Hấp thụ khí SO2 bằng tháp đệm

Hấp thụ khí SO2 bằng tháp đệm

Đồ án môn học i lời mở đầu Vấn đề xử lý chất ô nhiễm không khí nhận đợc 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 đợc phơng pháp, cách tính toán, lựa chọn thiết bị có khả ứng dụng vào thực tiễn để xử lý chất thải gây ô nhiễm Sau 12 tuần tìm hiểu, tính toán nhận đợc hớng dẫn nhiệt tình thầy cô giáo Viện Nhng đồ án em có nhiều hạn chế tài liệu kinh nghiệm tính toán, nên tránh khỏi sai sót, em mong nhận đợc ý kiến đóng ghóp thầy cô giáo để đồ án sau có kết tốt Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo, đặc biệt cô giáo Nguyễn ánh Tuyết trực tiếp hớng dẫn, giúp em hoàn thành đồ án Hà Nội, ngày tháng 11 năm 2006 Sinh viên thực Nguyễn Xuân Thuỷ giới thiệu chung sơ lợc khí SO2 Trong số chát gây ô nhiễm không khí SO2 ( khí sunfurơ ) chất gây ô nhiễm điển hình Sunfurơ sản phẩm chủ yếu trình đốt cháy nguyên,nhiên liệu có chứa lu huỳnh Các nhà máy điện thờng nguồn phát sinh nhiều SO2 khí thải ,ngoài phải kể đến trình tinh chế dầu mỏ , luyện kim, tinh luyện quặng đồng ,sản xuất ximăng giao thông vận tải nơi phát sinh nhiều khí SO2 Nguyễn Xuân Thuỷ Lớp : Quản lí môi trờng - K48 - ĐHBKHN Đồ án môn học Khí SO2 chất khí không màu , có mùi hăng cay nồng độ khí ppm Khí SO2 khí tơng đối nặng nên thờng gần mặt đất ngang tầm sinh hoạt ngời, có khả hoà tan nớc nên dễ gây phản ứng với quan hô hấp ngời động vật Khi hàm lợng thấp ,SO2 làm sng niêm mạc ,khi nồng độ cao ( > 0,5 mg/m3 ) SO2 gây tức thở ,ho, viêm noét đờng hô hấp SO2 làm thiệt hại đến mùa màng, làm nhiễm độc trồng Ma axít có nguồn gốc từ khí SO2 làm thay đổi pH đất , nớc, huỷ hoại công trình kiến trúc ,ăn mòn kim loại.Ngoài ô nhiểm SO2 liên quan đến tợng mù quang hoá Chính tác động không tích cc mà việc giảm tải lợng nh nồng độ phát thải SO2vào môi trờng vấn đề đợc quan tâm Phơng pháp xử lí khí so2 Khí SO2 thờng đợc xử lí phơng pháp hấp thụ , tác nhân sử dụng để hấp thụ thờng sữa vôi , sữa vôi kết hợp với MgSO4 hoạc dung dịch kiềm Trong phạm vi đồ án ,với nhiệm vụ đợc giao hấp thụ khí SO2 nớc dây phơng pháp hấp thụ vật lí 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 đợc sử dụng rộng rãi công nghiệp hoá chất đặc điểm dễ thiết kế, gia công, chế tạo vận hành đơn giản tháp đệm đợc sử dụng trình hấp thụ, chng luyện, hấp phụ số trình khác Tháp có dạng hình trụ, có chứa đệm, tuỳ vào mục đích thiết kế mà đệm đợc xếp hay đổ lộn xộn Thông thờng, lớp đệm dới thờng xếp, khoảng từ lớp thứ trở đi, đệm đợc đổ lộn xộn Tháp đệm có u điểm sau: - Cấu tạo đơn giản - Bề mặt tiếp xúc pha lớn, hiệu suất cao - Trở lực tháp không lớn Giới hạn làm việc tơng đói rộng Tuy nhiên, tháp có nhợc điểm khó thấm ớt đệm làm giảm khả hấp thụ Nguyễn Xuân Thuỷ Lớp : Quản lí môi trờng - K48 - ĐHBKHN Đồ án môn học Sơ đồ hệ thống hấp thụ So2 Khí 5 Khí vào 7 Lỏng Trong : Máy nén khí Bơm ly tâm Bể chứa nớc Nguyễn Xuân Thuỷ Van điều chỉnh Tháp hấp thụ Chân đỡ Lớp : Quản lí môi trờng - K48 - ĐHBKHN Đồ án môn học Đồng hồ đo lu lợng lỏng Thuyết minh dây chuyền: - Hỗn hợp khí cần xử lí chứa SO không khí đợc máy nén khí đa vào từ phía dới đáy tháp Nớc từ bể đợc bơm li tâm đa vào tháp 6, đờng ống có van điều chỉnh lu lợng 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 - Hỗn hợp khí sau qua lớp đệm xảy trình hấp thụ lên đỉnh tháp theo đờng ống thoát khí Khí sau khỏi tháp có nồng độ khí SO2 