do an tháp hấp thụ CO2

Đồ án môn học

thiết kế tháp hấp thụ
MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, khái niệm “ ô nhiễm môi trường ” được
nhắc đến một cách thường xuyên trên các phương tiện thông tin đại
chúng, trong các hội thảo, hội nghị…Người ta đang dần quan tâm hơn
đến môi trường và không thể thờ ơ trước hiện trạng môi trường đang
ngày càng xuống dốc nghiêm trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến chính sự
sinh tồn của họ.
Môi trường công nghiệp – nơi mà hoạt động của con người diễn ra
một cách mãnh liệt tạo ra của cải phục vụ cho xã hội loài người –
đang ngày càng ô nhiễm trầm trọng gây ra bởi chính quá trình hoạt
động đó. Thực tế đòi hỏi chúng ta phải quan tâm và đầu tư vào việc
quản lý, kiểm soát các quá trình sản xuất để giảm thiểu, hạn chế ô
nhiễm môi trường do các hoạt động sản xuất gây ra. Bên cạnh đó, một
công việc hết sức quan trọng đó là, nghiên cứu để tìm ra những biện
phá, công nghệ nhằm xử lý các chất gây ô nhiễm, độc hại với môi
trường sống. Bởi một thực tế không tránh khỏi là tất cả hoạt động
sống của con người nó chung mà đặc biệt là hoạt động công nghiệp
luôn tạo ra chất thải. Những chất thải này chính là nguyên nhân chính
làm ô nhiễm môi trường của chúng ta.Thực tế cũng cho thấy rằng, các
nước càng phát triển, khoa học và công nghệ càng tiên tiến thì ô
nhiễm môi trường càng trở nên nghiêm trọng. Nền công nghiệp ở Việt
Nam tuy chưa phát triển mạnh mẽ nhưng do nhiều nguyên nhân khác
nhau mà ô nhiễm do các hoạt động sản xuất công nghiệp đang là vấn
đề rất cần được chúng ta quan tâm, đặc biệt là ô nhiễm môi trường
khí.
CO2 là loại khí sinh ra trong quá trình đốt nhiên liệu, và cùng với sự
phát triển của công nghiệp và giao thông thì sự phát thải CO 2 cũng

càng ngày càng tăng lên. Vì vậy việc xử lý khí thải trước khi thải ra
môi trường là vô cùng cần thiết. Và các nhà máy xí nghiệp đã có thêm
sự lựa chọn trong việc xử lý đó là thiết bị hấp thụ tháp đệm.

Đinh thị Hồng_ CNMT K49

1


Đồ án môn học

thiết kế tháp hấp thụ

Hấp thụ là quá trình hút khí bằng chất lỏng, khí được hấp thụ
gọi là chất bị hấp thụ, chất lỏng dùng để hút khí gọi là chất hấp thụ
(dung môi), khí không bị hấp thụ gọi là khí trơ. Bản chất của quá
trình hấp thụ là khí hoà tan vào trong lỏng tạo thành hỗn hợp hai cấu
tử gồm hai thành phần và hai pha. Hệ thống như vậy theo định luật
cân bằng pha (ϕ = 2, k = 2, → C = 2-2+2 = 2) được coi như hỗn hợp
lỏng có hai thành phần. Cân bằng pha được xác định bởi P, T, C. Nếu
T = const thì độ hoà tan của khí phụ thuộc vào P theo định luật Henry:
ycb = m.x
+ Với khí lý tưởng, m = const → quan hệ ycb = f(x) là đường thẳng.
+ Với khí thực, m phụ thuộc vào x → đường cân bằng là đường cong.
Hệ số cân bằng m = Ψ/P
Ψ: Hệ số Henry, có thứ nguyên của P
Trước khi bắt tay vào việc thiết kế một thiết bị hay hệ thống
hấp thụ ta cần xét qua các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ
sau:
* Lượng dung môi:

Theo phương trình chuyển khối, lượng khí bị hấp thụ được tính theo
công thức:
A1 A2 A3
A
G = ky.F.∆Ytb
Trong điều kiện nhất định, G là
lượng không đổi và có thể coi ky
cũng không đổi. Do đó bề mặt tiếp
xúc F chỉ thay đổi tương ứng với
sự thay đổi của ∆Ytb sao cho
F.∆Ytb là không đổi.

