Thiết kế tháp đệm dùng để hấp thu khí SO2 bằng nước

phí hoạt động thấp, chất hấp thụ dể tìm và rẽ, cĩ khả năng xữ lý mà khơng cần làm nguội và xử lý sơ bộ. Nhược điểm: thiết bị đĩng cặn do tạo thành CaSO4 và CaSO3. + Phương pháp Magie (Mg): SO2 được hấp thụ bởi oxit – hydroxit magie, tạo thành tinh thể ngậm nước Sunfit magie . Ưu điểm : làm sạch khí nĩng , khơng cần lọc sơ bộ, thu được sản phẩm tận dụng là H2SO4 ; MgO dể kiếm và rẻ , hiệu quả xử lý cao . Nhược điểm :vận hành khĩ, chi phí cao tốn nhiều MgO. + Phương pháp kẽm : trong phương pháp này chất hấp thụ là kẽm SO2 + ZnO + 2,5 H2SO4 ------> ZnSO3 + H2O Ưu điểm :của phương pháp này là khả năng xử lý ở nhiệt độ cao (200 – 2500C) . Nhược điểm : cĩ thể hình thành ZnSO4 làm cho việc tái sinh ZnO bất lợi về kinh tế nên phải thường xuyên tách chúng và bổ sung thêm ZnO. + Hấp thụ bằng chất hấp thụ trên cơ sở Natri : Ưu điểm : của phương pháp này là ứng dụng chất hấp thụ hĩa học khơng bay, cĩ khả năng hấp thụ lớn . ĐỒ ÁN MƠN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 6 + Phương pháp Amoniac : SO2 được hấp thụ bởi dung dịch Amoniac hoặc dung dịch Sunfit-biSunfit amơn . Ưu điểm : của phương pháp này là hiệu quả cao, chất hấp thụ dễ kiếm , thu được sản phẩm cần thiết (Sunfit và biSunfit amon) . + Hấp thụ bằng hổn hợp muối nĩng chảy: Xử lý ở nhiệt độ cao dùng hổn hợp Cacbonat kim loại kiềm cĩ thành phần như sau: LiCO3 32%, Na2CO3 33%, K2CO3 35%. + Hấp thụ bằng các Amin thơm : Để hấp thụ SO2 trong khí thải của luyện kim màu (nồng độ SO2 khoảng 1-2% thể tích) . Người ta sử dụng dung dịch: C6H3(CH3)2 NH2 (tỉ lệ C6H3(CH3)2 NH2 : nước = 1- 1) . C6H3(CH3)2 NH2 khơng trộn lẩn với nước nhưng khi liên kết với SO2 tạo thành (C6H3(CH3)2 NH2)2 SO2 tan trong nước . I.4.2. Phương pháp hấp phụ : SO2 được giữ lại trên bề mặt chất rắn , thu được dịng khí sạch khi đi qua bề mặt rắn . Chất hấp phụ cơng nghiệp cơ bản là than hoạt tính , silicagen , zeonit và ionit (chất trao đổi ion) . Nhược điểm : cần thiết phải tái sinh chất hấp phụ để thu hồi cấu tử bị hấp phụ và phục hồi khả năng hấp phụ của chất hấp phụ . Chi phí tái sinh chiếm khoảng 40 – 70% tổng chi phí của quá trình làm sạch khí . I.4.3. Xử lý SO2 bằng phương pháp nhiệt và xúc tác : Bản chất của quá trình xúc tác để làm sạch khí là thực hiện các tương tác hĩa học , nhằm chuyển hĩa tạp chất độc thành sản phẩm khác với sự cĩ mặt của chất xúc tác đặt biệt . PHẦN B. QUI TRÌNH CƠNG NGHỆ I.5. Chọn qui trình cơng nghệ : Chọn nguồn xử lý khí là từ ống khĩi của nhà máy sản xuất acid H2SO4 . Khí được xử lý sơ bộ trước khi vào tháp . Chọn dung mơi hấp thu là nước vì nước là dung mơi hấp thu rẻ tiền , dễ tìm , khơng ăn mịn thiết bị . Tháp hấp thu là tháp đệm nên dung mơi hấp thu là nước sạch để khơng tạo ra cặn lắng làm cản trở dịng khí và lỏng . I.6. Thuyết minh qui trình cơng nghệ : Dịng khí thải từ nhà máy thải ra được xử lý sơ bộ . Sau đĩ được quạt thổi qua lưu lượng kế đo lưu lượng và đi vào tháp đệm thực hiện quá trình hấp thu . Tháp hấp thu làm việc nghịch dịng . Dung mơi hấp thu là nước . Nước sạch từ bể chứa được bơm lên bồn cao vị . Sau đĩ đi qua lưu lượng kế đo lưu lượng dịng chảy và đi vào tháp hấp thu , nước được chảy từ trên xuống . Khí SO2 được thổi từ đáy tháp lên , quá trình hấp thu được thực hiện . ĐỒ ÁN MƠN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 7 Khí sau khi hấp thu đạt TCVN được thải phát tán ra mơi trường . Dung dịch nước sau khi hấp thu được cho chảy vào bể chứa thực hiện quá trình trung hịa và thải ra mơi trường . CHƯƠNG II TÍNH TỐN CƠNG NGHỆ II.1. Các thơng số ban đầu : Lưu lượng khí thải : 2000 m3/h . Nồng độ SO2 ban đầu là 1% thể tích . Nồng độ SO2 sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn loại A :1500 mg/m3 . Chọn nhiệt độ của nước hấp thu là 30oC . II.2. Tính cân bằng vật chất : Phương trình cân bằng của dung dịch hấp thu SO2 bằng H2O được biểu diễn theo định luật Henri : P = H*x hoặc y* tP H = =m*x . Trong đĩ : y* : nồng độ phân mol của SO2 trong dịng khí ở điều kiện cân bằng . x : nồng độ phân mol khí hịa tan trong pha lỏng . P : áp suất riêng phần của cấu tử khí hịa tan khi cân bằng . Pt : áp suất tổng của hệ hấp thu . H : hệ số Henry . Ở 30oC : H = 0.0364*106 (mmHg) . [2,Bảng IX.1,p.139] m : hệ số phân bố . m = tP H = 760 10*0364.0 6 =47.894 y = Y Y +1 x = X X +1 ĐỒ ÁN MƠN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 8 Thay vào trên ta được : * * 1 Y Y + =m * X X +1 Suy ra : Y* = Xm mX )1(1 −+ = X X )894.471(1 *894.47 −+ Trong đĩ : X : Y : Từ phương trình đường cân bằng ta cĩ các số liệu đường cân bằng: X 0 0.00008 0.0001 0.00013 0.00015 0.00018 0.0002 0.00025 0.0003 Y* 0 0.0038 0.0048 0.0063 0.0072 0.0087 0.0097 0.0121 0.0146 Từ số liệu đường cân bằng ta vẽ đường cân bằng : Nồng độ thể tích ban đầu của dịng khí : yđ = 1% = 0.01 Nồng độ đầu của pha khí theo tỷ số mol : Yđ = d d y y −1 = 0.0101 (KmolSO2/Kmolkhítrơ) Nồng độ cuối của pha khí theo tỷ số mol : Đồ Thị Cân Bằng Của Dung Dịch Hấp Thu SO2 Bằng nước 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0 0.0001 0.0002 0.0003 0.0004 X Y* ĐỒ ÁN MƠN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 9 Yc = K Kmolatlit at mlitm molg g o o )30273()./.