Tính toán thiết kế hệ thống hấp thụ khí SO2

Đồ án quá trình thiết bị đồ án 1. Thiết kế hệ thống hấp thụ khí SO2. Nội dung đồ án đầy đủ các phần yêu cầu. Phần lý thuyết + tính toán trình bày minh bạch, rõ ràng. Các phần thuyết minh và tính toán:I.Mở đầu; II.Tính toán thiết kế hệ thống hấp thụ; III.Tính toán quạt (máy nén khí); IV.Tính toán hệ thống bơm dung môi; V.Tính và chọn cơ khí; VI.Kết luận

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG O OO _ ĐỒ ÁN MÔN HỌC CÁC QUÁ TRÌNH CƠ BẢN TRONG CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG Đề bài: Tính toán thiết kế hệ thống hấp thụ khí SO2 GVHD: TS Vũ Đức Thảo SVTH: Mai Thị Hiền Lớp: Kỹ thuật môi trường K52 SHSV: 20071073 Hà Nội, tháng 12/2010 NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Họ tên Sinh viên: Mai Thị Hiền Lớp: Kỹ thuật môi trường Khóa: 52 I Đầu đề thiết kế: Thiết kế hệ thống hấp thụ khí SO2 II Các số liệu ban đầu: - Hỗn hợp khí cần tách: SO2 không khí - Dung môi: nước - Lưu lượng khí vào tháp: 25000 m3/h - Nồng độ SO2: yđ = 0,028( mol/mol) - Hiệu suất yêu cầu: η= 84% - Nhiệt độ áp suất lượng dung môi: mô theo số điều kiện - Loại thiêt bị: Tháp đệm III Các phần thuyết minh tính toán: Mở đầu Tính toán thiết kế tháp hấp thụ (đường kính, chiều cao, trở lực) Tính toán thiết bị phụ - Tính bơm - Tính máy nén khí Tính toán khí Kết luận IV Các vẽ: Bản vẽ sơ đồ dây chuyền khổ A3 A4 Bản vẽ tháp hấp thụ khổ A1 V Giáo viên hướng dẫn: TS Vũ Đức Thảo VI Ngày giao nhiệm vụ: Ngày tháng năm 2010 VII Ngày hoàn thành nhiệm vụ: Ngày tháng năm 2010 Giáo viên hướng dẫn Chủ nhiệm khoa ( Họ tên chữ kí) ( Họ tên chữ kí) Đánh giá kết - Điểm thiết kế - Điểm bảo vệ - Điểm tổng hợp Ngày tháng năm 2010 Cán bảo vệ ( Họ tên chữ kí) PHẦN MỞ ĐẦU Vấn đề xử lý chất ô nhiễm không khí nhận quan tâm toàn nhân loại nói chung Việt Nam nói riêng Với mục đích việc thực đồ án môn học thực cần thiết, trình làm đồ án em hiểu phương pháp, cách tính toán, lựa chọn thiết bị có khả ứng dụng vào thực tiễn để xử lý chất thải gây ô nhiễm Sau 15 tuần tìm hiểu, tính toán nhận hướng dẫn nhiệt tình thầy cô Viện, hạn chế tài liệu kinh nghiệm tính toán, nên tránh khỏi sai sót, em mong nhận ý kiến thầy cô để đồ án sau có kết tốt Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2010 Sinh viên thực Mai Thị Hiền PHẦN NỘI DUNG I.Giới thiệu chung Sơ lược khí SO2 Trong số chất gây ô nhiễm không khí SO chất gây ô nhiễm điển hình Sulfuro sản phẩm chủ yếu trình đốt cháy nguyên, nhiên liệu có chứa S Các nhà máy điện thường nguồn phát sinh nhiều SO khí thải, phải kể đến trình tinh chế dầu mỏ, luyện kim, tinh luyện quặng đồng, sản xuất ximang giao thông vận tải nơi phát sinh nhiều khí SO2 Khí SO2 chất khí không màu, có mùi hăng cay nồng độ khí ppm Khí SO2 khí tương đối nặng nên thường gần mặt đất ngang tầm sinh hoạt người, có khả hòa tan nước nên dễ gây phản ứng với quan hô hấp người động vật Khi hàm lượng thấp, SO làm sưng niêm mạc, nồng độ cao> 0,5 mg/m 3, SO2 gây tức thở, ho, viêm loét đường hô hấp SO2 làm thiệt hại mùa màng, làm nhiễm độc trồng Mưa axit có nguồn gốc từ khí SO2 làm thay đổi pH đất, nước, hủy hoại công trình kiến trúc, ăn mòn kim loại Ngoài ô nhiễm SO2 liên quan đến tượng mù quang hóa Chính tác động tiêu cực mà việc giảm tải lượng nồng độ phát thải SO2 vào môi trường vấn đề quan tâm Phương pháp xử lý SO2 Khí SO2 thường xử lý phương pháp hấp thụ, tác nhân sử dụng để hấp thụ thường sữa vôi, sữa vôi kết hợp với MgSO dung dịch kiềm Trong phạm vi đồ án này, với nhiệm vụ giao hấp thụ khí SO nước Đây phương pháp hấp thụ vật lý nên hiệu suất hấp thụ không cao Do ta phải chọn điều kiện làm việc tháp hấp thụ nhiệt độ thấp áp suất cao để nâng cao hiệu suất hấp thụ Tháp đệm Tháp đệm sử dụng rộng rãi công nghiệp hóa chất đặc điểm dễ thiết kế, gia công, chế tạo vận hành đơn giản Tháp đệm sử dụng trình hấp thụ, chưng luyện, hấp phụ số trình khác Tháp có dạng hình trụ, có chứa đệm, tùy vào mục đích thiết kế mà đệm xếp hay đổ lộn xộn Thông thường lớp đệm thường xếp, khoảng từ lớp trở đi, đệm đổ lộn xộn Tháp đệm có ưu điểm sau: - Cấu tạo đơn giản - Bề mặt tiếp xúc pha lớn, hiệu suất cao - Trở lực tháp không lớn - Giới hạn làm việc tương đối rộng Tuy nhiên, tháp có nhược điểm khó thấm ướt đệm làm giảm khả hấp thụ II.Thiết kế đồ án môn học Đầu đề thiết kế: Thiết kế hệ thống hấp thụ khí thải áp dụng công nghiệp Các số liệu ban đầu - Hỗn hợp khí cần tách: SO2 không khí - Dung môi: nước - Lưu lượng khí vào tháp: 25000 m3/h - Nồng độ SO2: yđ = 0,028( mol/mol) - Hiệu suất yêu cầu: η= 84% - Nhiệt độ áp suất lượng dung môi: mô theo số điều kiện - Loại thiêt bị: Tháp đệm Phương pháp hấp thụ xử lý SO2 Sơ đồ hệ thống 1 Bể chứa dung môi Bơm chất lỏng Tháp hấp thụ Máy nén khí Van an toàn Thuyết minh dây chuyền: - Hỗn hợp khí cần xử lý chứa SO2 không khí máy nén khí đưa vào từ phía đáy tháp Nước từ bể chứa bơm li tâm đưa vào tháp hấp thụ, đường ống có van điều chỉnh lưu lượng đồng hồ đo lưu lượng Nước bơm vào tháp với lưu lượng thích hợp, tưới từ xuống theo chiều cao tháp hấp thụ - Hỗn hợp khí sau qua lớp đệm xảy trình hấp thụ lên đỉnh tháp theo đường ống thoát khí Khí sau khỏi tháp có nồng độ khí SO2 giảm, mức độ giảm tùy thuộc vào hiệu suất hấp thụ tháp hấp thụ - Nước sau hấp thụ SO2 xuống đáy tháp theo đường ống thoát chất lỏng Nước sau hấp thụ nồng độ SO2 cao xử lý tái sử dụng Gọi: Gy: lưu lượng hỗn hợp khí vào tháp( kmol/h) Gx: lưu lượng nước vào tháp( kmol/h) Gtrơ: lưu lượng khí trơ( kmol/h) Yđ: nồng độ phần mol tương đối SO2 khí vào tháp ( kmol SO2/kmol kk) Yc: nồng độ phần mol tương đối SO2 khí khỏi tháp ( kmol SO2/kmol kk) Xđ: nồng độ phần mol tương đối SO2 nước vào tháp( kmol SO2/kmol dm) Xc: nồng độ phần mol tương đối SO2 nước khỏi tháp( kmol SO2/kmol dm) y 0, 028 d Theo đề bài: yđ = 0,028 (mol/mol) → Yđ = − y = − 0, 028 = 0,0288 (kmol d SO2/kmol kk) Biết hiệu suất hấp thụ là: η= 84% Do đó: Yc = Yđ( 1-η) =0,0288.( 1-0,84)= 4,608.10-3 (kmol SO2/kmol kk) Yc 4, 608 ×10−3 = =4,587.10-3 (kmol/kmol) + Yc + 4, 608 ×10−3 y +y 0, 028 + 4,587 ×10−3 → ytb= d c = = 0,0163 kmol/kmol 2 → yc = Dung môi ban đầu nước → Xđ = Giả sử điều kiện làm việc tháp T =250C→T =298K P =1atm = 760mmHg P=1 atm = 1,0326 at Ta coi hỗn hợp khí lý tưởng Theo phương trình trạng thái khí lý tưởng ta có: 1× 25000 PV Gy = n = RT = 0, 082 × 298 = 1023,08( kmol/h) → Gtrơ = Gy + Yd = Yc Gx, Xd 1023, 08 = 994,44( kmol/h) + 0, 0288  Thiết lập phương trình đường cân bằng: Theo định luật Henry ta có: ycb = mx mX → Ycb= + (1 − m) X Ta có m= ψ P Gy, Yd Xc Ở 250C với khí SO2 ψ =0,031.106 mmHg 0, 031.106 = 40,79 760 40, 79 X → Ycb = − 39, 79 X →m=  Thiết lập phương trình đường làm việc: Phương trình cân vật liệu cho thiết bị: Gtrơ Y + Gx Xđ = Gtrơ Yc + Gx X → Gtrơ( Y- Yc) = Gx( X- Xđ) Do Xđ = nên pt trở thành: Gtrơ.