BÁO CÁO TIỂU LUẬN THIẾT KẾ THÁP đệm thiết kế tháp đệm xử lí khí thải SO2 với năng suất 5000m3h, nồng độ SO2 trong dòng vào là 2%, nồng độ SO2 tại đầu ra đạt tiêu chuẩn lại A(1000m3h) thải ra môi trường.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KĨ THUẬT HÓA HỌC BỘ MƠN Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ  BÁO CÁO TIỂU LUẬN THIẾT KẾ THÁP ĐỆM GVHD: Tạ Đăng Khoa SVTH: Nguyễn Thị Bích Vy 1714052 Nguyễn Thị Bích Tuyền 1710371 Đỗ Phạm Phương Thảo 1713170 Huỳnh Mai Như 1710223 Trần Thị Ngọc Ngân 1712297 Nhóm: Lớp: A01 Năm học: 2019-2020 MỤC LỤC A TỔNG QUAN VỀ SO2: I Thực trạng SO2 khơng khí nay: .9 II Tính chất SO2: 10 III Tác hại SO2: 11 B TỔNG QUAN VỀ NƯỚC: 12 I Tính chất nước: 12 II Nguyên nhân sử dụng nước: 13 C GIỚI THIỆU VỀ CÁC CHUẨN TRONG THIẾT KẾ THIẾT BỊ: 13 I Tiêu chuẩn ASME: .13 II Tiêu chuẩn PD5500: .14 D TÍNH TỐN THIẾT BỊ: 15 I Giới thiệu thiết bị tháp đệm: 15 II Giới thiệu vật liệu: Thép không gỉ 304 19 III Tính tốn thiết bị: 21 Điều kiện ban đầu : ( SO2) 21 Cân lượng: .23 Tính kích thước tháp hấp thu: 24 a) Các thơng số vật lý dịng khí: 24 b) Các thơng số vật lí dịng lỏng: 27 c) Tính đường kính tháp đệm: 28 d) Tính bề dày thân tháp: 29 e) Tính bề dày đáy nắp: .30 f) Tính đường kính ống dẫn khí: .30 g) Tính đường kính ống lỏng: 31 h) Tính mặt bích: .31 i) Tính đường kính chân ren: .33 j) Tính mặt bích nối ống dẫn khí, ống dẫn lỏng với thân : 33 k) Tính kích thước lưới đỡ đệm đỡ đệm: .34 l) Tính kích thước giá đỡ tay treo: .35 E TÀI LIỆU THAM KHẢO: 39 MỤC LỤC HÌNH Hình A- 1- Nhà máy điện Yallourn Australia - số nhà máy có lượng phát thải khí SO2 cao vào mơi trường. (Ảnh: AAP) Hình A- 2- Hình ảnh thải khí nhiễm mơi trường q trình sản xuất nông nghiệp 10Y Hình D- 1-Cấu tạo tháp đệm 16 Hình D- 2- Các hình dạng đệm .17 Hình D- 3- Thiết bị tháp đệm thực tế (tháp chêm) 18 Hình D- 4- Cuộn thép không rỉ 304 .20 Hình D- 5- Mặt bích có cổ .31 Hình D- 6- Đĩa phân phối lỏng loại 38 MỤC LỤC BẢNG YBảng A 1- Lượng khí thải SO2 từ hoạt động công nghiệp giai đoạn 1997-2020 Y Bảng D 1- Bảng so sánh loại thiết bị 19 LỜI CẢM ƠN Qua q trình học tập mơn Cơ sở tính tốn thiết kế thiết bị hóa chất, chúng em trang bị kiến thức, nguyên lý việc thiết kế thiết bị hóa chất, tảng vững cho cơng việc tương lai chúng em Bên cạnh thơng qua tiểu luận chúng em cịn tìm hiểu sâu thiết bị cụ thể để qua củng cố kiến thức nâng cao hiểu biết Để hồn thành tiểu luận nhóm chúng em gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy tận tình hướng dẫn, bảo, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm quý báu tạo tiền đề để hoàn thành tốt tiểu luận Bài tiểu luận kết trình nỗ lực tất thành viên nhóm Tuy nhiên khơng thể tránh khỏi thiếu sót hạn chế Rất mong nhận góp ý