đồ án thiết kế tháp hấp thụ SO2

Viện khoa học công nghệ môi trường - Trường đại học Bách Khoa Hà Nội LỜI MỞ ĐẦU Lịch sử phát triển xã hội loài người trải qua nhiều chuyển biến mang tính chất bước ngoặt Từ sống sơ khai người chưa biết sử dụng công cụ lao động người tìm lửa, biết sử dụng cơng cụ đá, sau thời kỳ đồ đồng, Nhưng, phát triển đạt đến đỉnh cao xã hội loài người thực bắt đầu cách mang khoa học - kỹ thuật diễn nước Châu Âu Kể từ đó, chuyển sang thời đại mới: thời đại khoa học - kỹ thuật ngày thời đại bùng nổ thông tin Sự phát triển minh chứng tăng mức sống người, gia tăng nhanh chóng hàng loạt nhà máy, xí nghiệp, sở hạ tầng, Song song với phát triển hàng loạt vấn đề xúc mà người bỏ qua Đó hậu tất yếu q trình cơng nghiệp hố đại hố, q trình phát triển sản xuất mà không quan tâm mức đến vấn đề mơi trường Đó gia tăng lồi khí độc khơng khí, chất nguy hiểm đất, nước Vì vậy, vấn đề xử lý chất thải đặt lên hàng đầu Chính vậy, Đồ án mơn học thực cần thiết, môn học cung cấp cho em phương pháp, cách tính tốn, lựa chọn thiết bị có khả ứng dụng vào thực tiễn để xử lý chất thải gây ô nhiễm Trước mắt xử lý khí SO2 khơng khí Sau 12 tuần tìm hiểu, tính tốn nhận hướng dẫn nhiệt tình thầy giáo Viện Đây Đồ án em, có nhiều hạn chế tài liệu kinh nghiệm tính tốn, nên khơng thể tránh khỏi sai sót, em mong nhận ý kiến đóng ghóp thầy giáo để đồ án sau có kết tốt Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo, đặc biệt thầy giáo, PGS.TS Đinh Văn Sâm KS Đinh Quang Hưng trực tiếp hướng dẫn, giúp em hồn thành đồ án Đồ án mơn học - Tính tốn thiết kế hệ thống hấp thụ Viện khoa học công nghệ môi trường - Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Hà Nội, ngày tháng 11 năm 2001 Sinh viên thực : Trần Đức Chung LỜI GIỚI THIỆU * Khí SO2: Khí SO2 sản phẩm chủ yếu trình đốt cháy nhiên liệu có chứa lưu huỳnh (S) than,…hay nguyên liệu chứa lưu huỳnh đốt quặng Pirit sắt (FeS2), đốt cháy lưu huỳnh,…trong trình sản xuất axit Sunfuric (H2SO4) Trong tự nhiên, SO2 phát tán khơng khí chủ yếu đốt than, phần núi lửa phun SO2 khí trung gian trình sản xuất axit Sunfuric Hậu SO2 phát tán vào khơng khí gây mưa axít, phá huỷ cơng trình kiến trúc ảnh hưởng đến sức khoẻ người Trên giới người ta đánh giá phát triển cơng nghiệp quốc gia dựa vào sản lượng axit Sunfuric sản xuất năm, điều đồng nghĩa với nguy làm tăng lượng SO2 không khí khí thải nhà máy Vì vậy, cần phải xử lý triệt để SO2 khí thải nhà máy,… * Tháp đệm: Tháp đệm sử dụng rộng rãi cơng nghiệp hố 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 q trình khác Tháp có dạng hình trụ, có chứa đệm, tuỳ vào mục đích thiết kế mà đệm xếp hay đổ lộn xộn Thông thường, lớp đệm thường xếp, khoảng từ lớp thứ trở đi, đệm đổ lộn xộn Tháp đệm có ưu điểm sau: Đồ án mơn học - Tính tốn thiết kế hệ thống hấp thụ Viện khoa học công nghệ môi trường - Trường đại học Bách Khoa Hà Nội - Cấu tạo đơn giản - Bề mặt tiếp xúc pha lớn, hiệu suất cao - Trở lực tháp không lớn - Giới hạn làm việc tương đói rộng Tuy nhiên, tháp có nhược điểm khó thấm ướt đệm Chế độ làm việc tháp đệm: Trong tháp đệm, chất