( Y- Yc) = Gx X Gx → Y= G X+Yc tro Giả thiết Xc= Xcbc lượng dung môi tối thiểu cần để hấp thụ là: Yd − Yc cbc − X d Gxmin = Gtro X mX Từ phương trình đường cân Ycb= + (1 − m) X Y → Xcb= m − (1 − m)Y Yđ = 0.0288(kmol SO2/kmol kk) 0, 0288 → Xcbc = 40, 79 + 39, 79 × 0, 0288 =6,868.10-4 (kmol SO2/kmol nước) → Gxmin = 994,44 0, 0288 − 4, 608 ×10−3 = 35028,38 kmol/h 6,868 ×10−4 Lượng dung môi cần thiết để hấp thụ : Gx = β Gxmin Thông thường β = 1,2÷1,5 Chọn β = 1,2 Gx 42034, 056 → Gx = 1,2.35028,38 = 42034,056 kmol/h → G = 994, 44 =42,269 tro -3 → Y = 42,269X+ 4,608.10 → Yd = 0.0288 Xc = Yd − 4, 608 ×10−3 0, 0288 − 4, 608 ×10−3 = = 5,723.10-4 42, 269 42, 269 Xc (kmol SO2/kmol H2O) → xc = + X = 5,72.10-4( kmol/kmol) c xd + xc + 5, 72 ×10−4 → xtb= = =2,86.10-4( kmol/kmol) 2 X 0,0001 0,0002 0,0003 0,0004 0,0005 0,0005723 0,0006868 Y 4,608.10-3 8,835.10-3 0,013 0,0173 0,0215 0,0257 0,0288 Ycb 4,095.10-3 8,223.10-3 0,0124 0,0166 0,021 0,0239 0,0288 Vẽ đồ thị đường cân đường làm việc II.1 Tính đường kính tháp: Tính khối lượng riêng:  Đối với pha lỏng: a 1− a 2 SO SO Áp dụng công thức: ρ = ρ + ρ xtb SO H O Trong đó: • ρxtb : Khối lượng riêng trung bình hỗn hợp lỏng, kg/m • a SO : Phần khối lượng SO2 pha lỏng • ρSO , ρH O : Khối lượng riêng SO2 H2O 250C, kg/m3 - Tra bảng I.5 250C có: ρH O = 997,08 (kg/m3) 2 - Tra bảng I.2 250C có: ρSO (200C) = 1383 (kg/m3) ρSO (400C) = 1327(kg/m3) Dùng phương pháp nội suy => ρSO (250C) = 1369 (kg/m3) 2 - Tính a SO : M SO xtb Áp dụng công thức aSO = M x + M (1 − x ) SO tb H O tb 2 2 Trong • a SO : Phần khối lượng trung bình SO2 hỗn hợp xtb: Nồng độ phần mol trung bình SO pha lỏng, (kmol SO2/kmol H2O) xtb = 2,86.10-4 (kmol SO2/kmol H2O) → aSO2 = 64 × 2,86.10−4 = 1,016.10-3 64 × 2,86.10−4 + (1 − 2,86.10 −4 ) ×18 - Tính khối lượng phân tử hỗn hợp lỏng Mx Mx = xtb M SO +(1–xtb) M H O = 2,86.10-4×64+(1-2,86.10-4)×18 =18,013156 Làm tròn Mx =18  Đối với pha khí: - Tính My Áp dụng công thức: My = ytb M SO + (1 - ytb) M KK Trong đó: • My: Phân tử lượng trung bình hỗn hợp khí, (kg/kmol) 2 • M SO , M KK : Khối lượng phân tử SO2 không khí, (kg/kmol) • ytb: Phần mol trung bình SO2 hỗn hợp (kmol SO2/kmol hỗn hợp khí) → My = 0,0163×64 + (1-0,0163)×29 = 29,5705 ρytb = - Tính [ ytb × M SO2 + (1 − ytb ) × M kk ] × 273 22, × T [0, 0163 × 64 + (1 − 0, 0163) × 29] × 273 22, × 298 → ρytb = 1,209 kg/m3 a 1− a 2 SO SO - Tính ρ xtb : ρ = ρ + ρ xtb SO H O → ρ xtb = aSO2 ρ SO2 1 = = 997,36 −3 − aSO2 1, 016.10 − 1, 016.10 −3 (kg/m3) + + 1369 997, 08 ρ H 2O Lượng khí trung bình tháp: Vytb = Vd +Vc (m3 / h) với: Vđ: Lưu lượng hỗn hợp đầu điều kiện làm việc (m3/ h) (II.183) Vc: Lưu lượng khí thải khỏi tháp (m3 / h): Vc = Vtr * (1 + (II.183) Vđ = với: Gy × M ytb ρ ytb = 1023, 08 × 29,5705 = 25023,15 m3/h 1, 209 Mytb: Khối lượng mol phân tử trung bình hỗn hợp khí (kg / kmol) ρ ytb : Khối lượng riêng trung bình pha khí (kg / m3) Tương tự: Vtr = Gtr × M ytb ρ ytb = 994, 44 × 29,5705 = 24322, 65 m3/h 1, 209 → Vc = Vtr ×(1+ Y ) = 24322,65×(1+4,608.10-3 )=24434,73 m3/h → Vytb = 24728,94 m3/h c Độ nhớt µ x , µ y : Đối với pha lỏng: Áp dung công thức: lg µ x = xtb × lg µSO + (1 − xtb ) × lg µ H O Trong đó: µSO , µH O : độ nhớt SO2 H2O 250C, Ns/m2 2 Yc 2 Tra bảng I-101 sổ tay I: µSO (200C)= 0,304.10-3 Ns/m2 µ SO2 (300C)= 0,279.10-3 Ns/m2 I-84 ) = • P2: áp suất cuối ống đẩy, N/m2 PA = P1 − ∆Ph PB = P2 + ∆Pd • ZB : chiều cao ống đẩy • ρ : Khối lượng riêng hỗn hợp khí thải điều kiện đầu vào khí ρ = 3.63 kg/m3 • hmh, hmd : trở lực đường ống hút ống đẩy Xác định áp suất trước nén: PA = P1 − ∆Ph Trong đó: • P1 : áp suất khí • ∆Ph = ∆Pd + ∆Pm + ∆Pc (như bơm ly tâm) → ∆Ph = ρ ω h2   L 1 + λ + ξ  dh   * Đường kính ống hút dh = V 0,785.