Đề tài Tính toán, thiết kế tháp đệm xử khí thải lò đốt xăng dầu diezen công suất 3L/H

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VÀ QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG @&? Môn học THỰC HÀNH KHÔNG KHÍ Đề tài TÍNH TOÁN,THIẾT KẾ THÁP ĐỆM XỬ KHÍ THẢI LÒ ĐỐT XĂNG DẦU DIEZEN CÔNG SUẤT 3L/H TP. HCM, tháng 11 năm 2010 Mục lục I. MỞ ĐẦU: 1.1. Giới thiệu chung : - Xử lý khí thải bằng tháp đệm là hình thức xử lý khí thải dựa trên nguyên tắc hấp thụ. Là quá trình mà trong đó hỗn hợp khí được cho tiếp xúc với chất lỏng nhằm mục đích hòa tan chọn lọc một hay nhiều cấu tử của hỗn hợp khí đó để tạo thành một dung dịch các cấu tử trong chất lỏng. - 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. - Qúa 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 nhắm mục đích hòa tan chọn lựa môt hay nhiều cấu tử của hỗn hợp khí để tạo nên một dung dịch các ccấu tử trong chất lỏng. Khí được hấp thu goi là chất bị hấp thụ. Chất lỏng dùng để hấp thu gọi là dung môi (chất hấp thụ) Khí không bị hấp thu goi là khí trơ. 1.2. Ứng dụng của quá trình hấp thụ trong tháp đệm: - Tháp rửa khí đệm là tháp với lớp đệm đổ đống hoặc được sắp xếp theo trật tự xác định. Chúng được ứng dụng để thu hồi bụi dễ dính ướt - Ngoài tháp ngược chiều, trên thực tế người ta còn ứng dụng thiết bị rửa khí đệm với sự tưới ngang. Để đảm bảo sự dính ướt của bề mặt lớp đệm chúng thường được để nghiệng 7-10o về hướng dòng khí, lưu lượng lỏng 0,15-0,5 l/m3 - Lớp vật liệu đệm, người ta thường dùng các loại khâu có hình dạng khác nhau làm bằng kim loại màu, sứ, nhựa. - Trong công nghiệp hóa chất, thực phẩm, quá trình hấp thu đươc dùng để: - Thu hồi cấu tử quý trong pha khí. - Làm sạch pha khí - Tách hỗn hợp thành các cấu tử riêng biệt - Tạo thành một dung dịch sản phẩm. 1.3. Lựa chọn dung môi: Nếu 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 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 lại quá trình càng ngỏ, tăng tốc độ hấp thu và có lợi cho quá trình truyền khối . Nhiệt dung riêng: Bé sẽ tốn ít nhiệt khi hoàn nguyên dung môi. Nhiệt độ sôi: Khác xa với nhiêt độ sôi của chất hòa tan sẽ dễ tách các cấu tử ra khỏi dung môi. Nhiệt độ đóng rắn: Thấp để tránh tắc nghẽn thiết bị, không tạo kết tủa, không độc và thu hồi các cấu tử hòa tan dễ dàng hơn. It bay hơi, rẻ tiền, dễ kiếm và không độc haị với người và không ăn mòn thiết bị. 1.4. Các loại tháp hấp thu : Thiết bị hấp thu có chức năng tạo ra bề mặt tiếp xúc giữa hai pha khí và lỏng càng lớn càng tốt. Có nhiều dạng hấp thu: Tháp phun: Là tháp có cơ cấu phun chất lỏng bằng cơ học hay bằng áp suất trong đó chất lỏng được phun thành những giọt nhỏ trong thể tích rỗng của thiết bị và cho dòng khí đi qua. Tháp phun được sử dụng khi yêu cầu trở lực bé và khí có chứa hạt rắn. Tháp sủi bọt: Khí được cho qua tấm đục lỗ bên trên có chứa lớp nước lỏng. Tháp sục khí: Khí được phân tán dưới dạng các bong bóng đi qua lớp chất lỏng. Qúa trình phân tán khí có thể thực hiện bằng cách cho khí đi qua tấm xốp, tấm đục lỗ hoặc bằng cách khuấy cơ học. Tháp đĩa: Cho phép vận tốc khí lớn nên đường kính tháp tương đối nhỏ, kinh tế hơn những tháp khác. Được sử dụng khi năng suất lớn, lưu lượng lỏng nhỏ và môi trường không ăn mòn. e )Tháp đệm: Chất lỏng được tưới trên lớp đệm rỗng và chảy xuống dưới tạo ra bề mặt ướt của lớp đệm để dòng khí tiếp xúc khi đi từ dưới lên. Tháp đệm thường được sử dụng khi năng suất nhỏ, môi trường ăn mòn, tỉ lệ lỏng: khí lớn, khí không chứa bụi và hấp thụ không tạo ra cặn lắng. 1.