ĐỒ ÁN MƠN HỌC CÁC Q TRÌNH CƠ BẢN TRONG CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG Họ tên: Vũ Kỳ Anh Mssv: 20122878 Lớp: Kỹ thuật môi trường K57 Nhiệm vụ thiết kế: Tính tốn thiết kế tháp đĩa chóp để hấp thụ khí HCl mơi trường khơng khí với dung môi nước theo số liệu sau: Lưu lượng khí vào tháp: Gy = 12000 m3/h Nồng độ HCl vào tháp: yđ = 0,025 kmol/kmol Hiệu suất hấp thụ: = 96% Lượng dung môi tiêu tốn: Gx = 1,2Gxmin Tháp làm việc điều kiện t = 25oC, p = 1.5at Nội dung thiết kế: 2.1 Tính tốn cơng nghệ: Xác định đường kính chiều cao tháp Xác định trở lực tháp Xác định kích thước cửa vào thiết bị Tính tốn thủy lực (lựa chọn bơm, quạt) 2.2 Tính tốn khí Xác định chiều dày thiết bị Tính tốn lựa chọn kết cấu lắp đặt thiết bị 2.3 Bản vẽ Bản vẽ sơ đồ dây chuyền công nghệ (A3) Bản vẽ lắp đặt thiết bị (A1) Thời gian thực hiện: Ngày nhận nhiệm vụ: 03/03/2016 Ngày hoàn thành: 13/05/2016 Giáo viên hướng dẫn Hoàng Thị Thu Hương MỤC LỤC I Mở đầu: Giới thiệu hệ thống thiết bị II Tính tốn thiết kế tháp hấp thụ Điều kiện làm việc tháp Thiết lập phương trình đường cân Thiết lập phương trình đường làm việc Tính đường kính tháp Thiết kế đĩa chóp 13 Tính trở lực đĩa 15 Tính chiều cao tháp 16 III Thiết kế thiết bị phụ 19 Cửa vào, cửa thiết bị 19 Bơm chất lỏng 20 Máy nén khí 25 IV Tính tốn khí 31 Chọn vật liệu 31 Tính chiều dày thân tháp 32 Tính chiều dày đáy nắp thiết bị 33 Chọn mặt bích 35 Cửa nối ống dẫn với thiết bị 36 Chọn chân đỡ 37 V Kết luận 40 VI Tài liệu tham khảo 41 I MỞ ĐẦU: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THIẾT BỊ: Ơ nhiễm mơi trường vấn đề mang tính tồn cầu cấp bách Ở hầu hết quốc gia, phủ đầu tư nhiều, vốn công nghệ cho việc xử lý chất gây ô nhiễm môi trường Các quốc gia phát triển, khoa học công nghệ tiên tiến nhiễm mơi trường trở nên nghiêm trọng Ở Việt Nam, công nghiệp chưa phát triển mạnh mẽ, nhiều nguyên nhân chủ quan khách quan, môi trường nước ta ngày bị ô nhiễm Việc chặt phá rừng hoạt động nhà máy thải moi trường nhiều chất gây ô nhiễm Cũng nhiều nước khác giới nay, vấn đề xử lý chất gây ô nhiễm nước ta gặp nhiều khó khăn Ngun nhân nhiễm mơi trường chất thải từ nhà máy, khu công nghiệp hoạt động khác Một chất khí gây nhiễm mơi trường HCl KhÝ HCl khí axit có nhiều nhà máy sản xuất hóa chất sản xuất chất tẩy rửa, bột giặt hay nhà máy gia công bề mặt kim loại HCl thường bốc khói trắng - HCl gây hại cho thực vật, gây tổn hại tiếp xúc: hô hấp, ăn uống, qua da cho động vật - Có tính ăn mòn cao - Khí gây mùi khí nồng độ 0.1mg/m3 VËy mơc ®Ých thu håi sử lí để làm giảm thiểu tác hại môi trờng ngời Hấp thụ trình hút khí chất lỏng Khí đợc hút gọi