Đồ án Thiết kế tháp đệm xử lý SO2 với năng suất 2000m3/giờ

LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay , do sự phát triển của các nghành công nghiệp tạo ra các sản phẩm phục vụ con người , đồng thời cũng tạo ra một lượng chất thải vô cùng lớn làm phá vỡ cân bằng sinh thái gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng . Trong các loại ô nhiễm , ô nhiễm không khí ảnh hưởng trực tiếp đến con người , động vật , thực vật và các công trình xây dựng . Sức khỏe và tuổi thọ con người phụ thuộc rất nhiều vào độ trong sạch của môi trường . Vì vậy , trong những năm gần đây ô nhiễm không khí từ các nghành sản xuất công nghiệp ở nước ta đang là vấn đề quan tâm không chỉ của nhà nước mà còn là của toàn xã hội bởi mức độ nguy hại của nó đã lên đến mức báo động . SO2 là một trong những chất ô nhiễm không khí được sản sinh nhiều trong các nghành sản xuất công nghiệp và sinh hoạt . Việc xử lý SO2 có nhiều phương pháp khác nhau . Phương pháp nào được áp dụng để xử lý tùy thuộc vào hiệu quả và tính kinh tế của phương pháp . Ví vậy , đồ án môn học với nhiệm vụ thiết kế tháp đệm hấp thu SO2 là một trong những phương án ghóp phần vào việc xử lý khí thải ô nhiễm . Trong đồ án này sẽ đi khảo sát một phương án : Xử lý SO2 bằng phương pháp hấp thu với dung môi là nước . Nhằm tìm hiểu xem quá trình xử lý có đạt hiệu quả và kinh tế không , để có thể đưa vào hệ thống xử lý khí thải trong các nghành sản xuất công nghiệp và sinh hoạt . Nội dung khảo sát : thiết kế tháp đệm xử lý SO2 với năng suất 2000m3/h , nồng độ SO2 trong dòng khí đầu vào là 1% thể tích , nồng độ SO2 trong dòng khí đầu ra đạt tiêu chuẩn loại A (1500mg/m3) thải vào môi trường . Em xin chân thành biết ơn cô Cao Thị Nhung , các thầy cô bộ môn Máy & Thiết bị đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành đồ án môn học này . CHƯƠNG I MỞ ĐẦU PHẦN A . TỔNG QUAN VỀ KHÍ SO2 . I.1. Tính chất hóa lý SO2 : SO2 là chất khí không màu, mùi kích thích mạnh, dễ hóa lỏng, dễ hòa tan trong nước (ở điều kiện bình thường 1 thể tích nước hòa tan 40 thể tích SO2) . Khi hoà tan trong nước tạo thành dung dịch sunfurơ và tồn tại ở 2 dạng : chủ yếu là SO2.nH2O và phần nhỏ là H2SO3 . SO2 có nhiệt độ nóng chảy ở – 750 C và nhiệt độ sôi ở – 100C . Nguyên tử S trong phân tử SO2 có cặp electron hóa trị tự do linh động và ở trạng thái oxy hóa trung gian (+4) nên SO2 có thể tham gia phản ứng theo nhiều kiểu khác nhau: - Cộng không thay đổi số ôxy hóa : SO2 + H2O = H2SO3 -Thực hiện phản ứng khử : SO2 + 2CO 2CO2 + S -Thực hiện phản ứng oxy hóa : SO2 + O2 SO3 SO2 + Cl2 + H2O = H2SO4 + HCl Trong môi trường không khí , SO2 dễ bị ôxy hóa và biến thành SO3 trong khí quyển . SO3 tác dụng với H2O trong môi trường ẩm và biến thành acid hoặc muối sunfat . Chúng sẽ nhanh chóng tách khỏi khí quyển và rơi xuống gây ô nhiểm môi trường đất và môi trường nước . I.2. Tác hại của khí SO2 : -SO2 trong khí thải công nghiệp là một thành phần gây ô nhiểm không khí. Nồng độ cho phép khí SO2 có trong môi trường xung quanh chúng ta là rất nhỏ(<300mg/m3). Nó ảnh hưởng rất nhiều đến sức khỏe, các hoạt động của con người, cũng như động vật, thực vật và bầu khí quyển . -Đối với con người và động vật : khi hít phải khí SO2 có thể gây ra các bệnh về đường hô hấp như: viêm phế quản, viêm phổi, giản phổi , suy tim , hen xuyển . . . . Nếu hít phải SO2 với nồng độ cao có thể gây tử vong . -Đối với vật liệu và công trình xây dựng : + Khí SO2 có khả năng biến thành acid sunfuric , là chất phản ứng mạnh . Do đó chúng làm hư hỏng , làm thay đổi tính năng vật lý hay thay đổi màu sắc các vật liệu xây dựng như đá vôi , đá hoa , đá cẩm thạch . . . cũng như phá hoại các sản phẩm điêu khắc , các tượng đài . + Sắt , thép ,các kim loại khác , các công trình xây dựng cũng dễ dàng bị gỉ , bị ăn mòn hóa học và điện hóa . - Đối với thực vật : + Khí SO2 xâm nhập vào các mô của cây và kết hợp với nước để tạo thành acid sunfurơ gây tổn thương màng tế bào và làm giảm khả năng quang hợp của cây . Cây chậm lớn , vàng úa và chết . + Khí SO2 làm cây cối chậm lớn , nhiều bệnh tật , chất lượng giảm, hiệu quả thu hoạch kém . - Mưa acid : khí SO2 trong khí quyển khi gặp các chất oxy hóa hay dưới tác động của nhiệt độ, ánh sáng chúng chuyển thành SO3 nhờ O2 có trong không khí . Khi gặp H2O , SO3 kết hợp với nước tạo thành H2SO4 . Đây chính là nguyên nhân tạo ra các cơn mưa acid mà thiệt hại của mưa acid gây ra là rất lớn. Mưa acid làm tăng tính acid của trái đất , hủy diệt rừng và mùa màng , gây nguy hại đối với sinh vật nước , đối với động vật và cả con người . Ngoài ra , còn phá hủy các nhà cửa, công trình kiến trúc bằng kim loại bị ăn mòn . . . Nếu H2SO4 có trong nước mưa với nồng độ cao sẽ làm bỏng da người hay làm mục nát áo quần . I.3. Các nguồn tạo ra SO2 : - Khí SO2 tạo ra là do sự đốt cháy các hợp chất chứa lưu huỳnh hay nguyên tử lưu huỳnh . Ví dụ : các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh trong than , dầu mỏ, quặng Pirit (FS2) , hơi đốt chứa nhiều khí H2S , các quặng sunfua . . . - Khí SO2 là loại chất gây ô nhiểm phổ biến nhất trong sản xuất công nghiệp và sinh hoạt . Nguồn thải SO2 chủ yếu từ : + Các nhà máy nhiệt điện . + Các lò nung , nồi hơi đốt bằng nhiên liệu than đá , khí đốt , dầu hỏa và khí đốt có chứa lưu huỳnh . + SO2 sinh ra từ các nghànhsản xuất công nghiệp : nhà máy lọc dầu , nhà máy luyện kim , lò đúc , nhà máy sản xuất H2SO4 . . . + Khí thải giao thông . I.4. Các phương án xử lý SO2 : I.4.1. Phương pháp hấp thụ : Để hấp thụ SO2 ta có thể sử dụng nước, dung dịch hoặc huyền phù của muối kim loại kiềm hoặc kiềm thổ. + Hấp thụ bằng nước: SO2 + H2O H+ + HSO3- Do độ hòa tan của SO2 trong nước thấp nên phải cần lưu lượng nước lớn và thiết bị hấp thụ có thể tích lớn. + Hấp thụ bằng huyền phù CaCO3 Ưu điểm của phương pháp này là quy trình công nghệ đơn giản chi phí hoạt động thấp, chất hấp thụ dể tìm và rẽ, có khả năng xữ lý mà không cần làm nguội và xử lý sơ bộ. Nhược điểm: thiết bị đóng 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 nóng , không 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 khó, 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 : có 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 hóa học không bay, có khả năng hấp thụ lớn . + Phương pháp Amoniac : SO2 được hấp thụ bởi dung dịch Amoniac hoặc dung dịch Sunfit-biSunfit amôn . 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 nóng chảy: Xử lý ở nhiệt độ cao dùng hổn hợp Cacbonat kim loại kiềm có 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 không 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 dòng khí sạch khi đi qua bề mặt rắn . Chất hấp phụ công 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 hóa học , nhằm chuyển hóa tạp chất độc thành sản phẩm khác với sự có mặt của chất xúc tác đặt biệt . PHẦN B. QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ I.5. Chọn qui trình công nghệ : Chọn nguồn xử lý khí là từ ống khói của nhà máy sản xuất acid H2SO4 . Khí được xử lý sơ bộ trước khi vào tháp . Chọn dung môi hấp thu là nước vì nước là dung môi hấp thu rẻ tiền , dễ tìm , không ăn mòn thiết bị . Tháp hấp thu là tháp đệm nên dung môi hấp thu là nước sạch để không tạo ra cặn lắng làm cản trở dòng khí và lỏng . I.6. Thuyết minh qui trình công nghệ : Dòng khí thải từ nhà máy thải ra được xử lý sơ bộ . Sau đó 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 dòng . Dung môi hấp thu là nước . Nước sạch từ bể chứa được bơm lên bồn cao vị . Sau đó đi qua lưu lượng kế đo lưu lượng dòng 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 . Khí sau khi hấp thu đạt TCVN được thải phát tán ra môi trường . Dung dịch nước sau khi hấp thu được cho chảy vào bể chứa thực hiện quá trình trung hòa và thải ra môi trường . CHƯƠNG II TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ II.1. Các thông 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* =m*x . Trong đó : y* : nồng độ phân mol của SO2 trong dòng khí ở điều kiện cân bằng . x : nồng độ phân mol khí hòa tan trong pha lỏng . P : áp suất riêng phần của cấu tử khí hòa 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 = = =47.894 y = x = Thay vào trên ta được : =m * Suy ra : Y* = = Trong đó : X : Y : Từ phương trình đường cân bằng ta có 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 dòng khí : yđ = 1% = 0.01 Nồng độ đầu của pha khí theo tỷ số mol : Yđ == 0.0101 (KmolSO2/Kmolkhítrơ) Nồng độ cuối của pha khí theo tỷ số mol : Yc = Yc =0.000582 (KmolSO2/Kmolkhítrơ) Hấp thu SO2 bằng nước , chọn dung môi sạch khi vào tháp nên : Xđ = 0 . Với Xđ : nồng độ đầu của pha lỏng , KmolSO2/KmolH2O . Lượng dung môi tối thiểu được sử dụng : Gtr : suất lượng dòng 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 : = 45.324 Chọn Ltr = 1.2*Lmin Với Ltr : lượng dung môi không đổi khi vận hành , kmol/h . Suy ra : = 1.2*45.324 = 54.3888 Lưu lượng hỗn hợp khí vào tháp hấp thu : Ghh= (Kmol/h) Suất lượng dòng khí trơ trong hỗn hợp : Gtr = Ghh*(1-yđ ) = (1-0.01)*80.496 = 79.691 (Kmol/h) Suất lượng dung môi làm việc : Ltr = 54.3888*Gtr = 54.3888*79.691 = 4334.298 (KmolH2O/h) Phương trình cân bằng vật chất có dạng ; Gtr*Yđ + Ltr*Xđ = Gtr*Yc + Ltr*Xc Suy ra : Suy ra : Xc == (molSO2/KmolH2O) Xc : nồng độ cuối của pha lỏng . II.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 , . Tđ , Tc – nhiệt độ dung dịch đầu và cuối , . Iđ , Ic – entanpi hỗn hợp khí ban đầu và cuối , kj/kg . Q0 – nhiệt mất mát , kj/h . Phương trình cân bằng nhiệt lượng có dạng : GđIđ + LđCđTđ + Qs = GcIc + LcCcTc + Q0 Với Qs – nhiệt lượng phát sinh do hấp thụ khí , kj/h . Để đơn giản hoá vấn đề tính toán , ta có thể giả thiết như sau : - Nhiệt độ mất mát ra môi trường xung quanh không 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 không đổi trong suốt quá trình hấp thu : Cđ = Cc = C. Trong quá trình hấp thu có thể phát sinh nhiệt , do đó nếu ký hiệu q là nhiệt phát sinh của 1 mol cấu tử bị hấp thu , thì ta có : Qs = q * Ltr * (Xc – Xđ) Với mức độ gần đúng có thể coi q không đổi trong suốt quá trình hấp thu: Hoặc : Vì lượng cấu tử hoà tan trong dung dịch nhỏ nên có thể lấy : Đồng thời ta cũng có thể bỏ qua mức độ biến đổi nhiệt của pha khí , tức là : Như vậy , công thức tính nhiệt độ cuối Tc của dung dịch sẽ có dạng như sau : Do lượng cấu tử hoà tan trong dung dịch nhỏ nên : Lđ = Lc = Ltr Phương trình hấp thu của SO2 trong dung môi nước . SO2 + H2O H+ + HSO3- Theo sổ tay hóa lý , nhiệt sinh của : SO2 : = -70.96 (kcal/mol) . H2O : = - 68.317 (kcal/mol) . H+ : = 0 (kcal/mol) . HSO3- : = -12157.29 (kcal/mol) . 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 : = 30 + = 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 thông số vật lý của dòng khí : - Lưu lượng khí trung bình đi trong tháp hấp thu : Vd , Vc – lưu lượng khí vào và ra khỏi tháp , m3/h . Vc = Vtr* ( 1 + Yc ) = (m3/h) Suy ra : Vytb = (m3/h) . KLR trung bình của pha khí : Trong đó : + M1 , M2 : Khối lượng mol của SO2 và không 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. Với yd1 , yc1 : nồng độ phần mol của SO2 vào và ra khỏi tháp . Suy ra : + M1 = MSO = 64 (g/mol) M2 = Mkkhí = 28.8 (g/mol) Suy ra : = kg/m3 Độ nhớt trung bình pha khí ( của hổn hợp khí ) : + Mhh , M1 , M2 : khối lưượng phân tử của hổn hợp khí , của SO2 và không khí , kg/kmol . M1 = = 64 (kg/kmol) M2 = Mkk = 28.8 (kg/kmol) . (kg/kmol) . + m1 , m2 : nồng độ của SO2 , không khí tính theo phần hể tích. m1 = ytb1 = 0.00529 m2 = 1 – ytb1 = 0.99471 + Ở 300c : m2 = mkk = 0.0182*10-3 (kg/m.s) . m1 = = 0.0128*10-3 (kg/m.s) . Thay vào ta được : Suy ra : (kg/m.s) . -Lưu lượng khối lượng pha khí trung bình : , kg/s Gd , Gc : lưu lượng khí vào và ra khỏi tháp , kg/s . = 2346.6 (kg/h) = 0.652 (kg/s) . = 2298.1 (kg/h) = 0,638 (kg/s) . Suy ra : (kg/s) . II.4.2. Các thông số vật lý của dòng lỏng : - Vxtb : lưu lượng dòng lỏng trung bình . Do lượng cấu tử hoà tan trong dung dịch nhỏ , xem quá trình hấp thu không làm thay đổi đáng kể thể tích nên : Với : là khối lượng riêng của nước ở 300C . = 995 (kg/m3) . Mtr : khối lượng phân tử của H2O , kg/kmol . Ltr : lưu lượng nước , kmol/h . Suy ra : m3/h - Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng : [2, IX.104, 183] , : khối lượng riêng trung bình của SO2 , H2O trong pha lỏng . , Vtb2 : thể tích trung bình của SO2 , H2O trong pha lỏng. Do lượng SO2 hoà tan trong dung dịch nhỏ nên : Vtb1 » 0 . Þ (kg/m3) . - Độ nhớt trung bình của pha lỏng : Do lượng cấu tử SO2 hoà tan trong dung dịch nhỏ nên có thể xem : (kg/m.s) . - Lưu lượng khối lượng trung bình của pha lỏng : , : lưu lượng khối lượng dòng lỏng vào và ra khỏi tháp . (kg/s) . = 21.68 (kg/s) . Suy ra : Gxtb = (kg/s) . II.4.3. Tính đường kính tháp hấp thu : Tốc độ bắt đầu tạo nhũ tương , còn gọi là tốc độ đảo pha W’s (m/s ) được xác định theo công thức : Với : + Gx , Gy : lưu lượng dòng lỏng và khí trung bình , kg/s . Gx = Gxtb = 21.675 (kg/s) . Gy = Gytb = 0.645 (kg/s) . + xtb , ytb : khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và khí . xtb = 995 (kg/m3) . ytb = 1.166 (kg/m3) . + mx : độ nhớt trung bình pha lỏng theo nhiệt độ trung bình . mx = mxtb = 0.8007´10-3 (kg/m.s) . + mn : độ nhớt của nước ở 200C . mn = 1.005*10-3 (kg/m.s) . A : hệ số , A = 0.022 . Chọn đệm vòng Raschig bằng sứ , kích thước đệm 50´50´5 mm . Các thông số của đệm : sd : bề mặt riêng của đệm . sd = 95 m2/m3 Vd : thể tích tự do của đệm . Vd = 0.79 m3/m3 : khối lượng riêng xốp của đệm . d = 600 kg/m3 Thay số vào ta được : lg Suy ra : ws’ = 0.57 (m/s) . Chọn tốc độ làm việc : (m/s) . Đường kính tháp được xác định theo công thức : (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 : Trong đó : 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 góc đường cân bằng l : lượng dung môi tiêu tốn riêng , l = -hG và hL được xác định dựa vào các công thức thực nghiệm sau : Với : Vt = 0.79 m3/m3 , là thể tích tự do của đệm . s = 95 m2/m3 , là bề mặt riêng của đệm . a là hệ số phụ thuộc dạng đệm , đệm vòng Raschig a = 0.123 . x = xtb = 995 kg/m3 , là khối lượng riêng pha lỏng . mx = mxtb = 0.8007´10-3 (kg/m.s) . Các công thức chuẩn số Rey , Pry cho pha khí và Rex , Prx cho pha lỏng được tính như sau : 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 : (m2) . (kg/m2.s) . (kg/m2.s) . + my = 1.81*10-5 kg/m.s , là độ nhớt pha khí . +y = 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 . II.4.4.1. Hệ số khuếch tán trong pha lỏng : , m2/s . [4,(2-41),27] Trong đó: MB là khối lượng mol của dung môi , MB =(kg/kmol) f là hệ số kết hợp cho dung môi , f = 2.6 cho dung môi là nước . T = 273 + 30 = 3030K , nhiệt độ khuếch tán . VA = 44.8 cm3/mol , là thể tích mol của dung chất . m’: là dộ nhớt của dung dịch . m’ = (Cp) . Suy ra : (m2/s) II.4.4.2. Hệ số khuếch tán trong pha khí [4,(2-36),25] . Trong đó : T = 273 +30 = 3030K P = 1 at , Aùp suất khuếch tán . MA , MB : là khối lượng mol khí SO2 và không khí . MA = = 64 (kg/kmol) . MB = Mkk = 28.8 (kg/kmol) . VA , VB : thể tích mol của SO2 và của không khí . VA = 44.8 (cm3/mol) . VB = 29.9 (cm3/mol) . Thế vào ta được : (m2/s) . II.4.4.3. Tính Rex , Rey , Prx , Pry : II.4.4.4. Tính hệ số thấm ướt y : -Utt = là mật độ tưới thực tế , (m3/m2.h) . Trong đó : Vx = Vxtb = 78.41 (m3/h) . Ft = 1.1304 (m2) . Suy ra : (m3/m2h) . -Mật độ tưới thích hợp Uth : Uth = B.d , (m3/m2h) . B = 0.158 (m3/m.h) [2,bảng IV.6,177] = 95 m2/m3 Suy ra : Uth = 0.158*95 = 15.01 (m3/m2h) . Vậy : Dựa vào đồ thị hình IX.16 [ 2.178 ] , ta chọn y = 1 để dung môi thấm ướt đều lên đệm . II.4.4.5. Tính hG , hL (m) . = 0.6922 (m) . II.4.4.6. Tính chiều cao một đơn vị chuyển khối : hY = hG Từ đồ thị đường cân bằng ta xác định được hệ số góc đường cân bằng là : m = 48.3 Với : Suy ra : (m) . II.4.5. Xác định số đơn vị truyền khối mY : Do cấu tử SO2 hoà tan trong dung dịch không dáng kể nên dung dịch hấp thu khá loãng , phương trình tính mY có dạng như sau : (m) . Bảng số liệu tính tích phân : 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 : m Chiều cao tổng cộng của tháp : H = m II.5. Tính trở lực của lớp đệm : -Tổn thất áp suất của đệm khô : Trong đó : H = 6.5 m , là chiều cao lớp đệm . l’ 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 : Rey > 40 : chế độ xoáy , l Rey < 40 : chế độ dòng , Với : ry = 1.166 kg/m3 Vd = 0.79 m3/m3 my = 1.81´10-5 kg/m.s dtd = = 0.0154 (m) , là đường kính tương đương của đệm . W’y = 0.513 m/s , tốc độ của dòng khí trên toàn bộ tiết diện tháp . Suy ra : Vì Rey > 40 nên : Như vậy , thay số ta được : (N/m2) . -Tổn