Thiết kế tháp đệm xử lý SO2 với năng suất 2000m3h , nồng độ SO2 trong dòng khí đầu vào là 1% thể tích , nồng độ SO2 trong dòng khí đầu ra đạt tiêu chuẩn loại A (1500mgm3) thải vào môi trường
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (483.03 KB, 39 trang )
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
“thiết kế tháp đệm xử lý SO
2
với năng suất 2000m
3
/h ,
nồng độ SO
2
trong dòng khí đầu vào là 1% thể tích , nồng
độ SO
2
trong dòng khí đầu ra đạt tiêu chuẩn loại A
(1500mg/m
3
) thải vào môi trường”
S
SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa
GVHD : CAO THỊ NHUNG
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG
SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 2
MỤC LỤC
oOo
LỜI NÓI ĐẦU
Chương I . MỞ ĐẦU
Phần A . TỔNG QUAN VỀ KHÍ SO
2
I.1. Tính chất hóa lý của SO
2
I.2. Tác hại của SO
2
I.3. Các nguồn tạo ra SO
2
I.4. Các phương pháp xử lý SO
2
Phần B . QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ
I.5. Chọn qui trình công nghệ xử lý khí SO
2
I.6. Thuyết minh qui trình công nghệ
Chương II . TÍNH TỐN CÔNG NGHỆ
II.1. Các thông số ban đầu
II.2. Tính cân bằng vật chất
II.3. Cân bằng năng lượng
II.4. Tính kích thước tháp hấp thu
II.5. Tính trở lực lớp đệm
Chương III . TÍNH TỐN CƠ KHÍ
III.1. Tính chiều dày thân tháp
III.2. Tính chiều dày đáy , nắp tháp
III.3. Tính ống dẫn lỏng , ống dẫn khí
III.4. Tính bích ghép thân tháp
III.5. Tính bích nối đường ống dẫn lỏng và ống dẫn khí
III.6. Tính lưới đỡ đệm và đĩa phân phố
i lỏng
III.7. Tính chân đỡ và tai treo
Chương IV . TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ
IV.1. Tính bồn cao vị
IV.2. Tính công suất bơm
IV.3. Tính công suất quạt
Chương V . TÍNH KINH TẾ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay , do sự phát triển của các nghành công nghiệp tạo ra các sản phẩm
phục vụ con người , đồng thời cũng tạo ra một lượng chất thải vô cùng lớn làm phá vỡ
cân bằng sinh thái gây ô nhi
ễm môi trường nghiêm trọng .
Trong các loại ô nhiễm , ô nhiễm không khí ảnh hưởng trực tiếp đến con người
, động vật , thực vật và các công trình xây dựng . Sức khỏe và tuổi thọ con người phụ
thuộc rất nhiều vào độ trong sạch của môi trường . Vì vậy , trong những năm gần đây
ô nhiễm không khí từ các nghành sản xuất công nghiệp ở nước ta đang là vấn đề quan
tâm không chỉ của nhà nước mà còn là c
ủa tồn xã hội bởi mức độ nguy hại của nó đã
lên đến mức báo động .
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG
SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 3
SO
2
là một trong những chất ô nhiễm không khí được sản sinh nhiều trong các
nghành sản xuất công nghiệp và sinh hoạt . Việc xử lý SO
2
có nhiều phương pháp khác
nhau . Phương pháp nào được áp dụng để xử lý tùy thuộc vào hiệu quả và tính kinh tế
của phương pháp . Ví vậy , đồ án môn học với nhiệm vụ thiết kế tháp đệm hấp thu SO
2
là một trong những phương án ghóp phần vào việc xử lý khí thải ô nhiễm .
Trong đồ án này sẽ đi khảo sát một phương án : Xử lý SO
2
bằng phương pháp
hấp thu với dung môi là nước . Nhằm tìm hiểu xem quá trình xử lý có đạt hiệu quả và
kinh tế không , để có thể đưa vào hệ thống xử lý khí thải trong các nghành sản xuất
công nghiệp và sinh hoạt .
Nội dung khảo sát : thiết kế tháp đệm xử lý SO
2
với năng suất 2000m
3
/h , nồng
độ SO
2
trong dòng khí đầu vào là 1% thể tích , nồng độ SO
2
trong dòng khí đầu ra đạt
tiêu chuẩn loại A (1500mg/m
3
) thải vào môi trường .
Em xin chân thành biết ơn cô Cao Thị Nhung , các thầy cô bộ môn Máy &
Thiết bị đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em hồn thành đồ án
môn học này .
CHƯƠNG I
MỞ ĐẦU
PHẦN A . TỔNG QUAN VỀ KHÍ SO
2
.
I.1. Tính chất hóa lý SO
2
:
SO
2
là chất khí không màu, mùi kích thích mạnh, dễ hóa lỏng, dễ hòa tan trong
nước (ở điều kiện bình thường 1 thể tích nước hòa tan 40 thể tích SO
2
) . Khi hồ tan
trong nước tạo thành dung dịch sunfurơ và tồn tại ở 2 dạng : chủ yếu là SO
2
.nH
2
O và
phần nhỏ là H
2
SO
3
.
SO
2
có nhiệt độ nóng chảy ở – 75
0
C và nhiệt độ sôi ở – 10
0
C .
Nguyên tử S trong phân tử SO
2
có cặp electron hóa trị tự do linh động và ở
trạng thái oxy hóa trung gian (+4) nên SO
2
có thể tham gia phản ứng theo nhiều kiểu
khác nhau:
- Cộng không thay đổi số ôxy hóa :
SO
2
+ H
2
O = H
2
SO
3
-Thực hiện phản ứng khử :
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG
SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 4
SO
2
+ 2CO C
o
500 2CO
2
+ S ↓
-Thực hiện phản ứng oxy hóa :
SO
2
+
2
1
O
2
o
t
OV
52
SO
3
SO
2
+ Cl
2
+ H
2
O = H
2
SO
4
+ HCl
Trong môi trường không khí , SO
2
dễ bị ôxy hóa và biến thành SO
3
trong khí
quyển . SO
3
tác dụng với H
2
O trong môi trường ẩm và biến thành acid hoặc muối
sunfat . Chúng sẽ nhanh chóng tách khỏi khí quyển và rơi xuống gây ô nhiểm môi
trường đất và môi trường nước .
I.2. Tác hại của khí SO
2
:
-SO
2
trong khí thải công nghiệp là một thành phần gây ô nhiểm không khí.
Nồng độ cho phép khí SO
2
có trong môi trường xung quanh chúng ta là rất
nhỏ(<300mg/m
3
). Nó ảnh hưởng rất nhiều đến sức khỏe, các hoạt động của con người,
cũng như động vật, thực vật và bầu khí quyển .
-Đối với con người và động vật : khi hít phải khí SO
2
có thể gây ra các bệnh về
đường hô hấp như: viêm phế quản, viêm phổi, giản phổi , suy tim , hen xuyển . . . .
Nếu hít phải SO
2
với nồng độ cao có thể gây tử vong .
-Đối với vật liệu và công trình xây dựng :
+ Khí SO
2
có khả năng biến thành acid sunfuric , là chất phản ứng mạnh
. Do đó chúng làm hư hỏng , làm thay đổi tính năng vật lý hay thay đổi màu sắc các
vật liệu xây dựng như đá vôi , đá hoa , đá cẩm thạch . . . cũng như phá hoại các sản
phẩm điêu khắc , các tượng đài .
+ Sắt , thép ,các kim loại khác , các công trình xây dựng cũng dễ dàng bị
gỉ , bị ăn mòn hóa học và điện hóa .