ωh [I-369] • V: Lưu lượng thể tích đầu vào khí thải V= G y M y ρ y 3600 = 1023, 08 × 29,5705 = 2,315(m3 / s ) 3600 × 3, 63 Khí ống dẫn P > 1at ω = 15 ÷ 25m/s Chọn vận tốc hút ωh = 25m/s dh = II.2(I-370) 2,315 = 0,34(m) 0, 785 × 25 Chuẩn số Reynol Re = ωh d h ρ 25 × 0,34 × 3, 63 = = 1743220,34 > 4000 µ 1, 77.10−5 => Dòng chế độ chảy xoáy nên hệ số ma sát tính sau:  6,81 0,9 ∆  = −2.lg   ÷ + 3,  λ  Re  [I-380] Trong đó: ε: độ nhám tuyệt đối Chọn vật liệu làm ống thép nối không hàn → ε = 0,07.10 −3 Δ: độ nhám tương đối, xác định theo công thức: ∆= ε 0, 07 × 10−3 = = 2, 06 ×10−4 dh 0,34 0,9  6,81 2, 06 ×10 −4   = −2.lg   → ÷ + 3, λ  1743220,34   → λ = 0, 0144 * Hệ số trở lực cục ống hút: ξ h = ξ1 + ξ Trong đó: • ξ1 : Hệ số trở lực ống thẳng, đoạn ống thẳng có đầu lồi phía trước có ξ1 = 0,5 • ξ2 : hệ số trở lực van Chọn van chiều.Theo II.16 [I-399] ta có dh =0,34 m => ξ1 = 2,1 ÷ 2,5 chọn ξ1 = 2,5 →trở lực cục ống hút ξ = ξ1 + ξ = 0,5 + 2,5 = Chọn chiều dài ống hút Hh =Lh =5 (m) → ∆Ph = 3, 63   × 252 × 1 + + 0, 0144 × = 4777, 72( N / m ) ÷ 0,34   ∆P 4777, 72 h → hmh = ρ g = 3, 63 × 9,81 = 134,17(m) → PA = P1 − ∆Ph = 9,81.104 − 4777, 72 = 93322, 28( N / m ) * 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 Víi: ρ ω d2 ∆Pd =  L 1 + ξ + λ d dd     * Đường kính ống đẩy Theo II.2(I-370) khí ống đẩy máy nén ωd đẩy ωd = 20(m / s ) → dd = = 15 ÷ 25m / s 2,315 = 0,384(m) → Quy chuẩn dd = 38,5 cm 0, 785 × 20 Chuẩn số Re đường ống đẩy: Re d = ωd d d ρ 20 × 0,385 × 3, 63 = = 1579152,54 >> 4000 µ 1, 77.10−5 Dòng chế độ chảy xoáy nên hệ số ma sát tính theo công thức: Chọn vận tốc  6,81 0,9 ∆  = −2.lg   ÷ + 3,  λ  Re  [I-380] Trong đó: • ε : Độ nhám tuyệt đối, chọn vật liệu làm ống thép nối không hàn → ε = 0,07.10 −3 • ∆: Độ nhám tương đối, xác định theo công thức: ε 0, 07.10−3 ∆= = = 1,82.10 −4 dd 0,385 Thay vào công thức: 0,9  6,81 1,82.10 −4   = − 2.lg +   →  ÷ 3,  λ  1579152,54  → λ = 0, 0142 * Hệ số trở lực cục đường ống đẩy Áp dụng công thức: ξ d = ξ1 + ξ + ξ Trong đó: • ξ1 : hệ số trở lực ống thẳng; ξ1 =0,5 • ξ2 : hệ số trở lực van, chọn van chiều Theo bảng II.16 ta có dd = 0,385 m có ξ2 = 2,1÷ 2,5 => chọn ξ2 =2,5 • ξ3 : hệ số trở lực cục đường ống cong; ξ3 =A.B.C Góc θ = 900 => A =1 Chọn a b R dd =2 => B =0,15 = 0,5 => C =1,45 → ξ3 = 1×0,15×1,45 = 0,2175 →Hệ số trở lực cục đường ống đẩy ξ d = ξ1 + ξ + ξ = 0,5+ 2,5+ 0,2175= 3,2175 Chọn chiều dài ống đẩy Hd =Ld =5 (m) trở lực ống đẩy: ρ ωd2  Ld  3, 63 × 202   ∆Pd = ×  + 3, 2175 + × 0, 0142 ÷ 1 + ξ + λ ÷ =  dd  0,385   = 3195, 79( N / m ) Tổn thất áp suất đường ống đẩy: hmd = ∆Pd 3195, 79 = = 89, 74(m) ρ ×g 3, 63 × 9,81 → Áp suất cuối đường ống đẩy P2 = ∆Ph + ∆Pd + P = 4777,72+3195,79+303900 = 311873,51(N/m2) →Vậy áp suất sau nén là: PB = P2 + ρ.g Ld = 311873,51+ 3,63× 9,81×5 = 312051,56(N/m 2) Thay số liệu vào công thức tính công máy nén ta có: m −1 1,4 −1     1,4 m  P2  m 1, 312051,56     = 120769,8( J / kg ) Ldb = R.T1  ÷ − 1 = 281,16 × 298 × −  ÷     m −  P1  1, −  93322, 28      II.2 Công suất máy nén *Công suất lý thuyết N lt = G.L (kW) 1000 [I-466] Trong đó: • G: Công suất máy nén, kg/s G= 1023, 08 × 29,5705 = 8, 4( kg / s ) 3600 • L: Công nén kg khí • Nlt: Công suất lý thuyết ,kW → Nlt = 8, ×120769,8 = 1014,5( kW) 1000 Công suất thực tế máy nén N tt = N dn η dn (kw) [I-466] Trong đó: • Ndn: công suất đẳng nhiệt, kw Ndn= 1014,5 kW • ηdn : hiệu suất đẳng nhiệt thường 0,65÷ 0,75 Chọn ηdn = 0,7 N 1014,5 dn → Ntt = η = 0, = 1449,3(kW ) dn Công suất trục máy nén N hd = N tt