Đồ án_Xử lý khí thải hcl&cl2

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG DÂY
CHUYỀN THIẾT BỊ XỬ LÝ KHÍ THẢI CHỨA
Cl2 VÀ HCl TRONG CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN XỈ
TITAN CÔNG SUẤT 300 TẤN/NĂM

TP.HỒ CHÍ MINH, THÁNG 01 NĂM 2019


TÓM TẮT
Đồ án tốt nghiệp tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải có chứ khí Cl2 và khí HCl trong
công nghệ chế biến xỉ Titan với công suất 300 tấn/năm. Khí thải phát sinh ra khỏi lò luyện
xỉ Titan bao gồm khí Cl2 dư và khí HCl. Các thông số vào thiết bị xử lý khí thải: lưu lượng
khí thải = 1200 m3/h, nồng độ khí Cl2 = 10500 mg/m3, nồng độ khí HCl = 625 mg/m3 và
yêu cầu xư lý khí thải theo tiêu chuẩn QCVN 19:2009/BTNMT theo cột B trước khi khí
thải thải ra môi trường. Công nghệ để xử lý nước thải được đề xuất thiết kể trong đồ án này
là: lò luyện xỉ  thiết bi trao đổi nhiệt  tháp hấp thụ  ống khói  môi trường. Khí thải
từ lò luyện xỉ thoát ra có nhiệt độ 700OC đi qua thiết bị trao đổi nhiệt xuống còn 35OC. Sau
đó khí thải sẽ được hút bởi quạt hút ly tâm đi qua tháp hấp thụ, tại đây tháp hấp thụ hấp
thụ giữa khí thải có chứ khí Cl2 và HCl với dung môi NaOH. Kế tiếp khí sẽ được đi ra ống
khói và được thải ra môi trường. Phần dung môi sau khi hấp thụ là nước Javen, là chất tẩy
rửa có giá trị sử dụng.
Hiệu suất của công nghệ xử lý khí thải được đề xuất có thể đạt tới 99% hiệu quả xử lý khí
thải, đảm bảo khí thải đầu ra theo yêu cầu cần phải xử lý. Thông số đầu ra như sau: nồng
độ khí Cl2 đầu ra = 10 mg/m3, nồng độ khí HCl đầu ra = 50 mg/m3 và yêu cầu khí thải sau
xử lý đạt theo tiêu chuẩn QCVN 19:2009/BTMT theo cột B trước khi xả thải ra môi trường.


ABSTRACT
Graduation project of calculating and designing Cl2 and HCl gas emission treatment system
in Titanium slag processing technology with a capacity of 300 tons/year. Emissions
generated from titanium slag furnace include residual Cl2 gas and HCl gas. Parameters on

the waste gas treatment equipment: emissions flow = 1200 m3/h, gas concentration Cl2 =
10500 mg /m3, HCl concentration = 625 mg/m3 and requires standard emission treatment
QCVN 19: 2009/BTNMT according to column B before emissions are discharged into the
environment. The technology for wastewater treatment proposed in this project is:
Titanium slag furnace heat exchangers absorption tower  Chimney  environment.
The exhaust gas from the slag furnace exits has a temperature of 7000C passing the heat
exchanger to 350C. Then the exhaust gas will be sucked by centrifugal exhaust fan through
the absorption tower, where the absorption tower absorbs between the flue gas containing
Cl2 and HCl with NaOH solvent. Next gas will be released to the chimney and discharged
into the environment. The solvent part after absorption is Javen water, which is a valuable
detergent.
The performance of the proposed emission treatment technology can reach 99% of the
efficiency of waste gas treatment, ensuring the required exhaust gas emissions need to be
treated. The output parameters are as follows: output Cl2 gas concentration = 10 mg/m3,
output HCl concentration = 50 mg/m3 and the required post-treatment emissions meet
QCVN 19:2009/BTMT according to the column B before discharging into the
environment.


NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
.........................................................................................

TP.Hồ Chí Minh, ngày…..tháng …… năm…..
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2

(Ký và ghi rõ họ tên)

(ký và ghi rõ họ tên)


NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
............................................................................
TP.Hồ Chí Minh, ngày…..tháng …… năm…..
Giảng viên phản biện
(Ký và ghi rõ họ tên)


Đồ án tốt nghiệp
Tính toán và thiết kế hệ thống dây chuyền thiết bị xử lý khí thải chứa Cl2 và HCl trong công nghệ chế biến
xỉ Titan công suất 300 tấn/năm

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ SẢN XUẤT CÁC SẢN PHẨM TITAN THEO
CÔNG NGHỆ CLO HOÁ. ..................................................................................................2
1.1. Công nghệ chế biến xỉ Titan .....................................................................................2
1.1.1. Giới thiệu ...........................................................................................................2
1.1.2. Ngành Titan tại Việt Nam ..................................................................................3
1.1.3. Công nghệ luyện xỉ Titan...................................................................................3
1.1.4. Các phương pháp sản xuất xỉ Titan ...................................................................4
1.2. Cơ sở lý thuyết quá trình sản xuất xỉ Titan ............................................................... 7
1.2.1. Quá trình clorua hoá ..........................................................................................7
1.2.2. Cơ chế clo hoá ...................................................................................................9
1.2.3. Nguyên liệu sử dụng: .......................................................................................16
1.2.4. Cách khía cạnh gây ảnh hưởng trong quá trình clorua hoá ............................. 18
1.2.5. Khí thải sinh ra từ quá trình luyện xỉ Titan......................................................19
1.2.6. Thông số công nghệ .........................................................................................19
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ XỬ LÝ KHÍ THẢI, XỬ LÝ Cl2 VÀ HCl
TRONG QUÁ TRÌNH CHẾ BIẾN XỈ TITAN. ................................................................ 24
2.1. Tác hại của khí Cl2 và HCl đến với môi trường .....................................................24
2.1.1. Tác hại của khí Cl2 ........................................................................................... 24
2.1.2. Tác hại của khí HCl .........................................................................................25
2.1.3. Giới hạn nồng độ khí Clo và khí HCl trong môi trường .................................26
2.2. Phương pháp xử lý khí Clo và HCl.........................................................................27
2.2.1. Khái niệm về hấp thụ .......................................................................................27

i


Đồ án tốt nghiệp

Tính toán và thiết kế hệ thống dây chuyền thiết bị xử lý khí thải chứa Cl2 và HCl trong công nghệ chế biến
xỉ Titan công suất 300 tấn/năm

2.2.2. Phân loại các loại hấp thụ ................................................................................27
2.2.3. Chất hấp thụ ( dung môi) .................................................................................28
2.2.4. Các thiết bị hấp thụ .......................................................................................... 30
CHƯƠNG 3. ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ ...........................................................................36
3.1. Thông số nguồn khí thải lò luyện xỉ Titan .............................................................. 36
3.2. Đề xuất phương pháp xử lý khí ..............................................................................36
CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ ..............................................................................38
4.1. Thiết kế tháp giải nhiệt ........................................................................................... 38
4.1.1. Tính khối lượng riêng hỗn hợp khí ..................................................................38
4.1.2. Phương trình truyền nhiệt khi chất khí chuyển động ngược dần đều ở nhiệt độ
thay đổi.......................................................................................................................39
4.1.3. Tính cơ khí .......................................................................................................41
4.2. Thiết kế tháp đệm....................................................................................................51
4.2.1. Thông số đầu vào ............................................................................................. 51
4.2.2. Cân bằng vật liệu trong quá trình hấp thụ........................................................52
4.2.3. Tính đường kính thiết bị ..................................................................................57
4.2.4. Tính chiều cao đệm .......................................................................................... 61
4.2.5. Tính cơ khí .......................................................................................................66
4.2.6. Tính ống khói ...................................................................................................78
CHƯƠNG 5. THIẾT KẾ SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ CHÍNH ............................... 80
5.1. Nội dung..................................................................................................................80
5.2. Sơ đồ điều khiển .....................................................................................................80
5.3. Nguyên lý hoạt động ............................................................................................... 81
5.4. Các thiết bị điều khiển ............................................................................................ 84

ii

Đồ án tốt nghiệp
Tính toán và thiết kế hệ thống dây chuyền thiết bị xử lý khí thải chứa Cl2 và HCl trong công nghệ chế biến
xỉ Titan công suất 300 tấn/năm

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................................... 85
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................87

iii


Đồ án tốt nghiệp
Tính toán và thiết kế hệ thống dây chuyền thiết bị xử lý khí thải chứa Cl2 và HCl trong công nghệ chế biến
xỉ Titan công suất 300 tấn/năm

MỤC LỤC BẢNG
Bảng 1.1. Tóm tắt các nghiên cứu động học được tiến hành trên nguyên liệu TiO2 .........13
Bảng 1.2. Nguyên liệu chính được sử dụng trong quá trình sản xuất................................ 17
Bảng 1.3. Khối lượng Clo sử dụng trong quá trình luyện xỉ Titan ....................................20
Bảng 2.1. Bảng thông số nồng độ C của các chất khí cho phép ........................................27
Bảng 3.1. Thông số nồng độ khí ra khỏi lò luyện Titan ....................................................36
Bảng 4.1. Bảng thông số mặt bích thân .............................................................................45
Bảng 4.2. Bảng thông số mặt bích ống dẫn khí .................................................................45
Bảng 4.3. Bảng thông số mặt bích ông dẫn lỏng ............................................................... 46
Bảng 4.4. Bảng số liệu của phương trình cân bằng khí Clo ..............................................52
Bảng 4.5. Bảng số liệu của phương trình cân bằng khí HCl .............................................54
Bảng 4.6. Bảng thông số mặt bích thân .............................................................................69
Bảng 4.7. Bảng thông số mặt bích ống dẫn khí .................................................................70
Bảng 4.8. Bảng thông số mặt bích ông dẫn lỏng ............................................................... 71
Bảng 4.9. Bảng cho tiết thiết kế chân đỡ ...........................................................................73

Bảng 4.10. Bảng chi tiết thiết kế chân đỡ đĩa đỡ đệm thiết bị ...........................................74
Bảng 5.1. Bảng tên thiết bị trong sơ đồ điều khiển............................................................ 81

iv


Đồ án tốt nghiệp
Tính toán và thiết kế hệ thống dây chuyền thiết bị xử lý khí thải chứa Cl2 và HCl trong công nghệ chế biến
xỉ Titan công suất 300 tấn/năm

MỤC LỤC HÌNH
Hình 1.1. Khoáng vật Titan rutil(90%TiO2) ( Hình trái) và Ilmenit, FeTiO3 (59,4% TiO2)
(Hình phải) ...........................................................................................................................2
Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý của công nghệ lượng xỉ Titan của nhà máy .............................. 7
Hình 1.3. Các bước xuất TiO2 quá trình clorua. ..................................................................9
Hình 1.4. Fe và Mn loại bỏ trong vài phút đầu tiên của clo (Pistorius và Le Roux, 2002)
............................................................................................................................................10
Hình 1.5. Tỷ lệ clo (Den Hoed và Nell, 2003)...................................................................11
Hình 1.6. Clo hóa Rutile (hệ thống C-Cl2 và hệ thống CO-Cl2) ........................................15
Hình 1.7. Clo hóa Rutile (hệ thống CO-Cl2)......................................................................15
Hình 1.8. Clo hóa rutil và xỉ (hệ thống CO-Cl2) ................................................................ 16
Hình 1.9. Clo hóa xỉ (hệ thống C-CO-Cl2 và hệ thống CO-Cl2)........................................16
Hình 1.10. Lò điện hồ quang luyện xỉ Titan bằng phương pháp clo hoá .......................... 22
Hình 2.1. Khí Clo trong môi trường không khí .................................................................24
Hình 2.2. Tháp đệm ...........................................................................................................31
Hình 2.3. Các loại vòng đệm ............................................................................................. 32
Hình 2.4. Tháp rửa khí rỗng............................................................................................... 33
Hình 2.1. Nguyên lý làm việc của tháp mâm.....................................................................34
Hình 3.1. Sơ đồ công nghệ.................................................................................................37
Hình 4.1. Tháp giải nhiệt cooling tower TA SHIN ........................................................... 49

Hình 4.2. Đồ thị biểu diễn đường cân bằng và đường làm việc ........................................53
Hình 4.3. Đồ thị biểu diễn đường cân bằng và đường làm việc của khí HCl ....................56
Hình 5.1. Sơ đồ điều khiển tháp hấp thụ............................................................................80
Hình 5.2. Sơ đồ điều khiển mức trong tháp hấp thụ .......................................................... 82

v


Đồ án tốt nghiệp
Tính toán và thiết kế hệ thống dây chuyền thiết bị xử lý khí thải chứa Cl2 và HCl trong công nghệ chế biến
xỉ Titan công suất 300 tấn/năm

Hình 5.3. Sơ đồ điều khiển mức trong bể chứa dung môi .................................................83
Hình 5.4. Van điện từ solenoid .......................................................................................... 84
Hình 5.5. Phao điện báo mức nước ....................................................................................84

vi


Đồ án tốt nghiệp
Tính toán và thiết kế hệ thống dây chuyền thiết bị xử lý khí thải chứa Cl2 và HCl trong công nghệ chế biến
xỉ Titan công suất 300 tấn/năm

DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT
1. QCVN: Quy chuẩn việt nam
2. BTNMT: bộ tài nguyên môi trường
3. HHK : hỗn hợp khí
4. KK : không khí
5. DM: dung môi
6. KLR: khối lượng riêng

7. ĐV: đơn vị
8. LC: Level control

vii


Đồ án tốt nghiệp
Tính toán và thiết kế hệ thống dây chuyền thiết bị xử lý khí thải chứa Cl2 và HCl trong công nghệ chế biến
xỉ Titan công suất 300 tấn/năm

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Ngành khai khoáng và chế biến xỉ Titan đã xuất hiện trên đất nước ta nhiều năm này, việc
chế biến xỉ Titan sẽ gây ra nhiều vấn đề ô nhiễm môi trường đến con người và môi trường
xung quanh. Đặc biệt trong quá trình chế biến sẽ sinh ra những chất khí độc hại như khí
Clo, khí HCl, khí CO, … vì vậy việc xử lý các chất khí này là yêu cầu cấp bách và cần thiết
không chỉ cho những người làm việc xung quang hệ thống và cho tất cả chúng ta.
2. Mục tiêu đề tài
Mục tiêu đề tài là tính toán và thiết kế hệ thống xử lý khí Clo và khí HCl theo tiêu chuẩn
TCVN về nồng độ khí thải thải ra môi trường và có khả năng điều khiển.

1


Đồ án tốt nghiệp
Tính toán và thiết kế hệ thống dây chuyền thiết bị xử lý khí thải chứa Cl2 và HCl trong công nghệ chế biến
xỉ Titan công suất 300 tấn/năm

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ SẢN XUẤT CÁC
SẢN PHẨM TITAN THEO CÔNG NGHỆ CLO HOÁ.

1.1. Công nghệ chế biến xỉ Titan
1.1.1. Giới thiệu
Xỉ Titan là một trong những loại nguyên liệu chính cho sản xuất TiO2 . Ilmenit được chuyển
thành vật liệu giàu Titan sử dụng quy trình luyện kim ở nhiệt độ cao. 90% và 78% xỉ Titan
được sản xuất trong quá trình sản xuất clorua và sunphat TiO2 tương ứng. Có nguồn xỉ
Titan sẵn có là rất quan trọng đối với nhà sản xuất TiO2 , và do có khả năng sản xuất trong
nội bộ, Henan Billions sẽ có nguồn cung cấp quặng an toàn hơn và kiểm soát chi phí nguyên
liệu thô hơn. Ngoài ra, quy trình này còn có các sản phẩm phụ có giá trị như ilmenit giảm
và gang, được sử dụng làm nguyên liệu cho ngành hàn điện và công nghiệp thép đặc biệt.
Giảm ilmenit cũng được sử dụng trong dung dịch TiO2 sunfat Quy trình sản xuất.

Hình 1.1. Khoáng vật Titan rutil(90%TiO2) ( Hình trái) và Ilmenit, FeTiO3 (59,4% TiO2)
(Hình phải)
Xỉ Titan chứa 72,7% TiO2 và 7,8% Fe2O3 được lọc ở tỷ lệ rắn / lỏng (S / L) khác nhau,
kích thước hạt, thời gian lọc và nồng độ axit. Số lượng tối ưu của tỷ lệ S / L, kích thước
hạt, nồng độ axit và thời gian lọc sử dụng cả hai axit được xác định là 1: 4, -100 m, 8%
và 2 h. Trong điều kiện tối ưu, bằng cách sử dụng axít sulfuric, một tinh thể Titanium
dioxide với 86,8% TiO2 và 1,87% Fe2O3 được sản xuất, trong khi sử dụng axit clohydric
kết quả là cô đặc chứa 91% TiO2 và 0,61% Fe2O3. Nồng độ Titanium dioxide được điều

2


Đồ án tốt nghiệp
Tính toán và thiết kế hệ thống dây chuyền thiết bị xử lý khí thải chứa Cl2 và HCl trong công nghệ chế biến
xỉ Titan công suất 300 tấn/năm

chế bằng axit clohydric, có kết cấu dạng hạt và bằng các hạt tách rời dài; có ít tạp chất hơn
chất được tạo ra bởi axit sulfuric. Các kết quả chứng minh rằng việc hòa tan axit clohydric
xỉ Titan và loại bỏ một số tạp chất như SiO2 và MgO cung cấp một sản phẩm có chất lượng

tốt được chuẩn bị phù hợp làm nguyên liệu sản xuất sắc tố TiO2 qua quá trình clorua.[1]
1.1.2. Ngành Titan tại Việt Nam
Theo đánh giá chung, tài nguyên quặng sa khoáng Titan ở Việt Nam là rất lớn, đảm bảo đủ
cơ sở để xây dựng ngành công nghiệp khai thác, chế biến hiện đại, phát triển ổn định lâu
dài. Triển vọng của ngành công nghiệp khai thác, chế biến Titan đã được Nhà nước nhìn
thấy từ lâu và Tổng cục Địa chất & Khoáng sản (thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường) đã
xác định đây là một trong những khoáng sản cần được được đặt lên hàng đầu trong khai
thác, chế biến, sử dụng. Trong Quyết định số 1546/QĐ-TTg (ban hành ngày 3-9-2013) của
Thủ tướng Chính phủ phê duyệt Quy hoạch phân vùng thăm dò, khai thác, chế biến và sử
dụng quặng Titan giai đoạn đến năm 2020, có xét tới năm 2030 cũng đã khẳng định rõ điều
này và đưa ra lộ trình phù hợp.
Việt Nam có trữ lượng lớn về Titan, đứng hàng thứ 2 trên toàn cầu và được nhắc đến như
một thế mạnh về tài nguyên của nước ta. Theo công bố của Bộ Tài nguyên và Môi trường
năm 2014 thì trữ lượng Titan chỉ riêng địa bàn Bình Thuận ước gần 600 triệu tấn, chiếm
trên 90% trữ lượng Titan cả nước. Vấn đề thách thức đặt ra hiện nay là ở một số địa phương,
người dân, một số bộ phận truyền thông và doanh nghiệp cũng như các cấp quản lý thấp
vẫn chưa nhận thức được đầy đủ tầm quan trọng của việc quy hoạch phát triển lâu dài cho
ngành công nghiệp Titan. Họ vẫn chưa thấy được bức tranh tổng quát về Titan của Việt
Nam trong tương lai.[2]
1.1.3. Công nghệ luyện xỉ Titan
Luyện xỉ Titan là quá trình hoàn nguyên quặng sắt - Titan trong lò điện hồ quang. Trong
đó oxyt sắt được hoàn nguyên đến kim loại và nóng chảy tách khỏi xỉ giàu Titan. Quá trình
hoàn nguyên ôxýt sắt rất phức tạp bởi vì oxyt sắt liên kết bền vững với oxyt Titan trong
hợp chất hóa học ví dụ như ilmenit (FeO.TiO2).

3


Đồ án tốt nghiệp
Tính toán và thiết kế hệ thống dây chuyền thiết bị xử lý khí thải chứa Cl2 và HCl trong công nghệ chế biến

xỉ Titan công suất 300 tấn/năm

Ngày nay, quá trình sản xuất xỉ đã phát triển rộng rãi trên thế giới và công nghệ luyện xỉ
đã phát triển qua nhiều giai đoạn. Thiết bị chủ yếu để luyện xỉ Titan là lò điện hồ quang có
các giai đoạn phát triển cơ bản như sau: Giai đoạn đầu tiên là công nghệ luyện một giai
đoạn trong lò điện hồ quang điện cực graphit kiểu lò hở, sau đó sử dụng lò điện hồ quang
hở điện cực tự thiêu kết; Tiếp theo là công nghệ luyện hai giai đoạn trong lò điện hồ quang
điện cực graphit kiểu kín, hoạt động tự động, có thiết bị lọc bụi xử lý khí thải kết hợp thiêu
hoàn nguyên trước trong lò quay; Và hiện nay tiên tiên nhất là công nghệ luyện hai giai
đoạn trong lò điện hồ quang kiểu kín, hoạt động tự động, tiêu thụ dòng điện một chiều, có
thiết bị lọc bụi xử lý khí thải, kết hợp dùng lò quay thiêu hoàn nguyên trước và sử dụng
thêm hệ thống tái sử dụng khí lò để gia nhiệt cho quặng đầu vào. Nhờ vào quá trình phát
triển đó mà hiện nay các chỉ tiêu công nghệ cải thiện rất nhiều, đặc biệt chỉ tiêu an toàn
môi trường, năng suất thiết bị.
Áp dụng công nghệ luyện xỉ Titan để chế biến sâu là phù hợp với hoàn cảnh Việt Nam và
xu thế chung của thế giới, song phải đầu tư phát triển công nghệ luyện xỉ Titan hiện đại,
vì: Nâng cao được nhiều chỉ tiêu công nghệ, cải thiện môi trường; Giảm chi phí điện năng;
Giảm chi phí nhân công; Nâng cao chất lượng sản phẩm và có khả năng tiêu thụ cạnh tranh
trên thị trường quốc tế.[3]
1.1.4. Các phương pháp sản xuất xỉ Titan
Ngày nay công nghệ sản xuất pigment TiO2 đã được phát triển rất nhanh, đầu tiên là quá
trình sulphat, được thực hiện vào năm 1916. Nguyên liệu đầu vào lúc đó là ilmenit. Đầu
năm 1958, người ta đã phát minh ra phương pháp clorua. Hãng Dupont là cơ sở đầu tiên
sản xuất pigment bằng phương pháp clorua. Nguyên liệu đầu vào là rutil tự nhiên, rutil
nhân tạo và xỉ Titan. Gần đây người ta phát minh ra côý hiệu

Đơn vị

Thông số

1

Áp suất
Đường kính trong của
ông dẫn
Đường kính ngoài của
ống dẫn
Đường kính ngoài của
bích

p

N/m2

0,1*10-6

Dt

mm

125

D0

mm

133

D

mm

235

mm

200

2
3
4
5

Đường kính tâm bulong

Db

6

Đường kính bulong
Đường kính ngoài mép
vát
Số bulong
Chiều cao bích

db

7
8
9

M16

D1

mm

178

Z
h

cái
mm

8
14

Khối lượng bích ống dẫn lỏng
𝑚3 =

𝜋
𝜋
× ℎ × 𝜌 × (𝐷 2 − 𝐷02 ) = × 0,014 × 7850 × (0, 2352 − 0,1332 ) = 3,2 𝑘𝑔
4
4
 Mặt bích cửa đổ đệm

Bề dày S = 5 mm
Đường kính bulong db = M20

Số lượng bu long là 16
Kích thước ngoài của mặt bích 550 × 550
Kích thước vị trí lỗ bu long 470 × 470
Khối lượng mặt bích cửa đổ đệm: mbc = 7850×0,005×(0,292 – 0,212) = 1,57 kg
 Khối lượng lưới đỡ đệm phải chịu
𝑚đệ𝑚 𝑘ℎô =

𝜋
𝜋
× ℎđ × 𝐷 2 × 𝜌đ = × 1 × 22 × 500 = 1570,8 𝑘𝑔
4
4

71


Đồ án tốt nghiệp
Tính toán và thiết kế hệ thống dây chuyền thiết bị xử lý khí thải chứa Cl2 và HCl trong công nghệ chế biến
xỉ Titan công suất 300 tấn/năm

mdd = (1 – Vđ) × π/4 × D2 × hl × ρ = (1-0,79)× π/4 × 22 × 0,3 × 1008,3 = 95 kg
khối lượng đệm phải chịu = 1665,8 kg
tải trọng của đệm = m × g = 501,5 × 9,81 = 16341 N
chọn tai treo lưới đỡ đệm có 4 cái => mỗi cái phải chịu trọng lực = 4085 N
4.2.5.5. Tính lưới đỡ đệm:
 Chọn loại lưới đỡ đệm được đục lỗ theo hình tròn
 Vật liệu lưới đỡ đệm: thép không gỉ inox 304
 Đường kính lưới đỡ đệm: D = 1000mm
 Đường kính lưới đỡ đệm: D1 = 980 mm
 Kích thước lỗ d = 30 mm

 Khoảng cách lỗ có bước t = 45 mm
 Số lỗ đi qua đường xuyên tâm = 21 lỗ
 Tổng số lỗ trong lưới đỡ đệm = 341 lỗ
 Khối lượng lưới đỡ đệm m = 7850 × π/4 × 0,005 × (22 – 0,032×341)
= 21,4 kg
4.2.5.6. Tính chân đỡ và tai treo
Khối lượng thiết bị:
𝑚𝑡ℎâ𝑛 =

𝜋
𝜋
× 𝐿 × 𝜌 × (𝐷𝑛2 − 𝐷𝑡2 ) = × 5,5 × 7850 × (2,0052 − 22 ) = 679 𝑘𝑔
4
4

Khối lượng các ống dẫn và cửa tháo đổ đệm:
𝑚ố𝑛𝑔 =

𝜋
𝜋
× 7850 × 0,13 × (0,2192 − 0,22 ) + × 7850 × 0,13 × (0,1332 − 0,1252 )
4
4
+ 7850 × 0,1 × (0,212 − 0,22 ) = 11,3 𝑘𝑔

Tổng khối lượng bích:
mbích = 4×m1 + m2 +m3 + mbc = 4×153 + 3,56+3,2+1,57 = 620,3 kg
khối lượng nắp hoặc đáy thiết bị: mnắp = 280 kg

72

Đồ án tốt nghiệp
Tính toán và thiết kế hệ thống dây chuyền thiết bị xử lý khí thải chứa Cl2 và HCl trong công nghệ chế biến
xỉ Titan công suất 300 tấn/năm

khối lượng cột lỏng trong tháp: ml = 0,7 × π/4 × 22 ×1008,3 = 2217,4 kg
tổng khối lượng tháp m = ml + mthân + mống + mbích + 2×mnắp + 3×mđệm +mlưới = 2217,4 +
679 +11,3+ 620,3 + 2×280 + 376 + 3×501 = 4865,4 kg
trọng lực chân đỡ phải chịu = m×g = 4865,4 × 9,81 = 47729,5 N
chọn chân đỡ gồm 4 chân, vậy mỗi chân phải chịu trọng lực = 11932,4 N
Thông số chi tiết về chân đỡ được trình bày trong bảng 4.9 ( tra bảng XII1.35,tr.437 – sổ
tay quá trình và thiết bị hoá chất, tập 2 – PGS.TS Trần Xoa – NXB Khoa học và kỹ thuật,
Hà Nội, 2006)
Bảng 4.9. Bảng cho tiết thiết kế chân đỡ
Stt
1

Đại lượng
Áp suất

Ký hiệu
p

Đơn vị
N/m2

Thông số
0,1*10-6

2

Chiều dài bảng lề

L

mm

70

3

Chiều rộng bảng lề

B

mm

60

4

Khoảng cách giữa 2
chân

B1

mm

60

5

Độ rộng của chân

B2

mm

90

6

Chiều cao của chân

H

7
8
9
10

Khoảng cách từ bảng
lề đến thiết bị
Độ dày của chân
Khoảng cách của lỗ
bu long
Đường kính bu long

150

h

mm

105

s

mm

4

l

mm

30

d

mm

14

Chân đỡ của đĩa đỡ đêm:

73

Đồ án tốt nghiệp
Tính toán và thiết kế hệ thống dây chuyền thiết bị xử lý khí thải chứa Cl2 và HCl trong công nghệ chế biến
xỉ Titan công suất 300 tấn/năm

Thông số chi tiết chân đỡ đĩa đỡ đệm của thiết bị được trình bày trong bảng 4.10 ( tra bảng
XII1.36,tr.438 – sổ tay quá trình và thiết bị hoá chất, tập 2 – PGS.TS Trần Xoa – NXB
Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 2006)
Bảng 4.10. Bảng chi tiết thiết kế chân đỡ đĩa đỡ đệm thiết bị
Stt

Đại lượng

Ký hiệu

Đơn vị

Thông số

1

Áp suất

p

N/m2

0,1*10-6

2

chiều dài bảng lề

L

mm

80

3

chiều rộng bảng lề

B

mm

55

4

khoảng cách giữa 2
thanh gân tai treo

B1

mm

70

5

chiều cao ccuartai treo

H

mm

125

6

độ dày của tai treo

S

mm

4

7

khoảng cách của bu
long

l

mm

30

8

chiều cao gờ của gân
tai treo

a

mm

15

9

đường kính bu long

d

mm

14

4.2.5.7. Tính quạt
Chọn loại quạt là quạt ly tâm để vận chuyển khí sạch ra khỏi tháp
Viết phương trình Bernoulli cho mặt cắt ở mặt thoáng chất lỏng (mặt cắt 1-1) và mặt
cắt ở đầu ống thổi khí vào tháp (mặt cắt 2-2)

74


Đồ án tốt nghiệp

Tính toán và thiết kế hệ thống dây chuyền thiết bị xử lý khí thải chứa Cl2 và HCl trong công nghệ chế biến
xỉ Titan công suất 300 tấn/năm

𝑃1 𝛼1 𝑉12
𝑃2 𝛼2 𝑉22
𝐻𝑞 + 𝑍1 +
+
= 𝑍2 +
+
+ ∆𝐻
𝜌𝑔
2𝑔
𝜌𝑔
2𝑔
Trong đó: Z1, Z2 chiều cao mặt cắt (1-1) và (2-2), m
Z2 = Z 1
P1, P2 áp suất ở mặt cắt (1-1) và (2-2)
P2 -P1 = 0
V1, V2 vận tóc dòng chảy tại mặt cắt (1-1) và (2-2), m/s
V1 = V2 = 15.05 m/s
∆𝐻 tổn thất cột áp từ mặt cắt (1-1) đến mặt cắt (2-2), m
𝛼1 , 𝛼2 hệ số hiệu chỉnh động năng
 kk , 25

o

 0,01865.10 3 (Ns/m2),  kk ,50o C  0,01980.10 3 (Ns/m2) (Bảng I.114, trang 118,

C

[I]) =>  kk ,35 C  0,01911.103 (Ns/m2)
o

Chuẩn số 𝑅𝑒 =

𝑉𝑑𝜌
𝜇

=

15,05×0,2×1,15
1,86×10−5

= 186102 > 4000 chế độ chảy rối nên

𝛼1 = 𝛼2 = 1
Suy ra 𝛼1 𝑉12 = 𝛼2 𝑉22
Từ phương trình Bernoulli ta có:
𝐻𝑏 = (𝑍1 − 𝑍2 ) +

𝑃2 − 𝑃1 𝛼2 𝑉22 − 𝛼1 𝑉12
+
+ ∆𝐻
𝜌𝑔
2𝑔

Trong đó ∆𝐻 = ℎ𝑑 + ℎ𝑐𝑏
 Tổn thất dọc đường
hd   

L V2

d 2g

L – chiều dài đường ống dẫn khí, chọn L = 7 m
 - hệ số tổn thất
Theo sổ tay 1, p378
Ống thép hàn trong điều kiện có ăn mòn, chọn  = 0,1 (mm)
Độ nhám tương đối:∆=

𝜀
𝑑

=

0.1
200

= 0.0005

75


Đồ án tốt nghiệp
Tính toán và thiết kế hệ thống dây chuyền thiết bị xử lý khí thải chứa Cl2 và HCl trong công nghệ chế biến
xỉ Titan công suất 300 tấn/năm

Dòng khí trong ống đẩy chuyển động theo chế độ chảy xoáy, tương tự như tính bơm
(áp dụng công thức II.65.p379, [I])
6.81 0.9

∆
6.81 0.9 0.0005
) +
] = −2 lg [(
) +
] = 7.25
= −2 lg [(
𝑅𝑒
3.7
186102
3.7
√
1

  = 0.019 m
 Vậy ℎ𝑑 = 0.019 ×

7
0.2

×

15.05 2
2×9.81

= 7,68 𝑚

 Tổn thất cục bộ
Chọn hệ thống có:
2 khuỷu cong (uốn góc 90o): 𝜉𝑘𝑘 = 1.1

Đầu vào ống: 𝜉𝑑𝑣 = 0.5
Đầu ra: 𝜉𝑑𝑟 = 1
Ta có :
ℎ𝑐𝑏

= ∑𝜉 ×

𝑉2
𝑉2
= (2𝜉𝑘𝑘 + 𝜉𝑑𝑣 + 𝜉𝑑𝑟 ) ×
2𝑔
2𝑔

ℎ𝑐𝑏 = (2 × 1.1 + 0.5 + 1) ×

15.052
2×9.81

= 42,7 𝑚

 Cột áp của Quạt
𝑃2 − 𝑃1 𝛼2 𝑉22 − 𝛼1 𝑉12
𝐻𝑏 = (𝑍1 − 𝑍2 ) +
+
+ ∆𝐻 = 0 + 0 + 0 + 42,7 + 7,68
𝜌𝑔
2𝑔
= 50,38 𝑚

 Công suất của quạt

𝑁𝑙𝑡 =

𝑄 × 𝐻𝑏 × 𝜌 × 𝑔
𝐾𝑊
1000 × 𝜂𝑞 × 𝜂𝑡𝑟

Trong đó Q = 1,1 × Qp : năng suất, m3/s
Qp: thể tích theo tính toán ở điều kiện làm việc
=> Q = 1,1 × 1200 = 1320 m3/h = 0,36 m3/s

76


Đồ án tốt nghiệp
Tính toán và thiết kế hệ thống dây chuyền thiết bị xử lý khí thải chứa Cl2 và HCl trong công nghệ chế biến
xỉ Titan công suất 300 tấn/năm

Hb = 50,38 m
Chọn loạt quạt có cánh cong ra phía sau => ηq = 0,9
Chọn loạt qutj truyền động qua bánh đai => ηtr = 0,95
Thay vào ta được :
𝑁𝑙𝑡 =

0,36 ×50,38×1.15×9.81
1000×0.9×0,95

= 0,24 𝐾𝑊 = 0,32 hp

Công suất thực của Quạt :
𝑁𝑡ℎự𝑐 = 𝑘 × 𝑁𝑙𝑡

(Công thức II.191, trang464, [10])
Với k – hệ số dự trữ công thức theo (B II.48/464 ,[10]) ta có 𝑘 = 1.15
Vậy công suất thực của bơm:
𝑁𝑡ℎự𝑐 = 1.5 × 0,24 = 0,36(𝐾𝑊) = 0,48 hp
Chọn công suất của quạt là 1hp
4.2.5.8. Tính bơm
Để vận chuyển chất lỏng vào trong thiết bị ta sử dụng bơm ly tâm để vận chuyển lượng
nước vào trong tháp đệm.
Lưu lượng chất lỏng vào trong thiết bị Q= 0,23 m3/s
 Áp suất dòng chảy trong ống: ∆𝑃𝑊 =
 Áp suất trở lực ma sát: ∆𝑃𝑚 =

𝑣 2 ×𝜌
2

32 ×𝑙 ×𝜇×𝑣
𝑑2

=

=

52 ×1000
2

= 12500 N/m2

32×7×1,45×10−3 ×5
0,142

= 83 N/m2

 Áp suất cục bộ:
o
o
o
o

2 khuỷu cong (uốn góc 90o): 𝜉𝑘𝑘 = 1.1
van: 𝜉𝑣 = 0.15
Đầu vào ống: 𝜉𝑑𝑣 = 0.5
Đầu ra: 𝜉𝑑𝑟 = 1

∆𝑃𝑡𝑟 = ∑ 𝜉 ×

𝑣2 𝜌
2

= (2 × 1,1 + 0,15 + 0,5 + 1) ×

52 ×1000
2

= 48125 N/m2

 Tổng áp suất dòng lỏng: P = PW + Pm + Ptr = 12500+83+48125 = 60708 N/m2

77

Đồ án tốt nghiệp
Tính toán và thiết kế hệ thống dây chuyền thiết bị xử lý khí thải chứa Cl2 và HCl trong công nghệ chế biến
xỉ Titan công suất 300 tấn/năm

 Công suất bơm :
𝑁𝑙𝑡 =

𝑄 × ∆𝑃
1000𝜂

Trong đó 𝜂 = 𝜂0 × 𝜂𝑡𝑙 × 𝜂𝑐𝑘 : hiệu suất của bơm
Chọn bơm pittong. Theo sổ tay 1, p439
ηO = 1
ηtl = 0,94
ηck = 0,95
=> η = 1×0,94×0,95 = 0,89
=> Nlt =

0,23 × 60708
1000×0,89

= 15.6 KW

Công suất thực của bơm :
𝑁𝑡ℎự𝑐 = 𝛽 × 𝑁𝑙𝑡
(Công thức II.191, trang439, [10])
Với 𝛽 – hệ số dự trữ công thức theo (B II.33/440 ,[10]) ta có 𝛽 = 1.2
Vậy công suất thực của bơm:
𝑁𝑡ℎự𝑐 = 1.2 × 15,6 = 18,84 (𝐾𝑊)= 25,1 hp
Chọn Nthực = 25 hp

4.2.6. Tính ống khói
Vận tốc dòng khí: v = 15m/s
Lưu lượng khí ra khỏi thiết bị VC = Q = 1195 m3/h = 0,33 m3/s
Đường kính ống khói:
𝑄

1195

𝐷= √
= √
= 0,168 m
0,785×𝑣
0,785×3600×15
Chọn đường kính ống khói là 200 mm
Cmax = CCl2 + CHCl = 10 + 50 = 60 mg/m3

78


Đồ án tốt nghiệp
Tính toán và thiết kế hệ thống dây chuyền thiết bị xử lý khí thải chứa Cl2 và HCl trong công nghệ chế biến
xỉ Titan công suất 300 tấn/năm

Tải lượng ô nhiễm M = Q × Cmax = 1195 × 60 = 71700 mg/h = 0,02g/s
Chiều cao ống khói:

𝐻= √

𝐴×𝑀×𝐹×𝑚×𝑛
3

𝐶𝑚𝑎𝑥 √𝑄 × ∆𝑇

Trong đó:
 A: hệ số ổn định của khí quyển. đối với phần lớn địa phương của việt nam A
= 200 – 240. Chọn A = 200
 Cmax : nồng độ cho phép cực đại của các cấu tử theo tiêu chuẩn loại B


Q: lưu lượng khí thải

 M: tải lượng ô nhiễm
 F: hệ số khuyết tán. Đối với ô nhiễm ở thể khí F= 1.
 m,n : hệ số vô thứ nguyên tính đến điều kiện thoát ra của khí thải ở miệng
ống khói. Chọn m= 1 , n = 1 ;
 T: độ chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ khí thải và nhiệt độ không khí: T
= 35 – 30 = 50C

𝐻= √

200 × 0,02 × 1 × 1 × 1
3

60 × √0,33 × 5

= 0,23 𝑚

Chọn chiều cao ống khói là 1 m
Chọn bề dày ống khói bằng 3 mm

79


Đồ án tốt nghiệp
Tính toán và thiết kế hệ thống dây chuyền thiết bị xử lý khí thải chứa Cl2 và HCl trong công nghệ chế biến
xỉ Titan công suất 300 tấn/năm

CHƯƠNG 5. THIẾT KẾ SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ
CHÍNH
5.1. Nội dung
Khi hệ thống hoạt động bơm và quạt sẽ được bật để, lúc này mực nước ở đáy tháp đệm sẽ
dâng nên và khi dòng lỏng dâng cao có nguy cơ làm ngập ống dẫn khí.
Nhiệm vụ điều khiển thiết bị chính là tháp đệm ở đây là điều khiển mực nước trong thiết
bị tháp đệm, để thiết bị luôn chạy ổn định và không thay đổi áp suất trong thiết bị.
Sơ đồ điều khiển bao gồm 1 thiết bị đo mức, 1 van mở tự động, thiết bị

5.2. Sơ đồ điều khiển
Sơ đồ điều khiển tháp hấp thụ được trình bày trong hình 5.1.

Hình 5.1. Sơ đồ điều khiển tháp hấp thụ

80