Đồ án Thiết kế hệ thống hấp thụ loại tháp đệm, tháp làm việc ở điều kiện áp suất 5 atm và nhiệt độ 30°C, dung môi hấp thụ là H2O

b Y Y Ycb Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường –kysumoitruong.vn  ~ 9 ~ II. Tính các thông số của tháp 1. Tính đường kính tháp đệm. a. Tính khối lượng riêng trung bình (tr 183)  Đối với pha lỏng   Áp dụng công thức:  2 2 2 2 11 SO SO xtb SO H O a a         xtb : khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp lỏng, kg/m 3.  2SO a  : Phần khối lượng trung bình của SO2 trong hỗn hợp.  OHSO 22 , : khối lượng riêng của SO2 và H2O ở 30°C, kg/m 3  Tra bảng: I.5 và I.2 ( Sổ tay quá trình và thiết bị-Tập 1) tại 30°C.  2H O  = 995.68 (kg/m3)  2SO   (20°C)=1383(kg/m3) ,    2SO  (40°C)=1327 (kg/m3)  Nội suy ⇒ 2SO   (30°C)= 1355 (kg/m3)  Phần khối lượng trung bình của SO2 trong pha lỏng.  2 2 2 2 . . (1 ) SO tb SO SO tb H O tb M x a M x M x    Với xtb  là  nồng độ phần mol  trung bình  của  cấu  tử  cần hấp  thụ  trong pha  lỏng.  ( kmol SO2/kmol H2O)  ⇒ 3 30 2,84.10 1,42.10 2 2 d c tb x x x       ( kmol SO2/kmol H2O)  ⇒ 2 3 3 3 64.1, 42.10 64.1, 42.10 18.(1 1,42.10 ) SOa       =5,03.10 -3                                                                                                        Phạm Kim Ngọc - KTMT K52  ~ 10 ~  Khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp lỏng  2 2 2 2 3 3 1 1 997 1 5,03.10 1 5,03.10 1355 995,68 xtb SO SO SO H O a a              (kg/m3)   Đối với pha khí  Áp dụng công thức:  . . i j j j j j j m m m P M P RT V V RT       Khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp khí đi trong tháp:  30 0 . . . ( / ) 22, 4 y y ytb P M M T P kg m RT T P    Với:  ytb  : Khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp khí đi trong tháp.  My: Phân tử lượng trung bình của hỗn hợp khí.  T0: Nhiệt độ ở đktc. T0=273°K.  T: Nhiệt độ làm việc của tháp. T= 273+30=303 °K.  P0: Áp suất ở đktc P0=1 atm.  P: Áp suất làm việc của tháp P= 5atm.  Tính Mytb .   Mytb = ytb. 2SO M + (1 - ytb). KKM =0,01826.64 + (1-0,01826).29= 29,64 (kg/kmol)  ⇒ 29,64 273 5 . . 5,96 22, 4 303 1 ytb   (kg/m3)  Tính độ nhớt yx  ,   * Đối với pha lỏng  x    Áp dụng công thức:  Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường –kysumoitruong.vn  ~ 11 ~   OHtbSOtbx xx 22 lg).1(lg.lg     Trong đó:  - xtb: phần mol trung bình của SO2 trong hỗn hợp lỏng,     xtb = 1,42.10 -3 (kmol SO2/kmol H2O)  - OHSO 22 , : độ nhớt của SO2 và H2O ở 30 0C, Ns/m2.  Tra bảng I.102 ( Sổ tay quá trình thiết bị công nghệ hóa chất – Tập 1, Tr )    Ta có:   OH 2  (300C) = 0,8.10-3 (Ns/m2)  Tra bảng I.101, ta có:  2SO  (300C) = 0,279.10-3 (Ns/m2)  => lg x  = 1,42.10-3. lg (0,279.10-3 )+ (1 – 1,42.10-3).lg(0,8.10-3)  => lg x = -3,0976  =>  x  = 7,988.10-4 (Ns/m2)  * Đối với pha khí: Áp dụng công thức:  KK KKtb SO SOtb y y MyMyM  ).1(. 2 2             Trong đó:  - y ,  2SO ,  KK : độ nhớt trung bình của pha khí, của SO2 và của không khí  ở nhiệt độ làm việc t = 300C, Ns/m2.  - KKSOy MMM ,, 2 :  khối  lượng  phân  tử  của  pha  khí,  của  SO2  và  của  không khí ở 300C, P = 5 atm.  Tra đồ thị I-35( Sổ tay quá trình thiết bị công nghệ hóa chất – tập 1), ta có:  2SO   (300C) = 128.10-7 Ns/m2     KK  (30 0C) = 181.10-7 Ns/m2  2 2 5 2 7 7 29,64 1,78.10 ( / ) . 0,01826.64 (1 0,01826).29(1 ). 128.10 181.10 y y tb SO tb KK SO KK M Ns m y M y M                                                                                                                    Phạm Kim Ngọc - KTMT K52  ~ 12 ~  b. Đường kính tháp. Áp dụng công thức:  4 .3600 0,785 tb tb tb tb V V D         (m)        - Vytb: lượng khí trung bình đi trong tháp, m 3/h.  - ytb : tốc độ khí trung bình đi trong tháp, m/s.  * Tính lưu lượng thể tích khí và lỏng trung bình đi trong tháp: ytb ytbytb tb MG V  .   (m3/h)  Trong đó:  - Gytb : lưu lượng khí trung bình đi trong tháp, kmol/h  - Mytb: khối lượng phân tử trung bình của khí trong tháp, kg/kmol  ytb : khối lượng riêng trung bình của khí trong tháp, kg/m 3    => )1( 2 tbtro ycyd ytb YG GG G        Ytb = 0,0186 (kmol SO2/kmol khí trơ)  - Lưu lượng khí trung bình đi trong tháp Gytb:         => Gytb = 389,73 (1 + 0,0186) = 396,98 (kmol/h)   396,98.29,64 1974,24 5,96 ytbV   (m3/h)  Lượng hơi trung bình trong tháp(kmol/h):    Gy = Gytb. Mytb= 396,98. 29,64=11766,487 (kg/h).  - Lưu lượng lỏng trung bình đi trong tháp:  2 xcxd xtb GG G    (kg/h)    Gxd = 15306,62(kmol/h)    Gxc = Gxd +  2SO G bị hấp thụ  2SO G 15306,62  15328,35 43 5 7 2 4 2 ,bihapthu xtb xdG G       (kmol/h)   Mxtb=xtb.MSO2 +(1- xtb).MH2O=1,42.10 -3.64+(1-1,42.10-3).18=18,065  Lượng lỏng trung bình (kg/h).      Gx= Gxtb. Mxtb =15328,35518,016 = 276155,6437 (kg/h)  Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường –kysumoitruong.vn  ~ 13 ~ xtb xtb xtb .M 276155,6437.18,065 V 5003,85 997xtb G     ( m3/h)  *Tính vận tốc của khí đi trong tháp ytb , m/s.  Áp dụng công thức:                                  Y =1,2.e-4X             Với    0,162 3 . . . . s d ytb x d xtb n Y g V              1 1 4 8 ytbx y xtb G X G                s : tốc độ đảo pha, m/s  Vđ: thể tích tự do của đệm, m 3/m3  d : bề mặt riêng của đệm, m 2/m3  Tháp hấp thụ SO2 mang tính axit nên ta chọn đệm vòng Rasig đổ  lộn xộn:  đệm bằng sứ kích thước 30×30×3,5.  Vđ= 0,76 m 3/m3  d  =  165 m 2/m3  Gx, Gy: lượng lỏng và lượng hơi trung bình (kg/s).            Gy =11766,487 (kg/h) = 11766,487/3600 (kg/s).  Gx=  276155,6437 (kg/h) = 276155,6437 /3600(kg/s).  g: gia tốc trọng trường, g=9,81m/s2            nx  , : độ nhớt của pha lỏng theo nhiệt độ trung bình và độ nhớt của nước ở  200C, Ns/m2.    )20( 0 C n  = 1,005.10-3 (Ns/m2)    )30( 0 Cx = 7,988.10 -4(Ns/m2)  ytbxtb  , : khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và pha khí (kg/m 3)    xtbx   = 997 (kg/m 3)                                                                                                         Phạm Kim Ngọc - KTMT K52  ~ 14 ~  ytby   = 5,96 (kg/m 3)  ⇒ 1 1 1 1 4 8 4 8246522,3 / 3600 5,96 0,513 276155,6437 / 3600 997 ytbx y xtb G X G                          Từ phương trình của Y ta có:   4 3 4.0,513 3 0,16 0,164 3 1,2. 1,2. 9,81 0,76 996 0,835 7,988.10 165.5,96 1,005.10 X d xtb s x d ytb n e g V e                               m/s  Theo thực nghiệm thì quá trình chuyển khối ở chế độ sủi bọt là tốt nhất, xong thực  tế tháp đệm chỉ làm việc ở tốc độ đảo pha vì nếu tăng nữa sẽ rất khó bảo đảm quá  trình ổn định. Vì vậy  Tốc độ thích hợp tính theo phương pháp này thường bằng khoảng:     y = (0,8 0,9)  dp    Ta chọn:   y  = 0,85.  dp  = 0,85.0,835= 0,71 (m/s)  Thay các giá trị ta có đường kính tháp.  => Đường kính của tháp:  4.1974,24 0,992( ) 3600.3,14.0,71 D m  Quy chuẩn D=1(m)  => Lúc này tốc độ khí trung bình đi trong tháp là:  2 2 4. 4.1974,24 0,70( / ) .3600. 1 .3600.3,14 ytb ytb V m s D      có   ytb   (0,8 0,9)  dp => kết quả phù hợp Kiểm tra điều kiện thiết kế 4. 4.0,76 1 0,018 0,02 . 165.1 50 dem d d d V D D         ⇒Đệm trên là phù hợp.  Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường –kysumoitruong.vn  ~ 15 ~ Kiểm tra theo mật độ tưới - Mật độ tưới thực tế:  x tt t V U F    ,m3 /m2.h  Vx: Lưu lượng thể tích của chất lỏng ,m 3/h.  Ft: Diện tích mặt cắt tháp.      Ft = .D 2/4 = 3,14.12/4 = 0,785 ,m2.     Vx= 5003,85 (m 3/h).  ⇒ 5003,85 6374,33 0,785 x tt t V U F     , m3 /m2.h  - Mật độ tưới thích hợp:                    Ut.h =  d .B (m 3/m2.h)    B= 0,158 m3 /m.h ,    d  : bề mặt riêng của đệm,  d  =165 (m2/m3)  Ut.h=0,158.165=26,07 ,m 3 /m2.h  ⇒  . . 6374,33 244,5 26,07 t t t h U U    > 1  ⇒ Đệm thấm ướt tốt. 2. Tính chiều cao tháp đệm Áp dụng công thức xác định chiều cao của lớp đệm:     Hđ = my.hy  ,m.                Trong đó:   my : số đơn vị chuyển khối xác định theo nồng độ trong pha hơi (khí)  hy : chiều cao của một đơn vị chuyển khối.  * Tính chiều cao của một đơn vị chuyển khối Ta áp dụng công thức:    1 2. . y y x G h h m h G         ,m.                               Trong đó:  h1, h2  : chiều cao của một đơn vị chuyển khối pha khí, pha lỏng (m)                                                                                                         Phạm Kim Ngọc - KTMT K52  ~ 16 ~  Gx, Gy: lưu lượng trung bình của pha lỏng, pha khí (kg/h)  m: hệ số góc của đường cong cân bằng  * Tính h1. Áp dụng công thức: 0,25 2/3 1 Re .Pr , . . d y y d V h m a   Trong đó:            Vđ: Thể tích tự do của đệm Vđ= 0,76 (m 3/m3)            a: hệ số phụ thuộc vào dạng đệm. Đệm vòng a= 0,123.  Rey : chuẩn số Reynold cho pha hơi.  Pry : chuẩn số Prandt cho pha hơi.  Ψ: Hệ số thấm ướt của đệm  Ta có:  4. . Re . y y y d y        Trong đó:  y : vận tốc khí đi trong tháp (m/s)    0,7( / )y ytb m s     y : khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp khí trong tháp (kg/m 3)  35,96( / )y ytb kg m     d : bề mặt riêng của đệm,  d =165 (m 2/m3)  y :độ nhớt trung bình của pha khí, (Ns/m 2)  5 0, 4. . 0, 4 0,70 5,96 Re 568,2 . 165 1,78.10 Pr . y y y d y y y y yD               Trong đó:  y : độ nhớt hỗn hợp khí, (Ns/m 2)  Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường –kysumoitruong.vn  ~ 17 ~ y : khối lượng riêng trung bình của pha khí, (kg/m 3)  Dy  : hệ số khuếch tán của pha khí, m 2/s  2 2 2 7 1,5 2 1/3 1/3 2 4,3.10 . 1 1 . , / ( ) y SO kk SO kk SO kk T D D m s P u u M M            T  : nhiệt độ K, T = 273 + 30 = 303K  P = 5 atm =5,163 at  kkSO MM ,2 : khối lượng mol của SO2, không khí (kg/kmol)  kkSO uu , 2 : thể tích mol của SO2, không khí (cm 3/mol)  Tra bảng VIII.2 – II (tr 127).    =>   2 344,8( / )SOu cm mol        ukk = 29,9(cm 3/mol)  2 4 1,5 6 2 1/3 1/3 2 0,0043.10 303 1 1 2,22.10 ( / ) 5,163 (44,8 29,9 ) 64 29 SO kkD m s              => 5 6 1,78.10 Pr 1,345 . 5,96 2,22.10 y y y yD         Tính ψ.   Ψ: phụ thuộc vào tỷ số giữa mật độ tưới thực tế lên tiết diện ngang của tháp  và mật độ tưới thích hợp.  Ta có:  . . 6374,33 244,5 26,07 t t t h U U    > 1  ⇒  = 1  ⇒ 0,25 2/3 0,25 2/3 1 0,76 Re .Pr .568, 2 .1,345 0, 223 . . 0,123.1.165 d y y d V h a     m  * Tính h2 chiều cao của một đơn vị chuyển khối trong pha lỏng  1/3 2 0,25 0,5 2 2 256. .Re .Pr ( )x x x x h m          Trong đó:                                                                                                         Phạm Kim Ngọc - KTMT K52  ~ 18 ~  x  : độ nhớt trung bình của pha lỏng, Ns/m2    x  : khối lượng riêng trung bình của pha lỏng,kg/m3  Ta có:  4 0,04. 0,04.276155,6437 Re 29,63 . . 3600.0,785.165.7,996.10 x x t d x G F         Với:  d   : bề mặt riêng của đệm (m 2/m3),  d = 165(m 2/m3)  Gx: lưu lượng trung bình của pha lỏng, Gx=276155,6437/3600 (kg/s).  Ft: Diện tích mặt cắt tháp. Ft = 0,785,m 2.            x : độ nhớt trung bình của pha lỏng = 7,996.10 -4 Ns/m2    Pr . x x x xtbD      Trong đó:  xtb   : khối lượng riêng trung bình của pha lỏng, kg/m3  Dx    : hệ số khuếch tán trong pha lỏng, m 2/s  )/( ).(. 11 10 2 23/13/1 6 20 222 22 sm uuAB MM D OHSOOH OHSO x      Trong đó:  20 x D : hệ số khuếch tán của dung dịch lỏng ở 200C (m2/s)    OHSO MM 22 , : khối lượng mol của SO2, H2O (kg/kmol)  2SO M = 64 (kg/kmol)    OHM 2 = 18 (kg/kmol)  A, B: hệ số liên hợp  Với các chất khí tan trong nước A = 1.  Với dung môi là nước B = 4,7.  Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường –kysumoitruong.vn  ~ 19 ~ OH 2  : độ nhớt của nước ở 200C,  OH 2 = 1cp = 10 -3 Ns/s.  OHSO uu 22 , : thể tích mol của SO2, H2O (cm 3/mol)     2SO u = 44,8 (cm3/mol)  OHu 2 = 18,9 (cm 3/mol)  9 23/13/1 6 20 10.469,1 )9,188,44(17,4 18 1 64 1 10       xD (m 2/s)  t xD  =  20 x D [1 + b(t - 20)]  (m2/s)  Trong đó:  3 2 .2,0   OH b    OH 2  : độ nhớt của nước ở 200C,  OH 2 = 1cp = 10 -3 Ns/s.    : khối lượng riêng của nước ở 200C.  Tra bảng I.5  =>   = 998,23 (kg/m3)        =>  02,0 23,998 1.2,0 3 b    30 9 9 4 9 1,469.10 1 0,02.(30 20) 1,763.10 7,988.10 Pr 454,45 997 1,763.10 x x D                 ⇒  2/34 0,25 0,5 2 7,988.10 256. 29,63. .454,45 1,1( ) 997 h m        *Tính m hệ số góc của đường cân bằng Dựa vào bảng số liệu => m= 9,83  ⇒ Chiều cao của một đơn vị chuyển khối hdv = 0,223+  9,83.11766, 487 276155,6437 .1,1 =0,27  m                                                                                                         Phạm Kim Ngọc - KTMT K52  ~ 20 ~  *Tính số đơn vị chuyển khối xác định theo nồng độ trong pha khí dY y cbYc dY m Y Y                Y  : thành phần làm việc của hơi.  Ycb : thành phần mol cân bằng của hơi.  Ta xác định số đơn vị chuyển khối  theo phương pháp tích phân đồ thị. Việc  tính  tích phân đó có thể dựa voà việc vận dụng đồ thị  cb YY  1  trong hệ toạ độ  cb YY  1 -  Y. Giá trị của tích phân bằn diện tích hình thang cong giới hạn bởi đồ thị  cb YY  1 và đường Yd = 0,03093 (kmol SO2/kmol không khí)         Yc = 6,186.10 -3 (kmol SO2/kmol không khí)  Bảng số liệu cho đồ thị tích phân Y  Ycb  1/(Y-Ycb)  Si  0.006186  0  161.6553508    0.007926  0.001919093  166.4750201  0.285473423  0.009666  0.003844794  171.7857029  0.294286829  0.011406  0.005777137  177.6557791  0.304014089  0.013146  0.007716158  184.1674056  0.314786171  0.014886  0.009661889  191.4201415  0.326761166  0.016626  0.011614368  199.5357837  0.340131655  0.018366  0.013573627  208.664911  0.355134604  0.020106  0.015539704  218.995887  0.372064894  0.021846  0.017512634  230.7674693  0.39129412  0.023586  0.019492451  244.2868323  0.413297242  0.025326  0.021479194  259.9559227  0.438691197  Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường –kysumoitruong.vn  ~ 21 ~ 0.027066  0.023472898  278.3110195  0.46829224  0.028806  0.025473599  300.0839164  0.503203594  0.030546  0.027481335  326.2998994  0.54495392  0.030894  0.027883729  332.1960289  0.114578292                                                                                                  Si=5,5  Diện  tích  miền giới hạn  của đường  cong  ta  được: S =  5,5. Diện  tích  hình  thang cong chính bằng số đơn vị chuyển khối là my =5,5.  ⇒ Chiều cao của lớp đệm: H = my.hdv=5,5.0,27=1,485 m.           Quy chuẩn H=1,5  Đây thực chất là chiều cao lớp đệm. Chiều cao của tháp ngoài chiều cao của  lớp đệm còn tính đến chiều cao từ mặt trên của đệm đến đỉnh tháp và từ mặt dưới  đệm tới đáy tháp.  Áp dụng công thức:   Htháp = Hđệm + Hđệm- nắp + Hđệm- đáy   Hđệm-nắp   = 1 m   Hđệm-đáy   = 1 m  Vậy chiều cao tháp Htháp = 1+1+1,5=3,5 m.  3. Trở lực tháp đệm Áp dụng công thức:    ku PPP    Trong đó:  kP : Tổn thất đệm khô  uP : Tổn thất đệm ướt    Tháp hấp thụ đạt hiệu suất cao nhất khi vận tốc của khí bằng vận tốc điểm  đảo pha.  => Trở lực của tháp đệm đối với hệ khí -  lỏng  tại điểm đảo pha có  thể xác định  được bằng công thức sau:                                                                                                         Phạm Kim Ngọc - KTMT K52  ~ 22 ~  0,405 0,225 0,045 1(1 ) . 1 . . yx x u K K y y y G P K P P A G                                      Trong đó:    Pu: tổn thất áp suất khi đệm ướt tại điểm đảo pha có tốc độ của khí bằng tốc  độ của khí đi qua đệm khô (N/m2)   PK: tổn thất của đệm khô (N/m 2)  Gx, Gy: lưu lượng của lỏng và của khí (kg/h)  Gy =11766,487 (kg/h) = 11766,487/3600 (kg/s).  Gx=  276155,6437 (kg/h) = 276155,6437 /3600(kg/s).  yx  , : khối lượng riêng của lỏng và của khí (kg/m 3)  y =5,96(kg/m 3)  x =997(kg/m 3)  yx  , : độ nhớt của lỏng và khí (Ns/m 2)  5 21, 78.10 ( / )y Ns m       x  = 7,996.10-4 (Ns/m2)       Hệ số A1: hệ số (ứng với điểm tốc độ làm việc bằng 0,85 tốc độ pha)   => A1 = 5,1  * Tổn thất áp suất của đệm khô tính theo công thức: 2 .. . 42 . .. 2 3 '2 ' yy d dty td K V H d H P                 H  : chiều cao lớp đệm, H = 1,5 (m)    y  : vận tốc khí trung bình đi trong tháp      y= 0,7 (m/s)   y    : khối lượng riêng trung bình cúa hỗn hợp khí trong tháp, kg/m3    y   : độ nhớt trung bình của hỗn hợp khí trong tháp (Ns/m 2)   d   : bề mặt riêng của đệm (m 2/m3)   Vd   : thể tích tự do của đệm ( m 3/ m3)  Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường –kysumoitruong.vn  ~ 23 ~ Nh-ng Rey = 568,2 > 400 => tæn thÊt ¸p suÊt cña ®Öm kh« x¸c ®Þnh theo c«ng thøc : 3 2,02,18,08,1 ....56,1 d yyyy K V H P   [II-189]    H  : chiều cao lớp đệm, H = 1,5 (m)    y  : vận tốc khí trung bình đi trong tháp      y= 0,7 (m/s)   y   : khối lượng riêng trung bình cúa hỗn hợp khí trong tháp, kg/m 3    y    : độ nhớt trung bình của hỗn hợp khí trong tháp (Ns/m2)   d    : bề mặt riêng của đệm (m2/m3)   Vd   : thể tích tự do của đệm ( m 3/ m3)  ⇒Trở lực đệm khô:  1,8 0,8 1,2 5 0,2 2 3 1,56 1,5 0,7 5,96 165 (1,78.10 ) 601,5( / ) 0,76 KP N m         ⇒ Trở lực đệm ướt  0,0450,405 0,225 4 5 276155,6437/3600 5,96 7,996.10 601,5. 1 5.1 . . 11766, 487/3600 997 1,78.10 uP                      ⇒ uP =4731,46  ⇒ 2601,5 4731,46 5333( / )k uP P P N m                                                                                                               Phạm Kim Ngọc - KTMT K52  ~ 24 ~  PHẦN 2: TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ PHỤ I. Các thông số đặc trưng của bơm Áp suất mặt thoáng P1= 9,81.10 4 N/m2  Áp suất làm việc P= 5 atm=5×1,013.105=5,065.105 N/m2  Gia tốc trọng trường g=9,81 m/s2  Ở 300C:   2H O  = 995.68 (kg/m3)                μnước=0,8.10 -3 Ns/m2  Áp suất toàn phần của bơm H(m):  Áp dụng phương trình becnulli ta có  Mặt cắt 1-1 và 1’-1’:  )1( .2..2. 