mình có bản vẽ autocad của tháp nhé.liên hệ để lấy ............................................................................................................................................................................
Đồ án môn học thiết kế tháp hấp thụ MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, khái niệm “ ô nhiễm môi trường ” nhắc đến cách thường xuyên phương tiện thông tin đại chúng, hội thảo, hội nghị…Người ta dần quan tâm đến môi trường thờ trước trạng môi trường ngày xuống dốc nghiêm trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến sinh tồn họ Môi trường công nghiệp – nơi mà hoạt động người diễn cách mãnh liệt tạo cải phục vụ cho xã hội loài người – ngày ô nhiễm trầm trọng gây q trình hoạt động Thực tế đòi hỏi phải quan tâm đầu tư vào việc quản lý, kiểm sốt q trình sản xuất để giảm thiểu, hạn chế ô nhiễm môi trường hoạt động sản xuất gây Bên cạnh đó, cơng việc quan trọng là, nghiên cứu để tìm biện phá, cơng nghệ nhằm xử lý chất gây ô nhiễm, độc hại với môi trường sống Bởi thực tế không tránh khỏi tất hoạt động sống người chung mà đặc biệt hoạt động cơng nghiệp ln tạo chất thải Những chất thải ngun nhân làm nhiễm mơi trường chúng ta.Thực tế cho thấy rằng, nước phát triển, khoa học công nghệ tiên tiến nhiễm mơi trường trở nên nghiêm trọng Nền công nghiệp Việt Nam chưa phát triển mạnh mẽ nhiều nguyên nhân khác mà ô nhiễm hoạt động sản xuất công nghiệp vấn đề cần quan tâm, đặc biệt nhiễm mơi trường khí CO2 loại khí sinh q trình đốt nhiên liệu, với phát triển công nghiệp giao thơng phát thải CO ngày tăng lên Vì việc xử lý khí thải trước thải mơi trường vơ cần thiết Và nhà máy xí nghiệp có thêm lựa chọn việc xử lý thiết bị hấp thụ tháp đệm Đinh thị Hồng_ CNMT K49 Đồ án môn học thiết kế tháp hấp thụ Hấp thụ q trình hút khí chất lỏng, khí hấp thụ gọi chất bị hấp thụ, chất lỏng dùng để hút khí gọi chất hấp thụ (dung mơi), khí khơng bị hấp thụ gọi khí trơ Bản chất q trình hấp thụ khí hồ tan vào lỏng tạo thành hỗn hợp hai cấu tử gồm hai thành phần hai pha Hệ thống theo định luật cân pha (ϕ = 2, k = 2, → C = 2-2+2 = 2) coi hỗn hợp lỏng có hai thành phần Cân pha xác định P, T, C Nếu T = const độ hồ tan khí phụ thuộc vào P theo định luật Henry: ycb = m.x + Với khí lý tưởng, m = const → quan hệ ycb = f(x) đường thẳng + Với khí thực, m phụ thuộc vào x → đường cân đường cong Hệ số cân m = Ψ/P Ψ: Hệ số Henry, có thứ nguyên P Trước bắt tay vào việc thiết kế thiết bị hay hệ thống hấp thụ ta cần xét qua yếu tố ảnh hưởng đến q trình hấp thụ sau: * Lượng dung mơi: Theo phương trình chuyển khối, lượng khí bị hấp thụ tính theo cơng thức: A1 A2 A3 A G = ky.F.