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp thu: Ảnh hưởng của nhiệt độ: Khi các điều kiện khác không đổi mà nhiệt độ tháp tăng thì hệ số Henry sẽ tăng. Kết quả là ảnh hưởng đường cân bằng chuyển dịch về phía trục tung. Nếu đường làm việc AB không đổi thì động lực trung bình sẽ giảm, số đĩa lí thuyết sẽ tăng và chiều cao thiết bị sẽ tăng. Thậm chí có khi tháp không làm việc được vì nhiệt độ tăng quá so với yêu cầu kĩ thuật. Nhưng nhiệt độ tăng cũng có lợi là làm cho độ nhớt cả hai pha khí và lỏng giảm. Ảnh hưởng của áp suất: Nếu các điều kiện khác giữ nguyên mà chỉ tăng áp suất trong tháp thì hệ số cân bằng sẽ tăng và cân bằng sẽ dịch chuyển về phía trục hoành. Khi đường làm việc AB không đổi dẫn đến động lực trung bình tăng quá trình truyền khối sẽ tốt hơn vì thế số đĩa lí thuyết sẽ giảm làm chiều cao của tháp thấp hơn. Tuy nhiên, việc tăng áp suất thường kèm theo sự tăng nhiệt độ. Mặt khác, sự tăng áp suất cũng gây khó khăn trong việc chế tạo và vận hành của tháp hấp thụ. Các yếu tố khác: Tính chất của dung môi, loại thiết bị, cấu tạo thiết bị, độ chính xác của dụng cụ đo, chế độ vận hành tháp…đều ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất hấp thu. Tháp đệm: - Tháp đệm là thiết bị hấp thụ dùng lớp vất liệu đệm làm tăng khả năng tiếp xúc với dòng khí . Chất lỏng được tưới trên lớp đệm rỗng và chảy xuống dưới tạo ra bề mặt ướt của lớp đệm để dòng khí tiếp xúc khi đi từ dưới lên. Tháp đệm thường được sử dụng khi năng suất nhỏ, môi trường ăn mòn, tỉ lệ lỏng: khí lớn, khí không chứa bụi và hấp thụ không tạo ra cặn lắng. - Dung dịch hấp thụ được tưới đều trên bề mặt lớp đệm là các vòng rachig , vòng sứ..thiết bị còn có tên gọi khác là Scrubber. - Dòng khí đi từ phần dưới thiết bị và chuyển đọng ngược chiều với dung dịch hấp thụ. Lượng dung dịch hấp thụ cần tưới khoảng 1,3 đến 2,6 l/m3 không khí . Hiệu quả làm sạch của tháp đệm khá cao từ 65 đến 80% Ưu điểm: Có bề mặt tiếp xúc pha lớn nên hiệu quả xử lý cao Có cấu tạo đơn giản Trở lức của tháp không lớn lắm Giới hạn làm viếc của tháp tương đối rộng Nhựơc điểm: Khó làm ướt đều lớp đệm Nếu tháp quá cao thì chất lỏng phân bố không đều *Vật liệu đệm: Yêu cầu đối với vật liệu đệm: Bề mặt riêng lớn Thể tích tự do lớn Khối lượng riêng bé Bền hóa học * Bảng số liệu về một số vật liệu đệm Dạng vật chêm Kích thước (mm) Bề mặt riêng (m2/m3) Độ rỗng (m3/m2) Khối lượng xốp (kg/m3) Vòng sứ Rasching xếp – ngẫu nhiên 5.5.1,0 8.8.1,5 10.10.1,8 15.15.2,0 25.25.3,0 50.50.5,0 1000 550 440 310 195 95 0,62 0,65 0,69 0,71 0,75 0,79 900 850 750 700 600 500 Vòng Rasching bằng thép xếp ngẫu nhiên 8.8.0,3 10.10.0,5 15.15.0,5 25.25.0,8 50.50.1,0 630 500 350 220 100 0,9 0,88 092 0,92 0,94 750 950 660 640 430 Vòng yêm ngựa bằn sứ 12,5 25 37,5 467 250 150 0,62 0,68 0,71 873 727 646 Vòng Intalox bằng sứ 12,5 25 37,5 50 75 625 257 194 118 92 0,71 0,73 0,76 0,76 0,79 743 679 630 614 582 Vòng Pall thép 25 37,5 50 207 128 102 0,94 0,95 0,96 485 366 356 Vòng Pall poly propylen 25 37,5 207 128 0,90 0,91 89 78 * Nguyên lý hoạt động: - Thiết bị gồm một thùng tiết diện tròn hoặc chữ nhật bên trong có chứa một lớp đệm và được tưới nước. Khí đi từ dưới lên trên xuyên qua lớp vật đệm, khi tiếp xúc với bề mặt ướt của lớp vật đệm, bụi sẽ bị bám lại ở đó còn khí sạch thoát ra ngoài. Một phần bụi bị nước cuốn trôi xuống thùng chứa và được xả dưới dạng cặn bùn. Định kỳ người ta thay rửa lớp vật liệu đệm 1 Tấm đục lỗ; 2 Lớp vật liệu rỗng; 3 Dàn ống phun nước 1 Thân; 2 Vòi phun; 3 Bộ phận tưới nước; 4 Lưới đỡ; 5 Đệm; 6 Bể chứa cặn. Hình 2: Thiết bị rửa khí đệm. - Cấu tạo của thiết bị lọc này cho phép làm việc với vận tốc khí lớn có thể đạt 10m/s, nhờ đó kích thước của thiết bị sẽ được gọn nhẹ hơn. Với vận tốc khí cao, thiết bị kiểu đứng chuyển động ngược chiều không thể hoạt động được do có hiện tượng “sặc nước” tức nước bị dòng khí thổi ngược trở lên và có thể dâng trào vào đường ống thoát khí sạch. * Hiệu quả xử lý: - Hiệu quả thu hồi bụi kích thước d ³ 2μm trên 90%. Khi nồng độ bụi ban đầu đến 10-12g/m3, trở lực 160-100 Pa/m đệm, vận tốc khí trong thiết bị ngược chiều vào khoảng 1,5 – 2 m/s, còn lưu lượng nước tưới 1,3-2,6 l/m3. - Hiệu quả xử lý phụ thuộc vào: cường độ tưới, nồng độ bụi, độ phân tán bụi. Thực tế hạt có kích thước 2-5 μm được thu hồi 70% còn hạt lớn hơn 80-90%. - Trở lực tháp đệm phụ thuộc dạng vật liệu đệm và điều kiện làm việc, có thể lên đến 1500 N/m2. 1.7. Đề xuất công nghệ PTN: Tính chất nguồn thải bao gồm bụi, các khí CO, NOx, SOx. Khí thải sau xử lý đạt QCVN 02 : 2008/BTNMT Thông s ố Công thức và ký hi ệu hoá h ọc Đơn vị Giới hạn cho phép 1. Bụi mg/Nm 3 115 2. Axít flohydric HF mg/Nm 3 2 3. Axít clohydric HCl mg/Nm 3 100 4. Cacbon monoxyt CO mg/Nm 3 100 5. Nitơ oxyt NOx mg/Nm 3 250 6. Lưu hu ỳnh dioxyt SO2 mg/Nm 3 300 7. Thuỷ ngân Hg mg/Nm 3 0,55 8. Cadimi Cd mg/Nm 3 0,16 9. Chì Pb mg/Nm 3 1,2 10. Tổng Dioxin/ Furan Dioxin Furan C12H8-n* Cln*02 C12H8-n*Cln*O ng - TEQ/Nm 3 2,3 Sơ đồ công nghệ: Khí thải Hấp thụ trong tháp đệm Quạt hút Ống khói Nguồn tiếp nhận QCVN 02/2008/BTNMT Bể chứa dung dịch hấp thụ Dung dịch hấp thụ Nước Hệ thống xử lý nước thải 1.9.Thuyết minh công nghệ: - Thiết bị gồm một thùng tiết diện tròn bên trong có chứa một lớp đệm và được tưới nước. - Khí thải vào tháp theo chiều từ dưới đi lên, lan toả đều trong tháp nhờ hệ thống phân phối khí. Sau khi đi qua hệ thống phân phối khí, dòng khí thải sẽ tiếp xúc với dòng dung dịch H2O từ trên đi xuống được phun từ giàn phun xuống lớp đệm . Phần này có chứa các vòng sứ để tăng diện tích tiếp xúc (dung dịch được phun vào tháp dưới dạng sương nhờ bơm), nhiệt độ, bụi và một số khí độc trong dòng khói thải sẽ giảm xuống. - Phần khí thải còn lại chủ yếu là (SO2, CO, NOx,… ) sau khi được làm nguội và xử lý một phần ở cấp thứ nhất và cấp thứ hai tiếp tục di chuyển lên phần trên của tháp, tại đây dòng khói thải sẽ được xử lý một lần nữa. Hỗn hợp chất lỏng sau khi hấp thụ được tuần hoàn về ngăn lắng của bể chứa dung dịch hấp thụ. II. TÍNH TOÁN,THIẾT KẾ THÁP ĐỆM XỬ KHÍ THẢI LÒ ĐỐT XĂNG DẦU DIEZEN CÔNG SUẤT 3L/H: 2.1,Thành phần và lượng sản phẩm cháy khi đốt dầu diezen: C = Cp = 83,2% H = Hp = 9,8% O = Op = 0,3% N = Np = 0,1% S = Sp = 1% Độ tro A = Ap = 3,5% Độ ẩm W = 1,8% Hệ số tiêu hao không khí : 1,2 1,6 : Chọn = 1,4 2.2, Các phản ứng xảy ra khi đốt dầu diezen: C + O2 = CO2 N2 = N2 H2 + O2 = H2O H2O = H2O S + O2 = SO2 2.3 Sản phẩm cháy ở điều kiện chuẩn: - Lượng không khí khô lý thuyết cần cho quá trình cháy: V0 = 0,089Cp + 0,264Hp + 0,0333(Op – Sp) = 0,08983,2 + 0,2649,8 – 0,0333(0,3 – 1) = 10,015 m3/kg - Lượng không khí ẩm lý thuyết cần cho quá trình cháy ở to: 30oC; φ = 65% ª d=17g/l: Va= (1+0,0016d)V0 = (1+0,001617)10,015 = 10,25 m3/kg - Lượng không khí ẩm thực tế với hệ số thừa không khí: chọn α = 1,4 Vt = α Va = 1,4 11,16 = 14,35 m3chuẩn/kgNL: - Lượng khí SO2 trong SPC: VSO2=0,683 10-2 Sp = 0,683 10-2 1 = 0,68310-2 m3/kg - Lượng khí CO trong SPC với hệ số cháy không hoàn toàn về hóa học và cơ học η: Chọn η = 0,01 VCO = 1,865 10-2 η Cp = 1,865 10-2 0,01 83,2 = 0,0155 m3/kg - Lượng khí SO2 trong SPC: VCO2=1,853 10-2(1-η) Cp =1,853 10-2(1-0,01)83,2 =1,5262 m3/kg - Lượng hơi nước trong SPC: VH2O=0,111Hp + 0,124Wp + 0,0016dVt = 0,1119,8 + 0,1241,8 + 0,00161514,35 = 1,4545 m3/kg - Lượng N2 trong SPC: VN2=0,810-2Np + 0,79Vt = 0,810-20,4 + 0,7914,35 = 11,34 m3/kg - Lượng khí O2 trong không khí thừa: Vo2=0,21(α-1) Va=0,21(1,4 -1) 10,25 =0,861 m3/kg - Lượng SPC tổng cộng: VSPC=VSO2+VCO+VCO2+VH2O+VN2+VO2 = 0,68310-2 + 0,0155x10-2 + 1,5262 + 1,4545 + 11,34 + 0,861 =15,204 m3chuẩn/kgNL 2.4 Lượng khói thải và tải lượng các chất ô nhiễm trong khói ứng với lượng nhiên liệu tiêu thụ B, kg/h: - Lượng khói (SPC): ở điều kiện chuẩn: Lc=Vspc = 15,204 = 0,013 g/s - Lượng khói (SPC) ở điều kiện chuẩn: tkhói=1500C: LT= = = 0,0201m3/s - Tải lượng khí SO2 với PSO2=2,926kg/m3 chuẩn: MSO2 = = = 0,0167 (g/s) - Tải lượng khí CO với PCO=1,25 kg/m3chuẩn: MCO= = = 0,016 g/s - Tải lượng khí CO2 với PCO2=1,977 kg/m3chuẩn: MCO2= = = 2,5144 (g/s) - Lượng phát thải khí NOX trong quá trình cháy : Lượng tro bụi với hệ số tro a=0,2 Mbụi== = 5,83 -3(g/s) Mnox= 1,72310-3B1,18 = 1,72310-331,18= 6,2910-3 (kg/g) Tiến hành làm sạch hạ nhiệt độ khói thải xuống 800C - Lưu lượng khói Spc ở điều kiện thực tế (tkhói=800C): LT = = = 0,016 - Nồng độ phát thải các chất ô nhiễm trong khói: CSO2===1,043(g/m3)=1043 mg/m3 CCO===1 (g/m3)=1000 mg/m3 CCO2===157,15(g/m3)=157,15103 mg/m3 Cbụi===0,364(g/m3)=364 mg/m3 CNOx===0,393(g/m3)=393 mg/m3 - Nồng độ các chất ô nhiễm ở 800C: Cso2 =1043 mg/m3 Cco =1000 mg/m3 Cco2 =157,15103 mg/m3 Cbụi =364 mg/m3 Cnox =393 mg/m3 - Nồng độ khí ban đầu: C = = = 0,0345 (mol/s) Nồng độ phần mol hay thể tích khí SO2 trong hỗn hợp khí đầu vào: [SO2]d = yd = = 0,463710-3 (molSO2/molK) - Tỉ số mol của SO2 trong hỗn hợp khí đầu vào: yd = = = 0,463910-3(molSO2/molK) yd: phần mol SO2 trong pha lỏng Giả sử dd ban đầu là dd sạch nên xd = 0 đầu ra SO2. Đầu ra đạt tiêu chuẩn loại B (0,5 g/m3) Nồng độ mol của SO2 đầu ra: [SO2]c = =7,8125 (mol/m3) yc = = 2,26410-4(molSO2/molK) Tỉ số mol của SO2 trong hỗn hợp khí đầu vào: yc = = = 0,226510-3 (molSO2/molK) Suất lượng mol hỗn hợp: Ghh = 57,6 = 1,9887(kmol/h) =1988,7 (mol/h) Suất lượng cấu tử trơ trong pha khí: Gtr = Ghh(1 – yd) = 1,9887(1 – 0,463910-3) = 1,9878(kmol/h) Hiệu quả quá trình hấp thụ: H = = 100% = =51,2% ytb = = = 0,3450510-3 (mol SO2/mol hh khí) = = 1,0009 (kg/m3) = Mhh khí = ytb Mso2+(1 - ytb)Mkk = 0,3450510-3+(1 – 0,3450510-3)29 = 29,012 g/mol 2.5, Phương trình đường cân bằng cho quá trình hấp phụ khí SO2 bằng H2O: m = = = 50 (t = 320C , H = 38000) aphương trình đường cân bằng: y = mx a y = = n 0,463710-3 = a xcmax = 1,854810-5 (mol SO2/mol hh) Lượng dung môi tối thiểu cần cho tháp: Lmin = = = 25,46 (mol/h) Lượng dung môi cần thiết: Vì trong các thiết bị hấp thụ không bao giờ đạt cân bằng giữa các pha nên nồng độ cân bằng luôn lớn hơn nồng độ thực tế. cho lượng dung môi cần thiết L bằng 1,2 lượng dung môi tối thiểu Lmin. L = φLmin = 1,2 25,46 = 38,19 (kmol/h) Nồng độ dung dịch ra khỏi tháp: Xc = (yd – yc) = (0,463910-3 – 0,226510-3) =1,236410-5 (mol SO2/mol dd) a phương trình đường làm việc đi qua 2 điểm: A(xd,yc); B(xc,yd) a A(0; 0,226510-3); B(1,236410-5, 0,463910-3) y = 0,0841x +0,0003 a x = Suất lượng SO2 ban đầu: Gso2 = Ghh – yd = 1,9887 – 0,463910-3 = 0,922510-3 (mol SO2/h) Lượng SO2 bị hấp phụ: Mso2 = Gso2 = 0,922510-3 - 0,463710-3 = 0,279810-3 (mol/h) Suất lượng khí thải đầu ra: G’hh = G’tr + G’so2 = 1,9879 + 0,279810-3 = 1,98807 (kmol/h) 2.6 Chọn vật liệu đệm: Vòng sứ xếp ngẫu nhiên: +Kích thước: 20202,2(mm) + Diện tích bề mặt riêng phần: a = 240 m2/m3 + Thể tích tự do tầng vật liệu đệm: Vđ = 0,72m2/m3 + Số đệm trong 1m3 = 9510-3 + Khối lượng riêng vật liệu đệm: p = 650kg/m3 (Tra bảng IX.8 trang 193 sổ tay QT và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2) + Chọn vận tốc làm việc:Wy = bằng 80% vận tốc sặc Ws - Suất lượng trung bình của hỗn hợp khí thải: Gtb = = = 1988,385(mol/h) = 0,016(kg/s) - Lượng dung môi vào ra khỏi tháp gần như bằng nhau log = A – 1,75 Trong đó : Tháp đệm A = 0,022 Px , Ptb : Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và pha khí. Mx ,Ml là độ nhớt của nước ở 25 và 320 - Với độ nhớt của nước ở 250C Ml = 0,893710-3 Ns/m2 - Độ nhớt của nước ở 320C Mx = 0,767910-3 Ns/m2 - Khối lượng riêng trung bình của chất lỏng : Pl = 984,35 kg/m3 - Khối lượng riêng trung bình của chất khí Pk = 1,072 kg/m3 - Khối lượng riêng trung bình: Ptb = = 492,711 (kg/m3) log=0,022 - 1,75 a Ws = 0,5973 (m/s) a wy = 0,9 0,5973 = 0,5375 (m/s) 2.7 Đường kính tháp: D = = 0,19473 (m) Chọn D = 0,2 (m) = 20 (cm) - Tiết diện của tháp: S = = = 0,314 m2 - Kiểm tra chế độ làm việc: Với D = 0,2m awy = = 0,509(m) = = 0,852 Vậy chế độ thủy động trong tháp ở chế độ chuyển tiếp - Lưu lượng khí trung bình đi qua tháp: Vtb = 57,6m3/h - Ta có phương trình đường cân bằng: Y* = = Y* = = anoy=3,056 - Độ nhớt của hỗn hợp khí: - Chuẩn số Reynolds: Trong đó: : Độ nhớt trung bình của pha khí - Chiều cao tương đương của 1 đơn vị chuyển khối theo Kafarov- Đưneski - Chiều cao của lớp đệm: h = htd noy = 0,2624 2,25=0,5904 (m) Chọn h = 0,6 m - Chiều cao của tháp đệm : H =noyhtd + (0,9) = h + 0,9 =0,6 +0,9 = 1,5 m Trong đó: Khoảng cách cho phép ở đỉnh và đáy tháp : 0.8 đến 1. Chọn 0.9 (sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2) Chiều cao cột chất lỏng trong tháp: Chọn chiều cao cột chất lỏng trong tháp bằng 0,05m Tính toán cơ khí: Đường ống dẫn khí: Chọn vận tốc khí vào bằng vận tốc khí ra: 10m/s = 0,045m D1 = D2 = 0,045m Vì lượng khí hòa tan vào dòng lỏng rất ít nên ta coi vd=vcaD1=D2 Chọn đường kính ống ra là 4cm Bề dày ống dẫn khí 4mm Bảng1: Kết quả tính toán ống dẫn khí: ỐNG DẪN KHÍ STT Thông số tính toán Giá trị Đơn vị 1 Vận tốc khí 10 m/s 2 Đường kính ống ra 4 cm 3 Bề dày ống dẫn khí 4 mm Tính đường ống dẫn lỏng : Chọn vận tốc chất lỏng khoảng 2m/s Đường ống dẫn vào: = 0,015m Chọn ống dẫn nước có đường kính 2cm Bề dày đường ống