X vài giá trị khoảng Xđ ; Xc ta có bảng giá trị sau: X 0 0001 Y lv 007979 X 0 01446 0 0 0 0 01724 0 01353 003 4Vtb 3600 tb đó: 03575 II-181 Vtb: lượng khí trung bình tháp (m3/h) tb: tốc độ khí trung bình tháp (m/s) 1.Tính Vtb: 003056 II Xác định đường kính tháp: D= 0 0265 0006 01261 002 0 0005 01168 001 01631 0004 01076 0009 01539 0003 00983 0008 Y lv 0002 00891 0007 0 03627 Đồ án môn học Vtb = Vd Vc Vđ = 2000 (m3/h) II-183 Vc = Vtrơ(1+Yc) Vtrơ = Gtr TR P = 388,0466 8314 303 = 1929,999 (m3/ h) 5 1,013.10 Vc = 1929,999(1+ 0,007979) = 1945,3985 (m3/h) Vtb = 2000 1945,3985 = 1972,6993 (m3/h) 2 Tính tb: Y= 1,2 e-4X II-187 s d ytb x 0,16 Y= ( ) g Vd xtb n X= ( G x / ytb / ) ( ) Gy xtb đó: Gx, Gy: lượng lỏng lượng trung bình (kg/s) xtb, ytb: khối lượng riêng trung bình pha lỏng pha lỏng (kg/m3) x, y: độ nhớt pha lỏng theo t0 trung bình độ nhớt nước 200C (Ns/m2) g: gia tốc trọng trường Vđ: Thể tích tự đệm (m3/ m3) đ: tiết diện tự đệm (m2/m3) * Tính G X : GX G Xdau G Xcuoi GX đầu = 64665,855 (Kg/h) GXcuối = GX đầu + G hấp thụ Ghấp thụ = Gtrơ(Yđ - Yc) = 388,0466(0,03627-0,007979) =10,9782(Kmol SO2/h) = 702,6065 (Kg SO2/h) GX cuối = 64665,855 + 702,6065 = 5368,4615 (Kg/h) Đồ án môn học GX cuối = 64665,855 5368,4615 = 65017,1583 (Kg/h) *Tính G y Gy G yd G yc Mhỗn hợp đầu = MSO2 x Yđ + Mkk(1- Yđ) = 64 x 0,035 + 29(1 - 0,035) = 30,225 (Kg/Kmol hỗn hợp) GYđầu = 402,121 x Mhhđầu = 402,121 x 30,225 = 12154,1072 (kg/h) GXcuối = GYđầu - GYhấpthụ = 12154,1072 – 702,605 = 11451,5007 (kg/h) GY 11454,5007 12154,1072 = 11802,804 (kg/h) * Tính Yth : ytb = khí = y d y c 0,035 0,007916 = = 0,02146 (Kmol/Kmol hỗn hợp) 2 M 273 P 22,4 T 1 SO2 = 64 273 = 12,8713(kg/m3) 22,4 303 kk = 29 273 = 5,8323 (kg/m3) 22,4 303 Yhh = SO2 x ytb + kk (1-ytb) = 12,8713 x 0,02146 + 5,8323(1- 0,02146) = 5,9834 (kg/m3) * Tính Xtb Xtb atb SO atb H O đó: atb = atb: phần khối lượng trung bình hỗn hợp a d ac ađ = M SO2 xd M SO@ xd M H 2O (1 xd ) = (do xd = 0) Đồ án môn học ac = = M SO2 xc M SO2 xc M H 2O (1 xc ) 64 0,003047 64 0,003047 18(1 0,003047) =0,01075 (kg/kg hỗn hợp) suy atb = 0,01075 = 0,005375 (Kg/ Kg hỗn hợp) (H2O, 300C) = 995,8 (kg/m3) tra bảng ta có: 200C Nhiệt độ 400 C Khối lượng riêng 1383 SO2 13 27 nội suy (SO2 lỏng, 300C) = 1355 (kg/m3) xtb 0,005375 