thầy để tiểu luận hồn thiện NHĨM THỰC HIỆN BÁO CÁO LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, với phát triển ngành cơng nghiệp hóa chất thiết bị sử dụng rộng rãi tháp đệm Với ưu điểm cấu tạo đơn giản, trở lực thấp,… mà tháp đệm sử dụng rộng rãi hầu hết lĩnh vực chưng cất, hấp thu, trích ly lỏng- lỏng, Đặc biệt ứng dụng hấp thụ khí thải nhiễm khơng khí vấn đề báo động SO2 chất gây ô nhiễm không khí sản sinh nhiều trình sản xuất cơng nghiệp sinh hoạt việc xử lí khí thải SO cấp thiết Có nhiều phương pháp khác để xử lí khí thải SO tùy thuộc vào hiệu tính kinh kế Một cách thiết kế tháp đệm để hấp thụ khí thải SO với dung mơi nước Nhằm tìm hiểu xem với thiết kế thiết bị có đạt hiệu kinh tế khơng, đưa vào hệ thống xử lí khí thải cơng nghiệp sinh hoạt không Nội dung báo cáo: thiết kế tháp đệm xử lí khí thải SO với suất 5000m3/h, nồng độ SO2 dòng vào 2%, nồng độ SO đầu đạt tiêu chuẩn lại A(1000m 3/h) thải môi trường Bài báo cáo hoàn thành với cố gắng tất thành viên nhóm, nhiên khơng tránh khỏi thiếu sót Chúng em mong nhận lời đóng góp quý báu thầy bạn để báo cáo hồn thiện NHĨM THỰC HIỆN BÁO CÁO A TỔNG QUAN VỀ SO2: I Thực trạng SO2 khơng khí nay: Hình A- - Nhà máy điện Yallourn Australia - số nhà máy có lượng phát thải khí SO2 cao vào mơi trường. (Ảnh: AAP) - Trên giới vấn đề ô nhiễm môi trường khí thải SO gây vơ nghiêm trọng Bởi lẽ gây biến đổi khí hậu, nóng lên tồn cầu, suy giảm tầng ozon mưa axit - Ngày 19/8, Tổ chức Hịa Bình Xanh (Greenpeace) công bố báo cáo cho thấy Australia nước phát thải khí lưu huỳnh (SO 2) lớn thứ 12 giới có nhiều khu vực nằm Top 100 điểm nóng nhiễm SO2 tồn cầu - Ở Việt Nam, nhiễm khơng khí vấn đề gây xúc môi trường đô thị, cơng nghiệp làng nghề Ơ nhiễm khơng khí gây tác động xấu đến sức khỏe người, ảnh hưởng đến hệ sinh thái biến đổi khí hậu - Hàm lượng SO2 thải từ hoạt động công nghiệp Hà Nội: Năm Hàm lượng SO2 (tấn/ năm) 1997 2.4 2010 10.4 2020 16.1 bảng A -Lượng khí thải SO2 từ hoạt động cơng nghiệp giai đoạn 1997-2020 (Nguồn: PhD Thesis 2010- Ngô Thọ Hùng) Hình A- - Hình ảnh thải khí nhiễm mơi trường q trình sản xuất nơng nghiệp II - Tính chất SO2: Khí SO2 hay cịn gọi khí sunfurơ là chất khí khơng màu, nặng khơng khí dễ hóa lỏng - SO2 có mùi hắc, khí độc, tan nước tạo thành dung dịch axit yếu H2SO3 SO2 + H2O → H2SO3 - Khối lượng riêng 2,63 kg/m.3 - Nhiệt độ nóng chảy -72,4oC nhiệt độ sôi -10oC  Ở 25 ℃ : μ2=μ kk=0,0182 10−3 ( kg ) ms μ1=μ SO =0,0128 10−3 ( kg ) ms Thay vào ta được: 29,3 64.0,0102 28,8.0,9898 = + μhh 0,128.10−3 0,0182.10−3 → μ hh=1,79.10−5 Gy = tb ( mskg ) Lưu lượng khối lượng pha khí trung bình: Gd +Gc kg s ( ) Gd, Gc: lưu lượng khí vào khỏi tháp (kg/s) ( kgh )=1,677( kgs ) kg kg G =G M + G M Y =200,53.28,8+200,53.64 