Thiết kế hệ thống hấp thụ khí ô nhiễm loại tháp đĩa lỗ không có ống chảy chuyền. Dung môi hấpthụ là H2O

Thiết kế hệ thống hấp thụ khí ô nhiễm loại tháp đĩa lỗ không có ống chảy chuyền. Dung môi hấp
thụ là H2O.
Hỗn hợp cần tách:

NH3 – không khí

Lưu lượng hỗn hợp khí:

8000Nm3/h

Nồng độ cấu tử trong hỗn hợp đầu (%V):

10%

Hiệu suất:

90%

Tháp làm việc ở:

25 , 1at

A. Tổng quan về NH3
I. Tính chất vật lí:
NH3 là chất khí không màu, mùi khai và xốc, nhẹ hơn không khí (D=0,76g/l)
Trong số các khí, NH3 tan được nhiều trong nước, 1l nước ở 20 hòa tan được 800l NH3. Hiện tượng tan
nhiều được giải thích do có tương tác giữa NH3 và H2O, là những chất đều có phân tử phân cực
II. Tính chất hóa học
1) Tính bazo
Nhúng hai đũa thủy tinh vào hai bình đựng HCl và NH3, sau đó đưa hai đầu đũa thủy tinh lại gần nhau sẽ
xuất hiện khói trắng, đó là những hạt nhỏ của tinh thể amoni clorua. Chất này được tạo thành do hai khí

HCl và NH3 hóa hợp với nhau:
NH3 + HCl = NH4Cl
2) Tác dụng với O2
Đốt NH3 trong oxy, nó cháy với ngọn lửa màu vàng tươi:
4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O + Q

3) Tác dụng với khí Clor
Dẫn NH3 vào bình Clor, hỗn hợp khí tự bốc cháy tạo ra ngọn lửa khói trắng:
2NH3 + Cl2 = 6HCl + N2
Khói trắng là những hạt nhỏ tinh thể NH4Cl tạo thành do HCl sau khi sinh ra hóa hợp ngay với NH3
4) Tính axit
1


NH3 còn là một axit
Li3N + 2NH3 = 3Li+ +3NH2III. Điều chế
1) Từ thiên nhiên
Trong không khí có lượng NH3 không đáng kể do quá trình phân hủy của động, thực vật
NH3 còn được tổng hợp từ N2 không khí với sự có mặt của enzim nitrogenase
Quá trình trao đổi chất trong cơ thể động vật sinh ra NH3, ngay lập tức được chuyển hóa thành Ure
2) Tổng hợp hóa học
NH3 được sản xuất bằng cách chưng cất than tạo muối amoni sau đó đem tác dụng với vôi sống.
2NH4Cl + 2CaO = CaCl2 + Ca(OH)2 + 2NH3
Trong công nghiệp, NH3 được điều chế bằng nhiều cách khác nhau từ N2 và H2, phản ứng này là phản ứng
thuận nghịch nên phải có xúc tác và điều kiện thích hợp để tăng hiệu suất
N2 + 3H2 = 2NH3
III. Ứng dụng
-Làm phân bón
-Sử dụng trong kĩ nghệ làm lạnh, kĩ nghệ điện tử
-Sử dụng trong công nghệ hàn, chế tạo thức ăn khô, y học,…

IV. Độc tính
Khi hít phải hoặc tiếp xúc trực tiếp sẽ gây khó thở, ho, cổ họng rát, mắt, môi và mũi bị phỏng,
tầm nhìn bị hạn chế. Ở nồng độ cao có thể gây ngất, thậm chí tử vong.
Nồng độ NH3 trên 100mg/m3 gây kích thích đường hô hấp rõ rệt, trị số giới hạn cho phép làm
việc trong 1h với đầy đủ phương tiện phòng hộ là 210-350mg/m3
B. Sơ đồ công nghệ

2


Chú thích: 1. Bể chứa hỗn hợp khí đầu vào
2. Quạt thổi khí
3. Bể chứa nước
4. Bơm
5. Tháp hấp thụ
6. Van xả dung dịch sau hấp thụ
7. Bể chứa dung dịch sau hấp thụ

C. Thuyết minh sơ đồ công nghệ
Hỗn hợp khí cần xử lý được quạt thổi khí đưa vào đáy tháp, trên đường dẫn khí vào tháp có lắp
van an toàn, van điều chỉnh để điều chỉnh lưu lượng phù hợp yêu cầu.
Nước từ bể chứa được bơm ly tâm bơm lên trên đỉnh tháp. Trên đường ống dẫn lỏng có van điều
chỉnh như ống dẫn khí.
Hỗn hợp khí sau khi được xử lý đi lên nắp tháp và ra ngoài qua cửa thoát khí ở nắp.
Nước hấp thụ NH3 đi qua cửa tháo lỏng ở đáy tháp rồi được đưa đến bể chứa. Dung dịch thải sẽ
tiếp tục được xử lí để đạt chuẩn trước khi thải ra môi trường.

