Thiết kế hệ thống xử lý khí thải SO2 từ lò hơi bằng thiết bị tháp hấp thụ (tháp đệm) công suất 12000m3-Ngày

n được áp dụng sớm nhất để loại bỏ khí SO2 trong khí thải, nhất là trong khói từ các lò công nghiệp. - Ưu điểm: rẻ tiền, dễ tìm, hoàn nguyên được. SO2 + H2O  H+ + HSO3- - Nhược điểm: do độ hòa tan của khí SO2 trng nước quá thấp nên thường phải dùng một lượng nước rất lớn và thiết bị hấp thụ phải có thể tích rất ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  10  lớn, cồng kềnh. Để tách SO2 khỏi dung dịch phải nung nóng lên đến 1000C nên tốn rất nhiều năng lượng, chi phí nhiệt lớn. ( Trang 93 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn )  Hấp thụ khí SO2 bằng dung dịch sữa vôi - Là phương pháp được áp dụng rất rộng rãi trong công nghiệp vì hiệu quả xử lý cao, nguyên liệu rẻ tiền và sẵn có ở mọi nơi. CaCO3 + SO2  CaSO3 + CO2 CaO + SO2  CaSO3 2CaSO3 + O2  2CaSO4 - Ưu điểm: công nghệ đơn giản, chi phí đầu tư ban đầu không lớn, chi phí vận hành thấp, chất hấp thụ rẻ, dễ tìm, làm sạch khí mà không cần phải làm lạnh và tách bụi sơ bộ, có thể chế tạo thiết bị bằng vật liệu thông thường, không cần đến vật liệu chống axit và không chiếm nhiều diện tích xây dựng. - Nhược điểm: đóng cặn ở thiết bị do tạo thành CaSO4 và CaSO3, gây tắc nghẽn các đường ống và ăn mòn thiết bị. ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  11  ( Trang 95 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn )  Xử lý khí khí SO2 bằng ammoniac - Phương pháp này hấp thụ khí SO2 bằng dung dịch ammoniac tạo muối amoni sunfit và amoni bisunfit theo phản ứng sau: SO2 + 2NH3 + H2O (NH4)2SO3 (NH4)2SO3 + SO2 + H2O  2NH4HSO3 - Ưu điểm: hiệu quả rất cao, chất hấp thụ dễ kiếm và thu được muối amoni sunfit và amoni bisunfit là các sản phẩm cần thiết. - Nhược điểm: rất tốn kém, chi phí đầu tư và vận hành rất cao. (Trang 100 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn) ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  12   Xử lý khí SO2 bằng magie oxit - Các phản ứng xảy ra như sau: MgO + SO2  MgSO3 MgSO3 + SO2 + H2O  Mg(HSO3)2 Mg(HSO3)2 + MgO  2MgSO3 + H2O - Ưu điểm: có thể làm sạch khí nóng mà không cần làm lạnh sơ bộ, thu được axit sunfuric như là sản phẩm của sự thu hồi, hiệu quả xử lý cao, MgO dễ kiếm và rẻ. - Nhược điểm: quy trình công nghệ phức tạp, vận hành khó, chi phí cao, tổn hao MgO khá nhiều. (Trang 105 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn) (Trang 106 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn) ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  13   Xử lý khí SO2 bằng kẽm oxit - Phương pháp này dựa theo các phản ứng sau: SO2 + ZnO + 2,5 H2O  ZnSO3 . 2,5H2O ZnSO3 . 2,5H2O => ZnO + SO2 + 2,5H2O - Ưu điểm: có thể làm sạch khí ở nhiệt độ khá cao (200 - 2500C). - Nhược điểm: có thể hình thành ZnSO4 làm cho việc tái sinh ZnO bất lợi về kinh tế nên phải thường xuyên tách chúng ra và bổ sung lượng ZnO tương đương.  Xử lý SO2 bằng kẽm oxit kết hợp natri sunfit - Phương pháp này dựa theo các phản ứng sau: Na2CO3 + SO2  Na2SO3 + CO2 Na2SO3 + SO2+H2O  2NaHSO3 2NaHSO3 + ZnO  ZnSO3 + Na2SO3 + H2O - Ưu điểm: không đòi hỏi làm nguội sơ bộ khói thải, hiệu quả xử lý cao. - Nhược điểm: hệ thống xử lý khá phức tạp và tiêu hao nhiều muối natri. (Trang 110 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn) ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  14   Xử lý khí SO2 bằng các chất hấp thụ hữu cơ - Phương pháp này được áp dụng nhiều trong xử lý khí thải từ các nhà máy luyện kim màu. - Chất hấp thụ chủ yếu được dùng là xyliđin và đimetylanilin. Quá trình sunfiđin - Chất hấp thụ được sử dụng là hỗn hợp xyliđin và nước theo tỉ lệ 1:1 2C6H3(CH3)2NH2 + SO2  2C6H3(CH3)2NH2 . SO2 - Nếu khí thải có nồng độ SO2 thấp thì quy trình này không kinh tế vì tổn hao xyliđin. (Trang 112 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn) Quá trình khử SO2 bằng đimetylanilin - Với khí thải có trên 35% (thể tích) khí SO2 thì dùng đimetylanilin làm chất hấp thụ sẽ có hiệu quả hơn dùng xyliđin. (Trang 113 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn) ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  15   Hấp phụ khí SO2 bằng than hoạt tính - Phương pháp này có thể áp dụng rất tốt để xử lý khói thải từ các nhà máy nhiệt điện, nhà máy luyện kim và sản xuất axit sunfuric với hiệu quả kinh tế đáng kể. - Ưu điểm: sơ đồ hệ thống đơn giản và vạn năng, có thể áp dụng được cho mọi quá trình công nghệ có thải khí SO2 một cách liên tục hay gián đoạn, cho phép làm việc được với khí thải có nhiệt độ cao (trên 1000C). - Nhược điểm: tùy thuộc vào quá trình hoàn nguyên có thể là tiêu hao nhiều vật liệu hấp phụ hoặc sản phẩm thu hồi được có lẫn nhiều axit sunfuric và tận dụng khó khăn, phải xử lý tiếp mới sử dụng được. (Trang 116 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn)  Hấp phụ khí SO2 bằng vôi, đá vôi, đolomit - Ưu điểm: hiệu suất hấp phụ cao. - Nhược điểm: cần chi phí đầu tư lớn do vật liệu chế tạo thiết bị đắt (thiết bị làm việc trong môi trường ăn mòn mạnh và nhiệt độ cao). ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  16  CHƯƠNG II: ĐỀ XUẤT VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ Yêu cầu: Thiết kế hệ thống xử lí khí thải SO2 từ lò hơi bằng thiết bị tháp hấp thụ (tháp đệm).  Nguồn khói thải từ lò hơi có các thông số sau - Lưu lượng khí: 12000 m3/h - Nồng độ SO2: 8000 mg/m3 - Nhiệt độ khói thải: 2500C - Nồng độ bụi: 300 mg/m3 - Áp suất: 1atm  Quy chuẩn - Theo QCVN 19: 2009/BTNMT, nồng độ tối đa cho phép của bụi và SO2 được tính theo công thức sau: Cmax = C . Kp . Kv Trong đó: - Cmax là nồng độ tối đa cho phép của bụi và SO2 ( mg/Nm3) - C là nồng độ của SO2 quy định tại mục 2.2 (mg/Nm3) - Kp là hệ số lưu lượng nguồn thải quy định tại mục 2.3 - Kv là hệ số vùng, khu vực quy định tại mục 2.4  Theo mục 2.2 QCVN 19: 2009/BTNMT – cột B, ta có: Cbụi = 200 mg/Nm3 CSO2 = 500 mg/Nm3  Theo mục 2.3 QCVN 19: 2009/BTNMT, ta có lưu lượng nguồn thải là 12000 m3/h < 20000 m3/h nên hệ số Kp = 1  Theo mục 2.4 QCVN 19: 2009/BTNMT, ta chọn hệ số Kv = 1,0 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  17  Ta có: - Nồng độ tối đa cho phép của bụi và SO2: Cbụi= 200 . 