tháp chóp hấp thụ NH3 trong không khí+ bản vẽ CAD miễn phí

mình có bản vẽ autocad của tháp nhé.liên hệ để lấy ............................................................................................................................................................................

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ THÁP HẤP THỤ KHÍ THẢI

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Hữu Đỉnh

I Đầu đề thiết kế: Tính toán thiết kế hệ thống hấp thụ khí

II Các số liệu ban đầu:

- Hỗn hợp khí cần tách: NH3 trong không khí

- Lưu lượng khí thải đi vào tháp: 25000 m3 / h

- Nồng độ khí thải đi vào tháp: 0.04 mol / mol

3 Tính toán hệ thống bơm dung môi lên tháp hấp thụ

4 Tính toán máy nén khí (hoặc máy thổi khí)

5 Tính toán cơ khí

7 Các bản vẽ:

a Sơ đồ dây chuyền hệ thống tháp hấp thụ (A3)

b Bản vẽ cấu tạo tháp hấp thụ (A1)

IV.Giáo viên hướng dẫn : ThS.Phạm Hà Thanh

V Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: 25/08/2008.

VI Ngày hoàn thành nhiệm vụ : 11/2008.

MỤC LỤC

I MỞ ĐẦU: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THIẾT BỊ:

Ô nhiễm môi trường đang là vấn đề mang tính toàn cầu và cấp bách Ở hầu hếtcác quốc gia, chính phủ đã đầu tư rất nhiều, cả về vốn và công nghệ cho việc xử lýcác chất gây ô nhiễm môi trường Các quốc gia càng phát triển, khoa học công nghệcàng tiên tiến thì ô nhiễm môi trường càng trở nên nghiêm trọng

Ở Việt Nam, tuy nền công nghiệp chưa phát triển mạnh mẽ, nhưng do nhiềunguyên nhân chủ quan và khách quan, môi trường nước ta ngày càng bị ô nhiễm.Việc chặt phá rừng cũng như hoạt động của các nhà máy đã thải ra moi trường rấtnhiều chất gây ô nhiễm Cũng như nhiều nước khác trên thế giới hiện nay, vấn đề xử

lý các chất gây ô nhiễm ở nước ta đang gặp nhiều khó khăn Nguyên nhân của ônhiễm môi trường là do các chất thải từ nhà máy, khu công nghiệp và các hoạt độngkhác Một trong những chất khí gây ô nhiễm môi trường là NH3

Amoniac là loại khí không màu và có mùi khai hắc Tác hại chủ yếu của nó làlàm viêm da và đường hô hấp Mùi amoniac có thể nhận biết được ở nồng độ 5 – 10ppm Ở nồng độ 150 – 200 ppm – gây khó chịu và cay mắt Ở nồng độ 400 – 700ppm – gây viêm mắt, mũi, tai và họng một cách nghiêm trọng Ở nồng độ > 2000ppm – da bị bỏng, ngạt thở và tử vong trong vòng vài phút

Do vậy, chúng ta cần xử lý để làm giảm thiểu tác hại của NH3 đối với môi trường

và con người Một trong các phương pháp xử lý NH3 trong khí thải hiện nay là sửdụng tháp hấp thụ để tách NH3 ra khỏi không khí bằng dung môi (thường là nước).Trong đồ án này, em xin trình bày hệ thống tháp hấp thụ NH3 trong không khí

Sinh viên thực hiện Nguyễn Hữu Đỉnh

SƠ ĐỒ HỆ THỐNG HẤP THỤ:

Chú thích:

3 Van điều chỉnh lưu lượng lỏng 8 Van xả lỏng sau hấp thụ

4 Đồng hồ đo lưu lượng lỏng 9 Bể chứa

Thuyết minh dây chuyền:

- Hỗn hợp khí cần xử lý NH3 và không khí được máy nén khí 5 đưa vào ở đáy tháp,trên đường ống có lắp van điều chỉnh lưu lượng khí và gắn vào ống trước khi đivào tháp 10 một đồng hồ đo lưu lượng chất lỏng 7