4

B
Yc
X
đ

Đinh thị Hồng_ CNMT K49

2


Đồ án môn học

thiết kế tháp hấp thụ

Từ đồ thị suy ra khi Xđ , Yđ , Yc cố định thì nồng độ cuối của dung
môi được quyết định bởi động lực trung bình ∆Ytb , tức là điểm cuối

của đường làm việc AB (điểm này chỉ được dịch chuyển từ A 1 → A4).
Đường làm việc BA4 cắt đường cân bằng, lúc này ∆Ytb là nhỏ nhất.
Đường AB gần song song với trục tung nên ∆Ytb là lớn nhất.
Vì F.∆Ytb không đổi nên ứng với BA4 có F lớn nhất, ứng với BA1 có F
bé nhất. Tương tự tại A4 có Xc lớn nhất còn tại A1 có Xc bé nhất.
Dựa vào phương trình nồng độ làm việc
Y = A.X + B
với: A = tangα =

G
Gx
; B = Yc - x
Gtr
Gtr

Suy ra ứng với BA4 có A4 = Gx/Gtr bé nhất (lượng dung môi bé nhất),
còn ứng với BA1 thì A = Gx/Gtr là lớn nhất nên lượng dung môi cần
thiết là lớn nhất do Gtr không đổi.
Do đó, nếu chọn lượng dung môi ít nhất, ta thu được X c lớn nhất
nhưng thiết bị phải rất lớn (rất cao), ngược lại, nếu chọn lượng dung
môi lớn nhất thì thiết bị bé nhưng dung dịch thu được lại loãng vì X c
bé. Vậy nên, khi chọn điều kiện làm việc ta phải dựa vào chỉ tiêu kinh
tế, kỹ thuật.
t3

t2

P3

Y

Y

t1
A

A

B

P2

B

t1 < t 2 < t 3

P1

X

Đinh thị Hồng_ CNMT K49

X

P1 > P 2 > P 3
3


Đồ án môn học

thiết kế tháp hấp thụ

* Nhiệt độ và áp suất:
Nhiệt độ T và áp suất P là hai yếu tố ảnh hưởng quan trọng lên
quá trình hấp thụ, mà chủ yếu ảnh hưởng lên trạng thái cân bằng và
động lực của quá trình.
Từ phương trình Henry ta thấy, khi nhiệt độ tăng thì hệ số
Henry tăng nên đường cân bằng dịch chuyển về trục tung. Suy ra, nếu
đường làm việc AB không đổi thì ∆Ytb giảm, do đó cường độ chuyển
khối giảm theo. Nếu cứ tiếp tục tăng nhiệt độ, ví dụ đến t s thì không
những ∆Ytb giảm mà ngay cả quá trình cũng không thực hiện được(vì
đường cân bằng và đường là việc cắt nhau, nên không thể đạt được
nồng độ cuối Xc). Đó là ảnh hưởng xấu của việc tăng nhiệt độ. Tuy
nhiên khi T tăng thì độ nhớt của dung môi giảm nên vận tốc khí tăng,
cường độ chuyển khối cũng tăng theo.
Trong trường hợp tăng áp suất, ta thấy hệ số cân bằng m giảm
nên đường cân bằng dịch chuyển dần về trục hoành do đó ∆Ytb tăng
lên, quá trình chuyển khối tốt hơn. Nhưng tăng P thì T tăng, điều này
gây ảnh hưởng xấu đến quá trình hấp thụ. Mặt khác, P tăng gây khó
khăn về mặt thiết bị. Do vậy, quá trình hấp thụ chỉ được thực hiện ở
áp suất cao đối với khí khó hoà tan.
Các loại tháp hấp thụ:
Thiết bị loại bề mặt: đơn giản, bề mặt tiếp xúc bé nên chỉ dùng khi
chất khí dễ hoà tan trong lỏng.
Thiét bị loại màng: Có loại ống, loại tấm.
Thiết bị loại phun: không phù hợp với khí khó hoà tan.
Thiết bị loại đệm: bề mặt tiếp xúc pha lớn, hiệu suất cao nhưng khó
làm ướt đều đệm.
Thiết bị loại đĩa .

Đinh thị Hồng_ CNMT K49

4


Đồ án môn học

thiết kế tháp hấp thụ

Sơ đồ hệ thống:

3

5

2

4
1
1.
2.
3.
4.
5.

