Tính toán tải lượng của lò đốt rác thải sinh hoạt với công suất 250kg/h. Các khí phátsinh từ quá trình đốt và biện pháp xử lý khí thải tránh gây ô nhiễm môi trường

MỞ ĐẦU Hiện nay,tại Việt Nam toàn giới cơng nghiệp hóa đại hóa ngày phát triển để nâng cao chất lượng sống người dân Xã hội phát triển kèm với nguồn vật chất phục vụ đời sống người ngày cải tiến Vì vậy,có nhiều loại vật dụng,cơng cụ,phương tiện,… khác người sử dụng đáp ứng nhu cầu cá nhân Chúng ta không nhắc đến việc thải bỏ vật chất vấn đề nghiêm trọng môi trường Các loại chất thải phổ biến chất thải rắn phát sinh nhiều nơi khác với nguồn gốc đa dạng phong phú bao gồm:chất thải sinh hoạt,chất thải y tế,chất thải công nghiệp,chất thải nông nghiệp,chất thải xây dựng,…Trong chất thải sinh hoạt vấn đề nan giải toàn giới Dân số giới ngày tăng,lượng rác thải tỷ lệ thuận với số lượng người sinh sống Ảnh hưởng rác thải tác động không nhỏ đến sức khỏe người cảnh quan môi trường Chính tính chất có hại rác thải đặc biệt chất thải rắn nên với phát triển khoa học công nghệ quan tâm toàn giới,bằng nhiều cách khác rác thải giảm thiểu cách đáng kể,thậm chí,chúng cịn quay trở lại phục vụ đời sống người Tuy nhiên,đa phần rác thải chưa xử lý triệt để lượng rác mà người thải lớn phát tán vào môi trường gây ô nhiễm môi trường Cho đến có nhiều biện pháp xử lý chất thải khác nhiên công nghệ chôn lấp cịn phổ biến nhiều quốc gia phương pháp có nhiều ưu điểm,tiện lợi đặc biệt tốn chi phí Nhưng ngược lại biện pháp làm cho diện tích đất bị thu hẹp,nguy ô nhiễm môi trường mầm bệnh cao Vì việc áp dụng phương pháp,thiết bị xử lý rác thải vô cần thiết, Trong cơng nghệ xử lý chất thải rắn hữu hiệu, Phương pháp xử lý triệt để xử lý đa dạng loại chất thải đặc biệt chất thải rắn sinh hoạt Tính tốn tải lượng lị đốt rác thải sinh hoạt với cơng suất 250kg/h Các khí phát sinh từ trình đốt biện pháp xử lý khí thải tránh gây nhiễm mơi trường 1.1 Khái niệm chất thải rắn sinh hoạt Chất thải rắn sinh hoạt chất thải phát sinh hoạt động sinh hoạt,quá trình sống người động vật Chất thải rắn sinh hoạt bao gồm loại rác phát sinh từ gia đình,khu cơng cộng,khu thương mại,khu xây dựng,bệnh viện,…Chính rác thải sinh hoạt đa dạng,phong phú chiếm tỷ lệ cao số loại chất thải khác Các loại rác sinh hoạt thường có thành phần hữu cao dễ phân hủy không nguy hại với môi trường xử lý hợp lý 1.2 Thành phần chất thải rắn sinh hoạt Xác định thành phần chất thải rắn có ảnh hưởng lớn đến lựa chọn phương pháp xử lý, thu hồi tái chế, hệ thống, phương pháp quy trình thu gom Khi phân tích thành phần chất thải, mẫu lấy từ tuyến xe thu gom rác hàng ngày, để có độ xác cao mẫu lấy khoảng 90kg Bảng 1.1: Thành phần chất thải rắn thể cụ thể qua bảng sau Rác thải hữu cơ: Rác thải vô Giấy Thuỷ tinh Giấy catton, bìa cứng Vỏ hộp Nhựa Nhơm Hàng dệt Các kim loại khác Cao su Tro, chất bẩn Da Đất cát, gạch ngói vỡ Gỗ Thực phẩm Cành cây, cỏ, 1.3 Tác động rác thải đến môi trường người -Các vật dụng khó phân huỷ khơng dùng mà thải bừa bãi xung quanh mơi trường ngày chứa