- Nước từ bể 1 được bơm 2 đưa lên tháp hấp thụ 10, trên đường ống đẩy nước điqua van điều chỉnh lưu lượng 3 và đồng hồ đo lưu lượng 4 Nước đi vào tháp vớilưu lượng thích hợp, tưới từ trên xuống dưới theo chiều cao tháp hấp thụ 10 Bơmđược đặt ngang với bể chứa để giảm chiều cao hút Trong tháp hấp thụ, nước vàkhí NH3 sẽ tiếp xúc với nhau trên các đĩa của tháp Quá trình hấp thụ diễn ra, NH3

được nước tách ra khỏi hỗn hợp khí

- Hỗn hợp khí sau khi được xử lý đi lên đỉnh tháp và ra ngoài lỗ nắp

- Nước hấp thụ NH3 đi qua lỗ đáy, qua van xả lỏng sau hấp thụ 8 vào bể chứa 9.Sau đó nước có thể được tiến hành trung hoà Tuy nhiên trong khuôn khổ đồ án,

ta không tính đến hệ thống này

II TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THÁP HẤP THỤ:

Gy: lượng hỗn hợp khí đi vào thiết bị hấp thụ (kmol / h)

Gx: lượng dung môi đi vào thiết bị hấp thụ (kmol / h)

Gtr: lượng khí trơ đi vào thiết bị hấp thụ (kmol / h)

 : lượng dung môi / lượng dung môi tối thiểu.

1 Điều kiện làm việc của tháp:

04 0

 = 0.04166 (kmol / kmol khí trơ)

Yc =

006 0 1

006 0

 = 0.00603 (kmol / kmol khí trơ)Nồng độ dung dịch lỏng vào tháp: xđ = 0 hay Xđ = 0

Lưu lượng khí thải vào tháp:

Gy = 25000 (m3/h)

 Gy =

4 22

000 25

= 1116.07 (kmol / h)Lượng khí trơ: (II.141)

Gtr = Gy *

d

Y

 1

1

= 1116.07 * 1 0.041661

 = 1071.4340 (kmol / h)

1 Thiết lập phương trình đường cân bằng:

Theo định luật Henry: ycb = m * xơ [II.138]

Tính theo nồng độ phần mol tương đối: Ycb = 1(1m*m X)*X [II.140]

với m =

P



hằng số cân bằng pha hay hệ số phân bố [II.138]

Tra bảng IX.1 (II.139) ta có: NH3( 25 0C) = 0.00223*106 (mmHg)

 m =

760

* 1

10

* 00223

= 2.9342

 Ycb = 1(12.93422.9342*X)*X (kmol NH3 / kmol khí trơ)

2 Thiết lập phương trình đường làm việc:

Phương trình cân bằng vật liệu cho 1 đoạn thiết bị:

Gxmin = Gtr *

d

c d

X

Y Y

3994 3368

* X + 0.00603 = 3.14382 * X + 0.00603

3 Tính đường kính của tháp:

D =

tb tb

V



 * 3600 *

* 4

(m) [II.181]

với: Vtb: Lượng khí trung bình đi trong tháp (m3 / h)

tb

 : Tốc độ khí trung bình đi trong tháp (m / s)

a/ Lượng khí trung bình đi trong tháp:

với: Vđ: Lưu lượng hỗn hợp đầu ở điều kiện làm việc (m3 / h)

Vc: Lưu lượng khí thải đi ra khỏi tháp (m3 / h): Vc = Vtr * (1 + Y c )

[II.183]

*

P T

T P

*

*

T P M

P T M

G

ytb

ytb y

*

T P

P T

G y

=

273

* 1

1

* 298

* 4 22

* 07 1116

*

T P

P T

*

T P

P T

G tr

* (1+ Y c ) =

273

* 1

298

* 4 22

* 4340 1071

 : Khối lượng riêng trung bình của pha khí (kg / m3)

h: khoảng cách giữa các đĩa (m), chọn theo đường kính tháp

với D = > 1.8 (m), chọn h = 0.5 (m) [II.184]

 [ ]: Hệ số tính đến sức căng bề mặt:

C O

H2 , 25o

 = 72.8 (đyn / cm) [(bảng I.242 _ I 301]

  [ ] = 1

+ Tính xtb:

2

1 1

1

xtb

tb xtb

tb

xtb

a a

00603 0

00603 0 04166

17

17

* 005604

1 1

xtb

tb xtb

0 1 592

0052943

* ) 1 (

1

T

M Y M

29

* ) 023845

0 1 ( 17

* 023845

.