3

Tiến hành bật quạt thổi khí trước khi bật bơm nước, tạo môi trường thoáng sạch cho phòng và
ngăn không cho dung môi tràn vào ống dẫn khí. Sau khi ngừng làm việc, phải tắt bơm nước trước 30 giây
sau đó mới tắt máy thổi khí.
D. Tháp đĩa lỗ không có ống chảy chuyền
Tháp có cấu tạo hình trụ, bên trong đặt các đĩa cách nhau một khoảng cách nhất định. Trong tháp,
hai pha lỏng và khí chuyển động ngược chiều nhau: khí đi từ dưới lên, lỏng đi từ trên xuống. Khí và lỏng
cùng chảy qua một lỗ trên đĩa, trong tháp không có hiện tượng giảm chiều cao chất lỏng trên đĩa, tất cả bề
mặt đĩa đều làm việc nên hiệu quả cao hơn. Trong những năm gần đây, loại tháp này được sử dụng thường
xuyên hơn.
Đĩa được cấu tạo bởi các ngăn và tấm phẳng, trên đĩa có nhiều lỗ tròn được bố trí đều. Lỗ có
đường kính từ 2-8mm phụ thuộc vào chất lỏng. Tiết diện tự do của đĩa được lấy bằng 10-30% diện tích
đĩa, tùy thuộc vào chất lỏng sạch (10%) hay bẩn (30%).
Tháp làm việc theo 4 chế độ thủy động:
-Chế độ thấm ướt đĩa: Ở chế độ này có vận tốc khí bé, nên khí và lỏng đi qua cùng một lỗ. Vì vậy
chúng tiếp xúc nhau trên màng chất lỏng.
-Chế độ sủi bọt: Khi tăng vận tốc khí lên đến giới hạn nào đó, trên đĩa ngoài chất lỏng còn có bọt.
-Chế độ huyền phù: Khi tăng vận tốc khí lên nữa, chất lỏng trên đĩa không còn nữa mà chỉ có bọt,
lớp bọt xoáy mạnh.
-Chế độ sóng: Vận tốc khí tăng đến giới hạn cao, thì xuất hiện các tia khí, gây chấn động, trở lực
của đĩa tăng nhanh. Nếu tiếp tục tăng vận tốc khí, sẽ có hiện tượng chất lỏng bị cuốn theo và không chảy
xuống đĩa dưới đươc.

F

Δp
D
E
C

B

A

w

Quan hệ trở lực và vận tốc khí đi trong tháp

4


Các đoạn AB, CD, DE, EF lần lượt ứng với các chế độ thủy động đã nêu. Trong thực tế, tháp làm
việc tốt nhất ở chế độ sủi bọt và chế độ huyền phù (CD, DE) nhưng tốt nhất khống chế ở gần điểm E.
*Ưu điểm: -Kết cấu khá đơn giản, trở lực tháp tương đối thấp, hiệu suất tách cao.
-Vệ sinh dễ dàng, lắp đặt tốn ít kim loại.
*Nhược điểm: -Tháp không làm việc được với chất lỏng bẩn
-Vận tốc khí lớn có thể gây nên sự lôi cuốn cơ học các giọt lỏng từ mâm dưới lên
mâm trên, làm giảm sự biến đổi nồng độ tạo nên bởi quá trình chuyển khối, làm giảm hiệu suất

Phần 2: Tính toán các số liệu ban đầu
Hỗn hợp đầu vào là hỗn hợp khí nên tỉ lệ thể tích là tỉ lệ phần mol:
yđ=0,1(kmol NH3/kmol khí)
5


⇒Nồng độ phần mol tương đối:
Yđ = = = 0,111(kmol NH3/kmol khí trơ)
Hiệu suất quá trình hấp thụ là 90%
⇒ = 0.9 ⇒ Yc = 0,1Yđ = 0,0111(kmol NH3/kmol khí trơ)
yc = = = 0,010978(kmolNH3/kmol khí)

⇒ ytb =

yd + yc 0,1 + 0, 010978
=
= 0, 055489
2
2
( kmolNH3/kmol khí)

Lưu lượng hỗn hợp khí:

Lưu lượng khí trơ:
Gtrơ = =357,143.(1- 0,1)= 321,4287(
Lượng NH3 được hấp thụ:
(kmolNH3/h)

I.