Bể chứa dung môi
Bơm chất lỏng
Tháp hấp thụ
Máy nén khí
Van an toàn

I. Tra và tính số liệu:

Đinh thị Hồng_ CNMT K49

5


Đồ án môn học

thiết kế tháp hấp thụ

* Lập phương trình đường cân bằng:
Theo định luật Henry:
ycb = mx,
Chuyển sang nồng độ phần mol tương đối ta được:
Y=

mX
1 − (1 − m) X

Hệ số cân bằng: m = Ψ/P,
Ψ(CO2, 25oC) = 1,24. 104 mmHg [ IV – 139 ], P = 1 at = 760 mmHg

→ m=

1,24.10 4
= 16,316
760

Vậy phương trình đường cân bằng là:

Y=

1631,579. X
1 − 1630,579. X

Lưu lượng khí thải vào tháp là 10000 m3/h,
Coi hỗn hợp khí vào tháp là khí lý tưởng nên tuân theo phương trình
trạng thái:
PV = nRT, ở điều kiện tiêu chuẩn ta có PoVo = nRTo
PV T

O O
→ V = PT
O

đổi sang đơn vị kmol/h được:

Gyđ = n =

1.10000
PV
= 0,082.298 = 409,232
RT

Đinh thị Hồng_ CNMT K49

(kmol/h)

6

Đồ án môn học

thiết kế tháp hấp thụ

Nồng độ khí thải vào tháp là Yđ= 0,01 kmol/kmol trơ
yđ = 0,01 kmol/kmol
Lượng khí trơ được tính theo công thức:
Gtr = Gyđ(1 - yđ) = 409,232(1 – 0,01) = 405,14 (kmol/h)
Nồng độ cuối của khí ra khỏi tháp là:
Yc = Yđ(1 - η) = 0,01(1 – 0,9) = 0,001 (kmol/kmol khí trơ)
Lượng CO2 được hấp thụ là:
GCO2 = η(Gyđ – Gtr) = 0,9.(409,232 – 405,14) = 3,683 (kmol/h)
Từ phương trình đường cân bằng ta xác định được nồng độ cuối của
dung môi đạt đến cân bằng (ứng với nồng độ đầu của khí) là:
16,316.X cb = (1 – 15,316.Xcb). 0,01
→ Xcb = 6,0684.10-4 (kmol/kmol khí trơ)
Lượng dung môi tối thiểu tiêu tốn:
Gx min =

Gtr .(Yd − Yc )
405,14.(0,01 − 0,001)
= 6543,9 kmol/h
=
X cb − X d
6,0684.10 −4 − 0

Lượng dung môi tiêu tốn: Gx = β.Gx min , β = 1,2 ÷ 1,5, chọn β = 1,2
→ Gxđ= 1,2 . 6543,9= 7852,68 (kmol/h)
Phương trình cân bằng vật liêu viết cho toàn tháp:

Gtr(Yđ – Yc) = Gx(Xc- Xđ) = Gx . Xc
Suy ra nồng độ cuối của khí trong pha lỏng:

Đinh thị Hồng_ CNMT K49

7


Đồ án môn học

Xc =

thiết kế tháp hấp thụ

Gtr (Yd − Yc )
405,14(0,01 − 0,001)
= 4,643.10 − 4 (kmol/kmol khí trơ)
=
Gx
7852,68

* Lập phương trình đường nồng độ làm việc của quá trình hấp thụ:
Phương trình cân bằng vật liệu viết cho một đoạn tháp tại một mặt cắt
bất kỳ lên đỉnh tháp:
Gtr(Y – Yc) = Gx(X - Xđ) , Xa = 0
Gx

→ Y = G . X + Yc , thay các giá trị vào ta được phương trình đường
tr
làm việc:

Y = 19,383.X + 0,001

(kmol/kmol khí trơ)

* Khối lượng riêng trung bình (kg/m3):
Đối với pha khí:
ρytb=
ytb = 0,0055; P = 1 at
Thay vào ta được:

Đinh thị Hồng_ CNMT K49

8


Đồ án môn học

ρytb =

thiết kế tháp hấp thụ

[ 0,0055.44 + (1 − 0,0055)29)].273.1
22,4.298

= 1,1894 (kg/m3)

Đối với pha lỏng:
=

+

Với:
ρxtb1 , ρxtb2 : khối lượng riêng trung bình của CO2 và của dung dịch
NaOH lấy theo nhiệt độ trung bình
Ở điều kiện P = 1 at, t = 250C ta có:
ρCO2=

