Đang tải... (xem toàn văn)
mình có bản vẽ autocad của tháp nhé.liên hệ để lấy ............................................................................................................................................................................
Thiết kế tháp đệm hấp thụ khí SO2 với dung môi H2O Vũ Thế Hưng CNMT-K47 - PHẦN MỞ ĐẦU I GIỚI THIỆU CHUNG Với mục tiêu đến năm 2020 Việt Nam trở thành nước công nghiệp, công nghiệp phát triển cách nhanh chóng, với xuất phát điểm nước nông nghiệp lạc hậu bị chiến tranh tàn phá cách nặng nề, phát triển ngành công nghiệp nước ta gặp phải số khó khăn định Một khó khăn mục tiêu phát triển kinh tế vấn đề bảo vệ môi trường Vâng, tách rời phát triển đất nước, vấn đề bảo vệ môi trường ngày quan tâm khơng từ phía nhà quản lý mà từ phía nhà sản xuất Trong nhiều năm trước không quan tâm mức đến vấn đề sử lý ô nhiễm công nghiệp mà yếu quan tâm vào mục tiêu phát triển ngành, lĩnh vực riêng biệt Và xu chung giới nay, phát triển bền vững, phát triển đôi với bảo vệ mơi trường, ngày có nhiều dây chuyền xử lý loại chất thải công nghiệp lắp đặt hoạt động có hiệu qủa phải kể đến hệ thống xử lý bụi, khí thải nhiều ngành cơng nghiệp Trong loại khí thải gây ảnh hưởng xấu đến môi trường người phải kể đến khí SO2 Khí SO2 có mặt nhiều ngành sản xuất đặc biệt công nghệ hố chất Xử lý hỗn hợp khí có chứa SO yêu cầu tất yếu sở cơng nghiệp hấp thụ khí SO tháp đệm phương pháp đơn giản hiệu Sau xin giới thiệu thiết kế tháp đệm hấp thụ khí SO nước Thiết kế nhiệm vụ đồ án mơn học Q trình cơng nghệ Hố học sinh viên ngành cơng nghệ mơi trường, trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án q trình thiết bị cơng nghiệ hố học Thiết kế tháp đệm hấp thụ khí SO2 với dung môi H2O Vũ Thế Hưng CNMT-K47 - II THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC II.1 Đầu đề thiết kế tháp Thiết kế hệ thống hấp thụ áp dụng công nghệ II.2 Các số liệu ban đầu Dung môi hấp thụ nước Cấu tử cần hấp thụ khí SO2 Thiết bị hấp thụ tháp đệm Lưu lượng khí thải vào tháp Nồng độ khí thải vào tháp Hiệu suất hấp thụ Nồng độ cuối dung môi Áp suất làm việc tháp Nhiệt độ làm việc tháp III Phương pháp hấp thụ xử lý SO2 III.1 Sơ đồ hệ thống Bể chứa dung môi Bơm chất lỏng Tháp hấp thụ Máy nén khí Van an tồn Q = 10000 m3 yd = 4% thể tích = 80% xc = 0,35% trọng lượng P = atm T = 30oC Đồ án trình thiết bị cơng nghiệ hố học Thiết kế tháp đệm hấp thụ khí SO2 với dung mơi H2O Vũ Thế Hưng CNMT-K47 - III.2 Nguyên lý hoạt động tháp Tháp làm việc theo nguyên tắc ngược chiều Chất lỏng bơm 2, bơm từ thùng chứa đưa thẳng đỉnh tháp Ở dung mơi phân phối tồn mặt đệm tháp, khí thải máy nén đẩy vào tháp từ lên Khí chất lỏng tiếp xúc với qua lớp đệm đồng thời trình hấp thụ xảy Kết qủa khí lên phía đưa ngồi qua nắp tháp Nước chứa SO2 thải theo ống phía đáy thiết bị PHẦN I TÍNH TỐN THIẾT KẾ THÁP I CÂN BẰNG VẬT LIỆU I.1 Chuyển đổi đơn vị * Chuyển nồng độ thể tích sang nồng độ phần mol tương đối Yd: nồng độ phần mol tương đối SO2 hỗn hợp khí (kmol/kmol khí trơ) y Yd d yd vd: nồng độ phần thể tích vào tháp - Theo bài: vd = 0,04 Do hỗn hợp đầu vào hỗn hợp khí nên nồng độ phần thể tích nồng độ phần mol yd = vd = 0,04 0.04 4,17.10 (kmol SO2/kmol khí trơ) 0.04 => Yd - Theo hiệu suất hấp thụ = 80% Yc: nồng độ cuối SO2 hỗn hợp khí (kmol SO2/kmol khí trơ) Yd Yc => Y d 0,8 => Yd - Yc = 0,8Yd => 0,2Yd = Yc => Yc = 0,2.4,17.10-2 = 8,34.10-3 (kmol SO2/kmol khí trơ) yc: nồng độ phần mol khí cần hấp thụ hỗn hợp y Yc c 8,34.10 => yc = 8,271.10-3(kmol SO2/kmol hỗn hợp khí) yc - Nồng độ mol tương đối trung bình Y Yc 4,17.10 8,34.10 Ytb d 2,502.10 (kmol SO2/kmol khí trơ) 2 - Nồng độ phần mol trung bình Đồ án trình thiết bị cơng nghiệ hố học Thiết kế tháp đệm hấp thụ khí SO2 với dung mơi H2O Vũ Thế Hưng CNMT-K47 Ytb 2,502.10 ytb 2,441.10 (kmol SO2/kmol hỗn hợp khí) 2 Ytb 2,502.10 * Chuyển đổi đơn vị lưu lượng từ Nm3/h trở đơn vị kmol/h - Theo đề lưu lượng khí thải vào tháp Q = 10 000(Nm3h) - Do điều kiện tiêu chuẩn => lưu lượng khí thải Qy Q 10000 446,43 (kmol/h) 22,4 22,4 I.2 Thiết lập phương trình đường cân Phương trình cân có dạng mX Y (kmol SO2/kmol khí trơ) (1 m) X X [II - 140] Y (kmol SO2/kmol khí trơ) (m 1)Y m với m số cân pha P : hệ số Henry (mmHg) P: áp suất chung hỗn hợp khí P = atm; T = 300C Tra bảng IX.1, ta có SO (300C) = 0,0364.106 (mmHg) 0,0364.10 15,965 3.760 => Phương trình cân bằng: Thay giá trị vào ta có: m 15,965 X Y (kmol SO2/kmol khí trơ) 14,965 X Y X (kmol SO2/kmol H2O) 14,965Y 15,965 Theo dung môi ban đầu nước, nồng độ SO2 nước => Xd = Nồng độ cuối dung môi xc = 0,35% trọng lượng Nồng độ phần mol tương đối SO2 dung môi xc xc M SO2 xc M SO2 0,35% 64 9,87.10 (kmol SO2/kmol H2O) 0,35% 0,35% xc 64 18 M H2 Nồng độ cuối cấu tử cần hấp thụ dung môi Xc Đồ án trình thiết bị cơng nghiệ hố học Thiết kế tháp đệm hấp thụ khí SO2 với dung mơi H2O Vũ Thế Hưng CNMT-K47 xc 9,87.10 Xc 9,88.10 (kmol SO2/kmol H2O) 4 xc 9,87.10 I.3 Phương trình đường làm việc tháp Phương trình cân vật liệu khoảng thể tích thiết bị kể từ tiết diện tới phần thiết bị Gtr(Y – Yc) = Gx(X – Xd) Trong : Xd: nồng độ ban đầu cấu tử cần hấp thụ dung môi (kmol SO2/kmol H2O) Yc: nồng độ cuối cấu tử cần hấp thụ hỗn hợp khí (kmol/kmol khí trơ) Gx: lưu lượng dung môi vào thiết bị hấp thụ (kmol/h) Yc G x, X d Gtr:: lượng khí trơ vào thiết bị hấp thụ (kmol/h) Từ phương trình cân vật liệu ta có: - Lưu lượng khí trơ: Gtrơ = Gy(1 - yd) = 446,43(1 - 0,04) = 428,573 (kmol/h) - Nồng độ cuối cấu tử cần hấp thụ dung môi: Xc Gtro (Yd Yc ) (Yd Yc ) 9,88.10 (kmol SO2/kmol H2O) Gx l - Lượng dung môi tiêu tốn thực tế: l Gy, Yd Xc Yd Yc 4,17.10 8,34.10 33,77 (kmol H2O/kmol khơng khí) Xc 9,88.10 - Từ phương trình cân vật liệu nồng độ tương đối trung bình cấu tử cần hấp thụ dung môi là: X 4,94.10 xtb tb 4,94.10 (kmol SO2/kmol H2O) 4 X tb 4,94.10 - Lưu lượng dung môi vào thiết bị Gx: Gx = l.Gtrơ =33,77.428,573 = 14472,91 (kmol/h) - Phương trình đường làm việc cho đoạn tháp bất kỳ: Gtrơ(Y - Yc) = Gx(X - Xd) Gx X Yc l X Yc => Y Gtro => Phương trình đường làm việc: Y = 33,77.X + 8,34.10 X -3 Y 0.00834 Đồ án trình thiết bị cơng nghiệ hố học Ycb Thiết kế tháp đệm hấp thụ khí SO2 với dung mơi H2O Vũ Thế Hưng CNMT-K47 - 0.0001 0.0002 0.0003 0.0004 0.0005 0.0006 0.0007 0.0008 0.0009 0.000988 0.011717 0.015094 0.018471 0.021848 0.025225 0.028602 0.031979 0.035356 0.038733 0.041705 0.001598893 0.003202585 0.004811099 0.006424457 0.008042679 0.009665789 0.011293808 0.012926759 0.014564664 0.016010137 * Xây dựng đồ thị X – Y; X – Ycb hệ trục tọa độ II TÍNH KẾT CẤU THÁP II.1 Đường kính II.1.1 Tính thơng số vật lý II.1.1.1.Tính khối lượng riêng * Đối