(082.0 1 *)/(10*)(1 )/(64 1 *)(5.1 333 + Yc =0.000582 (KmolSO2/Kmolkhítrơ) Hấp thu SO2 bằng nước , chọn dung mơi sạch khi vào tháp nên : Xđ = 0 . Với Xđ : nồng độ đầu của pha lỏng , KmolSO2/KmolH2O . Lượng dung mơi tối thiểu được sử dụng : d cd tr XX YY G L − − = * min Gtr : suất lượng dịng khí trơ trong hỗn hợp . X* : nồng độ pha lỏng cân bằng tương ứng với Xđ . Từ đồ thị đường cân bằng ta xác định được : X* = 0.00021 (KmolSO2/KmolH2O) Suy ra : 000021.0 000582.00101.0min − − = trG L = 45.324 Chọn Ltr = 1.2*Lmin Với Ltr : lượng dung mơi khơng đổi khi vận hành , kmol/h . Suy ra : trtr tr G L G L min*2.1= = 1.2*45.324 = 54.3888 Lưu lượng hỗn hợp khí vào tháp hấp thu : Ghh= 496.80)30273(*082.0 2000*1 = + = RT PV (Kmol/h) Suất lượng dịng khí trơ trong hỗn hợp : Gtr = Ghh*(1-yđ ) = (1-0.01)*80.496 = 79.691 (Kmol/h) Suất lượng dung mơi làm việc : Ltr = 54.3888*Gtr = 54.3888*79.691 = 4334.298 (KmolH2O/h) Phương trình cân bằng vật chất cĩ dạng ; Gtr*Yđ + Ltr*Xđ = Gtr*Yc + Ltr*Xc Suy ra : dc cd tr tr XX YY G L − − = Suy ra : Xc = tr tr cd G L YY − = 000175.0 3888.54 000582.00101.0 = − (molSO2/KmolH2O) ĐỒ ÁN MƠN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 10 G tr Y đ G tr Y c L tr X đ L tr X c Xc : nồng độ cuối của pha lỏng . ΙΙ.3. Cân Bằng Năng Lượng : Ký hiệu : Gđ , Gc – lượng hổn hợp khí đầu và cuối. Lđ , Lc - lượng dd đầu và cuối. tc , tc – nhiệt độ khí ban đầu và cuối , Co . Tđ , Tc – nhiệt độ dung dịch đầu và cuối , Co . Iđ , Ic – entanpi hỗn hợp khí ban đầu và cuối , kj/kg . Q0 – nhiệt mất mát , kj/h . Phương trình cân bằng nhiệt lượng cĩ dạng : GđIđ + LđCđTđ + Qs = GcIc + LcCcTc + Q0 Với Qs – nhiệt lượng phát sinh do hấp thụ khí , kj/h . Để đơn giản hố vấn đề tính tốn , ta cĩ thể giả thiết như sau : - Nhiệt độ mất mát ra mơi trường xung quanh khơng đáng kể , Q0 = 0 . - Nhiệt độ của hổn hợp khí ra khỏi tháp bằng nhiệt độ dung dịch vào tháp : tc = tđ = 300C . - Tỷ nhiệt của dung dịch khơng đổi trong suốt quá trình hấp thu : Cđ = Cc = C OH 2 . ĐỒ ÁN MƠN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 11 Gtr Yđ G tr Yc L tr Xđ L tr Xc Gtr tđ Iđ Gc tc Ic Lđ Cđ Tđ Lc Cc Tc Trong quá trình hấp thu cĩ thể phát sinh nhiệt , do đĩ nếu ký hiệu q là nhiệt phát sinh của 1 mol cấu tử bị hấp thu , thì ta cĩ : Qs = q * Ltr * (Xc – Xđ) Với mức độ gần đúng cĩ thể coi q khơng đổi trong suốt quá trình hấp thu: ( ) ccccdctrdddd TCLIGXXLqTCLIG ******** +=−++ Hoặc : ( )dc cc ccdd d c d c XXCL Lq CL IGIG t L L T −+ − += * * * ** * Vì lượng cấu tử hồ tan trong dung dịch nhỏ nên cĩ thể lấy : 1≈ c d L L Đồng thời ta cũng cĩ thể bỏ qua mức độ biến đổi nhiệt của pha khí , tức là : 0.. ≈− ccdd IGIG Như vậy , cơng thức tính nhiệt độ cuối Tc của dung dịch sẽ cĩ dạng như sau : ( )dc c tr dc XXCL Lq TT −+= * * Do lượng cấu tử hồ tan trong dung dịch nhỏ nên : Lđ = Lc = Ltr ( )dcdc XXC qTT −+= Phương trình hấp thu của SO2 trong dung mơi nước . SO2 + H2O ⇔ H+ + HSO3- Theo sổ tay hĩa lý , nhiệt sinh của : SO2 : 2SO∆Η = -70.96 (kcal/mol) . H2O : OH 2∆Η = - 68.317 (kcal/mol) . H+ : +∆Η H = 0 (kcal/mol) . HSO3- : −∆Η 3HSO = -12157.29 (kcal/mol) . ĐỒ ÁN MƠN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 12 Nhiệt phát sinh của 1 mol cấu tử SO2 bị hấp thu : q = (-70.96 - 68.317) – ( 0 – 12157.29) = 12018.013 (kcal/mol) . Nhiệt độ cuối của dung dịch ra khỏi tháp : ( )dcdc XXC qTT −+= = 30 + 000175.0* 18*4200 10*18.4*013.12018 3 = 30.12oC Như vậy : Tc ≈ Tđ = 30oC . Ta xem quá trình hấp thu là đẳng nhiệt . II.4. Tính kích thước tháp hấp thu : II.4.1. Các thơng số vật lý của dịng khí : - Lưu lượng khí trung bình đi trong tháp hấp thu : 2 cd ytb VVV += Vd , Vc – lưu lượng khí vào và ra khỏi tháp , m3/h . Vc = Vtr* ( 1 + Yc ) = ( ) ( ) ( ) ( ) 2.1981000582.01*01.01*20001*1* =+−=+− cdd YyV (m3/h) Suy ra : Vytb = 6.19902 2.19812000 = + (m3/h) . KLR trung bình của pha khí : ( )[ ] T MyMy tbtb ytb *4.22 273**1* 2111 −+ =ρ Trong đĩ : + M1 , M2 : Khối lượng mol của SO2 và khơng khí . + T : nhiệt độ làm việc trung bình của tháp hấp thu . T = 300C + ytb1 : nồng độ phần mol của SO2 lấy theo giá trị trung bình. 2 11 1 cd tb yyy += Với yd1 , yc1 : nồng độ phần mol của SO2 vào và ra khỏi tháp . 01.01 == dd yy 00058.0 000582.01 000582.0 11 = + = + = cc c c Y Y y Suy ra : 00529.0 2 00058.001.0 1 = + =tby + M1 = MSO 2 = 64 (g/mol) M2 = Mkkhí = 28.8 (g/mol) Suy ra : ytbρ = ( )[ ] ( ) 166.130273*4.22 273*8.28*00529.0164*00529.0 = + −+ kg/m3 Độ nhớt trung bình pha khí ( của hổn hợp khí ) : 2 22 1 11 ** µµµ MmMmM hh hh += + Mhh , M1 , M2 : khối lưượng phân tử của hổn hợp khí , của SO2 và khơng khí , kg/kmol . M1 = 2SOM = 64 (kg/kmol) ĐỒ ÁN MƠN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 13 M2 = Mkk = 28.8 (kg/kmol) . ( ) ( ) 986.288.28*00529.0164*00529.0*1* 2111 =−+=−+= MyMyM tbtbhh (kg/kmol) . + m1 , m2 : nồng độ của SO2 , khơng khí tính theo phần hể tích. m1 = ytb1 = 0.00529 m2 = 1 – ytb1 = 0.99471 + Ở 300c : µ2 = µkk = 0.0182*10-3 (kg/m.s) . µ1 = 2SOµ = 0.0128*10 -3 (kg/m.s) . Thay vào ta được : 33 100182.0 99471.08.28 100128.0 00529.00.64986.28 −− × × + × × = hhµ Suy ra : 51081.1 −×=hhµ (kg/m.s) . -Lưu lượng khối lượng pha khí trung bình : 2 cd ytb GGG += , kg/s Gd , Gc : lưu lượng khí vào và ra khỏi tháp , kg/s . 0101.064691.798.28691.79*** 2 ××+×=+= dSOtrtrtrd YMGMGG = 2346.6 (kg/h) = 0.652 (kg/s) . 000582.064691.798.28691.79*** 2 ××+×=+= cSOtrtrtrc YMGMGG = 2298.1 (kg/h) = 0,638 (kg/s) . Suy ra : 645.0 2 638.0652.0 = + =ytbG (kg/s) . II.4.2. Các thơng số vật lý của dịng lỏng : - Vxtb : lưu lượng dịng lỏng trung bình . Do lượng cấu tử hồ tan trong dung dịch nhỏ , xem quá trình hấp thu khơng làm thay đổi đáng kể thể tích nên : tr trtrtrxtb MLVV ρ 1 **=≈ Với : trρ là khối lượng riêng của nước ở 300C . trρ = 995 (kg/m3) . Mtr : khối lượng phân tử của H2O , kg/kmol . Ltr : lưu lượng nước , kmol/h . Suy ra : 41.78 995 118298.4334 =××=xtbV m 3/h - Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng : ( ) 2111 *1* tbtbtbtbxtb VV ρρρ −+= [2, IX.104, 183] 1tbρ , 2tbρ : khối lượng riêng trung bình của SO2 , H2O trong pha lỏng . 