ηck Trong đó: • Nhd: công suất hiệu dụng,kw • ηck : hiệu suất khí máy nén Đối với máy nén ly tâm ηck =0,96÷ 0,98 Chọn ηck = 0,97 N 1449,3 tt → N hd = η = 0,97 = 1494,1(kW) ck II.3 Công suất động điện N dc = β N hd ηtr ηdc [I-466] Trong đó: • β : hệ số dự trữ công suất thường lấy 1,1÷1,15.Chọn β=1,15 • ηtr : hiệu suất truyền động ( 0,96÷ 0,99 ) →ηtr = 0,98 • ηdc : hiệu suất động điện ηdc =0,95 N dc = β N hd 1494,1 = 1,15 × = 1604,8( kW) ηtr η dc 0,98 × 0,95 Như ta chọn động điện có công suất 1600 kW PHẦN III: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ I Chiều dày thân tháp Thiết bị làm việc áp suất khí quyển, dùng để hấp thụ khí S0 2, thân tháp hình trụ, chế tạo cách uốn vật liệu với kích thước định sẵn, hàn ghép mối, tháp đặt thẳng đứng  Chọn thân tháp làm vật liệu X18H10T( C < 0,1%, Cr khoảng 18%, Ni khoảng 10%, Ti không – 1,5%)  Chọn thép không gỉ, bền nhiệt chịu nhiệt  Thông số giới hạn bền kéo giới hạn bền chảy thép loại X18H10T: σk = 540.106(N/m2) σc = 220.106 (N/m2) • Độ giãn tương đối: δ = 38% • Độ nhớt va đập : ak = 2.106J/m2 Chiều dày thân tháp hình trụ, làm việc với áp suất bên xác định Dt P công thức: S = 2.[σ ].ϕ − P + C , m k Bảng XIII.8-II-360 Trong đó: • Dt.: đường kính tháp, m • φ: hệ số bền thành thân trụ theo phương dọc, với thân hay có lỗ gia cố hoàn toàn φ = φh mối hàn đặc.Với hàn tay hồ quang điện, thép không gỉ ta có: φ = φh = 0,95 [Bảng XIII.8-II-362] • C : hệ số bổ sung ăn mòn, bào mòn dung sai chiều dày, m • [σk]: ứng suất cho phép loại thép X18H10T • P: Áp suất thiết bị, N/m2 P: Áp suất thiết bị ứng với chênh lệch áp suất lớn bên ben tháp, N/m2 P= Pmt+ Ptt Trong đó: • Pmt : Áp suất làm việc, Pmt= x 1,013.105 = 303900 N/m2 • Ptt : Áp suất thuỷ tĩnh cột chất lỏng Ptt = ρx.g.H (N/m2) [II- 360 ] Với: • ρx: khối lượng riêng nước, kg/m3 • g: gia tốc trọng trường, g= 9,81 m/s2 • H: chiều cao cột chất lỏng, Ht= 11,7 m => Ptt = ρx.g.H = 997,08 x 9,81 x11,7 =114441,9 ( N/m2) => P = Pmt+ Ptt = 303900+ 114441,9 = 418341,9( N/m2) * Tính C C phụ thuộc vào độ ăn mòn, độ bào mòn dung sai chiều dày Đại lượng C xác định theo công thức: C = C1+ C2+ C3 ,m [II-363] Trong đó: • C1: hệ số bổ sung ăn mòn Đối với vật liệu thép X18H10T có độ bền 0,05→ 0,1mm/năm lấy C1= 1mm • C2: Đại lượng bổ sung hao mòn, C2= • C3: Đại lượng bổ sung dung sai chiều dày *Tính [σk]: Theo bảng XIII-4 ,ta chọn giá trị nhỏ nhất, tính theo công thức sau: [σ k ] = σk η nk Theo giới hạn bền kéo ta có: • η: hệ số hiệu chỉnh, η =1 • σk= 540.106(N/m2) • ηk: hệ số an toàn bền, ηk= 2,6 σk 540.10 = 207,692.106 → [σ k ] = n η = 2, k σ c Theo giới hạn bền chảy: [σ k ] = n η c Trong đó: • η: hệ số hiệu chỉnh, η =1 [II- 356] • σc = 220.106 (N/m2) • ηc: hệ số an toàn theo giới hạn chảy, ηc= 1,5 → [σ k ] = [II-356] σc 220.106 η = = 146,667.106 nc 1,5 Ta lấy giá trị bé hai giá trị vừa tính được: [σk] = 146,667.106( N/m2) Do [ σ k ] ϕh P = 146, 667.106 × 0,95 =333,0617>50 418341, → bề dày thân tháp tính theo công thức sau: S= Dt P × 418341, +C = +C , m 2.[σ k ].