nhiều loại vật gây chật chội, vệ sinh mỹ quan, tạo hội cho lồi nấm vi khuẩn, trùng độc hại phát triển gây độc hại cho người -Tác động rác thải đến sức khỏe cộng đồng:rác thải gây mầm bệnh phát sinh,ảnh hưởng đến hệ hơ hấp,da Ngồi ra,nước rỉ rác ngấm xuống mạch nước ngầm gây ô nhiễm nguồn nước ngầm ảnh hưởng đến sức khỏe người dân sử dụng -Rác thải không thu gom, tồn đọng khơng khí, lâu ngày ảnh hưởng đến sức khoẻ người sống xung quanh Những người tiếp xúc thường xuyên với rác người làm công việc thu nhặt phế liệu từ bãi rác dễ mắc bệnh viêm phổi, sốt rét, bệnh mắt, tai, mũi họng, da, phụ khoa Hàng năm, theo tổ chức Y tế giới, giới có triệu người chết có gần 40 triệu trẻ em mắc bệnh có liên quan tới rác thải -Ảnh hưởng đến môi trường đất: Trong thành phần rác thải có chứa nhiều chất độc, rác thải đưa vào môi trường không xử lý khoa học chất độc xâm nhập vào đất tiêu diệt nhiều lồi sinh vật có ích cho đất như: giun, vi sinh vật, nhiều loài động vật không xương sống, ếch nhái,…làm cho môi trường đất bị giảm tính đa dạng sinh học phát sinh nhiều sâu bọ phá hoại trồng -Ảnh hưởng đến cảnh quan: Rác thải sinh hoạt vứt bừa bãi, chất động lộn xộn, không thu gom, vận chuyển đến nơi xử lý,…để lại hình ảnh làm ảnh hưởng đến vẻ mỹ quan -Ngồi có chất thải công nghiệp với độ nguy hại cao ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường người 1.4 Mục đích xử lý rác thải lị đốt Phần lớn rác thải có ảnh hưởng tiêu cực đến đời sống sức khỏe người cần có biện pháp xử lý rác thải hợp lý để xử lý triệt để an tồn Có nhiều biện pháp xử lý rác thải khác như:phương pháp chôn lấp,phương pháp ủ sinh học,phương pháp tái chế chất thải rắn,…Tuy nhiên xử lý chất thải rắn phương pháp thiêu đốt phương pháp phổ biến giới để xử lý chất thải rắn nói chung,đặc biệt chất thải nguy hại khó phân hủy sinh học Xử lý khói thải sinh từ q trình thiêu đốt vấn đề cần đặc biệt quan tâm Phụ thuộc vào thành phần khí thải,các phương pháp xử lý phù hợp áp dụng phương pháp hóa học,phương pháp hóa lý,phương pháp học…Xử lý phương pháp thiêu đốt có nhiều lợi ích khác nhau: -Tái sử dụng tái sinh chất thải -Không làm phát tán chất gây nguy hại vào môi trường -Chuyển chất độc hại thành chất độc hại vơ hại -Giảm thể tích chất thải trước chôn lấp -Khả tận dụng nhiệt cho lị cơng nghiệp phát điện -Chất thải chuyển thành chất trung gian có giá trị sử dụng để biến thành vật liệu tái chế thu hồi lượng -Tuổi thọ cao 1.5 Công nghệ thiêu đốt chất thải rắn sinh hoạt Thiêu đốt trình xử lý chất thải nhiệt độ cao Thiêu đốt nhiệt độ cao chất thải xử lý triệt để,đảm bảo loại trừ độc tính,có thể giảm thiểu thể tích rác từ 9095% tiêu diệt hoàn toàn vi khuẩn gây bệnh Phương pháp đáp ứng tất tiêu chí tiêu hủy an toàn ngoại trừ việc phát thải khí thải cần xử lý nên coi phương pháp xử lý triệt để so với phương pháp xử lý loại chất thải rắn khác Do chất thải oxy hóa nhiệt độ cao với có mặt oxy khơng khí nên thành phần rác độc hại chuyển hóa thành khí thải thành phần khơng cháy tạo thành tro,xỉ Quá trình đốt thực hoàn toàn,phá