∆Ytb Trong điều kiện định, G lượng không đổi coi ky khơng đổi Do bề mặt tiếp xúc F thay đổi tương ứng với thay đổi ∆Ytb cho F.∆Ytb không đổi B Yc X đ Đinh thị Hồng_ CNMT K49 Đồ án môn học thiết kế tháp hấp thụ Từ đồ thị suy Xđ , Yđ , Yc cố định nồng độ cuối dung môi định động lực trung bình ∆Ytb , tức điểm cuối đường làm việc AB (điểm dịch chuyển từ A → A4) Đường làm việc BA4 cắt đường cân bằng, lúc ∆Ytb nhỏ Đường AB gần song song với trục tung nên ∆Ytb lớn Vì F.∆Ytb khơng đổi nên ứng với BA4 có F lớn nhất, ứng với BA1 có F bé Tương tự A4 có Xc lớn A1 có Xc bé Dựa vào phương trình nồng độ làm việc Y = A.X + B với: A = tangα = G Gx ; B = Yc - x Gtr Gtr Suy ứng với BA4 có A4 = Gx/Gtr bé (lượng dung mơi bé nhất), ứng với BA1 A = Gx/Gtr lớn nên lượng dung môi cần thiết lớn Gtr khơng đổi Do đó, chọn lượng dung mơi nhất, ta thu X c lớn thiết bị phải lớn (rất cao), ngược lại, chọn lượng dung mơi lớn thiết bị bé dung dịch thu lại lỗng X c bé Vậy nên, chọn điều kiện làm việc ta phải dựa vào tiêu kinh tế, kỹ thuật t3 t2 P3 Y Y t1 A A B P2 B t1 < t < t P1 X Đinh thị Hồng_ CNMT K49 X P1 > P > P 3 Đồ án môn học thiết kế tháp hấp thụ * Nhiệt độ áp suất: Nhiệt độ T áp suất P hai yếu tố ảnh hưởng quan trọng lên trình hấp thụ, mà chủ yếu ảnh hưởng lên trạng thái cân động lực trình Từ phương trình Henry ta thấy, nhiệt độ tăng hệ số Henry tăng nên đường cân dịch chuyển trục tung Suy ra, đường làm việc AB khơng đổi ∆Ytb giảm, cường độ chuyển khối giảm theo Nếu tiếp tục tăng nhiệt độ, ví dụ đến t s khơng ∆Ytb giảm mà q trình khơng thực được(vì đường cân đường việc cắt nhau, nên đạt nồng độ cuối Xc) Đó ảnh hưởng xấu việc tăng nhiệt độ Tuy nhiên T tăng độ nhớt dung mơi giảm nên vận tốc khí tăng, cường độ chuyển khối tăng theo Trong trường hợp tăng áp suất, ta thấy hệ số cân m giảm nên đường cân dịch chuyển dần trục hoành ∆Ytb tăng lên, q trình chuyển khối tốt Nhưng tăng P T tăng, điều gây ảnh hưởng xấu đến trình hấp thụ Mặt khác, P tăng gây khó khăn mặt thiết bị Do vậy, trình hấp thụ thực áp suất cao khí khó hồ tan Các loại tháp hấp thụ: Thiết bị loại bề mặt: đơn giản, bề mặt tiếp xúc bé nên dùng chất khí dễ hồ tan lỏng Thiét bị loại màng: Có loại ống, loại Thiết bị loại phun: khơng phù hợp với khí khó hồ tan Thiết bị loại đệm: bề mặt tiếp xúc pha lớn, hiệu suất cao khó làm ướt đệm Thiết bị loại đĩa Đinh thị Hồng_ CNMT K49 Đồ án môn học thiết kế tháp hấp thụ Sơ đồ hệ thống: 1 Bể chứa dung môi Bơm chất lỏng Tháp hấp thụ Máy nén khí Van an tồn I Tra tính số liệu: Đinh thị Hồng_ CNMT K49 Đồ án môn học thiết kế tháp hấp thụ * Lập phương trình đường cân bằng: Theo định luật Henry: ycb = mx, Chuyển sang nồng độ phần mol tương đối ta được: Y= mX − (1 − m) X Hệ số cân bằng: m = Ψ/P, Ψ(CO2, 25oC) = 1,24 104 mmHg [ IV – 139 ], P = at = 760 mmHg → m= 1,24.10 = 16,316 760 Vậy phương trình đường cân là: Y= 1631,579 X − 1630,579 X Lưu lượng khí thải vào tháp 10000 m3/h, Coi hỗn hợp khí vào tháp khí lý tưởng nên tn theo phương trình trạng thái: PV = nRT, điều kiện tiêu chuẩn ta có PoVo = nRTo PV T O O → V = PT O đổi sang đơn vị kmol/h được: Gyđ = n = 1.10000 PV = 0,082.298 = 409,232 RT Đinh thị Hồng_ CNMT K49 (kmol/h) Đồ án mơn học thiết kế tháp hấp thụ Nồng độ khí thải vào tháp Yđ= 0,01 kmol/kmol trơ yđ = 0,01 kmol/kmol Lượng khí trơ tính theo cơng thức: Gtr = Gyđ(1 - yđ) = 409,232(1 – 0,01) = 405,14 (kmol/h) Nồng độ cuối khí khỏi tháp là: Yc = Yđ(1 - η) = 0,01(1 – 0,9) = 0,001 (kmol/kmol khí trơ) Lượng CO2 hấp thụ là: GCO2 = η(Gyđ – Gtr) = 0,9.(409,232 – 405,14) = 3,683 (kmol/h) Từ phương trình đường cân ta xác định nồng độ cuối dung môi đạt đến cân (ứng với nồng độ đầu khí) là: 16,316.X cb = (1 – 15,316.Xcb) 0,01 → Xcb = 6,0684.10-4 (kmol/kmol khí trơ) Lượng dung mơi tối thiểu tiêu tốn: Gx = Gtr (Yd − Yc ) 405,14.(0,01 − 0,001) = 6543,9 kmol/h = X cb − X d 6,0684.10 −4 − Lượng dung môi tiêu tốn: Gx = β.Gx , β = 1,2 ÷ 1,5, chọn β = 1,2 → Gxđ= 1,2 6543,9= 7852,68 (kmol/h) Phương trình cân vật liêu viết cho toàn tháp: Gtr(Yđ – Yc) = Gx(Xc- Xđ) = Gx Xc Suy nồng độ cuối khí pha lỏng: Đinh thị Hồng_ CNMT K49 Đồ án môn học Xc = thiết kế tháp hấp thụ Gtr (Yd − Yc ) 405,14(0,01 − 0,001) = 4,643.10 − (kmol/kmol khí trơ) = Gx 7852,68 * Lập phương trình đường nồng độ làm việc trình hấp thụ: Phương trình cân vật liệu viết cho đoạn tháp mặt cắt lên đỉnh tháp: Gtr(Y – Yc) = Gx(X - Xđ) , Xa = Gx → Y = G X + Yc , thay giá trị vào ta phương trình đường tr làm việc: Y = 19,383.X + 0,001 (kmol/kmol khí trơ) * Khối lượng riêng trung bình (kg/m3): Đối với pha khí: ρytb= ytb = 0,0055; P = at Thay vào ta được: Đinh thị Hồng_ CNMT K49 Đồ án môn học ρytb = thiết kế tháp hấp thụ [ 0,0055.44 + (1 − 0,0055)29)].273.1 22,4.298 = 1,1894 (kg/m3) Đối với pha lỏng: = + Với: ρxtb1 , ρxtb2 : khối lượng riêng trung bình CO2 dung dịch NaOH lấy theo nhiệt độ trung bình Ở điều kiện P = at, t = 250C ta có: ρCO2= = 1,832 kg/m3, ρNaOH = 1054 kg/m3 atb1 : phần khối lượng CO2 pha lỏng tính theo cơng thức: atb1 = aCO2= xtb MCO2 xtb.MCO2+(1– xtb).MH2O = Suy ra: 4,463.10-6 44 4,463.10-6.44+(1– 4,463.10-6).18 = 1,09 10-5 1,09.10−5 1− 1,09.10−5 = + = 9,547.10-4 ρxtb 1,832 1054 → ρxtb = 1047,44 kg/m3) * Khối lượng mol trung bình: Đinh thị Hồng_ CNMT K49 Đồ án môn học thiết kế tháp hấp thụ Đối với pha khí: Mytb = ytbMCO2 + (1 – ytb)Mkk ytb: nồng độ phần mol trung bình CO2 pha khí (kmol/kmol) Có Y CO2 = Y ® + Y c 0,01+ 0,001 = = 0,0055 2 Nồng độ phần mol CO2 hỗn hợp khí là: yCO2 = Y CO2 0,0055 = = 0,00547 1+ Y CO 1+ 0,0055 Mytb = 0,0055.44 + (1 – 0,0055).29 = 29,0825 (kg/kmol) Đối với pha lỏng: Mxtb = xtbMCO2 + (1 – xtb)MH2O xtb : nồng độ phần mol trung bình CO pha lỏng (kmol/kmol) Có X CO X ® + X c + 4,463.10−6 = = = 2,2315.10-6(kmol CO2/kmol H2O) 2 xtb = X CO 1+ X CO = 2,2315.10−6 → Mx tb =2,2315.10-6.44 + (1 – 2,2315 10-6) 19 = 19 (kg/kmol) * Lưu lượng trung bình: Đối với pha khí: Vtb = Vđ = V® + Vc m /h n®RT P , nđ = Gyđ = 409,232 (kmol/h), R = 0,082 , Đinh thị Hồng_ CNMT K49 10 Đồ án môn học Có Regh= thiết kế tháp hấp thụ 6.( Re n = 220.( d ξ )8 / = 6.( 0,4 / ) = 78485,8273 0,1.10− d td / 0,4 / ) = 220.( ) = 2481647,9450 ξ 0,1.10 −3 Nhận thấy Regh P = Pmt+ Ptt = 1,0114.105+ 0,4624.105= 1,4738.105( 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 bố 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, C3= 0,5mm [II- 364] Đinh thị Hồng_ CNMT K49 28 Đồ án môn học thiết kế tháp hấp thụ Vậy C = + + 0,5 = 1,5 (mm ) *Tính [бk]: Theo bảng XIII-4 ,ta chọn giá trị nhỏ nhất, tính theo cơng thức sau: бk.ηή [бk] =——— [II-357] ήk бc.ή [бk] =——— ήc Theo giới hạn bền kéo ta có: ή: hệ số hiệu chỉnh, ή =1 бk= 550.106(N/m2) ήk: hệ số an toàn bền, ήk= 2,6 бk.ή => [II- 356] 550.106x1 [бk] =——— = ———— = 211,5.106 (N/m2) ήk 2,6 Theo giới hạn bền chảy: бc.ή [бk] =——— Đinh thị Hồng_ CNMT K49 29 Đồ án môn học thiết kế tháp hấp thụ ήc Trong đó: ή: hệ số hiệu chỉnh, ή =1 бc = 220.106 (N/m2) ήc: hệ số an toàn theo giới hạn chảy, ήc= 1,5 [II-356] бc.ή 220.106.1 => [бk] =——— = —————— = 146,7.106 ( N/m2) ήc 1,5 Ta lấy giá trị bé hai giá trị vừa tính được: [бk] = 146,7.106( N/m2) Do đó: [бk] бh 146,7.106 ——— = ————— = 99,54 >50 P 1,4738.105 => bề dày thân tháp tính theo công thức sau: Dt.P Đinh thị Hồng_ CNMT K49 4,233.1,4738.105 30 Đồ án môn học thiết kế tháp hấp thụ S = ————+ C = ———————— + 1,5.10-3 2ì146,7.106ì0,95 2.[б k].