Thiết lập đường cân bằng

Phương trình đường cân bằng có dạng:

mX
1 + (1 − m) X
Ycb=
Với m = là hằng số cân bằng pha, trong đó:
Ψ: hệ số Henri(mmHg)
P : áp suất hỗn hợp khí đầu vào (mmHg)
Tra bảng IX.1( Sổ tay quá trình thiết bị công nghệ hóa chất – tập 2, trang 139), ta có: ψ NH3 (25) =
0,00223.106 mmHg

m=
⇒

Ψ 0, 00223.106
=
= 2,934
P
760
mX
1 + (1 − m) X

⇒

Ycb=

2,934 X
2,934 X
=
1 + (1 − 2,934) X 1 − 1,934 X
=
6


II.

Phương trình cân bằng vật liệu

Phương trình cân bằng vật liệu cho tháp hấp thụ
Gtrơ(Yđ – Yc) = Gx(Xc – Xđ)
Xét tại một thiết diện bất kì của tháp

Gx = Gtro

Yd − Yc
Xc − Xd

Gtrơ(Y – Yc) = Gx(X – Xđ) hay
Do Xđ = 0 nên pt trở thành:
Gtrơ( Y- Yc) = Gx. X

Gx
Gtro
⇒ Y=

.X+Yc

Giả thiết Xc= Xcb,c

Gtro

Yd − Yc
X cb,c − X d

Lượng dung môi tối thiểu: Gx min =

(kmol/h)

mX
1 + (1 − m) X
Từ phương trình đường cân bằng Ycb=

Y
m − (1 − m)Y
⇒ Xcb=

X cb, c =

Yd
m − (1 − m)Yd

⇒

0,111
= 0, 035
2,934 − (1 − 2,934).0,111
=

Gx min = Gtro

(kmolNH3/kmol nước)

Yd − Yc
0,111 − 0, 0111
= 321, 4287
= 917, 449
X cb,c
0, 035

⇒

(kmol/h)

Lượng dung môi cần thiết để hấp thụ : Gx = β. Gxmin
Thông thường β = 1,2÷1,5. Chọn β = 1,2
⇒ Gx = 1,2 x 917,449 = 1100,9988 (kmol/h)
7


Gx
1100,9988
=
= 3, 425
Gtro
321, 4287
⇒
⇒ Y = 3,425X+ 0,0111
⇒ Yđ = 3,425Xc + 0,0111
Yd − 0, 0111 0,111 − 0, 0111
=
= 0, 029
3, 425
3, 425
⇒ Xc =
(kmolNH3/kmolH2O)

⇒ xc =

Xc
0, 029
=

= 0, 0282
1 + X c 1 + 0, 029

x + xc
⇒ xtb = d
= 0, 0141
2
X
0.000
0.002
0.004
0.006
0.008
0.010
0.012
0.014
0.016
0.018
0.020
0.022
0.024
0.026
0.028
0.029

(kmolNH3/kmol dung dịch)

Y=AX+B
0.01110
0.01795

0.02480
0.03165
0.03850
0.04535
0.05220
0.05905
0.06590
0.07275
0.07960
0.08645
0.09330
0.10015
0.10700
0.11100

Y*=f(X)
0.0000
0.00589
0.01183
0.01781
0.02384
0.02992
0.03604
0.04222
0.04844
0.05472
0.06104
0.06742
0.07384
0.08032

0.08686
0.09014

Đồ thị đường cân bằng và đường làm việc trên cùng một hệ trục tọa độ

Yđ

8

Yc

Xc


Phần 3: Thiết bị chính
I.

Tính toán đường kính tháp

Đường kính thiết bị được tính theo công thức:

D=

4Vtb
π .3600.ωtb
(m)

Với Vtb: Lưu lượng trung bình của pha khí (m3/h)

ωtb

: Vận tốc trung bình pha khí (m/s)
•

Tính Vtb:

Vtb =

Vd + Vc
2
(m3/h)

Vd =

Gy .R.T
P

=

8000 0, 082.298
.
= 8727,143(m3 / h)
22, 4
1

Với

Vc = Vd (1 − yd .η) = 8727,143(1 − 0,1.0,9) = 7941, 7( m3 / h)

9

⇒ Vtb =

8727,143 + 7941, 7
= 8334, 4215( m3 / h)
2

ωtb
•

Tính

:

Chế độ làm việc thích hợp của tháp nằm trong giới hạn của vận tốc khí ở giới hạn dưới và giới hạn trên.
Vận tốc bắt đầu chế độ sủi bọt được gọi là giới hạn dưới, được xác định theo công thức:
y =2,95.e-4x
Vận tốc giới hạn trên được tính theo công thức:
y =10.e-4x
0,16

ω2 .ρy ,tb

 µ x ,tb 
y=

÷
g .dtd .Ftd .ρx ,tb  µ n 

trong đó

G
x =  x ,tb
 G y ,tb


1/4


÷
÷


 ρy ,tb

 ρx ,tb

1/8


÷
÷


Ftd
: mặt cắt tự do(thường chọn từ 20-30% mặt cắt tháp)

dtd
: đường kính tương đương lỗ(m)

ρ

: khối lượng riêng(kg/m3)

µ x ,tb
µn

: độ nhớt trung bình pha lỏng(N.m2/s)
: độ nhớt nước ở 20(N.m2/s)

Gx ,tb Gy ,tb
,

: lưu lượng trung bình 2 pha(kg/h)

-Đối với pha lỏng:
+) Tính khối lượng riêng trung bình:

aNH3 1 − aNH 3
1
=
+
ρx ,tb ρNH 3
ρH 2O

10


aNH3 =

M NH3 .xtb
M NH3 .xtb + M H 2O .(1 − xtb )

=

17.0, 0141
= 0, 0133
17.0, 0141 + 18.0, 9859

Tra bảng I.2-Sổ tay quá trình thiết bị tập 1: ρNH3(20°C)=610(kg/m3)
ρNH3(40°C)=580(kg/m3)
nội suy ρNH3(25°C)=602,5(kg/m3)
Tra bảng I.5- Sổ tay quá trình thiết bị tập 1: ρH2O(25°C)=997,08(kg/m3)

ρx ,tb = 988, 4702( kg / m3 )
Thay vào phương trình trên ta được
+)Tính độ nhớt trung bình:

log µ x ,tb = xtb .log µ NH 3 + (1 − xtb ).log µ H 2O

µ NH3
(200C)= 0,226.10-3 Ns/m2

Tra bảng I.101-Sổ tay quá trình thiết bị tập 1 :

µ NH3
(300C)= 0,217.10-3 Ns/m2

µ NH3
(250C) =0,2215.10-3Ns/m2

Nội suy

µ H 2O
(250C)= 0,8937.10-3Ns/m2

Tra bảng I.102-Sổ tay quá trình thiết bị tập 1:

⇒ log µ x ,tb = −3, 057 ⇒ µ x ,tb = 8, 765.10−4 ( N .s / m 2 )
Thay vào phương trình trên
+)Tính lưu lượng trung bình:

Gx ,tb =

Gx ,d + Gx ,c
2

= Gx , d +

= 1100,9388 +

GNH 3hapthu
2

32,143
= 1117, 0103(kmol / h)
2
=20090,4356(kg/h)

11

-Đối với pha khí:
+)Tính khối lượng riêng trung bình:

M y ,tb .273

ρ y ,tb

22, 4.T

=

[ ytb .M NH3 + (1 − ytb ).M kk ].273
22, 4.T

=

(0, 055489.17 + 0,9445.29).273
22, 4.(25 + 273)

=
=1,1588(kg/m3)
+)Tính lưu lượng trung bình:

Gy ,tb =

Gy , d + G y ,c
2

= Gy ,d −

GNH3hapthu
2

=357,143-(kmol/h)=9663,9649(kg/h)
*Chọn Ftd=
dtd=5mm

⇒

ω y ,tren = 10.e

1/8 
 G 1/4  ρ
y ,tb  
x ,tb
−4 
÷ 
÷

÷

÷
 G y ,tb

  ρ x ,tb  


0,16

 µ 
. n ÷
µ ÷
 x ,tb 

.

ρ x ,tb
.g .dtd .Ftd2
ρ y ,tb

vận tốc giới hạn trên

= 10.e

 20090,4356 1/4  1,1588 1/8 
−4 
÷ 
÷ 
9663,9649   988,4702  



0,16

 1, 005.10−3 
.
−4 ÷
 8, 765.10 

.

988, 4702
.9,8.5.10 −3.0, 2 2
1,1588
=1,4713(m/s)

Tốc độ trung bình của khí đi trong tháp thường lấy bằng (0,8-0,9) vận tốc giới hạn trên.