hủy hoàn toàn chất thải độc hại khó phân hủy cách phá vỡ liên kết hóa học,giảm thiểu hay loại bỏ độc tính Việc quản lý kim loại,tro sản phẩm trình đốt khâu quan trọng Tro dạng vật liệu rắn,trơ gồm C,muối,kim loại Trong trình đốt tro tập trung buồng đốt(tro đáy),lớp tro xem chất thải nguy hại Các hạt tro kích thước nhỏ bị lên cao(tro bay) Tàn tro cần chơn lấp an tồn thành phần gây hại trực tiếp gây hại Lượng kim loại nặng xác định qua việc kiểm tra khói thải tro dư lị đốt Thành phần khí thải chủ yếu CO 2,hơi nước,hydrogen cloride khí khác Các khí tiềm ẩn khả gây hại cho người mơi trường Vì cần có hệ thống xử lý khói thải lị đốt Quy trình vận hành lị đốt chất thải rắn sau: *Các kiểu lị Có kiểu lị: -Lị quay(chuyển động quay):có cấu tạo hình trụ,nằm ngang Chuyển động quay quanh trục lò làm chất thải đảo trộn đều,nâng cao hiệu cháy Lò chế tạo với cơng suất lớn,chi phí đầu tư vận hành cao -Lị tĩnh(khơng chuyển động):có cấu tạo đơn giản,hiệu cao Cơng suất thiết kế lị tĩnh thường nhỏ trung bình Có loại lò:lò đốt thiết kế đơn giản,lò đốt khoang,lò đốt khoang Ngồi cịn có loại lị đốt tầng sơi,lị đốt nhiều tầng,lị đốt hở,… *Cấu tạo lị đốt chất thải bản: -Buồng đốt sơ cấp: Buồng đốt dầu DO, chất thải sấy khô đốt cháy mơi trường thiếu khí nhiệt độ 650 ¸ 800 0C nhiệt độ này, chất hữu bị khí hố khí sinh bị dồn lên buồng thứ cấp -Buồng đốt thứ cấp: Sử dụng dầu DO để đốt chất khí từ buồng sơ cấp Để phân huỷ hợp chất hữu khí thải, giảm thiểu phát sinh dioxin/furan, buồng thứ cấp trì nhiệt độ 1050¸ 12000C, thời gian lưu khí , giây Ngồi cịn có tháp hấp thụ,quạt hút,ống khói thải,thiết bị trao đổi nhiệt… Bảng 1:Một số loại lò thiêu đốt rác giới Tên lò Nước sản xuất Thời gian làm Cơng suất ngày (h) tấn/ngày Loại lị Lị cơng suất lớn Delmonego 500 Italia 24 12 Lị quay DB 500 Italia 24 12 Lò tĩnh SB 325 Pháp 24 7,8 Lò tĩnh SA V 700 Nhật 24 15 Lò tĩnh BMW 600 Malaixia Lò tĩnh Lò công suất nhỏ GG 14 BS 31 Thụy sỹ 10 2,2 Lò tĩnh SH 220 Pháp 14 2,6 Lò tĩnh HOS 8000 Nhật 24 0,13 Lò tĩnh a- Lò đốt thùng quay Lò đốt thùng quay phù hợp với nhiều quy mơ (nhỏ,vừa lớn).Đây kiểu lị đốt có nhiều ưu điểm bật Ngoài hiệu xử lý cao,lò đốt thùng quay cho phép hoạt động liên tục có khả cấp liệu tháo tro liên tục;phạm vi xử lý(chủng loại chất thải đưa vào lị đốt)rất rộng:lị đốt tất chất rắn hữu khó đốt loại lị đốt khác bùn thải,chất thải dạng bột,chất thải có độ ẩm cao Do đặc điểm chất thải vận chuyển liên tục ống lồng nên xáo trộn từ đầu ống đến cuối ống;trong trình di chuyển xáo trộn đồng thời xảy q trình:sấy,khí hóa thành than cuối đốt cháy hồn tồn thành tro Chính độ ẩm rác cũngcho phép cao loại lị khác Tuy nhiên việc gia cơng lị khó,tổn thất nhiệt đáng kể lị thải,cách vận hành phương thức kết xỉ q trình chất thải vô hay thùng kim loại làm tăng điều kiện trì bảo quản thùng quay Hệ thống bao gồm phận:cấp liệu,lò quay sơ cấp(lò quay),lò quay thứ cấp(lò tĩnh) phận tháo tro -Buồng đốt sơ cấp: Là trống quay hình trụ chịu nhiệt,quay với tốc độ điều chỉnh được(0,5-1 vịng/phút) có nhiệm vụ đảo