1tbV , Vtb2 : thể tích trung bình của SO2 , H2O trong pha lỏng. Do lượng SO2 hồ tan trong dung dịch nhỏ nên : Vtb1 ≈ 0 . ⇒ 995 22 =≈≈ OHtbxtb ρρρ (kg/m3) . - Độ nhớt trung bình của pha lỏng : Do lượng cấu tử SO2 hồ tan trong dung dịch nhỏ nên cĩ thể xem : ĐỒ ÁN MƠN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 14 3108007.0 2 −×=≈ OHxtb µµ (kg/m.s) . - Lưu lượng khối lượng trung bình của pha lỏng : 2 xcxd xtb GGG += xdG , xcG : lưu lượng khối lượng dịng lỏng vào và ra khỏi tháp . 67.21 3600 1 *18*298.4334* === trtrxd MLG (kg/s) . ( ) 3600 64*000175.0*298.433418*298.4334 *** 2 + =+= SOctrtrtrxc MXLMLG = 21.68 (kg/s) . Suy ra : Gxtb = 675.212 67.2168.21 2 = + = + xcxd GG (kg/s) . II.4.3. Tính đường kính tháp hấp thu : Tốc độ bắt đầu tạo nhũ tương , cịn gọi là tốc độ đảo pha W’s (m/s ) được xác định theo cơng thức : 8 1 4 116.0 3 2 ' *)(*75.1 ** ** lg       −=               xtb ytb y x n x xtbd ytbds G GA Vg ρ ρ µ µ ρ ρσω Với : + Gx , Gy : lưu lượng dịng lỏng và khí trung bình , kg/s . Gx = Gxtb = 21.675 (kg/s) . Gy = Gytb = 0.645 (kg/s) . + ρ xtb , ρ ytb : khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và khí . ρ xtb = 995 (kg/m3) . ρ ytb = 1.166 (kg/m3) . + µx : độ nhớt trung bình pha lỏng theo nhiệt độ trung bình . µx = µxtb = 0.8007×10-3 (kg/m.s) . + µn : độ nhớt của nước ở 200C . µn = 1.005*10-3 (kg/m.s) . A : hệ số , A = 0.022 . Chọn đệm vịng Raschig bằng sứ , kích thước đệm 50×50×5 mm . Các thơng số của đệm : σd : bề mặt riêng của đệm . σd = 95 m2/m3 Vd : thể tích tự do của đệm . Vd = 0.79 m3/m3 dρ : khối lượng riêng xốp của đệm . ρ d = 600 kg/m3 Thay số vào ta được : lg 8 1 4 116.0 3 3 3 2 995 166.1 * 645.0 675.21 *75.1022.0 10*005.1 10*8007.0 * 995*79.0*81.9 166.1*95*'             −=               − − sW Suy ra : ωs’ = 0.57 (m/s) . Chọn tốc độ làm việc : 513.09.0 ' =×= stb ωω (m/s) . ĐỒ ÁN MƠN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 15 Đường kính tháp được xác định theo cơng thức : 17.1 513.03600 6.19904 3600 4 = ×× × = ×× × = piωpi tb tbVD (m) . Chọn D = 1.2 m II.4.4. Xác định chiều cao một đơn vị chuyển khối : -Chiều cao tương ứng một đơn vị truyền khối : LGY hl mhh ×+= Trong đĩ : hG : chiều cao một đơn vị truyền khối tương ứng pha khí , m . hL : chiều cao một đơn vị truyền khối tương ứng pha lỏng , m . m : hệ số gĩc đường cân bằng l : lượng dung mơi tiêu tốn riêng , l = tr tr G L -hG và hL được xác định dựa vào các cơng thức thực nghiệm sau : 3 2 25.0 PrRe yytG a Vh ×× ×× = σψ 5.025.0 3 2 PrRe256 xx x x Lh ××      = ρ µ Với : Vt = 0.79 m3/m3 , là thể tích tự do của đệm . σ = 95 m2/m3 , là bề mặt riêng của đệm . a là hệ số phụ thuộc dạng đệm , đệm vịng Raschig a = 0.123 . ρ x = ρ xtb = 995 kg/m3 , là khối lượng riêng pha lỏng . µx = µxtb = 0.8007×10-3 (kg/m.s) . Các cơng thức chuẩn số Rey , Pry cho pha khí và Rex , Prx cho pha lỏng được tính như sau : y y y G µσ × × = 4.0 Re x x x L µσ × × = 04.0 Re yy y y D× = ρ µ Pr xx x x D× = ρ µ Pr Ở đây : + Gy , Lx là tốc độ khối lượng của khí và lỏng tương ứng một đơn vị tiết diện ngang của tháp , kg/m2.s . Tiết diện ngang của tháp : 1304.1 4 2.1 4 22 = × = × = pipi DFt (m2) . 5706.0 1304.1 645.0 === t ytb y F G G (kg/m2.s) . 17.19 1304.1 67.21 === t xtb x F G L (kg/m2.s) . + µy = 1.81*10-5 kg/m.s , là độ nhớt pha khí . + ρ y = ρ ytb = 1.166 kg/m3 là khối lượng riêng pha khí . + Dx , Dy : là hệ số khuếch tán trong pha khí và trong pha lỏng , m2/s . ĐỒ ÁN MƠN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 16 II.4.4.1. Hệ số khuếch tán trong pha lỏng : ( ) 6.0' 5.012 * **10*4.7 A B x V TM D µ φ− = , m 2/s . [4,(2-41),27] Trong đĩ: MB là khối lượng mol của dung mơi , MB = 182 =OHM (kg/kmol) φ là hệ số kết hợp cho dung mơi , φ = 2.6 cho dung mơi là nước . T = 273 + 30 = 3030K , nhiệt độ khuếch tán . VA = 44.8 cm3/mol , là thể tích mol của dung chất . µ’: là dộ nhớt của dung dịch . µ’ = 8007.0 2 =OHµ (Cp) . Suy ra : ( ) 96.0 3.012 10*9568.1 8.44*8007.0 303*18*6.210*4.7 − − ==xD (m2/s) II.4.4.2. Hệ số khuếch tán trong pha khí 2 1 2 3 1 3 1 2 3 7 11 * *10*3.4       +         + = − BA BA y MM VVP TD [4,(2-36),25] . Trong đĩ : T = 273 +30 = 3030K P = 1 at , Ap suất khuếch tán . MA , MB : là khối lượng mol khí SO2 và khơng khí . MA = 2SOM = 64 (kg/kmol) . MB = Mkk = 28.8 (kg/kmol) . VA , VB : thể tích mol của SO2 và của khơng khí . VA = 44.8 (cm3/mol) . VB = 29.9 (cm3/mol) . Thế vào ta được : 52 1 2 3 1 3 1 2 3 7 10148.1 8.28 1 64 1 9.298.44*1 303*10*3.4 − − ×=      +         + =yD (m2/s) . II.4.4.3. Tính Rex , Rey , Prx , Pry : 9.4 10*8007.0*95*1304.1 67.21*04.004.0Re 3 ==×× × = − xt x x F G µσ 67.64 10*81.1*95*1304.1 645.04.04.0Re 5 = × = ×× × = − yt y y F G µσ 24.411 10*9568.1*995 10*8007.0Pr 9 3 == × = − − xx x x Dρ µ 352.1 10*148.1*166.1 10*81.01Pr 5 5 == × = − − yy y y Dρ µ II.4.4.4. Tính hệ số thấm ướt ψ : -Utt = t x F V là mật độ tưới thực tế , (m3/m2.h) . ĐỒ ÁN MƠN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 17 Trong đĩ : Vx = Vxtb = 78.41 (m3/h) . Ft = 1.1304 (m2) . Suy ra : 365.69 1304.1 41.78 ==ttU (m3/m2h) . -Mật độ tưới thích hợp Uth : Uth = B.σ d , (m3/m2h) . B = 0.158 (m3/m.h) [2,bảng IV.6,177] dσ = 95 m2/m3 Suy ra : Uth = 0.158*95 = 15.01 (m3/m2h) . Vậy : 62.4 01.15 365.69 == th tt U U Dựa vào đồ thị hình IX.16 [ 2.178 ] , ta chọn ψ = 1 để dung mơi thấm ướt đều lên đệm . II.4.4.5. Tính hG , hL 1016.0352.167.64 951123.0 79.0PrRe 3 225.03 2 25.0 =×× ×× =× ×× = yy t G a Vh σψ (m) . 