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

LÔØI MÔÛ ÑAÀU Hieän nay , do söï phaùt trieån cuûa caùc nghaønh coâng nghieäp taïo ra caùc saûn phaåm phuïc vuï con ngöôøi , ñoàng thôøi cuõng taïo ra moät löôïng chaát thaûi voâ cuøng lôùn laøm phaù vôõ caân baèng sinh thaùi gaây oâ nhieãm moâi tröôøng nghieâm troïng . Trong caùc loaïi oâ nhieãm , oâ nhieãm khoâng khí aûnh höôûng tröïc tieáp ñeán con ngöôøi , ñoäng vaät , thöïc vaät vaø caùc coâng trình xaây döïng . Söùc khoûe vaø tuoåi thoï con ngöôøi phuï thuoäc raát nhieàu vaøo ñoä trong saïch cuûa moâi tröôøng . Vì vaäy , trong nhöõng naêm gaàn ñaây oâ nhieãm khoâng khí töø caùc nghaønh saûn xuaát coâng nghieäp ôû nöôùc ta ñang laø vaán ñeà quan taâm khoâng chæ cuûa nhaø nöôùc maø coøn laø cuûa toaøn xaõ hoäi bôûi möùc ñoä nguy haïi cuûa noù ñaõ leân ñeán möùc baùo ñoäng . SO2 laø moät trong nhöõng chaát oâ nhieãm khoâng khí ñöôïc saûn sinh nhieàu trong caùc nghaønh saûn xuaát coâng nghieäp vaø sinh hoaït . Vieäc xöû lyù SO2 coù nhieàu phöông phaùp khaùc nhau . Phöông phaùp naøo ñöôïc aùp duïng ñeå xöû lyù tuøy thuoäc vaøo hieäu quaû vaø tính kinh teá cuûa phöông phaùp . Ví vaäy , ñoà aùn moân hoïc vôùi nhieäm vuï thieát keá thaùp ñeäm haáp thu SO2 laø moät trong nhöõng phöông aùn ghoùp phaàn vaøo vieäc xöû lyù khí thaûi oâ nhieãm . Trong ñoà aùn naøy seõ ñi khaûo saùt moät phöông aùn : Xöû lyù SO2 baèng phöông phaùp haáp thu vôùi dung moâi laø nöôùc . Nhaèm tìm hieåu xem quaù trình xöû lyù coù ñaït hieäu quaû vaø kinh teá khoâng , ñeå coù theå ñöa vaøo heä thoáng xöû lyù khí thaûi trong caùc nghaønh saûn xuaát coâng nghieäp vaø sinh hoaït . Noäi dung khaûo saùt : thieát keá thaùp ñeäm xöû lyù SO2 vôùi naêng suaát 2000m3/h , noàng ñoä SO2 trong doøng khí ñaàu vaøo laø 1% theå tích , noàng ñoä SO2 trong doøng khí ñaàu ra ñaït tieâu chuaån loaïi A (1500mg/m3) thaûi vaøo moâi tröôøng . Em xin chaân thaønh bieát ôn coâ Cao Thò Nhung , caùc thaày coâ boä moân Maùy & Thieát bò ñaõ taän tình höôùng daãn vaø taïo moïi ñieàu kieän thuaän lôïi cho em hoaøn thaønh ñoà aùn moân hoïc naøy . CHÖÔNG I MÔÛ ÑAÀU PHAÀN A . TOÅNG QUAN VEÀ KHÍ SO2 . I.1. Tính chaát hoùa lyù SO2 : SO2 laø chaát khí khoâng maøu, muøi kích thích maïnh, deã hoùa loûng, deã hoøa tan trong nöôùc (ôû ñieàu kieän bình thöôøng 1 theå tích nöôùc hoøa tan 40 theå tích SO2) . Khi hoaø tan trong nöôùc taïo thaønh dung dòch sunfurô vaø toàn taïi ôû 2 daïng : chuû yeáu laø SO2.nH2O vaø phaàn nhoû laø H2SO3 . SO2 coù nhieät ñoä noùng chaûy ôû – 750 C vaø nhieät ñoä soâi ôû – 100C . Nguyeân töû S trong phaân töû SO2 coù caëp electron hoùa trò töï do linh ñoäng vaø ôû traïng thaùi oxy hoùa trung gian (+4) neân SO2 coù theå tham gia phaûn öùng theo nhieàu kieåu khaùc nhau: - Coäng khoâng thay ñoåi soá oâxy hoùa : SO2 + H2O = H2SO3 -Thöïc hieän phaûn öùng khöû : SO2 + 2CO 2CO2 + S -Thöïc hieän phaûn öùng oxy hoùa : SO2 + O2 SO3 SO2 + Cl2 + H2O = H2SO4 + HCl Trong moâi tröôøng khoâng khí , SO2 deã bò oâxy hoùa vaø bieán thaønh SO3 trong khí quyeån . SO3 taùc duïng vôùi H2O trong moâi tröôøng aåm vaø bieán thaønh acid hoaëc muoái sunfat . Chuùng seõ nhanh choùng taùch khoûi khí quyeån vaø rôi xuoáng gaây oâ nhieåm moâi tröôøng ñaát vaø moâi tröôøng nöôùc . I.2. Taùc haïi cuûa khí SO2 : -SO2 trong khí thaûi coâng nghieäp laø moät thaønh phaàn gaây oâ nhieåm khoâng khí. Noàng ñoä cho pheùp khí SO2 coù trong moâi tröôøng xung quanh chuùng ta laø raát nhoû(<300mg/m3). Noù aûnh höôûng raát nhieàu ñeán söùc khoûe, caùc hoaït ñoäng cuûa con ngöôøi, cuõng nhö ñoäng vaät, thöïc vaät vaø baàu khí quyeån . -Ñoái vôùi con ngöôøi vaø ñoäng vaät : khi hít phaûi khí SO2 coù theå gaây ra caùc beänh veà ñöôøng hoâ haáp nhö: vieâm pheá quaûn, vieâm phoåi, giaûn phoåi , suy tim , hen xuyeån . . . . Neáu hít phaûi SO2 vôùi noàng ñoä cao coù theå gaây töû vong . -Ñoái vôùi vaät lieäu vaø coâng trình xaây döïng : + Khí SO2 coù khaû naêng bieán thaønh acid sunfuric , laø chaát phaûn öùng maïnh . Do ñoù chuùng laøm hö hoûng , laøm thay ñoåi tính naêng vaät lyù hay thay ñoåi maøu saéc caùc vaät lieäu xaây döïng nhö ñaù voâi , ñaù hoa , ñaù caåm thaïch . . . cuõng nhö phaù hoaïi caùc saûn phaåm ñieâu khaéc , caùc töôïng ñaøi . + Saét , theùp ,caùc kim loaïi khaùc , caùc coâng trình xaây döïng cuõng deã daøng bò gæ , bò aên moøn hoùa hoïc vaø ñieän hoùa . - Ñoái vôùi thöïc vaät : + Khí SO2 xaâm nhaäp vaøo caùc moâ cuûa caây vaø keát hôïp vôùi nöôùc ñeå taïo thaønh acid sunfurô gaây toån thöông maøng teá baøo vaø laøm giaûm khaû naêng quang hôïp cuûa caây . Caây chaäm lôùn , vaøng uùa vaø cheát . + Khí SO2 laøm caây coái chaäm lôùn , nhieàu beänh taät , chaát löôïng giaûm, hieäu quaû thu hoaïch keùm . - Möa acid : khí SO2 trong khí quyeån khi gaëp caùc chaát oxy hoùa hay döôùi taùc ñoäng cuûa nhieät ñoä, aùnh saùng chuùng chuyeån thaønh SO3 nhôø O2 coù trong khoâng khí . Khi gaëp H2O , SO3 keát hôïp vôùi nöôùc taïo thaønh H2SO4 . Ñaây chính laø nguyeân nhaân taïo ra caùc côn möa acid maø thieät haïi cuûa möa acid gaây ra laø raát lôùn. Möa acid laøm taêng tính acid cuûa traùi ñaát , huûy dieät röøng vaø muøa maøng , gaây nguy haïi ñoái vôùi sinh vaät nöôùc , ñoái vôùi ñoäng vaät vaø caû con ngöôøi . Ngoaøi ra , coøn phaù huûy caùc nhaø cöûa, coâng trình kieán truùc baèng kim loaïi bò aên moøn . . . Neáu H2SO4 coù trong nöôùc möa vôùi noàng ñoä cao seõ laøm boûng da ngöôøi hay laøm muïc naùt aùo quaàn . I.3. Caùc nguoàn taïo ra SO2 : - Khí SO2 taïo ra laø do söï ñoát chaùy caùc hôïp chaát chöùa löu huyønh hay nguyeân töû löu huyønh . Ví duï : caùc hôïp chaát höõu cô chöùa löu