Đồ án Thiết kế hệ thống xử lí khí thải SO2 từ lò hơi bằng thiết bị tháp hấp thụ (tháp đệm) công suất 12000 m3/ngày

và khói bụi. Một phần dung dịch được bơm trở lại thùng chứa qua van điều chỉnh lưu lượng và tiếp tục được bơm lên tháp tưới cho vật liệu đệm nếu lượng dung dịch NaOH còn dư nhiều. Phần dung dịch còn lại được đưa đến bể lắng để lắng các cặn bẩn. Cặn sau lắng được đem chôn lấp còn nước sau lắng được đưa đi xử lí rồi mới thải ra môi trường. ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  20  CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH HẤP THỤ I. CÂN BẰNG VẬT CHẤT - Lưu lượng khí: 12000 m3/h - Nồng độ SO2 đầu vào: 8000 mg/m3 - Nhiệt độ khí vào tháp: 550C - Nồng độ bụi: 300 mg/m3 - Áp suất: Pt = 1atm = 760 mmHg = 1,0133.105 Pa. - Nồng độ đầu ra: CSO2c = 500 mg/m3 - Nhiệt độ của dung dịch NaOH: 250C - Chọn điều kiện làm việc của tháp là nhiệt độ trung bình của dòng khí vào và dòng lỏng vào, t0 = 400C. Hỗn hợp khí xử lý xem như gồm SO2 và không khí. 1. Đầu vào - Suất lượng mole của hh khí đi vào tháp: G1= )/(163,446 )55273.(082,0 12000.1 hkmol RT PV = + = - Suất lượng mole của SO2: GAđ = )/(5,1)/(150064 12000.8000. 2 2 hkmolhmol M VC SO đ SO === - Suất lượng mole của cấu tử trơ: GBđ = )/(663,4445,1163,4461 hkmolGG đ A =−=− - Nồng độ phân mole của SO2 trong hỗn hợp khí: yAđ = )/(10.362,3 163,446 5,1 2 3 1 hhkhímolSOmol G G đA −== - Tỉ số mol: Yđ = 33 3 10.373,3 10.362,31 10.362,3 1 − − − = − = − đA đ A y y ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  21  - Khối lượng riêng của pha khí ở 00C và 1atm: )/(7719,0 293,1 10.362,31 93,2 10.362,311 333 2 mkg yy kk đ A SO đ A hhđ =−+=−+= −− ρρρ => )/(295,1 3mkghhđ =ρ - Khối lượng riêng của pha khí ở 550C và 1atm: )/(078,1 55273 273. 1 1.295,1.. 30 0 0 mkgT T P Pđđ hh =+ == ρρ 2. Đầu ra - Suất lượng mole của SO2 được hấp thụ: )/(40625,15,1.9375,0.9375,0 hkmolGM đA === - Suất lượng mole của SO2 còn lại trong hỗn hợp khí ở đầu ra: GAc = )/(09375,040625,15,1 hkmolMG đA =−=− - Suất lượng mole của khí ở đầu ra: GBc = )/(757,44409375,0663,444 hkmolGG cA đ B =+=+ - Nồng độ phân mole của SO2 trong hỗn hợp khí đầu ra: yAc = )/(10.211,0 757,444 09375,0 2 3 hhkhímolSOmol G G c B c A −== - Tỉ số mol: Yc = 33 3 10.211,0 10.211,01 10.211,0 1 − − − = − = − cA c A y y - Khối lượng riêng của pha khí ở 00C và 1atm: )/(7733,0 293,1 10.211,01 93,2 10.211,011 333 2 mkg yy kk c A SO c A hhc =−+=−+= −− ρρρ => )/(293,1 3mkghhc =ρ - Khối lượng riêng của pha khí ở 400Cvà 1atm (ta xem như nhiệt độ dòng khí ra bằng với nhiệt độ làm việc là 400C): )/(128,1 40273 273. 1 1.293,1.. 