lỏng từ xuống, phân bố mặt đệm; Chất khí từ lên, phân tán lỏng Quá trình chuyển khối tháp đệm khơng phụ thuộc vào q trình khuyếch tán (khuyếch tán đối lưu khuyếch tán phân tử) mà phụ thuộc vào chế độ thuỷ động tháp Tuỳ thuộc vào vận tốc khí mà tháp mà chế độ thuỷ động tháp chế độ dòng, chế độ xoáy hay chế độ sủi bọt Ở chế độ dòng, tốc độ khí nhỏ, lực hút phân tử lớn lực ỳ nên trình chuyển khối định khuyếch tán phân tử Nếu vận tốc khí tiếp tục tăng lực ỳ tăng dần cho đén lực hút phân tử với lực ỳ trình chuyển khối lúc định hai trình khuyếch tán phân tử khuyếch tán đối lưu, chế độ thuỷ động chuyển sang chế độ độ Nếu vận tốc khí tiếp tục tăng, ta có chế độ chuyển động xốy q trình chuyển khối định trình khuyếch tán đối lưu Đến giới hạn tốc độ khí tháp xảy q trình đảo pha Lúc chất lỏng chốn tồn tháp trở thành pha liên tục, khí phân tán vào pha lỏng pha phân tán Vận tốc khí giới hạn xảy q trình đảo pha gọi vận tốc đảo pha Ta có chế độ sủi bọt khí sục vào pha lỏng tạo bọt Trong thực tế, để đảm bảo tháp làm việc ổn định, ta khống chế tốc độ khí giá trị vận tốc điểm đảo pha ( thường 0,8 ÷ 0,9 giá trị ) Ở chế độ này, chất lỏng chảy thành màng bao quanh đệm, ta gọi chế độ màng Sau điểm đảo pha chế độ sủi bọt Như vậy, thực tế tháp đệm làm việc chế độ màng Đồ án môn học - Tính tốn thiết kế hệ thống hấp thụ Viện khoa học công nghệ môi trường - Trường đại học Bách Khoa Hà Nội LỰA CHỌN SƠ ĐỒ Sơ đồ mô sau: (Xem trang bên) Trong đó: G: lưu lượng khí vào tháp, hỗn hợp SO2 - khơng khí (m3/h); Gx: lượng khí trơ vào tháp (kmol/h); L: lưu lượng nước vào tháp (kmol/h); Yđ: nồng độ SO2 khí vào tháp (kmol SO2 / kmol kk); Yc: nồng độ SO2 khí tháp (kmol SO2 / kmol kk); Xđ: nồng độ SO2 nước vào tháp (kmol SO2 / kmol nước); Xc: nồng độ SO2 nước tháp (kmol SO2 / kmol nước); Đồ án môn học - Tính tốn thiết kế hệ thống hấp thụ Viện khoa học công nghệ môi trường - Trường đại học Bách Khoa Hà Nội CÂN BẰNG VẬT LIỆU Dữ kiện cho sau: - Lưu lượng khí vào tháp: 5000m3/h - Nhiệt độ làm việc: 250C - Áp suất làm việc: 760 mmHg Số mol khí vào tháp: Từ phương trình trạng thái khí lý tưởng: Rút số mol khí là: n = P0.n.22,4 P1.V1 = T0 T1 T0.P1.V1 273.760.5000 = = 204,5 kmol / h P1.22,4 760.22,4 - Nồng độ SO2 nước vào tháp: Xđ = (kmol SO2 / kmol nước) - Nồng độ SO2 nước tháp: 0,34% (phần khối lượng) xC / Mso2 xc = xC + 1− xC Mso2 M H O (kmol SO2 / kmol hỗn hợp) (II.126) Xc = xC 1− xC (kmol SO2 / kmol nước) (II.126) Với: xc: nồng độ phần khối lượng (kg SO2 / kg hỗn hợp) xc: nồng độ phần mol (kmol SO2 / kmol hỗn hợp) Rút ra: xc / Mso2 Xc = (1− x ) / M (kmol SO2 / kmol nước) c H O Thay số Xc = 0,34/ 64 = 0,96.10-3 kmol SO2 / kmol nước (100− 0,34) / 18 - Nồng độ SO2 khí vào tháp 4,4% (phần thể tích) hay nồng độ phần mol yđ = 4,4% Đồ án mơn học - Tính tốn thiết kế hệ thống hấp thụ Viện khoa học công nghệ môi trường - Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Yđ = Thay số yd (kmol SO2/ kmol kk) (II.126) 1− yd Yđ = 4,4 = 0,046 kmol SO2/ kmol kk 100− 4,4 - Nồng độ SO2 khí khỏi tháp: Biết hiệu suất hấp thụ η = 87% Yc = (100− η)Yd (100− 87)0,046 = = 6.10-3 kmol SO2/ kmol kk 1− 0,046 1− Yd Phương trình đường cân vật liệu: Gx(Yđ - Yc) = L(Xc - Xđ) (1) (II.140) Trong đó: - Gx: lượng khơng khí vào tháp (kmol / h) Gx = (100 - 4,4)204,5/100 = 195,5 kmol / h - L: lưu lượng nước vào tháp (kmol / h) L= Gx(Yd − Yc) (rút từ phương trình (1)) Xc − Xd 195,5(0,046− 6.10−3 ) Thay số: L = = 8145,8 kmol / h 0,96.10−3 − Từ (1): Yđ = Hay: Yđ = L L Xc +Yc Xd Gx Gx 8145 ,8 Xc + 6.10−3 − 195,5 Vậy phương trình đường làm việc: Y = 41,67X + 6.10-3 (Kmol SO2 / kmol kk ) Phương trình đường cân bằng: Y *= mX (Kmol SO2 / kmol kk) (II.140) 1+ (1− m)X Với:  m = Ψ/ P : hệ số phân bố Đồ án mơn học - Tính tốn thiết kế hệ thống hấp thụ Viện khoa học công nghệ môi trường - Trường đại học Bách Khoa Hà Nội  Ψ: hệ số Henri (mmHg) Tra bảng IX.1(Sổ tay hố cơng tập 2), ứng với SO 25oC có Ψ = 0,031.106 mmHg  P: áp suất chung hỗn hợp khí (mmHg) P = 760 mmHg 0,031.106 ⇒m = = 40,79 760 Vậy phương trình đường cân bằng: Y * = 40,79X (Kmol SO2 / kmol kk) 1− 39,79X KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ Đường kính tháp : Được xác định theo cơng thức sau: Đồ án mơn học - Tính tốn thiết kế hệ thống hấp thụ Viện khoa học công nghệ môi trường - Trường đại học Bách Khoa Hà Nội D= 4Vtb Vtb = (m) π.3600 ωtb 0,785ωtb (II.181) Trong đó:  Vtb: Lưu lượng khí qua tháp giây (m3/ s Vtb = 5000m3/h = 5000/3600 = 1,388 m3/s  ωtb:tốc độ khí tháp (m/s) ωtb = (0,8 ÷ 0,9) ω0 ω0 : tốc độ đảo pha (m/s) Xác định tốc độ đảo pha:  ω2σ ρ  µ  0,16  L ρk  d k l  (III.423) Lg     = b − c  g v ρ µ G ρ d l  n  l     Trong đó: +σđ: bề mặt riêng đệm (m2/m3) +vđ: thể tích riêng đệm (m3/m3) +g: gia tốc trọng trường (g = 9,81 m/s2) + ρk khối lượng riêng hỗn hợp khí ρk = 0,956ρkk + 0,044ρSO2 (I ) ρkk = 1,185 kg/m3 (ở 250c) ρSO2 = 2,9268 kg/m3 (ở 00C) Từ phương trình: P0.V0 P1.V1 = với P0 = P1 = 760 mmHg T0 T1 khối lượng khí m = ρ0.V0 = ρ1.V1 ⇒ ρ1 = T0 ρ0 T1 Thay số: ρSO2(ở 250C) = 273 2,9268= 2,6812 kg/m3 273+ 25 Vậy ρk = 0,956.1,185 + 0,044.2,6812 = 1,2508 kg/m3 Đồ án mơn học - Tính tốn thiết kế hệ thống hấp thụ Viện khoa học công nghệ môi trường - Trường đại học Bách Khoa Hà Nội + ρl: khối lượng riêng hỗn hợp lỏng 250C xH O xSO = + ρ l ρ SO (l ) ρ H O 2 (I ) x: nồng độ phần khối lượng cấu tử hỗn hợp xSO2 = (xSO2(đ) + xSO2(c))/2 = (0,34% + 0)/2 = 0,0017 ⇒ xH2O = - xSO2 = - 0,0017 = 0,9983 Dùng cơng thức nội suy (sổ tay Hố cơng tập 1), ta có: ρSO2 = 1369 kg/m3 (ở 250C) ρH2O = 997,08 kg/m3 (ở 250C) Vậy ρl = ρ SO (l ) ρ H O 2 xSO ρ H O + xH Oρ SO 2 2 = 1369 997,08 = 997,54 kg/m3 0,0017 997,08+ 0.9983 1369 +µl: độ nhớt hỗn hợp lỏng nhiệt độ làm việc (250C) (Ns/m2) Xác định µl sau: lgµl = xSO2lgµSO2(l) + xH2OlgµH2O (Ns/m2) (I.93) Với: xSO2 = 0,0017; xH2O = 0,9983 µSO2(l)(250C) = 0,2915.10-3 Ns/m2 µH2O(250C) = 0,8937.10-3 Ns/m2 ⇒ lgµl = 0,0017lg0,2915.10-3 + 0.9983lg0.9837.10-3 ⇒µl = 0,9817.10-3 Ns/m2 + µn: độ nhớt nước 200C, tra bảng, ta có: µn = 1.005.10-3 Ns/m2 + b: hệ số, với trình hấp thụ b = 0,022 + c: hệ số, c = 1,75 + L: tải trọng tháp theo lỏng (kg/h) L = 8145,8.18 = 146624,4 kg/h + G: tải trọng tháp theo