ϕ × 146, 667.106 × 0,95 C = C1+ C2+ C3 = 1+0+0,18= 1,18 mm →S= 3,0025+1,18=4,1825 mm Quy tròn S = mm Kiểm tra ứng suất thành theo áp suất thử: σ= [ Dt + ( S − C )]P0 σ c < , N/m2 2( S − C )ϕ 1, Trong đó: • P0: Áp suất thử, xác định theo công thức P0 = Pth+ Ptt Pth: Áp suất thuỷ lực lấy theo bảng XIII.5 Chọn Pth = 1,5P = 1,5×418341,9=627512,85 (N/m2) Ptt: Áp suất thuỷ tĩnh, Ptt= 114441,9(N/m2) => P0 = 627512,85 + 114441,9 = 741954,75(N/m2) [2 + (5 − 1,18).10−3 ] × 741954, 75 = 204,842.106 N/m2 Vậy σ = −3 × (5 − 1,18).10 × 0,95 σ c 220.106 = = 183,33.106 N/m2 1, 1, Như không thoả mãn Chọn chiều dày thân tháp S = mm σ= [2 + (6 − 1,18).10−3 ] × 741954, 75 = 162, 425.106 × (6 − 1,18).10−3 × 0,95 Thoả mãn điều kiện Vậy S = mm II Chiều dày nắp đáy thiết bị Nắp đáy phận quan trọng thiết bị, chế tạo loại vật liệu với thân thiết bị thép X18H10T Thiết bị đặt thẳng đứng Áp suất P = 418341,9 > 0,7.10 N/m2 người ta thường dùng nắp elip có gờ Áp suất tính toán P=418341,9 N/m2 Chiều dày nắp đáy thiết bị xác định theo công thức: S= DP D +C 3,8[σ k ]kϕ h − P 2hb Trong đó: • P : Áp suất thiết bị • hb : chiều cao phần lồi đáy nắp , hb= 0,25Dt=0,25×2=0,5 m • [σk] : ứng suất cho phép thiết bị , [σk] = 146,667.106(N/m2) • φh : hệ số bền mối hàn hướng tâm, với mối hàn tay hồ quang điện, vật liệu thép cacbon không gỉ chọn φh= 0,95 • C: Đại lượng bổ sung, Cn = 1,18 ( mm ) • k : hệ số không thứ nguyên, chọn k = [σ k ] 146, 667.106 k ϕ = 1.0,95 = 333, 06 > 30 Vì: h P 418341,9 → Bề dày nắp đáy tính theo công thức: S= DP D × 418341,9 +C = + C = 0, 00316 + C 3,8[σ k ]kϕ h 2hb 3,8 ×146, 667.10 × 1× 0,95 × 0,5 S = 0,00316 + C ( m ) xét thấy S = 0,00316 + C< 10 mm → tăng thêm mm so với giá trị C → C = 1,18+2=3,18 mm → S = 6,34 mm Quy tròn S = 7mm Kiểm tra ứng suất đáy thiết bị theo áp suất thử: σ= [ Dt2 + 2hb ( S − C )]P0 σ c ≤ 7, 6kϕ h hb ( S − C ) 1, Ta có: σ c 220.106 = = 183,33.106 N/m2 1, 1, 2 −3 [ Dt2 + 2hb ( S − C )]P0  + × 0,5 × (7 − 3,18).10  × 741954, 75 σ= = 7, 6kϕ h hb ( S − C ) 7, ×1× 0,95 × 0,5 × (7 − 3,18).10 −3 →σ =215,418.106 N/m2 → Không thỏa mãn Chọn S =8 mm −3 [ Dt2 + 2hb ( S − C )]P0  + × 0,5 × (8 − 3,18).10  × 741954, 75 = →σ = 7, 6kϕ h hb ( S − C ) 7, ×1× 0,95 × 0,5 × (8 − 3,18).10 −3 → σ =170,768.106 N/m2 →thỏa mãn điều kiện Vậy S = mm Đường kính ống dẫn a Đường kính ống dẫn khí Áp dụng công thức V 0,785.ω d = [I-369] Trong đó: • V: lưu lượng thể tích khí ống, m/s V= G y M y ρ y 3600 = 1023, 08 × 29,5705 = 2,315(m3 / s ) 3600 × 3, 63 • ω: tốc độ trung bình khí ống, m/s P = 3atm, ω = 15÷25 m/s Ta chọn ω = 25m/s • d: đường kính ống dẫn khí, m → Thay vào công thức tính đường kính ống dẫn khí ta có: dk = 2,315 = 0,34(m) 0, 785 × 25 Quy chuẩn d= 350 mm → ωk = 2,315 = 24, 07(m / s) 0,352 × 0, 785 b Đường kính ống dẫn chất lỏng d = V 0,785.ω Trong đó: V: lưu lượng thể tích nước ống V= Gxd M H 2O ρ H 2O 3600 = 14000 ×18 = 0, 07(m3 / s ) 3600 × 997, 08 Theo bảng II.2 [I-370] vận tốc chất lỏng ống đẩy bơm ωl = 1,5-2,5 m/s Chọn ωl = 2,0 m/s → dl = 0, 07 = 0, 211(m) 0, 785 × Quy chuẩn dl = 200 mm 0, 07 → ωl = 0, 22 × 0, 785 = 2, 23(m / s) Mặt bích a Bích nối thiết bị: Để nối thiết bị ( thân, nắp đáy) ta dùng bích liền kiểu I (hình 2) chế tạo thép CT3 Ghi chú: D – Đường kính bích Db – Đường kính vòng bu-lông DI – Đường kính bích Dn – Đường kính quy ước bích Dy – Đường kính ống h – Chiều dày bích db – Đường kính bu-lông Hình Bích liền kiểu I Với đường kính tháp Dt = 2000mm áp suất tính toán p = 418341,9 N/m2 , tra bảng XIII.27( Sổ tay 2-423) ta có thông số bích sau: h ρ 10-6 D Kích thước nối y N/m2 t D Db DI D0 Bu lông db z 0,4 2000 2170 mm 2100 2060 2015 M30 48 mm 50 Kích thước bề mặt đệm bít kín dùng cho loại bích trên: (Bảng XIII.31- T2) Dt 200 ρy.10-6, N/m2 0,1÷1,6 D2 D4 mm 2054 2030 b Bích nối đường ống với lỗ đáy nắp : ta dùng kiểu bích tự thép Tra bảng XIII-28( sổ tay 2-425) ta có Kiểu bích -6 ρy.10 Dy N /m D0 h h1 Db mm 20 0,25÷0,6 350 283 28 c Bích nối ống dẫn với phận khác thiết bị