thất áp suất của lớp đệm ướt : Trong đó : Gx , Gy : là lưu lượng của dòng lỏng và dòng khí , kg/s . Gx = Gxtb = 21.675 kg/s Gy = Gytb = 0.645 kg/s rx , ry : khối lượng riêng của dòng lỏng và dòng khí , rx = 995 kg/m3 ry = 1.166 kg/m3 mx = 0.8007´10-3 kg/m.s my = 1.81´10-5 kg/m.s Do : = 1.4 > 0.5 Theo [2,bảng(IX.7),189] ta có : A = 10 , n = 0.525 , m=0.945 , c = 0.105 Thay số vào ta được : = 6468.37 (N/m2) . Chọn = 6500 N/m2 = 0.065´105 (N/m2) . =-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-= CHƯƠNG III TÍNH TOÁN CƠ KHÍ III.1 Tính chiều dày thân tháp : Thiết bị làm việc ở môi trường ăn mòn , nhiệt độ làm việc 300C , Pmt = 1 at = 0.1 N/m2 . Nên ta chọn vật liệu là thép không rỉ để chế tạo thiết bị . Chọn thép : X18H10T . - Ứng suất cho phép tiêu chuẩn đối với thép X18H10T ở 300C : [s]* = 146 N/mm2 [9,hình1-2,22] hệ số hiệu chỉnh h = 1 [9,26] Ứng suất cho phép là : [s] = 1´146 = 146 N/mm2 - Aùp suất tính toán : Plv : áp suất làm việc của môi trường . Plv = DPư = (N/m2) . h : chiều cao cột chất lỏng . h = 8.425 m Suy ra : N/mm2 Chọn hệ số bền mối hàn jh = 0.95 Do : > 25 Nên bề dày tối thiểu của thân trụ hàn chịu áp suất được tính theo : mm - Hệ số bổ sung bề dày C , mm : C = Ca + C0 + Cb + Cc Trong đó : Ca : là hệ số bổ sung do ăn mòn hoá học của môi trường . Thời hạn sử dụng là 20 năm , tốc độ ăn mòn là 0.1mm/ năm . Vậy : Ca = 0.1´20 = 2 (mm) . Cb : là hệ số bổ sung do bào mòn cơ học của môi trường . Đối với TB hoá chất : Cb = 0 (mm) . Cc là hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo , lắp ráp , có thể bỏ qua . C0 là hệ số bổ sung để quy tròn 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 : Suy ra : : thỏa điều kiện . - Aùp suất tính toán cho phép ở bên trong thiết bị : [P] = [9,(5-11),131] [P] = (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 : Suy ra : 25 : thỏa điều kiện . - Kiểm tra áp suất dư cho phép tính toán theo công thức : [P] = [9,(6-5),166] Đáy nắp elíp tiêu chuẩn Rt = Dt = 1200 (mm) . [P] = (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 = , (m) Trong đó : Q : lưu lượng thể tích của khí , m3/s . Q = 2000 m3/h V : vận tốc dòng khí , m/s . Đối với khí áp lực nhỏ , chọn V = 18 (m/s) . Vậy d = = 0.198 (m) . Chọn d = 200 (mm) . Với d = 200(mm) , vận tốc dòng khí trong ống dẫn : V = ==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 : Đường kính ống dẫn lỏng : d = , (m) Trong đó : Q : lưu lượng dòng lỏng , m3/s . Q = Vxtb = 78.41 (m3/h) . V : vận tốc dòng lỏng , m/s . Đối với nước áp lực nhỏ , chọn V = 1.25 (m/s) . Vậy d = = 0.149 (m) . Chọn d = 150 (mm) . Với d = 150(mm) , vận tốc dòng lỏng trong ống dẫn : V = ==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 : Chọn bích liền không cổ bằng thép để nối thân tháp . Đường kính trong thiết bị : Dt = 1200 mm . Đường kính ngoài của bích : D = 1340 mm . Đường kính tâm bu lông : Db =1290 mm . Đường kính mép vát : D1 =1260 mm . Đường kính bu lông : db = 20 (M 20 ) . Số bu lông : Z = 32 cái . Chiều cao bích : h =25 mm . Theo [2 , bảngXIII.31 , 433] ta có kích thước bề mặt đệm : D2 = 1230 (mm) . D4 = 1254 (mm) . Chọn vật liệu chế tạo bích là thép CT3 . Aùp suất môi trường trong thiết bị : p = 0.091 (N/mm2) . III . 4 . 1 . Kiểm tra bu lông ghép bích : a . Lực nén chiều trục sinh ra do xiết bu lông : Q1 = Qa + Qk . Trong đó : Qa _ lực do áp suất trong thiết bị gây nên Qa = * Dt2 * p ( N ) . Qk _ lực cần thiết để giữ được kín trong đệm ( N ) . Qk = * Dtb * m * p . Có thể viết lại : Q1 = * Dt2 * p + *Dtb * b0 * m * p [ 9 , ( 7 – 1 ) , 191 ] . Trong đó : + p_ áp suất môi 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 * Với b_bề rộng thực của đệm , b = mm . Thế vào , ta được : Dtb =1260 – 12 = 1248 mm + b0 _bề rộng tính toán của đệm b0 = ( 0.5 0.8 ) b . chọn b0 = 0.5* b = 6 (mm) . Chọn vật liệu đệm là amiăng có bề dày = 3 mm do môi trường có tính ăn mòn . Theo [9,bảng(7-2),192] ,ta có : 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 = + * 1248*6*2*0.091 = 1.1 * 105 (N) . b . Lực cần thiết để ép chặt đệm ban đầu : Q2 = * Dtb * bo * qo = * 1248 *6 *10 = 2.35 *105 (N) . c . Lực tác dụng lên một