với pha lỏng a 1 a SO SO Áp dụng công thức: xtb SO H O 2 2 Trong đó: Đồ án trình thiết bị cơng nghiệ hố học Thiết kế tháp đệm hấp thụ khí SO2 với dung mơi H2O Vũ Thế Hưng CNMT-K47 - xtb : Khối lượng riêng trung bình hỗn hợp lỏng, kg/m3 a SO : Phần khối lượng SO2 pha lỏng SO , H O : khối lượng riêng SO2 H2O 300C, kg/m3 2 - Tra bảng I.5 – (I-11) 300C: H O = 995,68 (kg/m3) - Tra bảng I.2 – (I-9) ta có: SO (200C) = 1383 (kg/m3) SO (400C) = 1327 (kg/m3) Dựa vào phương pháp nội suy => SO (300C) = 1355 (kg/m3) 2 - Tính a SO : Áp dụng cơng thức a SO M SO2 xtb M SO2 xtb M KK (1 xtb ) Trong đó: a SO : Phần khối lượng trung bình SO2 hỗn hợp xtb: nồng độ phần mol trung bình cấu tử cần hấp thụ pha lỏng (kmol SO2/kmol H2O) xtb = 4,94.10-4 (kmol SO2/kmol H2O) => aSO2 64.4,94.10 1,754 10 4 4 64.4,94.10 18(1 4,94.10 ) - Tính khối lượng phân tử hỗn hợp lỏng Mx M x = xtb M SO + (1 – xtb) M H O 2 M x =4,94.10-4.64 + (1 – 4,94.10-4).18 = 18,023 (kg/kmol) => xtb a SO2 SO2 1 996,14 3 a SO2 1,754.10 1,754.10 (kg/m3) 1355 995,68 H 2O * Đối với pha khí: - Tính MY Áp dụng cơng thức: My = ytb M SO + (1 - ytb) M KK Trong đó: My: phân tử lượng trung bình hỗn hợp khí, (kg/kmol) M SO , M KK : khối lượng phân tử SO2 khơng khí, (kg/kmol) ytb: phần mol trung bình SO2 hỗn hợp, (kmol SO2/kmol hỗn hợp khí) ytb = 2,441.10-2 (kmol SO2/kmol hỗn hợp khí) My= 2,441.10-2.64 + (1 - 2,441.10-2).29 = 29,8544 (kg/kmol) Đồ án trình thiết bị cơng nghiệ hố học Thiết kế tháp đệm hấp thụ khí SO2 với dung mơi H2O Vũ Thế Hưng CNMT-K47 mi mj mj Pj M j Pj RT j V V RT - Tính ytb Do P.M y My T P ytb ( kg / m ) RT 22,4 T0 P0 Trong đó: ytb : khối lượng riêng trung bình hỗn hợp khí tháp, kg/m3 My: phân tử lượng trung bình hỗn hợp khí T0: nhiệt độ điều kiện tiêu chuẩn, T0 = 273K T: nhiệt độ làm việc tháp, T = 273 + 30 = 303oK P0: áp suất điều kiện tiêu chuẩn, P0 = 1atm P: áp suất làm việc tháp, P = 3atm 29,8544 273 => ytb 22,4 303 3,602 (kg/m3) II.1.1.2 Độ nhớt x , y * Đối với pha lỏng x Áp dụng công thức: lg x xtb lg SO (1 xtb ) lg H O 2 [I - 84] Trong đó: SO , H O : độ nhớt SO2 H2O 300C, Ns/m2 2 xtb: phần mol trung bình SO2 hỗn hợp lỏng, xtb = 4,94.10-4 (kmol SO2/kmol H2O) Tra bảng I.102 - I ta có: H O (300C) = 0,8.10-3 (Ns/m2) Tra bảng I.101 - I, ta có: SO (300C) = 0,279.10-3 (Ns/m2) => lg x = 4,94.10-4 lg0,279.10-3 + (1 - 4,94.10-4).lg0,8.10-3 => lg x = -3,0971 => x = 7,996.10-4 (Ns/m2) * Đối với pha khí: Áp dụng cơng thức: My y y tb M SO2 SO2 (1 y tb ).M KK KK [I - 85] Trong đó: Đồ án q trình thiết bị cơng nghiệ hố học 10 Thiết kế tháp đệm hấp thụ khí SO2 với dung môi H2O Vũ Thế Hưng CNMT-K47 - y , SO , KK : độ nhớt trung bình pha khí, SO2 khơng khí nhiệt độ làm việc t = 300C, Ns/m2 M y , M SO , M KK : khối lượng phân tử pha khí, SO khơng khí 300C, P = atm Tra đồ thị I-35, ta có: SO (300C) = 128.10-7 Ns/m2 2 KK (300C) = 181.10-7 Ns/m2 y My ytb M SO2 SO2 (1 ytb ).M KK KK 29,8544 1,77.10 ( Ns / m ) 2 2,441.10 64 (1 2,441.10 ).29 128.10 181.10 2 II.1 Tính đường kính tháp đệm Áp dụng công thức: D 4.V ytb 3600. ytb (m) [II-181] Trong đó: Vytb: lượng khí trung bình tháp, m3/h ytb : tốc độ khí trung bình tháp, m/s * Tính lưu lượng thể tích khí trung bình tháp: G M Vtb ytb ytb (m3/h) ytb Trong đó: Gytb : lưu lượng khí trung bình tháp, kmol/h Mytb: khối lượng phân tử trung bình khí