= 1,832 kg/m3, ρNaOH = 1054 kg/m3

atb1 : phần khối lượng của CO2 trong pha lỏng và được tính theo công
thức:
atb1 = aCO2=

xtb. MCO2
xtb.MCO2+(1– xtb).MH2O
=

Suy ra:

4,463.10-6. 44
4,463.10-6.44+(1– 4,463.10-6).18

= 1,09. 10-5

1 1,09.10−5 1− 1,09.10−5
=
+
= 9,547.10-4
ρxtb
1,832

1054

→ ρxtb = 1047,44 kg/m3)
* Khối lượng mol trung bình:

Đinh thị Hồng_ CNMT K49

9


Đồ án môn học

thiết kế tháp hấp thụ

Đối với pha khí: Mytb = ytbMCO2 + (1 – ytb)Mkk
ytb: nồng độ phần mol trung bình của CO2 trong pha khí (kmol/kmol)
Có

Y CO2 =

Y ® + Y c 0,01+ 0,001
=
= 0,0055
2
2

Nồng độ phần mol của CO2 trong hỗn hợp khí là:

yCO2 =

Y CO2
0,0055
=
= 0,00547
1+ Y CO 1+ 0,0055
2

Mytb = 0,0055.44 + (1 – 0,0055).29 = 29,0825 (kg/kmol)
Đối với pha lỏng: Mxtb = xtbMCO2 + (1 – xtb)MH2O
xtb : là nồng độ phần mol trung bình của CO 2 trong pha lỏng
(kmol/kmol)
Có
X CO

2

X ® + X c 0 + 4,463.10−6
=
=
= 2,2315.10-6(kmol CO2/kmol H2O)
2
2

xtb =

X CO

2

1+ X CO

= 2,2315.10−6

2

→ Mx tb =2,2315.10-6.44 + (1 – 2,2315. 10-6). 19 = 19 (kg/kmol)
* Lưu lượng trung bình:
Đối với pha khí:

Vtb =
Vđ =

V® + Vc 3
m /h
2
n®RT
P

, nđ = Gyđ = 409,232 (kmol/h), R = 0,082 ,

Đinh thị Hồng_ CNMT K49

10


Đồ án môn học

thiết kế tháp hấp thụ

T = 298, P = 1 at → Vđ = 10000 (m3/h)

Vc = (1 + Yc). Vtr (m3/h)
Vtr =

ntr RT
P

,ntr = Gtr = 405,14 → Vtr = 9900 (m3/h)

→ Vc = (1 + 0,0001). 9900 = 9910 (m3/h)
→ Vtb = 9955 (m3/h)
Đối với pha lỏng:
Ltb = L tb =

L ®+ L c
2

Lđ: lưu lượng lỏng vào tháp, m3/h
Lc: lưu lỏng ra khỏi tháp, m3/h
L ®=

GX®.M x 7852,68.19
=
= 141,56 (m3/h)
ρx
1054

Lc =

Gxc.M xtb
, ρx tb = 1047,44 kg/m3

ρxtb

Lc =

7852,71.19
= 142,44
1047,44
(m3/h)

Vậy:

L tb =

141,56 + 142,44
= 142
2
(m3/h)

* Vận tốc trung bình của khí đi trong tháp:
ωtb =( 0,8- 0,9)ωs

Trong đó:

Đinh thị Hồng_ CNMT K49

11


Đồ án môn học

thiết kế tháp hấp thụ

ρytb = 1,1894 kg/m3
ρxtb = 1047,44 kg/m3
µx: độ nhớt chất lỏng
xtblogμco2+0,05.(1-xtb)logμNaOH+0,95.(1-xtb)logμH2O
xtb= 2,2315.10-6 << 1, µNaOH =1,185.10-3, µH2O =0,9.10-3 Ns/m2
thay số vào được: µx = 0,9125.10-3 Ns/m2
µn = 0,8937.10-3 Ns/m2
A = 0,022
kg/s
Gy =

= 3,3 kg/s

chọn đệm: Đệm vòng Rasiga đổ lộn xộn, đệm bằng sứ kích thước 120

бđ = 36 m2/m3
Vđ = 0,82 m3/m3
thay số vào ta được:
ωs2 =5,3235=> ωs = 2,3073m/s
ωtb = 0,9 . ωs =2,076m/s
* Độ nhớt hỗn hợp khí µk:
µk =
mtb .

