tính tháp hấp thụ Ca(OH)2

thoâng soá tính toaùn Löu löôïng khí vaøo: Gñ = 36243 m3h AÙp suaát: P = 1atm Nhieät ñoä: t0= 1360C Tra caùc thoâng soá cuûa chaát haáp thuï Khoái löôïng rieâng: Khoái löôïng nöôùc: 1. Tính caân baèng vaät chaá

Tính tháp hấp thụ khí CO sử dụng Ca(OH)2 4% Các thông số tính toán - Lưu lượng khí vào: Gđ = 36243 m3/h - Áp suất: P = 1atm - Nhiệt độ: t0= 1360C Tra thông số chất hấp thụ - Khối lượng riêng:  Ca (OH ) 2650(kg / m ) - Khoái lượng nước:  H O 1000( kg / m ) Tính cân vật chất Xác định kí hiệu Kí Hiệu x p Tên gọi Đơn vị Nồng độ phần mol khí bị hấp thụ dung dịch Áp suất riêng phần chất khí bị hấp thụ hỗn hợp khí mặt thoáng dung dịch điều kiện cân Nồng độ phần mol cấu tử bị hấp ycb thụ hỗn hợp khí cân với chất P  lỏng Áp suất chung hỗn hợp khí Hằng số Hăngri Xđ Xc nồng độ ban đầu cấu tử cần hấp thụ dung môi Kmol/km ol dung môi nồng độ cuối cấu tử cần hấp thụ Kmol/km dung môi Yc Gy Gx Gtr ol dung môi nồng độ ban đầu cấu tử cần hấp Kmol/km thụ hỗn hợp khí ol khí trơ nồng độ cuối cấu tử cần hấp thụ Kmol/km hỗn hợp khí Lượng hỗn hợp khí vào thiết bị hấp thụ Lượng dung môi vào thiết bị hấp thụ Lượng khí trơ vào thiết bị hấp thụ ol khí trơ Kmol/h Kmol/h Kmol/h Khối lượng phân tử pha loûng: Mx  m  18.563(kg / Kmol ) m %Ca(OH ) m % H O 0.04 0.96   74 18 MCa(OH ) kmolCa(OH ) MH O kmolH O Khối lượng riêng pha lỏng huyền phù: x (1  x)    dd  Ca (OH )  H 2O 0.04 (1  0.04)   1024 98(kg / m )  dd 2650 1000 Phaàn trăn thể tích Ca(OH)2 huyền phù  0.04 kgCa(OH ) 0.96 kgH O  % 0.1548% 2650 kgCa(OH ) m Ca(OH ) 1000 kgH O m H O Độ nhớt pha loûng:  hp   H 2O (1  2.5  )  H 2O 0.8007cp 0.8007 10  pa.s  hp 0.8007 10  (1  2.5 0.01548) 0.8317 10  pa.s Thông số vào: Tđ = 30oC p = 1at = 760 mmHg = 101308 pa Q = 36243 (m3/h) Cy = 1248 (mg/m3) Xñ = Nồng độ khí ban đầu Cd  P  0.0298(mol / l ) RT 0.082 (273  136) Tính suất lượng mol pha lỏng: Lập phương trình đường cân lg P * CO 3.58  1.87 lg CO   2.24 10  T  1960 T Trong đó: T= 273+136=409oK [CO] : nồng độ mol CO, mol/m3 P* : áp suất riêng phần CO cân , pa T: nhiệt độ làm việc tháp Y P* P  P* Bảng giá trị X  CO   M dd  dd Y.10-5 55.46 61.62 6485 67 68.6 69.86 70.9 71.78 72.54 73.21 73.81 74.34 74.83 75.28 75.69 76.08 76.43 76.77 77.08 77.37 P* 0.5619 0.6242 0.6569 0.6787 0.6949 0.7077 0.7182 0.7272 0.7349 0.7417 0.7477 0.7532 0.7581 0.7627 0.7668 0.7707 0,7743 0,7777 0,7809 0,7839 [CO] 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 0.055 0.06 0.065 0.07 0.075 0.08 0,085 0,09 0,095 0,1 X.10-5 9.0553 18.110 27.165 36.221 45.276 54.331 63.386 72.442 81.497 90.552 99.607 108.663 117.718 126.773 135.828 144.884 153.94 163.00 172.05 181.11 Đồ thị đường cân làm việc Từ đồ thị ta có phương trình cân bằng: Y=8.3972X-0.0051 Nồng độ mol khí CO 1428 10  [CO]  5.1 10  ( Kmol / m ) 28 Nồng độ phần mol không khí: [CO] 5.1 10  yd   1.711 10  ( Kmol / Kmolkhongkhi) Cd 0.0298 Tỷ số mol CO khí: y 1.711 10  Yd  d  1.714 10  ( KmolCO / Kmolkk)  y d  1.711 10  Theá = 1.714x10-3, suy Xc* = 8.115x10-4 (Kmol/Kmol) Nhà máy thuộc lónh