22 11 mhh vv hH gg P gg P        Mặt cắt 1-1 và 2-2 )2( .2..2. 2 22 2 mdd rr hH gg P gg P        Trong đó:  P1: áp suất bề mặt nước không gian hút  P2: áp suất không gian đẩy  ρ: khối lượng riêng của nước Pv: áp suất trong ống hút lúc vào bơm  Pr: áp suất của chất lỏng trong ống đẩy lúc ra khỏi bơm  Hh, Hd: chiều cao ống hút và ống đẩy  hmh, hmd: tổn thất áp suất do trở lực gây ra trong ống hút và ống đẩy  2 2’ 2’ 1’1’ 1 1 P1 Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường –kysumoitruong.vn  ~ 25 ~                        hmh + hmd=  g P .  P : Áp suất toàn phần cần thiết để khắc phục sức cản thủy lực trong hệ thống, áp  suất toàn phần của bơm là hiệu áp suất giữa hai giai đoạn hút và đẩy  ω1: vận tốc nước ở bể chứa, ω1=0  ω2: vận tốc nước khi vào tháp hay trong ống đẩy  ω1’: vận tốc nước khi vào bơm  ω2’: vận tốc nước khi ra khỏi bơm  Thực tế: ω2 = ω2’  ⇒ gg PP hHH m .2. ' 112 0        Xác định tổn thất áp suất do trở lực gây ra trên đường ống hút của bơm  hmh =  g Ph .  Trong đó: cmdh PPPP    dP : áp suất động lực học cần thiết để tạo tốc độ cho dòng chảy ra khỏi ống  2 . 2h dP     mP : áp suất để khắc phục trở lực ma sát khi chảy ổn định trong ống thẳng  2 . . 2 h h m d L P     cP : áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ  2 . . 2   hcP    cmdh PPPP   =  2 . . 2 . .. 2 . 222      hh h h d L                                h h d L .1 2 . 2   Đường kính ống hút:  0,785 h h V d    Trong đó: V là lưu lượng thể tích chất lỏng đi trong ống, m3/s  2 2 d 3 . 3390,65 18 0,017( / ) .3600 3600 997 x H O H O G M V m s                                                                                                              Phạm Kim Ngọc - KTMT K52  ~ 26 ~  Theo bảng II.2(I-370) chất lỏng trong ống hút của bơm có ωh=0,8-2,0 (m/s). Chọn  ωh = 1,5 (m/s) → 0,017 0,12( ) 0,785 1,5 hd m   ⇒  2 0,017 1,5( / ) 0,12 0,785 h m s    Chuẩn số Re của chất lỏng trong ống hút  2 2 3 . . 1,5 0,12 997 Re 224325 4000 0,8.10 h h H O H O d            Dòng ở chế độ chảy xoáy nên hệ số ma sát được tính như sau  0,9 1 6,81 2.lg Re 3,7             Trong đó:  ε: độ nhám tuyệt đối. Chọn vật liệu làm ống là thép nối không hàn  → 310.07,0    Δ: độ nhám tương đối, được xác định theo công thức:  3 40,07 10 5,8 10 0,12hd          → 0,9 41 6,81 5,8 10 2.lg 224325 3,7             0, 019    Hệ số trở lực cục bộ: Chất lỏng vào ống thẳng, đầu ống hút có lắp lưới chắn đan bằng kim loại  c  1   Với      .0c   Chọn  0 0,9 T F F  →   0 0,13 1,0                    Bảng II.16 (Sổ tay I- 382,384)  → trở lực của ống có lắp lưới chắn đan bằng kim loại là  1 0,13 1 1,13ong       Trên ống hút còn lắp 1 van 1 chiều. Theo I-399→ 1,9 2,1van     Chọn  2  → 1,13 2 3,13h      Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường –kysumoitruong.vn  ~ 27 ~ Tra bảng II-34 (I-441) sự phụ thuộc  chiều cao hút của bơm ly tâm vào nhiệt  độ. Ở nhiệt độ làm việc T=300C thì chiều cao hút của bơm ở khoảng 4m thì đảm  bảo không xảy ra hiện tượng xâm thực. Tuy nhiên để loại trừ khả năng dao động  trong bơm nên giảm chiều cao hút khoảng 1÷1,5m so với giá trị trong bảng. Vậy  chọn chiều cao hút là 2,5 m.  ⇒ Áp lực toàn phần cần thiết để khắc phục sức cản thủy lực là:  2 2997 2,5.1,5 1 3,13 0,019. 5076,3( / ) 2 0,12 hP N m            → hmh =  g Ph .   = 5076,3 0,52( ) 997 9,81 m     Xác định tổn thất áp suất do trở lực gây ra trên đường ống đẩy: Đường kính ống đẩy:  Theo bảng II.2( I-370) vận tốc chất lỏng trong ống đẩy của bơm là    ωd= 1,5-2,5 m/s. Chọn ωd = 2,0 m/s               => 0,017 0,104( ) 0,785 2 dd m   Quy chuẩn dd = 10cm  Vận tốc của ống đẩy là                                   2 0,017 2,17( / ) 0,10 0,785 d m s    Chuẩn số Re của chất lỏng trong ống đẩy  2 2 4 . . 2,17 0,10 997 Re 280684 4000 8.10 d d H O H O d            Dòng ở chế độ chảy xoáy nên hệ số ma sát được tính như sau  0,9 1 6,81 2. lg Re 3,7                    (I-380)  Trong đó:  ε: độ nhám tuyệt đối. Chọn vật liệu làm ống là thép nối không hàn  → 310.07,0    Δ: độ nhám tương đối, được xác định theo công thức:                                                                                                         Phạm Kim Ngọc - KTMT K52  ~ 28 ~  3 40,07 10 7.10 0,1dd         → 0,9 41 6,81 7 10 2.lg 280684 3,7             0,0194    Theo bảng II.16(I-393), Đối với thành nhẵn  Re > 2.105 thì bỏ qua tổn thất ma sát  ξcong=A.B.C  Góc  1900  A   Chọn:  15,02  B d R d            45,15,0  C b a    =>  2175,045,115,01 cong     Hệ số trở lục cục bộ của toàn ống đẩy:            0, 2175 3,13 3,3475cong thang         Chọn chiều dài ống đẩy là Hd=12m.  ⇒ Áp lực toàn phần cần thiết để khắc phục sức cản thủy lực là:  2 2997 122 1 3,3475 0,0165 10538,39( / ) 2 0,21 dP N m              ⇒ hmd =  . dP g   = 10538,39 1,08( ) 997 9,81 m  ⇒ hm= hmh + hmd =0,5+1,08=1,58m  2 1 98100 98100 4848,1 93251,9( / )hP P N m        5 2 2 10538,39 5, 065.10 517038,39( / )dP P P N m          Vậy áp suất toàn phần của bơm:  2517038,39 93251,9 1,5 2,5 12 1,58 59,6( ) 997 9,81 2 9,81 H m            Công suất của bơm: Công suất yêu cầu trên trục bơm:  Áp dụng công thức:   h  .10 ... 3 HgQ N   (kW)          I-439  Trong đó  - ρ: khối lượng riêng của nước, kg/m3  θ Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường –kysumoitruong.vn  ~ 29 ~ - N: hiệu suất của bơm, kW  - Q: năng suất của bơm (m3/s); Q= 2 2 . .3600 x H O H O G M   ,m3/s  ⇒ Q= 3390,65 18 997 3600   = 0,017 m3/s  g: gia tốc trọng trường (m/s2)  H: áp suất toàn phần của bơm tính bằng mặt cắt cột chất lỏng bơm  η: hiệu suất của bơm  tktlhhhh .0                          Với  0h : hiệu suất thể tích tính đến sự hao hụt chất lỏng chảy từ vùng áp suất cao  đến vùng áp suất thấp và do chất lỏng rò từ các chỗ hở của bơm  tlh : hiệu suất thủy lực  tkh : hiệu suất cơ khí   Hiệu suất toàn phần phụ thuộc vào loại bơm và năng suất. Khi thay đổi chế độ làm  việc của bơm thì hiệu suất cũng thay đổi   Đối với bơm ly tâm:     96,092,0 85,08,0 96,085,00    ck tl h h h Chọn:  9,00 h ; 8,0tlh ; 9,0ckh   → 648,09,0.8,0.9,0.0  tktlhhhh    Vậy công suất yêu cầu trên trục bơm: 0,017 997 9,81 59,6 15,3( ) 1000 0,648 N kW       Công suất động cơ điện Ndc(KW)  dctr dc N N hh .    