- Đối với th
ực vật :
+ Khí SO
2
xâm nhập vào các mô của cây và kết hợp với nước để tạo
thành acid sunfurơ gây tổn thương màng tế bào và làm giảm khả năng quang hợp của
cây . Cây chậm lớn , vàng úa và chết .
+ Khí SO
2
làm cây cối chậm lớn , nhiều bệnh tật , chất lượng giảm, hiệu
quả thu hoạch kém .
- Mưa acid : khí SO
2
trong khí quyển khi gặp các chất oxy hóa hay dưới tác
động của nhiệt độ, ánh sáng chúng chuyển thành SO
3
nhờ O
2
có trong không khí . Khi
gặp H
2
O , SO
3
kết hợp với nước tạo thành H
2
SO
4
. Đây chính là nguyên nhân tạo ra
các cơn mưa acid mà thiệt hại của mưa acid gây ra là rất lớn. Mưa acid làm tăng tính
acid của trái đất , hủy diệt rừng và mùa màng , gây nguy hại đối với sinh vật nước , đối
với động vật và cả con người . Ngồi ra , còn phá hủy các nhà cửa, công trình kiến trúc
bằng kim loại bị ăn mòn . . . Nếu H
2
SO
4
có trong nước mưa với nồng độ cao sẽ làm
bỏng da người hay làm mục nát áo quần .
I.3. Các nguồn tạo ra SO
2
:
- Khí SO
2
tạo ra là do sự đốt cháy các hợp chất chứa lưu huỳnh hay nguyên tử
lưu huỳnh .
Ví dụ : các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh trong than , dầu mỏ, quặng Pirit
(FS
2
) , hơi đốt chứa nhiều khí H
2
S , các quặng sunfua . . .
- Khí SO
2
là loại chất gây ô nhiểm phổ biến nhất trong sản xuất công nghiệp và
sinh hoạt . Nguồn thải SO
2
chủ yếu từ :
+ Các nhà máy nhiệt điện .
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG
SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 5
+ Các lò nung , nồi hơi đốt bằng nhiên liệu than đá , khí đốt , dầu hỏa và
khí đốt có chứa lưu huỳnh .
+ SO
2
sinh ra từ các nghànhsản xuất công nghiệp : nhà máy lọc dầu , nhà
máy luyện kim , lò đúc , nhà máy sản xuất H
2
SO
4
. . .
+ Khí thải giao thông .
I.4. Các phương án xử lý SO
2
:
I.4.1. Phương pháp hấp thụ :
Để hấp thụ SO
2
ta có thể sử dụng nước, dung dịch hoặc huyền phù của muối
kim loại kiềm hoặc kiềm thổ.
+ Hấp thụ bằng nước:
SO
2
+ H
2
O < ===== > H
+
+ HSO
3
-
Do độ hòa tan của SO
2
trong nước thấp nên phải cần lưu lượng nước lớn và
thiết bị hấp thụ có thể tích lớn.
+ Hấp thụ bằng huyền phù CaCO
3
Ưu điểm của phương pháp này là quy trình công nghệ đơn giản chi phí
hoạt động thấp, chất hấp thụ dể tìm và rẽ, có khả năng xữ lý mà không cần làm nguội
và xử lý sơ bộ.
Nhược điểm: thiết bị đóng cặn do tạo thành CaSO
4
và CaSO
3
.
+ Phương pháp Magie (Mg):
SO
2
được hấp thụ bởi oxit – hydroxit magie, tạo thành tinh thể ngậm
nước Sunfit magie .
Ưu điểm : làm sạch khí nóng , không cần lọc sơ bộ, thu được sản phẩm
tận dụng là H
2
SO
4
; MgO dể kiếm và rẻ , hiệu quả xử lý cao .
Nhược điểm :vận hành khó, chi phí cao tốn nhiều MgO.
+ Phương pháp kẽm : trong phương pháp này chất hấp thụ là kẽm
SO
2
+ ZnO + 2,5 H
2
SO
4
> ZnSO
3
+ H
2
O
Ưu điểm :của phương pháp này là khả năng xử lý ở nhiệt độ cao (200 –
250
0
C) .
Nhược điểm : có thể hình thành ZnSO
4
làm cho việc tái sinh ZnO bất lợi
về kinh tế nên phải thường xuyên tách chúng và bổ sung thêm ZnO.
+ Hấp thụ bằng chất hấp thụ trên cơ sở Natri :
Ưu điểm : của phương pháp này là ứng dụng chất hấp thụ hóa học không
bay, có khả năng hấp thụ lớn .
+ Phương pháp Amoniac : SO
2
được hấp thụ bởi dung dịch Amoniac hoặc dung
dịch Sunfit-biSunfit amôn .
Ưu điểm : của phương pháp này là hiệu quả cao, chất hấp thụ dễ kiếm ,
thu được sản phẩm cần thiết (Sunfit và biSunfit amon) .
+ Hấp thụ bằng hổn hợp muối nóng chảy:
Xử lý ở nhiệt độ cao dùng hổn hợp Cacbonat kim loại kiềm có thành
phần như sau:
LiCO
3
32%, Na
2
CO
3
33%, K
2
CO
3
35%.
+ Hấp thụ bằng các Amin thơm :
Để hấp thụ SO
2
trong khí thải của luyện kim màu (nồng độ SO
2
khoảng
1-2% thể tích) .
Người ta sử dụng dung dịch:
C
6
H
3
(CH
3
)
2
NH
2
(tỉ lệ C
6
H
3
(CH
3
)
2
NH
2
: nước = 1- 1) .
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG
SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 6
C
6
H
3
(CH
3
)
2
NH
2
không trộn lẩn với nước nhưng khi liên kết với SO
2
tạo thành
(C
6
H
3
(CH
3
)
2
NH
2
)
2
SO
2
tan trong nước .
I.4.2. Phương pháp hấp phụ :
SO
2
được giữ lại trên bề mặt chất rắn , thu được dòng khí sạch khi đi qua bề
mặt rắn .
Chất hấp phụ công nghiệp cơ bản là than hoạt tính , silicagen , zeonit và ionit
(chất trao đổi ion) .
Nhược điểm : cần thiết phải tái sinh chất hấp phụ để thu hồi cấu tử bị hấp phụ
và phục hồi khả năng hấp phụ của chất hấp ph
ụ . Chi phí tái sinh chiếm khoảng 40 –
70% tổng chi phí của quá trình làm sạch khí .
I.4.3. Xử lý SO
2
bằng phương pháp nhiệt và xúc tác :
Bản chất của quá trình xúc tác để làm sạch khí là thực hiện các tương tác hóa
học , nhằm chuyển hóa tạp chất độc thành sản phẩm khác với sự có mặt của chất xúc
tác đặt biệt .
PHẦN B. QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ
I.5. Chọn qui trình công nghệ :
Chọn nguồn xử lý khí là từ ống khói của nhà máy sản xuất acid H
2
SO
4
. Khí
được xử lý sơ bộ trước khi vào tháp .
Chọn dung môi hấp thu là nước vì nước là dung môi hấp thu rẻ tiền , dễ tìm ,
không ăn mòn thiết bị .
Tháp hấp thu là tháp đệm nên dung môi hấp thu là nước sạch để không tạo ra
cặn lắng làm cản trở dòng khí và lỏng .
I.6. Thuyết minh qui trình công nghệ :
Dòng khí thải từ nhà máy thải ra được xử lý sơ bộ . Sau đó được quạt thổi qua
lưu lượng kế đo lưu lượ
ng và đi vào tháp đệm thực hiện quá trình hấp thu . Tháp hấp
thu làm việc nghịch dòng .