giảm, mức độ giảm tuỳ thuộc vào hiệu suất hấp thụ tháp hấp thụ - Nớc sau hấp thụ SO2 xuống đáy tháp theo đờng ống thoát lỏng Nớc sau hấp thụ nồng độ SO2 cao đợc xử lí tái sử dụng ii tính toán cân vật liệu Một số kí hiệu: -Xđ: nồng độ ban đầu SO2 dung môi (Kmol/Kmoldm ) -Xc: nồng độ cuối SO2 dung môi (Kmol/Kmol dm) -Yđ: nồng độ ban đầu SO2 hỗn hợp khí (Kmol/Kmol khí trơ) -Yc: nồng độ cuối SO2 hỗn hợp khí (Kmol/Kmol khí trơ) -GY: Lợng hỗn hợp khí vào thiết bị hấp thụ (Kmol/h) Nguyễn Xuân Thuỷ Lớp : Quản lí môi trờng - K48 - ĐHBKHN Đồ án môn học -GX: Lợng dung môi vào thiết bị hấp thụ -Gtr: Lợng khí trơ vào thiết bị hấp thụ (Kmol/h) (Kmol/h) Tháp làm việc : + Nhiệt độ : T = 20 0C hay T = 293 0K + áp suất : P = at hay P = 6619,5 mmHg + Nồng độ khí thải vào tháp (phần mol): yd = 0,046 + Khi tính toán hấp thụ ta thờng dùng nồng độ phần mol tơng đối: y y 0,046 => Yđ = d = = 0,0482(kmol SO2/kmol khí trơ) y yd 0,046 + Hiệu suất hấp thụ = 0,905 => Yc = (1- )Yd Y= = (1-0,905)0,0482 = 0,00458 + Lu lợng khí thải vào tháp: GY = 10000 hay GY = 10000 = 446,43 22,4 (kmol SO2/kmol khí trơ) (Nm3/h) (kmol/h) + Lợng khí trơ đợc tính theo công thức: = GY.(1-yd) + Yd Gtr = GY (II-141) => Gtr = 446,43(1-0,046) = 425,9 (kmol/h) Thiết lập phơng trình đờng nồng độ cân bằng: Ycb = m X + (1 m ) X + Theo định luật Henrry: ycb = m.x (II-138) => tính theo nồng độ phần mol tơng đối ta có: m X + (1 m ) X Ycb = Với m = SO2 ( 20 C ) P (II-138) Với SO ( 20 C ) số henrry SO2 200C SO2 ( 20 C ) = 0,0226.106mmHg (Tra bảng IX.1 , II-139 ) => m = 0,0226.10 = 4,018 6619,5 => Ycb = 4,018 X ( phơng trình đờng nồng độ cân bằng) 3,018 X Thiết lập đờng nồng độ làm việc: - Tính lợng dung môi cần thiết Gx Nguyễn Xuân Thuỷ Lớp : Quản lí môi trờng - K48 - ĐHBKHN Đồ án môn học + 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 = Xcbmax GXmin = Gtr Yd Yc X cb max X d (II-141) Ycb = Yd = 0, 0482 vào phơng trình đờng nồng độ cân X = X cb max Để tính Xcbmax ta thay => Xcbmax= 0,0116 (kmol/kmol dung môi) => Gxmin = 425,9 0, 0482 0, 00458 = 1604,93 (kmol/h) 0, 0116 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 nằm khoảng (1,2 : 2) Chọn = 1,5 => GX =1604,93 1,5= 2407,4 (kmol/h) - Phơng trình cân vật liệu cho đoạn thiêt bị: Gtr(Y - Yc) = GX(X - Xd) (II-140) => Y = GX G X + Yc - X Xd Gtr Gtr => Y = 2407, X + 0,00458 425.9 => Y = 5,65.X + 0,00458 (phơng trình đờng nồng độ làm việc) Y thị đờng nồng độ cân đờng nồng độ làm việc: Vẽ đồ Dựa vào giá trị Xcbmax= 0,0116 Ta có bảng số liệu : 0.1 X 0.09 Y Ycb 0.08 0.00458 0.0025 0.0187 0.0101 0.00500 0.03284 0.02040 0.00750 0.04698 0.03084 0.0116 0.07004 0.04822 0.0125 0.0752 0.0522 0.0150 Y 0.0894 Ycb 0.0631 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 X 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 Hình : Đồ thị đ ờng nồng độ cân ,làm việc Nguyễn Xuân Thuỷ Lớp : Quản lí môi trờng - K48 - ĐHBKHN Đồ án môn học iiI.tính toán kết cấu tháp 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: Vtb = G y M ytb ytb Mytb : khối lợng mol phân tử trung bình hỗn hợp khí tháp (kg/kmol) ytb : Khối lợng riêng hỗn hợp khí tháp ( kg/m3 ) Với khối lợng riêng trung bình pha khí là: ytb = M ytb P RT = M ytb P.T0 22,4.T P0 => Vtb = G y M ytb 22,4.T P0 M ytb P.T0 = G y 22,4.T P0 P.T0 = 446, 43.22, 4.293.1 9.273 = 1192,51 (m3/h) Tốc độ khí trung bình tháp: Chọn đệm vòng Rasiga đổ lộn xộn sứ có : Kích thớc : 25 x 25 x Bề mặt riêng : đ = 195 ( m2/m3) ( Tra bảng IX.8 , II-193 ) Thể tích tự : Vđ = 0,75 ( m3/m3) áp dụng công thức : Y =1,2.e-4X ( II-187 ) Nguyễn Xuân Thuỷ Lớp : Quản lí môi trờng - K48 - ĐHBKHN Đồ án môn học 0,16 Với Y = s 3d ytb x ữ g Vd xtb àn G X = x G y 1 ytb ữ ữ ữ xtb Trong : s : Tốc độ sặc ( m/s ) xtb ,ytb : Khối lợng riêng trung bình pha lỏng, pha (kg/m3) Gx ,Gy : lợng lỏng, lợng trung bình (kg/s) x , n : Độ nhớt pha lỏng theo nhiệt độ trung bình ,của nớc 20oC (Ns/m2) g : Gia tốc trọng trờng (m/s2) Tính ytb ytb = tbSO ytbSO ytbSO2 = ( ) + ytbSO2 tbkk ( II-183 ) ySO2d + ySO2c ySO2d = 0,046 ( kmol/kmol hh khí ) yc = yd (1 ) = 0, 046(1 0,905) = 4,37.10 ( kmol/kmol hh khí ) ytbSO2 = 0, 046 + 4,37.10 ( kmol/kmol hh khí ) Tra bảng ( I.7 , I-13 ) ta có : oSO = 2,9268 ( kg/m3 ) : Khối lợng riêng SO2 điều kiện tiêu chuẩn okk = 1, 2928 ( kg/m3 ) : Khối lợng riêng không khí điều kiện tiêu chuẩn => tbSO (20 C ,9 at ) = oSO o tbkk (20o C ,9 at ) = okk ytb = T0 P 273.9 = 2,9268 = 24,54 T P0 293.1 T0 P 273.9 = 1, 2928 = 10,841 T P0 293.1 ( kg/m3 ) ( I-5 ) ( kg/m3 ) 0, 0252.24,54 + (1 0, 0252).10,841 = 11,186 ( kg/m3 ) Tính: xtb atbSO2 atbSO2 + = xtb xtbSO2 xtbH 2O ( II-183 ) atbSO2 : Phần khối lợng SO2 pha lỏng Tính atbSO2 Từ phơng trình cân vật liệu tháp: Nguyễn Xuân Thuỷ Lớp : Quản lí môi trờng - K48 - ĐHBKHN Đồ án môn học Gtr(Yd-Yc) = GX(Xc-Xd) => Nồng độ phần mol tơng đối pha lỏng là: Gtr ( Yd Yc ) GX Xc = 425,9 ( 0, 0482 0, 00458) = 7, 72.103 (kmol/kmol H2O) 2005,91 Xc = => xc = Xc 7, 26.103 = = 7, 76.103 (kmol/kmol hh lỏng) + X c + 7, 26.10 => xtb = xd + xc = xc = 7.76.10 = 3,83.103 (kmol/kmol hh lỏng) 2 M xtb = xtbSO2 M SO2 + (1 xtbSO2 ) M H 2O : Khối lợng phân tử hỗn hợp lỏng ( kg/kmol ) M xtb = 4,588.103.64 + (1 4,588.103 ).18 = 18,18 ( kg/kmol ) Phần khối lợng trung bình cấu tử khí SO2: atbSO2 = xtbSO2 M SO2 M xtb = 4,588.103 64 = 13, 49.103 18,18 Với xtbSO (20 c ) = 1383 ( kg/m3 ) ( Tra bảng I.2 , I-9 ) o xtbH O (20o c ) = H O (20o c ) = 998, 23 ( kg/m3 ) 2 xtb = ( Tra bảng I.5 , I-11 ) 1 atbSO2 = 16,124.103 16,124.10 + + xtbH 2O 1383 998, 23 atbSO2 xtbSO2 xtb = 1001,99 Tính (kg SO2/kg hh lỏng) (kg/m3) àx áp dụng công thức : lg x = xSO2 lg SO2 + (1 xSO2 ) lg H 2O SO (20o C ) = 0,304.103 ( Ns/m2 ) ( I-84 ) ( Tra bảng I.101 , I-91 ) H 2O (20o C ) = 1, 005.103 ( Ns/m2 ) ( Tra bảng I.102 , I-94 ) => lg x = 7, 76.103.lg 0,304.103 + (1 7, 76.103 ) lg1, 005.103 => x = 0,996.10-3 ( Ns/m2 ) Đổi đơn vị Gx ,Gy Gx = 2005,91 2005,91 = 0,5572 ( kmol/s ) 3600 = 0,5572.18,18 = 12,15 ( kg/s ) ( kmol/h ) = Gx = 0,5572.M xtb Nguyễn Xuân Thuỷ Lớp : Quản lí môi trờng - K48 - ĐHBKHN Đồ án môn học 446, 43 = 0,124 ( kmol/s ) 3600 G y = 446, 43 ( kmol/h ) G y = 0,124.M ytb ( kg/s ) M ytb = ytbSO2 M SO2 + (1 ytbSO2 ) M kk = 0, 0252.64 + (1 0, 0252).29 = 29,88 (kg/kmol ) => G y = 0,124.29,88 = 3, 71 ( kg/s ) Ta có : G X = x G y 1 1 ytb 12,15 11,19 = ữ ữ = 0, 767 ữ ữ 3, 71 ữ 1001,99 xtb Từ phơng trình Y ta có : s = 1, 2.e X g Vd3 xtb d ytb x ày 1, 2.e 4.0,767 9,81.0, 753.1001,99 = 0,16 ữ ữ 0,16 0,996.103 195.11,19 ữ 1, 758.10 = 0,33 ( m/s ) Thông thờng : tb = (0,8 0,9) s Chọn tb = 0,9s = 0,9.0,33 = 0, 29 ( m/s ) Đờng kính tháp : 4.Vtb 4.1192,5 = = 1,19 3600.tb 3600.0, 29 D= (m) Quy chuẩn D = 1,2 (m) 2- tính toán chiều cao làm việc tháp Chiều cao làm việc tháp (chiều cao đệm) đợc xác định