trộn chất thải rắn trình cháy Lò đốt đặt dốc với độ nghiêng 1-5%,nhằm tăng thời gian cháy chất thải vận chuyển tự động rác từ vào thành tro khỏi buồng đốt Các q trình sấy,hóa hơi(nhiệt phân),đốt cháy carbon tháo tro diễn trống quay theo trình tự từ nạp rác vào buồng đốt đến thành tro Sản phẩm khí từ buồng sơ cấp tiếp tục đốt buồng thứ cấp có bổ sung nhiệt lượng để đốt cháy hồn tồn chất hữu khí thải Các q trình sấy,nhiệt phân đốt cháy cặn carbon xảy độc lập đoạn chiều dài trống quay nhờ có xáo trộn tốt nên tốc độ khí hóa lị đốt thùng quay cao lị đốt tĩnh 2-3 lần Thời gian lưu 0,5-1,5 giờ,lượng chất thải nạp vào chiếm 20% thể tích lị Trong q trình đốt nhiệt độ lò khống chế 800-900oC -Buồng đốt thứ cấp: Là buồng đốt tĩnh,nhằm để đốt sản phẩm bay khí hóa q trình nhiệt phân từ buồng sơ cấp Nhiệt độ thường từ 950-1100 oC Thời gian lưu khí thải qua buồng thứ cấp từ 1,5-2 giây Hàm lượng oxy dư tối thiểu cho trình cháy 6% Buồng đốt thứ cấp thường gắn liề với hệ thống tái sử dụng nồi Nồi sản xuất cao áp chạy máy phát điện sản xuất nước nóng Tuy nhiên khói thải cịn có thành phần vơ nguy hại khí axit SOx,NOx,HCl,HF,…hình thành chất chất thải nhiệt độ cao tạo (NO2),ngồi cịn có bụi kim loại nặng bay Việc khống chế lượng oxy dư xác định thời điểm cấp oxy làm giảm NO2,nhưng khí axit khác kim loại nặng khơng thể khắc phục vào công nghệ đốt mà chúng hồn tồn phụ thuộc vào chất chất thải Ví dự chất thải có nhiều thành phần cao su(như găng tay y tế) phát sinh nhiều SO2 Các thành phần chứa kim loại nặng thường bị nghiêm cấm đưa vào lò đốt thùng quay pin,acquy,… nhằm hạn chế phát sinh kim loại nặng khí thải b-Lị đốt thiết kế đơn giản Giảm đáng kể trọng lượng thể tích chất thải,chi phí đầu tư vận hành thấp,không tiêu hủy nhiều hóa chất,dược chất,thải khói đen,bụi tro khí độc ngồi mơi trường c-Lị đốt buồng Hiệu khử khuẩn cao,giảm đáng kể trọng lượng thể tích chất thải,cặn tro chơn lấp,chi phí vận hành thấp,khơng cần nhân viên có trình độ cao Tuy nhiên cơng nghệ thải khí nhiễm thứ cấp,khơng xử lý chất thải hóa học dược học d-Lò đốt nhiều buồng đốt Chất thải đốt triệt để, khí thải mơi trường đạt tiêu chuẩn quy định Chất thải đốt nhiều buồng đốt: sơ cấp thứ cấp Tùy theo điều kiện sử dụng khả địa phương mà lựa chọn quy mơ thích hợp Lị đốt chất thải nhiều cấp gọi lò đốt nhiệt phân Chất thải đưa vào buồng đốt sơ cấp đốt nhiệt độ 350 – 600 oC Lượng khơng khí cấp vào từ 70 – 80% lượng khơng khí lý thuyết Khí thải sinh từ phản ứng cháy nước dẫn đến buồng thứ cấp đốt tiếp nhiệt độ 1100 – 1300 oC Lượng khơng khí cấp vào từ 110 – 120% lượng khơng khí lý thuyết Khí thải dẫn qua thiết bị xử lý khí thải trước thải vào mơi trường Trong buồng đốt sơ cấp lượng khơng khí V, cấp 70 – 80% lượng khơng khí cần thiết Vo (theo tính tốn lý thuyết) Nhiệt độ lị đốt kiểm soát từ 350 – 600 oC, giai đoạn cuối nâng nhiệt độ cao để đốt cháy hồn tồn chất hữu cịn lại tro Khí thải sinh từ phản ứng cháy gồm có hỗn hợp khí cháy (khí gas) nước dẫn lên buồng thứ cấp khí gas đốt tiếp buồng thứ cấp Ở buồng thứ cấp