Dung môi hấp thu là nước . Nước sạch từ bể chứa được bơm lên bồn cao vị .
Sau đó đi qua lưu lượng kế đo lưu lượng dòng chảy và đi vào tháp hấp thu , nước được
chảy từ trên xuống . Khí SO
2
được thổi từ đáy tháp lên , quá trình hấp thu được thực
hiện .
Khí sau khi hấp thu đạt TCVN được thải phát tán ra môi trường . Dung dịch
nước sau khi hấp thu được cho chảy vào bể chứa thực hiện quá trình trung hòa và thải
ra môi trường .
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG
SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 7
CHƯƠNG II
TÍNH TỐN CÔNG NGHỆ
II.1. Các thông số ban đầu :
Lưu lượng khí thải : 2000 m
3
/h .
Nồng độ SO
2
ban đầu là 1% thể tích .
Nồng độ SO
2
sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn loại A :1500 mg/m
3
.
Chọn nhiệt độ của nước hấp thu là 30
o
C .
II.2. Tính cân bằng vật chất :
Phương trình cân bằng của dung dịch hấp thu SO
2
bằng H
2
O được biểu diễn
theo định luật Henri :
P = H*x hoặc y
*
t
P
H
=
=m*x .
Trong đó :
y
*
: nồng độ phân mol của SO
2
trong dòng khí ở điều kiện cân bằng .
x : nồng độ phân mol khí hòa tan trong pha lỏng .
P : áp suất riêng phần của cấu tử khí hòa tan khi cân bằng .
P
t
: áp suất tổng của hệ hấp thu .
H : hệ số Henry .
Ở 30
o
C : H = 0.0364*10
6
(mmHg) . [2,Bảng IX.1,p.139]
m : hệ số phân bố .
m =
t
P
H
=
760
10*0364.0
6
=47.894
y =
Y
Y
+1
x =
X
X
+
1
Thay vào trên ta được :
*
*
1 Y
Y
+
=m *
X
X
+
1
Suy ra : Y
*
=
Xm
mX
)1(1 −+
=
X
X
)894.471(1
*894.47
−+
Trong đó :
X :
Y :
Từ phương trình đường cân bằng ta có các số liệu đường cân bằng:
X 0 0.00008
0.0001 0.00013 0.00015 0.00018 0.0002 0.00025 0.0003
Y
*
0 0.0038 0.0048 0.0063 0.0072 0.0087 0.0097 0.0121 0.0146
Từ số liệu đường cân bằng ta vẽ đường cân bằng :
ĐỒ ÁN MƠN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG
SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 8
Đồ Thò Cân Bằng Của Dung Dòch Hấp Thu SO
2
Bằng
nước
0
0.002
0.004
0.006
0.008
0.01
0.012
0.014
0.016
0 0.0001 0.0002 0.0003 0.0004
X
Y*
Nồng độ thể tích ban đầu của dòng khí :
y
đ
= 1% = 0.01
Nồng độ đầu của pha khí theo tỷ số mol :
Y
đ
=
d
d
y
y
−1
= 0.0101 (KmolSO
2
/Kmolkhítrơ)
Nồng độ cuối của pha khí theo tỷ số mol :
Y
c
=
K
Kmolatlit
at
mlitm
molg
g
o
o
)30273(
)./.(082.0
1
*)/(10*)(1
)/(64
1
*)(5.1
333
+
Y
c
=0.000582 (KmolSO
2
/Kmolkhítrơ)
Hấp thu SO
2
bằng nước , chọn dung mơi sạch khi vào tháp nên : X
đ
= 0 .
Với X
đ
: nồng độ đầu của pha lỏng , KmolSO
2
/KmolH
2
O .
Lượng dung mơi tối thiểu được sử dụng :
d
cd
tr
XX
YY
G
L
−
−
=
*
min
G
tr
: suất lượng dòng khí trơ trong hỗn hợp .
X
*
: nồng độ pha lỏng cân bằng tương ứng với X
đ
.
Từ đồ thị đường cân bằng ta xác định được :
X
*
= 0.00021 (KmolSO
2
/KmolH
2
O)
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG
SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 9
Suy ra :
000021.0
000582.00101.0
min
−
−
=
tr
G
L
= 45.324
Chọn L
tr
= 1.2*L
min
Với L
tr
: lượng dung môi không đổi khi vận hành , kmol/h .
Suy ra :
trtr
tr
G
L
G
L
min
*2.1= = 1.2*45.324 = 54.3888
Lưu lượng hỗn hợp khí vào tháp hấp thu :
G
hh
=
496.80
)30273(*082.0
2000*1
=
+
=
RT
PV
(Kmol/h)
Suất lượng dòng khí trơ trong hỗn hợp :
G
tr
= G
hh
*(1-y
đ
) = (1-0.01)*80.496 = 79.691 (Kmol/h)
Suất lượng dung môi làm việc :
L
tr
= 54.3888*G
tr
= 54.3888*79.691 = 4334.298 (KmolH
2
O/h)
Phương trình cân bằng vật chất có dạng ;
G
tr
*Y
đ
+ L
tr
*X
đ
= G
tr
*Y
c
+ L
tr
*X
c
Suy ra :
dc
cd
tr
tr
XX
YY
G
L
−
−
=
Suy ra : X
c
=
tr
tr
cd
G
L
YY −
=
000175.0
3888.54
000582.00101.0
=
−
(molSO
2
/KmolH
2
O)
Gtr Y ñ
G tr Y c
L tr X ñ
L tr X c
X
c
: nồng độ cuối của pha lỏng .
ΙΙ.3. Cân Bằng Năng Lượng :
Ký hiệu :
G
đ
, G
c
– lượng hổn hợp khí đầu và cuối.
L
đ ,
L
c
- lượng dd đầu và cuối.
t
c ,
t
c
– nhiệt độ khí ban đầu và cuối , C
o
.
T
đ ,
T
c
– nhiệt độ dung dịch đầu và cuối ,
C
o
.
I
đ
, I
c
– entanpi hỗn hợp khí ban đầu và cuối , kj/kg .
Q
0
– nhiệt mất mát , kj/h .
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG
SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 10
Phương trình cân bằng nhiệt lượng có dạng :
G
đ
I
đ
+ L
đ
C
đ
T
đ
+ Q
s
= G
c
I
c
+ L
c
C
c
T
c
+ Q
0
Với Q
s
– nhiệt lượng phát sinh do hấp thụ khí , kj/h .
Để đơn giản hố vấn đề tính tốn , ta có thể giả thiết như sau :
- Nhiệt độ mất mát ra môi trường xung quanh không đáng kể ,
Q
0
= 0 .
- Nhiệt độ của hổn hợp khí ra khỏi tháp bằng nhiệt độ dung dịch vào
tháp : t
c
= t
đ
= 30
0
C .
- Tỷ nhiệt của dung dịch không đổi trong suốt quá trình hấp thu : C
đ
= C
c
= C
OH
2
.