M CO2

µ CO 2

Mk
(1 − mtb ) M kk
+
µ kk

Đinh thị Hồng_ CNMT K49

12


Đồ án môn học

thiết kế tháp hấp thụ

MCO2= 44 (kg/kmol); Mkk =29 (kg/kmol) My = 29 (kg/kmol)
µkk = 182.10-7 Ns/m2; µCO2,25

o

= 150.10-7 Ns/m2

C

mtb: phần thể tích trung bình của CO2 (m3/m3) = ytb = 0,0055 (m3/m3)
Suy ra:
29

µk =
0,0055.

44
(1 − 0,0055) 29 = 1,8116.10-5
+
150.10 −7
182.10 −7

(Ns/m2)

II. Đường kính tháp:
Đường kính của tháp đợc tính theo công thức sau:
D=

4.Vtb
3600.π .ω ytb

Thay các giá trị vào ta được:
D=

4.9955
= 1,3025 m
3600.3,14.2,076

Qui chuẩn D = 1,4 m
Vậy đường kính tháp là:

D = 1,4 m

IV. Chiều cao tháp:
Công thức tính chiều cao đối với tháp đệm theo phương pháp số bậc
thay đổi nồng độ:

H = Nl.htd + (0,8-1) m
Nl : số đĩa lý thuyết
htd chiều cao tương đương của 1 bậc thay đổi nồng độ
htd =

Đinh thị Hồng_ CNMT K49

13


Đồ án môn học

thiết kế tháp hấp thụ

trong đó: Vd= 0,82 m3/m3
бđ = 36 m2/m3
ωtb = 0,1966 m/s
thay số vào được:
htd = 4,098 m
P(at)
1
1
1
1
1.1
1.1
1.1
1.2

T(oC) ψ(mmHg) m

1421.05
20 1080000
3
1223.68
15
930000
4
1631.57
25 1240000
9
1855.26
30 1410000
3
1483.25
25 1240000
4
1483.25
25 1240000
4
1483.25
25 1240000
4
1359.64
25 1240000
9

1.2

20

1.2

15

1.3

25

1.3

20

1.4

15

1.5

25

V
σ dem dem
36

0.82

36

0.82

36

0.82

36

0.82

36

0.82

44

0.81

60

0.78

44

0.81

1080000 1184.211
1019.73
930000
7
1255.06
1240000

1

48

0.96

48

0.96

60

0.78

1080000 1093.117
874.060
930000
2
1087.71
1240000
9

48

0.96

60

0.78

48

0.96

Đinh thị Hồng_ CNMT K49

ωtb(m/s) D2
D(m)
0.23579
3.832
3 14.6889
0.28274 12.0404 3.469
9
9
0.19820 17.7727 4.215
4
9
0.15707 22.8027 4.775
5
8
0.20070 15.9560 3.994
2
2
0.17823 17.9671 4.238
6
8
0.14422 22.2042 4.712
5
6
16.2841 4.035

0.18027
4
0.26403 10.9312 3.306
9
7
0.31540 8.99482 2.999
7
9
0.14733 18.3920 4.288
1
7
10.0080 3.163
0.266211
8
0.20910
3.410
5 11.62929
0.22865 10.2707 3.204
2
8

14


Đồ án môn học

1.5
1.5

25

25

thiết kế tháp hấp thụ

1080000
1240000

947.368
4
1087.71
9

48
48

0.96
0.96

0.26982
9
0.22865
2

theo đồ thị ta tính được số đĩa lý thuyết là:
Nl = 5 => H= 5.4,098+1= 8,98m
Qui chuẩn

H=9m

NHẬN XÉT QUA BẢNG MÔ PHỎNG

Ảnh hưởng khi thay đổi nhiệt độ:
Nhiệt độ tăng không có lợi cho quá trình hấp thụ. Nhiệt độ tăng làm
giảm hiệu suất hấp thụ và để đạt được yêu cầu phải tăng thêm kích
thước thiết bị, tăng đường kính và chiều cao.
Ảnh hưởng của áp suất:
Áp suất có ảnh hưởng tới hiệu suất hấp thụ, làm tăng hiệu suất hấp
thụ. Nhưng nếu áp suất tăng thì chi phí kinh tế cũng tăng theo như là
phải lắp đặt thêm máy nén, chi phí năng lượng tăng do công suất hoạt
động của máy tăng rất mạnh.
Ảnh hưởng kích thước đệm:
Đệm có kích thước lớn thì đường kính giảm chiều cao tăng, do đường
kính tỷ lệ với thể tích tự do và tỷ lệ nghịch với bề mặt riêng của đệm.