tháp, kg/kmol ytb : khối lượng riêng trung bình khí tháp, kg/m3 => G ytb G yd G yc Gtro (1 Ytb ) Ytb = 2,502.10-2 (kmol SO2/kmol khí trơ) - Lưu lượng khí trung bình tháp Gytb: => Gytb = 428,573(1 + 2,502.10-2) = 439,3 (kmol/h) V ytb 439,3.29,8544 3641,04 (m3/h) 3,602 - Lưu lượng lỏng trung bình tháp: G xtb G xd G xc (kg/h) Gxd = 14472,91 (kmol/h) Gxc = Gxd + GSO bị hấp thụ Đồ án q trình thiết bị cơng nghiệ hố học 11 Thiết kế tháp đệm hấp thụ khí SO2 với dung môi H2O Vũ Thế Hưng CNMT-K47 - GSO bị hấp thụ = Gtrơ (Yđ - Yc) = 428,573(4,17.10-2 – 8,34.10-3) = 14,297 (kmolSO2/h) G xtb G xd G SO2bihapthu 14,297 14480,06 (kmol/h) = 14480,06 18,023 = 260974,12 (kg/h) 14472,91 *Tính vận tốc khí tháp ytb , m/s Do đặc thù tháp đệm làm việc ổn định đạt hiệu cao vận tốc đảo pha nên ta áp dụng cơng thức để tính tốc độ (khí) tháp dp d ytb lg g Vd xtb x n ,16 G A 1,75. x G y 1/ ytb xtb 1/ Trong đó: dp : tốc độ bắt đầu tạo nhũ tương hay gọi tốc độ đảo pha, m/s Vđ : thể tích tự đệm d : bề mặt riêng đệm Do tháp hấp thụ SO2 – mang tính axít nên thiết bị loại đệm với đặc tính đệm: Đệm vòng Rasig để lộn xộn, kích thước đệm: 30x30x3,5 Tra bảng thơng số kỹ thuật (IX.8 – II ) ta được: Vd = 0,76 (m3/m3) d = 165 (m2/m3) g : gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m/s2) Gx, Gy: lượng lỏng lượng trung bình (kg/h) Gx = 260974,12 (kg/h) Gy = 13115,04 (kg/h) x , n : độ nhớt pha lỏng theo nhiệt độ trung bình độ nhớt nước 200C, Ns/m2 n (20 C ) = 1,005.10-3 (Ns/m2) x (30 C ) = 7,985.10-4(Ns/m2) xtb , ytb : khối lượng riêng trung bình pha lỏng pha khí (kg/m3) x xtb = 996,14 (kg/m3) y ytb = 3,602 (kg/m3) Thiết bị tháp hấp thụ loại đệm A = 0,022 Thế vào phương trình: 0,16 1/ 1/ dp 165.3,602 7,985.10 260974,12 3,602 0,022 1,75 lg => 3 9,81.0,76 996,14 1,005.10 13115,04 996,14 lg( dp 0,1335) = -1,808 Đồ án q trình thiết bị cơng nghiệ hoá học 12 Thiết kế tháp đệm hấp thụ khí SO2 với dung mơi H2O Vũ Thế Hưng CNMT-K47 Ph Pd Pm Pc (như bơm li tâm) => Ph h2 L 1 dh * Đường kính ống hút dh V 0,785. h [I-369] V: Lưu lượng thể tích đầu vào khí thải, m3/s V G y M y y 3600 439,3 29,8544 1,011(m / s ) 3600 3,602 khí ống dẫn P = 0,5 ữ at ự = 20 ữ 40m/s Chọn vận tốc hút ựh = 25m/s [I-370] dh 1,011 0,227(m) => Quy chuẩn dh = 23 cm 0,785 25 Chuẩn số Reynol Re h d h 25 0,23 3,602 1170141,24 4000 177.10 => dòng chế độ chảy xốy nên hệ số ma sát tính theo công thức: 6,81 0,9 lg 3,7 Re [I-380] Trong đó: : độ nhám tuyệt đối.Chọn vật liệu làm ống thép nối không hàn => 0,07.10 : độ nhám tương đối, xác định theo công thức 0,07.10 3,04.10 dh 0,23 0,9 6,81 3,04.10 lg => 3,7 1170141,24 => 0,0157 * Hệ số trở lực cục ống hút: h 1 Trong đó: 1 : hệ số trở lực ống thẳng, đoạn ống thẳng có đàu lồi phía trước có 1 0,5 : hệ số trở lực van Đồ án q trình thiết bị cơng nghiệ hố học 30 Thiết kế tháp đệm hấp thụ khí SO2 với dung môi H2O Vũ Thế Hưng CNMT-K47 Chọn van chiều.Theo II.16 [I-397] ta có d h =0,41 m => 1 2,1 2,5 chọn 1 2,5 =>trở lực cục ống hút 1 0,5 2,5 3 Ph 3,602 25 1 0,0157 4886,7( N / m ) 0,23 P 4886,7 h => hmh g 3,602 9,81 138,294(m) => PA P1 Ph 9,81.10 4886,7 93213,3( N / m ) * Xác định áp suất sau nén: Áp dụng công thức PB P2 g.Ld Trong đó: P2: áp suất cuối đường ống đẩy P2 Ph Pd P Với: Pd d2 L 1 d dd * Đường kính ống đẩy Theo II.2 [I-370] khí ống đẩy máy nén d 15 25m / s