Gtr Yñ
G tr Yc
L tr Xñ
L tr Xc
Gtr tñ Iñ
Gc tc Ic
Lñ Cñ Tñ
Lc Cc Tc
Trong quá trình hấp thu có thể phát sinh nhiệt , do đó nếu ký hiệu q là nhiệt
phát sinh của 1 mol cấu tử bị hấp thu , thì ta có :
Q
s
= q * L
tr
* (X
c
– X
đ
)
Với mức độ gần đúng có thể coi q không đổi trong suốt quá trình hấp thu:
(
)
ccccdctrdddd
TCLIGXXLqTCLIG ********
+
=
−
++
Hoặc :
()
dc
cc
ccdd
d
c
d
c
XX
CL
Lq
CL
IGIG
t
L
L
T −+
−
+=
*
*
*
**
*
Vì lượng cấu tử hồ tan trong dung dịch nhỏ nên có thể lấy :
1≈
c
d
L
L
Đồng thời ta cũng có thể bỏ qua mức độ biến đổi nhiệt của pha khí , tức là :
0 ≈−
ccdd
IGIG
Như vậy , công thức tính nhiệt độ cuối T
c
của dung dịch sẽ có dạng như sau :
()
dc
c
tr
dc
XX
CL
Lq
TT −+=
*
*
Do lượng cấu tử hồ tan trong dung dịch nhỏ nên : L
đ
= L
c
= L
tr
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG
SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 11
()
dcdc
XX
C
q
TT −+=
Phương trình hấp thu của SO
2
trong dung môi nước .
SO
2
+ H
2
O
⇔
H
+
+ HSO
3
-
Theo sổ tay hóa lý , nhiệt sinh của :
SO
2
:
2
SO
ΔΗ = -70.96 (kcal/mol) .
H
2
O :
OH
2
ΔΗ = - 68.317 (kcal/mol) .
H
+
:
+
ΔΗ
H
= 0 (kcal/mol) .
HSO
3
-
:
−
ΔΗ
3
HSO
= -12157.29 (kcal/mol) .
Nhiệt phát sinh của 1 mol cấu tử SO
2
bị hấp thu :
q = (-70.96 - 68.317) – ( 0 – 12157.29) = 12018.013 (kcal/mol) .
Nhiệt độ cuối của dung dịch ra khỏi tháp :
()
dcdc
XX
C
q
TT −+=
= 30 +
000175.0*
18*4200
10*18.4*013.12018
3
= 30.12
o
C
Như vậy : T
c
≈ T
đ
= 30
o
C .
Ta xem quá trình hấp thu là đẳng nhiệt .
II.4. Tính kích thước tháp hấp thu :
II.4.1. Các thông số vật lý của dòng khí :
- Lưu lượng khí trung bình đi trong tháp hấp thu :
2
cd
ytb
VV
V
+
=
V
d
, V
c
– lưu lượng khí vào và ra khỏi tháp , m
3
/h .
V
c
= V
tr
* ( 1 + Y
c
)
=
()()
(
)
(
)
2.1981000582.01*01.01*20001*1*
=
+
−
=
+−
cdd
YyV (m
3
/h)
Suy ra : V
ytb
= 6.1990
2
2.19812000
=
+
(m
3
/h) .
KLR trung bình của pha khí :
(
)
[]
T
MyMy
tbtb
ytb
*4.22
273**1*
2111
−
+
=
ρ
Trong đó :
+ M
1
, M
2
: Khối lượng mol của SO
2
và không khí .
+ T : nhiệt độ làm việc trung bình của tháp hấp thu .
T = 30
0
C
+ y
tb1
: nồng độ phần mol của SO
2
lấy theo giá trị trung bình.
2
11
1
cd
tb
yy
y
+
=
Với y
d1
, y
c1
: nồng độ phần mol của SO
2
vào và ra khỏi tháp .
01.0
1
==
dd
yy
00058.0
000582.01
000582.0
1
1
=
+
=
+
=
c
c
c
c
Y
Y
y
Suy ra :
00529.0
2
00058.001.0
1
=
+
=
tb
y
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG
SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 12
+ M
1
= M
SO
2
= 64 (g/mol)
M
2
= M
kkhí
= 28.8 (g/mol)
Suy ra :
ytb
ρ
=
(
)
[]
()
166.1
30273*4.22
273*8.28*00529.0164*00529.0
=
+
−
+
kg/m
3
Độ nhớt trung bình pha khí ( của hổn hợp khí ) :
2
22
1
11
**
μμμ
MmMm
M
hh
hh
+=
+ M
hh
, M
1
, M
2
: khối lưượng phân tử của hổn hợp khí , của SO
2
và không khí ,
kg/kmol .
M
1
=
2
SO
M = 64 (kg/kmol)
M
2
=
M
kk
= 28.8 (kg/kmol) .
()
(
)
986.288.28*00529.0164*00529.0*1*
2111
=
−
+
=
−+= MyMyM
tbtbhh
(kg/kmol) .
+ m
1
, m
2
: nồng độ của SO
2
, không khí tính theo phần hể tích.
m
1
= y
tb1
= 0.00529
m
2
= 1 – y
tb1
= 0.99471
+ Ở 30
0
c :
μ
2
= μ
kk
= 0.0182*10
-3
(kg/m.s) .
μ
1
=
2
SO
μ
= 0.0128*10
-3
(kg/m.s) .
Thay vào ta được :
33
100182.0
99471.08.28
100128.0
00529.00.64986.28
−−
×
×
+
×
×
=
hh
μ
Suy ra :
5
1081.1
−
×=
hh
μ
(kg/m.s) .
-Lưu lượng khối lượng pha khí trung bình :
2
cd
ytb
GG
G
+
=
, kg/s
G
d
, G
c
: lưu lượng khí vào và ra khỏi tháp , kg/s .
0101.064691.798.28691.79***
2
×
×
+
×
=
+=
dSOtrtrtrd
YMGMGG
= 2346.6 (kg/h) = 0.652 (kg/s) .
000582.064691.798.28691.79***
2
×
×
+
×
=
+=
cSOtrtrtrc
YMGMGG
= 2298.1 (kg/h) = 0,638 (kg/s) .
Suy ra :
645.0
2
638.0652.0
=
+
=
ytb
G (kg/s) .
II.4.2. Các thông số vật lý của dòng lỏng :
- V
xtb
: lưu lượng dòng lỏng trung bình .
Do lượng cấu tử hồ tan trong dung dịch nhỏ , xem quá trình hấp thu không làm
thay đổi đáng kể thể tích nên :
tr
trtrtrxtb
MLVV
ρ
1
**=≈
Với :
tr
ρ
là khối lượng riêng của nước ở 30
0
C .
tr
ρ
= 995 (kg/m
3
) .
M
tr
: khối lượng phân tử của H
2
O , kg/kmol .
L
tr
: lưu lượng nước , kmol/h .
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG
SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 13
Suy ra :
41.78
995
1
18298.4334 =××=
xtb
V
m
3
/h
- Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng :
(
)
2111
*1*
tbtbtbtbxtb
VV
ρ
ρ
ρ
−
+
=
[2, IX.104, 183]
1tb
ρ
,
2tb
ρ
: khối lượng riêng trung bình của SO
2
, H
2
O trong pha lỏng .
1tb
V
, V
tb2
: thể tích trung bình của SO
2
, H
2
O trong pha lỏng.
Do lượng SO
2
hồ tan trong dung dịch nhỏ nên : V
tb1
≈ 0 .
⇒
995
2
2
=
≈≈
OHtbxtb
ρ
ρ
ρ
(kg/m
3
) .
- Độ nhớt trung bình của pha lỏng :
Do lượng cấu tử SO
2
hồ tan trong dung dịch nhỏ nên có thể xem :
3
108007.0
2
−
×=≈
OHxtb
μμ
(kg/m.s) .
- Lưu lượng khối lượng trung bình của pha lỏng :
2
xcxd
xtb
GG
G
+
=
xd
G ,
xc
G : lưu lượng khối lượng dòng lỏng vào và ra khỏi tháp .
67.21
3600
1
*18*298.4334* ===
trtrxd
MLG (kg/s) .