Chọn bích liền kim loại đen, kiểu I D Dt D1 h db Dy Dn Tra bảng XIII.26, sổ tay 2-414 Ứng với ống có đường kính Dy=200 mm ta có thông số sau ρy.10-6 Dy Ống Dn Dδ D Kiểu bích D1 mm 0,4 200 219 290 255 232 h Bu lông db z M16 mm 22 Chân đỡ, vỏ đỡ, tai treo Thông thường người ta không đặt trực tiếp thiết bị lên bề mặt mà phải có tai treo hay chân đỡ, vỏ đỡ để đỡ thiết bị để thiết bị ổn định vận hành Muốn chọn chân đỡ, vỏ đỡ hay tai treo thích hợp ta phải tính trọng tải tháp Trọng tải tháp: Ptháp = Pthân + Pđáy, nắp + Pchất lỏng + Pbích + Pđệm (N)  Khối lượng thân thiết bị Mth = V.ρ = S.H.ρ = (π/4).(Dn2 – D2t) H.ρ Trong đó: • Mth: khối lượng thân thiết bị, kg • Dn, Dt: đường kính thiết bị, m • H: chiều cao tháp, m • ρ: khối lượng riêng thép, ρ = 7,9.103 kg/m3 → Mthân = (π/4).[ ( 2,0 + 2×0,006)2 – 2,02 ]×11,7×7,9.103 = 3493(kg)  Khối lượng đáy nắp tháp - Khối lượng nắp: S= 8mm; Dt=2000mm → Tra bảng XIII-11( sổ tay 2- 384) ta có chiều cao gờ h= 25 mm Mnắp=283 kg - Khối lượng đáy: S=8mm; Dt=2000 mm → Tra bảng XIII-11( sổ tay 2- 384) ta có chiều cao gờ h= 25 mm Mnắp=283 kg Vậy Mnắp- đáy= 566 (kg)  Khối lượng đệm Đệm đệm vòng Rasig đổ lộn xộn: đệm sứ kích thước 25×25×3.0 Tra bảng thông số kỹ thuật IX.8( sổ tay 2-193) ρđệm = 600 kg/m3 Mđệm = Hđệm (π/4).D2.ρđệm= 9,2×.(π/4)×2,0 2×600= 17332,8 (Kg)  Khối lượng chất lỏng: M l = ρ π D H Trong đó: ρ: khối lượng riêng chất lỏng 250C D: đường kính tháp, m H: chiều cao tháp trước bị nước choán hết, m 3,14 × 2, 02 × 11, = 36630, 725( kg ) Vậy: M l = 997, 08 ×  Khối lượng bích o Bích nối thân thiết bị: π Áp dụng công thức: M b = ( Db2 − DI2 ) h.ρthep Trong đó: • ρthep : khối lượng riêng thép làm bích(CT3), ρthep = 7,85.103(kg/m3) • Db: đường kính vòng bulong, Db= 2100 mm = 2,1 m • DI: đường kính bích, DI= 2060 mm= 2,06 m • h: chiều dài bích, h=50mm=0,05m π → M b1 = × 51, 267 = 153,8( kg ) → M b = × ( 2,12 − 2, 062 ) × 0, 05 × 7,85.103 = 51, 27(kg ) o Bích nối ống dẫn: M b2 = × π × (0, 2552 − 0, 2322 ) × 0, 22 × 7850 = 6, 07( kg ) o Bích nối đường ống với lỗ đáy nắp M b3 = × π × (0, 4452 − 0, 4152 ) × 0, 26 × 7850 = 16,53( kg ) Do Mb = Mb1+Mb2+Mb3 = 153,8+6,07+16,53= 176,4 kg Trọng tải tháp là: Khối lượng toàn tháp Mtt= Mđệm + Mbích + Mchất lỏng + Mthân + Mnắp,đáy =17332,8 +176,4 + 36630,725 + 3493+ 566 = 58198,44( kg ) →Trọng tải tháp: P = Mtt × g = 58198,44× 9,81 =570926,7(N ) Ta sử dụng vỏ đỡ với kích thước trình bày vẽ Vật liệu vỏ đỡ thép CT3 Những điều kiện cần ý chế tạo: • Đảm bảo đường hàn ngắn tốt • Chỉ hàn giáp má • Bố trí đường hàn dọc • Bố trí mối hàn vị trí dễ quan sát • Không khoan lỗ qua mối hàn PHẦN KẾT LUẬN Trên toàn phần thiết kế hệ thống tháp đệm hấp thụ cấu tử SO2 với dung môi nước, trình tính toán dài có nhiều công thức phức tạp phải làm tròn số tra số liệu từ tài liệu tham khảo nên thiết kế không tránh khỏi sai sót tính toán Tuy nhiên thiết kế giúp em hệ thống lại toàn kiến thức học từ môn Các trình I,II,III,những môn sở ngành môi trường hóa Đồng thời qua việc thiết kế giúp em có nhìn hoàn chỉnh sơ đồ hệ thống xử lý khí thải TÀI LIỆU THAM KHẢO TS Trần Xoa, PGS.TS Nguyễn Trọng Khuông, TS Phạm Xuân Toản- Sổ tay trình thiết bị công nghệ hóa tập 1- NXB KHKT Hà Nội TS Trần Xoa, PGS.TS Nguyễn Trọng Khuông, TS Phạm Xuân Toản- Sổ tay trình thiết bị công nghệ hóa tập 2- NXB KHKT Hà Nội GS.TSKH Nguyễn Bin- Cơ sở trình thiết bị công nghệ hóa chất tập 4- NXB KHKT Hà Nội [...]