ω y ,tb = 0,8ω y ,tren = 1,1771(m / s)
Chọn

⇒

D=

4Vtb
4.8334, 4215
=
= 1,58(m)
π .3600.ω y ,tb
π .3600.1,1771

Đường kính tháp:

Làm tròn theo quy chuẩn, lấy D=1,6m

12

II. Tính toán số lỗ trên một đĩa
Chọn dtđ=5 mm=5.10-3 m

flo =

⇒

π .dt2d π .25.10−6
=
 =1 ,96.10−5 (m 2 )
4
4

Diện tích lỗ

f dia =

π .D 2 π .2,56
=
= 2, 01( m  2 )
4
4

Tiết diện của tháp

Có Ftd=0,2

⇒

⇒

Σ flo = 0, 2. f dia = 0, 2.2, 01 = 0, 402( m 2 )
Tổng diện tích của lỗ

n=

Σ flo
flo

 =

0, 402
 = 20510 
1,96.10−5

Số lỗ trên đĩa

(lỗ)

III. Tính chiều cao tháp
Tính chiều cao tháp theo công thức
H = h.(Ntt -1)+ (0,8 :1)

(m)

Trong đó : Ntt :số đĩa thưc tế

h :khoảng cách giữa các đĩa (m)
(0,8 :1) :Khoảng cách cho phép ở đỉnh và đáy thiết bị (m)

Tính số đĩa lí thuyết theo phương pháp vẽ đường cong động học

BC =

e

AC
Cy

my T

Cy =

13


m yT =

K y .F
GY
=Số đơn vị chuyển khối mỗi đĩa trong pha hơi

Ky : Hệ số chuyển khối ;

F

: Diên tích làm việc ( m2 ) ;

Gy : lượng hơi trung bình đi trong tháp ;

Ky =

1
1
m
+
βx β y

Trong đó :

m
: Hệ số phân bố vật chất phụ thuộc nhiệt độ, áp suất, nồng
độ các pha

βx,βy :
Hệ số cấp khối trong pha lỏng và pha khí ( kmol/m2.s)

Đường cân bằng có dạng gần giống đường thẳng y=3,070x

Suy ra giá trị tan của góc nghiêng của đường cân bằng: m=3,070

βy
*Tính

:

β y = 3, 03.10 −4.ω0,76
y .∆Px (

kmol

)
kmol
2
m .s.
kmol

ωy
Trong đó:

: Tốc độ khí tính cho mặt cắt tự do của tháp(m/s)

ω y = 5ω y ,tb = 5.1,1771 = 5,8855( m / s )
Do đã chọn Ftd=0,2 suy ra
14


∆Px
: Sức cản thủy lực của lớp chất lỏng trên đĩa (N/m 2)

∆Px = ∆Pσ + ∆Ptt
với :

∆Pσ =

4σ
dtd
= Trở lực của đĩa do sức căng bề mặt (N/m2)

σ

: Sức căng bề mặt của hỗn hợp (N/m2)

dtd
: Đường kính tương đương lấy bằng đường kính lỗ

∆Ptt = ρb .g.hb
=Trở lực thủy tĩnh của lớp chất lỏng trên đĩa (N/m2)

ρb
: Khối lượng riêng của bọt (kg/m3)

hb
: Chiều cao bọt (m)
- Tính sức căng bề mặt của hỗn hợp:

σ NH3 .σ H 2O
1
1
1
=
+
⇒σ =
σ σ NH3 σ H 2O
σ NH3 + σ H 2O
Tra bảng I.242-Sổ tay quá trình thiết bị tập 1

σ NH 3
(200C) = 21,2. 10-3 (N/m2)

σ NH 3

(400C) = 16,8 .10-3 (N/ m2)

σ NH 3
Nội suy

(250C) = 20,1.10-3 ( N/m )

Tra bảng I.243-Sổ tay quá trình thiết bị tập 1

15


σ H 2O
(250C) = 71,96.10-3 (N/m2)

⇒σ =

20,1.71,96.10 −6
= 15,71.10 −3
−3
(20,1 + 71,96).10
(N/m2)

- Tính chiều cao lớp bọt:

 ω2y
hb = 4.d td . 
 g .d
td


0,2

0,2

2


−3  5,8855
= 4.5.10 
= 0, 0743( m)
÷
−3 ÷
÷
 9,8.5.10 


-Tính khối lượng riêng lớp bọt:

G
ρb = 0, 43.  x ,tb
G
 y ,tb
M y ,tb
µ y ,tb

=

0,325


÷
÷


ytb .M NH 3
µ NH 3

0,18

 ρy ,tb 

÷
÷
ρ
x
,
tb



+

0,036

 µ x,tb 

÷
÷
µ

y
,
tb



.ρx ,tb ( kg / m3 )