khí (kg/h) G = Gx + GSO2 Đồ án mơn học - Tính tốn thiết kế hệ thống hấp thụ Viện khoa học công nghệ môi trường - Trường đại học Bách Khoa Hà Nội G = 195,5.28,9 + (204,5 – 195,5)64 = 195,5.28,9 + 9.64 = 6225,95 kg/h Thay vào cơng thức, ta có: 0,16  ω2 σ 1,2508 0.9817  146624 10−3   ,4 1,2508 d    = 0,022− 0,175  Lg  −3   6225 , 95 997 , 54  9,81.vd 997,54  1,005.10     1/  −3 ω σ d    = - 0,14523239 , 127338 10 ⇔ lg  v   d ⇒ ω0 = v3d 5620 ,948226 σd Lựa chọn đệm khác nhau, ta sử dụng bảng IX.8 - Đặc trưng đệm (Sổ tay Hố cơng tập 2, tr 193) Chọn đệm vòng Rasiga đổ lộn xộn, sứ có kích thước 12x12x1,8(mm), vđ = 0,67 m2/m2; σ đ = 360 m2/m3 Tính ω0 = 2,167 m2/s ⇒ ωtb= 0,8ω0 = 0,8.2,167  ω tb = 1,7336 m2/s Vậy đường kính tháp: D= 1,388 = 1,0099 m 0,785.1,7336 hay D = m  Kiểm tra: dtd + < 50 D dtd = 4vd 4.0,67 = = 0,00744 σd 360 Đồ án mơn học - Tính tốn thiết kế hệ thống hấp thụ 10 Viện khoa học công nghệ môi trường - Trường đại học Bách Khoa Hà Nội So với áp suất khí là: 1,033.105 N/m2 Để xem xét xem ta sử dụng quạt, máy thổi khí hay máy nén khí ta xét dựa vào áp suất làm việc vào trở lực đệm ướt Trở lực đệm ướt là: ∆Pu = 1,1624.105 N/m2 = 1,1624.105 10/105 = 11,624 m H2O Như ta sử dụng quạt hợp lý Ta chọn quạt li tâm khả ứng dụng rộng rãi trường hợp ta áp suất khí khơng cao, lớn áp suất khí chút a Cơng suất quạt xác định sau: N= V p (kW) (VIII.114) 1000 η Trong đó: + N: cơng suất quạt (kW) + V: lưu lượng thể tích khí cần vận chuyển giây (m3/s) V= 5000 = 1,3889 m3/s 3600 + p: áp suất quạt tạo (N/m2) p = H.ρ.g (I.114) Với: - H: chiều cao cột khí, bao gồm chiều dài đoạn ống hút, đoạn ống đẩy chiều dài khuỷu, van có tính đến trở lực gây ma sát, l + l td ω2 H = z2 − z1 + ∑ λ (m) d 2g Chọn bơm có đường ống hút m, đường ống đẩy gồm đoạn ống dài 0,5 m; khuỷu gồm khuỷu 30 tạo thành ( ξ = 0,3.3 = 0,9, chiều dài đoạn ống 0,3.3 = 0,9 m ( chọn a/b = 1, bơm)); đoạn ống nối với tháp dài m; van tiêu chuẩn ( ξ = 5,5; chièu dài van 0,3 m ( chọn ống có đường kính d = 300 mm)) Cũng chọn ống thép khơng hàn có ε = 0,1.10-3 m, ta có Đồ án mơn học - Tính tốn thiết kế hệ thống hấp thụ 28 Viện khoa học công nghệ môi trường - Trường đại học Bách Khoa Hà Nội λ xác định sau:  6,81 0,9 ε  = −2lg  +  3,7dtd  λ  Re  Với: Re: chuẩn số Raynol, Re = ω.dtd.ρ µ Trong : ω = ω1(m/s), chọn ω1 = 20 m/s ⇒ dtdh = Thay số: dtdh= ⇒ Re = (I.464) V (m) 3600 0,785.ω 5000 = 0,3 (m) 3600 0,785.20 20.0,3.1,2508 = 0,4264 106 > 4000 nên dòng khí chuyển động −3 0,0176 10 ống hút chế độ xoáy Vậy: 0,9  6,81  0,1.10−3  = −2lg  +  = 7,718 ⇒ λ = 0,0168 106  3,7.0,3  λ  0,4264 Như vậy, + 0,5 + 0,9 0,3 202 + 0,9 + 5,5 ) H = 0,5 + (0,0168 0,3 0,3 0,3 2.9,81 Hay H = 172,8 m + η: hiệu suất quạt Chọn 0,6 ( VIII.114) Vậy công suất quạt là: N= 1,3889 172,8 = 0,4 (kW) 1000 0,6 Hay công suất quạt: 400 W b Công suất động điện: Ndc = β N hd kW (I.559) η trηdc Trong đó: Đồ án mơn học - Tính tốn thiết kế hệ thống hấp thụ 29 Viện khoa học công nghệ môi trường - Trường đại học Bách Khoa Hà Nội β: hệ số dự trữ công suất, β = 1,1 (I.559) ηtr: hiệu suất truyền động, ηtr = 0,96 (I.559) ηdc: hiệu suất động điện, ηdc = 0,95 (I.559) Vậy, công suất động điện: 0,4 Ndc = 1,1 = 0,482 kW 0,96.0,95 Đồ án mơn học - Tính tốn thiết kế hệ thống hấp thụ 30 Viện khoa học công nghệ môi trường - Trường đại học Bách Khoa Hà Nội TÍNH CƠ KHÍ Tuy thiết bị làm việc điều kiện thường ( 1at 25 0C) khí cần hấp thụ SO2 có tính ăn mòn nên cần chọn vật liệu thép không gỉ X18H10T Trong điều kiện hấp thụ khí ta thường tiến hành nhiệt độ không cao song lại áp suất cao để tăng hiệu suất hấp thụ, vật liệu làm tháp phải có tính dẻo, chịu áp suất chống ăn mòn Tính khí, ta phải xác định chiều dày thân tháp, nắp đáy tháp khối lượng chúng Bên cạnh đó, xác định mặt bích, lựa chọn chân đỡ tai treo I Thân, nắp đáy thiết bị: Thân thiết bị: Thân tháp thiết kế ống hình trụ, đặt thẳng đứng Thân tháp hàn theo chiều dọc, để dễ gia cơng, ta tính tốn sở tháp ghép ống hình trụ mặt bích  Chiều dày thân: Chiều dày thân xác định teo công thức sau: S= D.P + c (m) 2.[ σ] ϕ − P (II.360) Trong đó: + D: đường kính tháp (m), D = m + ϕ: hệ số bền củâthnhf hình trụ theo phương dọc Ta chọn hàn ghép mối hai bên, hàn tay hồ quang điện, với D = 1000 mm > 700 mm, Tra Sổ tay Hố cơng tập 2, tr 362,ta có ϕ = 0,95 + [ σ ] : 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 a) [ σk ]b: ứng suất cho phép tính theo giới hạn bền kéo (N/m2) Đồ án mơn học - Tính tốn thiết kế hệ thống hấp thụ 31 Viện khoa học công nghệ môi trường - Trường đại học Bách Khoa Hà Nội σ tk η ( N/m2) [ σ k ]b = nb (II.355) Với: σkt: giới hạn bền kéo σkt = 550.106 (N/m2) (II.310) η: hệ số hiệu chỉnh, η = 1,0 (II.356) nb: hệ số an toàn theo giới hạn bền, nb = 2,6 (II.356) ⇒ [ σk ]b = 550.106.1,0/2,6 = 0,2115.109 (N/m2) b) [ σk ]c: ứng suất cho phép tính theo giới hạn chảy kéo (N/m2) σ tc [ σ k ]c = η (N/m2) nc Với: + σct: giới hạn bền chảy σct = 220.106 (N/m2) (II.310) + nc: hệ số an toàn theo giới hạn chảy nc = 1,5 (II.356) ⇒ σct = 220.106.1,0/1,5 = 0,1467.109 (N/m2) c) Chọn giá trị ứng suất nhỏ để tính độ dày: [ σ ] = σct = 0,1467.109 (N/m2) + P: áp suất tác dụng lên thành tháp (N/m2) P = Plv + Ptt (N/m2) (II.360) Với: Plv : áp suất làm việc tháp, Plv = 1at = 9,81.104N/m2 Ptt : áp suất thuỷ tĩnh cua cột chất lỏng (N/m2) Ptt : = ρ.g.H (N/m2) ρ : khối lượng riêng hỗn hợp lỏng (Kg/m3) Đồ án mơn học - Tính tốn thiết kế hệ thống hấp thụ 32 Viện khoa học công nghệ môi trường - Trường đại học Bách Khoa Hà Nội ρ = 997,54 Kg/m3 H : chiều cao cột chất lỏng, H = 8m ⇒ Ptt = 997,54.9,81.8 = 78.286,9 N/m2 ⇒ P = 9,81.104+78.286,9 = 176386,9 N/m2 Xét [ σ]ϕ = 0,1467.109.0,95/176386,9 = 790,1 > 50 P (II.360) ⇒ bỏ qua P mẫu cơng thức tính S + c : hệ số bổ sung cho ăn mòn, bào mòn dung sai chiều dày c = c1 + c2 + c3 (m) (II.363) Với :  c1 : hệ số bổ sung ăn mòn, từ điều kiện ăn mòn vật liệu môi trường thời gian làm việc thiết bị Đối với vật liệu bền, tốc độ ăn mòn 0,05 ÷ 0,1 mm/năm, c1 =  c2 : đại lượng bổ sung hao mòn tính trường hợp nguyên liệu có chứa hạt rắn chuyển động thiết bị Bài toán đặt hấp thụ SO2 nên bỏ qua c2  c3 : đại lượng bổ sung dung sai chiều dày Chọn c3 = 0,8 mm Vậy : c = + 