5.025.0 3 2 3 5.025.0 3 2 24.4419.4 995 108007.0256PrRe256 ××      × ×=×      ×= − xx x x Lh ρ µ = 0.6922 (m) . II.4.4.6. Tính chiều cao một đơn vị chuyển khối : hY = hG Lhl m ×+ Từ đồ thị đường cân bằng ta xác định được hệ số gĩc đường cân bằng ( )XfY =∗ là : m = 48.3 Với : 38.54 000175.0 000582.00101.0 = − = − =≈= c cd tr tr X YY G L G Ll Suy ra : 716.06922.0 38.54 3.481016.0 =×+=Yh (m) . II.4.5. Xác định số đơn vị truyền khối mY : Do cấu tử SO2 hồ tan trong dung dịch khơng dáng kể nên dung dịch hấp thu khá lỗng , phương trình tính mY cĩ dạng như sau : 1.9= − = ∫ ∗ dY Yc Y YY dY m (m) . Bảng số liệu tính tích phân : ĐỒ ÁN MƠN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 18 i Yi Xi Y* Yi-Y* 1/(Y-Y*) 0 0.000582 9.1931E-11 4.4029E-09 0.000582 1718.22606 1 0.001058 8.7501E-06 0.00041925 0.0006387 1565.79971 2 0.001534 1.75E-05 0.00083884 0.000695 1438.92626 3 0.00201 2.625E-05 0.00125877 0.0007509 1331.68338 4 0.002486 3.5E-05 0.00167905 0.0008066 1239.84772 5 0.002962 4.375E-05 0.00209967 0.0008618 1160.32639 6 0.003437 5.25E-05 0.00252064 0.0009168 1090.80249 7 0.003913 6.125E-05 0.00294196 0.0009713 1029.5061 8 0.004389 7E-05 0.00336362 0.0010256 975.061834 9 0.004865 7.875E-05 0.00378563 0.0010795 926.384753 10 0.005341 8.75E-05 0.00420799 0.001133 882.607512 11 0.005817 9.625E-05 0.0046307 0.0011862 843.028425 12 0.006293 0.000105 0.00505376 0.001239 807.073715 13 0.006769 0.00011375 0.00547716 0.0012915 774.269643 14 0.007245 0.0001225 0.00590091 0.0013437 744.221613 15 0.007721 0.00013125 0.00632502 0.0013955 716.598313 16 0.008196 0.00014 0.00674947 0.0014469 691.119512 17 0.008672 0.00014875 0.00717428 0.001498 667.546587 18 0.009148 0.0001575 0.00759943 0.0015488 645.675071 19 0.009624 0.00016625 0.00802494 0.0015992 625.328761 20 0.0101 0.000175 0.0084508 0.0016492 606.354992 II.4.6. Chiều cao cột đệm cần thiết cho quá trình hấp thu : 5.61.9716.0 =×=×= YYd hmH m Chiều cao tổng cộng của tháp : H = 15.94.08.02325.04.025.6 =++×+×+ m II.5. Tính trở lực của lớp đệm : -Tổn thất áp suất của đệm khơ : 242 2' 3 '2 ' yy d dt y td k V H d HP ρωσλωρλ ××××=×××=∆ Trong đĩ : H = 6.5 m , là chiều cao lớp đệm . λ’ là hệ số trở lực của đệm , bao gồm cả trở lực do ma sát và trở lực cục bộ , phụ thuộc chuẩn số Rey : yd ytdy y V dW µ ρ × ×× = ' Re Rey > 40 : chế độ xốy , λ 2.0' Re 16 y = ĐỒ ÁN MƠN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 19 Rey < 40 : chế độ dịng , yRe 140 ' =λ Với : ρy = 1.166 kg/m3 Vd = 0.79 m3/m3 µy = 1.81×10-5 kg/m.s dtd = 95 79.044 × = × d dV σ = 0.0154 (m) , là đường kính tương đương của đệm . W’y = 0.513 m/s , tốc độ của dịng khí trên tồn bộ tiết diện tháp . Suy ra : 6.678 1081.179.0 166.10154.0513.0Re 5 =×× ×× = − y Vì Rey > 40 nên : 343.46.678 16 2.0 ' ==λ Như vậy , thay số ta được : 5.500 2 166.1513.0 79.0 955.6 4 343.4 2 3 = × × × ×=∆ kP (N/m2) . -Tổn thất áp suất của lớp đệm ướt :                 ×      ×         ×+∆=∆ c y x n x y m y x kv G GAPP µ µ ρ ρ 1 Trong đĩ : Gx , Gy : là lưu lượng của dịng lỏng và dịng khí , kg/s . Gx = Gxtb = 21.675 kg/s Gy = Gytb = 0.645 kg/s ρx , ρy : khối lượng riêng của dịng lỏng và dịng khí , ρx = 995 kg/m3 ρy = 1.166 kg/m3 µx = 0.8007×10-3 kg/m.s µy = 1.81×10-5 kg/m.s Do : 2.08.1         ×      ×         y x x y y x G G µ µ ρ ρ = 1.4 > 0.5 Theo [2,bảng(IX.7),189] ta cĩ : A = 10 , n = 0.525 , m=0.945 , c = 0.105 Thay số vào ta được :               × × ×      ×      ×+×=∆ − − 105.0 5 3525.0945.0 1081.1 108007.0 995 166.1 645.0 675.211015.500uP = 6468.37 (N/m2) . Chọn uP∆ = 6500 N/m2 = 0.065×105 (N/m2) . =-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-= ĐỒ ÁN MƠN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 20 CHƯƠNG III TÍNH TỐN CƠ KHÍ III.1 Tính chiều dày thân tháp : Thiết bị làm việc ở mơi trường ăn mịn , nhiệt độ làm việc 300C , Pmt = 1 at = 0.1 N/m2 . Nên ta chọn vật liệu là thép khơng rỉ để chế tạo thiết bị . Chọn thép : X18H10T . - Ứng suất cho phép tiêu chuẩn đối với thép X18H10T ở 300C : [σ]* = 146 N/mm2 [9,hình1-2,22] hệ số hiệu chỉnh η = 1 [9,26] Ứng suất cho phép là : [σ] = 1×146 = 146 N/mm2 - Ap suất tính tốn : hgPP lvtt ××+= ρ Plv : áp suất làm việc của mơi trường . Plv = ∆Pư = 510065.0 × (N/m2) . h : chiều cao cột chất lỏng . h = 8.425 m Suy ra : 091.0425.899581.910065.0 5 =××+×=ttP N/mm 2 Chọn hệ số bền mối hàn ϕh = 0.95 Do : [ ] 2.152495.0 091.0 146 =×=× hP ϕσ > 25 Nên bề dày tối thiểu của thân trụ hàn chịu áp suất được tính theo : [ ] 4.095.01462 091.01200 2 ' = ×× × = ×× × = h t PDS ϕσ mm - Hệ số bổ sung bề dày C , mm : C = Ca + C0 + Cb + Cc Trong đĩ : Ca : là hệ số bổ sung do ăn mịn hố học của mơi trường . Thời hạn sử dụng là 20 năm , tốc độ ăn mịn là 0.1mm/ năm . Vậy : Ca = 0.1×20 = 2 (mm) . Cb : là hệ số bổ sung do bào mịn cơ học của mơi trường . Đối với TB hố chất : Cb = 0 (mm) . Cc là hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo , lắp ráp , cĩ thể bỏ qua . C0 là hệ số bổ sung để quy trịn kích thước , mm C0 = 1 mm Thay vào ta được : C = 2 + 0 + 1 = 3 (mm) . - Bề dày thực của thân trụ : S = S’ + C = 0.4 + 3 = 3.4 (mm) . Chọn bề dày thân S = 4 (mm) . - Kiểm tra điều kiện : 1.0≤− t a D CS Suy ra : 1.000167.0 1200 24 ≤=− : thỏa điều kiện . - Ap suất tính tốn cho phép ở bên trong thiết bị : ĐỒ ÁN MƠN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 21 [P] = )( )(**][*2 at ah CSD CS −+ −ϕσ [9,(5-11),131] [P] = 462.0)24(1200 )24(*95.0*146*2 = −+ − (N/mm2) > 0.091 (N/mm2) , thỏa điều kiện . Vậy chiều dày thân được chọn là S = 4 (mm) . III.2. Tính chiều dày đáy , nắp : - Chọn đáy nắp elip tiêu chuẩn . - Chọn chiều dày đáy , nắp bằng chiều dày thân . Sn = Sđ = Sthân = 4 (mm) . - Kiểm tra điều kiện : 125.0≤− t a D CS Suy ra : 1.000167.0 1200 24 ≤=− 25 : thỏa điều kiện . - Kiểm tra áp suất dư cho phép tính tốn theo cơng thức : [P] = )( )(**][*2 at ah CSR CS −+ −ϕσ [9,(6-5),166] Đáy nắp elíp tiêu chuẩn Rt = Dt = 1200 (mm) . [P] = 462.0)24(1200 )24(*95.0*146*2 = −+ − (N/mm2) > 0.091 (N/mm2) , thỏa điều kiện . III.3. Tính ống dẫn lỏng , ống dẫn khí : III.3.1. Tính ống dẫn khí vào tháp : Đường kính ống dẫn khí : d = V Q * *4 pi , (m) Trong đĩ : Q : lưu lượng thể tích của khí , m3/s . Q = 2000 m3/h V : vận tốc dịng khí , m/s . Đối với khí áp lực nhỏ , chọn V = 18 (m/s) . Vậy d = 18* 3600 2000 *4 pi = 0.198 (m) . Chọn