vực sản xuất công nghiệp nên giới hạn khí CO phép thái theo tiêu chuẩn TCVN 6991-2001 500mg/m3 Nồng độ CO phép thải nhiệt độ 30oC là: 500 273 450.49(mg / m ) 273  30 Cc  P  0.0402( Kmol / m ) RTc 0.082 (273  30) Nồng độ Mol khí CO cuối: [CO ] c  450.5 10  16.098 10  ( Kmol / m ) 28 Nồng độ phân Mol [CO] c 16.089 10  yc   4 10  ( KmolCO / Kmolkk ) Cc 0.0402 Tỉ số mol: y 10  Yc  c  4 10  ( KmolCO / Kmolkk ) 4  y c  10 Hiệu suất trình hấp thụ: Yd  Yc 1.714 10   10  e  0.766 76% Yd 1.714 10  Suất lượng mol hỗn hợp: G hh  PV 36234  1080.38( Kmol / h) RT 0.082 (273  136) Suaát lượng mol cấu tử trơ: Gtr G hh (1  Yd ) 1080 38 (1  1.714 10  ) 1078 53( Kmol / h) Lượng dung môi tháp theo lý thuyết: Ta có phương trình cân vật chất Gtr Yd  LX d Gtr Yc  LX * c  Y  Yc L  d* Gtr X c  X d  Y  Yc Lmin  d* Gtr Xc  Xd Ta coù Xd = (Kmol/Kmol) Xc* = 8.115x10-4 (Kmol/Kmol)  Lmin  1078.53 (1.714 10   10  )  1746.38( Kmol / h) * (8.115 10   0) (X c  X d ) Gtr (Yd  Yc ) Lượng dung môi cần thiết: thực tế thiết bị hấp thụ không đạt trạng thái cân Để thiết bị vận hành an toàn, nồng độ khí thải sau xử lý đạt giá trị định nên ta xác định thêm lượng dung môi thực tế : L K Lmin 1.5 1476.38 2619.57( Kmol / h) Nồng độ dung dịch khỏi tháp : Xc  Gtr 1078.53 (Yd  Yc )  (1.714 10   10  ) 5.4110  ( Kmol / Kmol ) L 2619.57 Tính cân nhiệt Ký Tên gọi Đơn vị hiệu Gđ ;Gc Lượng hỗn hợp khí đầu, Kg/h Lđ ; Lc tđ ; t c cuối Lượng dung môi đầu, cuối Nhiệt độ đầu vào, đầu Kg/h o C Tđ ; T c Nhiệt độ dung môi đầu I đ ; Ic vào, đầu Entalpi hỗn hợp khí đầu, cuối Phương trình cân nhiệt lượng : G d I d  Ld C d Td  Q s G c I c  Lc C c Tc  Qo : Qs : nhiệt lượng phát sinh hấp thụ, kj/h Qo : nhiệt lượng thất thoát Cđ = C c = C Tñ = Tc Qs = o C Kj/kg Q : nhiệt hấp thu Lđ = Lc Gđ Iđ = Gc Ic = Vậy công thức tính nhiệt cuối dung dịch : Tc Td  q ( X c  X d ) c Quá trình hấp thụ phản ứng xảy tháp : CO  CaOH  HCOOCa Coi trình hấp thụ đẳng nhiệt Tính tháp đệm 3.1 Chọn vật liệu đệm Vòng xứ ngẫu nhiên Kích thước : 80 x 80 x mm  d 80m / m ; V d 0.72m / m 3.2 Vận tốc dòng khí tháp 0.25  w s  d  ytb    0.16    ytb  L x    log   A  75        G    g v d  xtb   1   xtb A = 0.022 Ws : vận tốc tới hạn     Khối lượng riêng trung bình pha lỏng pha khí tháp  xtb 1024.9839(kg / m )  ytb   Ytb M CO  (1  Ytb )  kk  273 22.4 (273  t ) Yd  Yc 1.714 10   10  Ytb   1.057 10  ( KmolCO / Kmolkk ) 2  ytb  1.057 10 3  28  (1  1.057 10  ) 29.5 273 1.1865 (kg / m ) 22.4 (273  30) M kk Ytb M CO 1  Ytb  M kk    hhk  CO 1.1649   M kk 1.057 10  28  1.057 10  29.5   25.36  hhk 2.639 1.1649  kk  29.5 1.163(kg / m ) 25.36  x : độ nhớt huyền phù 30oC  x = 0.8317x10-3 pa.s  x (25oC)= 0.9282x10-3 pa.s Lưu lượng pha lỏng Ll L M x 2619.57 18.563 48627.07 (kg / h) 13.507(kg / s ) Löu lượng pha khí: G k Gtr M k 1078 53 29.5 31816 635(kg / h) 8.837 (kg / s) Vaäy: 0.25  w s  d  ytb    0.16    ytb  L x   log   A  75        G    g v d  xtb   1   xtb     0.16 0.25   0.8317 10    w s 80 1.1865  48627.07   1.1865   0.022  1.75 log     3   31816.635   1024.8939   9.81 0.72 