kà chất bị hấp thụ,chất lỏng dùng để hút gọi dung môi(hay chât hấp thụ), khí không bị hấp thụ gọi khí trơ Bản chất trình hấp thụ: khí hoà tan vào lỏng tạo thành hỗn hợp cấu tử: ( =2,k = 2,c = 2-2+2 = thành phần pha Hệ thống nh theo định luật pha2) đợc gọi nh hỗn hợp lỏng có thành phần Cân pha đợc xác định P,T,C.Nếu T = const độ hoà tan phụ thuộc vào P theo định luật Henrry: YCB = m.x +Với khí lí tëng, m = const quan hÖ yCB = f(x) đờng thẳng + Với khí thực, m phụ thuộc vào đờng cân đờng cong Hệ số cân b»ng m = ; P : hÖ sè Henrry, cã thø nguyªn cđa P at P: áp suất *Các yếu tố ảnh hởng đến trình hấp thụ: -ảnh hởng lợng dung môi:Theo phơng trình chuyển khối, lợng khí bị hấp thụ đợc tÝnh theo c«ng thøc sau: G = kY.F Ytb y a1 a yc o a2 a3 a4 b x® x Trong điều kiện định ,G lợng không đổi vµ cã thĨ coi hƯ sè chun khèi kY còng không đổi Do đó, bề mặt tiếp xúc pha F đợc thay đổi tơng ứng với thay đổi Ytb cho F Ytb không đổi Từ đồ thị suy Xđ,Yđ,Yccố định nồng độ cuối dung môi đợc định theo động lực trung bình Ytb , tức điểm cuối đờng làm việc AB(điểm đợc dịch chuyển từ A A4 ) Đờng làm việc BA4 cắt đờng cân bằng, lúc Ytb nhỏ Đờng AB gần song song với trục tung, nên Ytb lớn Vì F Ytb không đổi ứng với BA4 có F lín nhÊt, øng víi BA cã F bÐ nhÊt Tơng tự A4 có Xc lớn nhất, A có Xc bé Dựa vào phơng trình nồng độ lµm viƯc Y = A.x + B víi: A = tang = Gx Gx ; B = Yc Gtr Gtr Suy øng víi BA4 cã A4 = với BA A = Gx bé nhất(lợng dung môi tối thiểu), ứng Gtr Gx lớn nên lợng dung môi lớn G tr Gtr không đổi Do chọn lợng dung môi nhất, ta thu đợc Xc lớn nhng thiết bị phải lớn(vô cao) Trái lại, chọn lợng dung môi lớn nhất, thiết bị bé nhng dung dịch thu đợc lại loãng Xc bé Do đó, chọn điều kiện làm việc ta phải dựa vào tiêu kinh tế, kỹ thuật *ảnh hởng T P lên trình hấp thụ: Nhiệt độ T áp suất P yếu tố ảnh hởng quan trọng lên trình hấp thụ , mà chủ yếu ảnh hởng lên trạng thái cân động lực trình Từ phơng trình Henrry ta thấy, nhiệt độ tăng hệ số Henrry tăng đờng cân băng dịch chuyển trục tung y y t3 p4 p3 t2 b b a t1 p2 a p1 o t3 t2 t1 x o p3 p2 p1 x Nếu đờng làm việc AB không đổi Ytb giảm, cờng độ chuyển khối giảm theo.Nếu tiếp tục tăng nhiệt độ,ví dụ đến t s Ytb giảm mà trình không thực đợc(vì đờng cân đờng làm việc cắt nhau,nên đạt đợc nồng độ cuối Xc) Đó ảnh hởng xấu tăng nhiệt độ Tuy nhiên, T tăng độ nhớt dung môi giảm nên vận tốc khí tăng, cờng độ chuyển khối tăng theo Trong trờng hợp tăng ¸p st , ta thÊy hƯ sè c©n b»ng m = giảm P đờng cân dịch chuyển phía trục hoành Ytb tăng lên ,quá trình chuyển khối tốt hơn.Nhng P tăng T tăng gây ảnh hởng xấu đến trình hấp thụ Mặt khác, P tăng gây khó khăn