1 . 1 = 200 mg/Nm3 CSO2=500 . 1 . 1 = 500 mg/Nm3 - Vì thế, ta áp dụng QCVN 19: 2009/BTNMT cho đầu ra của HTXL.  Hiệu suất của quá trình xử lý bằng hấp thụ E = %75,93%100. 8000 5008000 =−  Lựa chọn dung dịch hấp thụ - Các dung dịch thường dùng để hấp thụ khí SO2 có thể là nước, huyền phù sữa vôi (FGD), dung dịch soda Na2CO3, dung dịch NaOH… - Nồng độ SO2 trong khói thải lò hơi theo đề bài là 8000 mg/m3.  Chuyển sang nồng độ Cppm Cppm = )(3364 273.64 )55273.(4,22.8000 ppm=+ - Ta thấy, nồng độ SO2 ban đầu là rất lớn (3364 ppm > 2000 ppm) nên không áp dụng phương pháp hấp thụ SO2 bằng huyền phù sữa vôi được. - Đối với nồng độ cao, ta có thể áp dụng phương pháp hấp thụ SO2 bằng nước hoặc bằng các dung dịch hấp thụ có chứa Natri như NaOH và Na2CO3. - Tuy nhiên, khí SO2 có độ hòa tan trong nước khá thấp nên thường phải dùng một lượng nước rất lớn và thiết bị hấp thụ phải có thể tích rất lớn, cồng kềnh. Mặt khác, để tách SO2 khỏi dung dịch phải nung nóng lên đến 1000C nên tốn rất nhiều năng lượng, chi phí nhiệt lớn. - NaOH và Na2CO3 là các chất hấp thụ có hoạt độ hấp thụ mạnh, có thể xử lý SO2 ở bất kỳ nồng độ nào. Do đó, dung dịch hấp thụ lựa chọn cho quy trình công nghệ là dung dịch NaOH (pha loãng với nước). ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  18  Quạt Tháp hấp thụ Van chặn Ống khói Ống khói Khí ra Khí vào SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ SO2 BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ Van Nước sau lắng Xử lí Thùng chứa Bơm Cyclone Bể lắng NaOH H2O Lò hơi Trao đổi nhiệt Cặn ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  19   Thuyết minh sơ đồ công nghệ - Vì nồng độ bụi tương đối cao hơn so với nồng độ cho phép (300 mg/m3 > 200 mg/m3) nên ta phải xử lý bụi. Cho dòng khí thải có chứa bụi đi qua Cyclone để thu hồi bụi. - Do nhiệt độ dòng khí thải cao (2500C) nên sau khi qua Cyclone, dòng khí được dẫn qua thiết bị trao đổi nhiệt để giảm nhiệt độ xuống thích hợp cho quá trình hấp thụ xảy ra hiệu quả. - Dùng quạt thổi khí vào tháp đệm từ dưới lên. Dung dịch hấp thụ NaOH được bơm từ thùng chứa lên tháp và tưới trên lớp vật liệu đệm theo chiều ngược với chiều của dòng khí đi trong tháp. - Các phản ứng xảy ra trong tháp SO2 + 2NaOH  Na2SO3 + H2O Na2SO3 + SO2 + H2O  2NaHSO3 SO2 + NaHSO3 + Na2SO3 + H2O  3NaHSO3 - Khí sạch đi vào ống khói và thải ra môi trường có nồng độ SO2 đạt tiêu chuẩn cho phép Cmax (Theo QCVN 19: 2009/BTNMT). - Dung dịch sau khi hấp thụ có chứa nhiều natri sunfit, natri bisunfit và khói bụi. Một phần dung dịch được bơm trở lại thùng chứa qua van điều chỉnh lưu lượng và tiếp tục được bơm lên tháp tưới cho vật liệu đệm nếu lượng dung dịch NaOH còn dư nhiều. Phần dung dịch còn lại được đưa đến bể lắng để lắng các cặn bẩn. Cặn sau lắng được đem chôn lấp còn nước sau lắng được đưa đi xử lí rồi mới thải ra môi trường. ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  20  CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH HẤP THỤ I. CÂN BẰNG VẬT CHẤT - Lưu lượng khí: 12000 m3/h - Nồng độ SO2 đầu vào: 8000 mg/m3 - Nhiệt độ khí vào tháp: 550C - Nồng độ bụi: 300 mg/m3 - Áp suất: Pt = 1atm = 760 mmHg = 1,0133.105 Pa. - Nồng độ đầu ra: CSO2c = 500 mg/m3 - Nhiệt độ của dung dịch NaOH: 250C - Chọn điều kiện làm việc của tháp là nhiệt độ trung bình của dòng khí vào và dòng lỏng vào, t0 = 400C. Hỗn hợp khí xử lý xem như gồm SO2 và không khí. 1. Đầu vào - Suất lượng mole của hh khí đi vào tháp: G1= )/(163,446 )55273.(082,0 12000.1 hkmol RT PV = + = - Suất lượng mole của SO2: GAđ = )/(5,1)/(150064 12000.8000. 2 2 hkmolhmol M VC SO đ SO === - Suất lượng mole của cấu tử trơ: GBđ = )/(663,4445,1163,4461 hkmolGG đ A =−=− - Nồng độ phân mole của SO2 trong hỗn hợp khí: yAđ = )/(10.362,3 163,446 5,1 2 3 1 hhkhímolSOmol G G đA −== - Tỉ số mol: Yđ = 33 3 10.373,3 10.362,31 10.362,3 1 − − − = − = − đA đ A y y ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  21  - Khối lượng riêng của pha khí ở 00C và 1atm: )/(7719,0 293,1 10.362,31 93,2 10.362,311 333 2 mkg yy kk đ A SO đ A hhđ =−+=−+= −− ρρρ => )/(295,1 3mkghhđ =ρ - Khối lượng riêng của pha khí ở 550C và 1atm: )/(078,1 55273 273. 1 1.295,1.. 30 0 0 mkgT T P Pđđ hh =+ == ρρ 2. Đầu ra - Suất lượng mole của SO2 được hấp thụ: )/(40625,15,1.9375,0.9375,0 hkmolGM đA === - Suất lượng mole của SO2 còn lại trong hỗn hợp khí ở đầu ra: GAc = )/(09375,040625,15,1 hkmolMG đA =−=− - Suất lượng mole của khí ở đầu ra: GBc = )/(757,44409375,0663,444 hkmolGG cA đ B =+=+ - Nồng độ phân mole của SO2 trong hỗn hợp khí đầu ra: yAc = )/(10.211,0 757,444 09375,0 2 3 hhkhímolSOmol G G c B c A −== - Tỉ số mol: Yc = 33 3 10.211,0 10.211,01 10.211,0 1 − − − = − = − cA c A y y - Khối lượng riêng của pha khí ở 00C và 1atm: )/(7733,0 293,1 10.211,01 93,2 10.211,011 333 2 mkg yy kk c A SO c A hhc =−+=−+= −− ρρρ => )/(293,1 3mkghhc =ρ - Khối lượng riêng của pha khí ở 400Cvà 1atm (ta xem như nhiệt độ dòng khí ra bằng với nhiệt độ làm việc là 400C): )/(128,1 40273 273. 1 1.293,1.. 