= 1.17433 (kg / m3)Tốc độ khí trung bình đi trong tháp:

57062 1

= 1.33746 (m / s)

Đường kính tháp: D =

tb tb

V



 * 3600 *

* 4

=

268828

1

* 3600

*

6518 , 26664

* 4

* 3600

7 2

* 1

+ Chiều cao mức chất lỏng trên khe chóp: chọn h1 = 40 (mm) = 0.04 (m)

+ Chiều cao khe chóp: b =

x

y y

* 4

2

32

* 15 0

*

* 3600

6518 26664

* 4

2

 = 13.098 (m / s)

 = 2

b =

3894 994

( 004 0

* 4

15 0 2121 0 ( 004

* 4

* 3894 994

*

* 3600

994388

17

* 3994 3368

4

3600

* 2 0

*

* 23

0 2  = 29.9142 (m3 / h)

23 0

*

* 85 1

* 3600

9142 29 (

 = 0.0338 (m)

 hc = (0.04 + 0.04134 + 0.025) – 0.0338 = 0.07254 (m)

+ Bước tối thiểu của chóp trên đĩa: tmin = dch + 2 * ch + l2 (m)

với l2: khoảng cách nhỏ nhất giữa các chóp:

l2 = 12.5 + 0.25 * dch = 12.5 + 0.25 * 212.100 = 65.525 (mm) = 0.065525 (m)

 tmin = 0.2121 + 2 * 0.003 + 0.065525 = 0.283625 (m)

+ Đường kính tương đương của khe chóp:

dtđ = 24**(a a*b b) = 24**(00..005005*00..0413404134) = 0.00892 (m)

+ Chiều dày của đĩa:  = 0.005(m)

+ Chiều cao lớp bọt trên đĩa:

hb =

b

b x

ch b

x x x

c

F

f h h f h

f F h h

*

*

* ) (

* )

* 2

* 2

* ) 2 cos(

* 2

* 2

= sin  8

*

* 360



- 2 * 0.52014 = 4.68527(m2)

Tổng diện tích các chóp trên đĩa:

* 33476 1

* 5

2

= 4.97764 (N / m2)với: : hệ số trở lực,  = 4.5  5

y

 : khối lượng riêng của pha hơi (khí) (kg / m3)

 Trở lực của đĩa do sức căng bề mặt P s: (II.192)

10

* 28 7

*

= 32.64574 (N / m2)với:  : Sức căng bề mặt của nước (N / m2)

dtd: đường kính tương đương của khe rãnh chóp (m)

 Trở lực của lớp chất lỏng trên đĩa (trở lực thuỷ tĩnh): (II.194)

t

P

2 (

*

b b

h h

 = 596.05 * 9.81 * (0.04011-

2

04134 0

) = 113.67055 (N / m2)với: hr: chiều cao của khe chóp: hr = b = 0.04134 (m)

 P d = 4.97764 + 32.64574 + 113.67055 = 151.3 (N / m2)

6 Tính chiều cao tháp:

H = N t* (H d  )  1(II.169)

với:  : chiều dày đĩa   = 0.005 (m)

Hđ: khoảng cách giữa các đĩa, chọn loại tháp làm bằng thép, tra bảng IX.4a.với D = 2.7 (m) ta có Hđ = 0.7 (m)

kmol

.

2 : hệ số cấp khối pha khí (II.164)

x

*

* 10

* 37

kmol

.

2 : hệ số cấp khối pha lỏng (II.164)

với: y: tốc độ khí tính cho toàn bộ tiết diện ngang của tháp: y = 1.22135 (m /s)

kmol

.

kmol

.