lượng khơng khí cung cấp dư để cháy hoàn toàn (thường vượt 110 – 130%) lượng khơng khí cần thiết Khí thải tiếp tục làm (khử bụi, trung hịa thành phần khí thải có tính axít…) thiết bị xử lý trước thải môi trường.Nhiệt độ làm việc buồng thứ cấp thường lớn 1.000oC Lò đốt tầng sơi: Lị đốt tầng sơi loại lị đốt tĩnh lát lớp gạch chịu lửa bên để làm việc với nhiệt độ cao, có đặc điểm chứa lớp cát dày khoảng 40cm – 50cm Lớp cát có tác dụng: nhận giữ nhiệt cho lò đốt, bổ sung nhiệt cho chất thải ướt Được gió thổi tung lên, xé tơi xáo trộn chất thải rắn giúp trình cháy xảy dễ dàng Chất thải lỏng bơm vào lò dính bám lên mặt hạt cát nóng bị xáo động nên bị đốt cháy, nước bị bay hết 54,238X+ 0,000148 2.1.3 Xác định số mâm lý thuyết Số mâm tháp xác định dựa vào đồ thị hai đường cân bằng, đường làm việc hai điểm Xđ, Xc Xác định Xc: Áp dụng phương trình bảo tồn vật chất (trang 51, nhiễm khơng khí xử lý khí thải tập 3):  Lđ X đ  Gđ Yđ  Lc X c  Gc Yc Do Lđ ~ Lc ~ Ltr nên ta có : = = = 4,38.10-5 X Y Ycb 0,000148 0,00001 0,00069 0,00048 0,00002 0,00123 0,00096 0,0000438 0,00252 0,0021 Hình 2.1.3 :Phương trình đường cân đường làm việc tháp hấp thụ 0 Đường làm việc Đường cân 0 0 0 0 0 0 0 Dựa vào phương trình đường làm việc đường cân ta tính số đĩa lí thuyết Nt=9 số đĩa thực tế : Na = = số đĩa thực tế Na=10 2.1.4 Đường kính tháp Cơng thức xác định đường kính tháp theo sổ tay trình thiết bị tập trang 181: 4Vtb ( m)  3600.tb D Trong đó: Vtb :Lượng khí trung bình tháp (m3/h) ωtb: tốc độ khí trung bình tháp  Lượng khí trung bình tháp (sổ tay q trình thiết bị tập 2, trang 183: Vtb  Vđ  Vc Trong Vđ, Vc lưu lượng hỗn hợp khí vào khỏi tháp (m3/h) Theo thông số thiết kế, Vđ= 3578,4(m3/h) Vc tính theo cơng thức trang 183 sổ tay q trình thiết bị tập 2: Vc  Vtr (1  Yc ) Trong đó, Vtr thể tích khí trơ (m3/h) Lượng khí trơ vào tháp tính mục 2.1.2 theo Gtr = 102,91 (kmol/h) Vì để xác định thể tích khí trơ ta cần đổi đơn vị Gtr từ kmol/h sang m3/h: = 3569,54 (m3/h) Suy thể tích khí khỏi tháp: Vc = Vtr(1 + Yc) =3569,54.(1 + 0,000148) = 3570,07 (m3/h) Suy lượng khí trung bình tháp: = 3574,24(m3/h) + Chọn đường kính lỗ theo Trần Xoa ( 2006a ) chất lỏng hấp thụ đường kính lỗ dtd = – 6mm , chất lỏng bẩn dtd = – 11m Chọn dtd = 10mm Tốc độ khí tháp tính theo tốc độ giới hạn (khoảng cách đĩa 600 mm, đường kính lỗ 10 mm)  gh  0,05 x y ρx, ρy : khối lượng riêng pha lỏng pha khí (kg/m3) • Khối lượng riêng pha lỏng: Tra bảng I.2 trang 9, sổ tay trình thiết bị tập ta có khối lượng riêng dung dịch NaOH 10% 30 1104,5 (kg/m3) • Khối lượng riêng pha khí (theo sổ tay trình thiết bị tập trang 183): (kg/m3) Theo giả thiết ban đầu, coi thành phần khí thải gồm SO2 khơng khí nên cấu tử SO2, cấu tử không khí Để tính khối lượng riêng pha khí ta phải xác định nồng độ phần mol SO2 theo giá trị trung bình: Giá trị yđ1, yc1 xác định sau:  Ytb = = 1,331x10-3 Khối lượng riêng trung bình pha khí: = 0,837 (kg/m3) =0,05 = 1,816 (m/s)  Tốc độ khí trung bình là: ωtb = 0,9ωgh = 0,9x1,816 = 1,6344 (m/s) Vậy đường kính tháp