Đinh thị Hồng_ CNMT K49

15

8.70341
8
10.2707
8

2.950

3.204


Đồ án môn học

thiết kế tháp hấp thụ

Mặt khác kích thước đệm tăng sẽ làm tăng trở lực, bề mặt riêng nhỏ
hạn chế sự tiếp xúc của chất lỏng với khí.

V. Trở lực của toàn tháp được xác định theo công thức:
1. Trở lực đệm khô:
Trở lực của đệm khô được xác định theo công thức sau:
(N/m2) (II.189)
Trong đó: λ’: hệ số trở lực của đệm phụ thuộc Re
λ’=

Rey =

4ρ k ω0
σ dµ k

µk: độ nhớt pha khí ở 25oC( Ns/m2)
µk = 1,8116.10-5 Ns/m2
ρk= ρytb = 1,1894 kg/m3
ωo = 0,9166 m/s
бd = 36m2/m3
thay vào:
> 40

Đinh thị Hồng_ CNMT K49

16


Đồ án môn học

thiết kế tháp hấp thụ

λ’ =

dtd =

suy ra:
N/m2
Trở lực đệm ướt:
Trở lực đệm ướt tính theo công thức:
m

L ρ
∆P = ∆Pk 1 + A   k
 G   ρl






n

 µl

 µk






c





A,m,n,c là các giá trị cho trong bảng IX.7
trước hết xác định:

A=8,4; m= 0,405; n=0,225; c= 0,015
thay số vào ta có:
1310,8 N/m2
VI. Tính toán và thiết kế thiết bị phụ

Đinh thị Hồng_ CNMT K49

17


Đồ án môn học

thiết kế tháp hấp thụ

1. Bơm chất lỏng:
Chọn bơm ly tâm để bơm chất lỏng cung cấp cho toàn bộ hệ thống
làm việc với những thông số sau:
Áp suất toàn phần do bơm tạo ra:

ΔP= ΔPđ + ΔPm +ΔPH +ΔPt +ΔPk+ ΔPc (II-53) (N/m2)
ΔPđ: Áp suất cần thiết để tạo vận tốc cho dòng chảy ra khỏi ống đẩy
(N/m2)
ΔPm: Áp suất để khắc phục trở lực ma sát trên đường ống dẫn (N/m2)
ΔPH: Áp suất để khắc phục áp suất thuỷ tĩnh (N/m2)
ΔPc: Áp suất để thắng trở lực cục bộ (N/m2)
ΔPt: Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực trong (N/m2)
ΔP: Áp suất bổ sung cuối đường ống dẫn (N/m2)
ρω 2
( N / m 2 ) ( II − 54)
2

∆Pd =

ΔPđ :

ρl,25

o

C

= 1047,44 kg/m3

ω: Tốc độ của chất lỏng trong ống , chọn bảng II-2,
ta chọn ω = 2 m/s.
→ ∆Pđ =

1047,44.2 2
= 2094,88 (N/m2)

2

Xác định đường kính tương đương của ống dẫn.
d td =

V
0,785.ω

Đinh thị Hồng_ CNMT K49

(m) ( III − 369)

18


Đồ án môn học

thiết kế tháp hấp thụ

V = Lđ = 141,557 m3/h = 0,039 (m3/s)
→

dtđ =

0, 039
= 0, 223 Qui chuẩn : dtđ = 0,3m
0,785.2

ΔPm(N/m2):
∆Pm = λ

L ρ .ω 2
d td 2

( III − 376)

Trong đó L là chiều dài toàn bộ hệ thống ống dẫn lỏng, chọn L = 10 m
λ: Hệ số ma sát phụ thuộc chuẩn số Re theo biểu thức sau::
1
λ

=

 6,81 0,9
ξ 
(
) +


-2lg  Re
d td .3,7 

Re

=

ω.d .ρ
µ

µ

= µH2O,25

o

C

; ρ = ρl,25

= 0,897.10-3

o

C

= 1047,44 m3/kg

(Ns/m2)

Thay vào ta được Re = 1167714
> 4000
→ Chất lỏng hảy
xoáy nên xác định λ theo công thức trên là phù hợp.
ξ:độ nhám tuyệt đối, chọn loại ống thép mới không hàn
→ ε = 0,06 − 0,1 mm

chọn ξ = 0,1 m m = 0,1.10-3 m
Vậy:
1
λ

 6,81 0,9 0,1.10 −3 
) +
= -2lg (

3,932.3,7 
 1167714

Đinh thị Hồng_ CNMT K49

= 1,42.