2

 Tính hệ số phân bố m: m =

X X

Y Y

Y = 3.14382 * X + 0.00603 (phương trình đường làm việc)

Ycb = 1(12.93422.9342*X)*X (phương trình đường cân bằng)

Xcb = m ( 1Y m)*Y (suy ra từ phương trình đường cân bằng)

Hệ số chuyển khối: Ky =

x y

* 273

*

*

*

* ) 273 (

* 4

 Vẽ đường cong phụ xác định số đĩa: (II.173)

Dựng A1C1, A2C2 … song song trục tung (Ai thuộc đường làm việc, Ci thuộc

đường cân bằng), tìm điểm Bi với: BiCi =

y

i i

C

C A

Gọi Y’: tung độ điểm Bi (với X tương ứng) ta có:

Y Y

C  1 ) *  (

ta có bảng số liệu sau:

 Ở cùng nhiệt độ và áp suất, khi thay tăng lưu lượng lỏng (tăng ) thì đường kính

D không đổi, chiều cao H giảm (số đĩa thực tế giảm) và trở lực giảm, do đó tiếtkiệm được chi phí thiết kế nhưng nồng độ cuối của dung dịch cũng giảm

 Khi tăng áp suất, ở cùng nhiệt độ và lưu lượng lỏng (),đường kính D giảm, trởlực tháp giảm, nồng độ cuối của dung dịch giảm do đó tháp làm việc hiệu quả.

8 Lựa chọn điều kiện và các thông số làm việc của tháp:

Từ bảng mô phỏng, chọn điều kiện làm việc của tháp là : P = 3 (atm); T = 298 (0K)Tính toán tương tự ta có:

Hằng số cân bằng pha: m = 0.97807

Nồng độ khí thải vào tháp: Yđ = 0.04166 (kmol / kmol khí trơ)

Yc = 0.00603 (kmol / kmol khí trơ)Lượng hỗn hợp khí: Gy = 1116.07(kmol / h)

Lượng khí trơ: Gtr = 1071.4340(kmol / h)

Nồng độ cân bằng: Xcbmax = 0.0136 (kmol / kmol dung môi)

Lượng dung môi tối thiểu: Gxmin = 2806.9995 (kmol / kmol dung môi)

Lượng dung môi: Gx = 3368.3994 (kmol / h)

Lưu lượng hỗn hợp đầu: Vđ = 27289.3423 (m3 / h)

Lưu lượng khí thải ra: Vc = 26039.9613 (m3 / h)

Lượng khí trung bình trong tháp:Vtb = 26664.6518 (m3 / h)

Nồng độ phần mol của NH3:Ytb1 = 0.027568922 (kmol / kmol khí trơ)

Khối lượng riêng trung bình:ytb = 1.17433 (kg / m3)

Nồng độ cuối của NH3: Xc = 0.011335 (kmol / kmol dung môi)

Nồng độ cuối: xc = 0.011208 (kmol / kmol)

Nồng độ trung bình: xtb = 0.005604 (kmol / kmol)

Phân tử mol trung bình: Mtb = 17.994398 (kg / kmol)

Phần khối lượng trung bình:atb = 0.0052943

Khối lượng riêng trung bình của NH3:xtb1 = 592 (kg / m3)

Khối lượng riêng trung bình của H2O:xtb2 = 998 (kg / m3)

Khối lượng riêng trung bình:xtb = 994.3894 (kg / m3)

Chiều cao chóp phía trên ống dẫn hơi: h2 = 0.0375 (m)

Khoảng cách từ mặt đĩa đến chân chóp: S = 0.025 (m)

Chiều cao mức chất lỏng trên khe chóp: h1 = 0.04 (m)

Chiều cao mức chất lỏng trên ống chảy chuyền:h = 0.0338 (m)

Chiều cao ống chảy chuyển trên đĩa:hc = 0.07254 (m)

Bước tối thiểu của chóp trên đĩa:t = 0.283625 (m)

Đường kính tương đương: dtd = 0.00892 (m)