30 0 0 mkgT T P Pcc hh =+ == ρρ ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  22  II. XÁC ĐỊNH PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG - Xác định đường cân bằng thông qua các dữ kiện về độ hòa tan của SO2 trong nước. Bảng: Áp suất riêng phần của SO2 (mmHg) tại bề mặt phân chia hai pha lỏng-khí mgSO2/100mgH2O 100C 200C 300C 400C 500C 600C 700C 0,0 0 0 0 0 0 0 0 0,5 21 29 42 60 83 111 144 1,0 42 59 85 120 164 217 281 1,5 64 90 129 181 247 328 426 2,0 86 123 176 245 333 444 581 2,5 108 157 224 311 421 562 739 3,0 130 191 273 378 511 682 897 3,5 153 227 324 447 603 804 4,0 176 264 376 518 698 4,5 199 300 428 588 793 5,0 223 338 482 661 (Trích Tài liệu học tập Kỹ thuật xử lý khí thải - CBGD Dư Mỹ Lệ - Quá trình hấp thụ). - Điều kiện làm việc của quá trình hấp thụ là ở 400C và áp suất 1atm . Bảng: Bảng thể hiện độ hòa tan của SO2 trong nước ở 40 0C và áp suất 1atm mgSO2/100mgH2O P*SO2(mmHg) 0,0 0 0,5 60 1,0 120 1,5 181 2,0 245 2,5 311 3,0 378 3,5 447 4,0 518 4,5 588 5,0 661 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  23  1. Tính toán cho cặp giá trị p*SO2 = 60mmHg và CSO2 = 0,5gSO2/100gH2O  Pha khí - Nồng độ phần mole SO2 trong pha khí: 07895,0 760 60* 2* === t SO P p y - Tỉ số mol: 08572,0 07895,01 07895,0 1 = − = − = y yY  Pha lỏng - Nồng độ phần mole SO2 trong pha lỏng: 0014,0 18 100 64 5,0 64 5,0 22 2 = + = + = OHmoldichdungtrongSOmol dichdungtrongSOmol x - Tỉ số mol: 2. Kết quả CSO2 gSO2/100gH2O P*SO2 (mmHg) y* x 0,0 0 0 0 0,5 60 0,07895 0,0014 1,0 120 0,15789 0,0028 1,5 181 0,23816 0,0042 2,0 245 0,32237 0,00559 2,5 311 0,40921 0,00698 3,0 378 0,49737 0,00837 3,5 447 0,58816 0,00975 4,0 518 0,68158 0,01112 4,5 588 0,77368 0,0125 5,0 661 0,86974 0,01387 0014,0 0014,01 0014,0 1 = − = − = x xX ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  24   Vẽ đường cân bằng ĐƯỜNG CÂN BẰNG 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 Nồng độ phần mol SO2 trong pha lỏng Nồ ng đ ộ ph ần m ol S O 2 tro ng p ha k hí - Đường cân bằng của quá trình hấp thụ SO2 tuân theo định luật Henry, nên phương trình đường cân bằng có dạng : y* = Hx Trong đó: y*: nồng độ phần mol SO2 trong pha khí tại trang thái cân bằng H: hệ số Henry x: nồng độ phần mol của SO2 trong pha lỏng tại trang thái cân bằng pha Bảng kết quả hệ số Henry y* x H 0 0 0 0,07895 0,0014 56,39 0,15789 0,0028 56,39 0,23816 0,0042 56,7 0,32237 0,00559 57,68 0,40921 0,00698 58,63 0,49737 0,00837 59,42 0,58816 0,00975 60,32 0,68158 0,01112 61,29 0,77368 0,0125 61,89 0,86974 0,01387 62,71 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  25  Ta có: yđA = 0,003362 (mol SO2/mol hh khí) ycA = 0.000211 (mol SO2/ mol hh khí) - Do nồng độ phần mol của SO2 trong pha khí thay đổi trong khoảng rất nhỏ so với nồng độ được biểu diễn trên đồ thị nên ta chọn hệ số Henry H = 56,39.  Phương trình đường cân bằng: y* = 56,39x Bảng giá trị y.10-3 Y.10-3 x.10-3 X.10-3 0,33 0,3301 0,0059 0,0059 0,66 0,6604 0,0117 0,0117 0,99 0,991 0,0176 0,0176 1,32 1,3217 0,0234 0,0234 1,65 1,6527 0,0293 0,0293 1,98 1,9839 0,0351 0,0351 2,31 2,3153 0,041 0,041 2,64 2,647 0,0468 0,0468 2,97 2,9788 0,0527 0,0527 3,3 3,3109 0,0585 0,0585 3,63 3,6432 0,0644 0,0644 - Từ bảng số liệu, ta thấy giá trị của cặp y-x xấp xỉ giá trị Y-X nên xem như phương trình đường cân bằng biểu diễn theo Y-X có dạng như sau: Y = 56,39X ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  26   Vẽ đường cân bằng (X-Y) ĐƯỜNG CÂN BẰNG 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 Số mol SO2 trong pha lỏng (10-3) S ố m ol S O 2 tr on g ph a kh í ( 10 -3 ) III. XÁC ĐỊNH PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG LÀM VIỆC 1. Xác định Lmin - Xmax là giao điểm của đường YAđ = 3,373.10-3 với đường cân bằng Y=56,39X - Ta có: 3,373.10-3 = 56,39 Xmax => Xmax = 0,0000598 (mol SO2/mol dung dịch) Xđ = 0 Yđ-Yc = (L/G).(Xc-Xđ) - Xác định tỉ lệ min)( tr tr G L : )/(876,52 00000598,0 10.211,010.373,3 0 )( 33 max min trokhikmolddkmolX YY G L cđ tr tr = − −= − −= −− - Suất lượng mole tối thiểu: (Ltr)min = 52,876.Gtr = 52,876.444,663 = 23512 (kmol/h) ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  27  - Suất lượng mole thực tế: L = ϕ.Lmin - Chọn ϕ= 1,5  L = 1,5.23512 = 35268 (kmol/h) - Lưu lượng nước thực tế cần cung cấp: L = 35268 (kmol/h) = 35268.18 = 634824 (kg/h) 2. Xác định Xđ và Xc Ta có: đc cđ tr XX YY G L − −= )/2(0000399,0 )10.211,010.373,3.( 35268 663,444).( 33 ddmolSOmol YY L GX cđtrc = −=−= −− - Đường làm việc đi qua 2 điểm (Xc, Yđ) và (Xđ, Yc).  Vẽ đường cân bằng và đường làm việc trên cùng đồ thị ĐƯỜNG CÂN BẰNG-ĐƯỜNG LÀM VIỆC 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 Số mol SO2 trong pha lỏng (10-3) S ố m ol S O 2 tr on g ph a kh í ( 10 -3 ) ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  28  CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THÁP HẤP THỤ I. TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP HẤP THỤ - Hấp thụ SO2 bằng dung dịch NaOH 10% khối lượng. - Nhiệt độ làm việc của tháp hấp thụ là 400C. Bảng: Khối lượng riêng của dung dịch NaOH 10% (kg/m3) theo nhiệt độ (ở áp suất khí quyển). - 200C 00C 200C 400C 600C 800C 1000C 1200C dd NaOH 10% - 1117 1109 1100 1089 1077 1064 1049 (Trích Bảng 4 trang 11 - Bảng tra cứu Quá trình cơ học truyền nhiệt-Truyền khối-Nhà xuất bản ĐH Quốc gia Tp.HCM - 2008) Bảng: Độ nhớt động lực của dung dịch NaOH 10% (Cp) theo nhiệt độ 00C 100C 200C 300C 400C 500C dd NaOH 10% - - 1,86 1,45 1,16 0,98 (Trích Bảng 9 trang 16 - Bảng tra cứu Quá trình cơ học truyền nhiệt-Truyền khối-Nhà xuất bản ĐH Quốc gia Tp.HCM - 2008) 1. Đường kính tháp hấp thụ υυπ .785,0. .4 VV D == Trong đó: D: đường kính tháp hấp thụ (m) V: lưu lượng của dòng khí qua tháp hấp thụ (m3/s) υ: vận tốc biểu kiến của dòng khí ứng với tổng tiết diện của tháp (m/s) ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  29  a. Cách xác định vận tốc υ của dòng khí - Tính vận tốc biểu kiến của pha khí fυ ứng với điểm lụt theo phương trình sau: 125,025,016,0 3 2 .75,1. .. .. log         −=            L k l L Lt kf G L C Vg ρ ρ µ µ ρ ρσυ Trong đó: σ: bề mặt riêng của đệm (m2/m3) Vt: thể tích tự do của đệm (m3/m3) Lk ρρ , : khối lượng riêng của pha khí và pha lỏng (kg/m 3) Lµ : độ nhớt động lực của pha lỏng ở nhiệt độ làm việc (kg/m.s) lµ : độ nhớt động lực của nước ở 20 0C (mPa.s) L, G: suất lượng dòng lỏng và dòng khí ( kg/s) C: hệ số phụ thuộc dạng quá trình, đối với quá trình hấp thụ ( C = 0,022 cho vật liệu đệm là vòng hay xoắn ) - Vận tốc làm việc của pha khí được xác định theo công thức sau: fυυ ).9,075,0( −= b. Tính toán • Chọn vật liệu đệm là vòng sứ Raschig xếp ngẫu nhiên có các thông số: - Kích thước: 50 x 50 x 5 (mm) - Bề mặt riêng: σ = 95 (m2/m3) - Thể tích tự do: Vt = 0,79 (m3/m3) - Khối lượng riêng của đệm: )/(500 3mkgđ =ρ ( Trích Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học và thực phẩm - Tập 3 - Truyền khối - Vũ Bá Minh) - Khối lượng riêng của pha khí: )/(103,1 2 128,1078,1 2 3mkg c hh đ hhtb k = +=+= ρρρ ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  30  - Khối lượng riêng của pha lỏng: )/(1100 3mkgL =ρ - Nồng độ phần mol trung bình: )/(10.7865,1 2 10.211,010.362,3 2 2 3 33 khihhmolSOmolyyy cđtb − −− =+=+= - Khối lượng mol của hỗn hợp khí: Mhh = ytb.MSO2 + (1-ytb).Mkk = 1,7865.10-3.64 + (1-1,7865.10-3).29 =29,063 (g/mol) - Độ nhớt của SO2 ở nhiệt độ làm việc được tính theo công thức: 2/3 6 2/3 0 40 2 273 40273. 396)40273( 396273.10.7,11 273 .273.      + ++ +=     + += −T CT C SO µµ => ).(10.553,13 640 2 sPaSO −=µ - Độ nhớt của không khí ở nhiệt độ làm việc được tính theo công thức: 2/3 6 2/3 0 40 273 40273. 124)40273( 124273.10.3,17 273 .273.      + ++ +=     + += −T CT C kk µµ => ).(10.294,19 640 sPakk −=µ - Độ nhớt của pha khí được tính theo công thức: 946,1508808 10.294,19 29).10.7865,11( 10.553,13 64.10.7865,1 ).1(. 6 3 6 3 2 2 =−+= −+= − − − − kk kktb SO SOtb hhk hhk MyMyM µµµ => ).(10.262,19 946,1508808 063,29 946,1508808 6 sPa M hhk hhk −===µ - Độ nhớt của pha lỏng: ).(16,1)(16,1 smPaCpl ==µ ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  31  - Suất lượng dòng khí: )/(596,3)/(4,12946 )/(46,445 2 757,444163,446 2 skghkg hkmolGGG cđ tb == =+=+= - Suất lượng của dòng lỏng ở đầu ra: Lc = Lđ + M =35268 + 1,40625 =35269,40625 (kmol/h) - Khối lượng phân tử pha lỏng: )/(0476,19 /18 9,0 /40 1,0 )9,01,0( 22 2 ddkmolddkg OHkmolOHkg OHkg NaOHkmolNaOHkg kgNaOH ddkg M dd = + + = - Suất lượng của pha lỏng: )/(607,186)/(703,35268 2 40625,3526935268 2 skghkmolLLL cđ tb == +=+= • Tính fυ 125,025,016,0 3 3 3 2 1100 103,1. 596,3 607,186 75,1022,0 10.005,1 10.16,1. 1100.79,0.81,9 103,1.95. log         −=            − − fυ => fυ = 0,738m/s - Chọn vận tốc pha khí bằng 85% vận tốc ngập lụt: )/(6273,0738,0.85,0.85,0 smf === υυ • Đường kính tháp hấp thụ )(57,2 103,1.6273,0.785,0 596,3 ..785,0.785,0. .4 m GVV D tb tb ===== ρυυυπ - Chọn đường kính tháp là D = 2,6 m ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  32  2. Kiểm tra điều kiện làm việc của tháp )/(614,0 6,2.103,1.785,0 596,3 ..785,0 22 sm D G tb tb === ρ υ - Ta có: 83,0 738,0 614,0 == fυ υ ( thỏa điều kiện) II. TÍNH CHIỀU CAO THÁP HẤP THỤ 1. Chiều cao tháp hấp thụ a. Xác định số đơn vị truyền khối tổng quát pha khí NOG - Vì đường cân bằng là đường thẳng nên ta tính NOG theo cách sau: - Động lực của quá trình tại đáy tháp hấp thụ: 333* 10.123,10000399,0.39,5610.373,3.39,5610.373,3 −−− =−=−=−=∆ XYYY đđđ Với Y*đ được tính theo phương trình cân bằng với X = Xc = 0,0000399 - Động lực của quá trình tại đỉnh tháp hấp thụ: 333* 10.211,00.39,5610.211,0.39,5610.211,0 −−− =−=−=−=∆ XYYY ccc Với Y*đ được tính theo phương trình cân bằng với X = Xđ = 0 - Xét tỉ số c đ Y Y ∆ ∆ : 232,5 10.211,0 10.123,1 3 3 >== ∆ ∆ − − c đ Y Y - Động lực trung bình của quá trình: 3 3 3 33 10.545,0 10.211,0 10.123,1 ln 10.211,010.123,1 ln − − − −− =−= ∆ ∆ ∆−∆=∆ c đ cđ TB Y Y YYY - Số đơn vị truyền khối tổng quát NOG: 802,5 10.545,0 10.211,010.373,3 3 33 =−= ∆ −= − −− TB cđ OG Y YY N ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  33  b. Xác định chiều cao tổng quát của đơn vị truyền khối HOG x TB TB yOG hL GmhH ..+= Trong đó: m: hệ số góc của đường cân bằng yh : chiều cao một đơn vị truyền khối theo pha khí xh : chiều cao một đơn vị truyền khối theo pha lỏng  Tính yh 67,025,0 Pr.Re. .. kk t y b Vh ψσ = Trong đó: Vt: thể tích tự do của đệm (m3/m3) σ: bề mặt riêng của đệm (m2/m3) ψ: hệ số thấm ướt của đệm b: hệ số phụ thuộc dạng đệm. Đối với vòng Raschig thì b = 0,123 - Chuẩn số Reynolds: 399,1480 95.10.262,19 103,1.614,0.4 . ..4 Re 6 === −σµ ρυ k k k - Hệ số khuếch tán của SO2 trong pha khí ở 00C, 1atm: D0 = 10,3.10-6 (m2/s) - Hệ số khuếch tán của SO2 trong pha khí ở 400C, 1atm: )/(10.645,12 273 40273. 1 1.10.3,10.. 26 2/3 6 2/3 0 0 0 smT T P P DDk −− =     +=    = - Chuẩn số Prandl: 381,1 10.645,12.103,1 10.262,19 . Pr 6 6 === − − kk k k Dρ µ ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  34  - Mật độ tưới làm việc: )./(086,115 6,2.785,0.1100 3600.607,186 .785,0. 3600. 23 22 hmmD LU L tb === ρ - Mật độ tưới tối ưu: )./(01,1595.158,0. 23 hmmBU tu === σ Trong đó: B là hệ số phụ thuộc dàng quá trình. Với quá trình hấp thụ thì B = 0,158. - Tỉ số 67,7 01,15 086,115 == tuU U => 1=ψ (Tra hình IX.16 trang 178 – Sổ tay Quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất, tập 2 – NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội) - Chiều cao một đơn vị truyền khối theo pha khí yh : )(521,0381,1.399,1480. 123,0.1.95 79,0 67,025,0 mhy ==  Tính xh 5,025,0 3/1 2 2 Pr.Re. . .119 ll L L x g h     = ρ µ - Chuẩn số Reynolds: 396,1276 95.10.16,1.6,2.785,0 605,186.4 ...785,0 .4 Re 322 === −σµL TB L D L - Hệ số khuếch tán của SO2 trong pha lỏng ở 200C: ( ) 2/1 23/13/12/1 6 11. ... 