huyønh trong than , daàu moû, quaëng Pirit (FS2) , hôi ñoát chöùa nhieàu khí H2S , caùc quaëng sunfua . . . - Khí SO2 laø loaïi chaát gaây oâ nhieåm phoå bieán nhaát trong saûn xuaát coâng nghieäp vaø sinh hoaït . Nguoàn thaûi SO2 chuû yeáu töø : + Caùc nhaø maùy nhieät ñieän . + Caùc loø nung , noài hôi ñoát baèng nhieân lieäu than ñaù , khí ñoát , daàu hoûa vaø khí ñoát coù chöùa löu huyønh . + SO2 sinh ra töø caùc nghaønhsaûn xuaát coâng nghieäp : nhaø maùy loïc daàu , nhaø maùy luyeän kim , loø ñuùc , nhaø maùy saûn xuaát H2SO4 . . . + Khí thaûi giao thoâng . I.4. Caùc phöông aùn xöû lyù SO2 : I.4.1. Phöông phaùp haáp thuï : Ñeå haáp thuï SO2 ta coù theå söû duïng nöôùc, dung dòch hoaëc huyeàn phuø cuûa muoái kim loaïi kieàm hoaëc kieàm thoå. + Haáp thuï baèng nöôùc: SO2 + H2O H+ + HSO3- Do ñoä hoøa tan cuûa SO2 trong nöôùc thaáp neân phaûi caàn löu löôïng nöôùc lôùn vaø thieát bò haáp thuï coù theå tích lôùn. + Haáp thuï baèng huyeàn phuø CaCO3 Öu ñieåm cuûa phöông phaùp naøy laø quy trình coâng ngheä ñôn giaûn chi phí hoaït ñoäng thaáp, chaát haáp thuï deå tìm vaø reõ, coù khaû naêng xöõ lyù maø khoâng caàn laøm nguoäi vaø xöû lyù sô boä. Nhöôïc ñieåm: thieát bò ñoùng caën do taïo thaønh CaSO4 vaø CaSO3. + Phöông phaùp Magie (Mg): SO2 ñöôïc haáp thuï bôûi oxit – hydroxit magie, taïo thaønh tinh theå ngaäm nöôùc Sunfit magie . Öu ñieåm : laøm saïch khí noùng , khoâng caàn loïc sô boä, thu ñöôïc saûn phaåm taän duïng laø H2SO4 ; MgO deå kieám vaø reû , hieäu quaû xöû lyù cao . Nhöôïc ñieåm :vaän haønh khoù, chi phí cao toán nhieàu MgO. + Phöông phaùp keõm : trong phöông phaùp naøy chaát haáp thuï laø keõm SO2 + ZnO + 2,5 H2SO4 ------> ZnSO3 + H2O Öu ñieåm :cuûa phöông phaùp naøy laø khaû naêng xöû lyù ôû nhieät ñoä cao (200 – 2500C) . Nhöôïc ñieåm : coù theå hình thaønh ZnSO4 laøm cho vieäc taùi sinh ZnO baát lôïi veà kinh teá neân phaûi thöôøng xuyeân taùch chuùng vaø boå sung theâm ZnO. + Haáp thuï baèng chaát haáp thuï treân cô sôû Natri : Öu ñieåm : cuûa phöông phaùp naøy laø öùng duïng chaát haáp thuï hoùa hoïc khoâng bay, coù khaû naêng haáp thuï lôùn . + Phöông phaùp Amoniac : SO2 ñöôïc haáp thuï bôûi dung dòch Amoniac hoaëc dung dòch Sunfit-biSunfit amoân . Öu ñieåm : cuûa phöông phaùp naøy laø hieäu quaû cao, chaát haáp thuï deã kieám , thu ñöôïc saûn phaåm caàn thieát (Sunfit vaø biSunfit amon) . + Haáp thuï baèng hoån hôïp muoái noùng chaûy: Xöû lyù ôû nhieät ñoä cao duøng hoån hôïp Cacbonat kim loaïi kieàm coù thaønh phaàn nhö sau: LiCO3 32%, Na2CO3 33%, K2CO3 35%. + Haáp thuï baèng caùc Amin thôm : Ñeå haáp thuï SO2 trong khí thaûi cuûa luyeän kim maøu (noàng ñoä SO2 khoaûng 1-2% theå tích) . Ngöôøi ta söû duïng dung dòch: C6H3(CH3)2 NH2 (tæ leä C6H3(CH3)2 NH2 : nöôùc = 1- 1) . C6H3(CH3)2 NH2 khoâng troän laån vôùi nöôùc nhöng khi lieân keát vôùi SO2 taïo thaønh (C6H3(CH3)2 NH2)2 SO2 tan trong nöôùc . I.4.2. Phöông phaùp haáp phuï : SO2 ñöôïc giöõ laïi treân beà maët chaát raén , thu ñöôïc doøng khí saïch khi ñi qua beà maët raén . Chaát haáp phuï coâng nghieäp cô baûn laø than hoaït tính , silicagen , zeonit vaø ionit (chaát trao ñoåi ion) . Nhöôïc ñieåm : caàn thieát phaûi taùi sinh chaát haáp phuï ñeå thu hoài caáu töû bò haáp phuï vaø phuïc hoài khaû naêng haáp phuï cuûa chaát haáp phuï . Chi phí taùi sinh chieám khoaûng 40 – 70% toång chi phí cuûa quaù trình laøm saïch khí . I.4.3. Xöû lyù SO2 baèng phöông phaùp nhieät vaø xuùc taùc : Baûn chaát cuûa quaù trình xuùc taùc ñeå laøm saïch khí laø thöïc hieän caùc töông taùc hoùa hoïc , nhaèm chuyeån hoùa taïp chaát ñoäc thaønh saûn phaåm khaùc vôùi söï coù maët cuûa chaát xuùc taùc ñaët bieät . PHAÀN B. QUI TRÌNH COÂNG NGHEÄ I.5. Choïn qui trình coâng ngheä : Choïn nguoàn xöû lyù khí laø töø oáng khoùi cuûa nhaø maùy saûn xuaát acid H2SO4 . Khí ñöôïc xöû lyù sô boä tröôùc khi vaøo thaùp . Choïn dung moâi haáp thu laø nöôùc vì nöôùc laø dung moâi haáp thu reû tieàn , deã tìm , khoâng aên moøn thieát bò . Thaùp haáp thu laø thaùp ñeäm neân dung moâi haáp thu laø nöôùc saïch ñeå khoâng taïo ra caën laéng laøm caûn trôû doøng khí vaø loûng . I.6. Thuyeát minh qui trình coâng ngheä : Doøng khí thaûi töø nhaø maùy thaûi ra ñöôïc xöû lyù sô boä . Sau ñoù ñöôïc quaït thoåi qua löu löôïng keá ño löu löôïng vaø ñi vaøo thaùp ñeäm thöïc hieän quaù trình haáp thu . Thaùp haáp thu laøm vieäc nghòch doøng . Dung moâi haáp thu laø nöôùc . Nöôùc saïch töø beå chöùa ñöôïc bôm leân boàn cao vò . Sau ñoù ñi qua löu löôïng keá ño löu löôïng doøng chaûy vaø ñi vaøo thaùp haáp thu , nöôùc ñöôïc chaûy töø treân xuoáng . Khí SO2 ñöôïc thoåi töø ñaùy thaùp leân , quaù trình haáp thu ñöôïc thöïc hieän . Khí sau khi haáp thu ñaït TCVN ñöôïc thaûi phaùt taùn ra moâi tröôøng . Dung dòch nöôùc sau khi haáp thu ñöôïc cho chaûy vaøo beå chöùa thöïc hieän quaù trình trung hoøa vaø thaûi ra moâi tröôøng . CHÖÔNG II TÍNH TOAÙN COÂNG NGHEÄ II.1. Caùc thoâng soá ban ñaàu : Löu löôïng khí thaûi : 2000 m3/h . Noàng ñoä SO2 ban ñaàu laø 1% theå tích . Noàng ñoä SO2 sau khi xöû lyù ñaït tieâu chuaån loaïi A :1500 mg/m3 . Choïn nhieät ñoä cuûa nöôùc haáp thu laø 30oC . II.2. Tính caân baèng vaät chaát : Phöông trình caân baèng cuûa dung dòch haáp thu SO2 baèng H2O ñöôïc bieåu dieãn theo ñònh luaät Henri : P = H*x hoaëc y* =m*x . Trong ñoù : y* : noàng ñoä phaân mol cuûa SO2 trong doøng khí ôû ñieàu kieän caân baèng . x : noàng ñoä phaân mol khí hoøa tan trong pha loûng . P : aùp suaát rieâng phaàn cuûa caáu töû khí hoøa tan khi caân baèng . Pt : aùp suaát toång cuûa heä haáp thu . H : heä soá Henry . ÔÛ 30oC : H = 