mặt thiết bị trình hấp thụ đợc thực P cao khí khó hoà tan Ví dơ: HÊp thơ CO2 b»ng H2O tiÕn hµnh ë 17at; thu hồi CO 12at *Các loại tháp hấp thụ: - Thiết bị loại bề mặt:đơn giản , bề mặt tiÕp xóc pha bÐ chØ dïng chÊt khÝ dễ hoà tan lỏng - Thiết bị loại màng: thiết bị loại ống, loại - Thiết bị loại phun: không phù hợp với khí khó hoà tan - Thiết bị loại đệm: bề mặt tiếp xúc pha lớn, hiệu xuất cao nhng khó làm ớt đệm - Thiết bị loại đĩa(tháp đĩa) gồm: +Tháp đĩa có ống chảy truyền: đĩa chóp , đĩa lỗ(lới), đĩa Suppáp, đĩa sóng chữ S +Tháp đĩa ống chảy truyền Xét tháp hấp thụ HCl không khí H2O với tháp chóp - Tháp đĩa chóp tháp gồm nhiều đĩa, đĩa có nhiều chóp Trên đĩa có lắp ống chảy truyền để vận chuyển chất lỏng từ đĩa sang đĩa khác Số ống chảy truyền phụ thuộc vào kích thớc tháp lu lợng chất lỏng, ống chảy truyền đợc bố chí theo nhiều cách Khí từ dới lên qua ống vào chãp, qua khe chãp ®Ĩ tiÕp xóc víi chÊt láng đĩa Chóp có cấu tạo dạng tròn dạng khác Thân tháp có rãnh tròn , chữ nhật tam giác để khí qua Hình dáng rãnh chóp không ảnh hởng đến trình chuyển khối Chóp đợc lắp vào đĩa nhiều cách Hiệu trình phụ thuộc nhiều vào vận tốc khí Nếu vận tốc khí bé khả sơc khÝ kÐm, nhng nÕu vËn tèc khÝ qu¸ lín làm bắn chất lỏng chất lỏng theo khí Hiện tợng bắn chất lỏng tất nhiên phụ thuộc vào yếu tố khác nh khoảng cách đĩa, khoảng cách chóp, khối lợng riêngcấu tạo kích thớc chóp ống chảy chuyền *Thuyết minh dây chuyền: - Hỗn hợp khí cần xử lí HCl không khí đợc qut khớ đa vào đáy tháp - Nớc từ bể đợc bơm li tâm đa vào tháp với lu lợng thích hợp, qua đồng hồ đo lu lợng nớc vào tháp, tới từ xuống dới theo chiều cao tháp hấp thụ - Khí HCl sau đợc xử lí lên nắp tháp lỗ nắp - Nớc hấp thụ HCl qua lỗ đáy i ngoi bể chứa II TÍNH TỐN THIẾT KẾ THÁP HẤP THỤ: Một số ký hiệu sử dụng: Xđ: nồng độ phần mol ban đầu cấu tử cần hấp thụ dung môi (kmol / kmol dung môi) Xc: nồng độ phần mol cuối cấu tử cần hấp thụ dung môi (kmol / kmol dung môi) Yđ: nồng độ phần mol ban đầu cấu tử cần hấp thụ hỗn hợp khí (kmol / kmol khí trơ) Yc: nồng độ phần mol cuối cấu tử cần hấp thụ hỗn hợp khí (kmol / kmol khí trơ) Gy: lượng hỗn hợp khí vào thiết bị hấp thụ (kmol / h) Gx: lượng dung môi vào thiết bị hấp thụ (kmol / h) Gtr: lượng khí trơ vào thiết bị hấp thụ (kmol / h) : lượng dung môi / lượng dung môi tối thiểu Điều kiện làm việc tháp: T (0C) = 25 (0C) = 298 (0K) P = 1.5 (at) = 1104 (mmHg) Nồng độ khí thải vào tháp (phần thể tích): yđ = 25*10-3 ( kmol/kmol ) Hiệu suất hấp thụ: η = 96 (%) yc = (1- η) * yđ = 0.04 * 0.025 = 10-3( kmol/kmol ) y Khi tính tốn hấp thụ thường dùng nồng độ mol tương đối: Y 1 y Yđ = 0.025 = 