(1 − ytb ).M kk
µ kk

Ta có
Tra đồ thị I.35-Sổ tay quá trình thiết bị tập 1:

µ NH 3
=0,0104.10-3(N.s/m2) ở 25°C, 1at

µ kk
=0,018.10-3(N.s/m2) ở 25°C, 1at

M y ,tb
µ y ,tb

=

0, 055489.17 (1 − 0, 055489).29
+
= 1612154, 449
0,01043.10−3
0, 018.10−3

⇒ µ y ,tb = 1, 7572.10 −5 ( N .s / m 2 )
0,325

 20090, 4356 
⇒ ρb = 0, 43. 
÷
 9663,9649 

0,18

 1,1588 
 988, 4702 ÷



0,036

 8, 765.10 −4 

−5 ÷
 1, 7572.10 

.988, 4702

=653,749(kg/m3)
Thay vào phương trình tính trở lực:

16

∆Pσ =

4σ 4.15, 71.10 −3
=
= 12,568( N / m2 )
d td
5.10−3

∆Ptt = ρb .g.hb = 653, 749.9,8.0, 0743 = 476, 021( N / m 2 )

⇒

Sức cản thủy lực của lớp chất lỏng trên đĩa:

∆Px = ∆Pσ + ∆Ptt = 12,568 + 476, 021 = 488,589( N / m2 )
βy
Thay vào phương trình tính

:

β y = 3,03.10−4.ω0,76
y .∆Px
= 3, 03.10−4.5,8855.488,589 = 0,5694(

kmol
)
kmol
2
m .s.

kmol

βx
*Tính

:

βx =

33, 7.10−4.∆Px 33, 7.10−4.488,589
kmol
=
= 0,149(
)
kmol
1,95.ω y − 0, 41 1,95.5,8855 − 0, 41
2
m .s.
kmol

*Tính hệ số chuyển khối Ky:

Ky =

1
1 m
+
β y βx

=

1
1
3, 07
+
0,5694 0,149

= 0, 0447

*Tính số đơn vị chuyển khối mỗi đĩa:

m yT =

K y .F
Gy

=

π .D 2
4 = 0,906
357,143
3600

0, 0447.

17


e

m yT

=e0,906=2,47

Suy ra Cy =

⇒ BC =

AC AC
=
C y 2, 47

Với A thuôc đường làm việc, C thuộc đường cân bằng.
Vẽ đường cong phụ đi qua các điểm B1, B2, B3 ….Bn
X
0
0.002
0.004
0.006
0.008
0.01
0.012
0.014
0.016
0.018
0.02
0.022
0.024
0.026
0.028

0.029

Y
0.0111
0.01795
0.0248
0.03165
0.0385
0.04535
0.0522
0.05905
0.0659
0.07275
0.0796
0.08645
0.0933
0.10015
0.107
0.110425

Y*
0
0.005891
0.011827
0.017811
0.023841
0.029919
0.036045
0.042219
0.048443

0.054717
0.061041
0.067416
0.073844
0.080323
0.086855
0.090142

Động học
0.004494
0.010773
0.01708
0.023414
0.029776
0.036166
0.042585
0.049033
0.055511
0.062018
0.068555
0.075122
0.081721
0.08835
0.095011
0.098354

Đồ thị đường cong động học

Từ đồ thị ta thấy số đĩa thực tế là 10
Khoảng cách giữa các đĩa h=0,42m, chiều cao cho phép ở đỉnh và đáy thiết bị làm việc là 0,87m,

⇒

⇒ H lamviec  = h. ( N tt − 1) + 1=0,42.(10-1)+0,87=4,65(m)
Chiều cao làm việc của tháp
IV.

(*)

Xác định trở lực tháp

Trong quá trính tính toán chiều cao thiết bị, ta xác định được:

18


∆Pσ = 12,568( N / m 2 )
∆Ptt = 476, 021( N / m 2 )

Và trở lực đĩa khô:
2

4000.Ftd .dlo .σ  ω0 .ρy
2
∆Pk = ( 1 − Ftd ) + ξ p +
( N / m2 )
.
0,2
Re
.

d
2


y
td

Ftd
Trong đó:

=0,2

ξp

Ftd
: Hệ số trở lực, khi

σ

: Chiều dày đĩa, chọn

=0,2 lấy bằng 0,6

σ

=5.10-3m

Re
: Chuẩn số Reynolds của khí

Re =

ω0 .dtd .ρy
µy

ω0
: Tốc độ khí đi qua lỗ(m/s)

ρy
: Khối lượng riêng của khí(kg/m3)

µy
: Độ nhớt của khí(N.s/m2)

Re =

ω0 .dtd .ρy
µy

5,8855.5.10−3.1,1588
=
= 1940,62
1,7572.10−5

2

4000.Ftd .dlo .σ  ω0 .ρy
2
 ∆Pk = ( 1 − Ftd ) + ξ p +
.