Với:  85,0trh : hiệu suất truyền động           9,0dch : hiệu suất động cơ điện  15,3 20( ) . 0,85 0,9 dc tr dc N N kW h h     Thông thường động cơ điện được chọn có công suất lớn hơn so với công suất tính  toán. Chọn  β=1,15  → . 1,15 20 23( ) c dc dcN N kW      II. Máy nén khí Tháp làm việc ở điều kiện P=5atm, T=300C.   Ta chọn máy nén ly tâm                                                                                                         Phạm Kim Ngọc - KTMT K52  ~ 30 ~  Máy nén ly tâm là một loại máy nén và đẩy khí nhờ tác dụng của lực ly tâm  do bánh guồng sinh ra. Dùng máy nén  ly tâm khi áp suất đẩy từ 2-10 at. Độ nén  của máy ly tâm nhỏ nên máy có nhiều cấp thường từ 3-7 cấp.  Độ nén trong một cấp từ 1,2-1,5 khi tốc độ vòng nhỏ hơn 200m/s.  Đường kính bánh guồng từ 700-1400 mm. Cánh guông có thể cong ra hoặc hướng  tâm  Các điều kiện của khí đầu vào T=250C, P=1atm  1. Công của máy nén ly tâm Áp dụng công thức  1 2 1 1 . . . 1 ( / ) 1 m m db Pm L RT J kg m P             Trong đó: PA, PB: áp suất trước và sau khi nén, at  T1: nhiệt độ đầu của khí, K  T1=25+273=298 K  m: chỉ số đa biến, m=1,2÷1,62. Chọn m=1,4  R: hằng số khí, R  8314 8314 280,5 29,64yM      Áp dụng phương trình becnulli cho mặt cắt 1-1 và mặt cắt A-A. chọn mặt cắt 1-1  làm chuẩn.  mhA AA hZ gg P gg P  .2..2. 22 11     Do ống nằm ngang nên ZA=0.  Chọn vận tốc khí trong bể chứa tĩnh:  1 =0  → mh AA h gg P g P  .2.. 2 1   Phương trình becnulli cho mặt cắt 2-2 và B-B. Chọn mặt cắt B-B làm chuẩn  1 A A B B 2 2 Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường –kysumoitruong.vn  ~ 31 ~ mdB BB hZ gg P gg P  .2..2. 2 22 2     Vận tốc khí trong ống đẩy: 2 B   → mdB B hZ g P g P  .. 2  Với:    P1 = Pa: áp suất khí quyển, P1  = 9,81.10 4 (N/m2)   P2: áp suất cuối ống đẩy, N/m 2.  dB hA PPP PPP   2 1    ZB : chiều cao ống đẩy   : Khối lượng riêng của hỗn hợp khí thải ở điều kiện đầu vào của khí  0 3 1 . 29,64 273 1,2( / ) 22,4 22,4 303 yM T kg m T         hmh, hmd : trở lực trên đường ống hút và ống đẩy  Xác định áp suất trước khi nén: hA PPP  1   Trong đó:    P1 : áp suất khí quyển   cmdh PPPP   (như bơm ly tâm)          →          h h h d L P .1 2 . 2 * Đường kính ống hút. h h V d .785,0                                                                       V: Lưu lượng thể tích đầu vào của khí thải  31974,24 0,55( / ) 3600 3600 yVV m s     Khí trong ống dẫn P > 1at thì ω = 15 ÷ 25m/s                Chọn vận tốc hút ωh = 25m/s.         0,55 0,17( ) 0,785 25 hd m   Chuẩn số Reynol                                                                                                          Phạm Kim Ngọc - KTMT K52  ~ 32 ~  5 . . 25 0,17 1, 2 Re 288135,6 4000 1,77.10 h hd            => Dòng ở chế độ chảy xoáy nên hệ số ma sát được tính như sau:  0,9 1 6,81 2.lg Re 3,7             Trong đó:  ε: độ nhám tuyệt đối. Chọn vật liệu làm ống là thép nối không hàn  → 310.07,0    Δ: độ nhám tương đối, được xác định theo công thức:  3 40,07 10 4,12 10 0,17hd          → 0,9 41 6,81 2,06 10 2.lg 1743220,34 3,7             → 0,0144    * Hệ số trở lực cục bộ trong ống hút:            21  h   Trong đó:   1 : Hệ số trở lực của ống thẳng, đoạn ống thẳng có đầu lồi ra phía trước có 5,01     2 : hệ số trở lực của van  Chọn  van  1  chiều.Theo  II.16  [I-399]  ta  có  dh  =0,17  m  => 1 1,5 1,9                              nội suy 1 1,78    →trở lực cục bộ của ống hút  1 2 0,5 1,78 2, 28         Chọn chiều dài ống hút Hh =Lh =5 (m)   → 2 2 5,96 5 25 1 2,28 0,0144 6897,8( / ) 2 0,17 hP N m              → 6897,8 118( ) . 5,96 9,81 h mh P h m g      → 4 21 9,81.10 6897,8 91202,2( / )A hP P P N m       * Xác định áp suất sau nén:  Áp dụng công thức:  dB LgPP ..2    Trong đó:   P2: áp suất cuối đường ống đẩy  Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường –kysumoitruong.vn  ~ 33 ~ PPPP dh 2   Với:          d dd d d L P .1 2 . 2   * Đường kính ống đẩy Theo II.2(I-370) khí trong ống đẩy của máy nén  smd /2515 . Chọn vận tốc đẩy )/(20 smd    → 0,55 0,19( ) 0,785 20 dd m    ⇒ dd = 19 cm  Chuẩn số Re trên đường ống đẩy:  5 . . 20 0,19 5,96 Re 1272359,5 4000 1,78.10 d d d d            Dòng ở chế độ chảy xoáy nên hệ số ma sát tính theo công thức:  0,9 1 6,81 2.lg Re 3,7             Trong đó:   :   Độ  nhám  tuyệt  đối,  chọn  vật  liệu  làm  ống  là  thép  nối  không  hàn ⇒ 310.07,0     :  Độ nhám tương đối, được xác định theo công thức:  3 40,07.10 3,7.10 0,19dd         Thay vào công thức:  → 0,9 41 6,81 3,7.10 2.lg 1272359,5 3,7             → 0,0162    * Hệ số trở lực cục bộ trên đường ống đẩy Áp dụng công thức:  321  d   Trong đó:   1 : hệ số trở lực của ống thẳng;  1 =0,5   2 : hệ số trở lực của van, chọn van 1 chiều. Theo bảng II.16 ta có  dd = 0,19 m, nội suy⇒  2 =1,86   3 : hệ số trở lực cục bộ của đường ống cong (I-393);    3 =A.B.C                                                                                                         Phạm Kim Ngọc - KTMT K52  ~ 34 ~  Góc θ = 900 => A =1  Chọn  dd R =2 => B =0,15  b a = 0,5 => C =1,45  → 3 = 1×0,15×1,45 = 0,2175  →Hệ số trở lực cục bộ trên đường ống đẩy   321  d = 0,5+ 1,86+ 0,2175= 2,5775  Chọn chiều dài ống đẩy Hd =Ld =5 (m)   vậy trở lực trong ống đẩy:  2 2. 5,96 20 5 1 . 