0.0364*106 (mmHg) . [2,Baûng IX.1,p.139] m : heä soá phaân boá . m = = =47.894 y = x = Thay vaøo treân ta ñöôïc : =m * Suy ra : Y* = = Trong ñoù : X : Y : Töø phöông trình ñöôøng caân baèng ta coù caùc soá lieäu ñöôøng caân baèng: 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 Töø soá lieäu ñöôøng caân baèng ta veõ ñöôøng caân baèng : Noàng ñoä theå tích ban ñaàu cuûa doøng khí : yñ = 1% = 0.01 Noàng ñoä ñaàu cuûa pha khí theo tyû soá mol : Yñ == 0.0101 (KmolSO2/Kmolkhítrô) Noàng ñoä cuoái cuûa pha khí theo tyû soá mol : Yc = Yc =0.000582 (KmolSO2/Kmolkhítrô) Haáp thu SO2 baèng nöôùc , choïn dung moâi saïch khi vaøo thaùp neân : Xñ = 0 . Vôùi Xñ : noàng ñoä ñaàu cuûa pha loûng , KmolSO2/KmolH2O . Löôïng dung moâi toái thieåu ñöôïc söû duïng : Gtr : suaát löôïng doøng khí trô trong hoãn hôïp . X* : noàng ñoä pha loûng caân baèng töông öùng vôùi Xñ . Töø ñoà thò ñöôøng caân baèng ta xaùc ñònh ñöôïc : X* = 0.00021 (KmolSO2/KmolH2O) Suy ra : = 45.324 Choïn Ltr = 1.2*Lmin Vôùi Ltr : löôïng dung moâi khoâng ñoåi khi vaän haønh , kmol/h . Suy ra : = 1.2*45.324 = 54.3888 Löu löôïng hoãn hôïp khí vaøo thaùp haáp thu : Ghh= (Kmol/h) Suaát löôïng doøng khí trô trong hoãn hôïp : Gtr = Ghh*(1-yñ ) = (1-0.01)*80.496 = 79.691 (Kmol/h) Suaát löôïng dung moâi laøm vieäc : Ltr = 54.3888*Gtr = 54.3888*79.691 = 4334.298 (KmolH2O/h) Phöông trình caân baèng vaät chaát coù daïng ; Gtr*Yñ + Ltr*Xñ = Gtr*Yc + Ltr*Xc Suy ra : Suy ra : Xc == (molSO2/KmolH2O) Xc : noàng ñoä cuoái cuûa pha loûng . II.3. Caân Baèng Naêng Löôïng : Kyù hieäu : Gñ , Gc – löôïng hoån hôïp khí ñaàu vaø cuoái. Lñ , Lc - löôïng dd ñaàu vaø cuoái. tc , tc – nhieät ñoä khí ban ñaàu vaø cuoái , . Tñ , Tc – nhieät ñoä dung dòch ñaàu vaø cuoái , . Iñ , Ic – entanpi hoãn hôïp khí ban ñaàu vaø cuoái , kj/kg . Q0 – nhieät maát maùt , kj/h . Phöông trình caân baèng nhieät löôïng coù daïng : GñIñ + LñCñTñ + Qs = GcIc + LcCcTc + Q0 Vôùi Qs – nhieät löôïng phaùt sinh do haáp thuï khí , kj/h . Ñeå ñôn giaûn hoaù vaán ñeà tính toaùn , ta coù theå giaû thieát nhö sau : - Nhieät ñoä maát maùt ra moâi tröôøng xung quanh khoâng ñaùng keå , Q0 = 0 . - Nhieät ñoä cuûa hoån hôïp khí ra khoûi thaùp baèng nhieät ñoä dung dòch vaøo thaùp : tc = tñ = 300C . - Tyû nhieät cuûa dung dòch khoâng ñoåi trong suoát quaù trình haáp thu : Cñ = Cc = C. Trong quaù trình haáp thu coù theå phaùt sinh nhieät , do ñoù neáu kyù hieäu q laø nhieät phaùt sinh cuûa 1 mol caáu töû bò haáp thu , thì ta coù : Qs = q * Ltr * (Xc – Xñ) Vôùi möùc ñoä gaàn ñuùng coù theå coi q khoâng ñoåi trong suoát quaù trình haáp thu: Hoaëc : Vì löôïng caáu töû hoaø tan trong dung dòch nhoû neân coù theå laáy : Ñoàng thôøi ta cuõng coù theå boû qua möùc ñoä bieán ñoåi nhieät cuûa pha khí , töùc laø : Nhö vaäy , coâng thöùc tính nhieät ñoä cuoái Tc cuûa dung dòch seõ coù daïng nhö sau : Do löôïng caáu töû hoaø tan trong dung dòch nhoû neân : Lñ = Lc = Ltr Phöông trình haáp thu cuûa SO2 trong dung moâi nöôùc . SO2 + H2O H+ + HSO3- Theo soå tay hoùa lyù , nhieät sinh cuûa : SO2 : = -70.96 (kcal/mol) . H2O : = - 68.317 (kcal/mol) . H+ : = 0 (kcal/mol) . HSO3- : = -12157.29 (kcal/mol) . Nhieät phaùt sinh cuûa 1 mol caáu töû SO2 bò haáp thu : q = (-70.96 - 68.317) – ( 0 – 12157.29) = 12018.013 (kcal/mol) . Nhieät ñoä cuoái cuûa dung dòch ra khoûi thaùp : = 30 + = 30.12oC Nhö vaäy : Tc Tñ = 30oC . Ta xem quaù trình haáp thu laø ñaúng nhieät . II.4. Tính kích thöôùc thaùp haáp thu : II.4.1. Caùc thoâng soá vaät lyù cuûa doøng khí : - Löu löôïng khí trung bình ñi trong thaùp haáp thu : Vd , Vc – löu löôïng khí vaøo vaø ra khoûi thaùp , m3/h . Vc = Vtr* ( 1 + Yc ) = (m3/h) Suy ra : Vytb = (m3/h) . KLR trung bình cuûa pha khí : Trong ñoù : + M1 , M2 : Khoái löôïng mol cuûa SO2 vaø khoâng khí . + T : nhieät ñoä laøm vieäc trung bình cuûa thaùp haáp thu . T = 300C + ytb1 : noàng ñoä phaàn mol cuûa SO2 laáy theo giaù trò trung bình. Vôùi yd1 , yc1 : noàng ñoä phaàn mol cuûa SO2 vaøo vaø ra khoûi thaùp . Suy ra : + M1 = MSO = 64 (g/mol) M2 = Mkkhí = 28.8 (g/mol) Suy ra : = kg/m3 Ñoä nhôùt trung bình pha khí ( cuûa hoån hôïp khí ) : + Mhh , M1 , M2 : khoái lööôïng phaân töû cuûa hoån hôïp khí , cuûa SO2 vaø khoâng khí , kg/kmol . M1 = = 64 (kg/kmol) M2 = Mkk = 28.8 (kg/kmol) . (kg/kmol) . + m1 , m2 : noàng ñoä cuûa SO2 , khoâng khí tính theo phaàn heå tích. m1 = ytb1 = 0.00529 m2 = 1 – ytb1 = 0.99471 + ÔÛ 300c : m2 = mkk = 0.0182*10-3 (kg/m.s) . m1 = = 0.0128*10-3 (kg/m.s) . Thay vaøo ta ñöôïc : Suy ra : (kg/m.s) . -Löu löôïng khoái löôïng pha khí trung bình : , kg/s Gd , Gc : löu löôïng khí vaøo vaø ra khoûi thaùp , 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. Caùc thoâng soá vaät lyù cuûa doøng loûng : - Vxtb : löu löôïng doøng loûng trung bình . Do löôïng caáu töû hoaø tan trong dung dòch nhoû , xem quaù trình haáp thu khoâng laøm thay ñoåi ñaùng keå theå tích neân : Vôùi : laø khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc ôû 300C . = 995 (kg/m3) . Mtr : khoái löôïng phaân töû cuûa H2O , kg/kmol . Ltr : löu löôïng nöôùc , kmol/h . Suy ra : m3/h - Khoái löôïng rieâng trung bình cuûa pha loûng : [2, IX.104, 183] , : khoái löôïng rieâng trung bình cuûa SO2 , H2O trong pha loûng . , Vtb2 : theå tích trung bình cuûa SO2 , H2O trong pha loûng. Do löôïng SO2 hoaø tan trong dung dòch nhoû neân : Vtb1 » 0 . Þ (kg/m3) . - Ñoä nhôùt trung bình cuûa pha loûng : Do löôïng caáu töû SO2 hoaø tan trong dung dòch nhoû neân coù theå xem : (kg/m.s) . - Löu löôïng khoái löôïng trung bình cuûa pha loûng : , : löu löôïng khoái löôïng doøng loûng vaøo vaø ra khoûi thaùp . (kg/s) . = 