TÍNH TOÁN BUỒNG LẮNG

TÍNH TOÁN BUỒNG LẮNG
-

Khối lượng riêng hạt bụi: ρb = 2500 kg/m3
Khối lượng riêng của khí tại 70oC : ρk = 0,34 kg/m3.
Độ nhớt động lực tại 70oC : µ = 2,05.10-5 Pa.s
Nhiệt độ của khí thải vào thiết bị : 70oC
Với lưu lượng L = 45000 m3/h
Chọn 2 buồng lắng lắp song song => L’ = 45000/2 = 22500 m3/h = 6.25m/s
Nồng độ bụi đầu vào: Cv = 25000 mg/m3
Nồng độ bụi đầu ra theo QCVN19:2009/BTNMT- cột B : Cr = 200 mg/m3
Hiệu suất tổng thể cần xử lý bụi :
=
. 100% = 99,2%

Đường kính
hạt bụi d(s)

<5

(μm)
Phần trăm
khối lượng

5

(%)
Chọn

= 50 (

5

10 -

20

30

40

50

60

-10

20

-30

-40

-50

-60

-70

13

5

12

5

12

16

32

m) = 5.10-5 (m)

 Bl =

=

= 37.648(m2)

l > 2,5B
Chọn : * B = 6 (m)
* l = 6,5 (m)
Chọn vận tốc buồng lắng u = 0,7 (m/s)
1

1

Tổng

100


 Chiều cao H =

=

=

 u =

= 1,48 (m) => chọn H=1,5 m

= 0,694 (m/s)

 Hiệu quả lọc theo cỡ hạt của xiclon :
ɳ(

)

= 5,555.

= 5,555 .

.

(μm)
η (%)

5

10

20

30

40

50

60

70

1

4.036

16.15

36.32

64,58

100

100

100

30-40

40-

50-

60-

50
12

60
16

70
32

Bảng phân cấp cỡ hạt bụi
Đường kính cỡ hạt

<5

5 -10

10 -

20 -30
12

5
1250

d(s) (μm)
Phần trăm khối

5

13

20
5

lượng (%)
Lượng bụi trong 1m3

1250

3250

1250

3000

khí thải (mg/m3)
Hiệu quả lọc theo cỡ

1

2,518

10.1

26.235

50.45 82.29

100

100

3168.1 1123.

2212.9

619.3 531.3

0

0

3000 4000 8000

hạt H% lấy trung
bình theo cỡ hạt
Lượng bụi còn lại
sau khi qua buồng
lắng (mg/m3)

1237.

5

2

65

75
2

5

75


Tổng lường bụi còn lại sau lắng =8893.04 mg/m3
- Hiệu suất làm sạch của buồng lắng :
=

. 100% = 64,42 %

TÍNH TOÁN XICLON
- Chọn 4 xiclon làm việc song song
=> Lưu lượng tính cho mỗi xiclon là : L’= 45000/4= 11250 m3/h = 3.125 m/s
- Nồng độ bụi đầu vào: Cv = 8893,04 = 2223,3 mg/m3
- Nồng độ bụi đầu ra theo QCVN19:2009/BTNMT- cột B : Cr = 200 mg/m3
 Hiệu suất tổng thể cần xử lý bụi :
=
. 100% = 91%
 Tính toán xiclon theo phương pháp chọn, dựa vào đường kính thân xiclon theo
Stairmand C.J ( Hình 7.8a – giáo trình: ô nhiễm không khí và xử lý khí thải –

tập 2 – GS.TS. Trần Ngọc Trấn):
- Đường kính thân hình trụ (đường kính xiclon): D (m)
- Bán kính thân hình trụ: r2 = 0,5.D
- Đường kính ống trung tâm : d1= 0,5.D
- Bán kính ống trung tâm: r1 = 0,5.d1 = 0,25D
- Chiều dài của miệng ống dẫn khí vào: a = 0,5D
- Chiều rộng của miệng ống dẫn khí vào: b = 0,2D
- Chiều cao của thân hình trụ: h = 1,5D
- Chiều cao thiết bị xiclon: H = 1,5D+2,5D = 4.D
- Chiều cao phần bên ngoài ống trung tâm:
h1 = 0,5. D
- Chiều cao ống trung tâm : h2 = h1+ 0,5D = D
- Đường kính trong của cửa tháo bụi:
d3=( 0,3÷0,4).D
- Xác định đường kính xiclon (D)
3

3


Chọn
min

min

= 15 µm = 15. 10-6 m

=

Trong đó :