30 0 0 mkgT T P Pcc hh =+ == ρρ ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  22  II. XÁC ĐỊNH PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG - Xác định đường cân bằng thông qua các dữ kiện về độ hòa tan của SO2 trong nước. Bảng: Áp suất riêng phần của SO2 (mmHg) tại bề mặt phân chia hai pha lỏng-khí mgSO2/100mgH2O 100C 200C 300C 400C 500C 600C 700C 0,0 0 0 0 0 0 0 0 0,5 21 29 42 60 83 111 144 1,0 42 59 85 120 164 217 281 1,5 64 90 129 181 247 328 426 2,0 86 123 176 245 333 444 581 2,5 108 157 224 311 421 562 739 3,0 130 191 273 378 511 682 897 3,5 153 227 324 447 603 804 4,0 176 264 376 518 698 4,5 199 300 428 588 793 5,0 223 338 482 661 (Trích Tài liệu học tập Kỹ thuật xử lý khí thải - CBGD Dư Mỹ Lệ - Quá trình hấp thụ). - Điều kiện làm việc của quá trình hấp thụ là ở 400C và áp suất 1atm . Bảng: Bảng thể hiện độ hòa tan của SO2 trong nước ở 40 0C và áp suất 1atm mgSO2/100mgH2O P*SO2(mmHg) 0,0 0 0,5 60 1,0 120 1,5 181 2,0 245 2,5 311 3,0 378 3,5 447 4,0 518 4,5 588 5,0 661 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  23  1. Tính toán cho cặp giá trị p*SO2 = 60mmHg và CSO2 = 0,5gSO2/100gH2O  Pha khí - Nồng độ phần mole SO2 trong pha khí: 07895,0 760 60* 2* === t SO P p y - Tỉ số mol: 08572,0 07895,01 07895,0 1 = − = − = y yY  Pha lỏng - Nồng độ phần mole SO2 trong pha lỏng: 0014,0 18 100 64 5,0 64 5,0 22 2 = + = + = OHmoldichdungtrongSOmol dichdungtrongSOmol x - Tỉ số mol: 2. Kết quả CSO2 gSO2/100gH2O P*SO2 (mmHg) y* x 0,0 0 0 0 0,5 60 0,07895 0,0014 1,0 120 0,15789 0,0028 1,5 181 0,23816 0,0042 2,0 245 0,32237 0,00559 2,5 311 0,40921 0,00698 3,0 378 0,49737 0,00837 3,5 447 0,58816 0,00975 4,0 518 0,68158 0,01112 4,5 588 0,77368 0,0125 5,0 661 0,86974 0,01387 0014,0 0014,01 0014,0 1 = − = − = x xX ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  24   Vẽ đường cân bằng ĐƯỜNG CÂN BẰNG 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 Nồng độ phần mol SO2 trong pha lỏng Nồ ng đ ộ ph ần m ol S O 2 tro ng p ha k hí - Đường cân bằng của quá trình hấp thụ SO2 tuân theo định luật Henry, nên phương trình đường cân bằng có dạng : y* = Hx Trong đó: y*: nồng độ phần mol SO2 trong pha khí tại trang thái cân bằng H: hệ số Henry x: nồng độ phần mol của SO2 trong pha lỏng tại trang thái cân bằng pha Bảng kết quả hệ số Henry y* x H 0 0 0 0,07895 0,0014 56,39 0,15789 0,0028 56,39 0,23816 0,0042 56,7 0,32237 0,00559 57,68 0,40921 0,00698 58,63 0,49737 0,00837 59,42 0,58816 0,00975 60,32 0,68158 0,01112 61,29 0,77368 0,0125 61,89 0,86974 0,01387 62,71 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  25  Ta có: yđA = 0,003362 (mol SO2/mol hh khí) ycA = 0.000211 (mol SO2/ mol hh khí) - Do nồng độ phần mol của SO2 trong pha khí thay đổi trong khoảng rất nhỏ so với nồng độ được biểu diễn trên đồ thị nên ta chọn hệ số Henry H = 56,39.  