Hấp thu khí HCl từ khí thải của nhà máy

Trường Đại học Bà Rịa-Vũng Tàu Đồ án môn học Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm GVHD: Ngô Bá Đạt ` Trang  PAGE 55 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1. Đặt vấn đề Các ngành công nghiệp chiếm vị trí rất quan trọng trong nền kinh tế nước ta. Nó phát triển cùng với sự phát triển của kinh tế xã hội và ngày nay nhu cầu của con người ngày càng tăng cao, kéo theo sự phát triển của một số ngành liên quan như: Tự động hóa, công nghệ hóa chất… Cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp này thì một lượng lớn khí thải từ các nhà máy đã thải vào môi trường, nếu lượng khí thải do các máy này thải ra mà không qua sử lý sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường, độc tính từ các dòng khí thải do nhà máy sản xuất thải ra ngây thiệt hại nhiều đến sức khỏe của con người. Do đó việc xử lý khí thải trước khi thải ra môi trường không khí là một điều tất yếu. 1.2. Nhiệm vụ của đồ án Tổng quan về phương pháp hấp thu khí H2S bằng nước. Tìm hiểu nguồn gốc, tính chất đặc trưng, khả năng gây ô nhiễm của khí thải – khí HCl. Tính toán thiết bị xử lý phù hợp. CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT 2.1. Khái niệm Hấp thu là quá trình xảy ra khi một cấu tử của pha khí khuếch tán vào pha lỏng do sự tiếp xúc giữa hai pha khí và lỏng. Nếu quá trình xảy ra ngược lại, nghĩa là cần sự truyền vật chất từ pha lỏng vào pha khí, ta có quá trình nhả khí. Nguyên lý của cả hai quá trình là giống nhau. Quá trình hấp thu tách bỏ một hay nhiều chất ô nhiễm ra khỏi dòng khí thải (pha khí) bằng cách xử lý với chất lỏng (pha lỏng). Khi này hỗn hợp khí được cho tiếp xúc với chất lỏng nhằm mục đích hòa tan có chọn lựa một hay nhiều cấu tử của hỗn hợp khí để tạo nên một dung dịch các cấu tử trong chất lỏng. Khí được hấp thụ gọi là chất bị hấp thu Chất lỏng dùng để hấp thụ gọi là dung môi (chất hấp thu) Khí không bị hấp thu gọi là khí trơ. Trong công nghiệp hóa chất, thực phẩm, quá trình hấp thu được dùng để: Thu hồi các cấu tử quý trong pha khí Làm sạch pha khí Tách hổn hợp tạo thành các cấu tử riêng biệt Tạo thành một dung dịch sản phẩm. Có 2 phương pháp hấp thu: Hấp thu vật lý: được dựa trên sự hòa tan của cấu tử pha khí trong pha lỏng. Hấp thụ hóa học: có phản ứng hóa học giữa chất bị hấp thu và chất hấp thu. Nếu quá trình hấp thu khí với mục đích của quá trình là tách các cấu tử hỗn hợp khí thì khi đó việc lựa chọn dung môi tốt phụ thuộc vào các yếu tố sau: - Độ hòa tan tốt: có tính chọn lọc có nghĩa là chỉ hòa tan cấu tử cần tách và hòa tan không đáng kể các cấu tử còn lại. Đây là điều kiện quan trọng nhất. - Độ nhớt của dung môi: càng bé thì trở lực quá trình càng nhỏ, tăng tốc độ hấp thu và có lợi cho quá trình chuyển khối. - Nhiệt dung riêng: bé sẽ tốn ít nhiệt khi hoàn nguyên dung môi. - Nhiệt độ sôi: khác xa với nhiệt độ sôi của chất hoà tan sẽ dễ tách các cấu tử ra khỏi dung môi. - Nhiệt độ đóng rắn: thấp để tránh tắc thiết bị, không tạo kết tủa, không độc và thu hồi các cấu tử hòa tan dễ dàng hơn. Ít bay hơi, rẻ tiền, dễ kiếm và không độc hại với người và không ăn mòn thiết bị. Tuy nhiên, trong thực tế không có dung môi nào đạt được tất cả các chỉ tiêu đã nêu. Vì vậy, khi chọn dung môi ta phải dựa vào những điều kiện cụ thể của sản xuất. 2.2. Cơ sở lý thuyết 2.2.1. Định luật Henry Thành phần cân bằng của các pha trong hệ khí – dung dịch chất lỏng hòa tan khí đối với các khí lý tưởng ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tới hạn được xác định theo định luật Henry: p = Hx (2.1) Nghĩa là áp suất riêng phần của khí trên mặt thoáng chất lỏng tỉ lệ với nồng độ phần mol của nó trong dung dịch Trong phương trình (2.1) x : Nồng độ phần mol của khí bị hấp thu trong dung dịch p: Áp xuất riêng phần của khí bị hấp thu trong hỗn hợp khí trên mặt thoáng dung dịch ở điều kiện cân bằng. H: Hệ số Henry, có cùng thứ nguyên với áp suất, giá trị của nó phụ thuộc vào tính chất của khí và của chất lỏng, vào nhiệt độ và đơn vị đo. Khi nhiệt độ tăng thì H tăng, độ hòa tan của khí trong chất lỏng sẽ giảm xuống. Đối với khí lý tưởng thì phương trình trên được biểu thị bằng đường thẳng. Đối với khì thực thì hệ số Henry còn phụ thuộc vào nồng độ và đường biểu diễn trong trường hợp này là đường cong. Nếu khí thực có nồng độ khí không lớn lắm và độ hòa tan của nó trong chất lỏng nhỏ thì đường biểu diễn của phương trình (2.1) cũng là một đường thẳng. Mặt khác, áp suất riêng phần cân bằng của khí cũng có thể xác định theo phương trình sau: p = ycb.P (2.2) Trong đó ycb: Nồng độ phần mol của cấu tử bị hấp thu trong