dẫn nước 3mm Bảng2: Kết quả tính toán ống dẫn lỏng: ỐNG DẪN LỎNG STT Thông số tính toán Giá trị Đơn vị 1 Vận tốc dẫn lỏng 2 m/s 2 Đương kính ống dẫn nước 2 cm 3 Bề dày ống dẫn nước 3 mm Đường kính ống dẫn nước ra: Lưu lượng dòng lỏng vào và ra không chênh lệch nhiều nên xem lưu lượng vào = lưu lượng ra Chọn vận tốc nước ra 1,4m/s D4 = = = 0,0188m Chọn đường ống dẫn nước ra có đường kính 20cm Bề dày ống 3mm Bảng3: Kết quả tính toán ống dẫn nước ra: ỐNG DẪN NƯỚC RA STT Thông số tính toán Giá trị Đơn vị 1 Vận tốc nước ra 1,4 m/s 2 Đường kính ống 20 cm 3 Bề dày ống 3 mm Bề dày thân: a, Chọn Vật liệu: - Thiết bị làm việc ở môi trường ăn mòn , t0 làm việc ở 320C , áp suất làm việc 1at = 98095,238N/m2 = Pmt - Chọn vật liệu là thép không rỉ (inox) có thành phần: C<0,1%; Cr:18%; Ni:12%; Mo:2%; T:1,5%, còn lại là Fe. Dt = 0,2m - Thân tháp phần vật liệu chứa đệm làm bằng nhựa Acrylic trong suốt để quan sát thí nghiệm. - Giới hạn bền: Ϭk = 550106 (N/m2) - Giới hạn chảy: Ϭc = 220106 (N/m2) - Chiều dày thép: b = 5mm. (từ 4š25mm, chọn b = 5mm) - Độ giãn tương đối = 40% - Hiệu suất dẫn nhiệt: = 16,3 (W/m.0C) - Khối lượng riêng: ρ = 7900(kg/m3) - Chọn gia công bằng tay bằng cách hàn giáp mối hai bên - Hiệu số hiệu chỉnh η=1 - Hiệu số an toàn bền kéo nk = 2,6 - Hiệu số an toàn bền chảy nc =1,5 - Hệ số bền mối hàn: φn = (Sổ tay thiết bị hoá chất tập 2) Lấy φn = 0,95 aH=2,8m Với d là tổng đường kính các ống lỗ, do trên thân có bố trí các lỗ - 1 cửa tháo đệm = 80mm - 1 ống dẫn khí vào = 40mm - 1 ống dẫn lỏng vào = 20mm - Ứng suất cho phép của vật liệu theo giới hạn bền (N/m2) (N/m2) b) Chiều dày thân : - Áp suất tĩnh trong phần thân dưới thiết bị : Ptt==79009,8 2 = 154840 (N/m2) Trong đó: g : gia tốc trọng trường : g = 9,8m/s2 H : chiều cao cột chất lỏng :khối lượng riêng chất lỏng bằng acrilic - Áp suất tính toán trong thiết bị: P=Pmt+Ptt=98095,238+ 154840=164649,238 (N/m2) Xét: - Công thức tính bề dày của thân thiết bị: Với C = C0 + C1 + C2 + C3 +C0 = 1(mm): Hệ số quy tròn kích thước +C1 : Hệ số bổ sung do bào mòn hoá học với tốc độ 0,1mm/năm .Thời hạn sử dụng là 15 năm. C1 =0,1 15 năm =1,5 mm = 1,5 10^-3m +Hệ số C2 có thể bỏ qua +C3 : Là hệ số bổ sung do sai lệch dương khi gia công đường kính ngoài theo độ chính xác cấp 7 là :1,8 mm ; sai lệch âm khi gia công kích thước trong theo độ chính xác cấp 5 là=0,76 mm ; độ sai lệch tâm = 1, 5 mm .vậy : C3=0,5 (+) + = 0,5(1,8+ 0,76) +1,5 = 2,78 mm C = 5,28 (mm) Chiều dày của thân tháp: Bảng4: Kết quả tính toán chiều dày thân thiết bị: CHIỀU DÀY THÂN STT Thông số tính toán Giá trị Đơn vị 1 Chiều dày thép 5 mm 2 Độ giãn tương đối 40 % 3 Hiệu suất dẫn nhiệt 16,3 W/m.0C 4 Khối lượng riêng của vật liệu 7900 kg/m3 5 Đường kính cửa tháo đệm 80 mm 6 Đường kính ống dẫn khí vào 40 mm 7 Đường kính ống dẫn lỏng vào 20 mm 8 Áp suất trong thiết bị 164649,238 N/m2 9 Dày thân 5,28 mm 2.8.5 Tính nắp và đáy thiết bị: a) Chọn nắp và đáy thiết bị dạng tiêu chuẩn có gờ b) Chiều dày nắp và đáy - Chọn nắp và đáy thiết bị dạng tiêu chuẩn có gờ - Chọn chiều cao gờ =25mm = 0,025m - Kích thước đáy elip hb=45mm = 0,045m (Sổ tay quá trình và thiết bị hóa chất tập 2) K=0,75 là hằng số thứ nguyên - Chiều dày nắp và đáy Có C= 5,28mm Chọn S = 5,5mm Bảng5: Kết quả tính toán nắp và đáy thiết bị: NẮP VÀ ĐÁY STT Thông số tính toán Giá trị Đơn vị 1 Chiều cao gờ 0,025 m 2 Kích thước đáy 0,045 m 3 Chiều dày nắp và đáy 5,5 mm Tính bích : Là bộ phận quan trọng dùng để nối các phần của thiết bị cúng như nối các bộ phận khác với thiết bị. a,Tính bích nối đáy tháp với thân: - Chọn bích liền bằng kim loại đen để nối thiết bị - Đường kính trong thiết bị: Dt = 200 mm = 0,2m - Đường kính trong: Dt = 200 + 20 = 220 mm 0,22m - Đường kính ngoài của bích: D= 260 mm =0,26m - Đường kính tâm bulon: Dz = 230 mm =0,23m - Đường kính mép vát : D1 = 202 mm =0,202m - Đường kính bulon db= M10 - Số bulon cần : 8cái - Chiều cao bích h =15 mm =0,015m - Khối lượng bích Bảng6: Kết quả tính toán bích: BÍCH STT Thông số tính toán Giá trị Đơn vị 1 Đường kính trong của bích 0,22 m 2 Đường kính ngoài của bích 0,26 m 3 Đường kính tâm bulon 0,23 m 4 Đường kính mép vát 0,202 m 5 Chiều cao bích 0,015 m 6 Số bulon 8 cái b,Tính mặt bích nối ống dẫn và thiết bị: - Chọn ống dẫn lỏng vào d = 20mm =0,02m Chọn loại bích liền bằng thép không rỉ để nối - Đường kính ngoài D0 = 25mm =0,025mm - Đường kính ngoài của bích D = 90 mm = 0,09m - Đường kính tâm bulon Dz = 60 mm =0,06m - Đường kính mép vát: Dl = 50 mm - Đường kính bulon db = M6 - Chiều cao bích h1= 15mm Chọn ống dẫn lỏng vào m2 = Ống dẫn lỏng ra m3 = 0,8797 kg Bảng7: Kết quả tính toán bích: BÍCH STT Thông số tính toán Giá trị Đơn vị 1 Đường kính ngoài của bích 0,09 m 2 Đương kính tâm bulon 0,06 m 3 Chiều cao bích 15 mm 4 Đương kính mép vát 50 mm c. Đường ống dẫn khí vào và ra Chọn loại bích liền bằng thép không rỉ để nối - Đường kính trong 40 mm = 0,04m - Đường kính ngoài D0 = 45 mm= 0,045m - Đường kính ngoài của bích D = 150 mm = 0,15m - Đường kính tâm bu lon Dz = 100 mm =0,1m - Đường kính mép vát: Dl = 80 mm = 0,08m - Đường kính bu lon db = M6 - Chiều cao bích h= 15 mm = 0,015m Bảng8: Kết quả tính toán bích: BÍCH STT Thông số tính toán Giá trị Đơn vị 1 Đường kính ngoài của bích 0,15 m 2 Đường kính tâm bulon 0,1 m 3 Đường kính mép vát 0,08 m 4 Chiều cao bích 0,015 m 2.8.6 Lưới đỡ đệm: Có Dt = 0,2m =>chọn đường kính lưới đỡ đệm d = 190mm = 0,19m -Chiều rộng lưới b=10mm - Chọn chiều dày thanh 20mm - Thể tích tự do Vtd = 0,73m3/m3 - Khối lượng riêng của vật liệu đệm 650kg/m3 - Chiều cao lớp đệm h = 0,5m - Đường kính tháp D = 0,2m Bảng9: Kết quả tính toán lưới đỡ đệm: LƯỚI ĐỠ ĐỆM STT Thông số tính toán Giá trị Đơn vị 1 Đường kính 0,19 m 2 Chiều rộng 10 mm 3 Chiều dày thanh 20 mm 4 Thể tích tự do 0,73 m3/m3 5 Kl riêng vliệu đệm 650 kg/m3 6 Chiều cao lớp đệm 0,5 m 7 Đường kính tháp 0,2 m 2.8.7. Quạt hút: Chọn quạt có lưu lượng 37,8 m3/h =0,0105 m3/s Chọn hiệu suất quạt 80%. Suy ra, công suất quạt: Chọn quạt hút 0,4w Bảng10: Kết quả tính toán bộ phận quạt hút: QUẠT HÚT STT Thông số tính toán Giá trị Đơn vị 1 Lưu lượng quạt 0,0105 m3/s 2 Công suất quạt 0,4 w 3 Hiệu suất quạt 80 % 2.8.8 Tính chụp hút: - Chọn góc mở của chụp φ = 60o, khoảng cách từ chụp đến chụp hút hs = 0,3 m Qvào = 37,8m3/h = 0,0105 m3/s vvào = 10 m/s - Đường kính ống hút là 4cm - Đặt chụp hút ngay khu vực tại miệng của lò đốt - Chọn chụp hút có tiết diện hình chữ nhật, làm bằng inox để chống rỉ,… - Chọn nguồn tỏa có kích thước hình tròn, đường kính ống khói buồng đốt 0,18m - Diện tích tiết diện ngang ống khói buồng đốt - Chọn chụp hút khí dạng phễu - Chọn góc mở của chụp hút : 600 - Chọn đường kính phễu tại miệng chụp hút 0,2 m Vận tốc trung bình vào chụp: - Chụp hút làm việc được là nhờ vào áp suất âm mà quạt hút tạo ra trong đường ống - Chọn quạt ly tâm có cánh tỏa tròn .loại quạt này có thể làm việc mà không bị rung ,độ bền cao. Bảng11 Kết quả tính toán bộ phận chụp hút: CHỤP HÚT STT Thông số tính toán Giá trị Đơn vị 1 Góc mở chụp 60 Độ 2 Khoảng cách giữa 2 chụp 0,3 m 3 Đường kính phễu 0,2 m 4 Vận tốc vào chụp 0,334 m/s 5 Đường kính ống hút 4 cm 6 Diện tích ống khói 0,025469 m2 2.8.9 Chọn bơm: Qvào = 1,301 m3/h - Tháp cao 1,5m, chọn bơm có cột áp 0,4m;H = 80% - Công suất bơm : - Hệ số dự trữ = 2, ta có công suất bơm cần đạt được là: 1,710-32 = 3,410-3 kw - Chọn loại bơm 4w, gồm hai cái một cái sử dụng và một cái dự phòng. Bảng12: Kết quả tính toán bộ phận bơm: BƠM STT Thông số tính toán Giá trị Đơn vị 1 Số bơm 2 Cái 2 Công suất bơm 4 w 2.8.10 Tính bộ phận phân phối nước: - Chọn cách phân phối bằng vòi phun hoa sen . Vl vào = 2m/s và lưu lượng cần thiết Qvào=1,301 m3/h=3,6110-4m3/h Tổng diện tích lỗ phân phối là: S==1,80510-4 m2. Chọn 9 lỗ, suy ra đường kính một lỗ là: 0,005m. Vận tốc nước: Bảng13: Kết quả tính toán bộ phận phân phối nước : BỘ PHẬN PHÂN PHỐI NƯỚC STT Thông số tính toán Giá trị Đơn vị 1 Tổng diện tích lỗ phân phối 1,80510-4 m2 2 Số lỗ phân phối 9 Lỗ 3 Đường kính mỗi lỗ 0,005 m 4 Vận tốc nước 2,01 m/s 2.8.11 Tính bể chứa dung môi, bể chứa nước làm lạnh: Vì dung môi cần làm là nước.nên ta có thể đặt bể chứa dung môi và bể chứa nước làm lạnh chung làm một Nhiệt dung riêng của các khí ở 1050C: CSO2 = 0,395 kcal/kgđộ CCO = 0,25 kcal/kgđộ CCO2 = 0,2197kcal/kgđộ CNox = 0,172 kcal/kgđộ - Nhiệt dung riêng trung bình của hỗn hợp khí: (kcal/kgđộ)= 1085,218 (J/kgđộ) - Lưu lượng khói spc ở đk thực tế (tkhói=1500C) V = 37,8 (m3/h) - Lượng nhiệt do khí tỏa ra trong 1h để hạ nhiệt độ từ 1500C xuống 800C Q = G1 c1 ( t1d – t1c) = 1,159 37,8 1085,218 (150 - 80) = 3328,053234(kJ) - Lượng nhiệt do nước nhận vào là: Q = G2 c2 ( t2c – t2d) Trong đó : t2đ, t2c : nhiệt độ đầu vào và ra của nước. t2đ = 250C Giả thiết t2c = 800C. - Nhiệt dung riêng của nước ở 600C CH2O = 0,995(kcal/kgđộ) = 4165,866 (J/kgđộ) Suy ra, G2 = - Suy ra, lượng nước dùng làm nguội là - Chọn bể chứa nước làm mát trong vòng 1h có dung tích 0,065 m3 - Chọn dung tích bể có kích thước như sau: L B H = 0,4 0,1 1,1 Bảng15: Kết quả tính toán bể chứa nước làm lạnh : BỂ CHỨA NƯỚC LÀM LẠNH STT Thông số tính toán Giá trị Đơn vị 1 Chiều dài 0,4 m 2 Chiều rộng 0,1 m 3 Chiều cao 1,1 m III. KẾT LUẬN: Trong quá trình thực hiện đề tài,mặc dù nhóm đã rất cố gắng nhưng thiếu sót là điều không thể tránh khỏi. Mong cô và các bạn góp ý để nhóm sữa chữa để đề tài hoàn thiện hơn. Cảm ơn cô và các bạn trong lớp đã góp ý kiến trong thời gian qua để nhóm hoàn thành đề tài tốt hơn. Xin chân thành cảm ơn! Nhóm 3 IV. TÀI LIỆU THAM KHẢO: [1] GS, TSKH Nguyễn Bin và các cộng sự, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoà chất, tập 2, Nxb. ĐHQG TpHCM, 2006. [2] GS,TS Trần Ngọc Chấn, Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 2, Nxb. KHKT, Hà Nội, 2001. [3] GS,TS Trần Ngọc Chấn, Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3, Nxb. KHKT, Hà Nội, 2001. [4] Bảng tra cứu các quá trình cơ học truyền nhiệt-truyền khối, Nxb. ĐHQG TpHCM.