Phương trình đường cân bằng: y* = 56,39x Bảng giá trị y.10-3 Y.10-3 x.10-3 X.10-3 0,33 0,3301 0,0059 0,0059 0,66 0,6604 0,0117 0,0117 0,99 0,991 0,0176 0,0176 1,32 1,3217 0,0234 0,0234 1,65 1,6527 0,0293 0,0293 1,98 1,9839 0,0351 0,0351 2,31 2,3153 0,041 0,041 2,64 2,647 0,0468 0,0468 2,97 2,9788 0,0527 0,0527 3,3 3,3109 0,0585 0,0585 3,63 3,6432 0,0644 0,0644 - Từ bảng số liệu, ta thấy giá trị của cặp y-x xấp xỉ giá trị Y-X nên xem như phương trình đường cân bằng biểu diễn theo Y-X có dạng như sau: Y = 56,39X ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  26   Vẽ đường cân bằng (X-Y) ĐƯỜNG CÂN BẰNG 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 Số mol SO2 trong pha lỏng (10-3) S ố m ol S O 2 tr on g ph a kh í ( 10 -3 ) III. XÁC ĐỊNH PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG LÀM VIỆC 1. Xác định Lmin - Xmax là giao điểm của đường YAđ = 3,373.10-3 với đường cân bằng Y=56,39X - Ta có: 3,373.10-3 = 56,39 Xmax => Xmax = 0,0000598 (mol SO2/mol dung dịch) Xđ = 0 Yđ-Yc = (L/G).(Xc-Xđ) - Xác định tỉ lệ min)( tr tr G L : )/(876,52 00000598,0 10.211,010.373,3 0 )( 33 max min trokhikmolddkmolX YY G L cđ tr tr = − −= − −= −− - Suất lượng mole tối thiểu: (Ltr)min = 52,876.Gtr = 52,876.444,663 = 23512 (kmol/h) ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  27  - Suất lượng mole thực tế: L = ϕ.Lmin - Chọn ϕ= 1,5  L = 1,5.23512 = 35268 (kmol/h) - Lưu lượng nước thực tế cần cung cấp: L = 35268 (kmol/h) = 35268.18 = 634824 (kg/h) 2. Xác định Xđ và Xc Ta có: đc cđ tr XX YY G L − −= )/2(0000399,0 )10.211,010.373,3.( 35268 663,444).( 33 ddmolSOmol YY L GX cđtrc = −=−= −− - Đường làm việc đi qua 2 điểm (Xc, Yđ) và (Xđ, Yc).  Vẽ đường cân bằng và đường làm việc trên cùng đồ thị ĐƯỜNG CÂN BẰNG-ĐƯỜNG LÀM VIỆC 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 Số mol SO2 trong pha lỏng (10-3) S ố m ol S O 2 tr on g ph a kh í ( 10 -3 ) ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  28  CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THÁP HẤP THỤ I. TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP HẤP THỤ - Hấp thụ SO2 bằng dung dịch NaOH 10% khối lượng. - Nhiệt độ làm việc của tháp hấp thụ là 400C. Bảng: Khối lượng riêng của dung dịch NaOH 10% (kg/m3) theo nhiệt độ (ở áp suất khí quyển). - 200C 00C 200C 400C 600C 800C 1000C 1200C dd NaOH 10% - 1117 1109 1100 1089 1077 1064 1049 (Trích Bảng 4 trang 11 - Bảng tra cứu Quá trình cơ học truyền nhiệt-Truyền khối-Nhà xuất bản ĐH Quốc gia Tp.HCM - 2008) Bảng: Độ nhớt động lực của dung dịch NaOH 10% (Cp) theo nhiệt độ 00C 100C 200C 300C 400C 500C dd NaOH 10% - - 1,86 1,45 1,16 0,98 (Trích Bảng 9 trang 16 - Bảng tra cứu Quá trình cơ học truyền nhiệt-Truyền khối-Nhà xuất bản ĐH Quốc gia Tp.HCM - 2008) 1. Đường kính tháp hấp thụ υυπ .785,0. .4 VV D == Trong đó: D: đường kính tháp hấp thụ (m) V: lưu lượng của dòng khí qua tháp hấp thụ (m3/s) υ: vận tốc biểu kiến của dòng khí ứng với tổng tiết diện của tháp (m/s) ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  29  a. Cách xác định vận tốc υ của dòng khí - Tính vận tốc biểu kiến của pha