Chọn vận tốc đẩy d 20(m / s) 1,011 0,254(m) => Quy chuẩn dd = 26 cm 0,785 20 => d d Chuẩn số Reynol đường ống đẩy: d 20 0,26 3,602 Re d d d 1058214,69 4000 177.10 => dòng chế độ chảy xốy nên hệ số ma sát tính theo công thức: 6,81 0,9 lg 3,7 Re [I-380] Trong đó: : độ nhám tuyệt đối.Chọn vật liệu làm ống thép nối không hàn => 0,07.10 : độ nhám tương đối, xác định theo công thức 0,07.10 2,69.10 dd 0,26 Thay vào cơng thức: Đồ án q trình thiết bị cơng nghiệ hố học 31 Thiết kế tháp đệm hấp thụ khí SO2 với dung mơi H2O Vũ Thế Hưng CNMT-K47 0,9 6,81 2,69.10 lg => 3,7 1058214 ,69 => 0,0154 * Hệ số trở lực cục ống đẩy Áp dụng công thức: d 1 Trong đó: 1 : hệ số trở lực ống thẳng; 1 =0,5 : hệ số trở lực van, chọn van chiều.Theo bảng II.16 ta có dd = 0,46 m có = 2,1ữ 2,5 => chọn =2,5 : hệ số trở lực cục đoạn ống cong; =A.B.C Góc ố = 900 => A =1 R Chọn d =2 => B =0,15 d a = 0,5 => C =1,45 b => = 0,15ì1ì1,45 = 0,2175 =>Hệ số trở lực đường ống đẩy d 1 = 0,5+ 2,5+ 0,2175= 3,2175 Chọn chiều dài ống đẩy Hd =Ld =5 (m) Vậy trở lực ống đẩy: Pd d2 L 1 d dd 3,602 20 1 3,2175 0,0154 0,26 3251,64( N / m ) Tổn thất áp suất đường ống đẩy là: hmd Pd 3251,64 92,02( m) g 3,602 9,81 => áp suất cuối đường ống đẩy P2 Ph Pd P = 4886,7 + 3251,64 + 304306,2 = 312444,54 (N/m2) =>Vậy áp suất sau nén là: PB P2 g.Ld = 312444,54 + 3,602 ì 9,81ì5 = 312621,22 (N/m2) Đồ án q trình thiết bị cơng nghiệ hố học 32 Thiết kế tháp đệm hấp thụ khí SO2 với dung môi H2O Vũ Thế Hưng CNMT-K47 - Thay số liệu vào công thức tính cơng máy nén m 1, 2 m P2 m 1,2 312621,22 1, Ldb R.T1 278,485 298 1 112925 ,44( J / kg ) m P1 1.2 93213,3 II.2 Công suất máy nén * Công suất lý thuyết G.L N lt (kw) 1000 [I-466] Trong đó: G: cơng suất máy nén, kg/s G 439,3 29,8544 3,643(kg / s ) 3600 L: cơng nén kg khí Nlt: công suất lý thuyết ,kw => N lt 3,643 112925,44 411,39(kw) 1000 Công suất thực tế máy nén N tt N dn (kw) dn [I-466] Trong đó: Ndn: cơng suất đẳng nhiệt, kw Ndn= 411,39 kw dn : hiệu suất đẳng nhiệt thường 0,65ữ 0,75 Chọn dn = 0,7 N 411,39 dn => N tt 0,7 587,7(kw) dn Công suất trục máy nén N N hd tt ck Trong đó: Nhd: cơng suất hiệu dụng,kw ck : hiệu suất khí máy nén Đối với máy nén ly tâm ck =0,96ữ 0,98 Chọn ck = 0,97 N 587,7 tt => N hd 0,97 605,88(kw) ck II.3 Cơng suất động điện Đồ án q trình thiết bị cơng nghiệ hố học 33 Thiết kế tháp đệm hấp thụ khí SO2 với dung mơi H2O Vũ Thế Hưng CNMT-K47 N N dc hd [I-466] tr dc Trong đó: : Hệ số dự trữ công suất, thường lấy 1,1ữ1,15.Chọn =1,15 tr : Hiệu suất truyền động ( 0,96ữ 0,99 ) => tr = 0,98 dc : Hiệu suát động điện dc =0,95 N dc N hd 606,88 1,15 749,64(kw) tr dc 0,98 0,95 Như ta chọn động điện có cơng suất Ndc =750 (kw) PHẦN III.TÍNH TỐN CƠ KHÍ I CHIỀU DÀY THÂN THÁP Thiết bị làm việc áp suất khí quyển, dùng để hấp thụ khí S0 2, thân tháp hình trụ, chế tạo cách uốn vật liệu với kích thước định sẵn, hàn ghép mối, tháp đặt thẳng đứng Chọn thân tháp làm vật liệu X18H10T Chọn thép không gỉ, bền nhiệt chịu nhiệt Thông số giới hạn bền kéo giới hạn bền chảy thép loại X18H10T: ỏk = 550.106(N/m2) ỏc = 220.106 (N/m2) Độ giãn tương đối: ọ = 38% Độ nhớt va đập : ak = 2.106J/m2 Chiều dày thân tháp hình trụ, làm việc với áp suất bên xác định công thức: Dt.P S = ———— + C ( m ) [II- 360 ] 2.[ỏk].