0.0256 (kmol HCl/ kmol khí trơ) 0.025 Yc = 10 -3 = 1.001*10-3 (kmol HCl/ kmol khí trơ) 10 -3 Nồng độ dung dịch lỏng vào tháp: xđ = hay Xđ = Lưu lượng khí thải vào tháp: Gy = 12000 (Nm3/h) nhiệt độ t = 250C, 1kmol khí tích : P0V0 PV P V T * 22.4 * 298 V= 0 22.45(m3) T0 T T0 P 273 * 1.5 Gy = 12000 = 535,71 (kmol / h) 22.45 Lượng khí trơ: (II) Gtr = Gy * 1 = 535,7* = 522.34 (kmol / h) 1Y d 0.0256 Thiết lập phương trình đường cân bằng: Theo định luật Henry: ycb = m * x (II) Tính theo nồng độ phần mol tương đối: Ycb = với m = m* X (1 m) * X số cân pha hay hệ số phân bố P (II) (II) (II.216) Tra bảng IX.1 (II.139) ta có: HCl ( 250 C ) = 0.00215*106 (mmHg) ( II ) m = 0.00215 * 10 = 1.95 1104 Y*= 1.95 * X (1 1.95) * X (kmol HCl / kmol khí trơ) Thiết lập phương trình đường làm việc: Phương trình cân vật liệu cho đoạn thiết bị: Gtr * (Y – Yc) = Gx * (X – Xđ) (II) Xđ = 0: Y= Gx Gx Gx * X + Yc * Xđ = * X + Yc (phương trình đường làm việc) Gtr Gtr Gtr Lượng dung môi tiêu tốn tối thiểu cần thiết để hấp thụ giả thiết nồng độ cuối dung môi đạt đến nồng độ cân bằng, tức Xc = X*, sau: Gxmin = Gtr * Y* = Yđ Yc X c* X đ 1.95 * X (1 1.95) * X Y m (1 m) * Y X*= có Yđ = 0.0256 (kmol / kmol khí trơ) X* = 0.0256 = 0.01297(kmol / kmol dung môi) 1.95 (1 1.95) * 0.0256 3 Gxmin = 522.34 * 0.0256 1.001 * 10 = 990.67(kmol / h) 0.01297 Lượng dung môi thực tế: Gx = 1.2 * Gxmin Gx = 1.2 *990.67 = 1188 (kmol / h) Thay vào phương trình đường làm việc ta có: 1188 * X + 1.001*10-3 = 2.27 * X + 1.001*10-3 522.34 Y= Tính đường kính tháp: F = Fa + Fch Với: F diện tích mặt cắt ngang tháp, (m2) Fa diện tích tự tháp, (m2) Fch diện tích ống chảy chuyền, (m2) Diện tích tự tháp ( Fa) Fa = G ytb * M ytb 3600 * ytb * ytb với: (m2) (II ) Gytb: Lượng khí trung bình tháp (Kmol / h) tb : Tốc độ khí trung bình tháp (m / s) ytb : Khối lượng riêng trung bình pha khí ( Kg/m3) a/ Lượng khí trung bình tháp: Gytb = G yđ G yc P0 * V0 P * V = T0 T (Kmol / h) (II ) => V=V0 Vtb = 22.4 * Gytb * 1 T P 273 P0 T P T0 ( m3/h ) Gyđ = 535.71(Kmol / h) 10 pv = p1 + 1 * + Hmh * g * 2 p1 = pv - 1 * - Hmh * g * Tính Hmh: Hmh = (Hcb)h + (Hms)h: + (Hcb)h = đường ống hút máy nén khí khơng thiết kế van khuỷu Để điều chỉnh lưu lượng khí, ta sử dụng lưới chắn nên coi trở lực vô bé + (Hms)h = pmsh *g pmsh : áp suất để khắc phục trở lực đường ống hút: pmsh L * = h * h * h h dh 2 (I.377) (Hms)h = h * với: Lh h * dh * g Lh: chiều dài ống hút, chọn Lh = 10 (m) dh: đường kính ống hút, dh = 0.43 (m) h : hệ số ma sát đường ống hút: *> Reh: chuẩn số Reynold xác định theo công thức: Reh = h * d h * hh hh (I.377) Đối với hỗn hợp khí: hh = mtb * M NH NH M hh (1 