khí fυ ứng với điểm lụt theo phương trình sau: 125,025,016,0 3 2 .75,1. .. .. log         −=            L k l L Lt kf G L C Vg ρ ρ µ µ ρ ρσυ Trong đó: σ: bề mặt riêng của đệm (m2/m3) Vt: thể tích tự do của đệm (m3/m3) Lk ρρ , : khối lượng riêng của pha khí và pha lỏng (kg/m 3) Lµ : độ nhớt động lực của pha lỏng ở nhiệt độ làm việc (kg/m.s) lµ : độ nhớt động lực của nước ở 20 0C (mPa.s) L, G: suất lượng dòng lỏng và dòng khí ( kg/s) C: hệ số phụ thuộc dạng quá trình, đối với quá trình hấp thụ ( C = 0,022 cho vật liệu đệm là vòng hay xoắn ) - Vận tốc làm việc của pha khí được xác định theo công thức sau: fυυ ).9,075,0( −= b. Tính toán • Chọn vật liệu đệm là vòng sứ Raschig xếp ngẫu nhiên có các thông số: - Kích thước: 50 x 50 x 5 (mm) - Bề mặt riêng: σ = 95 (m2/m3) - Thể tích tự do: Vt = 0,79 (m3/m3) - Khối lượng riêng của đệm: )/(500 3mkgđ =ρ ( Trích Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học và thực phẩm - Tập 3 - Truyền khối - Vũ Bá Minh) - Khối lượng riêng của pha khí: )/(103,1 2 128,1078,1 2 3mkg c hh đ hhtb k = +=+= ρρρ ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  30  - Khối lượng riêng của pha lỏng: )/(1100 3mkgL =ρ - Nồng độ phần mol trung bình: )/(10.7865,1 2 10.211,010.362,3 2 2 3 33 khihhmolSOmolyyy cđtb − −− =+=+= - Khối lượng mol của hỗn hợp khí: Mhh = ytb.MSO2 + (1-ytb).Mkk = 1,7865.10-3.64 + (1-1,7865.10-3).29 =29,063 (g/mol) - Độ nhớt của SO2 ở nhiệt độ làm việc được tính theo công thức: 2/3 6 2/3 0 40 2 273 40273. 396)40273( 396273.10.7,11 273 .273.      + ++ +=     + += −T CT C SO µµ => ).(10.553,13 640 2 sPaSO −=µ - Độ nhớt của không khí ở nhiệt độ làm việc được tính theo công thức: 2/3 6 2/3 0 40 273 40273. 124)40273( 124273.10.3,17 273 .273.      + ++ +=     + += −T CT C kk µµ => ).(10.294,19 640 sPakk −=µ - Độ nhớt của pha khí được tính theo công thức: 946,1508808 10.294,19 29).10.7865,11( 10.553,13 64.10.7865,1 ).1(. 6 3 6 3 2 2 =−+= −+= − − − − kk kktb SO SOtb hhk hhk MyMyM µµµ => ).(10.262,19 946,1508808 063,29 946,1508808 6 sPa M hhk hhk −===µ - Độ nhớt của pha lỏng: ).(16,1)(16,1 smPaCpl ==µ ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  31  - Suất lượng dòng khí: )/(596,3)/(4,12946 )/(46,445 2 757,444163,446 2 skghkg hkmolGGG cđ tb == =+=+= - Suất lượng của dòng lỏng ở đầu ra: Lc = Lđ + M =35268 + 1,40625 =35269,40625 (kmol/h) - Khối lượng phân tử pha lỏng: )/(0476,19 /18 9,0 /40 1,0 )9,01,0( 22 2 ddkmolddkg OHkmolOHkg OHkg NaOHkmolNaOHkg kgNaOH ddkg M dd = + + = - Suất lượng của pha lỏng: )/(607,186)/(703,35268 2 40625,3526935268 2 skghkmolLLL cđ tb == +=+= • Tính fυ 125,025,016,0 3 3 3 2 1100 103,1. 596,3 607,186 75,1022,0 10.005,1 10.16,1. 