d = 200 (mm) . Với d = 200(mm) , vận tốc dịng khí trong ống dẫn : V = 2 * *4 d Q pi = 22.0* 3600 2000 *4 pi =17.68 (m/s) . III.3.2. Tính ống dẫn khí ra khỏi tháp : Chọn đường kính ống dẫn khí ra khỏi tháp bằng đường kính ống dẫn khí vào tháp . d = 200(mm) . III.3.3. Tính ống dẫn lỏng vào tháp : ĐỒ ÁN MƠN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 22 Đường kính ống dẫn lỏng : d = V Q * *4 pi , (m) Trong đĩ : Q : lưu lượng dịng lỏng , m3/s . Q = Vxtb = 78.41 (m3/h) . V : vận tốc dịng lỏng , m/s . Đối với nước áp lực nhỏ , chọn V = 1.25 (m/s) . Vậy d = 25.1* 3600 41.78 *4 pi = 0.149 (m) . Chọn d = 150 (mm) . Với d = 150(mm) , vận tốc dịng lỏng trong ống dẫn : V = 2 * *4 d Q pi = 215.0* 3600 41.78 *4 pi =1.23 (m/s) . III.3.4. Tính ống dẫn lỏng ra khỏi tháp : Chọn đường kính ống dẫn lỏng ra khỏi tháp bằng đường kính ống dẫn lỏng vào tháp . d = 150(mm) . III.4. Tính bích ghép thân tháp : Dt D2 D4 Dtb D1 Db D Chọn bích liền khơng cổ bằng thép để nối thân tháp . Đường kính trong thiết bị : Dt = 1200 mm . Đường kính ngồi của bích : D = 1340 mm . Đường kính tâm bu lơng : Db =1290 mm . Đường kính mép vát : D1 =1260 mm . Đường kính bu lơng : db = 20 (M 20 ) . Số bu lơng : Z = 32 cái . ĐỒ ÁN MƠN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 23 Chiều cao bích : h =25 mm . Theo [2 , bảngXIII.31 , 433] ta cĩ kích thước bề mặt đệm : D2 = 1230 (mm) . D4 = 1254 (mm) . Chọn vật liệu chế tạo bích là thép CT3 . Ap suất mơi trường trong thiết bị : p = 0.091 (N/mm2) . III . 4 . 1 . Kiểm tra bu lơng ghép bích : a . Lực nén chiều trục sinh ra do xiết bu lơng : Q1 = Qa + Qk . Trong đĩ : Qa _ lực do áp suất trong thiết bị gây nên Qa = 4 pi * Dt2 * p ( N ) . Qk _ lực cần thiết để giữ được kín trong đệm ( N ) . Qk = pi * Dtb * m * p . Cĩ thể viết lại : Q1 = 4 pi * Dt2 * p + pi *Dtb * b0 * m * p [ 9 , ( 7 – 1 ) , 191 ] . Trong đĩ : + p_ áp suất mơi trường trong thiết bị , N/mm2 p = 0.091 N/mm2 + Dt : đường kính tromg thiết bị , mm Dt = 1200 mm . + Dtb : đường kính thiết bị của đệm ,mm . Dtb = D1 – 2 * 2 b Với b_bề rộng thực của đệm , b = 12 2 12301254 2 24 = − = − DD mm . Thế vào , ta được : Dtb =1260 – 12 = 1248 mm + b0 _bề rộng tính tốn của đệm b0 = ( 0.5 ÷ 0.8 ) b . chọn b0 = 0.5* b = 6 (mm) . Chọn vật liệu đệm là amiăng cĩ bề dày oδ = 3 mm do mơi trường cĩ tính ăn mịn . Theo [9,bảng(7-2),192] ,ta cĩ : M = 2.0 , hệ số áp suất riêng . qo = 10 N/mm2 , áp suất riêng cần thiết làm biến dạng dẻo đệm . Thay vào ta được : Q1 = 091.0*1200*4 2pi + pi * 1248*6*2*0.091 = 1.1 * 105 (N) . b . Lực cần thiết để ép chặt đệm ban đầu : Q2 = pi * Dtb * bo * qo = pi * 1248 *6 *10 = 2.35 *105 (N) . c . Lực tác dụng lên một con bulơng : qb = Z Q Z QQ Z Q 221 ),max( == = 75.7343 32 10*35.2 5 = (N) . d. Tính đường kính bulơng : ĐỒ ÁN MƠN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 24 db = 1.13 * bl bq ][σ Trong đĩ : [ bl]σ = ko * [ bl']σ [ bl']σ : ứng suất cho phép của vật liệu làm bulơng , N/mm2 . Ở T = 30oC , theo [9,bảng(7-5),194] ,ta cĩ [ bl']σ = 89.5 (N/mm2 ) . Chọn ko = 0.5 , ta cĩ : db = 1.13 * 5.89*5.0 75.7343 = 14.5 (mm) 14≈ (mm) , thỏa điều kiện [9,bảng(7-7),193]. db = 14.5 (mm) < 20 (mm) , thỏa điều kiện bền . III.4.2 . Kiểm tra chiều dày bích : Bề dày bích liền được xác định theo cơng thức sau : t = 0.61 * db * 21 2 1 )(*][**7.0*[* ][ bbi d DPZ l l k σ ψ σ σ + ] , [9,(7-9),195] . Trong đĩ : l1 , l2 : cánh tay địn của momen gây uốn bích . l1 = 152 12601290 2 1 = − = − DDb (mm) . l2 = 2 412001290 2 −− = −− SDD tb = 43 (mm) . P : áp suất của mơi trường , N/mm2 . P = 0.091 (N/mm2) . db : Đường kính ngồi của bulơng , mm . db = 20 (mm) [ ]σ : Ứng suất cho phép của bulơng thơ dùng để ghép bích , N/mm2 . [ ]σ = 45 N/mm2 [9,hình(7-6),197] . biσ : ứng suất cho phép của bích , N/mm 2 . biσ =112.375 (N/mm2) , [9,bảng(7-6),198] . Đại lượng ψ : ψ = (1 - ]1)*2)[( 2 1 2 2 1 + − D lD l l b + 0.2* 2 1 l l = (1 - ]1) 1260 43*21290)[( 43 15 2 +− + 0.2* 43 15 = 1.32 Bích khơng cổ : k = 1 + ]1)()*21([ *2 22 2 −+− t S D l D D l D bt t = 1 + ]1)4() 1290 43*21( 1200 1340[ 43*2 1200 2 −+− t =1.589 + 2 26.223 t Thay vào ta được : ĐỒ ÁN MƠN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 25 t = 0.61 * 20 2 2 ) 20 1260( 45 091.0 *32.1*7.032* 43 15[ )26.223589.1(*375.112 45 + + t t = 0.61 * 20 * 2 26.223589.1 4399.7 t + Suy ra : t = 23.59 (mm) < 25 (mm) , thỏa điều kiện bền . Vậy chọn chiều dày bích t = h = 25 (mm) là thỏa điều kiện bền . III.5. Tính bích nối đường ống dẫn lỏng với thân và ống dẫn khí với thân : III.5.1. Bích nối đường ống dẫn lỏng với thân : Chọn bích liền bằng kim loại đen để nối ống dẫn lỏng với thân . Đường kính trong ống dẫn lỏng , Dy = 150 mm. Đường kính ngồi ống dẫn lỏng , Dn = 159 mm. Đường kính ngồi của bích , D = 260 mm . Đường kính tâm bulơng Dt = 225 mm. Đường kính bulơng db = 16 mm (M16). Số bulơng Z = 8 con . Bề dày bích t = 16 mm . III.5.2. Bích nối ống dẫn khí với thân : Chọn bích liền bằng kim loại đen . Đường kính trong ống dẫn khí , Dy = 200 mm. Đường kính ngồi ống dẫn khí , Dn = 219mm. Đường kính ngồi của bích , D = 290 mm . Đường kính tâm bulơng Dt = 255 mm. Đường kính bulơng db = 16 mm (M16). Số bulơng Z = 8 con . Bề dày bích t = 16 mm . III.6. Tính lưới đỡ đệm và đĩa phân phối lỏng : III.6.1. Tính lưới đỡ đệm : Chọn vật liệu làm đệm là thép hợp kim X18H10T . Các thanh cĩ tiết diện chữ nhật , 1 cạnh cĩ bề rộng b =10 mm . Đường kính trong tháp : Dt = 1200 mm . Đường kính lưới đỡ đệm : Dl =1165 mm. Chiều rộng bước lưới : bl = 22 mm . Số thanh đỡ đệm n = 95.52 22 1165 == l l b D Chọn n = 52 thanh . Diện tích lưới đỡ đệm : Sl = =2*4 l Dpi 21165* 4 pi = 1065421.625 (mm2) . Tổng khối lượng mà lưới phải chịu : m = m1 + m2 Trong đĩ : m1 : khối lượng vật chêm khơ . m2 : khối lượng của dung