hỗn hợp khi cân bằng với áp suất lỏng . P: Áp suất tổng cộng của hỗn hợp khí. So sánh hai phương trình (2.1) và (2.1), ta có: ycb = eq \s\don1(\f(H,P)) x , eq \s\don1(\f(Kmoleq \l(\l( ))cấueq \l(\l( ))tửeq \l(\l( ))cầneq \l(\l( ))hấpeq \l(\l( ))thu,Kmoleq \l(\l( ))khíeq \l(\l( ))trơ)) ycb = m x , eq \s\don1(\f(Kmoleq \l(\l( ))cấueq \l(\l( ))tửeq \l(\l( ))cầneq \l(\l( ))hấpeq \l(\l( ))thu,Kmoleq \l(\l( ))khíeq \l(\l( ))trơ)) (2.3) Trong đó m = eq \s\don1(\f(H,P)) hằng số cân bằng pha hay hệ số phân bố, là một đại lượng không đổi. 2.2.2. Cân bằng vật chất trong quá trình hấp thu Xét một quá trình xảy ra với một pha ký hiệu là L và pha ký hiệu là G. Trong thiết bị hai pha tiếp xúc nhau và chỉ có dung chất A khuếch tán giữa hai pha. Cấu tử không khuếch tán giữa hai pha gọi là cấu tử trơ. Ký hiệu: Lđ, Lc: Suất lượng mol tổng cộng của pha L vào và ra khỏi thiết bị. Gđ, Gc: Suất lượng mol tổng cộng của pha G vào và ra khỏi thiết bị. Ltr, Gtr: Suất lượng mol của cấu tử không khuếch tán (trơ) trong pha lỏng, pha khí. xđ, xc: Phần mol của dung chất trong pha L vào và ra khỏi thiết bị. yđ, yc: Phần mol của dung chất trong pha G vào và ra khỏi thiết bị. Xđ, Xc: Tỉ số mol của dung chất trong pha L vào và ra khỏi thiết bị. Yđ, Yc: Tỉ số mol của dung chất trong pha G vào và ra khỏi thiết bị. Lđ xđ Ltr xđ Gc Gtr Yc yc x L x Ltr G y Gtr y Lc Ltr xc xc Gđ Gtr yđ yđ Hình 2.1. Cân bằng vật chất cho quá trình hấp thu Bao hình 1 Hình 2.1 trình bày quá trình tiếp xúc nghịch dòng cho một tháp bất kỳ. Gọi: G Là suất mol tổng cộng/h (m2 tiết diện tháp) y Là phần mol của dung chất khuếch tán A p Là áp suất riêng phần Y Là tỉ số mol Gtr Là suất lượng mol của cấu tử trơ/h.m2 Tại một vị trí bất kỳ trong tháp: Y = eq \s\don1(\f(y,1eq \l(\l( ))-eq \l(\l( ))y)) = eq \s\don1(\f(p,Pteq \l(\l( ))-eq \l(\l( ))p)) (2.4) Gtr = G( 1 - y ) = eq \s\don1(\f(G,1eq \l(\l( ))+eq \l(\l( ))Y)) (2.5) Tương tự cho pha lỏng: X = eq \s\don1(\f(x,1eq \l(\l( ))-eq \l(\l( ))x)) (2.6) Ltr = L( 1 - x ) = eq \s\don1(\f(L,1eq \l(\l( ))+eq \l(\l( ))X)) (2.7) Vì cấu tử trơ trong pha khí và trong pha lỏng có suất lượng không đổi khi đi qua tháp nên ta viết phương trình cân bằng vật chất trên căn bản cấu tử trơ. Cân bằng dung chất cho phần dưới tháp đến vị trí bất kỳ (bao hình 1) là: Gtr (Y1 - Y ) = Ltr (X1 – X ) (2.8) Đây là phương trình đường thẳng (đường làm việc) trên tọa độ X, Y, hệ số góc là Ltr/Gtr và đi qua điểm (X1/Y1). Nếu thay X, Y bằng X2/Y2 thì đường biểu diễn cũng đi qua điểm (X2/Y2). Đường làm việc là đường thẳng khi vẽ theo tọa độ tỉ số mol X,Y hoặc tỉ số khối lượng eq \x\to(\a(,X)),eq \x\to(\a(,Y)). Nếu biểu diễn theo phần mol hoặc áp suất riêng phần, đường làm việc sẽ là đường cong, phương trình khi đó là: Gtr ( eq \s\don1(\f(y1,1eq \l(\l( ))-eq \l(\l( ))y1)) - eq \s\don1(\f(y,1eq \l(\l( ))-eq \l(\l( ))y)) ) = Gtr ( eq \s\don1(\f(p1,Pteq \l(\l( ))-eq \l(\l( ))p1)) - eq \s\don1(\f(p,Pteq \l(\l( ))-eq \l(\l( ))p)) ) = Ltr ( eq \s\don1(\f(x1,1eq \l(\l( ))-eq \l(\l( ))x1)) - eq \s\don1(\f(x,1eq \l(\l( ))-eq \l(\l( ))x)) ) (2.9) Với Pt là áp suất tổng được xem như không đổi trong suốt cả tháp. 2.2.3. Lượng dung môi tối thiểu cho quá trình hấp thu Trong việc tính toán quá trình hấp thu, ta thường biết trước các đại lượng sau: Suất lượng pha khí G hay Gtr Nồng độ hai đầu pha khí Y1 và Y2 nồng độ của pha lỏng ban đầu X2 Suất lượng dung môi lỏng được chọn phụ thuộc vào các đại lượng trên. Y X Đường cân bằng Hình 2.2. Đường làm việc cho quá trình hấp thu Đường làm việc Ltr/Gtr Đỉnh Đáy Y1 0 Y2 X2 X1 Hình 2.3a, đường làm việc phải đi qua điểm D và chấm dứt tại đường có tung độ Y1. Nếu suất lượng dung môi sử dụng tương ứng với đường DE, nồng độ pha lỏng trong dòng ra sẽ là X1. Nếu lượng dung môi sử dụng ít hơn, thành phần pha lỏng đi ra sẽ lớn hơn (điểm F) nhưng động lực khuếch tán sẽ nhỏ hơn, quá trình thực hiện khó hơn, thời gian tiếp xúc pha sẽ lâu hơn, do đó thiết bị hấp thụ phải cao hơn. Đường làm việc ứng với lượng dung môi tối thiểu khi tiếp xúc với đường cân bằng tại P. Tại P động lực khuếch tán bằng không, thời gian tiếp xúc pha không xác định và tháp có chiều cao không xác định. Điều này là điệu kiện giới hạn cho lượng dung môi sử dụng. Y Y X Đường cân bằng Hình 2.3. Lượng dung môi tối thiểu cho quá trình hấp thu E Y1 0 Y2 X2 X1max Y1 X2 X1max X Đường cân bằng Ltrmin/Gtr X1 F M D P Y2 0 a) b) Thường thì đường cân bằng lõm như hình 2.3b, đường làm việc ứng với lượng dung môi tối thiểu tương ứng với nồng độ dòng lỏng ra cân bằng với nồng độ dòng khí vào. Như vậy ta có: Ltr min = Gtr eq \s\don1(\f(Y1eq \l(\l( ))-eq \l(\l( ))Y2,X1eq \l(\l( ))maxeq \l(\l( ))-eq \l(\l( ))X2)) (2.10) Với X1max là nồng độ ra của pha lỏng cực đại ứng với lượng dung môi tối thiểu hay nồng độ ra của pha lỏng cân bằng với nồng độ vào của pha khí. Trong thực tế, lượng dung môi sử dụng luôn lớn hơn lượng dung môi tối thiểu và nồng độ ra của pha lỏng nhỏ hơn nồng độ cực đại. 2.2.4. Cân bằng nhiệt lượng trong quá trình hấp thu Phương trình cân bằng nhiệt lượng GđIđ + LđCđTđ + Qs = GcIc + LcCcTc + Q0 Trong đó Gđ, Gc: Hỗn hợp khí đầu và cuối, (kg/h) Lđ , Lc: Lượng dung dịch đầu và cuối, (kg/h) Tđ, Tc: Nhiệt độ khí ban đầu và cuối, (0C) Iđ, Ic: Entalpy hỗn hợp khí ban đầu và cuối, (kJ/kg) Cđ, Cc: Tỷ nhiệt của dung dịch đầu và cuối, (kJ/kg độ) Q0: Nhiệt mất mát, (kJ/h) Qs: Nhiệt phát sinh do hấp thu khí, (kJ/h) 2.3. Các yếu tố ảnh hưởng lên quá trình hấp thu Nhiệt độ và áp suất là những yếu tố ảnh hưởng lên quá trình hấp thu. Cụ thể là chúng có ảnh hưởng lên trạng thái cân bằng và động lực của quá trình. Ảnh hưởng của nhiệt độ: Khi các điều kiện khác không đổi nếu nhiệt độ tăng thì giá trị của hệ số Henry tăng, đường cân bằng sẽ chuyển dịch về trục tung. Giả sử đường làm việc PQ không đổi, nếu nhiệt độ tăng lên thì động lực truyền khối sẽ giảm, do đó tốc độ truyền khối sẽ giảm. Nếu tăng nhiệt độ lên một giới hạn nào đó thì không những động lực truyền khối giảm mà ngay cả quá trình củng không thực hiện được theo đường làm việc PQ cho trước. Mặt khác nhiệt độ tăng cũng có ảnh hưởng tốt vì làm độ nhớt của dung môi giảm (có lợi đối với trường hợp trở lực khuếch tán chủ yếu nằm trong pha lỏng). t1 t2 t3 t4 P Q y X t1 Xc max = 6,3533.10-4 Lượng dung môi tối thiểu Ltr min = Gtr eq \s\don1(\f(Ydeq \l(\l( ))eq \l(\l( ))-eq \l(\l( ))Yc,Xceq \l(\l( ))maxeq \l(\l( ))-eq \l(\l( ))Xd)) = 723,1287 eq \s\don1(\f(eq \l(\l(1,8447.10-3eq \l(\l( ))-eq \l(\l( ))6,1373.10-5)),eq \l(\l(6,3533.10-4)))) = 2029,7718─ Do lượng dung môi thực tế nhiều hơn lượng dung môi tối thiểu 20% nên Ltr = 1,2.Ltr min = 1,2.2029,7718 = 2435,7262 Khi đó : eq \s\don1(\f(Ltr,Gtr)) = eq \s\don1(\f(Ydeq \l(\l( ))eq \l(\l( ))-eq \l(\l( ))Yc,Xceq \l(\l( ))-eq \l(\l( ))Xd)) => Xc = eq \s\don1(\f(Ydeq \l(\l( ))eq \l(\l( ))-eq \l(\l( ))Yc,Ltr)) Gtr +Xd = eq \s\don1(\f(eq \l(\l(1,8447.10-3eq \l(\l( ))-eq \l(\l( ))6,1373.10-5)),eq \l(\l(2435,7262)))) 723,1287 + 0 = 5,2944.10-4 (Kmol HCl/Kmol hh) Lưu lượng lỏng đi trong tháp Gx = Ltr .18 = 2435,7262.18 = 43843,0716 (kg/h) 4.1.4. Đường cân bằng pha Dựa theo định luật Henry: Ở 30 0C H.10-6 = 0,0022 mmHg => m = eq \s\don1(\f(H,P)) = eq \s\don1(\f(eq \l(\l(0,0022.106)),760)) = 2,8947 ycb = eq \s\don1(\f(mX,eq \l(\l(1eq \l(\l( ))+eq \l(\l( ))(eq \l(\l( ))1eq \l(\l( ))-eq \l(\l( ))meq \l(\l( )))X)))) (*) Đường cân bằng pha X00.50E-41.00E-41.50E-42.00E-42.50E-43.00E-43.50E-44.00E-44.50E-45.00E-4Y00.0001450.0002900.0004340.0005790.0007240.0008690.0010140.0011590.0013040.001449 4.2. Tính cân bằng năng lượng cho tháp hấp thu …………………………. CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 5.1. Đường kính tháp D = eq \l(\r(,eq \s\don1(\f(Vtb,0.785.wy)))) (IV - 162) Trong đó Vtb lưu lượng khí trung bình đi trong tháp wy vận tốc khí đi trong tháp Tính vận tốc đi trong tháp ( wy ) = 0,65 [] eq \l(\r(,eq \l(\l(h.xeq \l(\l( ))tb.yeq \l(\l( ))tb)))) (I - 184) Trong đó + Chọn h = 0,45 + [] hệ số sức căng bề mặt Khi  20 đyn/cm thì [ ] = 1 Sức căng bề mặt hỗn hợp eq \s\don1(\f(1,eq \l(\l(hh)))) = eq \s\don1(\f(1,eq \l(\l(H2O)))) + eq \s\don1(\f(1,eq \l(\l(HCl)))) H2O = 71,2.10-3 N/m = 71,2 đyc/cm HCl = 63,4.10-3 N/m = 63,4 đyc/cm  => hh = 33,5370 => [] = 1 + Khối lượng riêng trung bình Pha khí y tb = eq \s\don1(\f(eq \l(\l([eq \l(\l( ))ytbM1eq \l(\l( ))+eq \l(\l( ))(eq \l(\l( ))1eq \l(\l( ))-eq \l(\l( ))ytbeq \l(\l( )))M2eq \l(\l( ))]273)),eq \l(\l(22,4.T)))) ytb = eq \s\don1(\f(ydeq \l(\l( ))+eq \l(\l( ))yc,2)) = eq \s\don1(\f(eq \l(\l(1,8413.10-3eq \l(\l( ))+eq \l(\l( ))6,1369.10-5)),2)) = 9,5133.10-4 (mol/mol) M1 = MHCl = 36,5 M2 = MH2O = 18 T = 303 0K => y tb = eq \s\don1(\f(eq \l(\l([9,5133.10-4.36,5eq \l(\l( ))+eq \l(\l( ))(eq \l(\l( ))1eq \l(\l( ))-eq \l(\l( ))9,5133.10-4eq \l(\l( )))18]273)),eq \l(\l(22,4.303)))) = 0,7247 (Kg/m3) Pha lỏng x tb = tb1Vtb1 + (1 - Vtb1)tb2 tb1 = HCl tb2 = H2O = 995,68 ( Kg/m3) Vtb1 phần thể tích trung bình của cấu tử HCl trong pha lỏng Do Vtb rất bé => Vtb1tb1 ≈ 0 1 - Vtb ≈ 1 => x tb = H2O = 995,68 ( Kg/m3) => wy = eq \s\don1(\f(eq \l(\l(0,065eq \l(\l( ))[])),eq \l(\l(yeq \l(\l( ))tb)))) eq \l(\r(,eq \l(\l(h.xeq \l(\l( ))tb.yeq \l(\l( ))tb)))) = eq \s\don1(\f(eq \l(\l(0,065.1)),eq \l(\l(0,7247)))) eq \l(\r(,eq \l(\l(0,45.995,68.0,7247)))) = 1,6162 (m/s) Tính lưu lượng khí trung bình đi trong tháp Gtb = eq \s\don1(\f(Gdeq \l(\l( ))+eq \l(\l( ))Gc,2)) = eq \s\don1(\f(eq \l(\l(724,4627eq \l(\l( ))+eq \l(\l( ))723,1731)),2)) = 723,8179 Vtb = Gtb .22,4. eq \s\don1(\f(303,273)) = 723,8179.22,4. eq \s\don1(\f(303,273)) = 17995,2266 (m3/h) = 4,9987 (m3/s) => D = eq \l(\r(,eq \s\don1(\f(eq \l(\l(4,9987)),eq \l(\l(0,785.1,6162)))))) = 1,9849 (m) Theo tiêu chuẩn chọn D = 2 (m) => Vận tốc dòng khí đi trong tháp wy = eq \s\don1(\f(Vtb,eq \l(\l(0,785.D2)))) = eq \s\don1(\f(eq \l(\l(4,9987)),eq \l(\l(0,785.22)))) = 1,5919 (m/s) 5.2. Đường kính, diện tích mặt cắt ống chảy chuyền Đường kính ống chảy chuyền dch = eq \l(\r(,eq \s\don1(\f(4Gx,eq \l(\l(3600.xwcz)))))) (II - 236) Trong đó Gx lưu lượng lỏng trung bình đi trong tháp, kg/h x khối lượng riêng của lỏng, kg/m3 z số ống chảy chuyền wc tốc độ chất lỏng trong ống chảy chuyền, thường lấy wc = 0,1  0,2 m/s => dch = eq \l(\r(,eq \s\don1(\f(eq \l(\l(4.2435,7262.18)),eq \l(\l(3600.3,14.995,68.0,2.1)))))) = 0,2791 (m) => Diện tích mặt cắt ống chảy chuyền Sch = eq \s\don1(\f(eq \l(\l(.dch2)),4)) = eq \s\don1(\f(eq \l(\l(3,14.0,27912)),4)) = 0,0611 (m2) Khoảng cách thân thiết bị đến gờ chảy tràn L = D - dch = 2 - 0,2791 = 1,7209 (m) 5.3. Diện tích làm việc của đĩa Chọn đĩa làm bằng thép không rỉ X18H10T Khối lượng riêng của thép:  = 7900 (kg/m3) Đường kính lỗ: dl = 0,005 (m) = 5 (mm) Bề dày đĩa:  = 0,8.dl = 0,8.0,005 = 0,004 (m) = 4 (mm) Diện tích của đĩa f = eq \s\don1(\f(eq \l(\l(.D2)),4)) - 2.Sch = eq \s\don1(\f(eq \l(\l(3,14.22)),4)) - 2.0,0611 = 3,0178 (m2) Tổng diện tích lỗ lấy bằng 12% diện tích làm việc S1 = 0,12.f = 0,12.3,0178 = 0,3621 (m2) Thể tích của đĩa Vd = (f - S1) = (3,0178 - 0,3621)0,004 = 0,0106 (m3) Khối lượng đĩa md = Vd. = 0,0106.7900 = 83,74 Số lỗ trên một mân n = eq \s\don1(\f(S1,eq \s\don1(\f(eq \l(\l(dl2)),4)))) = eq \s\don1(\f(eq \l(\l(0,3621)),eq \s\don1(\f(eq \l(\l(3,14.0,0052)),4)))) = 18451 (lỗ) Bước lỗ t = eq \l(\r(,eq \s\don1(\f(f,eq \s\don1(\f(eq \l(\r(,3)).n,4)))))) = eq \l(\r(,eq \s\don1(\f(eq \l(\l(3,0178)),eq \s\don1(\f(eq \l(\r(,3)).18451,4)))))) ≈ 0,0194 (m) = 19,4 (mm) 5.4. Chiều cao của thiết bị Hệ số chuyển khối Ky = eq \s\don1(\f(1,eq \s\don1(\f(1,eq \l(\l(x))))eq \l(\l( ))+eq \l(\l( ))eq \s\don1(\f(m,eq \l(\l(y)))))) (II - 162) Trong đó m Hệ số phân bố vật chất x Hệ số cấp khối phía pha lỏng y Hệ số cấp khối phía pha khí Hệ số cấp khối phía pha khí y = 3,03.10-4.wy0.76.Px (II - 164) Trong đó wy Vận tốc khí tính cho mặt cắt tự do của tháp, m/s Px = Pd - Pk Sức cản thủy lực của lớp chất lỏng trên đĩa, N/m2 Pd = Pk + Ps + Pt Tổng trở lực của một đĩa, N/m2 Pk Trở lực đĩa khô, N/m2 Ps Trở lực của đĩa do sức căng bề mặt, N/m2 Pt Trở lực thủy tỉnh, N/m2 + Trở lực đĩa khô Pk =  eq \s\don1(\f(eq \l(\l(y.w02)),2)) (II - 194)  Hệ số trở lực,  = 1,635 y Khối lượng riêng của pha khí, kg/m3 w0 Vận tốc khí qua lỗ, m/s Vận tốc khí qua lỗ w0 = eq \s\don1(\f(eq \s\don1(\f(4.Vtb,n)),eq \l(\l(.3600.dl2)))) = eq \s\don1(\f(eq \s\don1(\f(eq \l(\l(4.17995,2266)),18451)),eq \l(\l(3,14.3600.0,0052)))) = 13,8046 (m/s) Pk = 1,635. eq \s\don1(\f(eq \l(\l(0,7247.13,80462)),2)) = 112,8999 (N/m2) + Trở lực của đĩa do sức căng bề mặt (II - 194) Ps = eq \s\don1(\f(eq \l(\l(4)),eq \l(\l(1,3.deq \l(\l( ))+eq \l(\l( ))0,08.dl2)))) = eq \s\don1(\f(eq \l(\l(4.33,5370.10-3)),eq \l(\l(1,3.0,005eq \l(\l( ))+eq \l(\l( ))0,08.0,0052)))) = 20,6318 (N/m2) + Trở lực thủy tĩnh Pt = 1,3.[K.hc + eq \l(\r(3,eq \l(\l(K(eq \l(\l( ))eq \s\don1(\f(Gx,m.Lc))eq \l(\l( )))2))))].g.x (II - 194) Trong đó hc Chiều cao ống chảy chuyền nhô lên trên khỏi đĩa, m Gx Lưu lượng lỏng, kg/h, (Gx = eq \s\don1(\f(Ltr.18,1000)) = eq \s\don1(\f(eq \l(\l(2435,7262.18)),1000)) = 42,2231) Lc Chiều dài cửa chảy tràn, m m Hệ số lưu lượng qua cửa chảy tràn, (eq \s\don1(\f(Gx,Lc)) = eq \s\don1(\f(eq \l(\l(42,2231)),eq \l(\l(0,8)))) = 52,7789 > 5 => m = 10000) x Khối lượng riêng của lỏng, kg/m3 K Tỉ số giữa khối lượng riêng của bọt và khối lượng riêng của lỏng không bọt, (chấp nhận K = 0,5) g Gia tốc trọng trường, m/s2 Pt = 1,3.