1100.79,0.81,9 103,1.95. log         −=            − − fυ => fυ = 0,738m/s - Chọn vận tốc pha khí bằng 85% vận tốc ngập lụt: )/(6273,0738,0.85,0.85,0 smf === υυ • Đường kính tháp hấp thụ )(57,2 103,1.6273,0.785,0 596,3 ..785,0.785,0. .4 m GVV D tb tb ===== ρυυυπ - Chọn đường kính tháp là D = 2,6 m ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  32  2. Kiểm tra điều kiện làm việc của tháp )/(614,0 6,2.103,1.785,0 596,3 ..785,0 22 sm D G tb tb === ρ υ - Ta có: 83,0 738,0 614,0 == fυ υ ( thỏa điều kiện) II. TÍNH CHIỀU CAO THÁP HẤP THỤ 1. Chiều cao tháp hấp thụ a. Xác định số đơn vị truyền khối tổng quát pha khí NOG - Vì đường cân bằng là đường thẳng nên ta tính NOG theo cách sau: - Động lực của quá trình tại đáy tháp hấp thụ: 333* 10.123,10000399,0.39,5610.373,3.39,5610.373,3 −−− =−=−=−=∆ XYYY đđđ Với Y*đ được tính theo phương trình cân bằng với X = Xc = 0,0000399 - Động lực của quá trình tại đỉnh tháp hấp thụ: 333* 10.211,00.39,5610.211,0.39,5610.211,0 −−− =−=−=−=∆ XYYY ccc Với Y*đ được tính theo phương trình cân bằng với X = Xđ = 0 - Xét tỉ số c đ Y Y ∆ ∆ : 232,5 10.211,0 10.123,1 3 3 >== ∆ ∆ − − c đ Y Y - Động lực trung bình của quá trình: 3 3 3 33 10.545,0 10.211,0 10.123,1 ln 10.211,010.123,1 ln − − − −− =−= ∆ ∆ ∆−∆=∆ c đ cđ TB Y Y YYY - Số đơn vị truyền khối tổng quát NOG: 802,5 10.545,0 10.211,010.373,3 3 33 =−= ∆ −= − −− TB cđ OG Y YY N ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  33  b. Xác định chiều cao tổng quát của đơn vị truyền khối HOG x TB TB yOG hL GmhH ..+= Trong đó: m: hệ số góc của đường cân bằng yh : chiều cao một đơn vị truyền khối theo pha khí xh : chiều cao một đơn vị truyền khối theo pha lỏng  Tính yh 67,025,0 Pr.Re. .. kk t y b Vh ψσ = Trong đó: Vt: thể tích tự do của đệm (m3/m3) σ: bề mặt riêng của đệm (m2/m3) ψ: hệ số thấm ướt của đệm b: hệ số phụ thuộc dạng đệm. Đối với vòng Raschig thì b = 0,123 - Chuẩn số Reynolds: 399,1480 95.10.262,19 103,1.614,0.4 . ..4 Re 6 === −σµ ρυ k k k - Hệ số khuếch tán của SO2 trong pha khí ở 00C, 1atm: D0 = 10,3.10-6 (m2/s) - Hệ số khuếch tán của SO2 trong pha khí ở 400C, 1atm: )/(10.645,12 273 40273. 1 1.10.3,10.. 26 2/3 6 2/3 0 0 0 smT T P P DDk −− =     +=    = - Chuẩn số Prandl: 381,1 10.645,12.103,1 10.262,19 . Pr 6 6 === − − kk k k Dρ µ ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  34  - Mật độ tưới làm việc: )./(086,115 6,2.785,0.1100 3600.607,186 .785,0. 3600. 23 22 hmmD LU L tb === ρ - Mật độ tưới tối ưu: )./(01,1595.158,0. 23 hmmBU tu === σ Trong đó: B là hệ số phụ thuộc dàng quá trình. Với quá trình hấp thụ thì B = 0,158. - Tỉ số 67,7 01,15 086,115 == tuU U => 1=ψ (Tra hình IX.16 trang 178 – Sổ tay Quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất, tập 2 – NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội) - Chiều cao một đơn vị truyền khối theo pha khí yh : )(521,0381,1.399,1480. 123,0.1.95 79,0 67,025,0 mhy ==  Tính xh 5,025,0 3/1 2 2 Pr.Re. . .119 ll L L x g h     = ρ µ - Chuẩn số Reynolds: 396,1276 95.10.16,1.6,2.785,0 605,186.4 ...785,0 .4 Re 322 === −σµL TB L D L - Hệ số khuếch tán của SO2 trong pha lỏng ở 200C: ( ) 2/1 23/13/12/1 6 11. ... 