21.68 (kg/s) . Suy ra : Gxtb = (kg/s) . II.4.3. Tính ñöôøng kính thaùp haáp thu : Toác ñoä baét ñaàu taïo nhuõ töông , coøn goïi laø toác ñoä ñaûo pha W’s (m/s ) ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc : Vôùi : + Gx , Gy : löu löôïng doøng loûng vaø khí trung bình , kg/s . Gx = Gxtb = 21.675 (kg/s) . Gy = Gytb = 0.645 (kg/s) . + xtb , ytb : khoái löôïng rieâng trung bình cuûa pha loûng vaø khí . xtb = 995 (kg/m3) . ytb = 1.166 (kg/m3) . + mx : ñoä nhôùt trung bình pha loûng theo nhieät ñoä trung bình . mx = mxtb = 0.8007´10-3 (kg/m.s) . + mn : ñoä nhôùt cuûa nöôùc ôû 200C . mn = 1.005*10-3 (kg/m.s) . A : heä soá , A = 0.022 . Choïn ñeäm voøng Raschig baèng söù , kích thöôùc ñeäm 50´50´5 mm . Caùc thoâng soá cuûa ñeäm : sd : beà maët rieâng cuûa ñeäm . sd = 95 m2/m3 Vd : theå tích töï do cuûa ñeäm . Vd = 0.79 m3/m3 : khoái löôïng rieâng xoáp cuûa ñeäm . d = 600 kg/m3 Thay soá vaøo ta ñöôïc : lg Suy ra : ws’ = 0.57 (m/s) . Choïn toác ñoä laøm vieäc : (m/s) . Ñöôøng kính thaùp ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc : (m) . Choïn D = 1.2 m II.4.4. Xaùc ñònh chieàu cao moät ñôn vò chuyeån khoái : -Chieàu cao töông öùng moät ñôn vò truyeàn khoái : Trong ñoù : hG : chieàu cao moät ñôn vò truyeàn khoái töông öùng pha khí , m . hL : chieàu cao moät ñôn vò truyeàn khoái töông öùng pha loûng , m . m : heä soá goùc ñöôøng caân baèng l : löôïng dung moâi tieâu toán rieâng , l = -hG vaø hL ñöôïc xaùc ñònh döïa vaøo caùc coâng thöùc thöïc nghieäm sau : Vôùi : Vt = 0.79 m3/m3 , laø theå tích töï do cuûa ñeäm . s = 95 m2/m3 , laø beà maët rieâng cuûa ñeäm . a laø heä soá phuï thuoäc daïng ñeäm , ñeäm voøng Raschig a = 0.123 . x = xtb = 995 kg/m3 , laø khoái löôïng rieâng pha loûng . mx = mxtb = 0.8007´10-3 (kg/m.s) . Caùc coâng thöùc chuaån soá Rey , Pry cho pha khí vaø Rex , Prx cho pha loûng ñöôïc tính nhö sau : ÔÛ ñaây : + Gy , Lx laø toác ñoä khoái löôïng cuûa khí vaø loûng töông öùng moät ñôn vò tieát dieän ngang cuûa thaùp , kg/m2.s . Tieát dieän ngang cuûa thaùp : (m2) . (kg/m2.s) . (kg/m2.s) . + my = 1.81*10-5 kg/m.s , laø ñoä nhôùt pha khí . +y = ytb = 1.166 kg/m3 laø khoái löôïng rieâng pha khí . + Dx , Dy : laø heä soá khueách taùn trong pha khí vaø trong pha loûng , m2/s . II.4.4.1. Heä soá khueách taùn trong pha loûng : , m2/s . [4,(2-41),27] Trong ñoù: MB laø khoái löôïng mol cuûa dung moâi , MB =(kg/kmol) f laø heä soá keát hôïp cho dung moâi , f = 2.6 cho dung moâi laø nöôùc . T = 273 + 30 = 3030K , nhieät ñoä khueách taùn . VA = 44.8 cm3/mol , laø theå tích mol cuûa dung chaát . m’: laø doä nhôùt cuûa dung dòch . m’ = (Cp) . Suy ra : (m2/s) II.4.4.2. Heä soá khueách taùn trong pha khí [4,(2-36),25] . Trong ñoù : T = 273 +30 = 3030K P = 1 at , Aùp suaát khueách taùn . MA , MB : laø khoái löôïng mol khí SO2 vaø khoâng khí . MA = = 64 (kg/kmol) . MB = Mkk = 28.8 (kg/kmol) . VA , VB : theå tích mol cuûa SO2 vaø cuûa khoâng khí . VA = 44.8 (cm3/mol) . VB = 29.9 (cm3/mol) . Theá vaøo ta ñöôïc : (m2/s) . II.4.4.3. Tính Rex , Rey , Prx , Pry : II.4.4.4. Tính heä soá thaám öôùt y : -Utt = laø maät ñoä töôùi thöïc teá , (m3/m2.h) . Trong ñoù : Vx = Vxtb = 78.41 (m3/h) . Ft = 1.1304 (m2) . Suy ra : (m3/m2h) . -Maät ñoä töôùi thích hôïp Uth : Uth = B.d , (m3/m2h) . B = 0.158 (m3/m.h) [2,baûng IV.6,177] = 95 m2/m3 Suy ra : Uth = 0.158*95 = 15.01 (m3/m2h) . Vaäy : Döïa vaøo ñoà thò hình IX.16 [ 2.178 ] , ta choïn y = 1 ñeå dung moâi thaám öôùt ñeàu leân ñeäm . II.4.4.5. Tính hG , hL (m) . = 0.6922 (m) . II.4.4.6. Tính chieàu cao moät ñôn vò chuyeån khoái : hY = hG Töø ñoà thò ñöôøng caân baèng ta xaùc ñònh ñöôïc heä soá goùc ñöôøng caân baèng laø : m = 48.3 Vôùi : Suy ra : (m) . II.4.5. Xaùc ñònh soá ñôn vò truyeàn khoái mY : Do caáu töû SO2 hoaø tan trong dung dòch khoâng daùng keå neân dung dòch haáp thu khaù loaõng , phöông trình tính mY coù daïng nhö sau : (m) . Baûng soá lieäu tính tích phaân : 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. Chieàu cao coät ñeäm caàn thieát cho quaù trình haáp thu : m Chieàu cao toång coäng cuûa thaùp : H = m II.5. Tính trôû löïc cuûa lôùp ñeäm : -Toån thaát aùp suaát cuûa ñeäm khoâ : Trong ñoù : H = 6.5 m , laø chieàu cao lôùp ñeäm . l’ laø heä soá trôû löïc cuûa ñeäm , bao goàm caû trôû löïc do ma saùt vaø trôû löïc cuïc boä , phuï thuoäc chuaån soá Rey : Rey > 40 : cheá ñoä xoaùy , l Rey < 40 : cheá ñoä doøng , Vôùi : ry = 1.166 kg/m3 Vd = 0.79 m3/m3 my = 1.81´10-5 kg/m.s dtd = = 0.0154 (m) , laø ñöôøng kính töông ñöông cuûa ñeäm . W’y = 0.513 m/s , toác ñoä cuûa doøng khí treân toaøn boä tieát dieän thaùp . Suy ra : Vì Rey > 40 neân : Nhö vaäy , thay soá ta ñöôïc : (N/m2) . -Toån thaát aùp suaát cuûa lôùp ñeäm öôùt : Trong ñoù : Gx , Gy : laø löu löôïng cuûa doøng loûng vaø doøng khí , kg/s . Gx = Gxtb = 21.675 kg/s Gy = Gytb = 0.645 kg/s rx , ry : khoái löôïng rieâng cuûa doøng loûng vaø doøng 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,baûng(IX.7),189] ta coù : A = 10 , n = 0.525 , m=0.945 , c = 0.105 Thay soá vaøo ta ñöôïc : = 6468.37 (N/m2) . Choïn = 6500 N/m2 = 0.065´105 (N/m2) . =-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-= CHÖÔNG III TÍNH TOAÙN CÔ KHÍ III.1 Tính chieàu daøy thaân thaùp : Thieát bò laøm vieäc ôû moâi tröôøng aên moøn , nhieät ñoä laøm vieäc 300C , Pmt = 1 at = 0.1 N/m2 . Neân ta choïn vaät lieäu laø theùp khoâng ræ ñeå cheá taïo thieát bò . Choïn theùp : X18H10T . - ÖÙng suaát cho pheùp tieâu chuaån ñoái vôùi theùp X18H10T ôû 300C : [s]* = 146 N/mm2 [9,hình1-2,22] heä soá hieäu chænh h = 1 [9,26] ÖÙng suaát cho pheùp laø : [s] = 