con bulông : qb = = (N) . d. Tính đường kính bulông : db = 1.13 * Trong đó : [= ko * [ [ : ứng suất cho phép của vật liệu làm bulông , N/mm2 . Ở T = 30oC , theo [9,bảng(7-5),194] ,ta có [ = 89.5 (N/mm2 ) . Chọn ko = 0.5 , ta có : db = 1.13 * = 14.5 (mm) (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 công thức sau : t = 0.61 * db *] , [9,(7-9),195] . Trong đó : l1 , l2 : cánh tay đòn của momen gây uốn bích . l1 = (mm) . l2 = = 43 (mm) . P : áp suất của môi trường , N/mm2 . P = 0.091 (N/mm2) . db : Đường kính ngoài của bulông , mm . db = 20 (mm) [ : Ứng suất cho phép của bulông thô dùng để ghép bích , N/mm2 . [ = 45 N/mm2 [9,hình(7-6),197] . : ứng suất cho phép của bích , N/mm2 . =112.375 (N/mm2) , [9,bảng(7-6),198] . Đại lượng : = (1 - + 0.2* = (1 - + 0.2* = 1.32 Bích không cổ : k = 1 + = 1 + =1.589 + Thay vào ta được : t = 0.61 * 20 t = 0.61 * 20 * 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 ngoài ống dẫn lỏng , Dn = 159 mm. Đường kính ngoài của bích , D = 260 mm . Đường kính tâm bulông Dt = 225 mm. Đường kính bulông db = 16 mm (M16). Số bulông 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 ngoài ống dẫn khí , Dn = 219mm. Đường kính ngoài của bích , D = 290 mm . Đường kính tâm bulông Dt = 255 mm. Đường kính bulông db = 16 mm (M16). Số bulông 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 có tiết diện chữ nhật , 1 cạnh có 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 = Chọn n = 52 thanh . Diện tích lưới đỡ đệm : Sl = = 1065421.625 (mm2) . Tổng khối lượng mà lưới phải chịu : m = m1 + m2 Trong đó : m1 : khối lượng vật chêm khô . m2 : khối lượng của dung dịch . m1 = Vđ * Với : = 500 kg/cm2 , khối lượng riêng xốp của đệm . Vđ : thể tích của đệm . Vđ = Suy ra : m1 = *= = 2077.57 (kg) . m2 = Vdd * = (1 – Vđ ) * = (1 – 0.79) * (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 = = 0.027 (N/mm2) . Tải trọng mà một thanh phải chịu tính theo đơn vị chiều dài : q = = *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 = Kiểm tra bền nhân tố ở trạng thái ứng suất đơn : [12,(6-34),111] . = Với Jx = [12,(6-17a),105] . Thay vào ta được : = Theo điều kiện bền : [ 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 có kích thước của đĩa phân phối lỏng như sau: Đường kính đĩa : Dd = 750 (mm) . 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 )**S Trong đó : : khối lượng riêng của thép X18H10T dùng làm đáy nắp . = 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 = , Dl : đường kính ống dẫn lỏng . Thế vào ta có : mđ = (1.66 - * 0.152)* 7900 * 4 * 10-3 = 51.824 (kg) . III.7.2. Khối lượng nắp tháp : mn = (Fn -Fln)* * S Trong đó : : khối lượng riêng của thép X18H10T dùng làm nắp tháp . = 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 = , Dk : đường kính ống dẫn khí . Thế vào ta có : mn = (1.66 - * 0.22)* 7900 * 4 * 10-3 = 51.4638 (kg) . III.7.3. Khối lượng thân tháp : mt = Vthân * Thể tích của thân tháp : Vthân = Ft * S = [ = {= 0.1234 (m3) . Vậy mt = 7900 * 0.1234 = 974.86 (kg) . III.7.4. Khối lượng đệm khô : mdk = 2 * m1 Với : m1 : khối lượng vật chêm khô 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 * 2 – (Dt + 2*S)2 ] * t * Trong đó : : khối lượng riêng của thép CT3 dùng làm bích . = 7850 (kg/m3) [2,bảngXII.7,313] D = 1.34 (m) , đường kính ngoài của bích . Dt = 1.2 (m) , đường kính trong của tháp . t = 25 (mm) , bề dày bích . Vậy mbích = 2 * * [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 = 2 – (Dy + 2*Sl)2 ] * t * Trong đó : : khối lượng riêng của thép CT5 dùng làm bích . = 7850 (kg/m3) [2,bảngXII.7,313] D = 260 (mm) , đường kính ngoài 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 = * [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 = 2 – (Dy + 2*Sk)2 ] * t * Trong đó : : khối lượng riêng của thép CT3 dùng làm bích . = 7850 (kg/m3) [2,bảngXII.7,313] D = 290 (mm) , đường kính ngoài 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 = * [0.292 – (0.2 + 2 * 19 * 10-3)2] * 16 * 10-3 * 7850 = 2.7 (kg) . III.7.9. khối lượng lưới đỡ đệm : mlưới = 2 * Trong đó : b = 10 (mm) , h = 25 (mm) : bề rộng và bề dài thanh đỡ đệm . Dl = 