đĩa lưới là: D = = 0,889(m) (m) 2.1.5 Chiều cao tháp Theo sổ tay trình thiết bị tập trang 169, chiều cao tháp đĩa tính theo cơng thức: H  N tđ( H   )  (0,8 �1)  m  Nt: số đĩa thực tế Hđ: khoảng cách đĩa (m) δ: chiều dày đĩa (m) (0,8 ÷ 1): khoảng cách cho phép đỉnh đáy thiết bị, chọn 0,8 Theo kết mục 2.1.3 ta có, số đĩa thực tế 10, khoảng cách đĩa 0,6 (m) theo bảng IX.4a trang 170 Chiều dày đĩa chọn 0,1 ÷ 0,3 lần đường kính lỗ, chọn δ = 0,3d δ = 0,3x10 = 3(mm) Vậy chiều cao tháp là: H = 10x(0,6 + 3.10-3) + 0,8 = m 2.1.7 Trở lực tháp Trở lực tháp đĩa lưới khơng có ống chảy chuyền (trang 192, sổ tay thiết bị tập 2) P  N tt Pđ ( N / m ) Trong đó: Ntt số đĩa thực tế tháp Pđ : tổng trở lực đĩa (N/m2) Pđ  Pk  Ps  Pt Pk : trở lực đĩa khô, Ps : trở lực đĩa sức căng bề mặt, Pt : trở lực thủy tĩnh chất lỏng đĩa tạo - Trở lực đĩa khô:  y 02 Pk   ( N / m2 ) 02 : tốc độ khí qua lỗ (m/s) •  : hệ số trở lực ( đĩa lỗ ξ = 2,1, đĩa lưới ξ = 1,4 ÷ 1,5, đĩa lưới ống làm đoạn lưới ống đĩa ξ = 0,9 ÷ 1) Chọn ξ = 1,4 y : khối lượng riêng trung bình pha khí (kg/m 3), theo kết tính tốn mục 2.1.4 ta có y = 0,837 (kg/m3) = 1,4= 1,565 ( N/m2 ) - Trở lực sức căng bề mặt: Đường kính lỗ chọn 10 mm nên trở lực sức căng bề mặt tính theo cơng thưc IX.142 trang 194, sổ tay trình tập Ps  4 ( N / m2 ) 1,3d lô  0, 08d lô 3  : sức căng bề mặt (N/m2), sức căng bề mặt NaOH 10% 30oC 76,7.10 (N/m2) = = 23,585 (N/m2) - Trở lực thủy tĩnh (công thức IX.146 trang 195, sổ tay thiết bị tập 2): Pt  b ghb ( N / m ) Trong hb : chiều cao lớp bọt đĩa 4dtđ = 4.10.10-3 ( = 0,077 m b : khối lượng riêng bọt đĩa: �G b  0, 43 � x �G �y 0.325 � � � � 0,18 � � g� y � � x � 0,036 � � g� x � g x � � �y� (kg / m3 ) Gx = Lđ =5581,608 (kmol/h), Gy =103,166 ( kmol/h) y = 0,837 (kg/m3), =1104,5 (kg/m3)  X  1, 45.103 ( N s / m ) (tra bảng I.101 trang 91, sổ tay trình thiết bị tập 1) 273  C �T � Y  0 � � ( N s / m ) T  C �273 � - C: số, CSO  306 (bảng I.113, trang 115 sổ tay trình tập 1) - 0 : độ nhớt động lực khí 0oC, 0 = 116.10-7 ( N s / m )  = 1,78.10-5 ( N s / m ) Khối lượng riêng bọt đĩa: = 0,43.( 1104,5 = 558,53 Kg/m3 Trở lực thủy tĩnh: Pt = 558,53 9,81 0,077 = 421,9 Vậy tổng trở lực tháp: = Ntt ( ) = 10 (1,565 + 23,585 + 421,9 ) = 4470,5 ( N/m2) 2.1.8 Tính tốn khí thiết bị phụ trợ 2.1.8.1 Chiều dày thân Sau tính tốn kích thước tháp ta cần xác định chiều dày thên hình trụ tháp để chịu áp suất làm việc p Số liệu chiều dày thân tính theo cơng thức XIII.8, trang 360, sổ tay trình thiết bị tập 2: S Dt p  C ( m) 2  k    p Trong đó: - Dt : đường kính (m), đường kính tính mục 2.1.6 Dt = 1m -  : hệ số bền thành hình trụ Do lỗ bố trí theo kiểu hành lang có đường kính nên hệ số bền tính theo chiều dọc là: (trang 361, sổ tay trình thiết bị tập 2) Với t: khoảng cách từ tâm lỗ tới tâm lỗ kia, d: đường kính lỗ = 0.5 -  : Ứng suất trục dọc, tính theo cơng thức XIII.2 trang 355 sổ tay trình thiết bị tập (giá trị  c , tra sổ tay trình thiết bị tập bảng XII,trang 311) - - =  - =  k : hệ số an toàn bền, k = 3,5 c : hệ số an toàn