- l = H – a = 4D – 0,5D = 3,5D
- µ= 2,05.10-5 (Pa.s) : độ nhớt động lực
-ve : vận tốc của k hí ở ống dẫn vào xiclon:

=

ve

=

- n: số vòng quay của dòng khí trong xiclon (vòng/s)

=

min

(vòng/s)

=

4

4

(m/s)


= 15. 10-6
 D = 1,2 (m)
 Chọn D = 1,2 (m)

Các thông số thiết kế xiclon:
- Đường kính thân hình trụ (đường kính xiclon): D = 1,2 m
- Bán kính thân hình trụ: r2 = 0,5.D = 0,5. 1,2 = 0,6 m
- Đường kính ống trung tâm : d1= 0,5.D = 0,6 m
- Bán kính ống trung tâm: r1 = 0,5.d1 = 0,25D = 0,25. 1,2 = 0,3 m
- Chiều dài của miệng ống dẫn khí vào: a = 0,5D = 0,6 m
- Chiều rộng của miệng ống dẫn khí vào: b = 0,2D = 0,24 m
- Chiều cao của thân hình trụ: h = 1,5D = 1,5. 1,2 = 1,8 m
- Chiều cao thiết bị xiclon: H = 1,5D+2,5D = 4.D = 4. 1,2 = 4,8 m
- Chiều cao làm việc hiệu quả của xyclon: l = H-a = 4,8 - 0,6 =4,2 m
- Chiều cao phần bên ngoài ống trung tâm: h1 = 0,5. D = 0,5. 1,2 = 0,6 m
- Chiều cao ống trung tâm : h2 = D = 1,2 m
- Đường kính trong của cửa tháo bụi:
d3=( 0,3÷0,4).D = 0,36 ÷ 0,48 m => Chọn d3 = 0,4 m
 Hiệu quả lọc theo cỡ hạt của xiclon :
ɳ(

)

=

x 100%

Với :

=

+

5

= 4,6

(vòng/s)

5


+ α =

-

= -

. (4,6)2 .4,2.


= - 1,3.1010

 Kết quả tính toán hiệu quả lọc theo cỡ hạt ɳ(

)

thể hiện trong bảng sau :

Bảng 4 : Hiệu quả lọc theo cỡ hạt η(
(μm)
η (%)

6

)

5

10

20

30

12,7

48,3

100

100

6


Bảng 5 : Bảng phân cấp cỡ hạt ban đầu của hạt bụi
Đường kính
cỡ hạt d(s)
(μm)

<5

5 -10

10 - 20

20 -30

Lượng bụi
trong 1m3 khí
thải (mg/m3)

1080,337

2201.875

1123,75

2212,95

Hiệu quả lọc
theo cỡ hạt H
% lấy trung
bình theo cỡ
hạt

12,7

30,5

74,15

100

1080,337

2201,875

290,489

0

Lượng bụi còn
lại sau khi qua
xiclon
(mg/m3)

- Hiệu suất làm sạch của xiclon:
=

Tổng

3572,701

. 100% =

60 %

Tính toán túi lọc vải
Lưu lượng khí đầu vào: Q = 45000 (m3/h) = 750 (m3/phút)
Nồng độ bụi vào thiết bị : Cv = 3572,701 mg/m3 = 3,572 g/m3
Hiệu suất xử lý :

=

.100% =

94,4 %
Vì to = 70oC nên ta chọn loại túi vải tổng hợp
Cường độ lọc : v = 0,3

0,9 m/phút. Chọn v = 0,9

Tổng diện tích bề mặt túi vải :
7

7

/

phút


S=

= 654,1 m2

=

- Chọn đường kính túi vải D = 300 mm (D =125÷300mm)
- Chiều cao túi vải h = 3 m (h = 2÷3,5 )
Diện tích túi vải : Svải =
.D.h =

.0,3. 3= 2,82 m2
Số túi vải:
n=

=

= 231,95 (túi)

Chọn số túi vải là 242 túi.chia làm 2 đơn nguyên,mỗi đơn nguyên 121 túi .chọn
hàng ngang là 11 túi, hàng dọc là 11 túi
Chọn khoảng cách :
- Giữa các túi là d1 = 0,1 m
- Giữa các hàng là d2 = 0,1 m
- Giữa túi vải ngoài cùng đến mặt trong của thiết bị là d3 = 0,1 m
- Khoảng cách giữa 2 đơn nguyên: d4 = 0,1 m
- Chọn đế dày của thiết bị là