10       + + = − BABAL L MMVVBA D µ Trong đó: DL: hệ số khuếch tán VA, VB: thể tích phân tử của dung chất và dung môi (cm3/mol) MA, MB: khối lượng phân tử của chất tan và dung môi (kg/kmol) ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  35  Lµ : độ nhớt động lực của ddNaOH 10% ở 200C (mPa.s) ( Lµ =1,86 Cp) A, B: các hệ số phụ thuộc trên tính chất của chất tan và dung môi. ( Chất tan là khí SO2 nên A = 1, dung môi là dung dịch NaOH nên B = 1 ) (Trích trang 14 Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học và thực phẩm - Bài tập truyền khối - Trịnh Văn Dũng) - Thể tích phân tử của SO2: )/(8,44 32 molcmVSO = - Thể tích phân tử của dung môi: )/(0173,0 1100 0476,19 3 kmolmVB == = 17,3(cm 3/mol) - Hệ số khuếch tán của SO2 trong pha lỏng ở 200C: ( ) )/(10.08,50476,19 1 64 1. 3,178,44.)86,1.(1.1 10 29 2/1 23/13/12/1 6 smDL − − =    + + = - Hệ số khuếch tán của SO2 trong pha lỏng ở 400C: ( )[ ] ( )[ ] )/(10.722,72040026,0110.08,5201. 29920 smtbDDL −− =−+=−+=  Với b được tính theo công thức: 026,01109.86,1.2,0..2,0 3/12/13/1)20( 2/1 )20( === −− LLb ρµ - Chuẩn số Prandl: 564,136 10.722,7.1100 10.16,1 . Pr 9 3 === − − LL L l Dρ µ - Chiều cao một đơn vị truyền khối theo pha lỏng xh : )(402,0564,136.396,1276. 81,9.1100 )10.16,1( .119 5,025,0 3/1 2 23 mhx =        = − - Chiều cao tổng quát của đơn vị truyền khối HOG: )(958,0402,0. 605,186 596,3.39,56 521,0.. mh L GmhH x TB TB yOG =+=+= ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  36  c. Chiều cao của lớp đệm )(558,5958,0.802,5. mHNH OGOG ===  Chọn chiều cao của lớp đệm H = 5,6 m d. Chiều cao tháp hấp thụ - Chiều cao phần tách lỏng Hc và đáy Hđ được chọn theo bảng sau D Hc (m) Hđ (m) 1,0-1,8 0,8 2,0 2,0-2,6 1,0 2,5 2,8-4,0 1,2 3,0 (Trích tài liệu học tập Kỹ thuật xử lý khí thải - CBGD Dư Mỹ Lệ - Quá trình hấp thụ) • Chiều cao tháp hấp thụ HT HT = H + Hc + Hđ = 5,6 +1+2,5 = 9,1(m)  Chọn chiều cao của tháp HT = 9,1 m. 2. Tính trở lực tháp a. Tổn thất áp suất của đệm khô khi Rek > 400 )(488,214 79,0 )10.262,19.(95.103,1.614,0.6,5.56,1.....56,1 3 2,062,18,08,1 3 2,02,18,08,1 PaP V HP k t kk k =∆⇒ ==∆ −µσρυ b. Tổn thất áp suất của điểm ướt:                     +∆=∆ n L k m tb tb c k L ku L GAPP ρ ρ µ µ ..1. Trong đó: A = 8,4 c = 0,015 m = 0,405 n = 0,225 ( Tra bảng IX.7, trang 189 - Sổ tay Quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2 - NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội ). ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  37  - Tổn thất áp suất của đệm ướt: )(34,296 1100 103,1. 607,186 596,3. 10.262,19 10.16,14,81.488,214 225,0405,0015,0 6 3 PaPu =                    +=∆ − − III. TÍNH CÁC CÔNG TRÌNH PHỤ TRỢ a. Tính bơm - Áp suất toàn phần của bơm: HH g pp H ∆++−= 012 .