0,2
Re
.
d

 2
y
td

⇒

19



4000.0, 2.5.10 −3.5.10 −3  5,88552.1,1588
2
= ( 1 − 0, 2 ) + 0, 6 +
= 42,55( N / m 2 )
.
0,2
−3
1940,
62
.5.10
2


Trở lực một đĩa:

∆Pd =  ∆Pk +  ∆Pσ +  ∆Ptt = 42,55 + 12,568 + 476,021 = 531,139( N / m 2 )
Trở lực toàn tháp:

∆P = Ntt .∆Pd = 10.∆Pd = 5311,39( N / m 2 )

I.

Tính toán bơm

Phần 3: Tính toán thiết bị phụ

Ta lực chọn bơm ly tâm vì các ưu điểm:
-Chất lỏng được cung cấp đều,
-Quay nhanh, có thể kết nối với động cơ,
-Thiết bị làm việc đơn giản,
-Có thể bơm chất lỏng không sạch,
-Không có supap nên ít bị tắc và hư hỏng.
Bơm ly tâm được phân loại theo nhiều cách khác nhau như theo số bậc, theo cách đặt bơm, theo điều kiện
vận chuyển của chất lỏng từ guồng ra thân bơm và theo 1 số đặc trưng khác.
Nguyên tắc hoạt động: Bơm ly tâm làm việc theo nguyên tắc ly tâm. Chất lỏng được hút và đẩy cũng như
nhận thêm năng lượng là nhờ tác dụng của lực ly tâm khi cánh guồng quay. Bộ phận chính của bơm là
cánh guồng trên có gắn những cánh có hình dạng nhất định, bánh guồng được đặt trong thân bơm và quay
với tốc độ lớn. Chất lỏng theo ống hút vào tâm guồng theo phương thẳng góc rồi vào rãnh giữa các guồng
và cùng chuyển động với guồng. Dưới tác dụng của lực ly tâm, áp suất của chất lỏng tăng lên và văng ra
vào thân bơm, vào ống đẩy theo phương tiếp tuyến. Khi đó ở tâm guồng tạo nên áp suất thấp. Nhờ áp lực
mặt thoáng bể chứa, chất lỏng dâng lên trong ống hút vào bơm. Khi guồng quay chất lỏng được hút liên
tục, do đó chất lỏng được chuyển động đều đặn. Đầu ống hút có lắp lưới lọc để ngăn không cho rác và vật
20

rắn theo chất lỏng vào bơm gây tắc bơm và đường ống. Trên ống hút có van một chiều giữ cho chất lỏng
trên đường

N=

Q.ρ.g.H
1000.η

Công suất yêu cầu trên trục bơm:

(kW)

Q
: Năng suất bơm (m3/s)

Trong đó:

ρ
: Khối lượng riêng (kg/m3)

H

: Áp suất toàn phần (m)

η
: Hiệu suất chung của bơm

η = η0 .ηtl .ηck
η0
: Hiệu suất tính đến hao hụt chất lỏng chảy từ nơi áp suất cao đến nơi áp suất thấp và chất lỏng rò rỉ

trong bơm

ηtl
: Hiệu suất thủy lực

ηck
: Hiệu suất cơ khí tính đến ma sát cơ khí
Dựa vào bảng II.32- Sổ tay quá trình thiết bị tập 1; đối với máy bơm li tâm ta chọn

η0 = 0,85
ηtl = 0,8
ηck = 0,92

Q=

Gx .M H 2O
ρH 2O .3600

⇒ η = 0, 6256

( m3 / s )

Năng suất bơm:

21


=

H=

1100,9988.18
= 5,52.10−3 (m3 / s)
997, 08.3600

p2 − p1
+ H 0 + hm (m)
ρ.g

Áp suất toàn phần:

p1 p2
Trong đó:

: Áp suất chất lỏng trong không gian đẩy, hút (N/m2)

,

H0

H0
: Chiều cao nâng chất lỏng, chọn

=6m

hm
: áp suất tiêu tốn để thắng toàn bộ trở lực trên ống hút và đẩy(m)

hm =

Với

∆P

∆P
( m)
ρ.g

: Áp suất toàn phần cần thiết để khắc phục tất cả sức cản thủy lực trong hệ thống

∆P = ∆Pd + ∆Pm + ∆PH + ∆Pt + ∆Pk + ∆Pc

∆Pd =

ρ.ω2
2
: Áp suất động lực học, cần thiết để tạo tốc độ cho dòng chảy (N/m 2)

+)
Chọn

ω

=2m/s ở cả ống hút và ống đẩy

∆Pd =

∆Pm = λ.