ử.P Trong đó: Dt.: đường kính tháp, m ử: hệ số bền thành thân trụ theo phương dọc, với thân hay có lỗ gia cố hồn tồn = ửh mối hàn dọc.Với hàn tay hồ quang điện,thép khơng gỉ ta có: = ửh = 0,95 [II-362] C : hệ số bổ xung ăn mòn, bào mòn dung sai chiều dày, m [ỏk]: ứng suất cho phép loại thép X18H10T P: áp suất thiết bị, N/m2 Đồ án q trình thiết bị cơng nghiệ hoá học 34 Thiết kế tháp đệm hấp thụ khí SO2 với dung mơi H2O Vũ Thế Hưng CNMT-K47 - P: áp suất thiết bị ứng với chênh lệch áp suất lớn bên bên tháp, N/m2 P= Pmt+ Ptt Trong đó: Pmt : áp suất làm việc, Pmt= 3,102x9,81.104 = 304306,2N/m2 Ptt : áp suất thuỷ tĩnh cột chất lỏng Ptt = ủx.g.H (N/m2) [II- 360 ] Với: ủx: khối lượng riêng nước, kg/m3 g: gia tốc trọng trường, g= 9,81 m/s2 H: chiều cao cột chất lỏng, H= 3,9 m => Ptt = ủx.g.H = 996,14x9,81x3,9 = 0,381.105 ( N/m2) => P = Pmt+ Ptt = 3,043.105+ 0,381.105= 3,424.105( 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] Vậy C = + + 0,5 = 1,5 (mm ) *Tính [ỏk]: Theo bảng XIII-4 ,ta chọn giá trị nhỏ nhất, tính theo cơng thức sau: ỏk.ị [ỏk] =——— [II-357] ịk ỏc.ị [ỏk] =——— ịc Theo giới hạn bền kéo ta có: ị: hệ số hiệu chỉnh, ị =1 ỏk= 550.106(N/m2) ịk: hệ số an toàn bền, ịk= 2,6 Đồ án trình thiết bị cơng nghiệ hố học [II- 356] 35 Thiết kế tháp đệm hấp thụ khí SO2 với dung môi H2O Vũ Thế Hưng CNMT-K47 - ỏk.ị 550.106x1 => [ỏk] =——— = ———— = 211,5.106 (N/m2) ịk 2,6 Theo giới hạn bền chảy: ỏc.ị [ỏk] =——— ịc Trong đó: ị: hệ số hiệu chỉnh, ị =1 ỏc = 220.106 (N/m2) ịc: hệ số an toàn theo giới hạn chảy, ịc= 1,5 [II-356] ỏc.ị 220.106ì1 => [ỏk] =——— = —————— = 146,7.106 ( N/m2) ịc 1,5 Ta lấy giá trị bé hai giá trị vừa tính được: [ỏk] = 146,7.106( N/m2) [ỏk] ửh 146,7.106 ——— = ————— = 256,7 >50 P 5,434.105 => bề dày thân tháp tính theo cơng thức sau: Do đó: Dt.P 2,2ì3,043.105 S = ————+ C = ———————— + 1,5.10-3 2.[ỏ k].ử 2ì146,7.106ì0,95 = 3,902.10-3(m ) Quy tròn lên S = mm Kiểm tra ứng suất thành theo áp suất thử: [Dt+ ( S -C )].P0 ỏc ỏ = ——————— ≤ —— , N/m2 Đồ án trình thiết bị cơng nghiệ hố học [II- 365] 36 Thiết kế tháp đệm hấp thụ khí SO2 với dung mơi H2O Vũ Thế Hưng CNMT-K47 - 2.( S - C ) 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 = 1,5ì3,043.105= 4,565.105 (N/m2) Ptt: áp suất thuỷ tĩnh, Ptt= 0,381.105 (N/m2) => P0 = 4,565.105+ 0,381.105 = 4,946.105(N/m2) Vậy: [Dt+ ( S -C )].P0 [ 2,2+ ( 4- 1,5 ).10-3] ì4,946.105 ỏ = ——————— = ————————————— 2.( S - C ) ì ( - 1,5 ).10-3ì 0,95 = 229,34.106 (N/m2) ỏc 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 [ 2,2+ ( 5- 1,5 ).10-3] ì4,946.105 ỏ = ——————— = ————————————— 2.( S - C ) ì ( - 1,5 ).10-3ì 0,95 = 163,88.106 (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 = 3,043.10 > 0,7.105 N/m2 người ta thường dùng nắp elip có gờ Chiều dày nắp xác định theo công thức sau: Dt.P Dt S= ——————ì —— + C ( m ) [II385] 3,8.[ỏk].k.ửh - P 2.hb Trong đó: P : áp suất thiết bị Đồ án trình thiết bị cơng nghiệ hố học 37 Thiết kế tháp đệm hấp thụ khí SO2 với dung mơi H2O Vũ Thế Hưng CNMT-K47 - hb : chiều cao phần lồi đáy nắp , hb= 0,4m [ỏk] : ứng suất cho phép thiết bị , [ỏk] = 146,7.106(N/m2) ửh : hệ số bền mối hàn hướng tâm, với mối hàn tay hồ quang điện, vật liệu thép cacbon không gỉ chọn ửh= 0,95 C: đại lượng bổ sung, C = 1,5 ( mm ) k : hệ số khơng thứ ngun, chọn k = Vì: [ỏk] 146,7.106 ——— k ửh= ————— 1.0,95 = 457,986 > 30 P 3,043.105 => Cơng thức tính bề dày đáy nắp tính theo cơng thức: Dt.P Dt S= ——————ì—— + C ( m ) 3,8.