0,8 = 1,8 mm = 1,8.10-3 m Vậy : S= 1.176386 ,9 + 1,8.10−3 = 2,4.10-3 (m) 2.0,1467 10 0,95 Ta chọn chiều dày tháp Stp = mm  Kiểm tra ứng suất thành thiết bị theo áp suất thử P0 = Pth + Ptt Pth : áp suất thử thuỷ lực Pth = 1,5Plv = 1,5.1 = 1,5 at = 1,5.9,81.104 = 147150 N/m2 ⇒P0 = 147150 + 78186,9 = 225436,9 N/m2 Xác định ứng suất theo P0 công thức: Đồ án mơn học - Tính tốn thiết kế hệ thống hấp thụ 33 Viện khoa học công nghệ môi trường - Trường đại học Bách Khoa Hà Nội σ= [ D + ( S − c) ] P 2( S − c) ϕ [1+ ( 6.10 − 1,8.10 ) ]225436 ,9 Thay số: σ = 2( 6.10 − 1,8.10 ) 0,95 −3 −3 −3 −3 σ tc 220.106 = 0,1833 109 thoả mãn σ = 0,028.10 < = 1,2 1,2 Vậy chọn S = mm thích hợp Nắp tháp: Chiều dày nắp tháp xác định theo công thức sau: Sn = D.P D + c (m) t 3,8[ σ c ] kϕ − P 2hb (II.385) Với: k: hệ số, Với nắp có lỗ khơng tăng cứng, chọn đường kính lỗ d = 0,3 m ⇒ k = 1- d 0,3 =1= 0,7 D (II.385) hb: chiều cao phần lồi nắp (m) hb = 0,25D = 0,25.1 = 0,25 m ⇒ Sn = 1.176386 ,9 + 1,8.10−3 = 2,75.10-3 (m) 3,8.0,1467 10 0,7.0,95 2.0,25 Để đảm bảo độ bền cho nắp tháp ta chọn Sn = mm Bỏ qua giá trị P mẫu số [ σ]ϕ = 0,1467.109.0,95/176386,9 = 790,1 > 50 P  Kiểm tra ứng suất nắp thiết bị theo áp suất thử: Xác định ứng suất theo P0 công thức: [D σ= + 2.hb (S − c)] P0 (II.386) 7,6kϕhb (S − c) Thay số: [1 σ= + 2.0,25(8.10−3 − 1,8.10−3 )]225436 ,9 = 0,00849.109 N/m2 −3 −3 7,6.0,7.0,95.0,85.(8.10 − 1,8.10 ) Đồ án mơn học - Tính tốn thiết kế hệ thống hấp thụ 34 Viện khoa học công nghệ môi trường - Trường đại học Bách Khoa Hà Nội σ tc 220.106 = 0,1833 109 N/m2 thoả mãn σ< = 1,2 1,2 Vậy chọn Sn = mm thích hợp Đáy tháp: Chiều dày đáy tháp xác định theo công thức sau: Sđ = D.P D + c (m) 3,8[ σ tc ] kϕ − P 2hb (II.385) Cách tính tính cho nắp, ta xác định chiều dày đáy S đ = mm phù hợp Khối lượng đáy nắp tháp: Tra bảng XIII, Sổ tay Hố cơng tập (tr 384) Chiều dày đáy nắp tháp Sđ = Sn = mm ⇒ Chiều cao gờ h = 25 mm ⇒ Chiều cao đáy nắp tháp so với thành tháp ( tính từ điểm cao thân ống hình trụ đến đỉnh cao hay tính từ điểm thấp thân ống hình trụ đến đáy thấp nhất) là: hđ = hn = hb + h = 360 + 25 = 385 mm Từ D = m = 1000 mm, ta xác định khối lượng đáy nắp tháp là: mđ = mn = 125.1,01 = 126,25 kg ( Với thép không gỉ ta nhân thêm hệ số 1,01) II Mặt bích: Bích nối phần thân thiết bị, nối nắp đáy với thân thiết bị: Chọn bích liền thép Tra bảng XIII.27, Sổ tay Hố công tập (tr 423), ứng với D =1 m P = 98100 = 0,098.106 N/m2 ≈ 0,1.106 N/m2, ta có:  Kích thước nối: D = 1140 mm Db = 1090 mm Dl = 1060 mm D0 = 1013 mm Đồ án mơn học - Tính tốn thiết kế hệ thống hấp thụ 35 Viện khoa học công nghệ môi trường - Trường đại học Bách Khoa Hà Nội  Bulông: db = M20 mm Z = 24 mm Số bulơng: 20  Kiểu bích thể hình vẽ: Chọn kiểu số 2, có thơng số: (Tuỳ chọn) h = 69 mm H = 84 mm S1 = 20 mm Bích nối ống dẫn với phận khác thiết bị: Chọn bích liền kim loại đen, kiểu I Tra bảng XIII.26, Sổ tay Hố cơng tập (tr 414, 415) Ứng với P = 0,981.106 ống có đường kính d = 200 mm, ta có thơng số sau: Dy = 200 mm  Ống Dn = 219 mm  Kích thước nối: D = 290 mm Dδ = 255 mm D1 = 232 