dịch . ĐỒ ÁN MƠN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 26 m1 = Vđ * dρ Với : dρ = 500 kg/cm2 , khối lượng riêng xốp của đệm . Vđ : thể tích của đệm . Vđ = 2 ** 4 2 d t H Dpi Suy ra : m1 = 2 ** 4 2 d t H Dpi * dρ = 500*2 5.6 *165.1* 4 2pi = 2077.57 (kg) . m2 = Vdd * ddρ = (1 – Vđ ) 2**4 2 d t H Dpi * ddρ = (1 – 0.79) * 33.861995* 2 5.6 *165.1* 4 2 = pi (kg) . Vậy m = m1 + m2 = 2077.57 + 861.33 = 2938.9 (kg) . Tải trọng mà lưới đệm chịu theo một đơn vị diện tích : P = 625.1065421 81.9*9.2938* = lS gm = 0.027 (N/mm2) . Tải trọng mà một thanh phải chịu tính theo đơn vị chiều dài : q = lD n P * = 52 027.0 *1165 = 0.6049 (N/mm) . Ở trên ta chọn thanh dài nhất để tính bền vì theo nguyên tắc các thanh ngắn hơn sẽ bền nếu thanh dài nhất bền . Để đơn giản ta xét thanh dài nhất trên đĩa , chịu lực phân phối đều 2 gối đỡ 2 đầu . Mặt cắt nguy hiểm tại B . Mxmax = 8 * 2 lDq Kiểm tra bền nhân tố ở trạng thái ứng suất đơn : max max max * yJ Mx x z =σ [12,(6-34),111] . = 2 * max h J Mx x Với Jx = 12 * 3hb [12,(6-17a),105] . Thay vào ta được : 2 max max * *6 hb Mx z =σ = 2 2 **8 **6 hb Dq l Theo điều kiện bền : maxzσ ≤ [ ]σ ↔ 2 2 *10*8 1165*6049.0*6 h ≤ 146 ↔ h ≥ 20.54 Vậy chọn chiều dày thanh là 25 (mm) . III.6.2. Đĩa phân phối lỏng : Chọn đĩa phân phối lỏng loại 1 . Theo [2,bảng IX.22,230] ta cĩ kích thước của đĩa phân phối lỏng như sau: Đường kính đĩa : Dd = 750 (mm) . ĐỒ ÁN MƠN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 27 Đường kính ống dẫn lỏng : d = 44.5 (mm) . Chiều dày ống dẫn lỏng : S = 2.5 (mm) . Chiều cao ống : 50 (mm) . Khoảng cách từ chân ống đến rảnh : 10 (mm) . Bước ống t = 70 (mm) . Số lượng ống : 91 ống . Chiều dày đĩa loại 1 : 5 (mm) . Chọn vật liệu làm đĩa là thép CT3 . III.7. Chân đỡ và tai treo : III.7.1. Khối lượng đáy tháp : mđ = (Fđ – Flđ )* ρ *S Trong đĩ : ρ : khối lượng riêng của thép X18H10T dùng làm đáy nắp . ρ = 7900 (kg/m3) [2,bảng XII.7,313] S : bề dày đáy tháp S = 4 (mm) . Fđ =1.66(m2) , diện tích đáy tháp . Flđ : diện tích lỗ đáy nối ống dẫn lỏng . Flđ = 2*4 l Dpi , Dl : đường kính ống dẫn lỏng . Thế vào ta cĩ : mđ = (1.66 - 4 pi * 0.152)* 7900 * 4 * 10-3 = 51.824 (kg) . III.7.2. Khối lượng nắp tháp : mn = (Fn -Fln)* ρ * S Trong đĩ : ρ : khối lượng riêng của thép X18H10T dùng làm nắp tháp . ρ = 7900 (kg/m3) [2,bảng XII.7,313] S : bề dày nắp tháp S = 4 (mm) . Fn =1.66(m2) , diện tích nắp tháp . Fln : diện tích lỗ nắp nối ống dẫn khí . Fln = 2*4 k Dpi , Dk : đường kính ống dẫn khí . Thế vào ta cĩ : mn = (1.66 - 4 pi * 0.22)* 7900 * 4 * 10-3 = 51.4638 (kg) . III.7.3. Khối lượng thân tháp : mt = Vthân * ρ Thể tích của thân tháp : Vthân = Ft * S = [ SDDHD lk *]*4*4** 22 pipipi −− = { 322 10*4*]15.0* 4 2.0* 4 2.8*2.1* −−− pipipi = 0.1234 (m3) . Vậy mt = 7900 * 0.1234 = 974.86 (kg) . III.7.4. Khối lượng đệm khơ : mdk = 2 * m1 ĐỒ ÁN MƠN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 28 Với : m1 : khối lượng vật chêm khơ mà 1 lưới phải đỡ . Suy ra : mdk = 2 * 2077.57 = 4155.14 (kg) . III.7.5. Khối lượng dung dịch : mdd = 2 * m2 Với m2 : khối lượng dung dịch ở 1 tầng đệm . mdd = 2 * 861.33 = 1722.66 (kg) . III.7.6. Khối lượng bích nối thân đáy và thân nắp : mbích = 2 * D[*4 pi 2 – (Dt + 2*S)2 ] * t * bρ Trong đĩ : bρ : khối lượng riêng của thép CT3 dùng làm bích . bρ = 7850 (kg/m3) [2,bảngXII.7,313] D = 1.34 (m) , đường kính ngồi của bích . Dt = 1.2 (m) , đường kính trong của tháp . t = 25 (mm) , bề dày bích . Vậy mbích = 2 * 4 pi * [1.342 – (1.2 + 2*4*10-3)2] * 25 * 10-3 * 7850 = 103.63 (kg) . III.7.7. Khối lượng bích nối ống dẫn lỏng với thân : mdl = D[*4 pi 2 – (Dy + 2*Sl)2 ] * t * bρ Trong đĩ : bρ : khối lượng riêng của thép CT5 dùng làm bích . bρ = 7850 (kg/m3) [2,bảngXII.7,313] D = 260 (mm) , đường kính ngồi của bích . Dy = 150 (mm) , đường kính trong của ống dẫn lỏng . t = 16 (mm) , bề dày bích . Sl = Dn – Dy = 159 – 150 = 9 (mm) . Vậy mdl = 4 pi * [0.262 – (0.15 + 2 * 9 * 10-3)2] * 16 * 10-3 * 7850 = 3.88 (kg) . III.7.8. Khối lượng bích nối ống dẫn khí với thân : mdk = D[*4 pi 2 – (Dy + 2*Sk)2 ] * t * bρ Trong đĩ : bρ : khối lượng riêng của thép CT3 dùng làm bích . bρ = 7850 (kg/m3) [2,bảngXII.7,313] D = 290 (mm) , đường kính ngồi của bích . Dy = 200 (mm) , đường kính trong của ống dẫn khí . t = 16 (mm) , bề dày bích . Sk = Dn – Dy = 219 – 200 = 19 (mm) . Vậy mdk = 4 pi * [0.292 – (0.2 + 2 * 19 * 10-3)2] * 16 * 10-3 * 7850 = 2.7 (kg) . III.7.9. khối lượng lưới đỡ đệm : ĐỒ ÁN MƠN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 29 mlưới = 2 * 4.0*)***4( 2 ρpi hDl Trong đĩ : b = 10 (mm) , h = 25 (mm) : bề rộng và bề dài thanh đỡ đệm . Dl = 1165 (mm) . 7850=ρ (kg/m3) . Vậy mlưới = 2 * ( 4.0*)7850*025.0*165.1*4 2pi = 168.34 (kg) . III.7.10. Khối lượng đĩa phân phối lỏng : mđĩa = 2* 4 pi *(Dd2 – 91*d2)* ρ * t Trong đĩ : Dd = 750 (mm) , đường kính đĩa . n = 91 , số ống . d = 44.5 (mm) , đường kính trong ống dẫn lỏng . t = 5 (mm) . Vậy mđĩa = 2* *4 pi [0.752 – 91*0.04452] * 7850 *5 * 10-3 = 23.57 (kg) . III.7.11. Tổng khối lượng tồn tháp hấp thu : m = mđ + mn + mt + mdk + mdd + mbích + mdl + mdk + ml + mđĩa = = 51.824 + 51.4638 + 974.86 + 4155.14 + 1722.66 + 103.63 + 3.88 + + 2.7 + 168.34 + 23.57 = 7258.1 (kg) . III.7.12. Tải trọng tháp : P = 7258.1 * 9.81 = 71201.67 (N) . Chọn tháp cĩ 4 chân đỡ và 4 tai treo . Tải trọng đặt lên 1 chân đỡ : G = 4 P = 17800.42 (N) ≈ 1.8 * 104 Chọn tải trọng đặt lên 1 chân đỡ : G = 2.5 * 104 (N) > 1.8 *104 (N) . Theo [2,bảng XIII.35,437] ta cĩ kích thước chân đỡ : L = 250 (mm) . B = 180 (mm) . B1 = 215 (mm). B2 = 290 (mm) . H = 350 (mm). h = 185 (mm) . S = 16 (mm) . l = 90 (mm) . d = 27 (mm) . Theo [2,bảng XIII.36,438] ta cĩ kích thước tai treo : L = 150 (mm) . B = 120 (mm) . B1 = 130 (mm). H = 215 (mm). S = 8 (mm) . l = 60 (mm) . ĐỒ ÁN MƠN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 30 d = 30 (mm) . a = 20 (mm) . =-==-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-==-==-=-=-=-==-=-=-=-=-==-=-=-==-=-=-=-=--=--= CHƯƠNG 4 TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ IV.1. Tính bồn cao vị : Viết phương trình Bernoulli cho mặt thống của bồn cao vị (mặt cắt 1 ) và đầu ra ống dẫn lỏng vào tháp ( mặt cắt 2) . Z1 + Hg V g PZ g V g P ∆+++=+ *2 * **2 * * 2 222 2 2 111 α ρ α ρ Trong đĩ : Z1 , Z2 : chiều cao mặt thống bồn cao vị và mặt cắt đầu ra ống dẫn lỏng vào tháp , m . V1 , V2 : vận tốc mặt cắt 1 , mặt cắt 2 , m/s . ∆ H : tổn thất từ mặt cắt 1 đến mặt cắt 2 , m . 