→ λ = 0,012

19


Đồ án môn học

Vậy: ∆Pm

thiết kế tháp hấp thụ

= 0,012.

10 1047,44.2 2
.
1,58
2

= 13873,6560

(N/m2)

ΔPc: Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ
∆Pc = ξ .

ω 2ρ
L ω 2ρ
= λ td .
( N / m2 )
2
d td 2

( III − 376)

Ltđ: Chiều dài đặc trưng cho trở lực cục bộ gồm 2 van và 2
khuỷu 450
ξ: Hệ số trở lực cục bộ cuả toàn bộ đường ống, ξ = Σξ i (III394)
Chọn ống thép mới tốt, ξ1=0,5
Chọn 2 van tiêu chuẩn ξ2=4,1
Hệ số trở lực khuỷu: 2 khuỷu 450 tạo thành sao cho a/b=1 → α=1
→ ξ3=0,38
→ ξ=ξ1 + 2ξ2 + 2ξ3 =0,5+ 2.4,1 + 2.0,38=9,46

Vậy:
∆Pc = 9,46.

2 2.1047,44
= 19817.56

2
(N/m2)

ΔPH = H.ρ.g (N/m2) (III-377)
H:Chiều cao từ đàu ống hút đến điểm
cao nhất, chọn chiều cao H=10 m
→ ∆PH =10.1047,44.9,81=102753,86
(N/m2)
Δ Pt =0
Δ Pk=0

Đinh thị Hồng_ CNMT K49

20


Đồ án môn học

thiết kế tháp hấp thụ

Vậy Áp suất toàn phần do bơm tạo ra là:
∆P=2094,88+13873,656+19817,86 = 33901,4 (N/m3)
b.Công suất yêu cầu trên trục bơm
N=

Q∆P
1000.η

(kW)

(III-439)

Q: Năng suất của bơm,
Q= V = Ltb = 3,923 (m3/s)
η: Hiệu suất bơm: Bao gồm 3 phần :
η0: Hiệu suất thể tích có tính đến hao hụt chất lỏng do rò rỉ, chọn η 0 =
0,9
ηtl: Hiệu suất thuỷ lực do ma sát và tạo dòng xoáy, chọn ηtl = 0,85
ηck: Hiệu suất cơ khí, ma sát ở ổ bi, ổ lót trục; chọn ηck = 0,95

Vậy : η=0,9.0,85.0,95 = 0,72675
Thay vào ta có:
→

N=

3,923.33901,4
= 183
1000.0,72675

(kw)

c.Công suất của động cơ điện
N dc =

N
(kW)
ηtr .η dc

(III-349)

Trong đó:
ηtr: Hiệu suất truyền động, chọn ηtr=0,95
ηdc: Hiệu suất của động cơ, chọn ηdc=0,85

Đinh thị Hồng_ CNMT K49

21


Đồ án môn học

→

N dc =

thiết kế tháp hấp thụ
183
= 226,63
0,95.0,85

(kw)

Trên thực tế ta phải chọn động cơ điện có công suất thực tế lớn
hơn để đề phòng khi bơm quá tải
Ncdc=β.Ndc
β: hệ số dự trữ công suất
Với Nđc = 1,5724 thì β =1,2÷1,5; chọn β = 1,5
→ Công suất thực tế của bơm:
Ncđc=1,5. 226,63=340 (kw)

2. Tính toán quạt thổi khí:
Chọn quạt ly tâm để vận chuyển khí vì quạt ly tâm có nhiều ưu điểm
như
Gọn, nhẹ, ít tốn vật liệu
Chế độ làm việc ổn định, tạo được áp suất lớn.
Tính áp suất toàn phần do quạt tạo ra:
Công thức tính:
P = ( P2 − P1 ) + ∆PH + ∆Pd +

ω 2 .ρ
+ ( ρ k − ρ ).g .H (III-544)
2

Với
P: Áp suất toàn phần do quạt tạo ra , N/m2
P1,P2: Áp suất dư không gian đẩy và hút, N/m2