ρ Trong đó: p1, p2: áp suất trên bề mặt chất lỏng khoảng hút và khoảng đẩy (Pa) H0: chiều cao hình học đưa chất lỏng lên (m) ρ; khối lượng riêng của dd NaOh 10% ở 250C (kg/m3) H∆ : tổn thất áp suất do khắc phục trở lực trên đương hút và đường đẩy (kể cả trở lực cục bộ của chất lỏng đi ra khỏi ống dẫn ở khoảng đẩy) (m) - Khối lượng riêng của dd NaOh 10% ở 250C: )/(75,1106)11091100.( 2040 2025 1109 3mkg=− − −+=ρ - Áp suất toàn phần của bơm (bỏ qua trở lực trên đường ống): )(071,10 1000 75,1106.1,9)(1,91,9 81,9.75,1106 10.0133,110.0133,1 2 55 OmHddmH ===+−= - Năng suất của bơm: )/(169,0 75,1106 607,186)/(607,186 3 smskgLQ tb ==== - Hiệu suất tổng cộng của bơm: %33,7393,0.83,0.95,0..0 === cktl ηηηη ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  38  Trong đó: 0η : hiệu suất thể tích tính đến sự hao hụt chất lỏng chảy từ vùng áp suất cao đến vùng áp suất thấp và do chất lỏng rò qua các chỗ hở của bơm tlη : hiệu suất thủy lực, tính đến ma sát và sự tạo ra dòng xoáy trong bơm. ckη : hiệu suất cơ khí tính đến ma sát cơ khí ở ổ bi, ổ lót trục. Bảng II.32. Hiệu suất của một số loại bơm Loại bơm 0η tlη ckη Bơm pittong - 0,8-0,94 0,9-0,95 Bơm ly tâm 0,85-0,96 0,8-0,85 0,92-0,96 Bơm xoáy lốc >0,8 >0,7 >0,9 Bơm răng khía 0,7-0,9 - - ( Trích Bảng II.32, trang 439, Sổ tay Quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất- Tập 1- NXB Khoa học và Kỹ thuật ) - Công suất yêu cầu của bơm: KWgHQN 2,25 7333,0.1000 81,9.75,1106.071,10.169,0 .1000 ... === η ρ - Công suất làm việc của bơm: KWNNtt 74,292,25.18,1. === β - Hệ số an toàn công suất β được cho ở bảng sau N(KW) β <1 2-1,5 1-5 1,5-1,2 5-50 1,2-1,15 >50 1,1 (Trích Bảng 1.1, trang 8-Bài tập Các quá trình cơ học - Nguyễn Văn Lục và Hoàng Minh Nam - NXB ĐHQG Tp.HCM) ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  39  b. Tính quạt - Công suất yêu cầu của quạt: η.1000 . PQ N ∆= Trong đó: Q: năng suất của quạt (m3/s) P∆ : áp suất toàn phần (Pa) - Hiệu suất tổng cộng của quạt: %35,8093,0.96,0.9,0.. 321 === ηηηη Trong đó: 1η : hiệu suất lý thuyết của quạt 2η = (0,95-0,97): hiệu suất của ổ đỡ 3η = (0,9-0,95): hiệu suất đối với hệ truyền bằng đai - Năng suất của quạt: Q = 12000 m3/h = 3,33 m3/s - Công suất yêu cầu của quạt: KWN 23,1 8035,0.1000 34,296.33,3 == - Công suất thực tế của quạt: Ntt = k.N = 1,2.1,23 = 1,476 (KW) - Hệ số dự trữ k cho ở bảng sau N Ly tâm Hướng trục 0,5 1,5 1,2 0,51-1 1,2 1,15 1,01-2 1,2 1,1 2,01-5 1,15 1,05 >5 1,1 1,05 (Trích Các quá trình và thiết bị cơ học - Quyển 2 - Vũ Bá Minh - Nguyễn Văn Lục - Hoàng Minh Nam - Trần Hùng Dũng - NXB ĐHQG Tp.HCM) ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  40  IV. TÍNH CƠ KHÍ 1. Thân tháp - Thiết bị làm việc ở môi trường ăn mòn - Nhiệt độ làm việc: t = 400c - Áp suất làm việc: p = 1atm => Chọn vật liệu là thép không gỉ để chế