(
)
3600
64*000175.0*298.433418*298.4334
***
2
+
=+=
SOctrtrtrxc
MXLMLG
= 21.68 (kg/s) .
Suy ra : G
xtb
= 675.21
2
67.2168.21
2
=
+
=
+
xcxd
GG
(kg/s) .
II.4.3. Tính đường kính tháp hấp thu :
Tốc độ bắt đầu tạo nhũ tương , còn gọi là tốc độ đảo pha W’
s
(m/s ) được xác
định theo công thức :
8
1
4
1
16.0
3
2
'
*)(*75.1
**
**
lg
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−=
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
xtb
ytb
y
x
n
x
xtbd
ytbds
G
G
A
Vg
ρ
ρ
μ
μ
ρ
ρσω
Với :
+ G
x
, G
y
: lưu lượng dòng lỏng và khí trung bình , kg/s .
G
x
= G
xtb
= 21.675 (kg/s) .
G
y
= G
ytb
= 0.645 (kg/s) .
+
ρ
xtb
,
ρ
ytb
: khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và khí .
ρ
xtb
= 995 (kg/m
3
) .
ρ
ytb
= 1.166 (kg/m
3
) .
+ μ
x
: độ nhớt trung bình pha lỏng theo nhiệt độ trung bình .
μ
x
= μ
xtb
= 0.8007×10
-3
(kg/m.s) .
+ μ
n
: độ nhớt của nước ở 20
0
C .
μ
n
= 1.005*10
-3
(kg/m.s) .
A : hệ số , A = 0.022 .
Chọn đệm vòng Raschig bằng sứ , kích thước đệm 50×50×5 mm . Các thông số
của đệm :
σ
d
: bề mặt riêng của đệm .
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG
SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 14
σ
d
= 95 m
2
/m
3
V
d
: thể tích tự do của đệm .
V
d
= 0.79 m
3
/m
3
d
ρ
: khối lượng riêng xốp của đệm .
ρ
d
= 600 kg/m
3
Thay số vào ta được :
lg
8
1
4
1
16.0
3
3
3
2
995
166.1
*
645.0
675.21
*75.1022.0
10*005.1
10*8007.0
*
995*79.0*81.9
166.1*95*'
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−=
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
−
s
W
Suy ra : ω
s
’
= 0.57 (m/s) .
Chọn tốc độ làm việc :
513.09.0
'
=×=
stb
ωω
(m/s) .
Đường kính tháp được xác định theo công thức :
17.1
513.03600
6.19904
3600
4
=
××
×
=
××
×
=
πωπ
tb
tb
V
D
(m) .
Chọn D = 1.2 m
II.4.4. Xác định chiều cao một đơn vị chuyển khối :
-Chiều cao tương ứng một đơn vị truyền khối :
LGY
h
l
m
hh ×+=
Trong đó :
h
G
: chiều cao một đơn vị truyền khối tương ứng pha khí , m .
h
L
: chiều cao một đơn vị truyền khối tương ứng pha lỏng , m .
m : hệ số góc đường cân bằng
l : lượng dung môi tiêu tốn riêng , l =
tr
tr
G
L
-h
G
và h
L
được xác định dựa vào các công thức thực nghiệm sau :
3
2
25.0
PrRe
yy
t
G
a
V
h
××
××
=
σψ
5.025.0
3
2
PrRe256
xx
x
x
L
h ××
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
ρ
μ
Với : V
t
= 0.79 m
3
/m
3
, là thể tích tự do của đệm .
σ = 95 m
2
/m
3
, là bề mặt riêng của đệm .
a là hệ số phụ thuộc dạng đệm , đệm vòng Raschig a = 0.123 .
ρ
x
=
ρ
xtb
= 995 kg/m
3
, là khối lượng riêng pha lỏng .
μ
x
= μ
xtb
= 0.8007×10
-3
(kg/m.s) .
Các công thức chuẩn số Re
y
, Pr
y
cho pha khí và Re
x
, Pr
x
cho pha lỏng được
tính như sau :
y
y
y
G
μσ
×
×
=
4.0
Re
x
x
x
L
μσ
×
×
=
04.0
Re
yy
y
y
D×
=
ρ
μ
Pr
xx
x
x
D×
=
ρ
μ
Pr
Ở đây :
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG
SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 15
+ G
y
, L
x
là tốc độ khối lượng của khí và lỏng tương ứng một đơn vị tiết diện
ngang của tháp , kg/m
2
.s .
Tiết diện ngang của tháp :
1304.1
4
2.1
4
22
=
×
=
×
=
ππ
D
F
t
(m
2
) .
5706.0
1304.1
645.0
===
t
ytb
y
F
G
G
(kg/m
2
.s) .
17.19
1304.1
67.21
===
t
xtb
x
F
G
L
(kg/m
2
.s) .
+ μ
y
= 1.81*10
-5
kg/m.s , là độ nhớt pha khí .
+
ρ
y
=
ρ
ytb
= 1.166 kg/m
3
là khối lượng riêng pha khí .
+ D
x
, D
y
: là hệ số khuếch tán trong pha khí và trong pha lỏng , m
2
/s .
II.4.4.1. Hệ số khuếch tán trong pha lỏng :
(
)
6.0
'
5.0
12
*
**10*4.7
A
B
x
V
TM
D
μ
φ
−
=
, m
2
/s . [4,(2-41),27]
Trong đó: M
B
là khối lượng mol của dung môi , M
B
=
18
2
=
OH
M
(kg/kmol)
φ là hệ số kết hợp cho dung môi , φ = 2.6 cho dung môi là nước .
T = 273 + 30 = 303
0
K , nhiệt độ khuếch tán .
V
A
= 44.8 cm
3
/mol , là thể tích mol của dung chất .
μ’: là dộ nhớt của dung dịch .
μ
’
=
8007.0
2
=
OH
μ
(Cp) .
Suy ra :
(
)
9
6.0
3.0
12
10*9568.1
8.44*8007.0
303*18*6.210*4.7
−
−
==
x
D (m
2
/s)
II.4.4.2. Hệ số khuếch tán trong pha khí
2
1
2
3
1
3
1
2
3
7
11
*
*10*3.4
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+
=
−
BA
BA
y
MM
VVP
T
D
[4,(2-36),25] .
Trong đó : T = 273 +30 = 303
0
K
P = 1 at , Aùp suất khuếch tán .
M
A
, M
B
: là khối lượng mol khí SO
2
và không khí .
M
A
=
2
SO
M = 64 (kg/kmol) .
M
B
= M
kk
= 28.8 (kg/kmol) .
V
A
, V
B
: thể tích mol của SO
2
và của không khí .
V
A
= 44.8 (cm
3
/mol) .
V
B
= 29.9 (cm
3
/mol) .
Thế vào ta được :
5
2
1
2
3
1
3
1
2
3
7
10148.1
8.28
1
64
1
9.298.44*1
303*10*3.4
−
−
×=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+
=
y
D (m
2
/s) .
II.4.4.3. Tính Re
x
, Re
y ,
Pr
x
, Pr
y
:
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG
SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 16
9.4
10*8007.0*95*1304.1
67.21*04.0
04.0
Re
3
==
××
×
=
−
xt
x
x
F
G
μσ
67.64
10*81.1*95*1304.1
645.04.0
4.0
Re
5
=
×
=
××
×
=
−
yt
y
y
F
G
μσ
24.411
10*9568.1*995
10*8007.0
Pr
9
3
==
×
=
−
−
xx
x
x
D
ρ
μ
352.1
10*148.1*166.1
10*81.01
Pr
5
5
==
×
=
−
−
yy
y
y
D
ρ
μ
II.4.4.4. Tính hệ số thấm ướt ψ :
-U
tt
=
t
x
F
V
là mật độ tưới thực tế , (m
3
/m
2
.h) .