theo phơng pháp số đơn vị chuyển khối : H = hdv.my (m) (II-175) Trong đó: + H: chiều cao làm việc tháp (m) + hdv: chiều cao đơn vị chuyển khối (m) + my: số đơn vị chuyển khối - Xác định số đơn vị chuyển khối my: my = Yd dY Y Y Yc Nguyễn Xuân Thuỷ (II-175) cb Lớp : Quản lí môi trờng - K48 - ĐHBKHN 10 Đồ án môn học Chọn o = 0,95 + tl : hiệu suất thuỷ lực tính đến ma sát tạo thành dòng xoáy bơm Chọn tl = 0,85 + ck : hiệu suất khí tính đến ma sát khí ổ bi,ổ lót trục Chọn ck = 0,95 Vậy = 0,95.0,85.0,95 = 0,767 Nh công suất bơm : 0, 012.998, 23.9,81.103 = 15, (kW) 1000.0, 767 N= Công suất động điện : N Nđc= tr c (kW) (I-439 ) tr :hiệu suất truyền động lấy tr = 0,85 c :hiệu suất động điện lấy c = 0,95 => Nđc = 15, = 17, (kW) 0, 96.0, 95 Trên thực tế lợng dự trữ đa vào có khả tải nên ta chọn động có công suất lớn công suất tính toán Nđctt = Nđc (I-439 ) : hệ số dự trữ công suất Chọn = 1.5 => Nđctt = 1,5.17,2 =25,8 (kW) Chọn động 26 kW Máy nén khí - Chọn máy nén li tâm để vận chuyển máy nén li tâm có nhiều u điểm + Gọn nhẹ , tốn vật liệu + Chế độ làm việc ổn định , tạo đợc áp suất lớn - Sơ đồ đa khí vào tháp Nguyễn Xuân Thuỷ Lớp : Quản lí môi trờng - K48 - ĐHBKHN 20 Đồ án môn học Tháp hấp thụ Van điều chỉnh Khí vào Van an toàn Máy nén - Tính công suất máy nén : + Công nén đa biến kg khí từ áp suất P1 = 1at đến áp suất P2 = at đợc tính theo công thức : m m P2 m Ldb = RT1 ữ P1 m ( J/kg ) ( I-465 ) Trong Ldb : Công nến đa biến m : số đa biến , chọn m = 1,4 R : Hằng số khí , R = 8314 M ( J/kg.độ ) T1 : Nhịêt độ ban đầu hỗn hợp khí vào ( oK ) , chọn T1 = 25 oC = 298 oK M : Khối lợngphân tử hỗn hợp khí ( kg/kmol ) => 1,4 1,4 1, 8314 Ldb = 298 ữ =253,483.103 1, 29,88 ( J/kg ) + Công suất lí thuyết máy nén : Nlt = => Nlt = Nguyễn Xuân Thuỷ G y Ldb 1000 ( kW ) ( I-466 ) 3, 71.253, 483 = 940 ( kW ) 1000 Lớp : Quản lí môi trờng - K48 - ĐHBKHN 21 Đồ án môn học + Công suất thực tế máy nén : Ntt = Nlt ck ( kW ) ck : hiệu suất khí máy nén , chọn ck =0,96 => Ntt = 940 = 979 0, 96 ( kW ) + Công suất động điện ; Ndc = Ntt trdc ( kW ) ( I-466 ) Trong : : Hệ số dự trữ công suất , chọn = 1,1 tr :Hiệu suất truyền động , chọn tr = 0,98 dc : Hiệu suất động , chọn dc = 0,95 => Ndc = 1,1 979 = 1157 ( kW ) 0, 98.0, 95 V Tính toán chọn khí thân tháp a - Chọn vật liệu: Do điều kiện làm việc áp suất cao khí cần hấp thụ SO2 có tính ăn mòn nên chọn vật liệu bền chịu ăn mòn hoá học.Vì ta chọn thép không rỉ X18H10T làm vật liệu ,có đặc tính kĩ thuật nh sau : + Hàm lợng Cacbon < 0,1 % Hàm lợng Crôm = 18 % Hàm lợng Niken = 10 % Hàm lợng Titan không vợt - 1,5 % +Tính chất học : Tra bảng XI.4 , II-310 Nguyễn Xuân Thuỷ Lớp : Quản lí môi trờng - K48 - ĐHBKHN 22 Đồ án môn học Giới hạn bền kéo : k = 550.106 ( N/m2) Giới hạn bền chảy : ch = 220.106 ( N/m2) Đối với thép có chiều dày - 25 mm có : Khối lợng riêng = 7900 (kg/m3) B - Tính chiều dày thân tháp - Thông số tháp : Đờng kính 1,2 m Chiều cao tháp : Htp = Hd + H1 + H2 + H3 (m) Trong đó: Hd : Chiều cao lớp đệm , Hd = ( m ) H1 : chiều cao tính từ mặt đệm đến đỉnh tháp (m) H1 phải đảm bảo cho chất lỏng tới toàn bề mặt đệm, đồng thời đảm bảo không gian tách bọt Chọn H1 = m H2 : chiều cao tính từ mặt dới đệm đến đáy tháp (m) H2 phải đảm bảo khí lên đặn phân bố đồng đến toàn bề mặt đệm, chất lỏng chảy từ xuống dễ dàng có khoảng không gian thích hợp để chất lỏng dễ dàng có thoát Chọn