= 0,003 m

- Chiều dài của 1 đơn nguyên :
L1 = D.n1 + (n1 – 1).d1 + 2d3= 0,3.11 + (11 – 1).0,1 + 2.0,1 = 4,5 m
=>> chiều dài của thiết bị: L= 2 L1 + d4 =0,1 + 4,5 = 4,6 m
- Chiều rộng của 1 đơn nguyên :
B1 = D.n2 + (n2 – 1).d2 + 2d3= 0,3.11 + (11 – 1).0,1 + 2.0,1 = 4,5 m
=>> chiều rộng của thiết bị B = 4,5 m
- Chiều cao thiết bị
H=
+
+
(2÷3,5m)

: chiều cao túi vải = 3m
: chiều cao bộ phận chấn động trên túi vải (thường lấy

=100mm)

: chiều cao bộ phận thu hồi bụi (0÷1,5m) = 0,3m (chiều cao phần phễu
0,2m ; chiều cao phần chứa bụi 0,2m)
H= 3 + 0,1+ 0,4 = 3,5 m
- Tổn thất áp suất của thiết bị:
∆p= ξ
(N/
)

8

8


h: bề dày túi lọc chọn = 3,3.
D:đường kính sợi túi lọc = 10.

m

Theo công thức của Kazenhi-kaman: ξ=

chọn

3,04.

=>>

=54,32(N/

∆p=

)

- Khối lượng bụi thu được :
- Lượng hệ khí vào ống tay áo :
Gv =
.Q = 0,34 .45000 =15300 (kg/h)
- Nồng độ bụi trong hệ khí đi vào thiết bị lọc tay áo (% khối lượng) :
yv =
=
.100 = 0,1 %
- nồng độ bụi trong hệ khí ra khỏi thiết bị (%khối lượng ) :
yr = yv.(1 ) = 0,1.(1 – 0,944) = 0,0056 %
- lượng hệ khí ra khỏi thiết bị :
Gr = Gv.

= 15300.

= 15285,55 (kg/h)
- lượng khí sạch hoàn toàn :
Gs = Gv .

= 15300.

15284,7 (kg/h)
- lưu lượng hệ khí đi ra khỏi thiết bị:

9

9

=


Qr =

= 44957,5 (m3/h)

=

- năng suất của thiết bị lọc theo lượng khí sạch hoàn toàn :
Qs =
=
= 44955 (m3/h)
- lượng bụi thu được :
Gb = Gv – Gr = 15300 – 15285,55 = 14,45 (kg/h)
Chọn thời gian lưu bụi T=8 tiếng
- khối lượng bụi cần chứa : m = Gb.T = 14,45 .8 = 115,6 (kg)
- thể tích thùng chứa bụi : V=
=
= 0,045 (m3)
 chọn thể tích thùng chứa bụi :V=0,05 m3
 diện tích ngăn chứa bụi s= V/h =0,05/0,2 = 0,25 m
chọn chiều dài ngăn chứa bụi: l=0,5 m
chọn chiều rộng ngăn chứa bụi: b= 0,5m

Tính toán xử lí khí thải (phương pháp hấp thụ)
-

Lưu lượng khí: 45000 m3/h

-

Nhiệt độ khí vào tháp: 700C

-

Áp suất: Pt = 1atm = 760 mmHg = 1,0133.105 Pa.

-

Nhiệt độ của dung dịch NaOH: 250C

-

Chọn điều kiện làm việc của tháp là nhiệt độ trung bình của dòng khí

vào và dòng lỏng vào, t0 = 300C. Hỗn hợp khí xử lý xem như gồm NO2, SO2, H2S

Khí cần xử lí
NO2
SO2

Nồng

độ

vào (mg/m3 )
2210
1520

đầu Nồng độ đầu ra Hiệu suất quá
(mg/m3 )

850
500

H2S
39
 Vậy hiệu suất quá trình hấp thụ là E=80%

7,5

1, Đầu vào
10

10

trình hấp thụ
61,5%
67,1%
80%


-

Suất lượng mol của hh khí đi vào tháp:

-



Suất lượng mol của NO2, SO2, H2S

Tổng lượng mol 3 khí đầu vào:

=

+

=3,747
-

Suất lượng mol của cấu tử trơ:

Gtr =G1 – GAđ = 1599,94 – 3,747 = 1596,193 (kmol/h)
11

11

+


-

-

Nồng độ phần mol của 3 khi trong hỗn hợp khí:

Nồng độ phần mol tương đối: (1)

12

12


2, Đầu ra
-

Suất lượng mol khí được hấp thụ:

-

Suất lượng mol khí còn lại trong hỗn hợp khí ở đầu ra:
GNO2c =GNO2đ -

= 2,162 – 1,73 = 0,432 (kmol/h)

GSO2c =GSO2đ -

= 1,069 – 0,855 = 0,214 (kmol/h)

GH2Sc =GH2Sđ -

= 0,516 – 0,413 = 0,103 (kmol/h)

= GNO2c + GSO2c+ GH2Sc =0,749 kmol/h



Tổng mol 3 khí đầu ra:

-

Suất lượng mol của khí ở đầu ra:

GBc = Gtr + GAc = 1596,193 + 0,749 = 1596,942 (kmol/h)
-

Nồng độ phần mol trong hỗn hợp khí đầu ra:

13

13


-

Nồng độ phần mol tương đối

14

14


Xác định phương trình đường cân bằng

Theo sách “ Các quá trình , thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm,tập
4”
Ta có :
Trong đó :
m: hằng số cân bằng, tính theo công thức. m=
+p=760 mmHg
hệ số henry, tại t=30oC. ΨNO2 =0,194.106 ( tra bảng 3.1)

+
mNO2=255,263

ΨSO2 =0,0364.106 => mSO2= 47.89
ΨH2S =0,463.106 =>> mH2S= 609,2

ta thấy y

Y => Bảng 1

Khí

Phương trình đường cân bằng
Y=255,263X
Y=47,89X
Y= 609,2X

NO2
SO2
H2S
Xác định phương trình đường làm việc
 Phương trình cân bằng vật chất

Gtrơ (Yđ- Yc) = Gx (Xc – Xđ)
 Vì Xđ = 0 nên phương trình trở thành:
Gtrơ (Yđ- Yc) = Gx Xc
 Ở tiết diện bất kỳ của tháp thì phương trình đường nồng độ làm việc:

+ Yc

Y=

 Giả sử Xc = Xcbc thì lượng dung môi tối thiểu cần để hấp thụ là :
15

15


GX min= Gtr.

(kmol/h)

Thông thường lượng dd hthu thực tế Gx=1,2
Thay Yd từ (1) vào phương trình đường cb (bảng 1) ta được
=5,29.10-6

=1,43. 10

-5

=5,28. 10

-7

=372,94
(Kmol/h)

=310,79

=72,06

=
4,56 (kg/s)
=1
,28

=60,05

=934,5

=
8,8

=778,75

Tổng lượng dung dịch hấp thụ thực tế:

GX=
-

=1379,5 (kmol/h)

Lượng dung môi cần thiết:

Khí
NO2

XC

Pt đường làm việc
Y= 0,234X+2,7.10-4

Điểm pt dlv đi qua
=4,6

(4,6.10-3 ;1,3.10-3)
(0; 2,7. 10-4)

.10-3
Y=0,0451X+1,3.10-4

SO2

=0,0

(0,012; 0,668.10-3)
(0; 1,3. 10-4)

=4,4.

(4,4.10-4 ; 0,322. 10-3)
(0; 0,644.10-4)

12
H2S

Y=0,585X+0,644.10

-4

10-4
Gx= Gtr.

=>> Xc=

Tiình ðýõÌng kiình thaìp hâìp thuò
16

16


Vật liệu ðệm (Bảng IX.8-T193-Sách T2)
Đệm vòng Rasiga đổ lộn xộn
- Đệm bằng sứ (do các khí có tính axit)
- Kích thước : 50x50x5
- Bề mặt riêng (
(m2/m3) : 95
- Thể tích tự do (m3/m3) : 0,79
- Số đệm trong 1m3 58.102
- Khối lượng riêng xốp :
( Trích Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học và thực phẩm - Tập 3 - Truyền
khối - Vũ Bá Minh)

Tính vận tốc làm việc của tháp(ω)
Theo công thức :

(CT IX.114 – T187 – sổ tay quá trình

và thiết bị công nghệ hoá chất tập 2)
Với :

Trong đó :ωdp: vận tốc đảo pha
: thể tích tự do của đệm, m3/m3
: bề mặt riêng của đệm
Gx , Gy lượng lỏng và lượng hơi trung bình
Tính toán :
Vđ = 0,79 m3/m3
: khối lượng riêng pha khí
Khối lượng riêng của hỗn hợp khí ρy
 Khối lượng riêng của pha khí :ρy hay ρhh khí
17