Trong đó : V
x
= V
xtb
= 78.41 (m
3
/h) .
F
t
= 1.1304 (m
2
) .
Suy ra :
365.69
1304.1
41.78
==
tt
U (m
3
/m
2
h) .
-Mật độ tưới thích hợp U
th
:
U
th
= B.
σ
d
, (m
3
/m
2
h) .
B = 0.158 (m
3
/m.h) [2,bảng IV.6,177]
d
σ
= 95 m
2
/m
3
Suy ra : U
th
= 0.158*95 = 15.01 (m
3
/m
2
h) .
Vậy :
62.4
01.15
365.69
==
th
tt
U
U
Dựa vào đồ thị hình IX.16 [ 2.178 ] , ta chọn ψ = 1 để dung môi thấm ướt đều
lên đệm .
II.4.4.5. Tính h
G
, h
L
1016.0352.167.64
951123.0
79.0
PrRe
3
2
25.0
3
2
25.0
=××
××
=×
××
=
yy
t
G
a
V
h
σψ
(m) .
5.025.0
3
2
3
5.025.0
3
2
24.4419.4
995
108007.0
256PrRe256 ××
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
×
×=×
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
×=
−
xx
x
x
L
h
ρ
μ
= 0.6922 (m) .
II.4.4.6. Tính chiều cao một đơn vị chuyển khối :
h
Y
= h
G
L
h
l
m
×+
Từ đồ thị đường cân bằng ta xác định được hệ số góc đường cân bằng
()
XfY =
∗
là : m = 48.3
Với :
38.54
000175.0
000582.00101.0
=
−
=
−
=≈=
c
cd
tr
tr
X
YY
G
L
G
L
l
Suy ra :
716.06922.0
38.54
3.48
1016.0 =×+=
Y
h
(m) .
II.4.5. Xác định số đơn vị truyền khối m
Y
:
Do cấu tử SO
2
hồ tan trong dung dịch không dáng kể nên dung dịch hấp thu khá
lỗng , phương trình tính m
Y
có dạng như sau :
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG
SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 17
1.9=
−
=
∫
∗
d
Y
Yc
Y
YY
dY
m
(m) .
Bảng số liệu tính tích phân :
i Yi Xi Y* Yi-Y* 1/(Y-Y*)
0 0.000582 9.1931E-11 4.4029E-09 0.000582 1718.22606
1 0.001058 8.7501E-06 0.00041925 0.0006387 1565.79971
2 0.001534 1.75E-05 0.00083884 0.000695 1438.92626
3 0.00201 2.625E-05 0.00125877 0.0007509 1331.68338
4 0.002486 3.5E-05 0.00167905 0.0008066 1239.84772
5 0.002962 4.375E-05 0.00209967 0.0008618 1160.32639
6 0.003437 5.25E-05 0.00252064 0.0009168 1090.80249
7 0.003913 6.125E-05 0.00294196 0.0009713 1029.5061
8 0.004389 7E-05 0.00336362 0.0010256 975.061834
9 0.004865 7.875E-05 0.00378563 0.0010795 926.384753
10 0.005341 8.75E-05 0.00420799 0.001133 882.607512
11 0.005817 9.625E-05 0.0046307 0.0011862 843.028425
12 0.006293 0.000105 0.00505376 0.001239 807.073715
13 0.006769 0.00011375 0.00547716 0.0012915 774.269643
14 0.007245 0.0001225 0.00590091 0.0013437 744.221613
15 0.007721 0.00013125 0.00632502 0.0013955 716.598313
16 0.008196 0.00014 0.00674947 0.0014469 691.119512
17 0.008672 0.00014875 0.00717428 0.001498 667.546587
18 0.009148 0.0001575 0.00759943 0.0015488 645.675071
19 0.009624 0.00016625 0.00802494 0.0015992 625.328761
20 0.0101 0.000175 0.0084508 0.0016492 606.354992
II.4.6. Chiều cao cột đệm cần thiết cho quá trình hấp thu :
5.61.9716.0
=
×
=
×=
YYd
hmH
m
Chiều cao tổng cộng của tháp :
H =
15.94.08.02325.04.025.6
=
+
+
×
+
×+ m
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG
SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 18
II.5. Tính trở lực của lớp đệm :
-Tổn thất áp suất của đệm khô :
242
2'
3
'
2
'
yy
d
dt
y
td
k
V
H
d
H
P
ρω
σ
λ
ω
ρλ
×
×
×
×=×××=Δ
Trong đó : H = 6.5 m , là chiều cao lớp đệm .
λ
’
là hệ số trở lực của đệm , bao gồm cả trở lực do ma sát và trở lực
cục bộ , phụ thuộc chuẩn số Re
y
:
yd
ytdy
y
V
dW
μ
ρ
×
××
=
'
Re
Re
y
> 40 : chế độ xốy , λ
2.0
'
Re
16
y
=
Re
y
< 40 : chế độ dòng ,
y
Re
140
'
=
λ
Với : ρ
y
= 1.166 kg/m
3
V
d
= 0.79 m
3
/m
3
μ
y
= 1.81×10
-5
kg/m.s
d
td
=
95
79.04
4
×
=
×
d
d
V
σ
= 0.0154 (m) , là đường kính tương đương của đệm
.
W
’
y
= 0.513 m/s , tốc độ của dòng khí trên tồn bộ tiết diện tháp .
Suy ra :
6.678
1081.179.0
166.10154.0513.0
Re
5
=
×
×
×
×
=
−
y
Vì Re
y
> 40 nên :
343.4
6.678
16
2.0
'
==
λ
Như vậy , thay số ta được :
5.500
2
166.1513.0
79.0
955.6
4
343.4
2
3
=
×
×
×
×=Δ
k
P (N/m
2
) .
-Tổn thất áp suất của lớp đệm ướt :
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
×
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
×
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
×+Δ=Δ
c
y
x
n
x
y
m
y
x
kv
G
G
APP
μ
μ
ρ
ρ
1
Trong đó : G
x
, G
y
: là lưu lượng của dòng lỏng và dòng khí , kg/s .
G
x
= G
xtb
= 21.675 kg/s
G
y
= G
ytb
= 0.645 kg/s
ρ
x
, ρ
y
: khối lượng riêng của dòng lỏng và dòng khí ,
ρ
x
= 995 kg/m
3
ρ
y
= 1.166 kg/m
3
μ
x
= 0.8007×10
-3
kg/m.s
μ
y
= 1.81×10
-5
kg/m.s
Do :
2.08.1
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
×
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
×
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
y
x
x
y
y
x
G
G
μ
μ
ρ
ρ
= 1.4 > 0.5
Theo [2,bảng(IX.7),189] ta có : A = 10 , n = 0.525 , m=0.945 , c = 0.105
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG
SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 19
Thay số vào ta được :
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
×
×
×
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
×
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
×+×=Δ
−
−
105.0
5
3
525.0945.0
1081.1
108007.0
995
166.1
645.0
675.21
1015.500
u
P
= 6468.37 (N/m
2
) .
Chọn
u
PΔ = 6500 N/m
2
= 0.065×10
5
(N/m
2
) .
=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=
CHƯƠNG III
TÍNH TỐN CƠ KHÍ
III.1 Tính chiều dày thân tháp :
Thiết bị làm việc ở môi trường ăn mòn , nhiệt độ làm việc 30
0
C , P
mt
= 1 at = 0.1
N/m
2
. Nên ta chọn vật liệu là thép không rỉ để chế tạo thiết bị .