21 ,αα : hệ số hiệu chỉnh động năng . ĐỒ ÁN MƠN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 31 P2 = P1 = Pa : xem áp suất ở mặt thống bồn cao vị và áp suất ở đầu vào ống dẫn lỏng là như nhau . H0 = Z1 – Z2 : chiều cao mực chất lỏng của bồn cao vị so với chiều cao ống dẫn lỏng vào tháp . V1 = 0 (m/s) , V2 = 1.23 (m/s) . Từ phương trình Bernoulli ta cĩ : Ho = Z1 – Z2 = Hg VV g PP ∆+−+− *2 ** * 2 11 2 2212 αα ρ Ho = Hg V ∆+ *2 * 2 22α (1) Chuẩn số Re = µ ρ**2 dV Với ρ = 995 (kg/m3) . µ = 0.8007 * 10-3 (kg/m*s) , độ nhớt của nước ở 30oC . V2 = 1.23 (m/s) . Suy ra : Re = 310*8007.0 995*15.0*23.1 − = 229271 > 2300 : chế độ chảy trong ống là chảy rối nên 12 =α . Thay vào (1) ta được : Ho = Hg V ∆+ *2 2 2 Trong đĩ : ∆ H = hd + hcb Với hd : tổn thất dọc đường ống , m . hcb :tổn thất cục bộ tại miệng vào , miệng ra , chổ uốn , van , m . IV.1.1. Tổn thất dọc đường ống : hd = g V d L *2 ** 2 2λ , m . Trong đĩ : λ : hệ số tổn thất . L : chiều dài ống . Chọn L = 5 m . d = 0.15 (m) , đường kính ống dẫn lỏng . V = V2 = 1.23 (m/s) , vận tốc dịng lỏng chảy trong ống . Do Re > 10000 nên : λ = 2)5.1Relg*8.1( 1 − [13,(9-33),202] . = 2)5.1229271lg*8.1( 1 − = 0.015 . Vậy hd = 0.015 * 15.0 5 * 81.9*2 23.1 2 = 0.0386 (m) . IV.1.2. Tổn thất cục bộ : Chọn hệ thống ống cĩ : theo [12,phụ lục 3-4,236] ta cĩ : - 4 khuỷu cong (uốn gĩc 90o) : hệ số tổn thất cục bộ khξ =1.1 . - 3 van : hệ số tổn thất cục bộ vξ =0.15 . ĐỒ ÁN MƠN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 32 - Đầu vào ống : dvξ =0.5 . - Đầu ra (cửa vào tháp ) : drξ =1 . Ta cĩ : hcb = g V g V drdvvkh *2 )*3*4( *2 * 22 ξξξξξ +++=∑ hcb = (4*1.1 + 3*0.15 + 1 + 0.5) 81.9*2 23.1 2 = 0.4896 (m) . Vậy Ho = 0.0386 + 0.4896 + 81.9*2 23.1 2 = 0.6053 (m) . IV.1.3. Chiều cao bồn cao vị : Z1 = Ho + Z2 = Ho + hchân đỡ + hđáy + hlv Trong đĩ : hchân đỡ = 0.185 (m) . hđáy = 0.325 (m). hlv : chiều cao làm việc của tháp . hlv = 6.5 + 2*0.4 + 0.8 + 0.225 = 8.325 (m) . Suy ra : Z1 = 0.6053 + 0.325 + 0.185 + 8.325 = 9.45 (m) . IV.2. Tính cơng suất bơm : Viết phương trình Bernoulli cho mặt cắt ở đầu vào ống hút (mặt cắt 1-1) và mặt cắt ở đầu ra ống đẩy(mặt cắt 2-2) . Hb + Z1 + Hg V g PZ g V g P ∆+++=+ *2 * **2 * * 2 222 2 2 111 α ρ α ρ Suy ra : Hb = (Z2 – Z1) + Hg VV g PP ∆+−+− *2 ** * 2 11 2 2212 αα ρ Trong đĩ : Z1 , Z2 : chiều cao mặt cắt (1-1) và (2-2) , m . Z2 – Z1 = 9.45 (m) . P2 = P1 = Pkt : xem áp suất ở mặt cắt (1-1) bằng áp suất ở mặt cắt (2-2) . V1 , V2 : vận tốc dịng chảy trong ống hút và trong ống đẩy , m/s . Chọn đường kính ống hút bằng đường kính ống đẩy d1 = d2 = 0.15 (m) nên V = V1 = V2 = 1.23 (m/s) . ∆ H : tổn thất cột áp từ mặt cắt (1-1) đến mặt cắt (2-2) , m . 21 ,αα : hệ số hiệu chỉnh động năng . Hb : cột áp của bơm , mH2O . Chuẩn số Re = µ ρ** dV = 310*8007.0 15.0*995*23.1 − = 229271 >2300 : chế độ chảy trong ống là chế độ chảy rối nên 121 == αα . Vậy 222 2 11 ** VV αα = nên ta cĩ : Hb = Z2 – Z1 + ∆ H Trong đĩ : ∆ H = hd + hcb Với hd : tổn thất dọc đường ống , m . hcb :tổn thất cục bộ tại miệng vào , miệng ra , chổ uốn , van , m . IV.2.1. Tổn thất dọc đường : ĐỒ ÁN MƠN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 33 hd = g V d LL *2 ** 2 21 +λ L1 : chiều dài ống hút . Chọn L1 = 1 (m) . L2 : chiều dài ống đẩy . Chọn L2 = 15 (m) . λ : hệ số tổn thất , λ = 0.015 . V = V1 = V2 = 1.23 (m/s) . Vậy hd = 81.9*2 23.1 *015.0* 15.0 151 2+ = 0.1234 (m) . IV.2.2. Tổn thất cục bộ : Chọn hệ thống ống cĩ : theo [12,phụ lục 3-4,236] ta cĩ : - 2 khuỷu cong (uốn gĩc 90o) : hệ số tổn thất cục bộ khξ =1.1 . - 2 van : hệ số tổn thất cục bộ vξ =0.15 . - Đầu vào ống : dvξ =0.5 . - Đầu ra (cửa vào tháp ) : drξ =1 . Ta cĩ : hcb = g V g V drdvvkh *2 )*2*2( *2 * 22 ξξξξξ +++=∑ hcb = (2*1.1 + 2*0.15 + 1 + 0.5) 81.9*2 23.1 2 = 0.3084 (m) . IV.2.3. Cột áp của bơm : Hb = 9.45 + 0.1234 + 0.3084 = 9.8818 (mH2O) . Để an tồn ta chọn Hb = 10 (mH2O) . IV.2.4. Cơng suất của bơm : Nlt = µ ρ *1000 *** gHQ b , Kw [10,113] . Trong đĩ : Q : lưu lượng bơm , m3/s . Q = 310*78.21 3600 41.78 − = (m3/s) . Hb = 10 (mH2O) . )/(995 3mkg=ρ , khối lượng riêng của nước ở 30oC . η : hiệu suất của bơm . η = cktlo ηηη ** Trong đĩ : oη : hiệu suất thể tích . tlη : hiệu suất thủy lực . ckη : hiệu suất cơ khí . Chọn loại bơm ly tâm . Theo [3,bảng II.32,439] , ta chọn : oη = 0.96 tlη = 0.85 ckµ = 0.96 Vậy η = 0.96 * 0.85 * 0.96 = 0.783 ĐỒ ÁN MƠN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 34 Thay vào ta được : Nlt = 783.0*1000 81.9*995*10*10*78.21 3− = 2.72 (Kw) . Cơng suất thực của bơm : Nthực = ltN*β [5,6] Với β : hệ số an tồn cơng suất . Theo [5,bảng 1-1,6] ta chọn β = 1.4 . Vậy cơng suất thực của bơm : Nthực = 1.4*2.72 = 3.808 (Kw) . Chọn Nthực = 4 (Kw) . IV.3. Tính cơng suất của quạt : Chọn quạt ly tâm . Viết phương trình Bernoulli cho mặt cắt ở ống hút (mặt cắt 1-1) và mặt cắt ở ống thổi khí vào đáy tháp (mặt cắt 2-2) . Hq + Z1 + Hg V g PZ g V g P ∆+++=+ *2 * **2 * * 2 222 2 2 111 α ρ α ρ Trong đĩ : Z1 , Z2 : chiều cao mặt cắt (1-1) và mặt cắt (2-2) . Z1 = Z2 P1 , P2 : áp suất dịng khí ở ống hút và ống đẩy . P1 = 0 , áp suất dư của mơi trường . P2 = ∆ Pư = 6500(N/m2) . ρ : khối lượng riêng của dịng khí , kg/m3 . ρ = 1.166 (kg/m3) . V1 , V2 : vận tốc dịng khí ở mặt cắt (1-1) và mặt cắt (2-2) . Chọn đường kính ống hút bằng đường kính ống đẩy nên : V1 = V2 = V = 17.68 (m/s) . 