17


ρhh khí = ρNO2 . vNO2 +ρSO2 . vSO2 + ρH2S . vH2S + ρkk .vkk
(Công thức trang 5_Sổ tay quá trình, tập 1)
Trong đó:
 ρNO2; ρSO2; ρH2S : khối lượng riêng của SO2 ở 30oC

ρNO2

=

=

=

ρSO2

=

=

=

ρH2S

1,85 kg/m3

2,57 kg/m3

=

=

=

1,37 kg/m3

 ρkk : khối lượng riêng của không khí ở 30oC

ρkk =

=

= 1.16 kg/m3

(Công thức trang 14_ Sổ tay quá trình, tập 1)
 Khối lượng riêng của hỗn hợp khí:
18

18


- ρy = 1,85. 1,35 .10-3 +2,57. 6,68 .10-4 +1,37. 3,23 .10-4+1,16.0,9976=

1,16(kg/m3)
-

: khối lượng riêng pha lỏng
(Tra bảng I.23 – T35– Sách T1)
: độ nhớt pha lỏng tại 30oC
(Tra bảng I.101 – T91 – Sách T1)
độ nhớt của nước tại 20oC

+

Gx=

)/3=

4,88 (kg/s)

=

.29/3600= 6,43(kg/s)
 x= 0,396
Thay phương trình của y ta có:
 ωdp=

=

=3,35(m/s)

 vận tốc làm việc trong tháp ω= (0.8÷0.9)
lưu lượng pha lỏng: Vx= 12,5 m3/s

19

ωdp= 0,8.3,35= 2,7 m/s

19


 đường

kính

tháp

đệm

chọn đường kính tháp hấp thụ là: 2400 mm

Tính chiều cao của tháp
Chiều cao làm việc của tháp được xác định theo phương pháp số đơn vị chuyển
khối:
Trong đó

Hlv : chiều cao làm việc của tháp

: số đơn vị chuyển bậc nồng độ thực tế=

(n:hiệu suất ngăn=

0,75)
hdv : chiều cao một đơn vị chuyển khối
- hdv= 200(

)1,2.
: bề mặt riêng của đệm

: vận tốc làm việc trong tháp: 2,7 m/s
=0,79 thể tích tự do của đệm, m3/m3
 hdv= 0,42 m =>

= hdv(Ntt NO2 + Ntt sO2+ Ntt H2S)= 8m

Đường ống dân khí
- Vận tốc khí trong ống khoảng 10 – 30 m/s. Chọn vận tốc ống dẫn khí vào bằng
vận tốc trong ống dẫn khí ra và vào: v=30 m/s
* ống dẫn khí vào

20

20


=

Đường kính ống dân khí vào: d=

= 0,4 m

* ống dẫn khí ra

=

- Lưu lượng khí ra Qra=

=11 m3/s
Đường ống dẫn khí ra : d=

=

= 0,4 m

- Chọn ống dẫn khí ra và vào có đường kính ống tiêu chuẩn d = 400 mm, bề dày
b = 13 mm làm bằng thép không gỉ. (Theo bảng XIII.32 trang 434 sổ tay quá
trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2) thì chiều dài đoạn ống nối (ứng với d
= 400 mm) là 150 mm.
Đường ống dẫn lỏng
*Ống dân lỏng vào
-Vận tốc chất lỏng trong ống khoảng 1 – 3 m/s.chọn vvào=1,5 m/s

= 0,02 m3/s => d= 0,13

-Lưu lượng lỏng vào: Qv=

m
*Ống dẫn lỏng ra
-Chọn vra= 1 m/s
Qra= 0,02 m3/s => d=0,15m
- Chọn đường kính tiêu chuẩn d = 150 mm bề dày b =11 mm
- Vật liệu làm nhựa PVC
- Ống dẫn lỏng được hàn vào thiết bị (Theo bảng XIII.32 trang 434 sổ tay quá
trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2) thì chiều dài đoạn ống nối là 130mm
Đáy và nắp thiết bị
21

21


Chọn đáy và nắp elip có gờ (bảng XIII.13 trang 388 STQT và TBCNHC tập2)
 hb= 600mm; h=40mm; Ft= 6,56 m2; S= 10mm
Kiểu bích
Chọn kiểu bích 1 (bảng XIII.26 trang 409)
 Dy=10 mm; Dn= 14mm; D= 75mm; D1= 35mm; Dt= 50mm
 Bu lông M10 gồm 4 cái

22

22