mtb ) * M kk (I.85) kk mtb: phần thể tích trung bình HCl: mtb = ytb = 0.013 (kmol / kmol) Mhh: khối lượng mol hỗn hợp khí: Mhh = 29.1 (kg / kmol) NH , kk : độ nhớt HCl khơng khí (N.s / m2) 28 Ở 298 (0K) (atm): HCl = 0.014 * 10-3 (N.s / m2) kk = 0.029 * 10-3 (N.s / m2) (tra toán đồ đề I.35 _I.117) (tại áp suất 1.5 (atm) nhận thấy giá trị độ nhớt thay đổi không đáng kể) hh = 29.1 (1 0.013) * 29 = 2.85 * 10-5 (N.s / m2) 36.5 0.013 * 0.014 * 10 0.029 * 10 Reh = h * d h * hh 25 * 0.43 * 1.19 = = 448859 > 4,000 hh 2.85 * 10 Chất lỏng chế độ chảy xoáy *> : độ nhám tuyệt đối Chọn ống hút ống đẩy làm thép mới, theo bảng II.15 (I.381) ta có: Ống thép dẫn khí nén: = 0.8 (mm) = * 10-4 (m) Giá trị chuẩn số Reynold bắt đầu xuất vùng nhám: (I.379) d Ren, h = 220 * td 0.43 = 220 * 4 * 10 = 259476 < Reh chế độ chảy xốy khí ống hút thuộc vùng nhám: 1 h = d td = 0.43 = 0.1493 1.14 * lg* ( ) 1.14 * lg* ( * 10 ) (Hms)h = h * Lh h 10 25 * = 0.1493 * = 64 (m) * dh * g 0.43 * 9.81 2 p1 = pv - 1 * - Hmh * g * = 98,100 - 25 * 1.19 - 64 * 9.81 * 1.19 2 = 97281 (N / m2) Tính p2: (tương tự tính p1) Viết phương trình Becnuly cho mặt cắt (2 – 2) (2’ – 2’): 2 p2 p r r H d H md * g 2* g * g 2* g 29 pr = 1.5 (atm) = 147,150 (N / m2) = r = 20 (m / s) Chiều cao đẩy: chọn Hđ = (m) Hmđ: tổn thất đường ống đẩy p2 pr = + Hđ + Hmđ *g *g p2 = pr + Hđ * * g + Hmđ * g * Tính Hmđ: + (Hms)đ = Hmđ = (Hcb)đ + (Hms)đ: p msd *g p msd : áp suất để khắc phục trở lực đường ống đẩy: p msd L * d = d * d * d dd 2 (Hms)đ = d * với: Ld d * dd * g Lđ: chiều dài ống đẩy, chọn Lđ = 10 (m) dh: đường kính ống đẩy, dđ = 0.35 (m) h : hệ số ma sát đường ống đẩy: *> Ređ: chuẩn số Reynold xác định theo công thức: Ređ = d * d d * hh hh hh = 2.88 * 10-5 (N.s / m2) (coi hh khơng đổi suốt đường ống dẫn khí) Ređ = d * d d * hh 20 * 0.35 * 1.19 = = 320684.2 > 10,000 hh 2.88 * 10 Chất lỏng chế độ chảy xoáy *> : độ nhám tuyệt đối Chọn ống hút ống đẩy làm thép mới, theo bảng II.15 (I.381) ta có: Ống thép dẫn khí nén: = 0.8 (mm) = * 10-4 (m) 30 Giá trị chuẩn số Reynold bắt đầu xuất vùng nhám: d Ren, đ = 220 * td 0.35 = 220 * 4 * 10 = 220484.6 < Ređ chế độ chảy xốy khí ống hút thuộc vùng nhám: 1 d = d td = 0.35 = 0.155 1.14 * lg* ( * 10 ) 1.14 * lg* ( ) (Hms)đ = d * Ld d 10 20 * = 0.155 * = 80.2 (m) * dd * g 0.35 * 9.81 + (Hcb)đ: Trên ống đẩy có khuỷu ghép 900 khuỷu 450 tạo thành Do Ređ = 211,701 > 200,000 nên theo N029 (I.494) ta có ξ = 0.32 ( Pcb)đ = * d * d (Hcb)đ = = 0.32 * 1.19 * 20 = 76.16 (N / m2) (pcb ) d 76.16 = = 6.5 (m) d * g 1.19 * 9.81 Hmđ = 80.2 + 6.5 = 86.7(m) p2=pr + Hđ* * g + Hmđ*g* =147150 + 20 * 1.19 + 16.7*9.81*1.19 148174 (N / m2) L = Lđn = p1 * v1 * ln p2 148174 = 97,281 * 0.84 * ln = 34384.8 (J / kg) p1 97281 Năng suất máy nén: Q = G y * M ytb 3600 Công suất máy nén:N = = 529.1 * 29.1 = 4.28 (kg / s) 3600 Q*L 4.28 * 34384.8 = = 147 (kW) 1000 1000 b/ Công thực tế máy nén có làm khí: Ntt = N lt dn (I.466) 31 dn : hiệu suất đẳng nhiệt máy nén, dn = 0.65 0.75 chọn dn = 0.7 Ntt = 147 = 210 (kW) 0.7 c/ Công suất trục máy nén: Nhd = N tt ck (I.466) ck : hiệu suất khí máy nén Đối với máy nén ly tâm, ck = 0.96 0.98 chọn ck = 0.96 Nhd = 210 = 220 (kW) 0.96 d/ Công suất động điện: Nđc = * N hd tr * dc (I.466) : hệ số dự trữ công suất, = 1.1 1.5 chọn = 1.2 tr : hiệu suất truyền động, tr = 0.96 0.99 chọn tr = 0.96 dc : hiệu suất động điện chọn dc = 0.95 Nđc = 1.2 * 220 = 288 (kW) 0.96 * 0.95 Vậy chọn máy nén có cơng suất: 300 (kW) IV TÍNH TỐN CƠ KHÍ: Chọn vật liệu: Với đặc tính khí có tính axit ăn mòn mạnh nên chọn vật liệu chống ăn mòn Chọn thép X18H10T Đặc tính kỹ thuật thép X18H10T: (II) - Có giới hạn bền kéo: k = 540* 106 (N / m2) 32 - Có giới hạn chảy: ch = 220 * 106 (N / m2) - Khối lượng riêng: X 18 H 10T = 7900 (kg / m3) Tính chiều dày thân tháp: Thân tháp hình trụ cao 4.5 (m), đường kính 0.8(m) bố trí gồm nhiều đoạn ghép lại với bích nối Mỗi đoạn tháp từ thép hàn hồ quang theo kiểu giáp nối bên, có hệ số bền mối hàn: = 0.95 (II) S= Chiều dày thân tháp: Dt * p C (m)(II) *[ ] * p + Dt: đường kính tháp: Dt = (m) + C: hệ số bổ sung (II) C = C + C2 + C3 C1: hệ số bổ sung ăn mòn thép CT3: C1 = 0.1 (mm / năm) (chọn thời gian 15 năm) C2: hệ số bổ sung bào mòn hạt rắn: C2 = C3: hệ số bổ sung dung sai chiều dày, phụ thuộc vào chiều dày thép: Tra bảng XIII.9 (II.364): chọn C3 = 0.8 (mm) C = 0.1*15+ 0.8=2.3 (mm) + : ứng suất thép (II.355) Ứng suất thép kéo: k tk * (N / m2) = nb Ứng suất thép nóng chảy: ch = tc * (N / m2) nc : hệ số điều chỉnh, thiết bị loại II, điều kiện sản xuất: chi tiết, phận khơng bị đốt nóng: = 1.0 (tra bảng XIII.2 _ I.356) nb, nc: hệ số an toàn theo giới hạn bền, giới hạn chảy Tra bảng (I): nk = 2.6; nc = 1.5 k = 540 * 10 = 207.7 * 106 (N / m2) 33 ch = 220 * 10 = 146.67* 106 (N / m2) 1.5 Để đảm bảo an toàn sản xuất, ta chọn ứng suất nhỏ hơn: k = 146.67* 106 (N / m2) + p: áp suất tác dụng lên thiết bị: p = plv + ptt Áp suất làm việc tháp: plv = 147,150 (N / m2) Áp suất thuỷ tĩnh: ptt = p H = * g * H = 997.08*9.81*8=78250.8 (N / m2) p = 147150+ 78250.8 =225400 (N / m2) Chiều dày tháp: S= Dt * p * 225400 C = 2.3 * 10 *[ ] * p * 146.67 * 10 * 0.95 225400 = 4* 10-3 (m) chọn S = 0.006 (m) = (mm) Kiểm tra ứng suất theo áp suất thuỷ lực < (II) c 1.2 với: = Dt ( S C ) * p0 * ( S C ) * p0 = pth + ptt pth: áp suất thử thuỷ lực: pth = 1.5 * p = 1.5 * 225400 = 338100(N / m2) p0 = 338100+ 78250.8 = 416450(N / m2) = (0.006 0.0023) * 416450 * (0.006 0.0023) * 0.95 = 118 * 106 (N / m2) c 146.47 * 10 = = 122.225 * 106 (N / m2) > 118 * 106 (N / m2) = (thoả mãn) 1.2 Tính chiều dày đáy nắp thiết bị: Chọn đáy nắp thiết bị hình elip, làm việc chịu áp suất trong: 34 s hb h dt S= Dt * p D * t C (m) 3.8 * k * k * h p * hb (II) Theo hình XIII.11 (I): quan hệ kích thước đáy elip: hb = 0.25 * Dt = 0.25 * = 0.5 (m) chọn hb = 0.5 (m) (thoả mãn điều kiện không bé 0.2 * Dt = 0.2 * = 0.4 (m)) k: hệ số không thứ nguyên, xác định sau: k = 1 d Dt (II) với: d: đường kính lớn lỗ không tăng cứng: Đối với đáy d= 0.15 (m) k = 1 S đáy = 0.15 = 0.925 2 * 225400 * C = 17.9*10-4 + C (m) 3.8 * 146.67 * 10 * 0.95 * 0.925 225400 * 0.5 S – C =17.9*10-4(m) < 0.01 (m) C = 0.0023 + 0.002 = 0.0043 (m) (tăng 2mm) Sđáy = 6.08*10-3 (m) Chọn Sđáy= 10(mm) Kiểm tra ứng suất theo áp suất thuỷ lực: (II) = D * hb * ( S C ) * p0 < ch (N / m2) 7.6 * k * h * hb * ( S C ) t 35 = 2 * 0.5 * (0.01 0.0043) * 416450 = 87 * 106 < c (N / m2) (thoả mãn) 7.6 * 0.925 * 0.95 * 0.5 * (0.01 0.0043) 1.2 + Đối với nắp d= 0.2 (m) k = 1 S nắp = = 0.9 2 * 225400 * C = 1.84*10-3 + C (m) 3.8 * 146.67 * 10 * 0.9 * 0.95 225400 * 0.5 S – C =1.84*10-3(m) < 0.01 (m) C = 0.0023 + 0.002 = 0.0043 (m) (tăng 2mm) Sđáy = 6.14*10-3 (m) Chọn Sđáy= 10(mm) Kiểm tra ứng suất theo áp suất thuỷ lực: (II.386) = = D * hb * ( S C ) * p0 < ch (N / m2) 7.6 * k * h * hb * ( S C ) t 2 * 0.5 * (0.01 0.0043) * 416450 = 90* 106 < c (N / m2) (thoả mãn) 7.6 * 0.9 * 0.95 * 0.5 * (0.01 0.0043) 1.2 Chọn mặt bích: Mặt bích phận quan trọng dùng để nối phần thiết bị nối phận khác với thiết bị Chọn bích liền thép kiểu I để nối nắp, đáy … Tra bảng XIII.27 (I): 36 Py*10-6 Dt D Db D1 D0 Bulong db N / m2 Z Mm 0.1 2000 2141 2090 2060 2015 h M20 mm 44 32 Chiều cao thân tháp gồm 11 đĩa, khoảng cách đĩa 0.5m Bố trí - đĩa cặp bích bích nối đắp, đáy với thân Tổng cộng có cặp bích Cách lắp: chỗ có bích, đĩa bắt chặt bulong với bích Cửa nối ống dẫn với thiết bị: Ống dẫn thường nối với thiết bị mối ghép tháo không tháo Đối với mối ghép tháo được, người ta làm đoạn ống nối, đoạn ống ngắn có mặt bích hay ren để nối với ống dẫn Loại có mặt bích thường dùng với ống có D > 10 (mm) Theo bảng XIII.32 (II): kích thước chiều dài đoạn nối ống với đường kính ống dẫn lỏng máy bơm: d = 0.09 (m) có l = 0.1 (m) đường kính ống dẫn khí máy nén: d = 0.35(m) có l = 0.15 (m) Bích nối ống dẫn khí kiểu I Py*10-6 Dy Dn D D D1 Bulong db N / m2 h Z Mm mm 0.1 Khí Khí vào 450 550 570 530 500 461 M16 