1´146 = 146 N/mm2 - Aùp suaát tính toaùn : Plv : aùp suaát laøm vieäc cuûa moâi tröôøng . Plv = DPö = (N/m2) . h : chieàu cao coät chaát loûng . h = 8.425 m Suy ra : N/mm2 Choïn heä soá beàn moái haøn jh = 0.95 Do : > 25 Neân beà daøy toái thieåu cuûa thaân truï haøn chòu aùp suaát ñöôïc tính theo : mm - Heä soá boå sung beà daøy C , mm : C = Ca + C0 + Cb + Cc Trong ñoù : Ca : laø heä soá boå sung do aên moøn hoaù hoïc cuûa moâi tröôøng . Thôøi haïn söû duïng laø 20 naêm , toác ñoä aên moøn laø 0.1mm/ naêm . Vaäy : Ca = 0.1´20 = 2 (mm) . Cb : laø heä soá boå sung do baøo moøn cô hoïc cuûa moâi tröôøng . Ñoái vôùi TB hoaù chaát : Cb = 0 (mm) . Cc laø heä soá boå sung do sai leäch khi cheá taïo , laép raùp , coù theå boû qua . C0 laø heä soá boå sung ñeå quy troøn kích thöôùc , mm C0 = 1 mm Thay vaøo ta ñöôïc : C = 2 + 0 + 1 = 3 (mm) . - Beà daøy thöïc cuûa thaân truï : S = S’ + C = 0.4 + 3 = 3.4 (mm) . Choïn beà daøy thaân S = 4 (mm) . - Kieåm tra ñieàu kieän : Suy ra : : thoûa ñieàu kieän . - Aùp suaát tính toaùn cho pheùp ôû beân trong thieát bò : [P] = [9,(5-11),131] [P] = (N/mm2) > 0.091 (N/mm2) , thoûa ñieàu kieän . Vaäy chieàu daøy thaân ñöôïc choïn laø S = 4 (mm) . III.2. Tính chieàu daøy ñaùy , naép : - Choïn ñaùy naép elip tieâu chuaån . - Choïn chieàu daøy ñaùy , naép baèng chieàu daøy thaân . Sn = Sñ = Sthaân = 4 (mm) . - Kieåm tra ñieàu kieän : Suy ra : 25 : thoûa ñieàu kieän . - Kieåm tra aùp suaát dö cho pheùp tính toaùn theo coâng thöùc : [P] = [9,(6-5),166] Ñaùy naép elíp tieâu chuaån Rt = Dt = 1200 (mm) . [P] = (N/mm2) > 0.091 (N/mm2) , thoûa ñieàu kieän . III.3. Tính oáng daãn loûng , oáng daãn khí : III.3.1. Tính oáng daãn khí vaøo thaùp : Ñöôøng kính oáng daãn khí : d = , (m) Trong ñoù : Q : löu löôïng theå tích cuûa khí , m3/s . Q = 2000 m3/h V : vaän toác doøng khí , m/s . Ñoái vôùi khí aùp löïc nhoû , choïn V = 18 (m/s) . Vaäy d = = 0.198 (m) . Choïn d = 200 (mm) . Vôùi d = 200(mm) , vaän toác doøng khí trong oáng daãn : V = ==17.68 (m/s) . III.3.2. Tính oáng daãn khí ra khoûi thaùp : Choïn ñöôøng kính oáng daãn khí ra khoûi thaùp baèng ñöôøng kính oáng daãn khí vaøo thaùp . d = 200(mm) . III.3.3. Tính oáng daãn loûng vaøo thaùp : Ñöôøng kính oáng daãn loûng : d = , (m) Trong ñoù : Q : löu löôïng doøng loûng , m3/s . Q = Vxtb = 78.41 (m3/h) . V : vaän toác doøng loûng , m/s . Ñoái vôùi nöôùc aùp löïc nhoû , choïn V = 1.25 (m/s) . Vaäy d = = 0.149 (m) . Choïn d = 150 (mm) . Vôùi d = 150(mm) , vaän toác doøng loûng trong oáng daãn : V = ==1.23 (m/s) . III.3.4. Tính oáng daãn loûng ra khoûi thaùp : Choïn ñöôøng kính oáng daãn loûng ra khoûi thaùp baèng ñöôøng kính oáng daãn loûng vaøo thaùp . d = 150(mm) . III.4. Tính bích gheùp thaân thaùp : Choïn bích lieàn khoâng coå baèng theùp ñeå noái thaân thaùp . Ñöôøng kính trong thieát bò : Dt = 1200 mm . Ñöôøng kính ngoaøi cuûa bích : D = 1340 mm . Ñöôøng kính taâm bu loâng : Db =1290 mm . Ñöôøng kính meùp vaùt : D1 =1260 mm . Ñöôøng kính bu loâng : db = 20 (M 20 ) . Soá bu loâng : Z = 32 caùi . Chieàu cao bích : h =25 mm . Theo [2 , baûngXIII.31 , 433] ta coù kích thöôùc beà maët ñeäm : D2 = 1230 (mm) . D4 = 1254 (mm) . Choïn vaät lieäu cheá taïo bích laø theùp CT3 . Aùp suaát moâi tröôøng trong thieát bò : p = 0.091 (N/mm2) . III . 4 . 1 . Kieåm tra bu loâng gheùp bích : a . Löïc neùn chieàu truïc sinh ra do xieát bu loâng : Q1 = Qa + Qk . Trong ñoù : Qa _ löïc do aùp suaát trong thieát bò gaây neân Qa = * Dt2 * p ( N ) . Qk _ löïc caàn thieát ñeå giöõ ñöôïc kín trong ñeäm ( N ) . Qk = * Dtb * m * p . Coù theå vieát laïi : Q1 = * Dt2 * p + *Dtb * b0 * m * p [ 9 , ( 7 – 1 ) , 191 ] . Trong ñoù : + p_ aùp suaát moâi tröôøng trong thieát bò , N/mm2 p = 0.091 N/mm2 + Dt : ñöôøng kính tromg thieát bò , mm Dt = 1200 mm . + Dtb : ñöôøng kính thieát bò cuûa ñeäm ,mm . Dtb = D1 – 2 * Vôùi b_beà roäng thöïc cuûa ñeäm , b = mm . Theá vaøo , ta ñöôïc : Dtb =1260 – 12 = 1248 mm + b0 _beà roäng tính toaùn cuûa ñeäm b0 = ( 0.5 0.8 ) b . choïn b0 = 0.5* b = 6 (mm) . Choïn vaät lieäu ñeäm laø amiaêng coù beà daøy = 3 mm do moâi tröôøng coù tính aên moøn . Theo [9,baûng(7-2),192] ,ta coù : M = 2.0 , heä soá aùp suaát rieâng . qo = 10 N/mm2 , aùp suaát rieâng caàn thieát laøm bieán daïng deûo ñeäm . Thay vaøo ta ñöôïc : Q1 = + * 1248*6*2*0.091 = 1.1 * 105 (N) . b . Löïc caàn thieát ñeå eùp chaët ñeäm ban ñaàu : Q2 = * Dtb * bo * qo = * 1248 *6 *10 = 2.35 *105 (N) . c . Löïc taùc duïng leân moät con buloâng : qb = = (N) . d. Tính ñöôøng kính buloâng : db = 1.13 * Trong ñoù : [= ko * [ [ : öùng suaát cho pheùp cuûa vaät lieäu laøm buloâng , N/mm2 . ÔÛ T = 30oC , theo [9,baûng(7-5),194] ,ta coù [ = 89.5 (N/mm2 ) . Choïn ko = 0.5 , ta coù : db = 1.13 * = 14.5 (mm) (mm) , thoûa ñieàu kieän [9,baûng(7-7),193]. db = 14.5 (mm) < 20 (mm) , thoûa ñieàu kieän beàn . III.4.2 . Kieåm tra chieàu daøy bích : Beà daøy bích lieàn ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc sau : t = 0.61 * db *] , [9,(7-9),195] . Trong ñoù : l1 , l2 : caùnh tay ñoøn cuûa momen gaây uoán bích . l1 = (mm) . l2 = = 43 (mm) . P : aùp suaát cuûa moâi tröôøng , N/mm2 . P = 0.091 (N/mm2) . db : Ñöôøng kính ngoaøi cuûa buloâng , mm . db = 20 (mm) [ : ÖÙng suaát cho pheùp cuûa buloâng thoâ duøng ñeå gheùp bích , N/mm2 . [ = 45 N/mm2 [9,hình(7-6),197] . : öùng suaát cho pheùp cuûa bích , N/mm2 . =112.375 (N/mm2) , [9,baûng(7-6),198] . Ñaïi löôïng : = (1 - + 0.2* = (1 - + 0.2* = 1.32 Bích khoâng coå : k = 1 + = 1 + =1.589 + Thay vaøo ta ñöôïc : t = 0.61 * 20 t = 0.61 * 20 * Suy ra : t = 23.59 (mm) < 25 (mm) , thoûa ñieàu kieän beàn . Vaäy