1165 (mm) . (kg/m3) . Vậy mlưới = 2 * ( = 168.34 (kg) . III.7.10. Khối lượng đĩa phân phối lỏng : mđĩa = 2**(Dd2 – 91*d2)** t Trong đó : 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* [0.752 – 91*0.04452] * 7850 *5 * 10-3 = 23.57 (kg) . III.7.11. Tổng khối lượng toàn 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 có 4 chân đỡ và 4 tai treo . Tải trọng đặt lên 1 chân đỡ : G = = 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 có 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) . = 90 (mm) . d = 27 (mm) . Theo [2,bảng XIII.36,438] ta có kích thước tai treo : L = 150 (mm) . B = 120 (mm) . B1 = 130 (mm). H = 215 (mm). S = 8 (mm) . = 60 (mm) . d = 30 (mm) . a = 20 (mm) . =-==-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-==-==-=-=-=-==-=-=-=-=-==-=-=-==-=-=-=-=--=--= CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ IV.1. Tính bồn cao vị : Viết phương trình Bernoulli cho mặt thoáng của bồn cao vị (mặt cắt 1 ) và đầu ra ống dẫn lỏng vào tháp ( mặt cắt 2) . Z1 + Trong đó : Z1 , Z2 : chiều cao mặt thoáng 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 . : hệ số hiệu chỉnh động năng . P2 = P1 = Pa : xem áp suất ở mặt thoáng 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 có : Ho = Z1 – Z2 = Ho = (1) Chuẩn số Re = Với = 995 (kg/m3) . = 0.8007 * 10-3 (kg/m*s) , độ nhớt của nước ở 30oC . V2 = 1.23 (m/s) . Suy ra : Re = = 229271 > 2300 : chế độ chảy trong ống là chảy rối nên . Thay vào (1) ta được : Ho = Trong đó : 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 = , m . Trong đó : : 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 dòng lỏng chảy trong ống . Do Re > 10000 nên : = [13,(9-33),202] . = = 0.015 . Vậy hd = 0.015 * * = 0.0386 (m) . IV.1.2. Tổn thất cục bộ : Chọn hệ thống ống có : theo [12,phụ lục 3-4,236] ta có : 4 khuỷu cong (uốn góc 90o) : hệ số tổn thất cục bộ =1.1 . 3 van : hệ số tổn thất cục bộ =0.15 . Đầu vào ống : =0.5 . Đầu ra (cửa vào tháp ) : =1 . Ta có : hcb = hcb = (4*1.1 + 3*0.15 + 1 + 0.5) = 0.4896 (m) . Vậy Ho = 0.0386 + 0.4896 + = 0.6053 (m) . IV.1.3. Chiều cao bồn cao vị : Z1 = Ho + Z2 = Ho + hchân đỡ + hđáy + hlv Trong đó : 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 công 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 + Suy ra : Hb = (Z2 – Z1) + Trong đó : 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 dòng 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 . : hệ số hiệu chỉnh động năng . Hb : cột áp của bơm , mH2O . Chuẩn số Re = = = 229271 >2300 : chế độ chảy trong ống là chế độ chảy rối nên . Vậy nên ta có : Hb = Z2 – Z1 +H Trong đó : 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 : hd = L1 : chiều dài ống hút . Chọn L1 = 1 (m) . L2 : chiều dài ống đẩy . Chọn L2 = 15 (m) . : hệ số tổn thất , = 0.015 . V = V1 = V2 = 1.23 (m/s) . Vậy hd = = 0.1234 (m) . IV.2.2. Tổn thất cục bộ : Chọn hệ thống ống có : theo [12,phụ lục 3-4,236] ta có : 2 khuỷu cong (uốn góc 90o) : hệ số tổn thất cục bộ =1.1 . 2 van : hệ số tổn thất cục bộ =0.15 . Đầu vào ống : =0.5 . Đầu ra (cửa vào tháp ) : =1 . Ta có : hcb = hcb = (2*1.1 + 2*0.15 + 1 + 0.5) = 0.3084 (m) . IV.2.3. Cột áp của bơm : Hb = 9.45 + 0.1234 + 0.3084 = 9.8818 (mH2O) . Để an toàn ta chọn Hb = 10 (mH2O) . IV.2.4. Công suất của bơm : Nlt = , Kw [10,113] . Trong đó : Q : lưu lượng bơm , m3/s . Q = (m3/s) . Hb = 10 (mH2O) . , khối lượng riêng của nước ở 30oC . : hiệu suất của bơm . = Trong đó : : hiệu suất thể tích . : hiệu suất thủy lực . : hiệu suất cơ khí . Chọn loại bơm ly tâm . Theo [3,bảng II.32,439] , ta chọn : = 0.96 = 0.85 = 0.96 Vậy = 0.96 * 0.85 * 0.96 = 0.783 Thay vào ta được : Nlt = = 2.72 (Kw) . Công suất thực của bơm : Nthực = [5,6] Với : hệ số an toàn công suất . Theo [5,bảng 1-1,6] ta chọn = 1.4 . Vậy công suất thực của bơm : Nthực = 1.4*2.72 = 3.808 (Kw) . Chọn Nthực = 4 (Kw) . IV.3. Tính công 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 + Trong đó : Z1 , Z2 : chiều cao mặt cắt (1-1) và mặt cắt (2-2) . Z1 = Z2 P1 , P2 : áp suất dòng khí ở ống hút và ống đẩy . P1 = 0 , áp suất dư của môi trường . P2 = Pư = 6500(N/m2) . : khối