20 20 680 630 600 561 M20 20 20 D D D1 Bích nối ống dẫn lỏng kiểu I Py*10-6 Dy Dn Bulong db N / m2 Mm h Z mm 0.25 ống dẫn lỏng vào 90 108 205 170 148 M16 12 ống dẫn 90 108 205 170 148 M16 12 37 lỏng Chọn chân đỡ: Ta chọn loại chân đỡ thiết bị thẳng đứng a/ Khối lượng toàn tháp: Khối lượng thân tháp: Mthân = Vthân * X 18 H 10T 2 D Dt Vthân: thể tích vỏ tháp: Vthân = * n * H thân H thân: chiều cao thân tháp: Hthân = (m) Dn = Dt + * S = + * 0.006 = 2.012 (m) 2 Vthân = * 2.012 * = 0.264(m3) Mthân = 0.264 * 7900 = 2086 (kg) Khối lượng đáy nắp: Theo bảng XIII.11 (II) ta có: với S = 10(mm) h = 40 (mm) = 0.04 (m) M(đáy+nắp) = * 364 =728(kg) Khối lượng nước: Khi có cố, tắc đĩa đó, nước điền đầy vào tháp Khối lượng nước: M H 2O = H 2O *VH 2O VH 2O : thể tích nước điền đầy tháp: V H 2O = * Dt * H H: chiều cao tháp, tính đáy nắp: hđáy = hnắp = hb + h = 0.5 + 0.04 = 0.54 (m) 38 H = + * 0.54 = 8.08 (m) VH 2O = * * 8.08 = 25.37 (m3) M H 2O = 997.08 *25.37=25297 (kg) Khối lượng đĩa: Đĩa dày = 0.005 (m) thép X18H10T Mđĩa = * * 0.005 * 7900 = 124.3 (kg) Tháp có 11 đĩa: Mđ = 11* 124.3 = 1364.3 (kg) Khối lượng bích: Số lượng bích nối đĩa nắp, đáy: cặp = bích Mbích: 6* * D Do * h * = 6* * 2.141 2.015 * 0.032 * 7900 = 623.5 (kg) Khối lượng bổ sung (chóp, bulong, giằng): chọn Mbs = 800(kg) Mtháp =2086 + 728 + 25297+ 1364.3 + 623.3 + 800 = 30898.8 (kg) Trọng lượng tương ứng tháp: N = Mtháp * g = 30898.8 * 9.81= 303117.2 (N) b/ Chọn chân đỡ:chọn kiểu chân Chọn chân đỡ, chân đỡ chịu lực là: N0 = N 303117.2 = = 75779(N) 4 39 t heo đá y t hiết bị r b1 s h Tr ô c t hiÕt bÞ b s d s l a l Tra bảng XIII.35 (II) : Tải cho phépBề mặt đỡ F.104, chân m2 G*10-4 Tải trọng cho phép bề mặt đỡ q.10-6, N/m2 L B B1 B2 N H h s l 275 22 120 d mm 840 0.96 320 40 265 270 400 500 34 V KẾT LUẬN: Trên kết tính tốn thiết kế tháp chóp hấp thụ HCl hỗn hợp HCl – khơng khí dùng dung mơi H20 mà em nghiên cứu, tìm hiểu Sau học kỳ làm việc với giúp đỡ thầy cơ, đặc biệt Cơ Hồng Thị Thu Hương giúp em hoàn thành nhiệm vụ Dù cố gắng, lần đầu làm cơng việc thiết kế, chưa có đủ vốn kiến thức kinh nghiệm thực tế, nên em khơng thể tránh khỏi thiếu sót, hạn chế Em mong nhận đóng góp ý kiến giúp đỡ thầy cô để em rút học bổ ích Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực Vũ Kỳ Anh 41 VI TÀI LIỆU THAM KHẢO Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hố chất - Tập I Các tác giả NXB Khoa học kỹ thuật, 2006 Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hố chất - Tập II Các tác giả NXB Khoa học kỹ thuật, 2006 Tính tốn q trình thiết bị cơng nghệ hố chất thực phẩm - Tập II Nguyễn Bin NXB Khoa học kỹ thuật, 2004 42