0,005375 1355 995,68 Xtb = 997,1012 (kg/m3) suy *Tính X: lg X = xtb lg SO2 (1 xtb ) lg H 2O I-84 (SO2, 300C) = 0,279.10-3 (Ns/m2) tra (H2O , 200C) = 1,005.10-3 (Ns/m2 ) (H2O, 300C) = 0,8007.10-3 (Ns/m2) xtb = x d xc 0,003047 = = 0,001524 (Kmol/ Kmol hỗn hợp) 2 thay số vào ta có: lg X = 0,001524lg0,279.10-3 + (1-0,001524)lg0,8007.10-3 X = 0,7994.10-3 (Ns/m2) suy * Tính y: M hh hh ytb M SO2 SO (1 ytb ) M kk kk I-85 (không khí, 300C) = 183.10-7(Ns/m2) (SO2, 00C) = 116.10-7(Ns/m2 ; C= 306 áp dụng công thức: t 0 273 C T / ( ) I-86 T C 273 Đồ án môn học 0: độ nhớt động lực không khí O0C đó: C: số (SO2, 300C) = 116.10-7 suy 273 360 303 / ( ) = 129.10-7 (Ns/m2) 303 306 273 ytb = 0,02146 (Kmol/ Kmol hỗn hợp) Mhh = ytb.MSO2 + (1- ytb)Mkk = 0,02146 x64 + (1+0,2146)29 = 29,7511 (Kg/ Kmol hỗn hợp) 0,02146 64 (1 0,02146)29 M hh 129.10 7 183.10 7 Ta có: Mhh = 179,531.10-7 (Ns/m2) suy 65017,1583 X= 11802,804 suy 0, 25 5,9834 997,1012 0,125 = 0,8082 Y = 0,04734 Y g Vd xtb s ,16 d ytb x n chọn số đệm ta có bảng mô tả sau (chọn lv = 0,9 s) Loại đệm 5x5x 1,0 000 8x8x 1,5 50 15x1 5x2 10 25x2 5x3,0 95 35x3 5x4,0 35 d V đ sặc ,62 ,138 ,65 ,2 ,71 ,3 ,75 ,42 ,78 ,53 D quy chuẩn lv 0 ,12 ,41 0 ,18 tính lại ,4 ,27 ,38 ,49 ,6 ,355 = 0,27 (m/s) III Tính chiều cao làm việc tháp: ,27 ,3 ,41 ,2 Chọn đệm vòng đổ lộn xộn kích thước 15x15x2, suy D= 1,6 (m) 1 ,193 ,17 ,607 0 ,12 ,969 D ,48 Đồ án môn học Sử dụng công thức: II-177 H = my hy đó: my: số dơn vị chuyển khối pha khí hy: chiều cao dơn vị chuyển khối pha khí hy = h1 + m Gy Gx [II- 177] h2 đó: h1: chiều cao đơn vị chuyển khối pha h2: chiều cao đơn vị chuyển khối pha lỏng h1 = Vd a d Re y h2 = 256 x x Rex = Rey = Prx = Pry = 0.25 Pry (m) [II-177] 2/3 Re x , 25 Prx 0,5 (m) Gx Ft d x y s y d x x Dx y y Dy đó: x,y: độ nhớt pha lỏng pha khí (Ns/m2) Px, Py: hệ số khuyếch tán pha lỏng, khí (m2/s) : hệ số thấm ướt đệm a: hệ số phụ thuộc hình dạng đệm đệm vòng: a=0,123 Nếu Utt > m3/m2 h hệ số thấm uớt đệm: = [III- 90] *Tính hệ số khuyếch tán pha khí: DY = 0,0043.10 4 T 1,5 P(v1 / SO2 v1 / kk ) 1 M SO2 M kk (m2/s) [II- 127] đó: T: nhiệt độ tuyệt đối diều kiện làm việc (0K) vSO2, vkk: thể tích mol khí SO2 không khí (cm3/mol) P: áp suất làm việc (at) tra bảng ta có: vSO2 = 44,8 (cm3/mol) vkk = 29,9 (cm3/mol) 10