lượng riêng của dòng khí , kg/m3 . = 1.166 (kg/m3) . V1 , V2 : vận tốc dòng 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) . : hệ số hiệu chỉnh động năng . Chế độ dòng chảy trong ống : Re = = 227789 > 2300 nên chế độ dòng chảy trong ống ở chế độ chảy rối . Nên . Suy ra : Từ phương trình Bernoulli ta có : Hq = (Z2 – Z1) + = = Trong đó : 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 = L : chiều dài ống dẫn khí . Chọn L = 10 (m) . d =0.2 (m) , đường kính ống dẫn khí . : hệ số tổn thất . Theo [3,II-65,380] , hệ số tổn thất được xác định : Với : độ nhám tương đối . Chọn ống thép hàn trong điều kiện có ăn mòn . (mm) [3,bảng II-15,381] Suy ra : = Thay vào ta được : Suy ra : = 0.021 V = 17.68 (m/s) . Vậy hd = = 16.728(m cột khí) . IV.3.2. Tổn thất cục bộ : Chọn hệ thống ống có : theo [12,phụ lục 3-4,236] ta có : 4 khuỷu cong (uốn góc 90o) : hệ số tổn thất cục bộ =1.1 . 3 van : hệ số tổn thất cục bộ =0.15 . Đầu vào ống : =0.5 . Đầu ra (cửa vào tháp ) : =1 . Ta có : hcb = hcb = (4*1.1 + 3*0.15 + 1 + 0.5) = 101.17(m cột khí) . IV.3.3. Cột áp của quạt : Hq = hcb + hd + = = 686.16 (m) . IV.3.4. Công suất của quạt : Nlt = , Kw [10,153] Trong đó : Q : lưu lượng dòng khí , m3/s . Q = (m3/s) . = 1.166 (kg/m3) . : hiệu suất chung . [10,153] Với - : hiệu suất lý thuyết của quạt ,chọn . - : hiệu suất của ổ đỡ , chọn . - : hiệu suất đối với hệ truyền bằng đai , chọn . Thay vào ta được : = 0.8 * 0.95 * 0.95 = 0.722 . Vậy công suất của quạt : Nlt = (Kw) . Công 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 công suất thực của bơm : Nthực = 1.1 * 6.09 = 6.699 (Kw) . Chọn Nthực = 7 (Kw) . CHƯƠNG V TÍNH KINH TẾ Tên thiết bị Thông số kỹ thuật Số lượng Đơn giá Thành tiền(VND) Thép không gỉ Kg 1270 50,000đ/kg 63,500,000 Thép CT3 Kg 158.1 10,000đ/kg 1,581,000 Bulông 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 công chế tạo 65,761,000 Tổng tiền chế tạo tháp 131,522,000 Lưu lượng kế 1 1,500,000đ/cái 1,500,000 Aùp 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 Oáng nhựa PVC m 46 5,000đ/m 230,000 Oáng 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 công nghệ 12,150,000 TỔNG CỘNG 143,672,000 KẾT LUẬN Hiệu suất của quá trình hấp thu cao (94%) , nhưng tiêu tốn lượng nước làm dung môi lớn(78.41m3/h) . Do đó , về mặt kinh tế chưa đạt yêu cầu do tiêu tốn lượng nước lớn và thải lượng nước sau xử lý vào môi trường không được tái sử dụng . Cần phải khảo sát phương pháp hấp thu SO2 với dung môi khác để xem dung môi đó có đạt yêu cầu về hiệu suất xử lý và đạt yêu cầu về tính kinh tế không ? Ưu điểm của quá trình : + Hoạt động tốt trong môi trường ăn mòn . + Dung môi 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 dòng khí . + Nước hấp thu phải sạch , tránh tạo cặn trong quá trình hấp thu làm tắc dòng khí và dòng lỏng . * TÀI LIỆU THAM KHẢO : [1]. Võ Thị Ngọc Tươi , giáo trình “ Quá trình & Thiết bị Công nghệ hóa học . Tập 11 – Hướng dẫn Đồ án môn học “ , ĐHBK TP.HCM – 1993 . [2]. Các tác giả , “ Sổ tay Quá trình & Thiết bị tập 2 “ , NXB KHKT Hà Nội – 1999 . [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 Công nghệ hóa chất – Tập 3 – truyền khối “ , ĐHBK TP.HCM – 1997 . [5]. Phạm Văn Bôn – Vũ Bá Minh – Hoàng Minh Nam , “ Quá trình & Thiết bị Công nghệ hóa chất – Tập 10 – Ví dụ & Bài tập “ , ĐHBK TP.HCM . [6]. Nguyễn Văn Phước , “Quá trình & Thiết bị Công nghệ hóa chất – Tập 13 – Kỹ thuật xử lý chất thải công nghiệp “ , ĐHBK TP.HCM . [7]. Phạm Ngọc Đăng , “ Môi trường không khí “ , NXB KHKT . [8]. Nguyễn Bin , “ Tính toán Quá trình & Thiết bị Công nghệ hóa chất & Thực phẩm – tập 2 “ , NXB KHKT . [9]. Hồ Lê Viên , “ Thiết kế & Tính toán các chi tiết thiết bị hóa chất – tập 1 “ , NXB KHKT . [10]. Trần Hùng Dũng - Nguyễn Văn Lụa – Hoàng Minh Nam - Vũ Bá Minh , giáo trình “Quá trình & Thiết bị Công nghệ hóa chất – Tập 1 – Quyển 2” , NXB ĐHQG TP.HCM . [11]. Nguyễn Minh Tuyển , “ Tính toán Máy & Thiết bị hóa chất “ , NXB KHKT . [12]. Trương Tích Thiện – Vũ Duy Cường , “ Giáo trình Cơ kỹ thuật “ , ĐHBK TP.HCM . [13]. Tập thể giảng viên Bộ môn cơ lưu chất , “ Giáo trình Cơ lưu chất “ , ĐHBK TP.HCM .