21 ,αα : hệ số hiệu chỉnh động năng . Chế độ dịng chảy trong ống : Re = 510*81.1 166.1*2.0*68.17** − = µ ρdV = 227789 > 2300 nên chế độ dịng chảy trong ống ở chế độ chảy rối . Nên 121 == αα . Suy ra : 222 2 11 ** VV αα = Từ phương trình Bernoulli ta cĩ : Hq = (Z2 – Z1) + Hg VV g PP ∆+−+− *2 ** * 2 11 2 2212 αα ρ = H g P ∆+ * 2 ρ = H g Pu ∆+∆ *ρ Trong đĩ : ∆ H = hd + hcb Với hd : tổn thất dọc đường ống , m . hcb :tổn thất cục bộ tại miệng vào , miệng ra , chổ uốn , van , m . IV.3.1. Tổn thất dọc đường : hd = g V d L *2 ** 2 λ ĐỒ ÁN MƠN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 35 L : chiều dài ống dẫn khí . Chọn L = 10 (m) . d =0.2 (m) , đường kính ống dẫn khí . λ : hệ số tổn thất . Theo [3,II-65,380] , hệ số tổn thất được xác định : ] 7.3 ) Re 81.6lg[(*21 9.0 ∆+−= λ Với d ε =∆ : độ nhám tương đối . Chọn ống thép hàn trong điều kiện cĩ ăn mịn . 2.0=ε (mm) [3,bảng II-15,381] Suy ra : ∆ = 001.0 200 2.0 = Thay vào ta được : ] 7.3 001.0) 227789 81.6lg[(*21 9.0 +−= λ Suy ra : λ = 0.021 V = 17.68 (m/s) . Vậy hd = 81.9*2 68.17 *021.0* 2.0 10 2 = 16.728(m cột khí) . IV.3.2. Tổn thất cục bộ : Chọn hệ thống ống cĩ : theo [12,phụ lục 3-4,236] ta cĩ : - 4 khuỷu cong (uốn gĩc 90o) : hệ số tổn thất cục bộ khξ =1.1 . - 3 van : hệ số tổn thất cục bộ vξ =0.15 . - Đầu vào ống : dvξ =0.5 . - Đầu ra (cửa vào tháp ) : drξ =1 . Ta cĩ : hcb = g V g V drdvvkh *2 )*3*4( *2 * 22 ξξξξξ +++=∑ hcb = (4*1.1 + 3*0.15 + 1 + 0.5) 81.9*2 68.17 2 = 101.17(m cột khí) . IV.3.3. Cột áp của quạt : Hq = hcb + hd + g Pu *ρ ∆ = 17.101728.16 81.9*166.1 6500 ++ = 686.16 (m) . IV.3.4. Cơng suất của quạt : Nlt = η ρ *1000 *** gHQ kq , Kw [10,153] Trong đĩ : Q : lưu lượng dịng khí , m3/s . Q = 56.0 3600 2000 = (m3/s) . kρ = 1.166 (kg/m3) . : hiệu suất chung . 321 ** ηηηη = [10,153] Với - 1η : hiệu suất lý thuyết của quạt ,chọn 8.01 =η . η ĐỒ ÁN MƠN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 36 - 2η : hiệu suất của ổ đỡ , chọn 95.02 =η . - 3η : hiệu suất đối với hệ truyền bằng đai , chọn 95.03 =η . Thay vào ta được : η = 0.8 * 0.95 * 0.95 = 0.722 . Vậy cơng suất của quạt : Nlt = 09.6722.0*1000 81.9*166.1*16.686*56.0 = (Kw) . Cơng suất thực của quạt : Nthực = k * Nlt , Kw [10,153] Với k : hệ số dự trữ thêm cho động cơ . Đối với bơm ly tâm ,Nlt > 5 (Kw) : k = 1.1 . Vậy cơng suất thực của bơm : Nthực = 1.1 * 6.09 = 6.699 (Kw) . Chọn Nthực = 7 (Kw) . ĐỒ ÁN MƠN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 37 CHƯƠNG V TÍNH KINH TẾ Tên thiết bị Thơng số kỹ thuật Số lượng Đơn giá Thành tiền(VND) Thép khơng gỉ Kg 1270 50,000đ/kg 63,500,000 Thép CT3 Kg 158.1 10,000đ/kg 1,581,000 Bulơng M20 M16 M10 96 32 24 5,000đ/con 4,000đ/con 3,000đ/con 480,000 128,000 72,000 Tổng tiền vật tư 65,761,000 Tiền gia cơng chế tạo 65,761,000 Tổng tiền chế tạo tháp 131,522,000 Lưu lượng kế 1 1,500,000đ/cái 1,500,000 Ap kế tự động 1 500,000đ/cái 500,000 Bơm 5.5Hp 1 700,000đ/Hp 3,850,000 Quạt 9Hp 1 600,000đ/Hp 5,400,000 Ong nhựa PVC m 46 5,000đ/m 230,000 Ong thép m 10 30,000đ/m 300,000 Van thép và Racco 5 cái 50,000đ/cái 250,000 Van nhựa và Racco 12 cái 10,000đ/cái 120,000 Tổng tiền các chi tiết cơng nghệ 12,150,000 TỔNG CỘNG 143,672,000 KẾT LUẬN ĐỒ ÁN MƠN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 38 Hiệu suất của quá trình hấp thu cao (94%) , nhưng tiêu tốn lượng nước làm dung mơi lớn(78.41m3/h) . Do đĩ , về mặt kinh tế chưa đạt yêu cầu do tiêu tốn lượng nước lớn và thải lượng nước sau xử lý vào mơi trường khơng được tái sử dụng . Cần phải khảo sát phương pháp hấp thu SO2 với dung mơi khác để xem dung mơi đĩ cĩ đạt yêu cầu về hiệu suất xử lý và đạt yêu cầu về tính kinh tế khơng ? Ưu điểm của quá trình : + Hoạt động tốt trong mơi trường ăn mịn . + Dung mơi hấp thu rẻ , dễ tìm . + Kết cấu đơn giản , vận hành thuận tiện . Nhược điểm : + Năng suất xử lý nhỏ . + Khí trước khi vào tháp phải xử lý sơ bộ làm sạch bụi và hạ thấp nhiệt độ dịng khí . + Nước hấp thu phải sạch , tránh tạo cặn trong quá trình hấp thu làm tắc dịng khí và dịng lỏng . * TÀI LIỆU THAM KHẢO : [1]. Võ Thị Ngọc Tươi , giáo trình “ Quá trình & Thiết bị Cơng nghệ hĩa học . Tập 11 – Hướng dẫn Đồ án mơn học “ , ĐHBK TP.HCM – 1993 . [2]. Các tác giả , “ Sổ tay Quá trình & Thiết bị tập 2 “ , NXB KHKT Hà Nội – 1999 . ĐỒ ÁN MƠN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 39 [3]. Các tác giả , “ Sổ tay Quá trình & Thiết bị tập 1 “ , NXB KHKT Hà Nội – 1999 . [4]. Võ Văn Bang – Vũ Bá Minh , ” Quá trình & Thiết bị Cơng nghệ hĩa chất – Tập 3 – truyền khối “ , ĐHBK TP.HCM – 1997 . [5]. Phạm Văn Bơn – Vũ Bá Minh – Hồng Minh Nam , “ Quá trình & Thiết bị Cơng nghệ hĩa chất – Tập 10 – Ví dụ & Bài tập “ , ĐHBK TP.HCM . [6]. Nguyễn Văn Phước , “Quá trình & Thiết bị Cơng nghệ hĩa chất – Tập 13 – Kỹ thuật xử lý chất thải cơng nghiệp “ , ĐHBK TP.HCM . [7]. Phạm Ngọc Đăng , “ Mơi trường khơng khí “ , NXB KHKT . [8]. Nguyễn Bin , “ Tính tốn Quá trình & Thiết bị Cơng nghệ hĩa chất & Thực phẩm – tập 2 “ , NXB KHKT . [9]. Hồ Lê Viên , “ Thiết kế & Tính tốn các chi tiết thiết bị hĩa chất – tập 1 “ , NXB KHKT . [10]. Trần Hùng Dũng - Nguyễn Văn Lụa – Hồng Minh Nam - Vũ Bá Minh , giáo trình “Quá trình & Thiết bị Cơng nghệ hĩa chất – Tập 1 – Quyển 2” , NXB ĐHQG TP.HCM . [11]. Nguyễn Minh Tuyển , “ Tính tốn Máy & Thiết bị hĩa chất “ , NXB KHKT . [12]. Trương Tích Thiện – Vũ Duy Cường , “ Giáo trình Cơ kỹ thuật “ , ĐHBK TP.HCM . [13]. Tập thể giảng viên Bộ mơn cơ lưu chất , “ Giáo trình Cơ lưu chất “ , ĐHBK TP.HCM .