H2 = m H3 : chiều cao bích nối, hệ thống phân phối lỏng Chọn H3 = m Vậy chiều cao tháp : Htp = + + 1+ = ( m ) Thân tháp 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 (Tra bảng XIII.8 , II-362) Chiều dày thân tháp : Dt P +C S= 2[ ] P ( m) (II-360) Trong Dt - Đờng kính tháp , Dt = 1,2 ( m ) P - áp suất tác dụng lên thành thiết bị P = PLV + Ptt ( N/m2 ) PLV - áp suất làm việc tháp PLV = at = 8,82.105 ( N/m2 ) Ptt - áp suất thuỷ tĩnh Ptt = hh g.H (II-360) hh : khối lợng riêng hỗn hợp lỏng, hh =1001,99 (kg/m3 ) H : Chiieù cao cột chất lỏng ,chọn H = ( m ) => Ptt = 1001, 99.9,81.7 = 68807 (N/m2 ) Nguyễn Xuân Thuỷ Lớp : Quản lí môi trờng - K48 - ĐHBKHN 23 Đồ án môn học Nh P = 8,82.105 + 68807 = 950807 (N/m2 ) [ ] : đợc chọn dựa vào ứng suất cho phép tính theo giới hạn bền kéo dựa vào ứng suất cho phép tính theo giới hạn chảy kéo [ k ]b: ứng suất cho phép tính theo giới hạn bền kéo (N/m2) + tk ( N/m2) [ k ]b = nb (II-355) Với: kt: giới hạn bền kéo, kt = 550.106 (N/m2) : hệ số hiệu chỉnh , = 1,0 (II- 356) nb: hệ số an toàn theo giới hạn bền, nb = 2,6 (Tra bảng XIII.3 , II- 356) 550.10 6.1 = 211,5385.106 (N/m2) [ k ]b = 2, + [ k ]c: ứng suất cho phép tính theo giới hạn chảy kéo tc [ k ]c = nc (N/m2) (II-355) (N/m2) Với: - ct: giới hạn bền chảy , ct = 220.106 (N/m2) - nc: hệ số an toàn theo giới hạn chảy, nc = 1,5 (Tra bảng XIII.3 , II- 356) ct 220.106.1 = 146, 667.10 (N/m2) 1,5 Để đảm bảo an toàn sản xuất ta chọn giá trị ứng suất nhỏ để tính độ [ ] = ct = 146, 667.10 (N/m2) dày : việc C - Hệ số bổ xung C = C1 + C2 + C3 (II-363) + C1- hệ số bổ sung tính đến ăn mòn vật liệu môi trờng làm Tốc độ ăn mòn 0,1 mm/năm Chọn thời giansử dụng 10 (năm) Nguyễn Xuân Thuỷ Lớp : Quản lí môi trờng - K48 - ĐHBKHN 24 Đồ án môn học => C1 = 0,1 10 = ( mm ) + C2- hệ số bổ sung tính đến ăn mòn nguyên liệu chứa hạt rắn chuyển động thiết bị , C2 = + C3 - hệ số bổ xung dung sai chiều dày, phụ thuộc vào chiều dày thép Chọn C3 = 0,8 ( mm ) => C = + 0,8 = 1,8 ( mm ) =1,8.10-3 ( m ) Chiều dày tháp : S= 1, 2.950807 + 1,8.10 = 4,108.10 (m) 2.146, 667.10 0, 95 950807 => S = 4,108 ( mm ) Chọn S = ( mm ) Kiểm tra ứng suất theo áp suất thuỷ lực theo công thức : [ D + ( S c ) ] P0 tc = < ( N/m2 ) (II-365) 2( S c ) 1,2 Trong P0 áp suất thử tính công thức: P0 = Pth + Ptt Pth : áp suất thử thuỷ lực Pth = 1,5.Plv=1,5.0,882.106 = 1,323.106 ( N/m2 ) Ptt : áp suất thuỷ tĩnh nớc , Ptt = 68807 (N/m2 ) => P0 = 1,323.106 + 68807 =1391807 (N/m2 ) 1, + ( 1,8 ) 10 1391807 = 1007, 229.103 (N/m2 ) => = ( 1,8 ) 10 0, 95 tc 220.106 = = 183333,3.103 (N/m2 ) 1, 1,2 tc Nh < chứng tỏ chọn S = ( mm ) phù hợp 1,2 nắp đáy tháp A- Lựa chọn vật liệu, kiểu nắp đáy tháp Dt bị hình elip có gờ - Chọn đáy nắp tháp thiết - Chọn vật liệu làm nắp đáy tháp : thép không rỉ X18H10T h hb S Nguyễn Xuân Thuỷ Lớp : Quản lí môi trờng - K48 - ĐHBKHN 25 Đồ án môn học B- tính độ dày nắp đáy tháp Chiều dày đáy nắp tháp tính theo công thức : Sn,đ = Dt P D t +C 3,8.[ k ].k. P hb (*) (II-385) Trong : hb : Chiều cao phần lồi nắp đáy tháp hb = 0,25.Dt =0,25.1,2 = 0,3 (m) k : Hệ số không thứ nguyên k =1- d Dt ( II-385 ) d - Đờng kính lớn lỗ không tăng ứng, chọn d = 0,3m k = 1- 0,3 = 0,75 1,2 [ k ] = 211,5385.106 (N/m2) C = 1,8.10-3 ( m ) Ta có : [ k ] k. P h = 211,5385 0, 75.0, 95 = 171 > 30 0,8822.106 Nên ta bỏ qua đại lợng P mẫu số công thức ( * ) => Sn,đ = Dt P D t +C 3,8.