1024 8939  0.9282 10     log w s 0.0248  0.8136 ws = 6.19 (m/s) vaän tốc giới hạn W y (0.85 1) ws 0.85 6.19 5.26(m / s ) 3.3 Đường kính tháp Dt  G 10.065 4  1.56(m)  W y 0.785 5.26 3.4 Tính hệ số thấm ướt Mật độ thấm ướt thực tế utt  L L( m / h) F (m ) Ll 48627.07  47.44(m / h)  xtb 1024.9839 D2 1.56 F    1.911(m ) 4 u tt  L(m / h) 47.44  24.82(m / m h) 1.911 F (m ) Mật độ lưới thích hợp u tt B  d 0.158 80 12.64(m / m h)   0.4 3.5 Tính chiều cao bậc truyền khối chuẩn số Reynolds chất lỏng Re x  L  4Lx  hp L 13.507  7.068(kg / m s ) F 1.911  Re x  7.068 425 80 0.8317 10  Ta tính điều kiện khuyếch tán 25 oC D20  10   A B  M hp  V A  VB   1   MA MB Thể tích phân tử dung chất V A 2 8.3  25.6 42.2 Thể tích phân tử dung môi V B 2 3.7  7.4 14.8 Khối lượng phân tử MA = 18 khối lượng phân tử dung moâi    MB = 28 A=1 B = 4.7  : độ nhớt chất lỏng 20oC = 1.005x10-3pa.s b 0.2   n 0.2 1.005 10  1000 D20  1 4.7  0.8317 10   42.2  1 0.02  1    0.0062 10   18 28   14.8   Heä số khuyếch tán chất lỏng 30 oC D x D20 1  b 30  20  0.0062 10  1  0.02 30  20  0.00744 10  Chuẩn số khuyếch tán pha khí P x   hp 0.8317 10   109  pj D x 1024.9839 0.00744 10  Chuẩn số Reynolds pha loûng Re y  w y  ytb  x  y  5.26 1.1865 22289 25 80 0.000014 Hệ số khuyếch tán CO pha Khí p T  DY Do    p  T2  Do 10.3 10  DY 10.3 10 6  273  30      273  1.204 10  (m / s) Chuẩn số khuyếch tán với pha lỏng 0.000014 pry  1.179 1.1865 10  A = 0.125 M = 0.615 Hy  pry 0.66 Re y 0.25 v d A   d  x2   H x 119    g   hp  H OY H Y  H X  1.179 0.66 22289.25 0.25 0.72  1.03 0.125 0.4 80 Re x 0.25  prx 0.5  (0.8317 10  )   119  1024 8939  81   M G 2.35(m) L Tính chiều cao lớp vật liệu đệm Tính bậc số thay đổi nồng độ: Noy Lập phương trình đường làm việc: Y = 0.5899X+0.0785.10-3 Đường làm việc qua điểm: A(0;0,0758x10-3) B(0,8866x10-3;0,5986x10-3) ' N oy  N oy   Y1 ln  N oy 2.0871  Y2 22289 25 0.25 109 0.5 1.27 H N oy H oy 2.0871 2.35 4.9(m) 3.7 Tính trở lực tháp Tổn thất áp suất đệm khô X 16 Re y 0.2  16 7.4 22289 25 0.2  H  d w y  y Pk    Vd Pk  2.4 2.35 80 5.26 1.18165   4844 pa 0.72 Tổn thất áp suất đệm ướt Wy ws  L   G 5.26 0.85 6.19 1.8  y   x   x       y     0.2 0.5 10   A 8.4 L = 13.507(kg/s) G =8.837(kg/s) Tra đồ thị IX.26(QTTBCN&HC T2/191) A1 = 5.8   L  Pu Pk 1  A1     G   0.405  y   x   13.507   Pu 48441  5.8   8.837    3.8 Tính khí 0.405     0.225   x   y     0.045  1.1865     1024.9839  0.225  0.08317 10      0.000014  0.045 5535( pa) Tính đường ống dẫn chất lỏng L L1  2619.57 18.563 47.44(m / h) 1024.9839 L1 : lưu lượng dung dịch hấp thu Đường ống vào Vận tốc lỏng khoảng (1-3)m/s , chọn (m/s) D 47.44 4 0.091(m) 3600  2 Chọn đường kính ống : 90 mm Tính đường kính ống dẫn khí ta có lưu lượng G = 10.065(m3/s) vận tốc khí khoảng (10-30)m/s, chọn 20(m/s) D 10.065 4 0.8(m)  20 Chọn đường kính ống : 800 mm Chiều dày nắp thân Thiết bị làm việc điều kiện ăn mòn cao nên vật liệu dùng chế tạo phải thép không rỉ tổng chiều cao thân tháp là: H = 4.9 + 1.1 = (m) Bố trí ống dẫn chất lỏng đóa phân phối lỏng Ký hiệu thép : 18H10T-C