Đinh thị Hồng_ CNMT K49

22


Đồ án môn học

thiết kế tháp hấp thụ

∆Ph, ∆Pđ: Áp suất mất mát trong đường ống hút và đẩy,N/m2
ρ, ρk: khối lượng riêng của khí vận chuyển và môi trường xung quanh
H: Chiều cao cần đưa khí lên(m), chọn H=1,5m

Vì tháp làm việc ở p= 1at bằng áp suất của môi trường nên (P2-P1)=0
Tính ∆Pđ= ∆P1+ ∆P2
∆P1: Trở lực ma sát ở ống đẩy, N/m2
∆P2: Trở lực ma sát cục bộ ở ống đẩy, N/m2
L ρ .ω 2
∆P1 = λ
d td 2

(III-464)

trong đó:
λ : Hệ số ma sát
L: Chiều dài đường ống đẩy, chọn L=5 m
dtđ: Đường kính tương đương của ống, chọn đường kính ống
d tđ = 0,4 m
ρ: Khối lượng riêng của hỗn hợp khí ban đầu = ρytb = 1,1894 kg/m3
ω: vận tốc dòng khí đi trong ống ,m/s
ω=

Vd
V
10000
=
=
= 22,116 (m / s )
2
2
0,785.d
0,785.d

3600.0,785.0,4 2

Xác định λ dựa vào chuẩn số Re:
Re =

ω.d .ρ ytb
µ hh

=

22,116 .0,4.1,1894
= 1153089
0,9125.10 −5
> 4000

Chọn ống thép mới ξ =0,1.10-3 (m)

Đinh thị Hồng_ CNMT K49

23


Đồ án môn học

Có Regh=

thiết kế tháp hấp thụ

6.(

Re n = 220.(

d

ξ

)8 / 7 = 6.(

0,4 8 / 7
) = 78485,8273
0,1.10− 3

d td 9 / 8
0,4 9 / 8
) = 220.(
) = 2481647,9450
ξ
0,1.10 −3

Nhận thấy Reghkhu vực quá độ.
Do đó λ được tính theo công thức:
λ = 0,1.(1,46.

ξ 100 0, 25
0,1.10 −3
100 0, 25
+
)
= 0,1.(1,46.

+
)
= 0,015
d td Re
0,4
1153089

Vậy ∆P1 = 0,015.

5 1,1894.22,116 2
.
= 54,54 (N/m2)
0,4
2

ΔP2 được xác định theo công thức
∆P2 = ξ

ω 2 .ρ
(III-464)
2

Chọn ống thép mới không hàn ξ1=0,5
Chọn 1 van tiêu chuẩn: ξ2=5,5
Hệ số trở lực của trục khuỷu do 2 trục khuỷu 45 0 tạo ra là: ξ3=
0,6
Vậy ξ =∑ξ =ξ1+ξ2+2ξ3=0,5+5,5+2.0,6=7,2
→ ΔP2=

7, 2

22,116 .1,1894
= 2094,32
2
(N/m2)

Đinh thị Hồng_ CNMT K49

24


Đồ án môn học

thiết kế tháp hấp thụ

→ ΔPđ = ΔP1 + ΔP2 = 54,54+ 2094,32 = 2149 (N/m2)
Xác định ΔPh
ΔPh= ΔP3+ΔP4
Với
ΔP3: Tổn thất áp suất do ma sát(N/m2)
ΔP4: Tổn thất áp suất do trở lực cục bộ trên đường ống
hút(N/m2)
Tương tự phần tính toán đối với bơm ta có:
∆P3 = λ

L ρ .ω 2
.
dtd 2

(III-465)

L: Chiều dài ống hút = 5 m
Vậy Δ P3= Δ P1 = 54,54 (N/m2)
ω 2ρ
ξ.
2
Δ P4 =
= ∆P2 = 2094,32 (N/m2) (III-465)

→ Δ Ph=Δ P3+Δ P4= Δ P1 + Δ P2 = Δ Pđ = 2149 (N/m2)

Vậy áp suất toàn phần của quạt thổi là ΔP
ω 2 .ρ
+ ( ρ k − ρ ) g .H
ΔP = ΔPđ + ΔPh + 2
24,3276 2.1,1894
+ (1,1894 − 1,1832)9,81 x 1,5
2
=2149+

= 2501,054 (N/m2)

Đinh thị Hồng_ CNMT K49

25