theo giới hạn chảy, c = k   - - k   c 900.106  �  450.106 ( N / m ) nc k 10500.106  �  300.106 ( N / m ) nk 3,5 Ta lấy giới hạn nhỏ hai ứng suất làm ứng suất chuẩn   300.106 ( N / m2 ) - C: hệ số bổ sung ăn mòn, bào mòn dung sai chiều dày (m) C  C1  C2  C3 ( m) C1 : vật liệu tháp làm thép không gỉ X18H10T vật liệu bền hoàn toàn nên chấp nhận C1  1mm với tốc độ ăn mòn 0,05 �0,1 (mm/năm), thời gian làm việc từ 15 �20 (năm) trang 364, sổ tay trình thiết bị tập 2) Thiết bị hóa chất bỏ qua C2 Dung sai theo chiều dày C3 thép X18H10T với chiều dày thép mm, C3  0,  mm  Vậy tổng hệ số bổ sung ăn mòn C  1,  mm  (trang 364, sổ tay trình thiết bị tập 2) - p: áp suất thiết bị (N/m2) Do mơi trường khí – lỏng nên áp suất làm việc tổng áp suất khí (pmt) áp suất thủy tính cột chất lỏng (pl) Áp suất khí theo giả thiết tính tốn pmt  atm  1, 013.10 ( N / m ) Áp suất thủy tĩnh cột chất lỏng: pl  g  l H l ( N / m ) với g – gia tốc trọng trường, l khối lượng riêng NaOH 10%, Hl: chiều cao lớn cột chất lỏng (trang 360, sổ tay trình thiết bị tập 2) pl = 9,81.1104,5.6,83 =74004,04 (N / m2) Vậy áp suất thiết bị: p = pmt + pl = 1,013.105 + 74004,04= 175304,04 (N/m2) = = 855,66 > 50 Suy ta bỏ p mẫu số Chiều dày thân: S = + C = + 1,4.10-3 = 1,98.10-3 (m) = 1,98 (mm) Chọn S = mm 2.1.8.2 Đáy nắp thiết bị Đáy nắp tháp cần tính tốn cho phù hợp, nội dung tính tốn bao gồm chiều dày S, đường kính trong, chiều cao hđ (chiều cao phần lồi đáy), h Đường kính nắp lấy đường kính tháp: Dt = (m) Chiều cao hb = 0,25 (m) (tra theo bảng XIII.13 trang 388 sổ tay trình thiết bị tập 2) Chiều dày S xác định theo công thức XIII.47 trang 385 sổ tay trình thiết bị tập 2: s Dt p D � t  C (m) 3,8  k  k h  p 2hb hb : chiều cao phần lồi đáy, h =0,25 m b  h : hệ số bền mối hàn hướng tâm, k: hệ số không thứ nguyên k = = - = 0,99 bỏ qua đại lượng p mẫu Chiều dày nắp: S = + 1,4.10-3 = 2,02.10-3 (m) = 2,02 (mm) 2.1.8.3 Ống dẫn nhập tháo liệu * Đường kính ống dẫn khí vào thiết bị Vận tốc ống khoảng 10 – 30 m/s Chọn tốc độ khí vào 20 m/s d1 = ()0,5= = 0,252(m) Theo tiêu chuẩn TCVN 2981 – 79, ta chọn ống có đường kính 250 mm có bề dày mm  Đường kính ống dẫn thiết bị tháp Vận tốc ống khoảng 10 – 30 m/s Chọn tốc độ khí 20 m/s d2 =()0,5 = = 0,252(m) Theo tiêu chuẩn TCVN 2981 – 79, ta chọn ống có đường kính 250 mm có bề dày mm *Kích thước đường ỗng dẫn dung môi: Vận tốc dung môi ỗng dẫn vào tháp có giá trị từ 1,5 đến 2,5 m/s Chọn vx = m/s Theo kết tính tốn, Ltr = 5581,608 (kmol/h) =5581,608 .18= 227,41(m3/h) Đường kính ống dẫn dung dịch vào khỏi tháp (Công thức II.36 trang 369 sổ tay thiết bị tập 1) : Dv = Dr = = = 0,20(m) Theo tiêu chuẩn TCVN 2981 – 79, ta chọn ống có đường kính 200 mm có bề dày mm Kích thước chiều dài đoạn ống nối tra bảng XIII.32 trang 434 sổ tay trình thiết bị tập Bảng 4.2:Kích thước chiều dài đoạn ống nối Py.106(N/m2) 0,1 106 0,1 106 Dy(mm) 250 200 L (mm) 140 130 2.1.8.4 Tính tốn ống chảy chuyền  Đường kính ống chảy chuyền (công thức IX.217, trang 236 sổ tay trình thiết bị tập 2) dc  4Gx  m 3600 xc