Đồ án Hấp thu khí HCl từ khí thải của nhà máy

àm việc là đường thẳng khi vẽ theo tọa độ tỉ số mol X,Y hoặc tỉ số khối lượng ,. Nếu biểu diễn theo phần mol hoặc áp suất riêng phần, đường làm việc sẽ là đường cong, phương trình khi đó là: Gtr ( - ) = Gtr ( - ) = Ltr ( - ) (2.9) Với Pt là áp suất tổng được xem như không đổi trong suốt cả tháp. 2.2.3. Lượng dung môi tối thiểu cho quá trình hấp thu Trong việc tính toán quá trình hấp thu, ta thường biết trước các đại lượng sau: Suất lượng pha khí G hay Gtr Nồng độ hai đầu pha khí Y1 và Y2 nồng độ của pha lỏng ban đầu X2 Suất lượng dung môi lỏng được chọn phụ thuộc vào các đại lượng trên. Y X Đường cân bằng Hình 2.2. Đường làm việc cho quá trình hấp thu Đường làm việc Ltr/Gtr Đỉnh Đáy Y1 0 Y2 X2 X1 Hình 2.3a, đường làm việc phải đi qua điểm D và chấm dứt tại đường có tung độ Y1. Nếu suất lượng dung môi sử dụng tương ứng với đường DE, nồng độ pha lỏng trong dòng ra sẽ là X1. Nếu lượng dung môi sử dụng ít hơn, thành phần pha lỏng đi ra sẽ lớn hơn (điểm F) nhưng động lực khuếch tán sẽ nhỏ hơn, quá trình thực hiện khó hơn, thời gian tiếp xúc pha sẽ lâu hơn, do đó thiết bị hấp thụ phải cao hơn. Đường làm việc ứng với lượng dung môi tối thiểu khi tiếp xúc với đường cân bằng tại P. Tại P động lực khuếch tán bằng không, thời gian tiếp xúc pha không xác định và tháp có chiều cao không xác định. Điều này là điệu kiện giới hạn cho lượng dung môi sử dụng. Y Y X Đường cân bằng Hình 2.3. Lượng dung môi tối thiểu cho quá trình hấp thu E Y1 0 Y2 X2 X1max Y1 X2 X1max X Đường cân bằng Ltrmin/Gtr X1 F M D P Y2 0 a) b) Thường thì đường cân bằng lõm như hình 2.3b, đường làm việc ứng với lượng dung môi tối thiểu tương ứng với nồng độ dòng lỏng ra cân bằng với nồng độ dòng khí vào. Như vậy ta có: Ltr min = Gtr (2.10) Với X1max là nồng độ ra của pha lỏng cực đại ứng với lượng dung môi tối thiểu hay nồng độ ra của pha lỏng cân bằng với nồng độ vào của pha khí. Trong thực tế, lượng dung môi sử dụng luôn lớn hơn lượng dung môi tối thiểu và nồng độ ra của pha lỏng nhỏ hơn nồng độ cực đại. 2.2.4. Cân bằng nhiệt lượng trong quá trình hấp thu Phương trình cân bằng nhiệt lượng GđIđ + LđCđTđ + Qs = GcIc + LcCcTc + Q0 Trong đó Gđ, Gc: Hỗn hợp khí đầu và cuối, (kg/h) Lđ , Lc: Lượng dung dịch đầu và cuối, (kg/h) Tđ, Tc: Nhiệt độ khí ban đầu và cuối, (0C) Iđ, Ic: Entalpy hỗn hợp khí ban đầu và cuối, (kJ/kg) Cđ, Cc: Tỷ nhiệt của dung dịch đầu và cuối, (kJ/kg độ) Q0: Nhiệt mất mát, (kJ/h) Qs: Nhiệt phát sinh do hấp thu khí, (kJ/h) 2.3. Các yếu tố ảnh hưởng lên quá trình hấp thu Nhiệt độ và áp suất là những yếu tố ảnh hưởng lên quá trình hấp thu. Cụ thể là chúng có ảnh hưởng lên trạng thái cân bằng và động lực của quá trình. Ảnh hưởng của nhiệt độ: Khi các điều kiện khác không đổi nếu nhiệt độ tăng thì giá trị của hệ số Henry tăng, đường cân bằng sẽ chuyển dịch về trục tung. Giả sử đường làm việc PQ không đổi, nếu nhiệt độ tăng lên thì động lực truyền khối sẽ giảm, do đó tốc độ truyền khối sẽ giảm. Nếu tăng nhiệt độ lên một giới hạn nào đó thì không những động lực truyền khối giảm mà ngay cả quá trình củng không thực hiện được theo đường làm việc PQ cho trước. Mặt khác nhiệt độ tăng cũng có ảnh hưởng tốt vì làm độ nhớt của dung môi giảm (có lợi đối với trường hợp trở lực khuếch tán chủ yếu nằm trong pha lỏng). t1 t2 t3 t4 P Q y X t1 < t2 < t3 < t4 P1 P2 P3 p4 P Q y X P1 < P2 < P3 < P4 Hình 2.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên quá trình hấp thu Hình 2.5. Ảnh hưởng của áp suất lên quá trình hấp thu Ảnh hưởng của áp suất: Nếu các điều kiện khác giữ nguyên mà chỉ tăng áp suất của hỗn hợp khí thì hệ số cân bằng sẽ giảm và do đó đường cân bằng sẽ dịch chuyển về phía trục hoành. Như vậy nếu tăng áp suất thì quá trình truyền khối sẽ tốt hơn vì động lực tốt hơn. Tuy nhiên, việc tăng áp suất thường kèm theo sự tăng nhiệt độ. Mặt khác, sự tăng áp suất cũng gây khó khăn trong việc chế tạo và vận hành của tháp hấp thu. Các yếu tố khác: Tính chất của dung môi, loại thiết bị, cấu tạo thiết bị, độ chính xác của dụng cụ đo, chế độ vận hành tháp… đều có ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất hấp thu. 2.4. Tính chất của HCl HCl là một chất khí không màu có mùi xốc, trọng lượng riêng 1,264 ở 170C (so với không khí). Nhiệt độ nóng chảy -114,70C, nhiệt độ sôi -85,20C. Nhiệt độ tới hạn 51,250C, áp suất tới hạn 86 at. Tỷ trọng HCl lỏng ở -1130C là 1,267, ở -1100C là 1,206. Ngoài không khí ẩm bốc thành sa mù do tạo ra những hạt nhỏ acid clohydrit. Tan nhiều trong nước và phát nhiệt. Tan trong rượu, trong benzen (2% ở 180C), trong ete (35% ở 00C). Hằng số phân ly của acid clohydrit ở 00C bằng 2,5.107. Tính chất hóa học Phân tử clorua hiđrô (HCl) là một phân tử hai nguyên tử đơn giản, bao gồm một nguyên tử hiđrô và một nguyên tử clo kết hợp với nhau thông qua một liên kết đơn cộng hóa trị. Do nguyên tử clo có độ âm điện cao hơn so với nguyên tử hiđrô nên liên kết cộng hóa trị này là phân cực rõ ràng. Do phân tử tổng thể có mômen lưỡng cực lớn với điện tích một phần âm δ- tại nguyên tử clo và điện tích dương δ+ tại nguyên tử hiđrô, nên phân tử hai nguyên tử clorua hiđrô là phân tử phân cực mạnh. Vì thế, nó rất dễ dàng hòa tan trong nước cũng như trong các dung môi phân cực khác. Khi tiếp xúc với nước, nó nhanh chóng bị ion hóa, tạo thành các cation là hiđrônium (H3O+) và các anion clo (Cl-) thông qua phản ứng hóa học thuận nghịch sau: HCl + H2O → H3O+ + Cl- Như các loại axít khác, HCl có khả năng tác dụng với: Kim loại: Giải phóng khí hiđrô và tạo muối clorua (trừ các kim loại đứng sau hiđro trong dải hoạt động hóa học như Cu, Hg, Ag, Pt, Au). Fe + 2HCl → FeCl2+ H2 Ôxít bazơ: Tạo muối clorua và nước. ZnO + 2HCl → ZnCl2 + H2O Bazơ: Tạo muối clorua và nước. NaOH + HCl → NaCl + H2O Muối: tác dụng với các muối có gốc anion hoạt động yếu hơn tạo muối mới và axít mới. CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O Ngoài ra, trong một số phản ứng HCl còn thể hiện tính khử bằng cách khử một số hợp chất như KMnO4 (đặc), MnO2, KClO3 giải phóng khí clo. 2KMnO4(đặc) + 16HCl → 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8 H2O MnO2 + 4HCl → MnCl2 + Cl2 + 2H2O 2.5. Thiết bị hấp thụ Thiết bị hấp thụ có chức năng tạo ra bề mặt tiếp xúc giữa hai pha khí và lỏng càng lớn càng tốt. Có nhiều dạng tháp hấp thu: + Tháp phun: Là tháp có cơ cấu phun chất lỏng bằng cơ học hay bằng áp suất trong đó chất lỏng được phun thành những giọt nhỏ trong thể tích rỗng của thiết bị và cho dòng khí đi qua. Tháp phun được sử dụng khi yêu cầu trở lực bé và khí có chứa hạt rắn. + Tháp sủi bọt: Khí được cho qua tấm đục lỗ bên trên có chứa lớp nước lỏng. + Tháp sục khí: Khí được phân tán dưới dạng các bong bóng đi qua lớp chất lỏng. Quá trình phân tán khí có thể thực hiện bằng cách cho khí đi qua tấm xốp, tấm đục lỗ hoặc bằng cách khuấy cơ học. + Tháp đệm: Chất lỏng được tưới trên lớp đệm rỗng và chảy xuống dưới tạo ra bề mặt ướt của lớp đệm để dòng khí tiếp xúc khi đi từ dưới lên. Tháp đệm thường được sử dụng khi năng suất nhỏ, môi trường ăn mòn, tỉ lệ lỏng: khí lớn, khí không chứa bụi và hấp thụ không tạo ra cặn lắng. + Tháp đĩa: Cho phép vận tốc khí lớn nên đường kính tháp tương đối nhỏ, kinh tế hơn những tháp khác, được sử dụng khi năng suất lớn, lưu lượng lỏng nhỏ và môi trường không ăn mòn. Tháp hấp thụ phải thảo mãn những yêu cầu sau: Hiệu quả và có khả năng cho khí đi qua, trở lực thấp (< 3000 Pa), kết cấu đơn giản và vận hành thuận tiện, khối lượng nhỏ, không bị tắc nghẽn bởi cặn sinh ra trong quá trình hấp thụ. Khi đồng thời hấp thụ nhiều khí, vận tốc hấp thụ của mỗi khí bị giảm xuống. Khí hấp thụ hóa học trong tháp xuất hiện đối lưu bề mặt, nghĩa là trên bề mặt phân chia pha xuất hiện dòng đối lưu cưỡng bức thúc đẩy quá trình truyền khối. CHƯƠNG 3 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 3.1. Thuyết minh quy trình công nghệ Khí cần xử lý cần được lấy từ các nhà máy, sẽ được thu hồi lại rồi sau đó dùng quạt thổi khí vào tháp hấp thụ (tháp mâm xuyên lỗ). Dung dịch dùng hấp thụ là nước. Tháp hấp thụ làm việc nghịch chiều: Nước được bơm lên bồn cao vị (với mục đích để ổn định lưu lượng), từ đó cho vào tháp từ trên đi xuống, hỗn hợp khí được thổi từ dưới lên và quá trình hấp thụ xảy ra. Hấp thụ xảy ra trong đoạn tháp có bố trí các mâm. Hỗn hợp khí trơ đi ra ở đỉnh tháp sẽ được cho đi qua ống khói để phát tán khí ra ngoài mà không gây ảnh hưởng đến công nhân. Dung dịch sau hấp thụ ở đáy tháp được cho ra bồn chứa. Tại đây, dung dịch lỏng này có thể được đưa qua tháp tái sinh để tái sử dụng hoặc sẽ được sử lý để sau cho nồng độ cùa nước thải đạt được nồng độ cho phép để có thể thải ra môi trường. Nếu trong khu công nghiệp thì xử lý sau cho nước thải đạt tiêu chuẩn loại B (1mg/l) hoặc nếu đặt trong khu sinh hoạt thì phải xử lý cho đến khi đạt tiêu chuẩn loại A (0.1mg/l). 3.2. Sơ đồ quy trình công nghệ (xem hình ở trang bên) CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 4.1. Tính cân bằng vật chất cho tháp hấp thu 4.1.1. Các thông số ban đầu Công suất của hệ thống V0 = 5 m3/s = 18000 m3/h (điều kiện tiêu chuẩn). Nồng độ khí HCl trong khí thải (điều kiện tiêu chuẩn). Nồng độ khí vào yđ = 3 g/m3 Nồng độ khí ra yc = 100 mg/m3 = 0,1 g/m3 Nồng độ ban đầu của HCl trong nước Xđ = 0 Nhiệt độ làm việc trung bình của hệ thống là 30 0C Áp suất làm việc ở P = 1 at 4.1.2. Cân bằng vật chất Đầu vào Số mol HCl lúc đầu n HCl d = = = 0,0822 (mol) Số mol không khí n kk = = 44,6429 (mol) phần mol của dung chất trong pha khí yd = = = 1,8413.10-3 (mol/mol) Tỉ số mol của dung chất trong pha khí Yd = = = 1,8447.10-3 (mol/mol) Đầu ra Số mol HCl lúc cuối n HCl c = = = 2,7397.10-3 phần mol của dung chất trong pha khí yc = = = 6,1369.10-5 (mol/mol) Tỉ số mol của dung chất trong pha khí Yc = = = 6.1373.10-5 (mol/mol) 4.1.3. Lưu lượng pha lỏng và pha khí Ghh = = = 724,4627 (Kmol/h) Gtr = Ghh (1 - yd) = 724,4627(1 - 1,8413.10-3) = 723,1287 (Kmol/h) Gc = Gtr (Yc + 1) = 723,1287(6,1373.10-5 + 1) = 723,1731 (Kmol/h) Từ yd = 1,8413.10-3 và (*) tìm Xc max => Xc max = 6,3533.10-4 Lượng dung môi tối thiểu Ltr min = Gtr = 723,1287 = 2029,7718─ Do lượng dung môi thực tế nhiều hơn lượng dung môi tối thiểu 20% nên Ltr = 1,2.Ltr min = 1,2.2029,7718 = 2435,7262 Khi đó : = => Xc = Gtr +Xd = 723,1287 + 0 = 5,2944.10-4 (Kmol HCl/Kmol hh) Lưu lượng lỏng đi trong tháp Gx = Ltr .18 = 2435,7262.18 = 43843,0716 (kg/h) 4.1.4. Đường cân bằng pha Dựa theo định luật Henry: Ở 30 0C H.10-6 = 0,0022 mmHg => m = = = 2,8947 ycb = (*) Đường cân bằng pha X 0 0.50E-4 1.00E-4 1.50E-4 2.00E-4 2.50E-4 3.00E-4 3.50E-4 4.00E-4 4.50E-4 5.00E-4 Y 0 0.000145 0.000290 0.000434 0.000579 0.000724 0.000869 0.001014 0.001159 0.001304 0.001449 4.2. Tính cân bằng năng lượng cho tháp hấp thu …………………………. CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 5.1. Đường kính tháp D = (IV - 162) Trong đó Vtb lưu lượng khí trung bình đi trong tháp wy vận tốc khí đi trong tháp Tính vận tốc đi trong tháp ( rwy ) = 0,65 j[s] (I - 184) Trong đó + Chọn h = 0,45 + j[s] hệ số sức căng bề mặt Khi s < 20 đyn/cm thì j[s ] = 0,8 s > 20 đyn/cm thì j[s ] = 1 Sức căng bề mặt hỗn hợp = + sH2O = 71,2.10-3 N/m = 71,2 đyc/cm sHCl = 63,4.10-3 N/m = 63,4 đyc/cm => shh = 33,5370 => j[s] = 1 + Khối lượng riêng trung bình Pha khí ry tb = ytb = = = 9,5133.10-4 (mol/mol) M1 = MHCl = 36,5 M2 = MH2O = 18 T = 303 0K => ry tb = = 0,7247 (Kg/m3) Pha lỏng rx tb = rtb1Vtb1 + (1 - Vtb1)rtb2 rtb1 = rHCl rtb2 = rH2O = 995,68 ( Kg/m3) Vtb1 phần thể tích trung bình của cấu tử HCl trong pha lỏng Do Vtb rất bé => Vtb1rtb1 ≈ 0 1 - Vtb ≈ 1 => rx tb = rH2O = 995,68 ( Kg/m3) => wy = = = 1,6162 (m/s) Tính lưu lượng khí trung bình đi trong tháp Gtb = = = 723,8179 Vtb = Gtb .22,4. = 723,8179.22,4. = 17995,2266 (m3/h) = 4,9987 (m3/s) => D = = 1,9849 (m) Theo tiêu chuẩn chọn D = 2 (m) => Vận tốc dòng khí đi trong tháp wy = = = 1,5919 (m/s) 5.2. Đường kính, diện tích mặt cắt ống chảy chuyền Đường kính ống chảy chuyền dch = (II - 236) Trong đó Gx lưu lượng lỏng trung bình đi trong tháp, kg/h rx khối lượng riêng của lỏng, kg/m3 z số ống chảy chuyền wc tốc độ chất lỏng trong ống chảy chuyền, thường lấy wc = 0,1 ¸ 0,2 m/s => dch = = 0,2791 (m) => Diện tích mặt cắt ống chảy chuyền Sch = = = 0,0611 (m2) Khoảng cách thân thiết bị đến gờ chảy tràn L = D - dch = 2 - 0,2791 = 1,7209 (m) 5.3. Diện tích làm việc của đĩa Chọn đĩa làm bằng thép không rỉ X18H10T Khối lượng riêng của thép: r = 7900 (kg/m3) Đường kính lỗ: dl = 0,005 (m) = 5 (mm) Bề dày đĩa: d = 0,8.dl = 0,8.0,005 = 0,004 (m) = 4 (mm) Diện tích của đĩa f = - 2.Sch = - 2.0,0611 = 3,0178 (m2) Tổng diện tích lỗ lấy bằng 12% diện tích làm việc S1 = 0,12.f = 0,12.3,0178 = 0,3621 (m2) Thể tích của đĩa Vd = (f - S1)d = (3,0178 - 0,3621)0,004 = 0,0106 (m3) Khối lượng đĩa md = Vd.r = 0,0106.7900 = 83,74 Số lỗ trên một mân n = = = 18451 (lỗ) Bước lỗ t = = ≈ 0,0194 (m) = 19,4 (mm) 5.4. Chiều cao của thiết bị Hệ số chuyển khối Ky = (II - 162) Trong đó m Hệ số phân bố vật chất bx Hệ số cấp khối phía pha lỏng by Hệ số cấp khối phía pha khí Hệ số cấp khối phía pha khí by = 3,03.10-4.wy0.76.DPx (II - 164) Trong đó wy Vận tốc khí tính cho mặt cắt tự do của tháp, m/s DPx = DPd - DPk Sức cản thủy lực của lớp chất lỏng trên đĩa, N/m2 DPd = DPk + DPs + DPt Tổng trở lực của một đĩa, N/m2 DPk Trở lực đĩa khô, N/m2 DPs Trở lực của đĩa do sức căng bề mặt, N/m2 DPt Trở lực thủy tỉnh, N/m2 + Trở lực đĩa khô DPk = x (II - 194) x Hệ số trở lực, x = 1,635 ry Khối lượng riêng của pha khí, kg/m3 w0 Vận tốc khí qua lỗ, m/s Vận tốc khí qua lỗ w0 = = = 13,8046 (m/s) DPk = 1,635. = 112,8999 (N/m2) + Trở lực của đĩa do sức căng bề mặt (II - 194) DPs = = = 20,6318 (N/m2) + Trở lực thủy tĩnh DPt = 1,3.[K.hc + ].g.rx (II - 194) Trong đó hc Chiều cao ống chảy chuyền nhô lên trên khỏi đĩa, m Gx Lưu lượng lỏng, kg/h, (Gx = = = 42,2231) Lc Chiều dài cửa chảy tràn, m m Hệ số lưu lượng qua cửa chảy tràn, ( = = 52,7789 > 5 => m = 10000) rx Khối lượng riêng của lỏng, kg/m3 K Tỉ số giữa khối lượng riêng của bọt và khối lượng riêng của lỏng không bọt, (chấp nhận K = 0,5) g Gia tốc trọng trường, m/s2 DPt = 1,3.[0,5.0,12 + ].9,81.995,68 = 1067,3869 (N/m2) => DPx = DPd - DPk = DPs + DPt = 20,6318 + 1067,3869 = 1088,0187 => by = 3,03.10-4.1,59190,76.1088,0187 = 0,4694 (Kmol/m2s) Hệ số cấp khối phía pha lỏng (II - 164) bx = = = 1,3609 (Kmol/m2s) => Ky = = 0,2349 (Kmol/m2s) Số đơn vị chuyển khối đối với mỗi đĩa myT = (II - 173) Trong đó Ky Hệ số chuyển khối, Kmol/m2s f Diện tích làm việc của đĩa, m2 Gy Lưu lượng khí, Kmol/s => myT = = 3,5226 Số đơn vị chuyển khối trong thành phần pha lỏng không đổi Cy = e myT = e 3,5226 = 33,8724 Xác định số đĩa thực tế theo phương pháp vẽ đường công động học X 0 5.29E-4 Y 6.14E-5 1.84E-3 Đồ thị X,Y xác định số đĩa lý thuyết Dựa vào đồ thị X, Y xác định số đĩa lý thuyết theo đường cân bằng và đường làm việc, số bậc (số tam giác) tạo thành giữa hai đường chính là số đĩa lý thuyết. Đồ thị X,Y xác định số đĩa thực tế Dựa vào đồ thị X, Y xác định số đĩa thực tế theo đường cong phụ và đường làm việc, số bậc (số tam giác) tạo thành giữa hai đường chính là số đĩa thực tế. Như vậy số đĩa thực tế là 11. Chiều cao toàn tháp H = Hd(Nt + 1) + Hday + Hn + Hc + d Trong đó Nt Số đĩa thực tế Hd Khoảng cách giữa các đĩa, (Hd = 0,5 m) (II - 169) Hday Chiều cao đáy của thiết bị Hn Chiều cao nắp của thiết bị (Hday, Hn = 0,375 m) Hc Chiều cao của chân đỡ, (Hc = 0,185 m) d Khoảng cách bổ sung của đáy tháp, (d = 0,4 m) => H = 0,5(11 + 1) + 0,375 + 0,375 + 0,185 + 0,4 = 7,335 (m) 5.5. Trở lực của tháp DP = Nt DPd Trở lực của một đĩa DPd = DPk + DPs + DPt = 112,8999 + 20,6318 + 1067,3869 = 1200,9186 (N/m2) => DP = 11.1200,9186 = 13210,1046 (N/m2) CHƯƠNG 6 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CƠ KHÍ Thiết bị làm việc ở môi trường ăn mòn, nhiệt độ làm việc t = 300C, Plv = 1 at = 98100 N/m2 = 98,1 N/mm2. Nên ta chọn vật liệu là thép không gỉ để chế tạo thiết bị. Ký hiệu thép: X18H10T (II - 310, 313, 356, 362) Các thông số chính của thép: Giới hạn bền sk = 550.106 (N/m2) Giới hạn chảy sch = 220.106 (N/m2) Chiều dài tấm thép 4 - 25 (mm) Hệ số dẫn nhiệt từ 20 ¸ 100 0C: l = 16,3 (W/m.độ) Khối lượng riêng r = 7900 (kg/m3) Hệ số an toàn bền nk = 2,6 nc = 1,5 nbl = 1,5 Hệ số hiệu chỉnh η h = 1 Hệ số bền mối hàn j h = 0,95 Chọn công nghệ gia công: Hàn tay bằng hồ quang điện, hàn giáp mối hai bên. 6.1. Ứng suất làm việc cho phép theo giới hạn bền [sk] = .η h = 1 = 211,54.106 (N/m2) (II - 355) [sc] = .η h = 1 = 146,7.106 (N/m2) Vậy ứng suất cho phép dùng để tính toán [s] = [sc] = 146,7.106 (N/m2) Áp suất tính toán Ptt = Pmt + rgh (II - 366) Trong đó Pmt Áp suất của môi trường, N/m2 g Gia tốc trọng trường, m/s2 r Khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m3 Pmt = Plv + DP = 98100 + 13210,1046 = 111310,1046 => Ptt = 111310,1046 + 995,68.9,81.6 = 169915,8294 (N/m2) ≈ 1,7.105 (N/m2) 6.2. Chiều dày thân tháp S = + C (II - 360) Trong đó Dt Đường kính trong, m j h Hệ số bền của thành hình trụ theo phương dọc Ptt Áp suất trong thiết bị, N/m2 C Hệ số bổ sung do ăn mòn Do j h = 0,95 = 819,7941 > 50, có thể bỏ qua Ptt ở mẫu số => S = + C Hệ số bổ sung do ăn mòn C = C1 + C2 + C3 + C0 (II - 363) Trong đó C1 Hệ số bổ sung ăn mòn hóa học của môi trường. Do là vật liệu bền trong môi trường có độ ăn mòn, nên C1 = 0 C2 Hệ số bổ sung do hao mòn cơ học. Trong thiết bị hóa chất có thể bỏ qua C3 Hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo, lắp ráp. C3 = 0,2 (mm) C0 Hệ số bổ sung quy tròn kích thước. C0 = 3 (mm) => C = 0 + 0 + 0,2 + 3 + 3,2 (mm ) => S = + 3,2 = 4,5 (mm) Kiểm tra = = 2,25.10-3 < 0,1 Áp suất tính toán cho phép ở bên trong thiết bị [P] = = = 6,25734.105 ( N/m2 ) [P] > Ptt thỏa điều kiện. Vậy chiều dày thân được chọn là S = 4,5 (mm) 6.3. Chiều dày đáy, nắp tháp Chọn đáy, nắp elip tiêu chuẩn Chọn chiều dày đáy, nắp bằng chiều dày thân Sd = Sn = St = 4,5 (mm) Kiểm tra tương tự như chiều dày thân: Sd = Sn = 4,5 mm thỏa điều kiện. 6.4. Chọn bích Chọn bích liền bằng thép nối đáy, nắp, thân thiết bị Ta có các thông số sau, xem bảng XIII.27 (II - 417) Đường kính trong của thiết bị: Dt = 2000 (mm) Đường kính ngoài của bích: D = 2160 ( mm ) Đường kính tấm bulong Db = 2100 (mm) Đường kính mép vát DI = 2060 (mm) Đường kính bulong db = M30 Số bulong Z = 48 (cái) Bề dày bích h = 40 (mm) Kích thước bề dày mặt đệm D2 = 2054 (mm) D4 = 2030 (mm) Chọn vật liệu chế tạo là CT3 6.4.1. Kiểm tra bulong ghép bích Lực nén chiều trục sinh ra do xiết bulong Q1 =Qa + Qk Trong đó Qa Áp suất bên trong thiết bị Qa = (N Qk Lực cần thiết để giữ kín trong đệm Qk = pDtbmb0Ptt (N) => Q1 = + pDtbmb0Ptt Trong đó Dtb = DI - 2. b Bề rộng thực của đệm, b = = = 12 (mm) => Dtb = DI - 2. = 2060 - 2. = 2048 (mm) b0 Bề rộng tính toán của đệm, b0 = (0,5 ¸ 0,8)b Chọn b0 = 0,5.b = 0,5.12 = 6 m Hệ số áp suất riêng, phụ thuộc vào vật liệu và loại đệm. Chọn vật liệu đệm là paronit có bề dày d0 = 3 (mm) do môi trường có tính ăn mòn, m = 2 q0 = 11 (N/m2) Áp suất riêng cần thiết để làm biến dạng vòng đệm. => Q1 = + 3,14.2048.2.6.0,17 = 5,4692.105 (N) Lực cần để ép chặt đệm ban đầu Q2 = pDtbb0q0 = 3,14.2048.6.11 = 4,2443.105 (N) Lực tác dụng lên một con bulong q b = = = = = 11394 (N) Đường kính chân ren bulong d b = 1,13 Trong đó [s] bl = k0[s]’bl [s] bl Ứng suất cho phép của vật liệu làm bulong (N/mm2) Ở T = 30 0C, ta có [s] bl = 90 (N/mm2) Chọn k0 = 0,8 => [s] bl = 0,8.90 =72 (N/mm2) => d b = 1,13 = 14,2151 (mm) Kiểm tra ứng suất tác dụng lên bulong s = = = 71,8297 => s < [s] bl = 90 thỏa điều kiện Vậy d b = 14,9823 (mm) < 30 (mm) thỏa điều kiện bền. 6.4.2. Kiểm tra chiều dày bích Bề dày bích liền được xác định theo công thức T = 0,41.Dn Trong đó D = 2000 (mm) Dn = DI = 2060 (mm) Db = 2100 (mm) l = = = 20 (mm) P Áp suất môi trường, N/m2 db Đường kính ngoài của bulong, mm [s] Ứng suất cho phép của bulong thô dùng để ghép bích, N/m2 [s] = 45 (N/m2) sbi Ứng suất cho phép của bích, N/m2 sbi = 113 (N/m2) Z Số bulong, Z = 48 => t = 0,41.2060 = 33,3642 < h =40 (mm) 6.5. Đường ống dẫn khí, lỏng và bích nối. Để tính đường kính tối ưu của các ống dẫn khí, dẫn lỏng ta có tiêu chuẩn về vận tốc thích hợp của khí và lỏng trong đường ống xem bảng II.2 (I - 370) 6.5.1. Đường ống dẫn lỏng dl = Trong đó Q = L = 42,2231 m3/h v = 3 m/s => dl = = 0,07 (m) Chọn bích liền (kiểu bích phẳng) Bảng thông số dl = Dy Dn D Dd D1 Bulong Loại 1 db Z h mm cái mm 70 76 160 130 110 M12 4 14 6.5.2. Đường ống dẫn khí dk = Trong đó Q = 5 m3/s v = 40 m/s => dk = = 0,39 (m) Chọn dk = Dy = 4 m = 400 mm Chọn bích liền (kiểu bích phẳng) Bảng thông số dk = Dy Dn D Dd D1 Bulong Loại 1 db Z h mm cái mm 400 426 535 495 465 M20 16 22 6.5.3. Chi tiết các thông số Ta có các thông số sau, xem bảng XIII.26 (II - 409) Bích nối đường ống dẫn lỏng với thân Chọn bích liền bằng kim loại đen để nối các bộ phận thiết bị và ống dẫn lỏng Đường kính trong ống dẫn lỏng Dy = 70 (mm) Đường kính ngoài ống dẫn lỏng Dn = 76 (mm) Đường kính ngoài của bích D = 160 (mm) Đường kính tấm bulong Dd = 130 (mm) Đường kính bulong db = 12 (mm) Số bulong Z = 4 (cái) Bề dày bích t = 14 (mm) Bích nối đường ống dẫn khí với thân Chọn bích liền bằng kim loại đen để nối các bộ phận thiết bị và ống dẫn khí Đường kính trong ống dẫn lỏng Dy = 400 (mm) Đường kính ngoài ống dẫn lỏng Dn = 426 (mm) Đường kính ngoài của bích D = 535 (mm) Đường kính tấm bulong Dd = 495 (mm) Đường kính bulong db = 20 (mm) Số bulong Z = 16 (cái) Bề dày bích t = 22 (mm) 6.6. Khối lượng thiết bị Mtb = Mday + Mnap + Mdia + Mthan + Mbulong + Mbich + Mlong + Mbichl + Mbichk 6.6.1. Khối lượng đáy tháp Mday = (Fd - Fld)rS Trong đó r Khối lượng riêng của thép X18H10T dùng làm đáy nắp r = 7900 (kg/m3) S Bề dày đáy tháp S = 4,5 (mm) Fd = 4,5 (m2), diện tích đáy tháp Fld Diện tích lỗ đáy nối ống dẫn lỏng Fld = , (dl Đường kính ống dẫn lỏng) => Mday = (4,5 - )7900.4,5.10-3 = 159,84 (kg) 6.6.2. Khối lượng nắp tháp Mnap = (Fn - Fln)rS Trong đó r Khối lượng riêng của thép X18H10T dùng làm đáy nắp r = 7900 (kg/m3) S Bề dày đáy tháp S = 4,5 (mm) Fn = 4,5 (m2), Diện tích đáy tháp Fln Diện tích lỗ đáy nối ống dẫn lỏng Fln = , (dk Đường kính ống dẫn khí) => Mnap = (4,5 - )7900.4,5.10-3 = 153 (kg) 6.6.3. Khối lượng thân tháp Mthan = Vthan.r Trong đó S Bề dày đáy tháp S = 4,5 (mm) Vthan = Ft.S = [pDH - (dk2 + dl2)]S = [3,14.2.6,4 - (0,52 + 0,072)]4,5.10-3 =0,18 (m3) => Mthan = 0,18.7900 = 1422 (kg) 6.6.4. Khối lượng bích nối thân - đáy, thân - nắp, thân - thân Mbich = 3 [D2 - (Dt + 2S)2]t.r Trong đó r Khối lượng riêng của thép CT3 dùng làm bích r = 7850 (kg/m3) D = 2,16 (m) Đường kính ngoài của bích Dt = 2 (m) Đường kính trong của tháp t = 40 (mm) Chiều dày bích => Mbich = 3 [2,162 - (2 + 2.4,5.10-3)2] 40.10-3.7850 = 465,51 (kg) 6.6.5. Khối lượng bích nối ống dẫn lỏng với thân Mbichl = [ D2 - (Dy + 2.Sl)2 ]t.r Trong đó r Khối lượng riêng của thép CT3 dùng làm bích r = 7850 (kg/m3) D = 160 (mm) Đường kính ngoài của bích Dy = 70 (mm) Đường kính trong của ống dẫn lỏng Dn = 76 ( mm ) Đường kính ngoài của ống dẫn lỏng t = 14 (mm) Bề dày bích Sl = Dn - Dy = 76 - 70 = 6 (mm) => Mbichl = [ 0,162 - (0,07 + 2.6.10-3)2 ]14.10-3.7850 = 1,63 (kg) 6.6.6. Khối lượng bích nối ống dẫn khí với thân Mbichk = [ D2 - (Dy + 2.Sk)2 ]t.r Trong đó r Khối lượng riêng của thép CT3 dùng làm bích r = 7850 (kg/m3) D = 535 (mm) Đường kính ngoài của bích Dy = 400 (mm) Đường kính trong của ống dẫn lỏng Dn = 426 (mm) Đường kính ngoài của ống dẫn lỏng t = 22 (mm) Bề dày bích Sl = Dn - Dy = 426 - 400 = 26 (mm) => Mbichk = [ 0,5352 - (0,4 + 2.26.10-3)2 ]22.10-3.7850 = 11,11 (kg) 6.6.7. Khối lượng đĩa Mdia = md.Nt = 83,21.11 = 915,31 (kg) 6.6.8. Khối lượng bulong Mbulong = mbulongk + mbulongl + mbulongt Trong đó mbulongk = 16(p.rk2.h.r) = 16(3,14.0,012.0,022.7850) = 0,8676 (kg) mbulongl = 4(p.rl2.h.r) = 4(3,14.0,0062.0,014.7850) = 0,0497 (kg) mbulongt = 48.3(p.r12.h.r) = 48.3(3,14.0,0152.0,04.7850) = 31,9451 (kg) => Mbulong = 0,8676 + 0,0497 + 31,9451 = 32,8624 (kg) 6.6.9. Khối lượng lỏng trong thiết bị Mlong = D(Nt - 1)Hd.r Trong đó Hd khoảng cách đĩa, m r khối lượng riêng của lỏng, kg/m3 D Đường kính tháp, m Nt Số đĩa thực tế => Mlong = 2.(11- 1).0,45.995,68 = 7034,4792 (kg) => Mtb = 159,84 + 153 + 915,31 + 1422 + 32,8624