1 2,5775 0,0162 2 2 0,19 d d d d L P d                                24772,55( / )N m   Tổn thất áp suất trên đường ống đẩy:  4772,55 81,63( ) 5,96 9,81 d md P h m g       → Áp suất cuối đường ống đẩy   PPPP dh 2 = 4772,55+6897,8+506500 = 518170,35(N/m 2)  →Vậy áp suất sau khi nén là:    dB LgPP ..2  = 518170,35+ 5,96× 9,81×5 = 518462,7(N/m 2)  Thay các số liệu vào công thức tính công của máy nén ta có:  1 1,4 1 1,4 2 1 1 1, 4 518462,7 . . . 1 280,5 303 1 191267,2( / ) 1 1,4 1 91202,2 m m db Pm L RT J kg m P                                 2. Công suất máy nén *Công suất lý thuyết  . ( W) 1000 lt G L N k                                                                      Trong đó:   G: Công suất của máy nén, kg/s  11766,487 3,3( / ) 3600 G kg s    Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường –kysumoitruong.vn  ~ 35 ~  L: Công nén 1 kg khí   Nlt: Công suất lý thuyết ,kW  → 3,3 191267, 2 631, 2( W) 1000 ltN k      Công suất thực tế của máy nén  dn dn tt N N h   (kW)  Trong đó:   Ndn: công suất đẳng nhiệt, kw Ndn= 631,2 kW   dnh  : hiệu suất đẳng nhiệt thường bằng 0,65÷ 0,75.   Chọn  dnh  = 0,7  → 631, 2 901,7( ) 0,7 dn tt dn N N kW h      Công suất trên trục của máy nén ck tt hd N N h    Trong đó:   Nhd: công suất hiệu dụng, kW    ckh : hiệu suất cơ khí của máy nén. Đối với máy nén ly tâm  ckh =0,96÷ 0,98.  Chọn  ckh = 0,97  → 901,7 929,6( W) 0,97 tt hd ck N N k h      4. Công suất của động cơ điện dctr hd dc N N hh  . .                                                                        Trong đó:     :  hệ số dự trữ công suất thường lấy bằng 1,1÷1,15.Chọn   =1,15   :trh hiệu suất truyền động ( 0,96÷ 0,99 ) → trh  = 0,98   :dch hiệu suất động cơ điện  dch  =0,95  929,6 . 1,15 1497,7( W) . 0,98 0,95 hd dc tr dc N N k h h      Như vậy ta chọn động cơ điện có công suất 1500 kW                                                                                                        Phạm Kim Ngọc - KTMT K52  ~ 36 ~  PHẦN III. TÍNH TOÁN CƠ KHÍ I. Chiều dày thân tháp   Thiết bị làm việc ở áp suất khí quyển, dùng để hấp thụ khí S02,  thân tháp  hình trụ, được chế tạo bằng cách uốn tấm vật liệu với kích thước đã định sẵn, hàn  ghép mối, tháp được đặt thẳng đứng.  Chọn thân tháp làm bằng vật liệu X18H10T.( Bảng XII.24-325) ( C < 0,1%,  Cr khoảng 18%, Ni khoảng 10%, Ti không quá 1 – 1,5%).  Chọn thép không gỉ, bền nhiệt và chịu nhiệt.  Thông số giới hạn bền kéo và giới hạn bền chảy của thép loại X18H10T:            k = 550.10 6(N/m2)            c = 220.10 6 (N/m2)  Độ giãn tương đối:  = 38%  Độ nhớt va đập   : ak = 2.10 6J/m2  Chiều dày thân tháp hình  trụ,  làm việc với áp suất bên trong được xác định bằng  công thức:  . 2.[ ]. t k D P S C P      (m)     (Bảng XIII.8-II-360)  Trong đó:  Dt.: đường kính trong tháp, m  φ: hệ số bền của thành thân  trụ  theo phương dọc, với  thân hay có  lỗ gia cố hoàn  toàn thì φ = φh đối với mối hàn đặc.Với hàn tay bằng hồ quang điện, thép không gỉ  ta có: φ = φh = 0,95        [Bảng XIII.8-II-362]  C : hệ số bổ xung do ăn mòn, bào mòn và dung sai về chiều dày, m  [k ]: ứng suất cho phép của loại thép X18H10T.  P: áp suất trong thiết bị, N/m2.  P: áp suất trong thiết bị ứng với sự chênh lệch áp suất lớn nhất bên trong và bên  ngoài tháp, N/m2  P= Pmt+ Ptt  Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường –kysumoitruong.vn  ~ 37 ~ Trong đó:  Pmt : áp suất làm việc, Pmt= 5. 1,013.10 5  = 506500(N/m2)  Ptt  : áp suất thuỷ tĩnh của cột chất lỏng  Ptt   = ρx.g.H (N/m 2)  Với:        ρx: khối lượng riêng của nước, kg/m 3  g: gia tốc trọng trường, g= 9,81 m/s2  H: chiều cao cột chất lỏng, H= 3,5 m  => Ptt   = ρx.g.H = 997.9,81.3,5 = 34232 ( N/m 2)  => P = Pmt+ Ptt = 506500+39122,3= 540732 ( N/m 2)  * Tính C C phụ thuộc vào độ ăn mòn, độ bào mòn và dung sai của chiều dày. Đại lượng C  được xác định theo công thức:  C = C1+ C2+ C3 ,m                                                                Trong đó:  - C1: hệ  số bố sung do ăn mòn. Đối với vật liệu  là  thép X18H10T có độ  bền 0,05 - 0,1mm/năm thì lấy C1= 1mm.  -  C2: Đại  lượng bổ  sung do  hao mòn  tính  trong  các  trường hợp  nguyên  liệu có chứa các hạt rắn chuyển động trong thiết bị. Bài toán đặt ra là hấp  thụ SO2 nên có thể bỏ qua C2.  - C3: đại lượng bổ sung do dung sai của chiều dày,             Chọn C3= 0,5mm                                                               Vậy C = 1 + 0 + 0,5 = 1,5  (mm )  *Tính  [k]:  Theo bảng XIII-4 ,ta có thể chọn giá trị nhỏ nhất, tính theo công thức sau:      .k k k ή ή                                   .c k c ή ή      Theo giới hạn bền khi kéo thì ta có:  ή: hệ số hiệu chỉnh, ή =1                                                                                                         Phạm Kim Ngọc - KTMT K52  ~ 38 ~  бk= 550.10 6(N/m2)  ήk: hệ số an toàn bền, ήk= 2,6  ⇒   6 6. 550.10 211,5.10 2,6 k k k ή ή       ( N/m2)  Theo giới hạn bền chảy:      .c k c ή ή        Trong đó:        ή   : hệ số hiệu chỉnh,      бc = 220.10 6 (N/m2)     ήc: hệ số an toàn theo giới hạn chảy, ήc = 1,5                          [II-356]    6 6. 220.10 146,7.10 1,5 c k c ή ή      ( N/m2)  Ta lấy giá trị bé hơn trong hai giá trị vừa tính được:                   [бk] = 146,7.10 6( N/m2)    6h. 146,7.10 271,3 540732 k P     >50  ⇒ Bề dày thân tháp được tính theo công thức  3t 6 k D .P 1.540732 1,5.10 2.[ ]. 2.146,7.10 .0,95 S C б       ⇒ S= 3,44.10-3(m)  Quy chuẩn bề dày thân tháp S =4 mm .  Kiểm tra ứng suất của thành theo áp suất thử: 0[ ( )] 2( ) 1, 2 t cD S C P S C         , N/m2     Trong đó:   P0: Áp suất thử, được xác định theo công thức            P0 = Pth+ Ptt  Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường –kysumoitruong.vn  ~ 39 ~   Pth: Áp suất thuỷ lực lấy theo bảng XIII.5     Chọn Pth = 1,5.P = 1,5×540732=811098 (N/m 2)    Ptt: Áp suất thuỷ tĩnh, Ptt= 34232 (N/m 2)             => P0 = 818433,45 + 34232 = 845330(N/m 2)   Vậy 3 6 3 [1 (4 1,5).10 ] 845330 178.10 2 (4 1,5).10 0,95             N/m2  6178.10  < 6 6220.10 183,33.10 1,2 1,2 c     ⇒Thoả mãn điều kiện.  