tạo thiết bị - Ký hiệu thép: X18H10T (C < 0,12%, Cr 18%, N 10%, T nằm trong khoảng 1-1,5% ). - Giới hạn bền: 26 /10.550 mNk =σ - Giới hạn chảy: 26 /10.220 mNc =σ - Chiều dày tấm thép: b = 8mm - Độ giãn tương đối: %38=δ (Bảng XII.4 trang 309 – Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất, tập 2) - Hệ số dẫn nhiệt: c.m/W3.16 0=λ - Khối lượng riêng: 3m/kg7900=ρ (Bảng XII.7 trang 313 – Sổ tayquá trình và thiết bị công nghệ hoá chất, tập 2) - Chọn công nghệ gia công là hàn tay bằng hồ quang điện, bằng cách hàn giáp mối 2 bên. - Hệ số hiệu chỉnh: 1=η - Hệ số an toàn bền kéo: nk = 2,6 - Hệ số an toàn bền chảy: nc = 1,5 - Hệ số bền mối hàn: 95,0=hϕ a. Ứng suất cho phép của vật liệu theo giới hạn bền [ ] )/(10.5,211 6,2 10.550 266 mN nk k k === σσ [ ] )/(10.7,146 5,1 10.220 266 mN nc c k === σσ => Chọn )/(10.7,146 26 mNk =σ để tính toán. ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  41  b. Chiều dày thân tháp - Áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng: )/(1,981981,9.1100.81,9.. 2mNHgpl === ρ - Áp suất tính toán trong thiết bị: ptt = p + pl = 1,0133.105 + 98198,1 = 199,53.103 (N/m2) - Vì [ ] 50466,69895,0. 10.53,199 10.7,146. 3 6 >==h tt k p ϕσ nên bề dày thân dày thân tháp được tính theo công thức sau: [ ] C pDS hk ttt += ϕσ ..2 . Trong đó: Dt: đường khính trong của tháp (Dt = 2,6m) C = C1+C2+C3 C1: hệ số bổ sung do ăn mòn (Đối với vật liệu bền có tốc độ ăn mòn 0,05- 0,1 mm/năm,ta chọn C1 = 1mm tính theo thời gian làm việc từ 15-20 năm). C2: hệ số bổ sung do hao mòn (C2 = 0) C3: hệ số bổ sung do dung sai của chiều dày (Tra bảng XIII.9 – Sổ tay quá trình và thiết bị tập 2). C3 = 0,8 mm => C = 1+ 0 + 0,8 = 1,8 mm =1,8.10-3 m - Bề dày thân tháp: mmmS 66,310.66,310.8,1 95,0.10.7,146.2 10.53,199.6,2 33 6 3 ==+= −− - Chọn S = 4 mm c. Kiểm tra lại ứng suất thành thiết bị theo áp suất thử tính toán - Áp suất thử tính toán po được tính theo công thức: po = pth + pl Trong đó: pth=1,5.ptt=1,5.199,53.103 = 299,295.103 (N/m2) (Tính theo bảng XIII.5 – Sổ tayquá trình và thiết bị tập 2) ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  42  - Áp suất thử tính toán: po = 299,295.103 + 98198,1=397,4931.103 (N/m2) - Ứng suất thân tháp theo áp suất thử: ( )[ ] ( ) ( )[ ] ( ) )/(10.45,24795,0.10.8,14.2 10.4931,397.10.8,146,2 ..2 . 26 3 33 0 mN CS pCSD h t = − −+= − −+= − − ϕ σ - Xét tỉ số: )/(10.33,183 2,1 10.220 2,1 26 6 mNc ==σ < σ => Chọn S = 8 mm - Ứng suất thân tháp theo áp suất thử: ( )[ ] ( ) ( )[ ] ( ) )/(10.94,8795,0.10.8,18.2 10.4931,397.10.8,186,2 ..2 . 26 3 33 0 mN CS pCSD h t = − −+= − −+= − − ϕ σ - Xét tỉ số: )/(10.33,183 2,1 10.220 2,1 26 6 mNc ==σ > σ - Vậy S = 8 mm là hợp lý. - Khối lượng thân tháp: M1=V.ρ= ( ) ρπ ..4 22 HDD tn − = 4 π .(2,6162 - 2,62).9,1.7900 = 4712,12 (kg) 2. Nắp và đáy tháp - Chọn đáy và nắp tháp là elip có gờ với c