ρ.ω2 997, 08.22

=
= 1994,16( N / m 2 )
2
2

L ρ.ω2
.
dtd 2
: Áp suất để khắc phục trở lực do ma sát khi dòng chảy ổn định (N/m 2)

+)

λ

: Hệ số ma sát

22


L

: Chiều dài ống dẫn (m)

dtd
: Đường kính tương đương của ống (m)

d td = d =

V
5,52.10−3

=
= 0, 059(m)
0, 785.ω
0, 785.2

Chọn d=0,07m
Chuẩn số Re của chất lỏng trong ống:

Re =

ω.dtd .ρH 2O
µ H 2O

=

2.0, 07.997, 08
= 156194 >> 4000
0,8937.10−3

Chế độ chảy trong ống là chế độ chảy xoáy

⇒λ

tính theo công thức:

 6,81 0,9 ∆ 
1
= −2 log 

÷ +

3, 7 
λ
 Re 
ε

∆=
với

ε
dtd
: độ nhám tương đối

: độ nhám tuyệt đối (m)

Tra bảng II.15- Sổ tay quá trình thiết bị tập 1, chọn loại ống thép mới không hàn,

⇒∆=

ε

=0,1.10-3 (m)

ε 0,1.10−3
=
= 1, 667.10 −3
dtd
0, 06

⇒ λ = 0,154 ⇒ λ = 0, 024
Chọn L=10m

⇒ ∆Pm = λ.

L ρ.ω2
10 997, 08.22
.
= 0, 024.
.
= 6837,12( N / m 2 )
dtd 2
0, 07
2

23


∆PH = ρ.g.H
: Áp suất cần thiết để nâng chất lỏng lên cao khắc phục áp suất thủy tĩnh (N/m 2)

+)

H

: Chiều cao nâng chất lỏng hoặc cột chất lỏng (m)

Chọn

H

=6m

⇒ ∆PH = ρ.g.H = 997, 08.9,8.6 = 58628,304( N / m 2 )

∆Pc = ξ.

ρ.ω2
2
: Áp suất cần để khắc phục trở lực cục bộ (N/m 2)

+)

ξ
: Hệ số trở lực cục bộ
Đầu vào của ống dẫn có lắp lưới chắn đan bằng kim loại để loại bỏ chất rắn tồn tại trong dung môi có thể
gây tắc ống

ξ = 1+ ξc = 1 + ξ0 .α
F0
= 0, 4
FT
Chọn

F0
với

:Tổng bề mặt của lỗ lưới

FT
:Bề mặt cắt ngang của ống, m2

⇒ ξ0 = 3

Re' =

ω0 .δtb ω0 .δtb
=
ν
µ/ρ
với

δtb

δtb
=đường kính trung bình của dây đan lưới, chọn

=0,5.10-3m

ω0
=tốc độ trung bình của khí đi qua lỗ lưới

24


ω0 =

10
.ω = 5
4
m/s

ω0 .δtb
5.5.10−3
⇒ Re' =
=
= 2789,19 >> 400
µ / ρ 0,8937.10 −3
997, 08

⇒α

=1

⇒ ξ = 1 + ξ0 .α = 1+ 3.1 = 4
ξ
Trên ống dẫn lắp 1 van tiêu chuẩn, với d=60mm,

=4,45

ξC
Trở lực cục bộ tại đầu ống từ bể chứa vào ống,

⇒

=0,5

Hệ số trở lực cục bộ trên toàn đường ống = 4,45+4+0,5=8,95

ρ.ω2
997, 08.22
⇒ ∆Pc = ξ.

= 8,95.
= 17847, 732( N / m 2 )
2
2
∆Pt
+)

∆Pt
: Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực trong thiết bị, coi

∆Pk
+)

=0

∆Pk = 0
: Áp suất bổ sung ở cuối ống dẫn, coi

∆P = ∆Pđ + ∆Pm + ∆PH + ∆Pt + ∆Pk + ∆Pc
Vậy

= 1994,16 + 6837,12 + 58628,304 + 17847, 732 = 85307,316
(N/m2)

⇒ hm =

∆P 85307,316
=
= 8, 73(m)
ρ .g 9,8.997, 08

Áp suất toàn phần của bơm

25