Chiều dày đĩa:  = 0.005 (m)

Diện tích phần đĩa chứa chóp:F = 4.68527 (m2)

Diện tích các chóp trên đĩa: f = 1.13063(m2)

Khối lượng riêng của bọt: b = 590.5723208 (kg / m3)

Chiều cao lớp bọt trên đĩa: hb = 0.04011 (m)

Sức căng bề mặt:  = 7.28E-02 (N / m)

Trở lực của sức căng bề mặt:P s = 3.31E+01 (N / m2)

Trở lực thuỷ tĩnh lớp chất lỏng:P t = 113.67055 (N / m2)

Sức cản thuỷ lực lớp chất lỏng trên đĩa:P x = 3.66E+02 (N / m2)

Hệ số cấp khối pha khí: y = 0.85E-01

kmol

.

kmol

.

2

Hệ số chuyển khối: Ky = 1.66E-01  

.

2 s m kmol

Diện tích làm việc của tháp:f = 1.13063 (m2)

Số đơn vị chuyển khối: mY,298 = 69E -06

III THIẾT KẾ THIẾT BỊ PHỤ:

1 Bơm chất lỏng:

Chọn loại bơm dùng là bơm ly tâm, do bơm ly tâm có những ưu điểm sau:

+ cung cấp đều

+ quay nhanh (có thể nối trực tiếp với động cơ)

+ thiết bị đơn giản

+ có thể bơm các chất lỏng không sạch

+ không có supap nên ít bị tắc và hư hỏng

+ sử dụng trong phạm vi áp suất từ trung bình trở xuống và năng suất từ trung bình trở lên

SƠ ĐỒ HỆ THỐNG BƠM:

Công suất toàn phần của bơm: N = Q1000**g**H (kW) (I.439)

Trong đó: Q: Năng suất bơm (m3 / s)

Van

an toàn

Van điều chỉnh

Tháp hấp thụ P

2

: khối lượng riêng của chất lỏng: H O 0C

2 , 25

 = 998 (kg / m3)g: gia tốc trọng trường (m / s2)

H: áp suất toàn phần của bơm (m)

: hiệu suất của bơm

Chọn: Chiều cao hút: Hh = 0.5 (m)

Chiều cao đẩy: Hđ = 4 (m)

Chiều dài ống hút: Lh = 5 (m)

Chiều dài ống đẩy: Lđ = 8 (m)

a/ Năng suất của bơm:

18

* 3994 3368

: khối lượng riêng của chất lỏng cần bơm: H2O = 998 (kg / m3)

H0: chiều cao nâng của chất lỏng, chọn H0 = 5 (m)

hm: áp suất tiêu tốn để thắng toàn bộ trở lực trên đường ống hút và đẩy (kể

cả trở lực cục bộ khi chất lỏng ra khỏi ống đẩy) (m): hm = *p g

với p: áp suất toàn phần cần thiết để khắc phục tất cả sức cản thuỷ lực trong hệ thống khi dòng chảy đẳng nhiệt:

: khối lượng riêng của chất lỏng: H2O, 298 = 998 (kg / m3)

 : tốc độ lưu thể, đối với nước trong ống dẫn chọn  = 2 (m /s) (tra bảng II.2 – I.370)

dtđ: đường kính tương đương của ống dẫn: (I.369)

dtđ =



* 785 0

V

=



* 785 0

Q

=

2

* 785 0

016875

0

= 0.1 (m)Tính toán lại vận tốc dung môi trong ống:

* 785

V

1 0

* 785 0

016875

81 6 lg

* 2

9 0

(I.380)

Re: chuẩn số Reynold: Re = .d. = 3

10

* 9 0

998

* 0

* 14 2

 = 237302.2 > 4,000 (chế độ chảy xoáy)

* 06

0006 0 2

237302

81 6 lg

* 2

9 0

14 2

* 998

* 13

* 019

Đối với ống hút: 1 van thẳng + 5 khuỷu

Đối với ống đẩy: 1 van thẳng + 10 khuỷu

* 29

* 998

46 68356

= 6.982 (m)

g

p p







0 1 2

*

81 9

* 998

100 , 98 300 ,

 N = Q1000**g**H =

6256 0

* 1000

12

* 81 9

* 998

* 016875

* 85

.