choïn chieàu daøy bích t = h = 25 (mm) laø thoûa ñieàu kieän beàn . III.5. Tính bích noái ñöôøng oáng daãn loûng vôùi thaân vaø oáng daãn khí vôùi thaân : III.5.1. Bích noái ñöôøng oáng daãn loûng vôùi thaân : Choïn bích lieàn baèng kim loaïi ñen ñeå noái oáng daãn loûng vôùi thaân . Ñöôøng kính trong oáng daãn loûng , Dy = 150 mm. Ñöôøng kính ngoaøi oáng daãn loûng , Dn = 159 mm. Ñöôøng kính ngoaøi cuûa bích , D = 260 mm . Ñöôøng kính taâm buloâng Dt = 225 mm. Ñöôøng kính buloâng db = 16 mm (M16). Soá buloâng Z = 8 con . Beà daøy bích t = 16 mm . III.5.2. Bích noái oáng daãn khí vôùi thaân : Choïn bích lieàn baèng kim loaïi ñen . Ñöôøng kính trong oáng daãn khí , Dy = 200 mm. Ñöôøng kính ngoaøi oáng daãn khí , Dn = 219mm. Ñöôøng kính ngoaøi cuûa bích , D = 290 mm . Ñöôøng kính taâm buloâng Dt = 255 mm. Ñöôøng kính buloâng db = 16 mm (M16). Soá buloâng Z = 8 con . Beà daøy bích t = 16 mm . III.6. Tính löôùi ñôõ ñeäm vaø ñóa phaân phoái loûng : III.6.1. Tính löôùi ñôõ ñeäm : Choïn vaät lieäu laøm ñeäm laø theùp hôïp kim X18H10T . Caùc thanh coù tieát dieän chöõ nhaät , 1 caïnh coù beà roäng b =10 mm . Ñöôøng kính trong thaùp : Dt = 1200 mm . Ñöôøng kính löôùi ñôõ ñeäm : Dl =1165 mm. Chieàu roäng böôùc löôùi : bl = 22 mm . Soá thanh ñôõ ñeäm n = Choïn n = 52 thanh . Dieän tích löôùi ñôõ ñeäm : Sl = = 1065421.625 (mm2) . Toång khoái löôïng maø löôùi phaûi chòu : m = m1 + m2 Trong ñoù : m1 : khoái löôïng vaät cheâm khoâ . m2 : khoái löôïng cuûa dung dòch . m1 = Vñ * Vôùi : = 500 kg/cm2 , khoái löôïng rieâng xoáp cuûa ñeäm . Vñ : theå tích cuûa ñeäm . Vñ = Suy ra : m1 = *= = 2077.57 (kg) . m2 = Vdd * = (1 – Vñ ) * = (1 – 0.79) * (kg) . Vaäy m = m1 + m2 = 2077.57 + 861.33 = 2938.9 (kg) . Taûi troïng maø löôùi ñeäm chòu theo moät ñôn vò dieän tích : P = = 0.027 (N/mm2) . Taûi troïng maø moät thanh phaûi chòu tính theo ñôn vò chieàu daøi : q = = *1165 = 0.6049 (N/mm) . ÔÛ treân ta choïn thanh daøi nhaát ñeå tính beàn vì theo nguyeân taéc caùc thanh ngaén hôn seõ beàn neáu thanh daøi nhaát beàn . Ñeå ñôn giaûn ta xeùt thanh daøi nhaát treân ñóa , chòu löïc phaân phoái ñeàu 2 goái ñôõ 2 ñaàu . Maët caét nguy hieåm taïi B . Mxmax = Kieåm tra beàn nhaân toá ôû traïng thaùi öùng suaát ñôn : [12,(6-34),111] . = Vôùi Jx = [12,(6-17a),105] . Thay vaøo ta ñöôïc : = Theo ñieàu kieän beàn : [ 146 h 20.54 Vaäy choïn chieàu daøy thanh laø 25 (mm) . III.6.2. Ñóa phaân phoái loûng : Choïn ñóa phaân phoái loûng loaïi 1 . Theo [2,baûng IX.22,230] ta coù kích thöôùc cuûa ñóa phaân phoái loûng nhö sau: Ñöôøng kính ñóa : Dd = 750 (mm) . Ñöôøng kính oáng daãn loûng : d = 44.5 (mm) . Chieàu daøy oáng daãn loûng : S = 2.5 (mm) . Chieàu cao oáng : 50 (mm) . Khoaûng caùch töø chaân oáng ñeán raûnh : 10 (mm) . Böôùc oáng t = 70 (mm) . Soá löôïng oáng : 91 oáng . Chieàu daøy ñóa loaïi 1 : 5 (mm) . Choïn vaät lieäu laøm ñóa laø theùp CT3 . III.7. Chaân ñôõ vaø tai treo : III.7.1. Khoái löôïng ñaùy thaùp : mñ = (Fñ – Flñ )**S Trong ñoù : : khoái löôïng rieâng cuûa theùp X18H10T duøng laøm ñaùy naép . = 7900 (kg/m3) [2,baûng XII.7,313] S : beà daøy ñaùy thaùp S = 4 (mm) . Fñ =1.66(m2) , dieän tích ñaùy thaùp . Flñ : dieän tích loã ñaùy noái oáng daãn loûng . Flñ = , Dl : ñöôøng kính oáng daãn loûng . Theá vaøo ta coù : mñ = (1.66 - * 0.152)* 7900 * 4 * 10-3 = 51.824 (kg) . III.7.2. Khoái löôïng naép thaùp : mn = (Fn -Fln)* * S Trong ñoù : : khoái löôïng rieâng cuûa theùp X18H10T duøng laøm naép thaùp . = 7900 (kg/m3) [2,baûng XII.7,313] S : beà daøy naép thaùp S = 4 (mm) . Fn =1.66(m2) , dieän tích naép thaùp . Fln : dieän tích loã naép noái oáng daãn khí . Fln = , Dk : ñöôøng kính oáng daãn khí . Theá vaøo ta coù : mn = (1.66 - * 0.22)* 7900 * 4 * 10-3 = 51.4638 (kg) . III.7.3. Khoái löôïng thaân thaùp : mt = Vthaân * Theå tích cuûa thaân thaùp : Vthaân = Ft * S = [ = {= 0.1234 (m3) . Vaäy mt = 7900 * 0.1234 = 974.86 (kg) . III.7.4. Khoái löôïng ñeäm khoâ : mdk = 2 * m1 Vôùi : m1 : khoái löôïng vaät cheâm khoâ maø 1 löôùi phaûi ñôõ . Suy ra : mdk = 2 * 2077.57 = 4155.14 (kg) . III.7.5. Khoái löôïng dung dòch : mdd = 2 * m2 Vôùi m2 : khoái löôïng dung dòch ôû 1 taàng ñeäm . mdd = 2 * 861.33 = 1722.66 (kg) . III.7.6. Khoái löôïng bích noái thaân ñaùy vaø thaân naép : mbích = 2 * 2 – (Dt + 2*S)2 ] * t * Trong ñoù : : khoái löôïng rieâng cuûa theùp CT3 duøng laøm bích . = 7850 (kg/m3) [2,baûngXII.7,313] D = 1.34 (m) , ñöôøng kính ngoaøi cuûa bích . Dt = 1.2 (m) , ñöôøng kính trong cuûa thaùp . t = 25 (mm) , beà daøy bích . Vaäy mbích = 2 * * [1.342 – (1.2 + 2*4*10-3)2] * 25 * 10-3 * 7850 = 103.63 (kg) . III.7.7. Khoái löôïng bích noái oáng daãn loûng vôùi thaân : mdl = 2 – (Dy + 2*Sl)2 ] * t * Trong ñoù : : khoái löôïng rieâng cuûa theùp CT5 duøng laøm bích . = 7850 (kg/m3) [2,baûngXII.7,313] D = 260 (mm) , ñöôøng kính ngoaøi cuûa bích . Dy = 150 (mm) , ñöôøng kính trong cuûa oáng daãn loûng . t = 16 (mm) , beà daøy bích . Sl = Dn – Dy = 159 – 150 = 9 (mm) . Vaäy mdl = * [0.262 – (0.15 + 2 * 9 * 10-3)2] * 16 * 10-3 * 7850 = 3.88 (kg) . III.7.8. Khoái löôïng bích noái oáng daãn khí vôùi thaân : mdk = 2 – (Dy + 2*Sk)2 ] * t * Trong ñoù : : khoái löôïng rieâng cuûa theùp CT3 duøng laøm bích . = 7850 (kg/m3) [2,baûngXII.7,313] D = 290 (mm) , ñöôøng kính ngoaøi cuûa bích . Dy = 200 (mm) , ñöôøng kính trong cuûa oáng daãn khí . t = 16 (mm) , beà daøy bích . Sk = Dn – Dy = 219 – 200 = 19 (mm) . Vaäy mdk = * [0.292 – (0.2 + 2 * 19 * 10-3)2] * 16 * 10-3 * 7850 = 2.7 (kg) . III.7.9. khoái löôïng löôùi ñôõ ñeäm : mlöôùi = 2 * Trong ñoù : b = 10 (mm) , h = 25 (mm) : beà roäng vaø beà daøi thanh ñôõ ñeäm . Dl = 1165 (mm) . (kg/m3) . Vaäy mlöôùi = 2 * ( = 168.34 (kg) . III.7.10. Khoái löôïng ñóa phaân phoái loûng : mñóa = 2**(Dd2 – 91*d2)** t Trong ñoù : Dd = 750 (mm) , ñöôøng kính ñóa . n = 91 , soá oáng . d = 44.5 (mm) , ñöôøng kính trong oáng daãn loûng . t = 5 (mm) . Vaäy mñóa = 2* [0.752 – 91*0.04452] * 7850 *5 * 10-3 = 23.57 (kg) . III.7.11. Toång khoái löôïng toaøn thaùp haáp thu : m = mñ + mn + mt + mdk + mdd + mbích + mdl + mdk + ml + mñóa = = 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. Taûi troïng thaùp : P = 7258.1 * 9.81 = 71201.67 (N) . Choïn thaùp coù 4 chaân ñôõ vaø 4 tai treo . Taûi troïng ñaët leân 1 chaân ñôõ : G = = 17800.42 (N) 1.8 * 104 Choïn taûi troïng ñaët leân 1 chaân ñôõ : G = 2.5 * 104 (N) > 1.8 *104 (N) . Theo [2,baûng XIII.35,437] ta coù kích thöôùc chaân ñôõ : 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,baûng XIII.36,438] ta coù kích thöôùc 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) . =-==-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-==-==-=-=-=-==-=-=-=-=-==-=-=-==-=-=-=-=--=--= CHÖÔNG 4 TÍNH TOAÙN THIEÁT BÒ PHUÏ IV.1. Tính boàn cao vò : Vieát phöông trình Bernoulli cho maët thoaùng cuûa boàn cao vò (maët caét 1 ) vaø ñaàu ra oáng daãn loûng vaøo thaùp ( maët caét 2) . Z1 + Trong ñoù : Z1 , Z2 : chieàu cao maët thoaùng boàn cao vò vaø maët caét ñaàu ra oáng daãn loûng vaøo thaùp , m . V1 , V2 : vaän toác maët caét 1 , maët caét 2 , m/s . H : toån thaát töø maët caét 1 ñeán maët caét 2 , m . : heä soá hieäu chænh ñoäng naêng . P2 = P1 = Pa : xem aùp suaát ôû maët thoaùng boàn cao vò vaø aùp suaát ôû ñaàu vaøo oáng daãn loûng laø nhö nhau . H0 = Z1 – Z2 : chieàu cao möïc chaát loûng cuûa boàn cao vò so vôùi chieàu cao oáng daãn loûng vaøo thaùp . V1 = 0 (m/s) , V2 = 1.23 (m/s) . Töø phöông trình Bernoulli ta coù : Ho = Z1 – Z2 = Ho = (1) Chuaån soá Re = Vôùi = 995 (kg/m3) . = 0.8007 * 10-3 (kg/m*s) , ñoä nhôùt cuûa nöôùc ôû 30oC . V2 = 1.23 (m/s) . Suy ra : Re = = 229271 > 2300 : cheá ñoä chaûy trong oáng laø chaûy roái neân . Thay vaøo (1) ta ñöôïc : Ho = Trong ñoù : H = hd + hcb Vôùi hd : toån thaát doïc ñöôøng oáng , m . hcb :toån thaát cuïc boä taïi mieäng vaøo , mieäng ra , choå uoán , van , m . IV.1.1. Toån thaát doïc ñöôøng oáng : hd = , m . Trong ñoù : : heä soá toån thaát . L : chieàu daøi oáng . Choïn L = 5 m . d = 0.15 (m) , ñöôøng kính oáng daãn loûng . V = V2 = 1.23 (m/s) , vaän toác doøng loûng chaûy trong oáng . Do Re > 10000 neân : = [13,(9-33),202] . = = 0.015 . Vaäy hd = 0.015 * * = 0.0386 (m) . IV.1.2. Toån thaát cuïc boä : Choïn heä thoáng oáng coù : theo [12,phuï luïc 3-4,236] ta coù : 4 khuyûu cong (uoán goùc 90o) : heä soá toån thaát cuïc boä =1.1 . 3 van : heä soá toån thaát cuïc boä =0.15 . Ñaàu vaøo oáng : =0.5 . Ñaàu ra (cöûa vaøo thaùp ) : =1 . Ta coù : hcb = hcb = (4*1.1 + 3*0.15 + 1 + 0.5) = 0.4896 (m) . Vaäy Ho = 0.0386 + 0.4896 + = 0.6053 (m) . IV.1.3. Chieàu cao boàn cao vò : Z1 = Ho + Z2 = Ho + hchaân ñôõ + hñaùy + hlv Trong ñoù : hchaân ñôõ = 0.185 (m) . hñaùy = 0.325 (m). hlv : chieàu cao laøm vieäc cuûa thaùp . 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 coâng suaát bôm : Vieát phöông trình Bernoulli cho maët caét ôû ñaàu vaøo oáng huùt (maët caét 1-1) vaø maët caét ôû ñaàu ra oáng ñaåy(maët caét 2-2) . Hb + Z1 + Suy ra : Hb = (Z2 – Z1) + Trong ñoù : Z1 , Z2 : chieàu cao maët caét (1-1) vaø (2-2) , m . Z2 – Z1 = 9.45 (m) . P2 = P1 = Pkt : xem aùp suaát ôû maët caét (1-1) baèng aùp suaát ôû maët caét (2-2) . V1 , V2 : vaän toác doøng chaûy trong oáng huùt vaø trong oáng ñaåy , m/s . Choïn ñöôøng kính oáng huùt baèng ñöôøng kính oáng ñaåy d1 = d2 = 0.15 (m) neân V = V1 = V2 = 1.23 (m/s) . H : toån thaát coät aùp töø maët caét (1-1) ñeán maët caét (2-2) , m . : heä soá hieäu chænh ñoäng naêng . Hb : coät aùp cuûa bôm , mH2O . Chuaån soá Re = = = 229271 >2300 : cheá ñoä chaûy trong oáng laø cheá ñoä chaûy roái neân . Vaäy neân ta coù : Hb = Z2 – Z1 +H Trong ñoù : H = hd + hcb Vôùi hd : toån thaát doïc ñöôøng oáng , m . hcb :toån thaát cuïc boä taïi mieäng vaøo , mieäng ra , choå uoán , van , m . IV.2.1. Toån thaát doïc ñöôøng : hd = L1 : chieàu daøi oáng huùt . Choïn L1 = 1 (m) . L2 : chieàu daøi oáng ñaåy . Choïn L2 = 15 (m) . : heä soá toån thaát , = 0.015 . V = V1 = V2 = 1.23 (m/s) . Vaäy hd = = 0.1234 (m) . IV.2.2. Toån thaát cuïc boä : Choïn heä thoáng oáng coù : theo [12,phuï luïc 3-4,236] ta coù : 2 khuyûu cong (uoán goùc 90o) : heä soá toån thaát cuïc boä =1.1 . 2 van : heä soá toån thaát cuïc boä =0.15 . Ñaàu vaøo oáng : =0.5 . Ñaàu ra (cöûa vaøo thaùp ) : =1 . Ta coù : hcb = hcb = (2*1.1 + 2*0.15 + 1 + 0.5) = 0.3084 (m) . IV.2.3. Coät aùp cuûa bôm : Hb = 9.45 + 0.1234 + 0.3084 = 9.8818 (mH2O) . Ñeå an toaøn ta choïn Hb = 10 (mH2O) . IV.2.4. Coâng suaát cuûa bôm : Nlt = , Kw [10,113] . Trong ñoù : Q : löu löôïng bôm , m3/s . Q = (m3/s) . Hb = 10 (mH2O) . , khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc ôû 30oC . : hieäu suaát cuûa bôm . = Trong ñoù : : hieäu suaát theå tích . : hieäu suaát thuûy löïc . : hieäu suaát cô khí . Choïn loaïi bôm ly taâm . Theo [3,baûng II.32,439] , ta choïn : = 0.96 = 0.85 = 0.96 Vaäy = 0.96 * 0.85 * 0.96 = 0.783 Thay vaøo ta ñöôïc : Nlt = = 2.72 (Kw) . Coâng suaát thöïc cuûa bôm : Nthöïc = [5,6] Vôùi : heä soá an toaøn coâng suaát . Theo [5,baûng 1-1,6] ta choïn = 1.4 . Vaäy coâng suaát thöïc cuûa bôm : Nthöïc = 1.4*2.72 = 3.808 (Kw) . Choïn Nthöïc = 4 (Kw) . IV.3. Tính coâng suaát cuûa quaït : Choïn quaït ly taâm . Vieát phöông trình Bernoulli cho maët caét ôû oáng huùt (maët caét 