[ k ].k. 2hb Sn,đ = 1, 2.0,8822.10 1, + C = 3, 7.10 + C ( m ) 3,8.211,5385.0, 75.0, 95 2.0,3 Do Sn,đ - C = 3,7 mm < 10 mm Do ta bổ sung thêm mm so với giá trị C ban đầu, tức : C =1,8 +2 =3,8 ( mm ) => Sn,đ = 3,8 + 3,7 = 7,5 ( mm ) Chọn Sn,đ = ( mm ) Nguyễn Xuân Thuỷ Lớp : Quản lí môi trờng - K48 - ĐHBKHN 26 Đồ án môn học Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử thủy lực theo công thức: Dt2 + 2hb ( S C ) P0 c = < 1, 7, 6.k. hb ( S C ) Với P0 áp suất thử (N/m2) ( II-386 ) P0 = 1391807 (N/m2 ) ( ) 1, 2 + 2.0,3 8.10 3,8.10 1391,807.103 = = 807,803 ( N/m2 ) 3 7, 6.1.0, 75.0,3 8.10 3,8.10 => ( ) c = 183,333.106 ( N/m2 ) 1, Nh < c 1, chứng tỏ chọn S = ( mm ) phù hợp Chọn mặt bích Mặt bích phận để nối phần thân thiết bị nh nối phận khác với thân thiết bị Bích nối phần thân thiết bị, nối nắp đáy với thân thiết bị: Chọn kiểu bích nối liền thép kiểu có thông số: (Tuỳ chọn) h = 48 mm H = 59 mm S1 = 16 mm Tra bảng (XIII.27, II-417) ứng với PY.10-6 N/m2 Dt mm 1200 Dt = 1200 mm ta có: Kích thớc nối D Db DI mm mm mm 1400 1325 1275 Nguyễn Xuân Thuỷ Lớp : Do mm 1219 Bu lông dbmm Z(cái) M30 32 Quản lí môi trờng - K48 - ĐHBKHN 27 Đồ án môn học Bích nối ống dẫn với phận khác thiết bị: Chọn bích liền kim loại đen, kiểu I Tra bảng XIII.26, II -413 ứng với ống có đờng kính Dy = 125 mm, ta có thông số nh sau: PY.10-6 N/m2 Dy ống Dn 1200 133 Kích thớc nối Bu lông D D1 D db z mm 245 210 188 M16 h mm 24 D D t D h db D y D n Cửa nối ống dẫn với thiết bị: Ta chọn ống dẫn nối với thiết bị mối ghép tháo đợc , đoạn ống ngắn có mặt bích hay ren để nối với ống dẫn ống dẫn ta có Dy = 125 mm, áp suất 0,8822.106 N/m2) Tra bảng XIII.32 , II434 ta chọn đợc chiều dài đoạn ống 120 mm Nguyễn Xuân Thuỷ Lớp : Quản lí môi trờng - K48 - ĐHBKHN 28 Đồ án môn học Chân đỡ tai treo: Trớc hết ta xác định khối lợng toàn tháp Khối lợng toàn tháp (M)đợc tính bao gồm mđ,n : khối lợng đáy nắp mvỏ : khối lợng vỏ tháp mđ : khối lợng đệm mdm : khối lợng dung môi ( nớc ) mbs : khối lợng bổ sung (do bu lông, bích,) M = mđ + mn + mvỏ + mđ + mdm + mbs (kg) Khối lợng đáy nắp: Tra bảng XII.11 , II-384 với Chiều cao gờ h = 25 mm Đờng kính Dt = 1,2 m Chiều dày S = mm => khối lợng : 106 kg Do nắp ,đáy làm vật liệu thép không rỉ nên khối lợng thật : 106 x 1,01 = 107,06 ( kg Tổng khối lợng đáy nắp tháp : mđ,n = 107,06 x = 214,12 ( kg ) Khối lợng vỏ tháp: mvỏ = Vvỏ.vỏ (kg) Trong đó: + Vvỏ : thể tích vỏ tháp (m3) Tháp có hình trụ, nên thể tích vỏ tháp xác định nh sau: 2 Vvỏ = Hvỏ.Svỏ = Hvỏ ( D n D t ) (m3) Hvỏ: chiều vỏ cao tháp (m), Hvỏ = 7,5 m Dn: đờng kính tháp (m), Dn = D + 2Svỏ = 1,2 + 2.5.10-3 = 1,205 Vvỏ = 7,5 ( 1, 2052 1, 2 ( m) ) = 0, 0708 ( m3 ) + vỏ: khối lợng riêng vật liệu làm vỏ( vật liệu làm tháp X18H10T ) nên vỏ = 7900 ( kg/m3 ) Nguyễn Xuân Thuỷ Lớp : Quản lí môi trờng - K48 - ĐHBKHN 29 Đồ án môn học => khối lợng vỏ tháp : mvỏ = 0,0708.7900 = 559,6 (kg ) Khối lợng dung môi: D Hth mdm = Vtháp.H2O = H2O = 1, 7,5 998, 23 = 8467,3 (kg) (kg) Khối lợng đệm: mđ = H Dt đ (kg) Với: + H: chiều cao lớp đệm, H = m + đ: khối lợng riêng đệm (kg/m3) , đ = 600 kg/m3 Vậy khối lợng đệm: mđ = .1, 600 = 4072 ( kg ) Khối lợng bổ sung: mbs = 500 kg ( Khối lợng dựa sở khối lợng bulông, bích, ) Vậy khối lợng toàn tháp là: M = 214 + 560 + 4072 + 8467 + 500 M = 13816 ( kg ) Trọng lợng tơng ứng: P =13816 9,81 = 135500 ( N ) Nếu sử dụng chân đỡ: Thiết bị sử dụng chân đỡ, tải trọng chân đỡ phải chịu: P1 = P/4 = 135500/4 = 33875 (N) =3,3875.104 ( N ) Chọn vật liệu làm chân đỡ thép CT3 Tra bảng XIII.35 , II-437 ta đợc thông số chân đỡ: - Bề mặt đỡ: F = 0,0514 m2 - Tải trọng cho phép lên bề mặt đỡ: q = 0,78.106 N/m2 - L = 260 mm - B = 200 mm - B1 = 225 mm Nguyễn Xuân Thuỷ Lớp : Quản lí môi trờng - K48 - ĐHBKHN 30 Đồ án môn học - B2 = 330 mm - H = 400 mm - h = 225 mm - s = 16 mm - l = 100 mm - d = 27 mm Nếu sử dụng tai treo: Vật liệu làm tai treo thép CT3, chọn tai treo tải trọng tai treo phải chịu là: 3,3875.104 ( N ) Tra bảng XIII.36, II 438 ta có thông số tai treo nh sau: - Bề mặt đỡ: F = 0,297 m2 - Tải trọng cho phép lên bề mặt đỡ: q = 1,34.106 N/m2 - L = 190 mm - B = 160 mm - B1 = 170 mm - H = 280 mm - S = 10 mm - l = 80 mm - a = 25 mm - d = 30 mm Hình vẽ tai treo: Chọn lót tai treo thép: Tra bảng XIII.37, II-439 ta có thông số lót tai treo: Chiều dày tối thiểu thành thíêt bị có lót : 12 mm Chiều dày tối thiểu thành thíêt bị có có lót : mm - H = 365 mm - B = 200 mm - SH = mm Nguyễn Xuân Thuỷ Lớp : Quản lí môi trờng - K48 - ĐHBKHN 31 Đồ án môn học Vi - Kết luận Tháp đệm đợc sử dụng ngày rộng rãi công nghệ hoá học nh trình sử lí ô nhiễm khí nhiều u điểm nh tính kinh tế, dễ vận hành, hiệu hấp thụ tơng cao Qua phần tính toán, em hiểu đợc sơ cấu tạo tháp ,các phận, cách xếp đệm,cách đặt tháp, hiểu đợc kết cấu tháp, phận phụ tạo nên độ ổn định tháp làm việc, nguyên lý vận hành, phận tạo nên dây chuyền hấp thụ, nh xem xét sở lý thuyết sơ lợc tính kinh tế sử dụng tháp đệm Do nhiều hạn chế hiểu biết, kinh nghiệm tính toán nh kinh nghiệm thực tế nên đồ án nhiều thiếu sót Em mong nhận nhận đợc ý kiến đóng góp từ thầy cô giáo Nguyễn Xuân Thuỷ Lớp : Quản lí môi trờng - K48 - ĐHBKHN 32 Đồ án môn học Mục lục i lời mở đầu giới thiệu chung sơ lợc khí SO2 2 Phơng pháp xử lí khí so2 Tháp đệm .3 Sơ đồ hệ thống hấp thụ So2 Thuyết minh dây chuyền ii tính toán cân vật liệu .6 iiI tính toán kết cấu tháp tính đờng kính tháp tính toán chiều cao làm việc tháp 12 tính trở lực tháp đệm 18 bảng mô theo số điều kiện 19 Iv Thiết kế thiết bị phụ 20 Bơm chất lỏng 20 Máy nén khí 24 V Tính toán chọn khí .26 thân tháp 26 nắp đáy tháp 29 Chọn mặt bích .31 Cửa nối ống dẫn với thiết bị .33 Chân đỡ tai treo 33 Vi - Kết luận .37 Mục lục 38 Tài liệu tham khảo 39 Tài liệu tham khảo Nguyễn Bin , Sổ tay trình thiết bị công nghệ hoá chất , tập ,Nhà xuất KHKT 2005 Nguyễn Bin ,Sổ tay trình thiết bị công nghệ hoá chất , tập ,Nhà xuất KHKT 2005 Tính toán trình, thiết bị công nghệ hoá chất thực phẩm Tập - Nhà xuất KH & KT 2001 Nguyễn Xuân Thuỷ Lớp : Quản lí môi trờng - K48 - ĐHBKHN 33 Đồ án môn học Nguyễn Xuân Thuỷ Lớp : Quản lí môi trờng - K48 - ĐHBKHN 34 [...]... => Đệm thấm ớt tốt (VII.497) + Rey: Chuẩn số Renol đối với pha khí Re y = 0, 4 ys d ày ( II-178 ) Với: Nguyễn Xuân Thuỷ Lớp : Quản lí môi trờng - K48 - ĐHBKHN 12 Đồ án môn học àk: độ nhớt pha khí (Ns/m2) àk xác định theo công thức sau: M ytb ày = mSO2 M SO2 SO2 + (1 mSO2 ) M kk àkk ( I-85 ) Trong đó: mSO2 : phần thể tích của SO2 Trong cùng điều kiện To ,P thì phần thể tích bằng phần số mol mSO2... nhiễm khí bởi nhiều u điểm nh tính kinh tế, dễ vận hành, hiệu quả hấp thụ tơng cao Qua phần tính toán, em đã hiểu đợc sơ bộ cấu tạo của tháp ,các bộ phận, cách sắp xếp đệm, cách đặt tháp, hiểu đợc về kết cấu tháp, các