0,000382=5780 ( ) =1,61 ( ) h s 1,677+1,61 kg =1,6435 ( ) Suy ra: G = s G d =G tr M tr +G tr M SO Y d=200,53.28,8+ 200,53.64 0,0204=6037,1 c tr tr tr SO c y tb b) Các thông số vật lí dịng lỏng: - V x : lưu lượng dịng lỏng trung bình tb Do lượng cấu tử hịa tan dung dịch nhỏ , xem trình hấp thu khơng làm thay đổi đáng kể thể tích nên: V x = Vtg = Ltg Mtg ρtr tb Với: ρtr khối lượng riêng nước 300C ρtr =995 (Kg/m3) Mtr: khối lượng phân tử nước, kg/kmol Ltr: lưu lượng nước, kmol/h m3 =207,5( ) 995 h Suy ra: V x =11472,3.18 tb - Khối lượng riêng trung bình pha lỏng: ρtb = ρtb V tb +(1-V tb ) ρtb [2,IX.104,183] 1 1 Với ρtb ; ρtb : khối lượng riêng trung bình SO2, H2O pha lỏng V tb ,V tb : thể tích trung bình SO2, H2O pha lỏng Do lưu lượng SO2 hòa tan dung dịch nhỏ nên: V tb ≈  ρ x ≈ ρtb ≈ ρ H O =995 (kg/m3) tb 2 - Độ nhớt trung bình pha lỏng: Do lượng cấu tử SO2 hòa tan dung dịch nhỏ nên xem: μ x ≈ μ H O = 0,8007 x 10-3 (kg/m.s) tb - Lưu lượng khối lượng trung bình pha lỏng: Gx = tb Gx +G x d c G x ; G x : lưu lượng khối lượng dòng lỏng vào khỏi tháp d c G x =M tr∗Ltr = d 11472,3.18 kg =57,35 ( ) 3600 s G x =M tr Ltr + X C Ltr M S O = c Suy ra: G x = tb Gx +G x d 11472,3.18+11472,3.3,5 10−4 kg =57,42 3600 s ( ) c c) Tính đường kính tháp đệm: - Tốc độ bắt đầu tạo nhũ tương, gọi tốc độ đảo pha ω 's (m/s) xác định theo công thức: lg [ ω 's2 σ d ρ y tb g V 3d ρxtb μx μn 0,16 ( ) G = A−1,75 x Gy ] ρy ρx ( )( ) th th Với:  Gx, Gy: lưu lượng dịng lỏng khí trung bình, kg/s Gx = G x = tb 57,35+ 57,42 =57,39 (kg/s) 1,677+1,61 =1,6435 (kg/s) Gy = G y = tb  ρ x , ρ y : khối lượng riêng trung bình pha lỏng pha khí tb tb ρ x =995(kg /m3 ) tb ρ y =1,166( kg/m ) tb  μ x: độ nhớt trung bình pha lỏng theo nhiệt độ trung bình: μ x =μx =0,8007 10−3 ( tb kg ) m s  μn: độ nhớt nước 25oC μn=1,005.10−3 ( kg ) m.s  Hệ số A = 0,022 - Chọn đệm vịng Raschig sứ, kích thước đệm 50x50x5 mm Các thông số đệm:  Số đệm m3: 58,102  σ đ : Bề mặt riêng đệm σ đ =95 m2 /m3  V đ : thể tích tự đệm v đ =0,79 m3 /m3  ρđ : khối lượng riêng xốp đệm ρđ =500 kg/m3 Thay số vào ta được: lg [ ω's2 95 1,193 0,8007 10−3 9,81 0,793 995 1,005 10−3 ( 0,16 ) ] =0,022−1,75 ( 57,35 1,6435 Suy ω 's=0,823 (m/s) - Chọn tốc độ làm việc: ω tb=ω's 0,9=0,823.0,9=0,741 (m/s) - Đường kính tháp xác định theo cơng thức: )( 1,166 995 ) D¿ √ V y 4.4950,94 = =1,537(m) π 3600 ω tb π 3600 0,741 tb √  Chọn D = 1,6 m d) Tính bề dày thân tháp: - Ứng suất cho phép tiêu chuẩn:σ* = 129,72 N/mm2 - Hệ số hiệu chỉnh: η = 1,0 - Ứng suất cho phép: σcp = η.