mm  Bulông: db = M16 Số cái:  Chọn bích kiểu 1, thơng số sau: h = 22 mm Cửa nối ống dẫn với thiết bị: Ta chọn ống dẫn nối với thiết bị mối ghép tháo , đoạn ống ngắn có mặt bích hay ren để nối với ống dẫn Ống dẫn ta có D y = 0,2 m, áp suất at ( 9,81.104 N/m2) nên theo bảng XIII.32, Sổ tay Hố cơng tập (tr 434), ta chọn chiều dài đoạn ống 130 mm Đồ án mơn học - Tính tốn thiết kế hệ thống hấp thụ 36 Viện khoa học công nghệ môi trường - Trường đại học Bách Khoa Hà Nội III Chân đỡ tai treo: Trước hết ta xác định khối lượng toàn tháp Khối lượng toàn tháp (M)được tính bao gồm khối lượng đáy (m đ), khối lượng nắp (mn), khối lượng vỏ tháp (mtp), khối lượng đệm (mđ), khối lượng dung môi (nước ) (mdm), khối lượng bổ sung (do bu lơng, bích,…)(mbs) M = mđ + mn + mtp + mđ + mdm + mbs (kg)  Khối lượng đáy nắp: mđ = mn = 126,25 kg  Khối lượng tháp: mtp = Vtp.ρtp (kg) Trong đó: + Vtp: thể tích vỏ tháp (m3) Tháp có hình trụ, nên thể tích vỏ tháp xác định sau: π( D2n − D2t ) Vtp = Htp.Stp = Htp (m3) - Htp: chiều vỏ cao tháp (m), Htp = m - Dn: đường kính ngồi tháp (m), Dn = D + 2Stp = + 2.8.10-3 = 1,016 m - Dt: đường kính tháp (m), Dt = D = m 3,14(1,0162 − 12 ) ⇒ Vtp = = 0,0282 m3 + ρtp: khối lượng riêng vật liệu làm vỏ, chọn vật liệu làm tháp X18H10T nên ρtp = 7900 kg/m3 Vậy khối lượng vỏ tháp: mtp = 0,0282.7900 = 222,8 kg  Khối lượng dung mơi: mdm = Vtháp.ρH2O (kg) Với: - Vtháp: thể tích tháp, Vtháp = πD2H 3,14.12.9 = = 7,056 m3 Đồ án mơn học - Tính tốn thiết kế hệ thống hấp thụ 37 Viện khoa học công nghệ môi trường - Trường đại học Bách Khoa Hà Nội - ρH2O = 997,08 kg/m3 Vậy Khối lượng dung môi: mdm = 7,056.997,08 = 7044,37 kg  Khối lượng đệm: mđ = H.S.ρđ (kg) Với: + H: chiều cao lớp đệm, H = m + S: tiết diện ngang tháp (m2) S = πD2/4 = 3,14.12/4 = 0,785 m2 + ρđ: khối lượng riêng đệm (kg/m3) Đệm chọn đệm vòng Rasiga đổ lộn xộn sứ có kích thước 12x12x1,8 (mm), tra bảng IX 8, Sổ tay Hố cơng tập (tr 193), ta có ρđ = 800 kg/m3 Vậy khối lượng đệm: mđ = 7.0,785.800 = 4396 kg  Khối lượng bổ sung: mbs = 800 kg ( Khối lượng dựa sở khối lượng bulơng, bích, …) Vậy khối lượng toàn tháp là: M = 126,5 + 126,5 + 222,8 + 7044,37 + 4396 + 800 ⇔ M = 12.716,17 kg Khối lượng toàn tháp: M = 12.716,17 kg Trọng lượng tương ứng: P = 12716,17.9,81 = 124.745,63 N Sử dụng chân đỡ: Thiết bị sử dụng chân đỡ, tải trọng chân đỡ phải chịu: P1 = P/4 = 124.745,63/4 = 31186,4 = 3,1186.104 (N) Chọn vật liệu làm chân đỡ thép CT3 Tra bảng XIII 35, Sổ tay Hố cơng tập (tr 437), thông số chân đỡ: - Bề mặt đỡ: F = 0,0514 m2 Đồ án môn học - Tính tốn thiết kế hệ thống hấp thụ 38 Viện khoa học công nghệ môi trường - Trường đại học Bách Khoa Hà Nội - Tải trọng cho phép lên bề mặt đỡ: q = 0,78.106 N/m2 - L = 260 mm - B = 200 mm - B1 = 225 mm - B2 = 330 mm - H = 400 mm - h = 225 mm - s = 16 mm - l = 100 mm - d = 27 mm - Dt/A = 1000/350 Hình vẽ chân đỡ: Sử dụng tai treo: Vật liệu làm tai treo thép CT3, chọn tai treo tải trọng tai treo phải chịu là: 3,1186.104 N/m2 (tính tốn trên) Tra bảng XIII 36, Sổ tay Hố cơng tập ( tr 438), ta có thông số tai treo 