bộ phận phụ tạo nên độ ổn định trong khi tháp làm việc, nguyên lý vận hành, các bộ phận tạo nên dây chuyền hấp thụ, cũng nh xem xét trên cơ sở lý thuyết sơ lợc về tính kinh tế khi sử dụng tháp. .. thống hấp thụ So2 4 5 Thuyết minh dây chuyền 5 ii tính toán cân bằng vật liệu .6 iiI tính toán kết cấu tháp 9 1 tính đờng kính của tháp 9 2 tính toán chiều cao làm việc của tháp 12 3 tính trở lực tháp đệm 18 4 bảng mô phỏng theo một số điều kiện 19 Iv Thiết kế thiết bị phụ 20 1 Bơm chất lỏng 20 2 Máy nén khí 24 V Tính toán và chọn cơ khí. .. chiều dày thân tháp 1 - Thông số cơ bản của tháp : Đờng kính trong 1,2 m Chiều cao của tháp : Htp = Hd + H1 + H2 + H3 (m) Trong đó: Hd : Chiều cao của lớp đệm , Hd = 6 ( m ) H1 : chiều cao tính từ mặt trên của đệm đến đỉnh tháp (m) H1 phải đảm bảo sao cho chất lỏng tới đều toàn bộ bề mặt đệm, đồng thời đảm bảo không gian tách bọt Chọn H1 = 1 m H2 : chiều cao tính từ mặt dới của đệm đến đáy tháp (m) H2... động cơ 26 kW 2 Máy nén khí - Chọn máy nén li tâm để vận chuyển vì máy nén li tâm có nhiều u điểm + Gọn nhẹ , tốn ít vật liệu + Chế độ làm việc ổn định , tạo đợc áp suất lớn - Sơ đồ đa khí vào tháp Nguyễn Xuân Thuỷ Lớp : Quản lí môi trờng - K48 - ĐHBKHN 20 Đồ án môn học Tháp hấp thụ Van điều chỉnh Khí vào Van an toàn Máy nén - Tính công suất máy nén : + Công nén đa biến 1 kg khí từ áp suất P1 = 1at... khi tăng áp suất thì nồng độ cấu tử SO2trong pha lỏng tăng chứng tỏ hiệu suất quá trình hấp thụ tăng ,đồng thời chiều cao làm việc giảm do đó tiết kiệm đợc chi phí thiết kế - ở cùng 1 áp suất , 1 nhiệt độ , khi lợng dung môi tăng lên thì trở lực tháp nhỏ , chiều cao giảm ,mặc dù nồng độ cấu tử SO2 trong pha lỏng giảm nhng do lu lợng lỏng lớn nên lợng khí bị hấp thụ vẫn lớn Tuy nhiên ta phải tốn chi... tháp đệm Do còn rất nhiều hạn chế trong hiểu biết, kinh nghiệm tính toán cũng nh kinh nghiệm thực tế nên đồ án còn rất nhiều thiếu sót Em rất mong nhận nhận đợc ý kiến đóng góp từ các thầy cô giáo Nguyễn Xuân Thuỷ Lớp : Quản lí môi trờng - K48 - ĐHBKHN 32 Đồ án môn học Mục lục i lời mở đầu 1 giới thiệu chung 2 1 sơ lợc về khí SO2 2 2 Phơng pháp xử lí khí so2 2 3 Tháp đệm. .. là : 106 x 1,01 = 107,06 ( kg Tổng khối lợng của đáy và nắp tháp : mđ,n = 107,06 x 2 = 214,12 ( kg ) Khối lợng vỏ tháp: mvỏ = Vvỏ.vỏ (kg) Trong đó: + Vvỏ : thể tích vỏ tháp (m3) Tháp có hình trụ, nên thể tích vỏ tháp xác định nh sau: 2 2 Vvỏ = Hvỏ.Svỏ = Hvỏ ( D n D t ) (m3) 4 Hvỏ: chiều vỏ cao tháp (m), Hvỏ = 7,5 m Dn: đờng kính ngoài của tháp (m), Dn = D + 2Svỏ = 1,2 + 2.5.10-3 = 1,205 Vvỏ = 7,5... vỏ( vật liệu làm tháp là X18H10T ) nên vỏ = 7900 ( kg/m3 ) Nguyễn Xuân Thuỷ Lớp : Quản lí môi trờng - K48 - ĐHBKHN 29 Đồ án môn học => khối lợng vỏ tháp : mvỏ = 0,0708.7900 = 559,6 (kg ) Khối lợng dung môi: D 2 Hth mdm = Vtháp.H2O = H2O 4 2 = 1, 2 7,5 998, 23 = 8467,3 4 (kg) (kg) Khối lợng đệm: mđ = H Dt đ (kg) 2 4 Với: + H: chiều cao lớp đệm, H = 6 m + đ: khối lợng riêng của đệm (kg/m3) , đ =... phải đảm bảo khí đi lên đều đặn và phân bố đồng đều đến toàn bề mặt đệm, chất lỏng chảy từ trên xuống dễ dàng và có khoảng không gian thích hợp để chất lỏng dễ dàng có thoát ra ngoài Chọn H2 = 1 m H3 : chiều cao các bích nối, hệ thống phân phối lỏng Chọn H3 = 1 m Vậy chiều cao của tháp : Htp = 6 + 1 + 1+ 1 = 9 ( m ) Thân tháp gồm nhiều đoạn đợc ghép lại với nhau bằng bích nối Mỗi đoạn tháp đợc cuốn