Chọn thép : X18H10T .
- Ứng suất cho phép tiêu chuẩn đối với thép X18H10T ở 30
0
C :
[σ]
*
= 146 N/mm
2
[9,hình1-2,22]
hệ số hiệu chỉnh η = 1 [9,26]
Ứng suất cho phép là :
[σ] = 1×146 = 146 N/mm
2
- Aùp suất tính tốn :
hgPP
lvtt
×
×
+
=
ρ
P
lv
: áp suất làm việc của môi trường .
P
lv
= ΔP
ư
=
5
10065.0 × (N/m
2
) .
h : chiều cao cột chất lỏng .
h = 8.425 m
Suy ra :
091.0425.899581.910065.0
5
=××+×=
tt
P N/mm
2
Chọn hệ số bền mối hàn ϕ
h
= 0.95
Do :
[]
2.152495.0
091.0
146
=×=×
h
P
ϕ
σ
> 25
Nên bề dày tối thiểu của thân trụ hàn chịu áp suất được tính theo :
[]
4.0
95.01462
091.01200
2
'
=
××
×
=
××
×
=
h
t
PD
S
ϕσ
mm
- Hệ số bổ sung bề dày C , mm :
C = C
a
+ C
0
+ C
b
+ C
c
Trong đó :
C
a
: là hệ số bổ sung do ăn mòn hố học của môi trường .
Thời hạn sử dụng là 20 năm , tốc độ ăn mòn là 0.1mm/ năm .
Vậy : C
a
= 0.1×20 = 2 (mm) .
C
b
: là hệ số bổ sung do bào mòn cơ học của môi trường .
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG
SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 20
Đối với TB hố chất : C
b
= 0 (mm) .
C
c
là hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo , lắp ráp , có thể bỏ qua .
C
0
là hệ số bổ sung để quy tròn kích thước , mm
C
0
= 1 mm
Thay vào ta được : C = 2 + 0 + 1 = 3 (mm) .
- Bề dày thực của thân trụ :
S = S’ + C = 0.4 + 3 = 3.4 (mm) .
Chọn bề dày thân S = 4 (mm) .
- Kiểm tra điều kiện :
1.0≤
−
t
a
D
CS
Suy ra :
1.000167.0
1200
24
≤=
−
: thỏa điều kiện .
- Aùp suất tính tốn cho phép ở bên trong thiết bị :
[P] =
)(
)(**][*2
at
ah
CSD
CS
−+
−
ϕ
σ
[9,(5-11),131]
[P] =
462.0
)24(1200
)24(*95.0*146*2
=
−+
−
(N/mm
2
) > 0.091 (N/mm
2
) , thỏa điều
kiện .
Vậy chiều dày thân được chọn là S = 4 (mm) .
III.2. Tính chiều dày đáy , nắp :
- Chọn đáy nắp elip tiêu chuẩn .
- Chọn chiều dày đáy , nắp bằng chiều dày thân .
S
n
= S
đ
= S
thân
= 4 (mm) .
- Kiểm tra điều kiện :
125.0≤
−
t
a
D
CS
Suy ra :
1.000167.0
1200
24
≤=
−
25 : thỏa điều kiện .
- Kiểm tra áp suất dư cho phép tính tốn theo công thức :
[P] =
)(
)(**][*2
at
ah
CSR
CS
−+
−
ϕ
σ
[9,(6-5),166]
Đáy nắp elíp tiêu chuẩn R
t
= D
t
= 1200 (mm) .
[P] =
462.0
)24(1200
)24(*95.0*146*2
=
−+
−
(N/mm
2
) > 0.091 (N/mm
2
) , thỏa điều
kiện .
III.3. Tính ống dẫn lỏng , ống dẫn khí :
III.3.1. Tính ống dẫn khí vào tháp :
Đường kính ống dẫn khí :
d =
V
Q
*
*4
π
, (m)
Trong đó :
Q : lưu lượng thể tích của khí , m
3
/s .
Q = 2000 m
3
/h
V : vận tốc dòng khí , m/s .
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG
SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 21
Đối với khí áp lực nhỏ , chọn V = 18 (m/s) .
Vậy d =
18*
3600
2000
*4
π
= 0.198 (m) .
Chọn d = 200 (mm) .
Với d = 200(mm) , vận tốc dòng khí trong ống dẫn :
V =
2
*
*4
d
Q
π
=
2
2.0*
3600
2000
*4
π
=17.68 (m/s) .
III.3.2. Tính ống dẫn khí ra khỏi tháp :
Chọn đường kính ống dẫn khí ra khỏi tháp bằng đường kính ống dẫn khí vào
tháp . d = 200(mm) .
III.3.3. Tính ống dẫn lỏng vào tháp :
Đường kính ống dẫn lỏng :
d =
V
Q
*
*4
π
, (m)
Trong đó :
Q : lưu lượng dòng lỏng , m
3
/s .
Q = V
xtb
= 78.41 (m
3
/h) .
V : vận tốc dòng lỏng , m/s .
Đối với nước áp lực nhỏ , chọn V = 1.25 (m/s) .
Vậy d =
25.1*
3600
41.78
*4
π
= 0.149 (m) .
Chọn d = 150 (mm) .
Với d = 150(mm) , vận tốc dòng lỏng trong ống dẫn :
V =
2
*
*4
d
Q
π
=
2
15.0*
3600
41.78
*4
π
=1.23 (m/s) .
III.3.4. Tính ống dẫn lỏng ra khỏi tháp :
Chọn đường kính ống dẫn lỏng ra khỏi tháp bằng đường kính ống dẫn lỏng vào
tháp . d = 150(mm) .
III.4. Tính bích ghép thân tháp :
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG
SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 22
Dt
D2
D4
Dtb
D1
Db
D
Chọn bích liền không cổ bằng thép để nối thân tháp .
Đường kính trong thiết bị : D
t
= 1200 mm .
Đường kính ngồi của bích : D = 1340 mm .
Đường kính tâm bu lông : D
b
=1290 mm .
Đường kính mép vát : D
1
=1260 mm .
Đường kính bu lông : d
b
= 20 (M 20 ) .
Số bu lông : Z = 32 cái .
Chiều cao bích : h =25 mm .
Theo [2 , bảngXIII.31 , 433] ta có kích thước bề mặt đệm :
D
2
= 1230 (mm) .
D
4
= 1254 (mm) .
Chọn vật liệu chế tạo bích là thép CT
3
.
Aùp suất môi trường trong thiết bị :
p = 0.091 (N/mm
2
) .
III . 4 . 1 . Kiểm tra bu lông ghép bích :
a . Lực nén chiều trục sinh ra do xiết bu lông :
Q
1
= Q
a
+ Q
k
.
Trong đó :
Q
a
_ lực do áp suất trong thiết bị gây nên
Q
a
=
4
π
* D
t
2
* p ( N ) .
Q
k
_ lực cần thiết để giữ được kín trong đệm ( N ) .
Q
k
=
π
* D
tb
* m * p .
Có thể viết lại :
Q
1
=
4
π
* D
t
2
* p +
π
*D
tb
* b
0
* m * p [ 9 , ( 7 – 1 ) , 191 ] .
Trong đó :
+ p_ áp suất môi trường trong thiết bị , N/mm
2
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG
SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 23
p = 0.091 N/mm
2
+ D
t
: đường kính tromg thiết bị , mm
D
t
= 1200 mm .
+ D
tb
: đường kính thiết bị của đệm ,mm .
D
tb
= D
1
– 2 *
2
b
Với b_bề rộng thực của đệm , b =
12
2
12301254
2
24
=
−
=
−
DD
mm .
Thế vào , ta được : D
tb
=1260 – 12 = 1248 mm
+ b
0
_bề rộng tính tốn của đệm
b
0
= ( 0.5
÷
0.8 ) b . chọn b
0
= 0.5* b = 6 (mm) .
Chọn vật liệu đệm là amiăng có bề dày
o
δ
= 3 mm do môi trường có tính ăn
mòn .
Theo [9,bảng(7-2),192] ,ta có :
M = 2.0 , hệ số áp suất riêng .
q
o
= 10 N/mm
2
, áp suất riêng cần thiết làm biến dạng dẻo đệm .
Thay vào ta được :
Q
1
= 091.0*1200*
4
2
π
+
π
* 1248*6*2*0.091 = 1.1 * 10
5
(N) .
b . Lực cần thiết để ép chặt đệm ban đầu :
Q
2
=
π
* D
tb
* b
o
* q
o
=
π
* 1248 *6 *10 = 2.35 *10
5
(N) .
c . Lực tác dụng lên một con bulông :
q
b
=
Z
Q
Z
Z
Q
221
),max(
==
= 75.7343
32
10*35.2
5
= (N) .
d. Tính đường kính bulông :
d
b
= 1.13 *
bl
b
q
][
σ
Trong đó : [
bl
]
σ
= k
o
* [
bl
'
]
σ
[
bl
'
]
σ
: ứng suất cho phép của vật liệu làm bulông , N/mm
2
.
Ở T = 30
o
C , theo [9,bảng(7-5),194] ,ta có [
bl
'
]
σ
= 89.5 (N/mm
2
) .
Chọn k
o
= 0.5 , ta có :
d
b
= 1.13 *
5.89*5.0
75.7343
= 14.5 (mm) 14
≈
(mm) , thỏa điều kiện
[9,bảng(7-7),193].
d
b
= 14.5 (mm) < 20 (mm) , thỏa điều kiện bền .
III.4.2 . Kiểm tra chiều dày bích :
Bề dày bích liền được xác định theo công thức sau :
t = 0.61 * d
b
*
2
1
2
1
)(*
][
**7.0*[
*
][
bbi
d
D
P
Z
l
l
k
σ
ψ
σ
σ
+ ] , [9,(7-9),195] .
Trong đó :
l
1 ,
l
2
: cánh tay đòn của momen gây uốn bích .
l
1
=
15
2
12601290
2
1
=
−
=
−
DD
b
(mm) .
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG
SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 24
l
2
=
2
412001290
2
−−
=
−−
SDD
tb
= 43 (mm) .
P : áp suất của môi trường , N/mm
2
.
P = 0.091 (N/mm
2
) .
d
b
: Đường kính ngồi của bulông , mm .
d
b
= 20 (mm)
[
]
σ
: Ứng suất cho phép của bulông thô dùng để ghép bích , N/mm
2
.
[
]
σ
= 45 N/mm
2
[9,hình(7-6),197] .
bi
σ
: ứng suất cho phép của bích , N/mm
2
.
bi
σ
=112.375 (N/mm
2
) , [9,bảng(7-6),198] .
Đại lượng
ψ
:
ψ
= (1 - ]1)
*2
)[(
2
1
2
2
1
+
−
D
lD
l
l
b
+ 0.2*
2
1
l
l
= (1 -
]1)
1260
43*21290
)[(
43
15
2
+
−
+ 0.2*
43
15
= 1.32
Bích không cổ :
k = 1 +
]1)()
*2
1([
*2
2
2
2
−+−
t
S
D
l
D
D
l
D
bt
t
= 1 +
]1)
4
()
1290
43*2
1(
1200
1340
[
43*2
1200
2
−+−
t
=1.589 +
2
26.223
t
Thay vào ta được :
t = 0.61 * 20
2
2
)
20
1260
(
45
091.0
*32.1*7.032*
43
15
[
)
26.223
589.1(*375.112
45
+
+
t
t = 0.61 * 20 *
2
26.223
589.1
4399.7
t
+
Suy ra : t = 23.59 (mm) < 25 (mm) , thỏa điều kiện bền .
Vậy chọn chiều dày bích t = h = 25 (mm) là thỏa điều kiện bền .
III.5. Tính bích nối đường ống dẫn lỏng với thân và ống dẫn khí với thân :
III.5.1. Bích nối đường ống dẫn lỏng với thân :
Chọn bích liền bằng kim loại đen để nối ống dẫn lỏng với thân .
Đường kính trong ống dẫn lỏng , D
y
= 150 mm.
Đường kính ngồi ống dẫn lỏng , D
n
= 159 mm.
Đường kính ngồi của bích , D = 260 mm .
Đường kính tâm bulông D
t
= 225 mm.
Đường kính bulông d
b
= 16 mm (M16).
Số bulông Z = 8 con .
Bề dày bích t = 16 mm .
III.5.2. Bích nối ống dẫn khí với thân :
Chọn bích liền bằng kim loại đen .
Đường kính trong ống dẫn khí , D
y
= 200 mm.
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG
SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 25
Đường kính ngồi ống dẫn khí , D
n
= 219mm.
Đường kính ngồi của bích , D = 290 mm .
Đường kính tâm bulông D
t
= 255 mm.
Đường kính bulông d
b
= 16 mm (M16).
Số bulông Z = 8 con .
Bề dày bích t = 16 mm .
III.6. Tính lưới đỡ đệm và đĩa phân phối lỏng :
III.6.1. Tính lưới đỡ đệm :
Chọn vật liệu làm đệm là thép hợp kim X18H10T . Các thanh có tiết diện chữ
nhật , 1 cạnh có bề rộng b =10 mm .
Đường kính trong tháp : D
t
= 1200 mm .
Đường kính lưới đỡ đệm : D
l
=1165 mm.
Chiều rộng bước lưới : b
l
= 22 mm .
Số thanh đỡ đệm n =
95.52
22
1165
==
l
l
b
D
Chọn n = 52 thanh .
Diện tích lưới đỡ đệm :
S
l
=
=
2
*
4
l
D
π
2
1165*
4
π
= 1065421.625 (mm
2
) .
Tổng khối lượng mà lưới phải chịu :
m = m
1
+ m
2
Trong đó :
m
1
: khối lượng vật chêm khô .
m
2
: khối lượng của dung dịch .
m
1
= V
đ
*
d
ρ
Với :
d
ρ
= 500 kg/cm
2
, khối lượng riêng xốp của đệm .
V
đ
: thể tích của đệm .
V
đ
=
2
**
4
2
d
t
H
D
π
Suy ra : m
1
=
2
**
4
2
d
t
H
D
π
*
d
ρ
= 500*
2
5.6
*165.1*
4
2
π
= 2077.57 (kg) .
m
2
= V
dd
*
dd
ρ
= (1 – V
đ
)
2
**
4
2
d
t
H
D
π
*
dd
ρ
= (1 – 0.79) *
33.861995*
2
5.6
*165.1*
4
2
=
π
(kg) .
Vậy m = m
1
+ m
2
= 2077.57 + 861.33 = 2938.9 (kg) .
Tải trọng mà lưới đệm chịu theo một đơn vị diện tích :
P =
625.1065421
81.9*9.2938*
=
l
S
gm
= 0.027 (N/mm
2
) .
Tải trọng mà một thanh phải chịu tính theo đơn vị chiều dài :
q =
l
D
n
P
* =
52
027.0
*1165 = 0.6049 (N/mm) .