... Htháp= 9,2+1+0,5+1=11,7 m; Gxđ=14000 kmol/h PHẦN 2: TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ PHỤ Trong việc hấp thụ SO2 bằng nước sử dụng tháp đệm cần có các thiết bị phụ giúp cho quá trình vận chuyển chất lỏng và cung cấp khí vào tháp theo chế độ làm việc của tháp giúp việc hấp thụ đạt được hiệu suất mong muốn.Trong các thiết bị phụ thì bơm và máy nén khí là hai thiết bị quan trọng nhất I BƠM Trong công nghiệp, bơm... số Pran đối với pha lỏng: Prx = ρ × D x x Dx: hệ số khuếch tán của SO2 vào nước ở nhiệt độ 250C Dt = D20[1+b(t-20)] (m2/s) Trong đó: D20: hệ số khuếch tán của SO2 vào nước ở 200C 10−6 D20= AB µ (v1/3 + v1/3 ) 2 H 2O SO2 H 2O 1 1 2 + M SO2 M H 2O (m /s) A: hệ số, đối với chất khí tan trong nước A=1 B: hệ số, dung môi là nước B=4,7 vSO : thể tích mol của SO2 ở 200C, vSO =44,8 cm3/mol vH O : thể tích... xét như sau: Ảnh hưởng khi thay đổi nhiệt độ: Nhiệt độ tăng không có lợi cho quá trình hấp thụ Nhiệt độ tăng làm giảm hiệu suất hấp thụ và để đạt được yêu cầu phải tăng thêm kích thước thiết bị, tăng đường kính và chiều cao Ảnh hưởng của áp suất: Áp suất có ảnh hưởng tới hiệu suất hấp thụ, làm tăng hiệu suất hấp thụ Nhưng nếu áp suất tăng thì chi phí kinh tế cũng tăng theo như là phải lắp đặt thêm... suất động cơ điện ηdc =0,95 N dc = β N hd 1494,1 = 1,15 × = 1604,8( kW) ηtr η dc 0,98 × 0,95 Như vậy ta chọn động cơ điện có công suất 1600 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... độ phần mol trung bình của SO2 trong pha lỏng, (kmol SO2/ kmol H2O) xtb = 2.86*10-4 (kmol SO2/ kmol H2O) → lg µ x = 2,86.10-4×lg(0,2915.10-3)+(1-2,86.10-4)×lg(0,8937.10-3)= -3,0489 2 → µ x = 8,935.10-4 Ns/m2 Đối với pha khí: y tb M SO2 M y Áp dụng công thức: µ = y µ SO 2 + (1 − y tb ).M KK µ KK Trong đó µ y , µ SO , µkk : độ nhớt trung bình của pha khí, của SO 2 và của không khí ở điều kiện làm việc 250C,... mãn điều kiện Vậy S = 6 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 = 418341,9 > 0,7.10 5 N/m2 người ta thường dùng nắp elip có gờ Áp suất tính toán P=418341,9 N/m2 Chiều dày của nắp và đáy thiết bị được xác định theo công thức: S= DP D +C... 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 dưới điểm đảo pha có thể xác định được bằng công thức sau:  G ∆Pu = (1 + K )∆Pk = ∆Pk 1 + A1  x G   y  0,405  ÷ ÷  0,225 ρ   y ÷  ρx  µ  x µ  y 0,045  ÷ ÷      [II-190] ( * ) Trong đó: • ∆ Pu: tổn thất áp suất khi đệm ướt tại điểm đảo pha có tốc độ của khí. .. 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) • ρ , ρ : khối lượng riêng của lỏng và của khí (kg/m3) • µ , µ : độ nhớt của lỏng và khí (Ns/m2) • A1: hệ số (ứng với điểm tốc độ làm việc bằng 0.85 tốc độ đảo pha) => A1 = 5,1 * Tổn thất áp suất của đệm khô tính theo công thức: x y x y 2 2 H ρ y ωt λ'... Đường kính ống dẫn a Đường kính ống dẫn khí Áp dụng công thức V 0,785.ω d = [I-369] Trong đó: • V: lưu lượng thể tích khí trong ống, m/s V= G y M y ρ y 3600 = 1023, 08 × 29,5705 = 2,315(m3 / s ) 3600 × 3, 63 • ω: tốc độ trung bình khí trong ống, m/s ở P = 3atm, ω = 15÷25 m/s Ta chọn ω = 25m/s • d: đường kính ống dẫn khí, m → Thay vào công thức tính đường kính ống dẫn khí ta có: dk = 2,315 = 0,34(m) 0, 785... XIII-4 ,ta có thể chọn giá trị nhỏ nhất, tính theo công thức sau: [σ k ] = σk η nk Theo giới hạn bền khi kéo thì ta có: • η: hệ số hiệu chỉnh, η =1 • σk= 540.106(N/m2) • ηk: hệ số an toàn bền, ηk= 2,6 σk 540.10 1 = 207,692.106 → [σ k ] = n η = 2, 6 k 6 σ c Theo giới hạn bền chảy: [σ k ] = n η c Trong đó: • η: hệ số hiệu chỉnh, η =1 [II- 356] • σc = 220.106 (N/m2) • ηc: hệ số an toàn theo giới hạn chảy, ηc=