[0,5.0,12 + eq \l(\r(3,eq \l(\l(0,5(eq \l(\l( ))eq \s\don1(\f(eq \l(\l(42,2231)),eq \l(\l(10000.0,8))))eq \l(\l( )))2))))].9,81.995,68 = 1067,3869 (N/m2) => Px = Pd - Pk = Ps + Pt = 20,6318 + 1067,3869 = 1088,0187 => y = 3,03.10-4.1,59190,76.1088,0187 = 0,4694 (Kmol/m2s) Hệ số cấp khối phía pha lỏng (II - 164) x = eq \s\don1(\f(eq \l(\l(33,7.10-4.Px)),eq \l(\l(1,95wyeq \l(\l( ))eq \l(\l( ))-eq \l(\l( ))0,41)))) = eq \s\don1(\f(eq \l(\l(33,7.10-4.1088,0187)),eq \l(\l(1,95.1,5919eq \l(\l( ))-eq \l(\l( ))0,41)))) = 1,3609 (Kmol/m2s) => Ky = eq \s\don1(\f(1,eq \s\don1(\f(1,eq \l(\l(0,4694))))eq \l(\l( ))+eq \l(\l( ))eq \s\don1(\f(eq \l(\l(2,8947)),eq \l(\l(1,3609)))))) = 0,2349 (Kmol/m2s) Số đơn vị chuyển khối đối với mỗi đĩa myT = eq \s\don1(\f(Kyf,Gy)) (II - 173) Trong đó Ky Hệ số chuyển khối, Kmol/m2s f Diện tích làm việc của đĩa, m2 Gy Lưu lượng khí, Kmol/s => myT = eq \s\don1(\f(eq \l(\l(0,2349.3,0178)),eq \s\don1(\f(eq \l(\l(724,4627)),3600)))) = 3,5226 Số đơn vị chuyển khối trong thành phần pha lỏng không đổi Cy = e myT = e 3,5226 = 33,8724 Xác định số đĩa thực tế theo phương pháp vẽ đường công động học X05.29E-4Y6.14E-51.84E-3 Đồ thị X,Y xác định số đĩa lý thuyết Dựa vào đồ thị X, Y xác định số đĩa lý thuyết theo đường cân bằng và đường làm việc, số bậc (số tam giác) tạo thành giữa hai đường chính là số đĩa lý thuyết. Đồ thị X,Y xác định số đĩa thực tế Dựa vào đồ thị X, Y xác định số đĩa thực tế theo đường cong phụ và đường làm việc, số bậc (số tam giác) tạo thành giữa hai đường chính là số đĩa thực tế. Như vậy số đĩa thực tế là 11. Chiều cao toàn tháp H = Hd(Nt + 1) + Hday + Hn + Hc +  Trong đó Nt Số đĩa thực tế Hd Khoảng cách giữa các đĩa, (Hd = 0,5 m) (II - 169) Hday Chiều cao đáy của thiết bị Hn Chiều cao nắp của thiết bị (Hday, Hn = 0,375 m) Hc Chiều cao của chân đỡ, (Hc = 0,185 m)  Khoảng cách bổ sung của đáy tháp, ( = 0,4 m) => H = 0,5(11 + 1) + 0,375 + 0,375 + 0,185 + 0,4 = 7,335 (m) 5.5. Trở lực của tháp P = Nt Pd Trở lực của một đĩa Pd = Pk + Ps + Pt = 112,8999 + 20,6318 + 1067,3869 = 1200,9186 (N/m2) => P = 11.1200,9186 = 13210,1046 (N/m2) CHƯƠNG 6 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CƠ KHÍ Thiết bị làm việc ở môi trường ăn mòn, nhiệt độ làm việc t = 300C, Plv = 1 at = 98100 N/m2 = 98,1 N/mm2. Nên ta chọn vật liệu là thép không gỉ để chế tạo thiết bị. Ký hiệu thép: X18H10T (II - 310, 313, 356, 362) Các thông số chính của thép: Giới hạn bền k = 550.106 (N/m2) Giới hạn chảy ch = 220.106 (N/m2) Chiều dài tấm thép 4 - 25 (mm) Hệ số dẫn nhiệt từ 20  100 0C:  = 16,3 (W/m.độ) Khối lượng riêng  = 7900 (kg/m3) Hệ số an toàn bền nk = 2,6 nc = 1,5 nbl = 1,5 Hệ số hiệu chỉnh η h = 1 Hệ số bền mối hàn  h = 0,95 Chọn công nghệ gia công: Hàn tay bằng hồ quang điện, hàn giáp mối hai bên. 6.1. Ứng suất làm việc cho phép theo giới hạn bền [k] = eq \s\don1(\f(eq \l(\l(k)),nk)) .η h = eq \s\don1(\f(550.106,eq \l(\l(2,6)))) 1 = 211,54.106 (N/m2) (II - 355) [c] = eq \s\don1(\f(eq \l(\l(ch)),nc)).η h = eq \s\don1(\f(220.106,eq \l(\l(1,5)))) 1 = 146,7.106 (N/m2) Vậy ứng suất cho phép dùng để tính toán [] = [c] = 146,7.106 (N/m2) Áp suất tính toán Ptt = Pmt + gh (II - 366) Trong đó Pmt Áp suất của môi trường, N/m2 g Gia tốc trọng trường, m/s2  Khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m3 Pmt = Plv + P = 98100 + 13210,1046 = 111310,1046 => Ptt = 111310,1046 + 995,68.9,81.6 = 169915,8294 (N/m2) ≈ 1,7.105 (N/m2) 6.2. Chiều dày thân tháp S = eq \s\don1(\f(Dt.Ptt,eq \l(\l(2[]eq \l(\l( ))heq \l(\l( ))-eq \l(\l( ))Ptt)))) + C (II - 360) Trong đó Dt Đường kính trong, m  h Hệ số bền của thành hình trụ theo phương dọc Ptt Áp suất trong thiết bị, N/m2 C Hệ số bổ sung do ăn mòn Do eq \s\don1(\f(eq \l(\l([])),Ptt))  h = eq \s\don1(\f(eq \l(\l(146,7.106)),eq \l(\l(1,7.105)))) 0,95 = 819,7941 > 50, có thể bỏ qua Ptt ở mẫu số => S = eq \s\don1(\f(Dt.Ptt,eq \l(\l(2[]eq \l(\l( ))heq \l(\l( )))))) + C Hệ số bổ sung do ăn mòn C = C1 + C2 + C3 + C0 (II - 363) Trong đó C1 Hệ số bổ sung ăn mòn hóa học của môi trường. Do là vật liệu bền trong môi trường có độ ăn mòn, nên C1 = 0 C2 Hệ số bổ sung do hao mòn cơ học. Trong thiết bị hóa chất có thể bỏ qua C3 Hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo, lắp ráp. C3 = 0,2 (mm) C0 Hệ số bổ sung quy tròn kích thước. C0 = 3 (mm) => C = 0 + 0 + 0,2 + 3 + 3,2 (mm ) => S = eq \s\don1(\f(eq \l(\l(2000.1,7.105)),eq \l(\l(2.146,7.106.0,95)))) + 3,2 = 4,5 (mm) Kiểm tra eq \s\don1(\f( Seq \l(\l( ))-eq \l(\l( ))CA,D)) = eq \s\don1(\f(eq \l(\l(4,5eq \l(\l( ))-eq \l(\l( ))0)),2000)) = 2,25.10-3 Ptt thỏa điều kiện. Vậy chiều dày thân được chọn là S = 4,5 (mm) 6.3. Chiều dày đáy, nắp tháp Chọn đáy, nắp elip tiêu chuẩn Chọn chiều dày đáy, nắp bằng chiều dày thân Sd = Sn = St = 4,5 (mm) Kiểm tra tương tự như chiều dày thân: Sd = Sn = 4,5 mm thỏa điều kiện. 6.4. Chọn bích Chọn bích liền bằng thép nối đáy, nắp, thân thiết bị Ta có các thông số sau, xem bảng XIII.27 (II - 417) Đường kính trong của thiết bị: Dt = 2000 (mm) Đường kính ngoài của bích: D = 2160 ( mm ) Đường kính tấm bulong Db = 2100 (mm) Đường