[ỏk].k ửh 2.hb 2,2ì3,043.105 2,2 = ——————————ì———— + C =0,0035 + C ( m ) 3,8ì146,7.106ì1ì 0,95 2ì0,4 S = 0,0035 + C ( m ) xét thấy S = 0,0035 + 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 ỏc ỏ = ———————— ≤ —— , N/m2 [II-386] 7,6.k ửh hb (S - C) 1,2 [2,22+ 2ì0,4ì (7- 3,5).10-3] ì 3,043.105 ỏ = ———————————————— = 145,792.106 (N/m2) 7,6ì0,95ì0,4ì (7-3,5) 10-3 ỏc —— = 183.106 (N/m2) 1,2 ỏ thoả mãn Vậy chọn S = mm III ĐƯỜNG KÍNH ỐNG DẪN Đồ án q trình thiết bị cơng nghiệ hố học 38 Thiết kế tháp đệm hấp thụ khí SO2 với dung mơi H2O Vũ Thế Hưng CNMT-K47 - *Đường kính ống dẫn khí Áp dụng cơng thức: d V 0,785. [I-369] Trong đó: V: lưu lượng thể tích khí ống, m/s Gy.My 439,3ì29,8544 V= ——— = ————————— = 1,011 (m3/s) ủy.3600 3,602ì3600 ự: tốc độ trung bình ống, m/s P = 3,102 at, ự = 15ữ25 m/s Ta chọn ự = 20m/s d: đường kính ống dẫn, m => Thay vào cơng thức tính đường kính ta có: d 1,011 0,254(m) 0,785 20 V 1,011 Qui tròn d = 0,26 (m) => ự = ——— = ———— = 19,05 (m/s) d2ì0,785 0,262ì0,785 *Đường kính ống dẫn chất lỏng d Trong đó: V: V V 0,785. lưu lượng thể tích nước ống, m 3/s Gx M nuoc 14480,06 18 0,073(m / s) nuoc 3600 3600 995,68 Theo bảng II.2 [I-370] chất lỏng ống đẩy bơm ựd = 1,5-2,5 m/s Chọn ựd = 2,0 m/s => d d 0,073 0,216(m) 0,785 2 Quy chuẩn dd = 22cm 0,073 => ựd = ————— = 1,92 (m/s) 0,222ì0,785 Đồ án trình thiết bị cơng nghiệ hố học 39 Thiết kế tháp đệm hấp thụ khí SO2 với dung mơi H2O Vũ Thế Hưng CNMT-K47 IV BÍCH NỐI Py (N/m2) Dt (mm) Kích thước nối Kiêủ Bulơng D Db DI D0 bích mm H db z(cái) 0,3043.10 2200 2360 2300 2260 2215 M27 56 Mặt bích phận quan trọng dùng để nối phần thiết bị nối phận khác với thiết bị Công nghệ chế tạo mặt bích phụ thuộc vào vật liệu chế tạo mặt bích, phương pháp nối áp suất môi trường Dùng bích để nối nắp đáy với thân.Chọn loại bích liền thép kiểu I Đây loại thép phù hợp với thiết bị hàn, đúc rèn… để nối thiết bị Các thơng số bích: [II - 423] Bích nối ống dẫn với thíết bị: ta dùng kiểu bích tự thép để nối ống dẫn với thiết bị Các thơng số bích (tra bảng XIII-28) [ II - 425] Py Dy Kiểu bích D0 h h1 D0 (N/m ) (mm) mm 0,3043.10 22 ữ 26 18 16 V CHÂN ĐỠ THIẾT BỊ Thơng thường ngưòi ta khơng đặt trực tiếp thiết bị lên bề mặt mà phải có tai treo hay chân đỡ để đỡ thiết bị Với thiết bị này, tốt ta nên chọn chân đỡ để tháp ổn định vận hành Muốn chọn chân đỡ thích hợp ta phải tính trọng tải tháp Tải trọng tháp: Ptháp = Pthân + Pđáy, nắp + Pchất lỏng + Pbích + Pđệm (N) * Khối lượng thân thiết bị Mth = V.ủ = S.H.ủ = (ẽ/4).(Dn2 – D2t) H.ủ Trong đó: Mth: khối lượng thân thiết bị, kg Dn, Dt: đường kính ngồi thiết bị, m H: chiều cao tháp, m ủ: khối lượng riêng thép, ủ = 7,9.103 kg/m3 => Mth = (ù/4).[ ( 2,2 + 2ì0,005)2 – 2,22 ]ì3,9ì7,9.103 = 1067,14 (kg) Đồ án trình thiết bị cơng nghiệ hố học 40 Thiết kế tháp đệm hấp thụ khí SO2 với dung mơi H2O Vũ Thế Hưng CNMT-K47 - * Khối lượng đáy nắp tháp Do đáy nắp làm giống nên => Mđáy, nắp = 2Mđáy Chiều dày nắp tháp S = mm Tra bảng XIII-11 [II- 384] ta có: S = mm Dt = 2200 mm => chiều cao gờ h = 25 mm ; Mđáy = 283 kg => Mđáy, nắp= 2ì283 = 566 (kg) * Khối lượng đệm Đệm vòng Rasig, độ lộn xộn, kích thước 30 x 30 x 3,5 Tra bảng thông số kỹ thuật IX.8 [II -193] ẹđệm = 570 kg/m Mđệm = Hđệm (ù/4).D2.