z Trong đó: Gx : lưu lượng lỏng trung bình tháp (kg/h)  x : khối lượng riêng dung môi (kg/m3) z : Số ống chảy chuyền, số lượng ống chảy chuyền số lượng đĩa 10  x : tốc độc chất lỏng ống chảy chuyền thường lấy  x  0,1 �0,  m / s  dc  4Gx  m 3600 xc z = = 0,189(m)=189(mm)  Khoảng cách từ đĩa đến chân ống chảy chuyền (công thức IX.218 sổ tay trình thiết bị tập 2, trang 236) Sl=0,25.dc = 0,25.0,189 = 0,04725(m)=47,25(mm) Vậy đường kính mâm Dmâm = Dt – 2dc -2Sl = 1000 – 2.189 – 2.47,25 =527,5(mm) Chọn chiều cao gờ chảy tràn htr=60mm mâm (Bảng 4A.7.7, Sách Absolution and tripping Asian)  Khoảng cách từ mép ống chảy truyền đến mâm h=htr -13 = 60 13 = 47 (mm) 2.1.8.5 Khối lượng tháp Khối lượng riêng thép:   196 kg / m Khối lượng thép làm thân: ml = Fxq.ρ = П.Dt.H.ρthép = П.1.6,83.196 = 4205,59(kg) Trong Fxq diện tích xung quanh tháp Khối lượng mâm Khối lượng mâm D2t.Fđ.ρthép=.D2t ρ =.12 196 = 33,64 (kg) mmâm = Khối lượng 10 mâm: m2 = 10.mmâm = 10 x 33,64= 336,4(kg) Chọn mặt bích để nối thân tháp nắp, đáy Ta dùng mặt bích liền thép khơng gỉ kiểu 1, tra bảng XIII.27 trang 421 sổ tay (Trần Xoa tác giả, 2006a) ta có bảng sau: Bảng : Bảng kích thước mặt bích nối thân Py.106 N/m2 0,1 Dt Dn Db 1000 1140 1090 D1 Mm 1060 Do db h z Cái 1013 M20 20 24 Nguồn: Trần Xoa tác giả, 2006a Trong đó: Dt đường kính bích Dn đường kính ngồi bích Db khoảng cách từ tâm tháp đến tâm bulong D1 đường kính mép vát db (M20) đường kính bulong 20 mm h chiều dày bích z số bulong  Khối lượng đáy nắp Từ chiều dày S=2 mm Dt=1,0 m Khối lượng đáy nắp tra sổ tay trình thiết bị tập trang 384 ta được: m3 = 8(000kg)  Khối lượng bích nối thân: có bích nối thân, thân, hai bích nối đáy nắp với thân tháp m4 = .(D2n –D2t).H.ρthép = (1,142- 12).6,83.196 = 944,99(kg)  Khối lượng khí dung mơi chứa tháp Khối lượng khơng khí nhỏ nhiều so với khối lượng dung mơi nên bỏ qua Khói lượng NaOH tháp tính theo cơng thức: m5 = Dt(Ntt – 1).H.ρNaOH = 1.(10-1).6,83.1104,5 = 53323,52(kg) Vậy tổng khối lượng tháp là: M=m1+ m2 + m3 +m4 + m5 = 4205,59+336,4+8+944,99+53323,52= 58818,5(kg) 2.1.8.6 Chân đỡ thiết bị Tháp hấp thụ đặt nhà nên ta chọn chân đỡ kiểu V theo sổ tay thiết bị trang 436 Kích thước chân đỡ chọn theo bảng XIII.35 trang 437 sổ tay trình thiết bị tập Tải trọng cho phép toàn tháp là: G = M.g = 58818,5.9,81 = 577007,48 (N) Tải trọng cho phép chân: Gi = = 577007,48: = 144252,37(N) Tra bảng XIII.35, trang 437 sổ tay (Trần Xoa tác giả, 2006a) ta chọn chân đỡ có thơng số sau: Bảng 3.4: Bảng kích thước chân đỡ thiết bị hấp thụ Tải trọng cp chân đỡ G.10-4N 1,0 L B B1 B2 H Mâm Lỗ mâm Đáy nắp Ống dẫn nhập liệu S D Mm 210 150 180 245 300 160 14 23 Nguồn: Trần Xoa tác giả, 2006a Bộ phận Thân tháp h Kích thước(mm) Chiều cao Đường kính Bề dày Số lượng Chiều dày mâm Khoảng cách mâm Số lượng Đường kính Khoảng cách lỗ (tính từ đường kính) Đường kính Bề dày Chiều cao phần lồi Đường kính ống khí Đường kính ống dung mơi Chiều dài ống nối khí Chiều dài ống nối dung môi 7000 1000 10 600 2000 lỗ/mâm 10 10 1000 250 250 200 140 130