1-1) vaø maët caét ôû oáng thoåi khí vaøo ñaùy thaùp (maët caét 2-2) . Hq + Z1 + Trong ñoù : Z1 , Z2 : chieàu cao maët caét (1-1) vaø maët caét (2-2) . Z1 = Z2 P1 , P2 : aùp suaát doøng khí ôû oáng huùt vaø oáng ñaåy . P1 = 0 , aùp suaát dö cuûa moâi tröôøng . P2 = Pö = 6500(N/m2) . : khoái löôïng rieâng cuûa doøng khí , kg/m3 . = 1.166 (kg/m3) . V1 , V2 : vaän toác doøng khí ôû maët caét (1-1) vaø maët caét (2-2) . Choïn ñöôøng kính oáng huùt baèng ñöôøng kính oáng ñaåy neân : V1 = V2 = V = 17.68 (m/s) . : heä soá hieäu chænh ñoäng naêng . Cheá ñoä doøng chaûy trong oáng : Re = = 227789 > 2300 neân cheá ñoä doøng chaûy trong oáng ôû cheá ñoä chaûy roái . Neân . Suy ra : Töø phöông trình Bernoulli ta coù : Hq = (Z2 – Z1) + = = Trong ñoù : H = hd + hcb Vôùi hd : toån thaát doïc ñöôøng oáng , m . hcb :toån thaát cuïc boä taïi mieäng vaøo , mieäng ra , choå uoán , van , m . IV.3.1. Toån thaát doïc ñöôøng : hd = L : chieàu daøi oáng daãn khí . Choïn L = 10 (m) . d =0.2 (m) , ñöôøng kính oáng daãn khí . : heä soá toån thaát . Theo [3,II-65,380] , heä soá toån thaát ñöôïc xaùc ñònh : Vôùi : ñoä nhaùm töông ñoái . Choïn oáng theùp haøn trong ñieàu kieän coù aên moøn . (mm) [3,baûng II-15,381] Suy ra : = Thay vaøo ta ñöôïc : Suy ra : = 0.021 V = 17.68 (m/s) . Vaäy hd = = 16.728(m coät khí) . IV.3.2. Toån thaát cuïc boä : Choïn heä thoáng oáng coù : theo [12,phuï luïc 3-4,236] ta coù : 4 khuyûu cong (uoán goùc 90o) : heä soá toån thaát cuïc boä =1.1 . 3 van : heä soá toån thaát cuïc boä =0.15 . Ñaàu vaøo oáng : =0.5 . Ñaàu ra (cöûa vaøo thaùp ) : =1 . Ta coù : hcb = hcb = (4*1.1 + 3*0.15 + 1 + 0.5) = 101.17(m coät khí) . IV.3.3. Coät aùp cuûa quaït : Hq = hcb + hd + = = 686.16 (m) . IV.3.4. Coâng suaát cuûa quaït : Nlt = , Kw [10,153] Trong ñoù : Q : löu löôïng doøng khí , m3/s . Q = (m3/s) . = 1.166 (kg/m3) . : hieäu suaát chung . [10,153] Vôùi - : hieäu suaát lyù thuyeát cuûa quaït ,choïn . - : hieäu suaát cuûa oå ñôõ , choïn . - : hieäu suaát ñoái vôùi heä truyeàn baèng ñai , choïn . Thay vaøo ta ñöôïc : = 0.8 * 0.95 * 0.95 = 0.722 . Vaäy coâng suaát cuûa quaït : Nlt = (Kw) . Coâng suaát thöïc cuûa quaït : Nthöïc = k * Nlt , Kw [10,153] Vôùi k : heä soá döï tröõ theâm cho ñoäng cô . Ñoái vôùi bôm ly taâm ,Nlt > 5 (Kw) : k = 1.1 . Vaäy coâng suaát thöïc cuûa bôm : Nthöïc = 1.1 * 6.09 = 6.699 (Kw) . Choïn Nthöïc = 7 (Kw) . CHÖÔNG V TÍNH KINH TEÁ Teân thieát bò Thoâng soá kyõ thuaät Soá löôïng Ñôn giaù Thaønh tieàn(VND) Theùp khoâng gæ Kg 1270 50,000ñ/kg 63,500,000 Theùp CT3 Kg 158.1 10,000ñ/kg 1,581,000 Buloâng M20 M16 M10 96 32 24 5,000ñ/con 4,000ñ/con 3,000ñ/con 480,000 128,000 72,000 Toång tieàn vaät tö 65,761,000 Tieàn gia coâng cheá taïo 65,761,000 Toång tieàn cheá taïo thaùp 131,522,000 Löu löôïng keá 1 1,500,000ñ/caùi 1,500,000 Aùp keá töï ñoäng 1 500,000ñ/caùi 500,000 Bôm 5.5Hp 1 700,000ñ/Hp 3,850,000 Quaït 9Hp 1 600,000ñ/Hp 5,400,000 Oáng nhöïa PVC m 46 5,000ñ/m 230,000 Oáng theùp m 10 30,000ñ/m 300,000 Van theùp vaø Racco 5 caùi 50,000ñ/caùi 250,000 Van nhöïa vaø Racco 12 caùi 10,000ñ/caùi 120,000 Toång tieàn caùc chi tieát coâng ngheä 12,150,000 TOÅNG COÄNG 143,672,000 KEÁT LUAÄN Hieäu suaát cuûa quaù trình haáp thu cao (94%) , nhöng tieâu toán löôïng nöôùc laøm dung moâi lôùn(78.41m3/h) . Do ñoù , veà maët kinh teá chöa ñaït yeâu caàu do tieâu toán löôïng nöôùc lôùn vaø thaûi löôïng nöôùc sau xöû lyù vaøo moâi tröôøng khoâng ñöôïc taùi söû duïng . Caàn phaûi khaûo saùt phöông phaùp haáp thu SO2 vôùi dung moâi khaùc ñeå xem dung moâi ñoù coù ñaït yeâu caàu veà hieäu suaát xöû lyù vaø ñaït yeâu caàu veà tính kinh teá khoâng ? Öu ñieåm cuûa quaù trình : + Hoaït ñoäng toát trong moâi tröôøng aên moøn . + Dung moâi haáp thu reû , deã tìm . + Keát caáu ñôn giaûn , vaän haønh thuaän tieän . Nhöôïc ñieåm : + Naêng suaát xöû lyù nhoû . + Khí tröôùc khi vaøo thaùp phaûi xöû lyù sô boä laøm saïch buïi vaø haï thaáp nhieät ñoä doøng khí . + Nöôùc haáp thu phaûi saïch , traùnh taïo caën trong quaù trình haáp thu laøm taéc doøng khí vaø doøng loûng . * TAØI LIEÄU THAM KHAÛO : [1]. Voõ Thò Ngoïc Töôi , giaùo trình “ Quaù trình & Thieát bò Coâng ngheä hoùa hoïc . Taäp 11 – Höôùng daãn Ñoà aùn moân hoïc “ , ÑHBK TP.HCM – 1993 . [2]. Caùc taùc giaû , “ Soå tay Quaù trình & Thieát bò taäp 2 “ , NXB KHKT Haø Noäi – 1999 . [3]. Caùc taùc giaû , “ Soå tay Quaù trình & Thieát bò taäp 1 “ , NXB KHKT Haø Noäi – 1999 . [4]. Voõ Vaên Bang – Vuõ Baù Minh , ” Quaù trình & Thieát bò Coâng ngheä hoùa chaát – Taäp 3 – truyeàn khoái “ , ÑHBK TP.HCM – 1997 . [5]. Phaïm Vaên Boân – Vuõ Baù Minh – Hoaøng Minh Nam , “ Quaù trình & Thieát bò Coâng ngheä hoùa chaát – Taäp 10 – Ví duï & Baøi taäp “ , ÑHBK TP.HCM . [6]. Nguyeãn Vaên Phöôùc , “Quaù trình & Thieát bò Coâng ngheä hoùa chaát – Taäp 13 – Kyõ thuaät xöû lyù chaát thaûi coâng nghieäp “ , ÑHBK TP.HCM . [7]. Phaïm Ngoïc Ñaêng , “ Moâi tröôøng khoâng khí “ , NXB KHKT . [8]. Nguyeãn Bin , “ Tính toaùn Quaù trình & Thieát bò Coâng ngheä hoùa chaát & Thöïc phaåm – taäp 2 “ , NXB KHKT . [9]. Hoà Leâ Vieân , “ Thieát keá & Tính toaùn caùc chi tieát thieát bò hoùa chaát – taäp 1 “ , NXB KHKT . [10]. Traàn Huøng Duõng - Nguyeãn Vaên Luïa – Hoaøng Minh Nam - Vuõ Baù Minh , giaùo trình “Quaù trình & Thieát bò Coâng ngheä hoùa chaát – Taäp 1 – Quyeån 2” , NXB ÑHQG TP.HCM . [11]. Nguyeãn Minh Tuyeån , “ Tính toaùn Maùy & Thieát bò hoùa chaát “ , NXB KHKT . [12]. Tröông Tích Thieän – Vuõ Duy Cöôøng , “ Giaùo trình Cô kyõ thuaät “ , ÑHBK TP.HCM . [13]. Taäp theå giaûng vieân Boä moân cô löu chaát , “ Giaùo trình Cô löu chaát “ , ÑHBK TP.HCM .