σ* = 129,72 N/mm2 - Chọn áp suất tháp: Pdư = at Áp suất tính tốn: Ptt = 1at = 0,098 N/mm2 Chọn hệ số bền mối hàn: φ h = 0,9 σ 129,72 φ h= 0,9=1191,3>25 P 0,098 ' →s = p Dt 0,098.1,6.1000 = =0,67mm [σ ]φh 2.129,72.0,9 C=C a+ Cb +C c +Co - Ca =0,1.30=3 mm :hệ s ố b ổ sung ă n m ò n hó a họ c c ủ a m itr ườ ng Cb =0 mm : hệ s ố b ổ sung b o mò n c họ c c ủ a m ô itr ườ ng Chọn Cc =0 mm: hệ s ố b ổ sung sail ệ c h k h i c hế t o v l ắ p r p C o=1 mm :hệ s ố b ổ sung để quy tr ị n k í c h t hướ c {  C=4,0 mm S=0,67+4=4,67 mm → c họ n b ề d y c ủ a t hâ n t há p : 4,70 mm S−C a 4,7−3 = =1,06.10−3< 0,1 Dt 1600 → [ p ]= [ σ ] φh ( S−C a ) Dt + ( S−Ca ) = 2.129,72.0,9 ( 4,7−3 ) N =0,25> 0,098 ( ) 1600+ 4,7−3 mm2 → thỏa điều kiện bền chọn S = 4,7 mm  Chọn bề dày tiêu chuẩn 5mm e) Tính bề dày đáy nắp: Sđáy = Sthân = Snắp = 5,0 mm - Kiểm tra điều kiện bền: S−C a −3 =1,25.10 < 0,125 Dt  Đáy nắp elip tiêu chuẩn có bán kính cong bên đỉnh đáy (nắp) Rt = 1600 mm [ p ]= [ σ ] φh ( S−Ca ) Dt + ( S−C a ) = 2.129,72 0,9 ( 5,0−3 ) N =0,29>0,098 1600+ ( 5,0−3 ) mm2 f) Tính đường kính ống dẫn khí: Dk = 4Q 4.5000 = =0,313 m πv π 18 3600 √ √ m s  Chọn đườ ng k í n h c ủ a ố ng d ẫ n k hí : D k =0,35 m { v ậ n t ố c c ủ a k hí v o t h i ế t b ị : v k =18  Tính lại vận tốc dịng khí ống dẫn v k= 4Q 4.5000 = =14,44 m/s D k π 0,352 π 3600  Tính đường kính khí Dvào = Dra = 0,35 m g) Tính đường kính ống dẫn lỏng: V x = 207,5 m3/h tb  Chọn vận tốc vl =1,5 m/s Dl = √ 4Q 4.207,5 = =0,22 m v π 1,5 π √  Chọn Dl = 0,25m - Tính lại vận tốc lỏng vào: 4Q 4.207,5 vl = D2 π = 0,252 π =1,17 m/s lv Chọn Dl = Dl = 0,25m h) Tính mặt bích: - Chọn mặt bích liền có cổ Hình D- - Mặt bích có cổ - Chọn đệm cao su mềm với thông số: { Hệ số áp suất riêng m=0,5 Áp suất cần thiết để biến dạng đệm q o=3,5 N mm Bề dày đệm δ=5 mm Bề rộng đệm b=25 mm - Tra bàng số liệu sổ tay Quá trình Thiết bị tập 2, ta có số liệu sau:  Đường kính thiết bị Dt = 1600 mm  Đường kính ngồi bích Dn = 1740 mm  Đường kính tâm bulong Db = 1690 mm  Đường kính bulong db = 20 mm (M20)  Đường kính mép vát D0 = 1660 mm  Chọn số bulong 56  Bề dày bích h = 28 mm  Chiều cao cổ H = 40 mm  Bề dày cổ: S1 = mm b0 = 0,6b = 0,6 25 = 15 mm k = 0,8 ( Vì db = 20 mm) Dtb = D0 – b = 1660 – 25 = 1635 mm - Kiểm tra lực tác dụng lên bulong: Qb π D 2t π 16602 Q1¿ p+ π D tb b0 m p= 0,098+ π 1635.15 0,5 0,098 4 = 200816 N/mm2 Q2 = π Dtb b q 0=π 1635.15 3,5=269666 N /mm2 Q = max(Q1 ;Q2) = 269666 N/mm2 →Qb = Q 269666 = =4815 N /mm2 56 56 - Ứng suất kép vật liệu làm bulong σ bké o=89,5 N /mm2 √ db ≥ Qb 4.4815 = =4,4 mm (thỏa điều kiện) π 0,8 89,5 π k [ σ ] bké o √  Cánh tay đòn l = 39 mm MAB = Q.l = 269666.39=10516974 N/mm2 MBC = 0,4.Q.l1 = 0,4.269666.40 = 4314656 N/mm2 Tra D,0= 1610 mm π D ' S21 π 1610 62 WBC = = =30348 N /mm 6 σ AB = M AB 10516974 N = =15,88 W AB 662139 mm2 σ BC = M BC 4314656 = =142,17 N /mm W BC 30348 Chọn ứng suất vật liệu σ =143 N /mm2 So sánh σ AB =15,88