10       + + = − BABAL L MMVVBA D µ Trong đó: DL: hệ số khuếch tán VA, VB: thể tích phân tử của dung chất và dung môi (cm3/mol) MA, MB: khối lượng phân tử của chất tan và dung môi (kg/kmol) ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  35  Lµ : độ nhớt động lực của ddNaOH 10% ở 200C (mPa.s) ( Lµ =1,86 Cp) A, B: các hệ số phụ thuộc trên tính chất của chất tan và dung môi. ( Chất tan là khí SO2 nên A = 1, dung môi là dung dịch NaOH nên B = 1 ) (Trích trang 14 Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học và thực phẩm - Bài tập truyền khối - Trịnh Văn Dũng) - Thể tích phân tử của SO2: )/(8,44 32 molcmVSO = - Thể tích phân tử của dung môi: )/(0173,0 1100 0476,19 3 kmolmVB == = 17,3(cm 3/mol) - Hệ số khuếch tán của SO2 trong pha lỏng ở 200C: ( ) )/(10.08,50476,19 1 64 1. 3,178,44.)86,1.(1.1 10 29 2/1 23/13/12/1 6 smDL − − =    + + = - Hệ số khuếch tán của SO2 trong pha lỏng ở 400C: ( )[ ] ( )[ ] )/(10.722,72040026,0110.08,5201. 29920 smtbDDL −− =−+=−+=  Với b được tính theo công thức: 026,01109.86,1.2,0..2,0 3/12/13/1)20( 2/1 )20( === −− LLb ρµ - Chuẩn số Prandl: 564,136 10.722,7.1100 10.16,1 . Pr 9 3 === − − LL L l Dρ µ - Chiều cao một đơn vị truyền khối theo pha lỏng xh : )(402,0564,136.396,1276. 81,9.1100 )10.16,1( .119 5,025,0 3/1 2 23 mhx =        = − - Chiều cao tổng quát của đơn vị truyền khối HOG: )(958,0402,0. 605,186 596,3.39,56 521,0.. mh L GmhH x TB TB yOG =+=+= ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  36  c. Chiều cao của lớp đệm )(558,5958,0.802,5. mHNH OGOG ===  Chọn chiều cao của lớp đệm H = 5,6 m d. Chiều cao tháp hấp thụ - Chiều cao phần tách lỏng Hc và đáy Hđ được chọn theo bảng sau D Hc (m) Hđ (m) 1,0-1,8 0,8 2,0 2,0-2,6 1,0 2,5 2,8-4,0 1,2 3,0 (Trích tài liệu học tập Kỹ thuật xử lý khí thải - CBGD Dư Mỹ Lệ - Quá trình hấp thụ) • Chiều cao tháp hấp thụ HT HT = H + Hc + Hđ = 5,6 +1+2,5 = 9,1(m)  Chọn chiều cao của tháp HT = 9,1 m. 2. Tính trở lực tháp a. Tổn thất áp suất của đệm khô khi Rek > 400 )(488,214 79,0 )10.262,19.(95.103,1.614,0.6,5.56,1.....56,1 3 2,062,18,08,1 3 2,02,18,08,1 PaP V HP k t kk k =∆⇒ ==∆ −µσρυ b. Tổn thất áp suất của điểm ướt:                     +∆=∆ n L k m tb tb c k L ku L GAPP ρ ρ µ µ ..1. Trong đó: A = 8,4 c = 0,015 m = 0,405 n = 0,225 ( Tra bảng IX.7, trang 189 - Sổ tay Quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2 - NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội ). ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  37  - Tổn thất áp suất của đệm ướt: )(34,296 1100 103,1. 607,186 596,3. 10.262,19 10.16,14,81.488,214 225,0405,0015,0 6 3 PaPu =                    +=∆ − − III. TÍNH CÁC CÔNG TRÌNH PHỤ TRỢ a. Tính bơm - Áp suất toàn phần của bơm: HH g pp H ∆++−= 012 .ρ Trong đó: p1, p2: áp suất trên bề mặt chất lỏng khoảng hút và khoảng đẩy (Pa) H0: chiều cao hình học đưa chất lỏng lên (m) ρ; khối lượng riêng của dd NaOh 10% ở 250C (kg/m3) H∆ : tổn thất áp suất do khắc phục trở lực trên đương hút và đường đẩy (kể cả trở lực cục bộ của chất lỏng đi ra khỏi ống dẫn ở khoảng đẩy) (m) - Khối lượng riêng của dd NaOh 10% ở 250C: )/(75,1106)11091100.( 2040 2025 1109 3mkg=− − −+=ρ - Áp suất toàn phần của bơm (bỏ qua trở lực trên đường ống): )(071,10 1000 75,1106.1,9)(1,91,9 81,9.75,1106 10.0133,110.0133,1 2 55 OmHddmH ===+−= - Năng suất của bơm: )/(169,0 75,1106 607,186)/(607,186 3 smskgLQ tb ==== - Hiệu suất tổng cộng của bơm: %33,7393,0.83,0.95,0..0 === cktl ηηηη ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  38  Trong đó: 0η : hiệu suất thể tích tính đến sự hao hụt chất lỏng chảy từ vùng áp suất cao đến vùng áp suất thấp và do chất lỏng rò qua các chỗ hở của bơm tlη : hiệu suất thủy lực, tính đến ma sát và sự tạo ra dòng xoáy trong bơm. ckη : hiệu suất cơ khí tính đến ma sát cơ khí ở ổ bi, ổ lót trục. Bảng II.32. Hiệu suất của một số loại bơm Loại bơm 0η tlη ckη Bơm pittong - 0,8-0,94 0,9-0,95 Bơm ly tâm 0,85-0,96 0,8-0,85 0,92-0,96 Bơm xoáy lốc >0,8 >0,7 >0,9 Bơm răng khía 0,7-0,9 - - ( Trích Bảng II.32, trang 439, Sổ tay Quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất- Tập 1- NXB Khoa học và Kỹ thuật ) - Công suất yêu cầu của bơm: KWgHQN 2,25 7333,0.1000 81,9.75,1106.071,10.169,0 .1000 ... === η ρ - Công suất làm việc của bơm: KWNNtt 74,292,25.18,1. === β - Hệ số an toàn công suất β được cho ở bảng sau N(KW) β <1 2-1,5 1-5 1,5-1,2 5-50 1,2-1,15 >50 1,1 (Trích Bảng 1.1, trang 8-Bài tập Các quá trình cơ học - Nguyễn Văn Lục và Hoàng Minh Nam - NXB ĐHQG Tp.HCM) ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  39  b. Tính quạt - Công suất yêu cầu của quạt: η.1000 . PQ N ∆= Trong đó: Q: năng suất của quạt (m3/s) P∆ : áp suất toàn phần (Pa) - Hiệu suất tổng cộng của quạt: %35,8093,0.96,0.9,0.. 321 === ηηηη Trong đó: 1η : hiệu suất lý thuyết của quạt 2η = (0,95-0,97): hiệu suất của ổ đỡ 3η = (0,9-0,95): hiệu suất đối với hệ truyền bằng đai - Năng suất của quạt: Q = 12000 m3/h = 3,33 m3/s - Công suất yêu cầu của quạt: KWN 23,1 8035,0.1000 34,296.33,3 == - Công suất thực tế của quạt: Ntt = k.N = 1,2.1,23 = 1,476 (KW) - Hệ số dự trữ k cho ở bảng sau N Ly tâm Hướng trục 0,5 1,5 1,2 0,51-1 1,2 1,15 1,01-2 1,2 1,1 2,01-5 1,15 1,05 >5 1,1 1,05 (Trích Các quá trình và thiết bị cơ học - Quyển 2 - Vũ Bá Minh - Nguyễn Văn Lục - Hoàng Minh Nam - Trần Hùng Dũng - NXB ĐHQG Tp.HCM) ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  40  IV. TÍNH CƠ KHÍ 1. Thân tháp - Thiết bị làm việc ở môi trường ăn mòn - Nhiệt độ làm việc: t = 400c - Áp suất làm việc: p = 1atm => Chọn vật liệu là thép không gỉ để chế tạo thiết bị - Ký hiệu thép: X18H10T (C < 0,12%, Cr 18%, N 10%, T nằm trong khoảng 1-1,5% ). - Giới hạn bền: 26 /10.550 mNk =σ - Giới hạn chảy: 26 /10.220 mNc =σ - Chiều dày tấm thép: b = 8mm - Độ giãn tương đối: %38=δ (Bảng XII.4 trang 309 – Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất, tập 2) - Hệ số dẫn nhiệt: c.m/W3.16 0=λ - Khối lượng riêng: 3m/kg7900=ρ (Bảng XII.7 trang 313 – Sổ tayquá trình và thiết bị công nghệ hoá chất, tập 2) - Chọn công nghệ gia công là hàn tay bằng hồ quang điện, bằng cách hàn giáp mối 2 bên. - Hệ số hiệu chỉnh: 1=η - Hệ số an toàn bền kéo: nk = 2,6 - Hệ số an toàn bền chảy: nc = 1,5 - Hệ số bền mối hàn: 95,0=hϕ a. Ứng suất cho phép của vật liệu theo giới hạn bền [ ] )/(10.5,211 6,2 10.550 266 mN nk k k === σσ [ ] )/(10.7,146 5,1 10.220 266 mN nc c k === σσ => Chọn )/(10.7,146 26 mNk =σ để tính toán. ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  41  b. Chiều dày thân tháp - Áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng: )/(1,981981,9.1100.81,9.. 2mNHgpl === ρ - Áp suất tính toán trong thiết bị: ptt = p + pl = 1,0133.105 + 98198,1 = 199,53.103 (N/m2) - Vì [ ] 50466,69895,0. 10.53,199 10.7,146. 3 6 >==h tt k p ϕσ nên bề dày thân dày thân tháp được tính theo công thức sau: [ ] C pDS hk ttt += ϕσ ..2 . Trong đó: Dt: đường khính trong của tháp (Dt = 2,6m) C = C1+C2+C3 C1: hệ số bổ sung do ăn mòn (Đối với vật liệu bền có tốc độ ăn mòn 0,05- 0,1 mm/năm,ta chọn C1 = 1mm tính theo thời gian làm việc từ 15-20 năm). C2: hệ số bổ sung do hao mòn (C2 = 0) C3: hệ số bổ sung do dung sai của chiều dày (Tra bảng XIII.9 – Sổ tay quá trình và thiết bị tập 2). C3 = 0,8 mm => C = 1+ 0 + 0,8 = 1,8 mm =1,8.10-3 m - Bề dày thân tháp: mmmS 66,310.66,310.8,1 95,0.10.7,146.2 10.53,199.6,2 33 6 3 ==+= −− - Chọn S = 4 mm c. Kiểm tra lại ứng suất thành thiết bị theo áp suất thử tính toán - Áp suất thử tính toán po được tính theo công thức: po = pth + pl Trong đó: pth=1,5.ptt=1,5.199,53.103 = 299,295.103 (N/m2) (Tính theo bảng XIII.5 – Sổ tayquá trình và thiết bị tập 2) ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  42  - Áp suất thử tính toán: po = 299,295.103 + 98198,1=397,4931.103 (N/m2) - Ứng suất thân tháp theo áp suất thử: ( )[ ] ( ) ( )[ ] ( ) )/(10.45,24795,0.10.8,14.2 10.4931,397.10.8,146,2 ..2 . 26 3 33 0 mN CS pCSD h t = − −+= − −+= − − ϕ σ - Xét tỉ số: )/(10.33,183 2,1 10.220 2,1 26 6 mNc ==σ < σ => Chọn S = 8 mm - Ứng suất thân tháp theo áp suất thử: ( )[ ] ( ) ( )[ ] ( ) )/(10.94,8795,0.10.8,18.2 10.4931,397.10.8,186,2 ..2 . 26 3 33 0 mN CS pCSD h t = − −+= − −+= − − ϕ σ - Xét tỉ số: )/(10.33,183 2,1 10.220 2,1 26 6 mNc ==σ > σ - Vậy S = 8 mm là hợp lý. - Khối lượng thân tháp: M1=V.ρ= ( ) ρπ ..4 22 HDD tn − = 4 π .(2,6162 - 2,62).9,1.7900 = 4712,12 (kg) 2. Nắp và đáy tháp - Chọn đáy và nắp tháp là elip có gờ với chiều cao gờ h = 40mm - Chọn vật liệu làm đáy và nắp tháp cùng với vật liệu làm thân tháp với chiều dày tấm thép b = 12 mm. - Chọn chiều dày của nắp và đáy elip S =12mm - Theo bảng XIII.10 và XIII.11- trang 382,383,384 - Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất Tập 2, các thông số của đáy và nắp như sau: Dt, mm ht mm Bề mặt trong m2 Thể tích V.10-3 m3 Đường kính phôi D (mm) 2600 650 7,67 2515 3139 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  43   Tính cho nắp elip - Nắp elip có khoét một lỗ không được tăng cứng với d = 400mm 85,0 6,2 4,0 11 =−=−= tD d k - Ta có: S - C = 10,2 mm => C = 1,8 + 1 = 1,8 mm - Kiểm tra ứng suất thành theo áp suất thử tính toán: ( )[ ] ( ) ( )[ ] ( ) 95,0.10.8,212.65,0.85,0.6,7 10.4931,397.10.8,212.65,0.26,2 ....6,7 ..2 3 332 0 2 − − − −+= − −+= ht tt CShk pCShD ϕ σ )/(10.35,73 26 mN==> σ < 2,1 cσ - Vậy bề dày của nắp elip S = 12mm là hợp lý - Khối lượng nắp elip tra Bảng XIII.11 trang 384 – Sổ tay thiết bị tập 2: M = 730 (kg) - Đối với thép không gỉ thì khối lượng nắp elip: M = 1,01.730 = 737,3(kg) - Khối lượng của nắp và đáy elip: M2 = 2.M = 2.737,3 = 1474,6 (kg) 3. Đường ống dẫn khí - Vận tốc khí trong ống khoảng 10 - 30 m/s - Chọn vận tốc trong ống dẫn khí vào bằng vận tốc trong ống dẫn khí ra: v = 25 m/s  Ống dẫn khí vào - Lưu lượng khí vào: Qv = G1.Mvao = 446,163.29,12 =12992,27 (kg/h) =3,61 (kg/s) =3,35 m3/s - Đường kính ống dẫn khí vào: m v Q d v 413,0 25. 35,3.4 . .4 === ππ ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  44  - Chọn ống với đường kính ống tiêu chuẩn: d = 400 mm, bề dày: b = 13 mm, làm bằng thép không gỉ - Theo bảng XIII.32- trang 434 - Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất Tập 2 thì chiều dài đoạn ống nối (ứng với đường kính 400mm) là 150mm - Để đảm bảo phân phối khí đều trong tháp, ta sử dụng đĩa đục lỗ với bề dày 5 mm, lỗ có đường kính 50 mm, bước lỗ 50 mm  Ống dẫn khí ra - Khối lượng phân tử pha khí đầu ra: )/(01,2929).10.211,01(64.10.211,0 ).1(. 33 2 kmolkg MyMyM kkcSOcra =−+= −+= −− - Lưu lượng khí ra: )/(177,3/3,11438 128,1 01,29.757,444. 33 smhmMGQ c rac r ==== ρ - Đường kính ống dẫn khí ra: m v Q d r 402,0 25. 177,3.4 . .4 === ππ - Chọn ống với đường kính ống tiêu chuẩn: d = 400 mm, bề dày: b = 13 mm, làm bằng thép không gỉ - Theo bảng XIII.32- trang 434 - Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất Tập 2 thì chiều dài đoạn ống nối (ứng với đường kính 400mm) là 150mm ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  45  4. Đường ống dẫn lỏng - Vận tốc chất lỏng trong ống khoảng 1- 3 m/s  Ống dẫn lỏng vào - Chọn vận tốc trong ống dẫn lỏng vào: v = 2,5 m/s - Lưu lượng lỏng vào: Qv = 1686,0 /75,1106 /603,186 3 =mkg skg m3/s - Đường kính ống dẫn lỏng vào: m v Q d v 293,0 5,2. 1686,0.4 . .4 === ππ - Chọn ống với đường kính tiêu chuẩn: d = 300 mm, bề dày: b = 12 mm - Vật liệu làm là nhựa PVC - Ống dẫn lỏng được hàn vào thiết bị, bên ngoài có lắp mặt bích. Theo bảng XIII.32 trang 434 – Sổ tay thiết bị thì chiều dài đoạn ống nối là 140mm  Ống dẫn lỏng ra - Chọn vận tốc trong ống dẫn lỏng ra: v = 1,5 m/s - Lưu lượng lỏng ra: Qr = 1696,0 /1100 /61,186 3 =mkg skg m3/s - Đường kính ống dẫn lỏng ra: m v Q d r 397,0 5,1. 1696,0.4 . .4 === ππ - Chọn ống với đường kính ống tiêu chuẩn: d = 400 mm, bề dày :b = 13 mm - Theo bảng XIII.32 trang 434 – Sổ tay thiết bị thì chiều dài đoạn ống nối là 140mm. ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  46  5. Tính bích - Bích được dùng để gắn các phần thiết bị với nhau - Chọn bích là loại bích liền kiểu I làm bằng thép X18H10T a. Tính bích nối đáy tháp với thân o Theo bảng XIII.27- trang 417- Sổ tay quá trình và thiết bị hóa chất tập 2, ta có thông số đo của bích như sau: - Đường kính trong: Dt = 2,6 m. - Đường kính ngoài: Dn = 2,6 + 2.8.10-3 = 2,616 m - Đường kính ngoài của bích: D = 2770 mm - Đường kính tâm bulong: Dbl = 2710 mm - Đường kính mép vát: Dl = 2670 mm - Đường kính bulong: db = M27 - Số bulong: z = 60 cái - Chiều cao bích: h = 35 mm - Khối lượng bích: m1 = =− 7900.035,0)..(4 22 nDD π 180,124kg b. Tính mặt bích nối ống dẫn và thiết bị - Chọn loại bích liền bằng kim loại đen để nối.  Ống dẫn lỏng vào o Theo bảng XIII.26- trang 409-Sổ tay quá trình và thiết bị hóa chất tập 2, ta có thông số đo của bích như sau: - Đường kính ống: Dy = 300 m - Đường kính ngoài: Dn = 325 m - Đường kính ngoài của bích: D = 435 mm - Đường kính tâm bulong: Dbl = 395 mm - Đường kính mép vát: Dl = 365 mm - Đường kính bulong: db = M20 - Số bulong: z = 12 cái ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  47  - Chiều cao bích: h = 22 mm - Khối lượng bích: m2 = =− 7900.022,0)..(4 22 nDD π 11,414kg  Ống dẫn lỏng ra o Theo bảng XIII.26- trang 409-Sổ tay quá trình và thiết bị hóa chất tập 2, ta có thông số đo của bích như sau: - Đường kính ống: Dy = 400mm - Đường kính ngoài: Dn = 426mm - Đường kính ngoài của bích: D = 535 mm - Đường kính tâm bulong: Dbl = 495 mm - Đường kính mép vát: Dl = 465 mm - Đường kính bulong: db = M20 - Số bulong: z = 16 cái - Chiều cao bích: h = 22 mm - Khối lượng bích: m3 = =− 7900.032,0)..(4 22 nDD π 14,298kg  Ống dẫn khí vào o Theo bảng XIII.26- trang 409-Sổ tay quá trình và thiết bị hóa chất tập 2, ta có thông số đo của bích như sau: - Đường kính ống: Dy = 400mm - Đường kính ngoài: Dn = 426mm - Đường kính ngoài của bích: D = 535 mm - Đường kính tâm bulong: Dbl = 495 mm - Đường kính mép vát: Dl = 465 mm - Đường kính bulong: db = M20 - Số bulong: z = 16 cái - Chiều cao bích: h = 22 mm ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  48  - Khối lượng bích: m4 = =− 7900.022,0)..(4 22 nDD π 14,298kg  Ống dẫn khí ra o Theo bảng XIII.26- trang 409-Sổ tay quá trình và thiết bị hóa chất tập 2, ta có thông số đo của bích như sau: - Đường kính ống: Dy = 400mm - Đường kính ngoài: Dn = 426mm - Đường kính ngoài của bích: D = 535 mm - Đường kính tâm bulong: Dbl = 495 mm - Đường kính mép vát: Dl = 465 mm - Đường kính bulong: db = M20 - Số bulong: z = 16 cái - Chiều cao bích: h = 22 mm - Khối lượng bích: m5 = =− 7900.022,0)..(4 22 nDD π 14,298kg - Tổng khối lượng bích: M = 4.m1 + 2.m2 + 2.m3 + 2.m4 + 2.m5 = 541,108kg 6. Lưới đỡ đệm - Lưới đỡ điệm được cấu tạo bởi 2 nửa vỉ thép không gỉ X18H10T nối với nhau. Bên trên có hàn các lỗ tay để có thể dễ dàng cầm nắm khi tháo lắp, dùng đỡ đệm có kích thước 50.50 o Theo bảng IX.22- trang 230 - Sổ tay quá trình và thiết bị hóa chất tập 2, ta có các thông số của lưới ứng với đường kính tháp 2,6 m như sau: - Khoảng cách 2 nửa vỉ thép: 3 mm - Đường kính lưới: Dl = 2565 mm - Chiều rộng của bước b : 41,5 mm ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  49  - Khối lượng đệm: )(15,1174479,0.500.6,5. 4 6,2.... 4 . 22 kgVhDm tđđđ === πρπ - Khối lượng dung dịch thấm qua đệm: )(1,68681100.79,0.6,5. 4 6,2.6,5. 4 6,2. ... 4 .. 4 . 22 22 kg VhDhDm ltđđddđ =         −   =          −   = ππ ρππ 7. Đĩa phân phối - Chọn dùng đĩa phân phối loại 2 làm bằng thép không gỉ X18H10T o Theo bảng IX.22- trang 230 - Sổ tay quá trình và thiết bị hóa chất tập 2, ta có các thông số của đĩa ứng với đường kính tháp 2,6 m như sau: - Đường kính đĩa: Dđ = 1625 mm - Chiều dày đĩa: 4 mm - Số lượng ống dẫn chất lỏng: 70 ống - Đường kính ống dẫn lỏng: d = 90 mm - Bề dày ống dẫn lỏng: S = 2,5 mm - Bước lỗ: t = 150 mm 8. Cửa nhập liệu và cửa tháo đệm - Chọn kích thước cửa nhập liệu giống như cửa tháo đệm - Chọn cửa là hình vuông có kích thước cạnh: a = 400 m 9. Tải trọng toàn tháp - Khối lượng đĩa phân phối khí, lưới đỡ đệm, cửa nhập và tháo đệm, bulong…có khối lượng quá nhỏ so với khối lượng dung dịch trong tháp nên có thể bỏ qua. - Khối lượng của toàn tháp: =++++=Σ ddđđ mmMMMm 21 25340kg - Tải trọng của toàn tháp: =Σ= mgP . 9,81.25340 = 248585,4 N ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  50  10. Chân đỡ - Chọn tháp có 4 chân đỡ làm bằng thép CT3 - Tải trọng đặt lên một chân đỡ: == 4 PG 62146,35 N - Chọn tải trọng cho phép trên một chân G = 8,104 N o Theo bảng XIII.35 - trang 437- Sổ tay quá trình và thiết bị hóa chất tập 2, ta có các thông số của chân đỡ như sau: L B B1 B2 H h S l d mm 320 265 270 400 500 275 22 120 34 11. Tai treo - Chọn tháp có 4 tai treo, vật liệu làm tai treo là thép CT3 - Tải trọng đặt lên một tai treo: == 4 PG 62146,35 N - Chọn tải trọng cho phép trên một tai treo G = 8,104 N o Theo bảng XIII.36 - trang 438 - Sổ tay quá trình và thiết bị hóa chất tập 2, ta có các thông số của tai treo như sau: Tải trọng cho phép trên một tai treo G.104, N Bề mặt đỡ F.104, m2 Tải trọng cho phép lên bề mặt đỡ q.10- 6 N/m2 L B B1 H S l a d Khối lượng tai treo, kg mm 8,0 639 1,25 270 240 240 420 14 120 25 34 21,5 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  51  CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN GIÁ THÀNH Vật liệu Loại Số lượng Đơn giá (Ngàn đồng) Thành tiền (Ngàn đồng) Thân tháp Thép X18H10T dày 8mm 4712,12(kg) 60 282727 Đáy và nắp Thép X18H10T dày 12mm 1474,6(kg) 60 88476 Bích Thép X18H10T Thép CT3 180(kg) 361(kg) 60 12 10800 4332 Chân đỡ Thép CT3 100(kg) 12 1200 Tai treo Thép CT3 21,5 x 4(kg) 12 1032 Ống dẫn khí Thép X18H10T 20m 60 1200 Ống dẫn lỏng PVC 30m 80 2400 Máy bơm nước 2 x 40Hp 700/Hp 56000 Quạt - động cơ 2Hp 600/Hp 1200 Máy khuấy 1 5000 Bể lắng 1 10000 - Tiền vật tư: 464367000 VNđ. - Chi phí gia công, lắp đặt: 30% chi phí vật tư = 139310000 Vnđ - Vậy tổng chi phí ước tính khoảng 604 triệu VNđ. ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  52  CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN - Khí SO2 là loại khí độc có khả năng gây tác động xấu đến sức khỏe của con người cũng như gây ô nhiễm môi trường. - Khí SO2 không chỉ được thải ra từ lò hơi mà còn từ nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Chính vì vậy mà phương pháp xử lí SO2 bằng tháp hấp thụ (tháp đệm) còn có thể được áp dụng rộng rãi trong việc xử lí khí SO2 từ các nguồn thải khác nhau. a. Nhận xét về phương pháp hấp thụ  Ưu điểm: - Rẻ tiền, nhất là khi sử dụng H2O làm dung môi hấp thụ…Các khí độc hại như SO2, HCl, HF…có thể được xử lí rất tốt với phương pháp này. - Có thể sử dụng kết hợp khi cần rửa khí làm sạch bụi, trong khi khí thải có chứa cả bụi và các khí độc hại mà các chất khí này có khả năng tan tốt trong nước rửa.  Nhược điểm: - Hiệu suất làm sạch không cao, hệ số làm sạch giảm khi nhiệt độ dòng khí cao nên không thể dùng xử lí các dòng khí có nhiệt độ cao. - Quá trình hấp thụ là quá trình tỏa nhiệt nên khi thiết kế, xây dựng và vận hành hệ thống, nhiều trường hợp phải lắp thêm thiết bị trao đổi nhiệt trong tháp hấp thụ để làm nguội thiết bị. Như vậy thiết bị sẽ trở nên cồng kềnh và phức tạp. - Dễ xảy ra hiện tượng ngập lụt trong tháp nếu ta điều chỉnh mật độ tưới của pha lỏng không tốt. - Khi chất khí cần xử lí không có khả năng hòa tan tốt trong nước thì việc lựa chọn dung môi sẽ rất khó khăn. ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  53  b. Tháp hấp thụ (tháp đệm) - Thường được sử dụng trong môi trường ăn mòn, tỉ lệ lỏng / khí lớn, cho hiệu suất cao, dễ chế tạo và dễ vận hành, xử lí được các loại khí ở nồng độ cao…  Tháp cần thỏa mãn những yêu cầu sau: - Hiệu quả và có khả năng cho khí đi qua. - Trở lực thấp. - Kết cấu đơn giản và vận hành thuận tiện. - Không bị tắc nghẽn bởi cặn sinh ra trong quá trình hấp thụ. c. Vật liệu đệm - Có diện tích bề mặt riêng lớn, độ rỗng lớn để giảm trở lực cho pha khí. - Vật liệu chế tạo đệm phải có khối lượng riêng nhỏ và bền hóa học d. Vật liệu chế tạo tháp hấp thụ - Do phải làm việc trong môi trường ăn mòn nên vật liệu chế tạo tháp được sử dụng là thép không gỉ hay các loại thép hợp kim đặc biệt do chúng có tính chống ăn mòn cao. e. Lựa chọn dung môi - Độ hòa tan chọn lọc: chỉ hòa tan tốt cấu tử cần tách ra khỏi hỗn hợp khí mà không hòa tan các cấu tử còn lại hoặc hòa tan không đáng kể. - Độ bay hơi tương đối: dung môi nên có áp suất hơi thấp - Tính ăn mòn của dung môi: dung môi nên có tính ăn mòn thấp. - Chi phí: dung môi rẻ và dễ tìm - Độ nhớt: dung môi có độ nhớt thấp sẽ tăng tốc độ hấp thu, độ giảm áp thấp và truyền nhiệt tốt, cải thiện điều kiện ngập lụt trong tháp. - Nhiệt dung riêng: thấp để ít tốn nhiệt khi hoàn nguyên dung môi. - Nhiệt độ sôi: khác xa nhiệt độ sôi của chất hòa tan sẽ dễ tách các cấu tử ra khỏi dung môi - Nhiệt độ đóng rắn: thấp để tránh hiện tượng đóng rắn làm tắc thiết bị. ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  54  f. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả hấp thụ  Ảnh hưởng của nhiệt độ - Khi các diều kiện khác không đổi mà nhiệt độ tháp tăng thì giá trị của hệ số Henry tăng, đường cân bằng dịch chuyển về trục tung. - Nếu đường làm việc không đổi mà nhiệt độ tăng thì động lực truyền khối sẽ giảm, do đó tốc độ truyền khối sẽ giảm. - Tuy nhiên, nhiệt độ tăng cũng có lợi vì độ nhớt của dung môi giảm (trong trường hợp trở lực khuếch tán nằm trong pha lỏng).  Ảnh hưởng của áp suất - Khi các diều kiện khác không đổi mà áp suất trong tháp tăng thì giá trị của hệ số Henry giảm, đường cân bằng dịch chuyển về trục hoành. Vì vậy, nếu tăng áp suất thì quá trình truyền khối sẽ tốt hơn vì động lực lớn hơn. - Tuy nhiên, việc tăng áp suất sẽ kèm theo tăng nhiệt độ. - Ngoài ra, sự tăng áp suất cũng cũng gây khó khăn trong việc chế tạo và vận hành thiết bị. - Chính vì vậy mà trong thiết kế và vận hành, ta cần phải quan tâm đến các thông số nhiệt độ và áp suất để đảm bảo quá trình hấp thụ có hiệu quả cao và thiết bị hoạt động an toàn. ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  55  TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học và thực phẩm, tập 1 – Khuấy, Lắng lọc – Nguyễn Văn Lụa – NXB ĐHQG Tp.HCM 2. Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học và thực phẩm, tập 3 – Truyền khối – Vũ Bá Minh – NXB ĐHQG Tp.HCM 3. Ô nhiễm không khí và xử lí khí thải, tập 3 – Lý thuyết tính toán và công nghệ xử lí khí độc hại – Trần Ngọc Chấn – NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội. 4. Kỹ thuật xử lí khí thải công nghiệp – Phạm Văn Bôn – Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM 5. Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học và thực phẩm - Bài tập Các quá trình cơ học– Nguyễn Văn Lục, Hoàng Minh Nam – NXB ĐHQG Tp.HCM 6. Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học và thực phẩm - Bài tập Truyền khối – Trịnh Văn Dũng– NXB ĐHQG Tp.HCM 7. Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học và thực phẩm – Bảng tra cứu Quá trình cơ học Truyền nhiệt, truyền khối– NXB ĐHQG Tp.HCM 8. Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất, tập 1 – Trần Xoa – NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội. 9. Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất, tập 2 – NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội. 10. Tài liệu học tập môn Kỹ thuật xử lí khí thải –Quá trình hấp thụ - CBGD Dư Mỹ Lệ 11. Sổ tay hướng dẫn Xử lí ô nhiễm môi trường trong sản xuất tiểu thủ công nghiệp – tập 2, Xử lí khói thải lò hơi – Sở Khoa học, Công nghệ và Môi trường Tp.HCM ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  56 