Vậy S =4 mm.  II. Chiều dày nắp và đáy thiết bị Nắp và  đáy cũng  là  những bộ phận quan  trọng  của  thiết  bị,  được  chế  tạo  cùng loại vật liệu với thân thiết bị là thép X18H10T. Thiết bị đặt thẳng đứng.   Áp suất trong là P =  540732 > 0,7.105 N/m2 người ta thường dùng nắp elip  có gờ.   1. Chiều dày của nắp thiết bị Áp suất tính toán P=506500 N/m2  Chiều dày của nắp thiết bị được xác định theo công thức:  . . 3,8[ ] 2 n n k h b D P D S C k P h          Trong đó:     P : Áp suất trong của thiết bị.   hb : chiều cao phần lồi của đáy và nắp  , hb= 0,25.Dt=0,25×1=0,25 m   [σk] : ứng suất cho phép của thiết bị , [σk] = 146, 7.10 6(N/m2)                                                                                                         Phạm Kim Ngọc - KTMT K52  ~ 40 ~   φh : hệ số bền của mối hàn hướng tâm, với mối hàn tay bằng hồ quang điện,  vật liệu thép cacbon không gỉ chọn φh= 0,95   Cn: Đại lượng bổ sung, Cn = 1,5 ( mm )   k : hệ số không thứ nguyên, chọn k = 1  Vì: 6[ ] 146,7.10 . . .1.0,95 275,15 30 506500 k hk P      ⇒ Bề dày nắp được tính theo công thức:  . . 3,8[ ] 2 n n k h b D P D S C k h    = 6 1 506500 . 0,0019 3,8 146,7.10 1 0,95 2 0,25 1 n nC C         Sn = 0,0019 + Cn  ( m )  Xét thấy Sn = 0,00344 + Cn < 10 mm ⇒ tăng thêm 2 mm so với giá trị Cn  ⇒ Cn = 1,5+2=2,5 mm  ⇒ Sn = 4,4 mm. Theo quy chuẩn các loại thép tấm ta lấy Sn=5 mm.  Kiểm tra ứng suất của nắp thiết bị theo áp suất thử:  2 0[ 2 ( )] 7,6 ( ) 1,2 t b n n c h b n n D h S C P k h S C         Ta có:  6 6220.10 183,33.10 1, 2 1,2 c   N/m2  2 32 0 3 1 2 0, 25 (5 2,5).10[ 2 ( )] 7,6 ( ) 7,6 1 0,95 0,25 (5 50650 1 0 2,5). 0 t b n n h b n n D h S C P k h S C                     ⇒ σ=112,38.106 N/m2  ⇒Thỏa mãn.   Vậy Sn= 5 mm. Chiều cao gờ h=25mm. (Bảng XIII.11)   hb=0,25.Dt=0,25.1000=250 mm.  2. Chiều dày của đáy thiết bị Áp suất tính toán P= 540732 N/m2.  Vì: 6  5407 [ ] 146,7.10 . . .1.0,95 257,7 32 30k hk P        ⇒ Công thức tính bề dày đáy được tính theo công thức:  . . 3,8.[ ]. . 2. d d k h b D P D S C k h    = 6 1 . 0,0021 3,8 146,7.10 1 0,95 2 0,25  540732 1 d dC C          (m).  Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường –kysumoitruong.vn  ~ 41 ~ Xét thấy Sd = 0,0021 + Cd < 10 mm → Để đảm bảo độ bền của đáy tăng  thêm 2  mm so với giá trị Cd  ⇒ Cd = 1,5+1=2,5 mm  ⇒ Sd = 4,6 mm  Quy chuẩn Sd = 5 mm  Kiểm tra ứng suất của đáy thiết bị theo áp suất thử:  2 0[ 2 ( )]. 7,6. . ( ) 1 . . , 2. t b d d c h b d d D h S C P k h S C         Ta có:  6 6220.10 183,33.10 1, 2 1,2 c   N/m2  2 32 0 3 1 2 0,25 (5 2,5).10[ 2 ( )] 7,6 ( ) 7,6 1 0,95 0,25 (5 2,5).1 0 540732 t b d d h b d d D h S C P k h S C                     ⇒ σ =121.106  N/m2  ⇒ Thỏa mãn điều kiện. Vậy Sd=5 mm.  Chiều cao gờ h=25mm. (Bảng XIII.11)   hb=0,25.Dt=0,25.1000=250 mm.  III. Đường kính của ống dẫn khí và lỏng. 1. Đường kính ống dẫn vào và dẫn khí ra. Áp dụng công thức:  .785,0 V d               Trong đó:                        V: lưu lượng thể tích khí đi trong ống, m/s  3 . 401,786.29,64 0,555( / ) .3600 5,96.3600 y y y G M V m s       ω: tốc độ trung bình của hơi đi trong ống, m/s       Tại P = 5 atm, ω  = 15÷25 m/s. Ta chọn ω = 20m/s   d: đường kính ống dẫn, m.  ⇒ Thay vào công thức tính đường kính ta có đường kính ống dẫn khí là:  0,555 0,188( ) 0,785 20 d m                                                                                                          Phạm Kim Ngọc - KTMT K52  ~ 42 ~  Quy chuẩn d= 200 mm.  Ống dẫn khí ra có lưu lượng nhỏ hơn lưu lượng khí vào.  ⇒ Chọn ống dẫn khí ra có đường kính là 230mm.  2. Đường kính ống dẫn lỏng vào và ra Áp dụng công thức :   .785,0 V d    Trong đó:  V: lưu lượng thể tích nước đi trong ống, m3/s                                  3. 3390,65 18 0,017( / ) .3600 3600 997 x nuoc nuoc G M V m s       Theo bảng II.2 [I-370]  chất lỏng trong ống đẩy của bơm là          = 1,5-2,5 m/s. Chọn  = 2,0 m/s                                          => 0,017 0,10( ) 0,785 2 dd m    Đường kính ống dẫn lỏng vào  dd = 100 mm .  Chọn đường kính ống dẫn lỏng ra là    250mm.                           IV. Bích ghép thân, nắp, đáy 1. Bích nối nắp và đáy với thân thiết bị Để nối thiết bị ( thân, nắp và đáy) ta có thể dùng bích liền kiểu I (hình 8. 2)  chế tạo bằng thép không gỉ X18H10T. Dùng  bích để nối nắp và đáy với thân  Hình 8. 2. Bích liền kiểu I  Ghi chú:   D – Đường kính ngoài của bích   Db – Đường kính vòng bu-lông   DI – Đường kính trong của bích   Do – Đường kính quy ước của  bích   h – Chiều dày của bích   db – Đường kính bu-lông   Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường –kysumoitruong.vn  ~ 43 ~ Với đường kính của tháp Dt = 1000mm và áp suất tính toán P= 540732 N/m2 , tra  bảng XIII.27( Sổ tay 2-423) ta có các thông số của bích như sau:       Py  (N/m2)  D  Db  DI  D0  h  Bu long  dbulong  Z  mm  Cái  0,54.106  1140   1090  1060  1013   28   M20   28  2. Bích nối ống dẫn lỏng với thân thiết bị. Ta có đường kính của ống dẫn lỏng là d=110mm.  Dựa vào bảng  XIII- 32( Sổ tay 2- 434) chọn chiều dài ống dẫn lỏng là 175 mm.  Dựa vào bảng XIII- 26( Sổ tay 2- 413)  Bích nối ống dẫn với thiết bị: ta dùng kiểu bích tự do bằng thép để nối ống dẫn với  thiết bị.   Tra bảng XIII-28( sổ tay 2-425) ta có:  Dy  Dn           D  Db  DI  h        Bu lông  db  Z                                                         mm  cái  100  108  205  170  148  18  M16  4  3. Bích nối ống hơi với thân thiết bị Ta có đường kính của ống dẫn hơi là d= 200 mm.  