ủđệm= 1,4ì.(ù/4)ì2,22ì570 = 3033,46 (Kg) *Khối lượng chất lỏng M l D H Trong đó: Khối lượng riêng chất lỏng 300C D: đường kính tháp,m H: chiều cao tháp bị nước choán hết,m Vậy: 3,14 2,2 M l 996,465 3,9 14772,77(kg ) * Khối lượng bích Áp dụng cơng thức: M b Db2 DI2 h. thep Trong đó: thep : khối lượng riêng thép làm bích, thep = 7,9.103(kg/m3) Db: đường kính bích, Db= 2300 mm = 2,3 m Dn: đường kính ngồi bích, Dn= 2360 mm= 2,36 m h: chiều dài bích, h=56 mm = 0,056m => M b 2,36 2,32 0,056 7,9.10 97,15(kg ) Có bích loại một: M b 4 97,15 388,6(kg ) Có bích nối ống dẫn: Đồ án q trình thiết bị cơng nghiệ hố học 41 Thiết kế tháp đệm hấp thụ khí SO2 với dung mơi H2O Vũ Thế Hưng CNMT-K47 M 4bich 4 0,26 0,22 0,016 7,9.10 7,62(kg ) Khối lượng bích là: Mb=338,6 + 7,62 = 396,22 (kg) * Trọng tải tháp là: Khối lượng toàn tháp Mtt= Mđệm + Mbích + Mchất lỏng + Mthân + Mnắp,đáy =1067,14 + 566 + 3033,46 + 14772,77 + 396,22 = 19835,59 ( kg ) Trọng tải tháp: P = Mtt x g = 19835,59 x 9,81 = 194587,14 (N ) Ta sử dụng chân đỡ trọng tải chân là: P / 4= 194587,14 /4 = 38917,43 (N ) Bảng thông số chân đỡ Tải trọng cho phép chân G.104N Bề mặt đỡ F.104 , m2 514 Tải L B B1 trọng cho mm phép bề mặt đỡ q.106, N/m2 0.78 260 200 22 [II- 437] B2 H H 330 400 22 S L d 16 100 27 Những điều cần ý chế tạo: Đảm bảo đường hàn ngắn tốt Chỉ hàn giáp má Bố trí đường hàn dọc Bố trí mối hàn vị trí dễ quan sát Không khoan lỗ qua mối hàn Đồ án trình thiết bị cơng nghiệ hố học 42 Thiết kế tháp đệm hấp thụ khí SO2 với dung mơi H2O Vũ Thế Hưng CNMT-K47 - PHẦN KẾT LUẬN Trên toàn phần thiết kế hệ thống tháp đệm hấp thụ cấu tử SO với dung môi nước, trình tính tốn dài có nhiều cơng thức phức tạp phải làm tròn số tra số liệu từ tài liệu tham khảo nên thiết kế khơng thể tránh khỏi sai sót tính tốn Tuy nhiên thiết kế giúp đỡ nhiều cho sinh viên thực hệ thống lại tồn lý thuyết học từ mơn Q trình sản xuất I,II,III, mơn sở ngành hố chất nói chung ngành mơi trường nói riêng Đồng thời qua thiết kế giúp có nhìn hồn chỉnh sơ đồ hệ thống xử lý khí thải phương pháp hố học, tạo sở tư cho sinh viên cần phải vận dụng lý thuyết học thực tế Đồ án q trình thiết bị cơng nghiệ hố học 43 Thiết kế tháp đệm hấp thụ khí SO2 với dung môi H2O Vũ Thế Hưng CNMT-K47 - TÀI LIỆU THAM KHẢO Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hoá chất tập 1– TS Trần Xoa; Pgs,TS Nguyễn Trọng Khuông; TS Phạm Xuân Toản Nhà xuất khoa học kĩ thuật Hà Nội Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hố chất tập 2– TS Trần Xoa; Pgs.TS Nguyễn Trọng Khuông; TS Phạm Xuân Toản Nhà xuất khoa học kĩ thuật Hà Nội Cơ sở q trình thiết bị cơng nghệ hố chất tập 1,2,3 – Gs.TSKH Nguyễn Bin Nhà xuất khoa học kĩ thuật Hà Nội Đồ án trình thiết bị cơng nghiệ hố học 44 ... thống hấp thụ áp dụng công nghệ II.2 Các số liệu ban đầu Dung môi hấp thụ nước Cấu tử cần hấp thụ khí SO2 Thiết bị hấp thụ tháp đệm Lưu lượng khí thải vào tháp Nồng độ khí thải vào tháp. .. Hiệu suất hấp thụ Nồng độ cuối dung môi Áp suất làm việc tháp Nhiệt độ làm việc tháp III Phương pháp hấp thụ xử lý SO2 III.1 Sơ đồ hệ thống Bể chứa dung môi Bơm chất lỏng Tháp hấp thụ Máy... chiều cao lớp đệm Hđ = 1,4 (m) *Chiều cao tháp đệm Áp dụng công thức: H = Hđ + Hđệm – nắp + Hđệm - đệm + Hđệm - đáy Hđệm – nắp =1m Hđệm - đệm = 0,5 m tách lớp đệm làm đôi Hđệm - đáy =1m