0

17 3

 : hệ số dự trữ công suất, với Nđc = 1  5 (kW),  = 1.5  1.2 (I.440)

Vậy ta chọn bơm có công suất: 7 (kW).

L: công nén 1 (kg) khí từ áp suất p1 đến áp suất p2 theo quá trình nén đẳng nhiệt (J / kg)

L = Lđn =

1

2 1

p

p v

p (J / kg) (I.465)với: Lđn: công nén đằng nhiệt (J / kg)

v1: thể tích riêng của khí trước khi nén (m3 / kg)

P ra (25 o C, 3 at)

P vào Thùng chứa khí

* 4

p M

M: khối lượng mol của hỗn hợp khí:

M = Ytb1 * MNH3 + (1 – Ytb1) * Mkk = 0.024 * 17 + (1 – 0.024) * 29 = 28.712 (kg / mol)

Ở 298 (0K) và 1 (atm):  1 =

1

* 298

1

* 273

* 4 22

712 28

= 1.1743 (kg / m3)

 v1 =

1743 1

V

(m) (I.369)V: lưu lượng thể tích hỗn hợp khí trên đường ống (m3 / s)

Vy = Q

T

T p

p

*

*

0 0

T: nhiệt độ của khí ở điều kiện làm việc: T = 298 (0K)

p: áp suất của khí ở điều kiện làm việc: ph = 1 (atm) = 760 (mmHg)

298

* 760

298

* 2280

6 7

= 0.7 (m)

dđ =

20

* 785 0

53 2

= 0.4 (m)

 Tính p1:

Viết phương trình Becnuly cho mặt cắt (1 – 1) và (1’ – 1’):

mh h v

g g

p g

2 1

+ (Hcb)h = 0 do trên đường ống hút của máy nén khí không thiết kế van và khuỷu

Để điều chỉnh lưu lượng khí, ta sử dụng 1 tấm lưới chắn nên coi trở lực vô cùng bé

h

h h

* 2

với: Lh: chiều dài ống hút, chọn Lh = 5 (m)

hh

kk

kk tb NH

NH tb

hh

M m M

* 3

mtb: phần thể tích trung bình của NH3: mtb = ytb = 0.0276 (kmol / kmol)

Mhh: khối lượng mol của hỗn hợp khí: Mhh = 28.664 (kg / kmol)

(tại áp suất 3 (atm) nhận thấy giá trị độ nhớt thay đổi không đáng kể)

* 02 0

17

* 0276 0

664 28

1723 1 45 0

* 20

Giá trị chuẩn số Reynold khi bắt đầu xuất hiện vùng nhám: (I.379)

45 0

45 0 ( lg*

* 2 14 1

1

4 = 0.15

 (Hms)h =

g d

h

h h

* 2

* 2

20

* 45 0

10

* 15

g g

p g

Chiều cao đẩy: chọn Hđ = 1 (m)

Hmđ: tổn thất trên đường ống đẩy

d d

d

d d

* 2

 : hệ số ma sát trên đường ống đẩy:

*> Ređ: chuẩn số Reynold xác định theo công thức:

Ređ =

hh

hh d

1725 1 26 0

* 20

26 0

1

26 0 ( lg*

* 2 14 1

1

4

= 0.16

 (Hms)h =

g d

d

d d

* 2

* 2

20

* 26 0

10

* 16 0

2

= 125.5 (m)

+ (Hcb)đ:

Trên ống đẩy có 1 khuỷu ghép 900 do 2 khuỷu 450 tạo thành

Do Ređ = 211,701 > 200,000 nên theo N029 (I.494) ta có ξ = 0.32

* 32

0 2 = 75.04 (N / m2)

 (Hcb)đ = p g

d

d cb

*

) (





=

81 9

* 1725 1

04 75

p

p v

* 75 468

* 73 3