φ = 3,72.10-3(m ) Quy tròn lên S = mm Kiểm tra ứng suất thành theo áp suất thử: [Dt+ ( S -C )].P0 бc б = ——————— ≤ —— , N/m2 2.( S - C ) φ [II- 365] 1,2 Trong đó: P0: áp suất thử,được xác định theo công thức P0 = Pth+ Ptt Pth: áp suất thuỷ lực lấy theo bảng XIII.5 Chọn Pth = 1,5P = 1,5.1,4738.105= 2,21.105 (N/m2) Ptt: áp suất thuỷ tĩnh, Ptt= 0,4624.105 (N/m2) => P0 = 2,21.105+ 0,4624.105 = 2,6724.105(N/m2) Vậy: [Dt+ ( S -C )].P0 [ 4,233+ ( 4- 1,5 ).10-3] 2,6724.105 б = ——————— = ————————————— 2.( S - C ) φ ( - 1,5 ).10-3 0,95 = 238,3.106 (N/m2) Đinh thị Hồng_ CNMT K49 31 Đồ án môn học бc thiết kế tháp hấp thụ 220.106 —— = ——— = 183.106 (N/m2) 1,2 1,2 Như không thoả mãn Chọn chiều dày thân tháp S = mm [Dt+ ( S -C )].P0 [ 4,233+ ( 5- 1,5 ).10-3] 2,6724.105 б = ——————— = ————————————— 2.( S - C ) φ ( - 1,5 ).10-3 0,95 = 170,25.106 (N/m2) Thoả mãn điều kiện Vậy S = mm II CHIỀU DÀY NẮP VÀ ĐÁY THIẾT BỊ Nắp đáy phận quan trọng thiết bị,được chế tạo loại vật liệu với thân thiết bị thép X18H10T Thiết bị đặt thẳng đứng Áp suất P = 1,031.10 > 0,7.105 N/m2 người ta thường dùng nắp elip có gờ Chiều dày nắp xác định theo công thức sau: Dt.P S= Dt —————— —— + C ( m) 3,8.[бk].k.φh - P [II-385] 2.hb Trong đó: Đinh thị Hồng_ CNMT K49 32 Đồ án môn học thiết kế tháp hấp thụ P : áp suất thiết bị hb : chiều cao phần lồi đáy nắp , hb= 0,4m [бk] : ứng suất cho phép thiết bị , [бk] = 146,7.106(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, C = 1,5 ( mm ) k : hệ số không thứ nguyên, chọn k = Vì: 146,7.106 [бk] ——— k φh= ————— 1.0,95 = 457,986 > 30 3,043.105 P => Cơng thức tính bề dày đáy nắp tính theo cơng thức: Dt.P S= Dt ——————.—— + C ( m ) 3,8.[бk].k φh 2.hb 4,2.1,031.105 4,2 = ——————————.———— + C =0,0043 + C ( m ) 3,8.146,7.106.1 0,95 2ì0,4 S = 0,0043 + C ( m ) Đinh thị Hồng_ CNMT K49 33 Đồ án môn học thiết kế tháp hấp thụ xét thấy S = 0,0043 + C < 10 mm => tăng thêm 2mm so với giá trị C => C = ( 1,5 + ).10-3= 3,5.10-3( m ) => S = (3,5 + 3,5).10-3= 7.10-3( m ) S = mm Kiểm tra ứng suất đáy, nắp thiết bị theo áp suất thử: [Dt2+ 2.hb (S - C)].P0 бc б = ———————— ≤ —— , N/m2 7,6.k φh hb (S - C) [II-386] 1,2 [2,22+ 2.0,4 (7- 3,5).10-3] 3,043.105 б= ———————————————— = 145,792.106 (N/m2) 7,6.0,95.0,4 (7-3,5) 10-3 бc —— = 183.106 (N/m2) 1,2 б thoả mãn Vậy chọn S = mm Tương tự ta kiểm tra ứng suất lên nắp thiết bị theo áp suất khử thuỷ lực kết cho thấy nắp thiết bị Dt đảm bảo an toàn h Đinh thị Hồng_ CNMT K49 34 hl Đồ án môn học thiết kế tháp hấp thụ Các thông số nắp