Dựa vào bảng  XIII- 32( Sổ tay 2- 434) chọn chiều dài ống dẫn hơi là 200 mm.  Dựa vào bảng XIII- 26( Sổ tay 2- 414)  Bích nối ống dẫn với thiết bị: ta dùng kiểu bích tự do bằng thép để nối ống dẫn với  thiết bị.   Tra bảng XIII-28( sổ tay 2-425) ta có  Dy  Dn           D  Db  DI  h        Bu lông  db  Z                                                         mm  cái  200  219  290  255  232  20  M16  8                                                                                                         Phạm Kim Ngọc - KTMT K52  ~ 44 ~  V. Kết cấu đỡ tháp Thông thường người ta không đặt trực tiếp thiết bị lên bề mặt mà phải có tai  treo hay chân đỡ để đỡ thiết bị. Với thiết bị này ta chọn chân đỡ để tháp được ổn  định khi vận hành. Muốn chọn được chân đỡ  thích hợp  ta phải  tính trọng  tải của  tháp. Trọng tải của tháp  Ptháp = Pthân + Pđáy, nắp + Pchất lỏng + Pbích + Pđệm (N)  1. Khối lượng thân thiết bị Mth = V.ρ = S.H.ρ = (П/4).(Dn 2 – D2t). H.ρ  Trong đó:   Mth: khối lượng của thân thiết bị, kg   Dn, Dt: đường kính ngoài và trong của thiết bị, m    H: chiều cao của tháp, H= 3,5m    ρ: khối lượng riêng của thép, ρ = 7,9.103 kg/m3  Mthân =( /4).[(Dt+2S)] 2 –Dt2].H. ρ  → Mthân = (п/4).[ (1+ 2×0,004) 2 – 12 ]×3,5×7,9.103 = 444,2(kg)  2. Khối lượng của đáy và nắp tháp: Ta có kết cấu của nắp và đáy tương tự nhau:  - Khối lượng của đáy, nắp: S= 5mm;  Dt=1000 mm  - Đường kính nắp và đáy : 1000 mm.  - Chiều cao phần gờ h=25mm.  - Theo bảng XIII-10(Sổ tay 2- 384) bề mặt trong  của nắp và đáy:  F= 1,16m2.  ⇒Khối lượng nắp và đáy:  ⇒Mnắp- đáy =2.F.S. ρ=2.1,16.0,005.7900=91,64 kg.  3. Khối lượng của đệm Đệm là đệm vòng Rasig đổ lộn xộn: đệm bằng sứ kích thước 30x30x3,5  Tra bảng thông số kỹ thuật IX.8 (Sổ tay 2-193).  ρđệm = 570 kg/m 3  Mđệm = Hđệm .(п/4).D 2.ρđệm= 1,5×.(п/4)×1 2×570= 527,4 (Kg)  Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường –kysumoitruong.vn  ~ 45 ~ Khối lượng của chất lỏng:                                    H D M l . 4 . . 2    Trong đó: ρ: khối lượng riêng chất lỏng ở 300C                  D: đường kính tháp, m                              H: chiều cao tháp trước khi bị nước choán hết, m  Vậy:  23,14 1 995,68 3,5 2735,6( ) 4 lM kg        4. Khối lượng bích Áp dụng công thức:    thepIbb hDDM   ... 4 22    Trong đó:   thep : khối lượng riêng của thép làm bích,  thep = 7,9.10 3(kg/m3)   Db: đường kính vòng bulong.    DI: đường kính trong của bích.   h: chiều dài của bích.  Với các bích nối thân với nắp và đáy: Db=1090 mm,      DI=1060mm , h=28mm  ⇒  2 2 31,09 1,06 0,028 7,9.10 11,2( ) 4 bM kg          Có 4 bích loại một:  4 11,2 44,8( )bM kg     Với các bích nối ống dẫn: Ống dẫn lỏng:  Db=170 mm,      DI=148 mm , h= 18mm.   2 2 30,17 0,148 0,018 7,9.10 0,78( ) 4 bM kg        Có 4 bích dẫn lỏng:  4 0,78 3( )bM kg     Ống dẫn khí:                                                                                                          Phạm Kim Ngọc - KTMT K52  ~ 46 ~  Db=255 mm,      DI=232 mm , h= 20 mm.   2 2 30,255 0,232 0,02 7,9.10 1,4( ) 4 bM kg        Có 4 bích dẫn lỏng:  4 1,4 5,6( )bM kg     Khối lượng bích:  Mb=11,2+3+5,6=19,8 (kg)  ⇒ Khối lượng  toàn tháp:    M= 444,2+ 91,64 +  2735,6 +19,8= 3291,24  ,Kg.  Trong tải toàn tháp:  P=M.g=3291,24.9,81= 32287,1 (N).  Chọn kết cấu đỡ tháp là 4 chân đỡ, được chế tạo bằng thép CT3.  ⇒ Tải trọng 1 chân đỡ phải chịu:  P’=P/4= 32287,1/4=8071,8 N  Chọn tải trọng cho phép trên một chân đỡ: 1.104 N.  Bảng thông số về chân đỡ:  Tải  trọng  cho  phép  lên bề  mặt đỡ   (N/m2)   L   (mm)   B   (mm)   B1   (mm)   B2   (mm)   H   (mm)   h   (mm)   s   (mm)   l   (mm)   d   (mm)   320000   210   150   180   245   300   160   14   75   23   Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường –kysumoitruong.vn  ~ 47 ~ VI. Bộ phận phân phối lỏng. Dựa vào bảng thông số bảng thông số của đĩa phân phối lỏng kiểu TCH-III   (Trang 204- Kỹ thuật tách hỗn hợp nhiều cấu tử- Nguyễn Hữu Tùng).                                                                                                         Phạm Kim Ngọc - KTMT K52  ~ 48 ~  Đường  kính  tháp(mm)  D1  (mm)  D2  (mm)  D3  (mm)  h  (mm)  d  (mm)  t  (mm)  Số  lượng  n  1000  580  660  190  150  45  80  30  Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường –kysumoitruong.vn  ~ 49 ~ KẾT LUẬN Hiệu suất của quá trình hấp thụ khá cao (80%) , nhưng tiêu tốn lượng nước  làm dung môi lớn(9000 Nm3/h) . Do đó, về mặt kinh tế chưa đạt yêu cầu do tiêu  tốn lượng nước lớn.              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 .      + Nước hấp thu phải sạch , tránh tạo cặn trong quá trình hấp thụ làm  tắc dòng khí và dòng lỏng.  Trên  đây  là  toàn  bộ  tính  toán  của  em  về  tháp  đệm với các điều  kiện  cho  trước. Một lần nữa em xin cảm!  Tài liệu chỉ mang tính chất tham khảo không sử dụng vào mục đích khác nếu chưa có sự cho  phép của tác giả-BQT diễn đàn kysumoitruong.vn                                                                                                          Phạm Kim Ngọc - KTMT K52  ~ 50 ~  TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. TS Trần Xoa, PGS.TS Nguyễn Trọng Khuông, TS Phạm Xuân Toản- Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa tập 1- NXB KHKT Hà Nội  2. TS Trần Xoa, PGS.TS Nguyễn Trọng Khuông, TS Phạm Xuân Toản- Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa tập 2- NXB KHKT Hà Nội. 3. GS.TSKH Nguyễn Bin- Cơ sở các quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 4- NXB KHKT Hà Nội.  4. Nguyễn Hữu Tùng- Kỹ thuật tách hỗn hợp nhiều cấu tử- Nhà xuất bản  Bách Khoa Hà Nội.  5. Hồ Lê Viên- Tính toán, thiết kế các chi tiết thiết bị hóa chất và dầu khí-  Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật.