Đồ án Thiết kế hệ thống hấp thụ để làm sạch khí

Đồ án môn quá trình thiết bị Thiết kế hệ thống hấp thụ để làm sạch khí Họ và tên: Lớp : Các số liệu ban đầu : Thiết bị hấp thụ loại tháp chóp. Hỗn hợp tách: H2S -không khí. Lưu lượng khí thải vào tháp là: 11.000 Nm3/h Nồng độ H2S trong dòng khí vào theo % thể tích là: 2% Hiệu xuất hấp thụ: 85% Dung môi hấp thụ là H2O Nhiệt độ và áp xuất hấp thụ,lượng dung môi mô phỏng theo một số điều kiện. Các phần thuyết minh và tính toán: Mở đầu Tính toán thiết kế hệ thống hấp thụ Cân bằng vật liệu Đường kính Thiết kế đĩa chóp Chiều cao Trở lực Các chi tiết của tháp Tính toán quạt hoặc máy nén khí Tính toán hệ thống bơm dung môi Tính và chọn cơ khí Kết luận Vẽ sơ đồ dây chuyền hệ thống hấp thụ: khổ A4. Vẽ bản vẽ chi tiết(vẽ lắp)tháp hấp thụ: khổ A1. Mục lục i. mở đầu 3 ii. tính toán thiết kế hệ thống hấp thụ 5 1. tính toán cân bằng vật liệu. 5 2. tính đường kính của tháp 7 3. thiết kế đĩa chóp 10 4. tính chiều cao tháp 12 5. tính trở lực tháp 15 III.Thiết kế thiết bị phụ 16 Bơm chất lỏng 16 2. Máy nén khí 19 iV. Tính và chọn cơ khí 20 Chọn vật liệu: 20 Tính chiều dày thân tháp 21 Tính chiều dày nắp và đáy thiết bị 22 Chọn mặt bích 23 chọn chân đỡ 23 V. Kết luận 25 VI. Tài liệu tham khảo 26 i. mở đầu Ô nhiễm môi trường : vấn đề chung mang tính toàn cầu và cấp bách. ở hầu hết các quốc gia, chính phủ đã đầu tư rất nhiều,cả về vốn và công nghệ cho việc xử lí các chất gây ô nhiễm môi trường. Xã hội càng phát triển, khoa học công nghệ càng tiên tiến thì ô nhiễm môi trường và các hậu quả của nó càng trở lên nghiêm trọng. ở Việt Nam,tuy nền công nghiệp chưa phát triển mạnh mẽ nhưng do nhiều nguyên nhân chủ quan và khách quan , như việc thiếu hiểu biết về tầm quan trọng của bảo vệ và làm sạch môi trường, trình độ dân trí nói chung còn thấp, thu nhập đầu người kém(trừ một số vùng đô thị) làm cho con người chi biết khai thác sử dụng mà không nghĩ tới hậu quả của nó,.... Chính vì vậy mà môi trường nước ta ngày càng ô nhiễm. Cũng như nhiều nước khác trên thế giới hiện nay, vấn đề xử lí các chất gây ô nhiễm ở nước ta đang gặp nhiều khó khăn . Nguyên nhân của ô nhiễm môi trường là do các chất thải từ nhà máy, khu công nghiệp và các hoạt động khác. Một trong những chất khí gây ô nhiễm môi trường là H2S, nó là khí thải của rất nhiều các nghành công nghiệp. Khí sunfuahiđrô(H2S) là một chất khí độc hại, không màu sắc nhưng có mùi trứng thối đặc trưng rất khó chịu. Trong công nghiệp khí này xuất hiện trong khí thải của các quá trình sử dụng, nhiên liệu hữu cơ chứa sunfua, các quá trình tinh chế dầu mỏ, các quá trình tái sinh lợi hoặc ở khu vực chế biến thực phẩm, rác thải của thành phố do các chất hữu cơ bị thối rữa. Hàng năm có khoảng 3 triệu tấn H2S được sinh ra từ công nghiệp. Ngoài ra H2S còn được sinh ra ở các vết nứt núi lửa, hầm lò khai thác than, cống rãnh, hồ nước cạn, ao tù, bờ biển… nơi mà có các động thực vật thối rửa. Khí H2S tác động tới con người: Với nồng độ thấp (xấp xỉ 5 ppm) H2S gây nhức đầu khó chịu; ở nồng độ cao (>150ppm) có thể gây tổn thương màng nhày của cơ quan hô hấp. ở nồng độ xấp xỉ 500ppm gây ỉa chảy, viêm phổi và khi đạt đến nồng độ 700-900ppm H2S nhanh chóng xuyên qua màng túi phổi và thâm nhập vào mạch máu, có thể gây tử vong. Đối với thực vật H2S có thể làm tổn thương lá cây, rụng lá và giảm sinh trưởng. Với các đặc điểm như trên thì việc để phát tán khí H2S vào môi trường là rất nguy hiểm và gây hậu quả nghiêm trọng. Vì vậy, xử lý H2S trong khí thải là việc rất cần thiết. Một trong những phương pháp xử lý H2S trong khí thải hiện nay là sử dụng tháp hấp thụ H2S ra khỏi không khí bằng các dung môi. Trong đồ án này, em xin trình bày thiết kế hệ thống tháp hấp thụ H2S trong không khí, được trình bày cụ thể dưới đây. Sơ đồ hệ thống hấp thụ khí h2s Trong đó: 1. Máy nén khí 6. Van điều chỉnh 2. Đồng hồ đo lưu lượng khí 7. Đồng hồ đo lưu lượng lỏng 3. Bể chứa nước 8. Van xả lỏng sau hấp thụ 4. Bơm ly tâm 9. Bể chứa 5. Tháp hấp thụ Thuyết minh dây chuyền: Hỗn hợp khí cần xử lí H2S và không khí được máy nén khí 1 đưa vào ở đáy tháp, trên đường ống có nắp van điều tiết lưu lượng khí và gắn vào ống trước khi đi vào tháp một đông hồ đo lưu lượng chất lỏng vào tháp 2 - Nước từ bể 3 được bơm li tâm 4 đưa vào tháp 5, trên đường ống có van an toàn 6, đồng thời điều chỉnh lưu lượng; đi qua đồng hồ đo lưu lượng 7 .Nước được bơm vào tháp với lưu lượng thích hợp, tưới từ trên xuống dưới theo chiều cao tháp hấp thụ . - Không khí chứa H2S sau khi được hấp thụ đi lên nắp tháp và ra ngoài lỗ nắp. - Nước hấp thụ H2S đi qua lỗ đáy, qua Van nhả sản phẩm hấp thụ 8 đến hệ thống nhả hấp thụ 9.Tuy nhiên trong khuôn khổ đồ án ta không tính đến hệ thống này. ii.tính toán thiết kế hệ thống hấp thụ tính toán cân bằng vật liệu. Một số kí hiệu: -Xđ: nồng độ ban đầu của cấu tử cần hấp thụ trong dung môi (Kmol/Kmol dm) -Xc: nồng độ cuối của cấu tử cần hấp thụ trong dung môi (Kmol/Kmol dm) -Yđ: nồng độ ban đầu của cấu tử cần hấp thụ trong hỗn hợp khí(Kmol/Kmol khí trơ) -Yc: nồng độ cuối của cấu tử cần hấp thụ trong hỗn hợp khí (Kmol/Kmol khí trơ) -GY: Lượng hỗn hợp khí đi vào thiết bị hấp thụ (Kmol/h) -GX: Lượng dung môi đi vào thiết bị hấp thụ (Kmol/h) -Gtr: Lượng khí trơ đi vào thiết bị hấp thụ (Kmol/h) -: Lượng dung môi/Lượng dung môi tối thiểu a/ Tháp làm việc ở : + Nhiệt độ : T = 30 0C hay T = 303 0K + áp suất : P = 5 at hay P = 3677,5 mmHg = 4,8 atm. + Nồng độ khí thải vào tháp(phần thể tích): yd = 0,02 + Khi tính toán hấp thụ ta thường dùng nồng độ phần mol tương đối: Y = => Yđ = = = 0,0204(kmol/kmol khí trơ) X = + Hiệu suất hấp thụ = 85% => = => Yc = (1- )Yd => Yc = (1-0,85)0,0204 = 3,06.10-3(kmol/kmol khí trơ) + Lưu lượng khí thải vào tháp: GY = 11000(Nm3/h) hay GY = = 491,07(kmol/h) + Lượng khí trơ được tính theo công thức: Gtr = GY. = GY.(1-yd) (II-141) => Gtr = 491,07(1-0,02) = 481,2486(kmol/h) b/ thiết lập đường cân bằng: + Theo định luật Henrry: ycb = m.x (II-138) Với m = (II-138) Với là hằng số henrry của H2S ở 300C = 0,463.106mmHg => m = = 125,9 => tính theo nồng độ phần mol tương đối ta có: Ycb = => Ycb = ( phương trình đường cân bằng) +Lượng dung môi tối thiểu cần thiết để hấp thụ khi giả thiết nồng độ cuối của dung môi đạt đến nồng độ cân bằng, tức Xc = Xcbc GXmin = Gtr. (II-141) Mặt khác Xc = Xcbc = = => Xc = Xcbc = 0,16.10-3(kmol/kmol dung môi) => GXmin = 481,2486. => GXmin = 52155,3(kmol/h) +Trong thực tế các thiết bị hấp thụ thực không bao giờ đạt được cân bằng giữa các pha, nghĩa là nồng độ cân bằng luôn lớn hơn nồng độ thực tế nên lượng dung môi tiêu tốn lớn hơn lượng dung môi tối thiểu: GX = GXmin. Chọn = 1,2 => GX = 52155,3.1,2 = 62586,36(kmol/h) c/ Thiết lập đường nồng độ làm việc: + Phương trình cân bằng vật liệu cho một đoạn thiêt bị: Gtr(Y - Yc) = GX(X - Xd) => Y = .X + Yc - Xd => Y = .X + 3,06.10-3 => Y = 130.X + 3,06.10-3 (phương trình đường làm việc) tính đường kính của tháp a/ Công thức: D = (m) (II_181) Trong đó: + Vtb: Lượng khí trung bình đi trong tháp (m3/h) +: Tốc độ khí trung bình đi trong tháp (m/s) b/ Tính toán: Lượng khí trung bình đi trong tháp: Vytb = Với + Vyđ : Lưu lượng hỗn hợp khí đầu ở điều kiện làm việc (m3/h) + Vyc : Lưu lượng khí thải ra khỏi tháp (m3/h) Tính: Vyđ = (Mytb là khối lượng mol phân tử trung bình của hỗn hợp khí ) Mà khối lượng riêng trung bình của pha khí là: = = => Vyđ = = = = 2543,5(m3/h) Tính: Vyc = Vtr(1+Yc) với Vtr = =>Vyc = .(1+Yc) = .(1+Yc) = .(1+Yc) = .(1+3,06.10-3) => Vyc = 2500,25 (m3/h) Vậy lượng khí trung bình đi trong tháp là: Vytb = = Vytb = 2521,875 (m3/h) Tốc độ khí trung bình đi trong tháp: = 0,065. (Kg/m2.s) (II_184) Với + :khối lượng riêng trung bình của pha lỏng (kg/m3) +: khối lượng riêng trung bình của pha khí (kg/m3) + h: khoảng cách giữa các đĩa (m) với D = 1,2 1,8 m thì h0,350,45 (m) Ta chọn h = 0,4 (m) Tra toán đồ trong sổ tay I có > 20 = 1 Tính: = (II-183) Phương trình cân bằng vật liệu trong tháp: Gtr(Yd-Yc) = GX(Xc-Xd) => Xc = = => Xc = 1,33.10-4 => xc = = 1.10-4 (Kmol/kmol) => xtb = = = 0,5.10-4 (Kmol/kmol) => Khối lượng mol trung bình của pha lỏng: Mxtb = xtb.+ = 0,5.10-4 .34 +(1-0,5.10-4).18 => Mxtb = 18 (Kg/kmol) Phần khối lượng trung bình của cấu tử 1: atb = = = 0,95.10-4 (Kg/kg) Tra trong sổ tay I ta được: = = 995,68 (kg/m3) (I-12) = = = = 6,84 (kg/m3) (I-5) = = = 982,2(Kg/m3) Tính Khối lượng mol phân tử trung bình của hỗn hợp khí là: MYtb = ytb. + (1-ytb).MKK Ytb = = = 11,73.10-3(Kmol/kmolkhí trơ) => ytb = = => ytb= 0,0116(kmol/kmol) Vậy ta có: MYtb = 0,0116.34 + (1-0,0116).29 = 29,058 (Kg/kmol) => Khối lượng riêng trung binh của pha khí là: = = = = 5,61(Kg/m3) Vậy tốc độ khí trung bình đi trong tháp là: = 0,065.1. => = = 0,544 (m/s) Đường kính tháp: D = = 1,28 (m) D = 1,28 (m) thỏa mãn với cách chọn h = 0,4 (m). Quy chuẩn D = 1,3 (m) thiết kế đĩa chóp Chọn loại chóp tròn: Chọn chóp có đường kính ống hơi d = 100 mm = 0,1 m Số chóp phân bố trên đĩa Số chóp n = (II _236) D = 1,28 (m) dh : đường kính trong ống hơi,chọn là 0, 095 (m).Chiều dày ống hơi chọn = 0,0025(m). Số chóp n = = 18 chóp. Đường kính chóp dch = (m) (II_236). : Chiều dày chóp,thường trong khoảng 23 (mm) Ta chọn = 2 (mm) = 2.10-3 (m). dch = = 0,14 (m). Chiều cao chóp phía trên ống hơi` h2 = 0,25dh = 0,25.0,095 h2 = 0,024 (m). Khoảng cách từ mặt đĩa đến chân chóp S = 0á25 (mm). Chọn S = 20(mm) = 2.10-2 (m). Chiều cao khe chóp: b = Với: = = 5,61(Kg/m3) = = 5,5 = 2mm => b = = 0,035(m) Chiều cao mức CL trên khe chóp: h1 = 0,015 á 0,040 (m) Chọn h1 = 0,04(m) Chiều rông của khe chóp a = 2- 7 mm. Ta chọn a = 6 mm Đường kính tương đương cua khe chóp là dtd = = = 0,01(m) (II-194) Số lượng khe hở của mỗi chóp: i = = = 55 (khe) Đường kính ống chảy truyền: chọn dc = 0,2m Khoảng cách từ đĩa đến chân ống chảy truyền S1 = 0,25.dc = 0,25.0,2 = 0,05m Chiều cao ống chảy truyền trên đĩa hc = (h1+b+s)- chiều cao mức chất lỏng ở bên trên ống chảy truyền = V: thể tích chất lỏng chảy qua(m3/h): V = Tốc độ chất lỏng trong ống chảy truyền: thường lấy = 0,1-0,2m/s, ở đây ta chọn = 0,2m/s dc = 0,2 m V = = 22,62 (m3/h) => = = 0,03 (m) => hc = (0,04+0,035+0,02)-0,03 = 0,065 (m) Diên tích phần đĩa chứa chóp: F = Sdia – 2.Scht Scht = (diện tích phần quạt OAB có góc = 900) – (diên tích tam giác OAB). SQuat = = = = 0,322 (m2). SOAB = = 0,205 (m2). => Scht = SQuat – SOAB = 0,322 – 0,205 = 0,117 (m2). => F = - 2.0,117 = 1,053 (m2). Tổng diện tich các chóp trên đĩa f: f = = = 0,277 (m2). Chiều cao chóp hch = 0,2m Chiều cao lớp bọt trên đĩa: hb = (m) (II_185) Trong đó: = = 0,03 m hx = 0,04 m = (0,4 – 0,6) . Chọn = 0,6. = 0,6.982,2 = 589,32(kg/m3) => hb = = => hb = 0,12 (m) tính chiều cao tháp 4.1.Hệ số chuyển khối Ky = (II_162) Trong đó: + m: hệ số phân bố vật chất phụ thuộc vào to,P,nồng độ các pha + : hệ số cấp khối pha khí (Kmol/m2.s) (= 1) + : hệ số cấp khối pha lỏng (Kmol/m2.s) (= 1) Tính hệ số cấp khối ,: = (II_164) = (II_164) Trong đó: : Tốc độ khí tính cho mặt cắt tự do của tháp = 0,544 (m/s) = Pđ - Pk:Sức cản thuỷ lực của lớp chất lỏng trên đĩa Pđ : Sức cản thuỷ lực chung của đĩa (N/m2) Pk : Sức cản của đĩa khô (N/m2) Tổng trở lưc của một đĩa: Pđ = Pk + Ps + Pt (N/m2) (II_192) =>Pđ - Pk = Ps + Pt Tính: Ps: trở lực của sức căng bề mặt (N/m2) Ps = (N/m2) (II_192) = = 71,15.10-3 (N/m) (I-304) = = 28,46 (N/m2) Tính: : Trở lực của lớp chất lỏng trên đĩa(trở lực thuỷ tĩnh) (N/m2) = (N/m2) (II_194) hr :chiều cao của khe chóp tính được hr = b = 0,035 (m) g : Gia tốc trọng trường = 9,81 (m/s2) : khối lương riêng của bọt thường = 589,32 (kg/m3) = = 592,6 (N/m2) = + Ps = 592,6 +28,46 = 621,06 (N/m2) Vậy ta tính được: = = 0,124 = = 1,294 Tính hệ số phân bố m: Tính giá trị m theo giá trị x thay đổi như sau: m = (II-173) Ta có bảng giá trị sau : x 0,00002 0,00004 0,00006 0,00008 0,0001 y 0,00566 0,00826 0,01086 0,01346 0,01606 xcb 0,000045 0,000065 0,0000853 0,00011 0,000126 ycb 0,0025 0,0051 0,00761 0,0102 0,0128 y-ycb 0,00316 0,00316 0,00325 0,00326 0,00326 xcb-x 0,000025 0,000025 0,0000253 0,00003 0,000026 m 126,4 126,4 128,4 108,6 125.3 Vậy ta có giá trị m là: m = = 123 => Ky = = = 0,01() Số đơn vị chuyển khối của một đĩa trong pha hơi: myt = = (II-173) Trong đó: f: là diện tích làm việc của tháp đĩa f = F – (n.fh + m.fch) = - (18. + 2. ) (II-173) f = - (18. + 2. ) = 1,1 (m2) = 0.544(m/s) => myt = = 0,08 => CY = = 1,1 (II-172) 4.2 Vẽ đường cong phụ xác đinh số đĩa: Dựng các đoạn thẳng A1C1 , A2C2 , …….. song song với trục tung với Ai nằm trên đường làm việc , Ci nằm trên đường cân bằng Tìm đoạn BiCi theo công thức sau: BiCi = => xác định được các điểm Bi Nối các điểm B1, B2, B3,…..Bn ta đươc đường cong phụ. Từ điểm Q(x=y=xc) vẽ đường thẳng song song với trục hoành cắt đường nồng đọ làm việc tại điểm thứ nhất, từ giao điển đó ta vẽ đường thẳng song song với trục tung cắt đường cong phụ tại điểm thứ hai. Cứ tiếp tục vẽ các đường song song như vậy cho tới điểm P(x=y=0) tức là x<xd thì dừng ta được một đường gấp khúc. Tính số tam giác tạo bởi giữa đường gấp khúc đó với đường nồng độ làm việc ta suy ra được số đĩa thực tế là: Nt = 30 đĩa 4.3 Tính chiều cao tháp: H = Nt(Hd+) + 0,8 (II-169) Trong đó: là chiều dày của đĩa chọn = 0,01m Nt = 30 đĩa Hd khoảng cách giữa các đĩa chọn Hd = 0,4m => H = 30(0,4 + 0,01) + 0,8 = 13,1(m) Quy chuẩn H = 13(m) 5. tính trở lực tháp Tính trở lực theo công thức : P = Nt . Pđ (N/m2) (II_192) Pđ = Pk + Ps + Pt (N/m2) (II_192) Ta đã tính được : Ps = 28,46 (N/m2) Pt = 592,6 (N/m2) TínhPk theo công thức sau: Pk = (N/m2) (II-192) : hệ số trở lực thường = chọn = 5 : khối lượng riêng của pha khí có = 5,61 (kg/m3) : Tốc độ khí qua rãnh chóp = 0,544 (m/s) Pk = = 4,15 (N/m2) Vậy Pđ = 4,15 + 28,46 + 592,6 = 625,21 (N/m2) Trở lực toàn tháp là: P = 30.625,21 = 18756,3 (N/m2) III.Thiết kế thiết bị phụ 1. Bơm chất lỏng Công suất yêu cầu trên trục bơm N = (kW) (I_439) Trong đó: Q: năng suất bơm (m3/s)  : Khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3) g : Gia tốc trọng trường (m/s2) H : áp suất toàn phần của bơm (m) : hiệu suất bơm. Tính H(m) H = + H0 + hm (I_438) P1 :áp suất trên bề mặt ống hút P1 = Pkk = 1 at = 1,013.105 (N/m2) P2 : áp suất trên bề mặt ống đẩyP2 = PLV = 5 at = 5,065.105 (N/m2) H0 : chiều cao nâng chất lỏng (m) hm : áp suất tiêu tốn để thắng toàn bộ trở lực trên ống hút và ống đẩy. Tính hm : hm  = (I_459) :áp suất toàn phần cần thiết để khắc phục tất cả sức cản thuỷ lực trong hệ thống P = Pđ + Pm + PH +Pt + Pk + PC (I_376) + Pđ: áp suất động học,tức là áp suất cần thiết để tạo tốc độ cho dòng chảy ra khỏi ống (N/m2) Pđ = (N/m2) (I_376) :khối lượng riêng của H2O ở 300C :995,68 (kg/m3) Tốc độ lưu thể: = 0,9(m/s) Vậy Pđ = = 403,25 (N/m2) + Pm : áp suất để khắc phục trở lực masát khi dòng chảy ổn định trong ống thẳng Pm = (N/m2) (I_459) Với + L: chiều dài toàn bộ hệ thống ống dẫn chọn L = 15 (m) + dtđ: đường kính tương đương của ống dẫn = 0,1(m) +: hệ số masat xác định theo công thức = -2.lg (I_464) - Re : chuẩn số Rêynol xác định theo công thức Re = với = 0,801.10-3 (N.s/m2) (I-92) => Re = = 111874,16 > 4000 => Chất lỏng chảy xoáy do đó xác định theo công thức ở trên la phù hợp -  : độ nhám tương đối = (I_464) Chọn = 0,1.10-3 (m) => = = 10-3 (m) Vậy = -2.lg = 6,73 => = 0,022 Pm = = 1330,7 (N/m2) + PC: áp suất để khắc phục trở lực cục bộ PC = : hệ số trở lực cục bộ của toàn bộ đường ống = Chọn ống thép tráng kẽm(mới và tốt): = 0,5 Chọn 2 van tiêu chuẩn : = 4,1 Hệ số trở lực khuỷu: 2 khuỷu 450 tạo thành = 0,38 = + + = 0,5 + 4,1 + 0,38 = 4,98 Vậy PC = = 2008,2 (N/m2) + PH :áp suất để khắc phục áp suất thuỷ tĩnh PH = Với H: chiều cao từ đầu ống hút đến điểm cao nhất ,chọn H = 13 (m) PH = 995,68.9,81.13 = 126979 (N/m2) + Pt: áp suất cần thiết để khắc phục trở lực trong,coiPt = 0 + Pk: áp suất bổ sung cuối ống dẫn coi Pk = 0 Vậy ta được: P = 403,25+ 1330,7 + 2008,2 + 126979 + 0 + 0 = 130721,15 (N/m2) => hm = = = 13,38 (m) => H = = = 67,86 (m) 2. Hiệu suất của bơm = Trong đó: + :hiệu suất thể tích tính đến sự hao hụt chất lỏng chảy từ vùng áp suất cao đên vùng áp suất thấp và do chất lỏng rò rỉ qua các chỗ hở của bơm = 0,9 +: hiệu suất thuỷ lực tính đến masat và sự tạo thành dòng xoáy trong bơm = 0,85 + :hiệu suất cơ khí tính đến masat cơ khí ở ổ bi,ổ lót trục = 0,95 (I_536) Vậy = 0,9.0,85.0,95 = 0,72675 3, Năng suất của bơm Q = V = = 0,314 (m3/s) Thay vào trên ta có: N = = 286,38 (kW) Công suất động cơ điện là Nđc= :hiệu suất truyền động lấy = 0,85 :hiệu suất động cơ điện lấy = 0,9 Nđc = = 374,35 (kW) Thường động cơ điện được chọn có công suất dự trữ với hệ số dự trữ công suất = 1,1 Vậy động cơ cần mắc cho bơm của hệ thống là: Nđcchọn = .Nđc = 374,35.1,1 = 411,785 (kW). 2. Máy nén khí 1. Công suất nén lí thuyết N = (kW) (I_466) Trong đó G : năng suất nén của máy nén (kg/ s) L : Công nén một kg khí theo quá trình nén đa biến (Jkg) L được tính như sau: L = (J/kg) Với m: chỉ số nén đa biến chọn m = 1,5 P1: áp suất khí lúc hút(N/m2) P1 = 1at => P1 = 1,013.105 (N/m2) P2: áp suất khí lúc đẩy(N/m2) P2 = 5at => P2 = 5,065.105 (N/m2) V1: Thể tích riêng của khí ở điều kiện hút tại P1 và T1 (m3/kg) V1 = = = 0,178 (m3/kg) => L = = 0,38.105 (m3/kg) Tính năng suất nén G: G = = = 3,96 (kg/s) Vậy công suất lý thuyết của máy nén là: N = = 150,48 (kw) 2. Công suất động cơ điện là Nđc= (I-466) : Hiệu suất chung chọn = 0,6 :hiệu suất truyền động lấy = 0,96 :hiệu suất động cơ điện lấy = 0,95 Nđc = = 275 (kW) Thường động cơ điện được chọn có công suất dự trữ với hệ số dự trữ công suất = 1,1 Vậy động cơ cần mắc cho máy nén của hệ thống là: Nđcchọn = .Nđc = 1,1.275 = 302,5 (kW). iV. Tính và chọn cơ khí Chọn vật liệu: Với đặc tính là một oxit axit có tính ăn mòn nên chọn vật liệu bền chịu ăn mòn: chọn vật liệu thép CT3. Đặc tính kỹ thuật của thép CT3: (II-309) + Có giới hạn bền khi kéo : dk = 380.106 N/m2 + Có giới hạn khi chảy dch = 240.106 N/m2 + Khối lượng riêng : rCT3 = 7850 kg/m3 Tính chiều dày thân tháp Thân tháp hình trụ cao 13m. đường kính trong 1,3m Bố trí : gồm nhiều đoạn được ghép lại với nhau bằng bích nối Mỗi đoạn tháp được cuốn từ thép tấm và hàn hồ quang theo kiểu giáp nối 2 bên có hệ số bền của mối hàn: j = 0,95 (II-362) Chiều dày của thân tháp được tính theo S = (II-360) + Dt - Đường kính trong của tháp Dt = 1,3m + C - Hệ số bổ xung (II-363): C = C1 + C2 + C3 C1- hệ số bổ sung do ăn mòn với thép CT3: C1 = 0,05mm/năm. Chọn t.g = 15 (năm) C2- hệ số bổ xung do bào mòn hạt rắn C2 = 0 C3 - hệ số bổ xung do dung sai chiều dày,phụ thuộc vào chiều dày tấm thép. C3 = 0,6 mm = 0,6.10-3 m => C = 20.0,05.10-3 + 6.10-4 = 1,35.10-3 m [dk] - ứng suất của thép (II-355) [dk] = (N/m3) [dk] = (N/m3) nk, nc : hệ số an toàn giới hạn bền và giới hạn nóng chảy nk = 2,6; nc = 1,5 (II-356) => [dk] = [dk] = Để đảm bảo an toàn trong sản xuất -> chọn giá trị ứng suất nhỏ hơn [dk] = 146,2N/m2 + P - áp suất tác dụng lên thiết bị P = PLV + Ptt N/m2 PLV - áp suất làm việc của tháp PLV = 5,065.105 N/m2 Ptt - áp suất thuỷ tĩnh Ptt = = 995,68.9,81.3 Ptt = 29302,8 (N/m2 ) => P = 5,065.105 + 29302,8 P = 581222 (N/m2) => Chiều dày của tháp: S = = 0,005 (m). => S = 0,005 (m). Kiểm tra ứng suất theo áp suất thuỷ lực (II-366) P0 = Pth + Ptt Pth - áp suất thử thuỷ lực Pth = 1,5P = 1,5.5,8.105 Pth = 8,7.105 N/m2 => P0 = 8,7.105 + 2,93.104 P0 = 8,993.105 (N/m2) => ứng suất (II-365) d = = 169,1.106 (N/m2) d = 169,1.106 N/m2 > 169,1.106 N/m2 = d (thoả mãn) Tính chiều dày nắp và đáy thiết bị Chọn đáy và nắp thiết bị hình elip Sn,đ = (II-385) hl- chiều cao phần lồi của lắp và đáy hl = 0,25.Dt =0,25.1,2 = 0,325 (m) , chọn 0,3m k hệ số không thứ nguyên, chọn k=1 Sn,đ = = 4,45.10-3 (m). Chon Sn,đ = 6.10-3 (m). Kiểm tra ứng suất theo áp suất thủy lực: d = = = 151,2.106 N/m2 < 200 = (thoả mãn) Tra bảng (II-384) có khối lượng nắp và đáy 2 .92 = 184 kg hgờ = 0,025m Chọn mặt bích Mặt bích là bộ phận để nối các phần của thiết bị cũng như nối các bộ phận khác với thiết bị. Chọn bích liền bằng thép kiểu 1 để nối nắp, đáy... Tra bảng (II-XIII.27) (II-417) PY.10-6 N/m2 Dt D Db DI Do Bu lông h mm mm mm mm mm dbmm Z(cái) mm 0,6 1300 1450 1400 1360 1313 M24 32 35 Chiều cao thân tháp gồm 30 đĩa Khoảng cách giữa 2 đĩa là 0,4 m Bố trí 5 đĩa 1 cặp bích và 2 bích nối nắp, đáy với thân. Vởy có tất cả 7 cặp bích. Cách lắp: ở những chố có bích, đĩa được bắt chặt bằng bulong cùng với bích chọn chân đỡ Khối lượng toàn tháp * Khối lượng thân tháp: Mthân = Vthân.rCT3 Vthân: thể tích thân vỏ tháp (m3) rCT3: khối lượng riêng của thép CT3(kg/m3) Có rCT3 = 7850 (kg/m3) Vthân = Dn: đường kính ngoài của tháp (m) Dt: đường kính trong của tháp (m) Hthân: chiều cao thân tính từ đĩa trên cùng đến đĩa dưới cùng,bằng 3,3 (m) Dt = 1,3 (m) Dn = Dt +2.S = 1,3 + 2.0,005 = 1,31 (m) Vthân = = 0,246 m3 = 0,296.7850 = 2323,6 (kg) * khối lượng đáy và nắp:Đáy và nắp có khối lượng bằng nhau ( = 92kg) nên khối lượng của cả nắp và đáy là 92 .2 = 184 (kg) * khối lượng nước: - Khi có sự cố,như tắc ở một đĩa nào đó,nước sẽ điền đầy vào tháp.Khối lượng nước khi đó là: = (kg) :khối lượng riêng của nước,=995,68 (kg/m3) : thể tích nước điền đầy tháp (m3) có = (m3) Dt: đường kính trong của tháp bằng 1,3 (m) H: chiều cao tháp (cả đáy và nắp) =13 (m) V = = 17,25m3 = 17,25.995,68 = 17180,6(kg) *Khối lượng đĩa: Chọn đĩa dày 0,005 bằng thép CT3 -> Mđĩa = Tháp có 30 đĩa nên khối lượng đĩa là Mđ = 30.52,1 = 1563 (kg) + Khối lượng bổ xung (mặt bích,chóp,bulong,thanh giằng) -chọn Mbx = 500(kg) Vậy khối lượng toàn tháp là: Mtháp = 2323,6+184+17180,6+1563+500 = 21751,2 (kg) Trọng lượng tương ứng của tháp N = Mtháp.g =213.103 (N) Chọn chân đỡ: -chọn 4 chân đỡ mỗi chân đỡ chịu một lực là: No = = = 53250(N) Tra bảng(II_437) có: Tải trọng cho phép trên 1 chân đỡ L B B1 B2 H h S l d G.10-4(N) mm 300 240 260 370 450 226 18 110 34 V. Kết luận Trên đây là kết quả tính toán và thiêt kế tháp chóp hấp thụ H2S trong hỗn hợp H2S - không khí dùng dung môi là H2O trong đồ án. VI. Tài liệu tham khảo Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất – Tập I – Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật (1992) (I) Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất – Tập II – Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật (1999) (II) Cơ sở các quá trình và thiết bị công nghệ hoá học tập II – PGS.TS. Đỗ Văn Đài - Trường Đại học bách khoa Hà Nội – Năm 2000. Tính toán quá trình thiết bị trong công nghệ hoá chất và thực phẩm tập II – PGS.TS. Nguyễn Bin