tháp: Dt = 4,233 m = 4233 mm Sn = mm qui chuẩn Sn = 8mm hl = 0,4 m = 40 mm h = 25 mm Do khối lượng nắp tháp là: m = 283 kg (XIII.11 – ST II) * Đáy tháp: Hoàn toàn tương tự nắp tháp Chọn mặt bích: Dùng bích liền thép để nối thiết bị theo thông số tra từ bảng XIII.27 - Sổ tay II - Chọn bích nối đáy - nắp với thân tháp - Chọn nối phận khác Đinh thị Hồng_ CNMT K49 35 Đồ án môn học Py.10-6 (N/m2) 0,147 Dt mm 4200 thiết kế tháp hấp thụ D mm 3230 Db mm 3160 D1 mm 3100 Do mm 3019 Bu lông db(mm) M42 h z (cái) mm 76 40 db D Db D1 h Do Dt Chọn chân đỡ: a Khối lượng toàn tháp: * Khối lượng thân: Mthân = Vthân.ρX18H10T Vthân: thể tích phần vỏ thân tháp; m3 Vthân = π Dn2 − Dt2 H th Dt = 4,233 m; Dn: đường kính ngồi = Dt + 2.S = 4,233 + 2.0,005 = 4,243 m Hth: chiều cao thân tháp= 25,6 m Thay giá trị vào ta tính được: Đinh thị Hồng_ CNMT K49 36 Đồ án môn học Vthân = 3,14 4,243 − 4,233 thiết kế tháp hấp thụ 25,6 = 1,703 (m ) →Mthân = 1,3315.7850 = 13453,7 (kg) * Khối lượng đáy nắp tháp = 2.283 = 566 (kg) * Khối lượng lỏng: Khi có cố, chất lỏng bị điền đầy vào tháp Khối lượng chất lỏng là: Ml = ρl.Vl D Vl = π t H o ; Ho = chiều cao tháp + chiều cao đáy + chiều cao nắp = H + hb + hb + h + h = 25,6 + 0,4 + 0,4 + 0,025 + 0,025 = 26,05 (m) 4,2 → Vl = π 26,05 = 366,4 (m ) → Ml = 1047,44.366,4 = 383798,326 (kg) * Khối lượng bổ sung gồm khối lượng chóp, bu lông, giằng… Chọn Mbs = 1500 kg Vậy khối lượng toàn tháp là: Mtháp = 13453,7 + 566 + 383798,326 + 1500 = 399318,026 (kg) Trọng lượng tương ứng tháp: P = Mtháp.g = 399318,026.9,81 = 39173098,835 (N) Lựa chọn chân đỡ: Chọn chân đỡ, chân đỡ chịu tải trọng là: Đinh thị Hồng_ CNMT K49 37 Đồ án môn học thiết kế tháp hấp thụ G = P:4 = 39173098,835 :4 = 979327,46 (N) Tra bảng số liệu chuẩn XIII.35 - Sổ tay II ta thông số chân đỡ sau: G.10-4 (N) 8,0 L B mm 320 265 B1 B2 H h S l d 270 400 500 275 22 120 34 Đinh thị Hồng_ CNMT K49 38 ... tháp hấp thụ Hấp thụ q trình hút khí chất lỏng, khí hấp thụ gọi chất bị hấp thụ, chất lỏng dùng để hút khí gọi chất hấp thụ (dung mơi), khí khơng bị hấp thụ gọi khí trơ Bản chất q trình hấp thụ. .. thiết kế tháp hấp thụ Sơ đồ hệ thống: 1 Bể chứa dung môi Bơm chất lỏng Tháp hấp thụ Máy nén khí Van an tồn I Tra tính số liệu: Đinh thị Hồng_ CNMT K49 Đồ án môn học thiết kế tháp hấp thụ * Lập... điều gây ảnh hưởng xấu đến trình hấp thụ Mặt khác, P tăng gây khó khăn mặt thiết bị Do vậy, q trình hấp thụ thực áp suất cao khí khó hồ tan Các loại tháp hấp thụ: Thiết bị loại bề mặt: đơn giản,