kính mép vát DI = 2060 (mm) Đường kính bulong db = M30 Số bulong Z = 48 (cái) Bề dày bích h = 40 (mm) Kích thước bề dày mặt đệm D2 = 2054 (mm) D4 = 2030 (mm) Chọn vật liệu chế tạo là CT3 6.4.1. Kiểm tra bulong ghép bích Lực nén chiều trục sinh ra do xiết bulong Q1 =Qa + Qk Trong đó Qa Áp suất bên trong thiết bị Qa = eq \s\don1(\f(eq \l(\l(Dt2Ptt)),4)) (N Qk Lực cần thiết để giữ kín trong đệm Qk = Dtbmb0Ptt (N) => Q1 = eq \s\don1(\f(eq \l(\l(Dt2Ptt)),4)) + Dtbmb0Ptt Trong đó Dtb = DI - 2. eq \s\don1(\f(b,2)) b Bề rộng thực của đệm, b = eq \s\don1(\f(D2eq \l(\l( ))+eq \l(\l( ))D4,2)) = eq \s\don1(\f(2054eq \l(\l( ))-eq \l(\l( ))2030,2)) = 12 (mm) => Dtb = DI - 2. eq \s\don1(\f(b,2)) = 2060 - 2.eq \s\don1(\f(12,2)) = 2048 (mm) b0 Bề rộng tính toán của đệm, b0 = (0,5  0,8)b Chọn b0 = 0,5.b = 0,5.12 = 6 m Hệ số áp suất riêng, phụ thuộc vào vật liệu và loại đệm. Chọn vật liệu đệm là paronit có bề dày 0 = 3 (mm) do môi trường có tính ăn mòn, m = 2 q0 = 11 (N/m2) Áp suất riêng cần thiết để làm biến dạng vòng đệm. => Q1 = eq \s\don1(\f(eq \l(\l(3,14.20002.0,17)),4)) + 3,14.2048.2.6.0,17 = 5,4692.105 (N) Lực cần để ép chặt đệm ban đầu Q2 = Dtbb0q0 = 3,14.2048.6.11 = 4,2443.105 (N) Lực tác dụng lên một con bulong q b = eq \s\don1(\f(Q,Z)) = eq \s\don1(\f(eq \l(\l(max(Q1,eq \l(\l( ))Q2))),Z)) = eq \s\don1(\f(Q1,Z)) = eq \s\don1(\f(eq \l(\l(5,4692.105)),48)) = 11394 (N) Đường kính chân ren bulong d b = 1,13 eq \l(\r(,eq \s\don1(\f(qeq \l(\l( ))b,eq \l(\l([]eq \l(\l( ))bl)))))) Trong đó [] bl = k0[]’bl [] bl Ứng suất cho phép của vật liệu làm bulong (N/mm2) Ở T = 30 0C, ta có [] bl = 90 (N/mm2) Chọn k0 = 0,8 => [] bl = 0,8.90 =72 (N/mm2) => d b = 1,13 eq \l(\r(,eq \s\don1(\f(11394,72)))) = 14,2151 (mm) Kiểm tra ứng suất tác dụng lên bulong  = eq \s\don1(\f(qeq \l(\l( ))b,eq \s\don1(\f(eq \l(\l(deq \l(\l( ))b2)),4)))) = eq \s\don1(\f(12657,eq \s\don1(\f(eq \l(\l(3,14.14,98232)),4)))) = 71,8297 =>  t = 0,41.2060eq \l(\r(,eq \l(\l(eq \s\don1(\f(eq \l(\l(0,17)),113)){eq \l(\l( ))1eq \l(\l( ))+eq \l(\l( ))7,3.eq \s\don1(\f(20,2100))[eq \l(\l( ))0,57.48(eq \l(\l( ))eq \s\don1(\f(30,2060))eq \l(\l( )))2.eq \s\don1(\f(45,eq \l(\l(0,17))))eq \l(\l( ))-eq \l(\l( ))1eq \l(\l( ))]})))) = 33,3642 l = eq \l(\r(,eq \s\don1(\f(eq \l(\l(42,2231)),eq \l(\l(0,785.3600.3)))))) = 0,07 (m) Chọn bích liền (kiểu bích phẳng) Bảng thông số l = DyDnDDD1BulongLoại 1dbZhmmcáimm7076160130110M12414 6.5.2. Đường ống dẫn khí k = eq \l(\r(,eq \s\don1(\f(Q,eq \l(\l(0,785v)))))) Trong đó Q = 5 m3/s v = 40 m/s => k = eq \l(\r(,eq \s\don1(\f(5,eq \l(\l(0,785.40)))))) = 0,39 (m) Chọn k = Dy = 4 m = 400 mm Chọn bích liền (kiểu bích phẳng) Bảng thông số k = DyDnDDD1BulongLoại 1dbZhmmcáimm400426535495465M201622 6.5.3. Chi tiết các thông số Ta có các thông số sau, xem bảng XIII.26 (II - 409) Bích nối đường ống dẫn lỏng với thân Chọn bích liền bằng kim loại đen để nối các bộ phận thiết bị và ống dẫn lỏng Đường kính trong ống dẫn lỏng Dy = 70 (mm) Đường kính ngoài ống dẫn lỏng Dn = 76 (mm) Đường kính ngoài của bích D = 160 (mm) Đường kính tấm bulong D = 130 (mm) Đường kính bulong db = 12 (mm) Số bulong Z = 4 (cái) Bề dày bích t = 14 (mm) Bích nối đường ống dẫn khí với thân Chọn bích liền bằng kim loại đen để nối các bộ phận thiết bị và ống dẫn khí Đường kính trong ống dẫn lỏng Dy = 400 (mm) Đường kính ngoài ống dẫn lỏng Dn = 426 (mm) Đường kính ngoài của bích D = 535 (mm) Đường kính tấm bulong D = 495 (mm) Đường kính bulong db = 20 (mm) Số bulong Z = 16 (cái) Bề dày bích t = 22 (mm) 6.6. Khối lượng thiết bị Mtb = Mday + Mnap + Mdia + Mthan + Mbulong + Mbich + Mlong + Mbichl + Mbichk 6.6.1. Khối lượng đáy tháp Mday = (Fd - Fld)S Trong đó  Khối lượng riêng của thép X18H10T dùng làm đáy nắp  = 7900 (kg/m3) S Bề dày đáy tháp S = 4,5 (mm) Fd = 4,5 (m2), diện tích đáy tháp Fld Diện tích lỗ đáy nối ống dẫn lỏng Fld = eq \s\don1(\f(eq \l(\l(l2)),4)) , (l Đường kính ống dẫn lỏng) => Mday = (4,5 - eq \s\don1(\f(eq \l(\l(3,14.0,072)),4)))7900.4,5.10-3 = 159,84 (kg) 6.6.2. Khối lượng nắp tháp Mnap = (Fn - Fln)S Trong đó  Khối lượng riêng của thép X18H10T dùng làm đáy nắp  = 7900 (kg/m3) S Bề dày đáy tháp S = 4,5 (mm) Fn = 4,5 (m2), Diện tích đáy tháp Fln Diện tích lỗ đáy nối ống dẫn lỏng Fln = eq \s\don1(\f(eq \l(\l(k2)),4)) , (k Đường kính ống dẫn khí) => Mnap = (4,5 - eq \s\don1(\f(eq \l(\l(3,14.0,52)),4)))7900.4,5.10-3 = 153 (kg) 6.6.3. Khối lượng thân tháp Mthan = Vthan. Trong đó S Bề dày đáy tháp S = 4,5 (mm) Vthan = Ft.S = [DH - eq \s\don1(\f(eq \l(\l()),4))(k2 + l2)]S = [3,14.2.6,4 - eq \s\don1(\f(eq \l(\l(3,14)),4))(0,52 + 0,072)]4,5.10-3 =0,18 (m3) => Mthan = 0,18.7900 = 1422 (kg) 6.6.4. Khối lượng bích nối thân - đáy, thân - nắp, thân - thân Mbich = 3 eq \s\don1(\f(eq \l(\l()),4)) [D2 - (Dt + 2S)2]t. Trong đó  Khối lượng riêng của thép CT3 dùng làm bích  = 7850 (kg/m3) D = 2,16 (m) Đường kính ngoài của bích Dt = 2 (m) Đường kính trong của tháp t = 40 (mm) Chiều dày bích => Mbich = 3 eq \s\don1(\f(eq \l(\l(3,14)),4)) [2,162 - (2 + 2.4,5.10-3)2] 40.10-3.7850 = 465,51 (kg) 6.6.5. Khối lượng bích nối ống dẫn lỏng với thân Mbichl = eq \s\don1(\f(eq \l(\l()),4)) [ D2 - (Dy + 2.Sl)2 ]t. Trong đó  Khối lượng riêng của thép CT3 dùng làm bích  = 7850 (kg/m3) D = 160 (mm) Đường kính ngoài của bích Dy = 70 (mm) Đường kính trong của ống dẫn lỏng Dn = 76 ( mm ) Đường kính ngoài của ống dẫn lỏng t = 14 (mm) Bề dày bích Sl = Dn - Dy = 76 - 70 = 6 (mm) => Mbichl = eq \s\don1(\f(eq \l(\l(3,14)),4))[ 0,162 - (0,07 + 2.6.10-3)2 ]14.10-3.7850 = 1,63 (kg) 6.6.6. Khối lượng bích nối ống dẫn khí với thân Mbichk = eq \s\don1(\f(eq \l(\l()),4)) [ D2 - (Dy + 2.Sk)2 ]t. Trong đó  Khối lượng riêng của thép CT3 dùng làm bích  = 7850 (kg/m3) D = 535 (mm) Đường kính ngoài của bích Dy = 400 (mm) Đường kính trong của ống dẫn lỏng Dn = 426 (mm) Đường kính ngoài của ống dẫn lỏng t = 22 (mm) Bề dày bích Sl = Dn - Dy = 426 - 400 = 26 (mm) => Mbichk = eq \s\don1(\f(eq \l(\l(3,14)),4))[ 0,5352 - (0,4 + 2.26.10-3)2 ]22.10-3.7850 = 11,11 (kg) 6.6.7. Khối lượng đĩa Mdia = md.Nt = 83,21.11 = 915,31 (kg) 6.6.8. Khối lượng bulong Mbulong = mbulongk + mbulongl + mbulongt Trong đó mbulongk = 16(.rk2.h.) = 16(3,14.0,012.0,022.7850) = 0,8676 (kg) mbulongl = 4(.rl2.h.) = 4(3,14.0,0062.0,014.7850) = 0,0497 (kg) mbulongt = 48.3(.r12.h.) = 48.3(3,14.0,0152.0,04.7850) = 31,9451 (kg) => Mbulong = 0,8676 + 0,0497 + 31,9451 = 32,8624 (kg) 6.6.9. Khối lượng lỏng trong thiết bị Mlong = eq \s\don1(\f(eq \l(\l()),4)) D(Nt - 1)Hd. Trong đó Hd khoảng cách đĩa, m  khối lượng riêng của lỏng, kg/m3 D Đường kính tháp, m Nt Số đĩa thực tế => Mlong = eq \s\don1(\f(eq \l(\l(3,14)),4)) 2.(11- 1).0,45.995,68 = 7034,4792 (kg) => Mtb = 159,84 + 153 + 915,31 + 1422 + 32,8624 + 465,51 + 7034,4792 + + 1,63 + 11,11 = 10195,7416 (kg) ≈ 10196 (kg) = 10,196 (tấn) Tải trọng của tháp Gmax = Mtb.9,81 = 10196.9,81 = 100022,76 (N) 6.7. Tai treo Chọn vật liệu làm tai treo là thép CT3 Chọn số tai treo n = 4 Tải trọng lên mỗi tai treo G* = eq \s\don1(\f(Gmax,n)) = eq \s\don1(\f(eq \l(\l(100022,76)),4)) = 25005,69 (N) ≈ 2,5.104 (N) Chọn tai treo theo bảng XIII.36 (II - 438) Tải trọng cho phép trên một tai treo G.10-4, NBề mặt đỡ F.104,m2Tải trọng cho phép lên bề mặt đỡ q.10-6, N/m2LBB1HSladKhối lượng một tai treo, kgmm2,51731,4515012013021586020303,48 Tấm lót tai treo bằng thép, chọn theo bảng XIII.37 (II - 439) Tải trọng cho phép trên một tai treo G.10-4, NChiều dày tối thiểu của thành thiết bị khi không có lótChiều dày tối thiểu của thành thiết bị khi có lót SHBSHmm2,5842601406 6.8. Chân đỡ Chọn vật liệu làm chân đỡ là thép CT3 Chọn số chân đỡ n = 4 Chọn chân đỡ theo bảng XIII.35 (II - 437) Tải trọng cho phép trên một chân đỡ G.10-4, NBề mặt đỡ F.104,m2Tải trọng cho phép lên bề mặt đỡ q.10-6, N/m2LBB1B2Hhsldmm2,54440,56250180215290350185169027 CHƯƠNG 7 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 7.1. Chiều cao bồn cao vị Phương trình bernoulli cho dòng chảy từ 1 - 1 đến 2 - 2, với 1 - 1 là mặt thoáng chất lỏng trong bồn cao vị 2 - 2 là đầu ra ống dẫn lỏng z1 + eq \s\don1(\f(P1,eq \l(\l(g)))) + eq \s\don1(\f(eq \l(\l(1v12)),2g)) = z2 + eq \s\don1(\f(P2,eq \l(\l(g)))) + eq \s\don1(\f(eq \l(\l(2v22)),2g)) + hf H0 = zz - z2 = eq \s\don1(\f(P2eq \l(\l( ))-eq \l(\l( ))P1,eq \l(\l(g)))) + eq \s\don1(\f(eq \l(\l(2v22eq \l(\l( ))-eq \l(\l( ))1v12)),2g)) + hf Trong đó H0 Chiều cao mực chất lỏng của bồn cao vị so với ống dẫn lỏng vào tháp eq \s\don1(\f(P2eq \l(\l( ))-eq \l(\l( ))P1,eq \l(\l(g)))) ≈ 0 (coi áp suất mặt thoáng và áp suất ở đầu ống thiết bị là như nhau và bằng áp suất khí quyển). hf Tổng tổn thất trên đường ống dẫn từ bồn cao vị vào tháp Chuẩn số Reynolds: Re = eq \s\don1(\f(eq \l(\l(dv)),eq \l(\l()))) Trong đó d Đường kính ống dẫn lỏng, m  Khối lượng riêng của nước, kg/m3  Độ nhớt của nước ở 30 0C,  = 0,8007.10-3 (N/Sm2) v vận tốc trong ống dẫn lỏng vào thiết bị, m/s => Re = eq \s\don1(\f(eq \l(\l(0,07.995,68.3)),eq \l(\l(0,8007.10-3)))) = 261137,5 Vì Re = 261137,5 > 2300 nên chế độ chảy trong ống là chảy rối. => 2 = 1 Vận tốc chất lỏng ở mặt thoáng v1 = 0 => eq \s\don1(\f(eq \l(\l(2v22eq \l(\l( ))-eq \l(\l( ))1v12)),2g)) = eq \s\don1(\f(eq \l(\l(2v22)),2g)) = eq \s\don1(\f(v22,2g)) = eq \s\don1(\f(32,eq \l(\l(2.9,81)))) = 0,46 (m) Do chất lỏng chuyển động với Re > 104, ta có hf = hd + hcb Trong đó hd Tổn thất dọc đường ống hcb Tổn thất cục bộ tại miệng vào, ra, chỗ uốn và van. + Tính hd hd =  eq \s\don1(\f(Lv2,D2g)) Trong đó L Chiều dài ống chọn L = 15 (m) D Đường kính ống tròn D = 0,07 (m) v vận tốc dòng chảy, v = eq \s\don1(\f(Q,A)) = eq \s\don1(\f(4Q,eq \l(\l(D2)))) Q = 10,847.10-3 (m3/s) => v = eq \s\don1(\f(eq \l(\l(4.10,847.10-3)),eq \l(\l(3,14.0,072)))) = 2,82 (m/s)  Hệ số tổn thất cột áp dọc đường 105 1 = 1,1 (có 61) + Hệ số trở lực của van thẳng Re 4 = 0,47 Vậy   = 61 + 42 + 23 + 4 = 6.1,1 + 4.0,73 + 2.1,2 + 0,47 = 12,39 => hcb = 12,39 eq \s\don1(\f(eq \l(\l(2,282)),eq \l(\l(2.9,81)))) = 3,283 (m) => hf = hd + hcb = 1,303 + 3,283 = 4,586 (m) => H0 = eq \s\don1(\f(v22,2g)) + hf = 0,46 + 4,586 = 5,046 (m) Chiều cao bồn cao vị H = H0 + Hc + Hd + Ht H = 5,046 + 0,185 + 0,375 + 6,4 = 12,024 ( m ) 7.2. Công suất bơm N = eq \s\don1(\f(eq \l(\l(QgHb)),1000η)) ( II - 439 ) Trong đó Q Lưu lượng bơm, Q = 11,847.10-3, m3/s Hb Cột áp của bơm, m  Khối lượng riêng của nước,  = 1000 kg/m3 g Gia tốc rơi tự do, m/s2 η Hiệu suất bơm, η = 0,72  0,93 Chọn η = 0,75 Phương trình Bernoulli cho dòng lỏng chảy từ 1-1 đến 2-2. Tính từ mặt thoáng chất lỏng trong bể chứa chất lỏng đến bồn cao vị. Hb = (z1 - z1) = eq \s\don1(\f(eq \l(\l(2v22)),2g)) - eq \s\don1(\f(eq \l(\l(1v12)),2g)) + eq \s\don1(\f(P1,eq \l(\l(g)))) - eq \s\don1(\f(P2,eq \l(\l(g)))) + hf Trong đó Hb = (z2 - z1) + hf v1 = v2 = 0 P1 = P2 = Pkhí trời (z2 - z1) = H = 11,624 m hf = hd + hcb + Tính hd hd =  eq \s\don1(\f(Lv2,D2g)) = 0,15 eq \s\don1(\f(eq \l(\l(10.2,822)),eq \l(\l(0.07.2.9,81)))) = 0,869 (m) Trong đó  = 0,015 Chọn L = 10 (m) đoạn ống dẫn từ bể chức đến bồn cao vị D = 0,07 (m) v = 2,82 (m/s) + Tính hcb hcb =  i eq \s\don1(\f(v2,2g)) Trong đó i Hệ số tổn thất cục bộ + Hệ số trở lực ống nối có góc 900 đường kính d = 70 (mm) => 1 = 1,1 (có 31) + Hệ số trở lực của van thẳng Re 4 = 0,47 Vậy   = 31 + 22 + 3 + 4 = 3.1,1 + 2.0,73 + 1,2 + 0,47 = 6,43 => hcb = 6,43 = 2,606 (m) => hf = hd + hcb = 0,869 + 2,606 = 3,475 (m) => Hb = 12,024 + 3, 475 = 15,499 (m) Công suất yêu cầu trên trục bơm là N = eq \s\don1(\f(eq \l(\l(QgHb)),1000η)) = eq \s\don1(\f(eq \l(\l(10,847.10-3.1000.9,81.15,499)),eq \l(\l(1000.0,75)))) = 2,2 (Kw) Để dự phòng ta chọn bơm có công suất 2,5 Kw và dự phòng 2 bơm. Thường chọn động cơ có công suất lớn hơn so với công suất tính toán (lượng dự trữ dựa vào khả năng quá tải). Nên ta có công suất động cơ điện Ndc = β.N Trong đó β hệ số dự phòng β = 1,2  1,5. Chọn 1,3 Ndc = 1,3.2,5 = 3,25 (Kw) Chọn động cơ có công suất động cơ là 2,6 Kw. 7.3. Công suất quạt ly tâm Khi tính quạt thổi vào tháp hấp thu thì chiều cao ống dẫn khí phải cao hơn chiều cao mực chất lỏng tính từ cửa ra ở đáy tới ống dẫn khí để đảm bảo rằn khí vào tháp không bị đẩy ra mà nước cũng không tràn vào ống dẫn khí N = eq \s\don1(\f(eq \l(\l(QHg)),1000ηqηtr)) (I - 463) Trong đó Q Năng suất, m3/s Q = 5 m3/s ηq Hiệu suất quạt ηtr Hiệu suất truyền động H Áp suất toàn phần H = eq \s\don1(\f(eq \l(\l(Hpeq \l(\l( ))(eq \l(\l( ))273eq \l(\l( ))+eq \l(\l( ))teq \l(\l( )))eq \l(\l( ))760k)),eq \l(\l(293B)))) Hp Trở lực tính cho tháp Hp = eq \s\don1(\f(eq \l(\l(P)),g)) = eq \s\don1(\f(eq \l(\l(13210,1046)),eq \l(\l(9,81)))) = 1346,5958 (mmH2O) k Khối lượng riêng của hỗn hợp khí ở điều kiện làm việc k = y tb = 0,7247 (kg/m3)  Khối lượng riêng của hỗn hợp khí ở điều kiện chuẩn,  = 0,803 (kg/m3) => H = eq \s\don1(\f(eq \l(\l(1346,5958eq \l(\l( ))(eq \l(\l( ))273eq \l(\l( ))+eq \l(\l( ))30eq \l(\l( )))eq \l(\l( ))760.0,7247)),eq \l(\l(293.1275.0,803)))) = 749,1321 (mmH2O) B = Ptt = 1,7.105 (N/m2) =1275 (mmH2O) => N = eq \s\don1(\f(eq \l(\l(5.749,1321.9,81.0,803)),eq \l(\l(1000.0,65.1)))) = 45,394 (Kw) Để dự phòng ta chọn bơm có công suất 46 Kw và dự phòng 2 bơm. Thường chọn động cơ có công suất lớn hơn so với công suất tính toán (lượng dự trữ dựa vào khả năng quá tải). Nên ta có công suất động cơ điện Ndc = k.N Trong đó k Hệ số dự phòng k = 1,1 Ndc = 1,1.46 = 50,6 (Kw) Chọn động cơ có công suất động cơ là 51 Kw. TÀI LIỆU THAM KHẢO Nhiều tác giả. Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1. NXB Khoa học Kỹ Thuật Hà Nội. Nhiều tác giả. Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2. NXB Khoa học Kỹ Thuật Hà Nội. Vũ Bá Minh (2007). Quá trình và thiết bị công nghệ Hóa học và Thực phẩm tập 3. NXB Đại học quốc gia tp.HCM. Nguyễn Bin. Các quá trình và thiết bị công nghệ Hóa học và Thực phẩm tập 4. NXB Khoa học Kỹ Thuật Hà Nội.