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 bề mặt đỡ: Đồ án mơn học - Tính tốn thiết kế hệ thống hấp thụ 39 Viện khoa học công nghệ môi trường - Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Tra bảng XIII.34, Sổ tay Hố cơng tập (tr 436), bề mặt đỡ phải làm Bêtông mác 65 90 Chọn lót tai treo thép: Tra bảng XIII.37, Sổ tay Hố cơng tập (tr 439), ta có thơng số lót tai treo: - H = 365 mm - B = 200 mm - SH = mm Đồ án môn học - Tính tốn thiết kế hệ thống hấp thụ 40 Viện khoa học công nghệ môi trường - Trường đại học Bách Khoa Hà Nội KẾT LUẬN Tháp đệm sử dụng rộng rãi cơng nghệ hố chất trình chưng luyện, hấp thụ nhiều ưu điểm tính kinh tế, dễ vận hành, hiệu hấp thụ cao… Qua phần tính tốn, em phần hiểu sơ cấu tạo tháp (các phận, cách xếp đệm,…), cách đặt tháp, hiểu kết cấu tháp, phận phụ tạo nên độ ổn định tháp làm việc, nguyên lý vận hành, phận tạo nên dây chuyền hấp thụ, xem xét sở lý thuyết sơ lược tính kinh tế sử dụng tháp đệm Với yêu cầu toán đặt ra, sở chọn loại đệm có kích thước 12x12x0,8 (mm), xác định tháp có D = 1m, H đ = m, tháp có đường kính chiều cao trung bình hợp lý Tương ứng với tháp bơm máy nén có cơng suất xác định phần tính thiết bị phụ, thực tế ta nên chọn bơm máy nén có cơng suất cao cơng suất cần thiết để đảm bảo tháp có khả làm việc trạng thái tải Do nhiều hạn chế hiểu biết, kinh nghiệm tính tốn kinh nghiệm thực tế nên đồ án nhiều thiếu sót Em mong nhận nhận ý kiến đóng góp từ thầy giáo Đồ án mơn học - Tính tốn thiết kế hệ thống hấp thụ 41 Viện khoa học công nghệ môi trường - Trường đại học Bách Khoa Hà Nội TÀI LIỆU THAM KHẢO Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hố chất – tập – Nhà xuất KHKT – 1978 Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hố chất – tập – Nhà xuất KHKT – 1999 GS.TS Nguyễn Bin – Tính tốn q trình, thiết kế cơng nghệ hố chất thực phẩm – Nhà xuất KH & KT – 2000 Sổ tay tóm tắt đại lượng hố lý – Tủ sách ĐHBK TP Hồ Chí Minh I.I Trenơbinxki, A.G Bônđa, B.A Gaepxki, X.A Gôrôđinxkaia, R.IA Lađiep, IU.M Tananaikô, V.T Miagôrôtxki (Hồ Lê Viên, Nguyễn Như Trung, Nguyễn Minh Tuyển, Đoàn Dụ (dịch)) – Máy thiết bị sản xuất hoá chất – Nhà xuất KH & KT – năm 1971 Đỗ Văn Đài, Nguyễn Bin, Phạm Xuân Toán, Đỗ Ngọc Cừ - Cơ sở trình thiết bị cơng nghệ hố học -tập – Trường ĐHBK Hà Nội – 1999 Đỗ Văn Đài, Nguyễn Bin, Phạm Xuân Toán, Đỗ Ngọc Cừ - Cơ sở q trình thiết bị cơng nghệ hoá học- tập – Trường ĐHBK Hà Nội – 1999 Đồ án mơn học - Tính tốn thiết kế hệ thống hấp thụ 42 ... tháp (kmol SO2 / kmol kk); Xđ: nồng độ SO2 nước vào tháp (kmol SO2 / kmol nước); Xc: nồng độ SO2 nước tháp (kmol SO2 / kmol nước); Đồ án mơn học - Tính toán thiết kế hệ thống hấp thụ Viện khoa... hiệu suất hấp thụ, bên cạnh làm giảm tuổi thọ thiết bị Đồ án mơn học - Tính tốn thiết kế hệ thống hấp thụ 18 Viện khoa học công nghệ môi trường - Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án mơn học... xét tháp làm việc áp suất at Nếu hấp thụ khí lỏng áp suất có ảnh hưởng đến hiệu suất hấp thụ Áp suất làm tăng khả hấp thụ, ta có hiệu suất hấp thụ cao hơn.Bên cạnh làm giảm lượng dung mơi cần thiết