Đồ án Thiết kế hệ thống xử lý khí thải nồi hơi công suất 100m3 hơi/h sử dụng than đá

ất lượng hỗn hợp khí đầu vào và ra,kmol/h Ld,Lc-suất lượng Ca(OH)2 đầu vào và ra,kmol/h Ltr,Gtr-suất lượng mol của cấu tử trơ trong pha lỏng và khí,kmol/h xd,xc-phần mol của SO2 trong pha lỏng vào và ra,kmol SO2/kmol dd yd,yc-phần mol của SO2 trong pha khí vào và ra,kmol SO2/kmol hh Xd,Xc-tỉ số mol của SO2 trong pha lỏng vào và ra,kmol SO2/kmol dd Yd,Yc-tỉ số mol của SO2 trong pha khí vào và ra,kmol SO2/kmol hh Ta có Gd=Vρhh Trong đó: V-thể tích hỗn hợp khí,m3/s ρhh-khối lượng riêng hỗn hợp khí,kg/m3 ρhh= ( )trtrSOSO o o o otrtr o oSOSO trSO PMPMTP T TP TPM TP TPM +=+=+ 22 22 2 4,224,224,22 ρρ Trong đó: To-nhiệt độ pha khí ở điều kiện chuẩn,°K T-nhiệt độ pha khí ở điều kiện đang xét,°K 2SO M , trM -khối lượng phân tử SO2 và không khí 2SO P -áp suất riêng phần của SO2 trong 1m3 hỗn hợp khí,mmHg Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 10 SVTH:Phạm Hồng Hải 1000 )273( 273 4,22 2 2 + = tn P SO SO Trong đó: 021,064/333,1/ 2 === MVnSO mol Suy ra: 410*289,7 1000 )273150( 273 4,22 021,0 2 −= + =SOP at =0,547 mmHg Ptr-áp suất riêng phần của khí trơ,mmHg Po-áp suất của hỗn hợp khí ở điều kiện chuẩn,mmHg 453,759547,0760 2 =−=−= SOotr PPP mmHg ⇒ 836,0)453,759*29547,0*64( 760)273150(4,22 273 =+ + =hhρ kg/m 3 Vậy lưu lượng khí đầu vào Gd=Vρhh=4,117*0,8396=3,442 kg/s Nồng độ khí ban đầu Ck= 0288,0 )150273(082,0 1 = + = RT P kmol/m3=28,8 mol/m3 Nồng độ phần mol của SO2 trong hỗn hợp khí đầu vào yd=0,021/28,8=0,729*10 -3 mol SO2/mol hh Tỉ số mol SO2 trong hỗn hợp khí đầu vào Yd=yd/(1-yd)=0,729*10-3/(1-0,729*10-3)=0,73*10-3 mol SO2/mol hh Giả sử ban đầu dung dịch là sạch nên Xd=0 SO2 đầu ra đạt tiêu chuẩn loại B(0,5g/m3)⇒ nồng độ SO2 đầu ra n=0,5/64=7,8125*10-3 mol/m3 Nồng độ phần mol SO2 trong hỗn hợp khí đầu ra yc=7,8125*10 -3/28,8=0,2713*10-3 mol SO2/mol hh Tỉ số mol của SO2 trong hỗn hợp khí đầu ra Yc=yc/(1-yc)=0,2713*10-3/(1-0,2713*10-3)=0,27137*10-3 mol SO2/mol hh II.3.2.Xác định suất lượng pha lỏng cho quá trình hấp thụ, đường làm việc, đường cân bằng Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 11 SVTH:Phạm Hồng Hải Phương trình đường cân bằng T TSOP 196010*24,2)log(87,158,3log 22 * SO2 −++= − Trong đó: T-nhiệt độ làm việc của tháp,°K tối ưu là T=40+273=313°K * 2SO P -áp suất riêng phần của khí SO2 khi cân bằng,Pa (SO2)-nồng độ SO2 cân bằng,mol/m3 )273(4,22 273))1(( 2 t MyMy kktbSOtbtb yhhkhi + −+ == ρρ với 3 3 10*5,0 2 10)2713,0729,0( 2 − − =+=+= cdtb yy y mol SO2/mol hhkhi 8358,0 )150273(4,22 273)29)10*2289,01(64*10*5,0( 33 = + −+= −− tb yρ kg/m 3 molkgmolg MyMyM kktbSOtbhhkhi /10*008,29/008,29 29)10*2289,01(64*10*2289,0)1( 3 33 2 − −− == −+=−+= Lập bảng: Y= * * 2 2 SO SO PP P − ;X= hhkhi hhkhiMSO ρ )( 2 Nồng độ SO2(mol/m 3) * 2SO P (Pa) X*10-3(mol SO2/moldd) Y*10-3(mol SO2/mol hhkhi) 0,0050 1,0624 0,1735 0,0108 0,0125 5,8944 0,4338 0,0601 0,0200 14,1953 0,6941 0,1447 0,0275 25,7496 0,9544 0,2626 0,0350 40,4228 1,2147 0,4122 0,0425 58,1174 1,4750 0,5928 0,0500 78,7577 1,7353 0,8035 0,0575 102,2817 1,9956 1,0437 0,0650 128,6374 2,2559 1,3130 Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 12 SVTH:Phạm Hồng Hải 0,0725 157,7797 2,5162 1,6109 Tỷ số mol SO2 trong dung dịch ra khỏi tháp Xc= )( cdtr YYL G − Với Gtr=Ghh(1-yd) Suất lượng mol hỗn hợp đi vào tháp là 3309,427 )150273(082,0 1*4,14822 = + == RT VPGhh kmol/h Gọi nồng độ SO2 lớn nhất trong dung dịch ra khỏi tháp theo tỉ số mol là Xcmax Xcmax là giao điểm giữa đường thẳng Yd và đường cân bằng Yd=0,73*10-3 Ta có: Y= ** * * 22 2 2 )( SOSO SO SO PPPY PP P =−⇔ − Pa Y YPPPYPYP SOSO 9467,7210*73,01 10*10*73,0 1 3 53 *** SO 222 = + = + =⇔=−⇔ − − T TSOP 196010*24,2)log(87,158,3log 22 * SO2 −++= − T TPSO 196010*24,258,3log)log(87,1 2*SO2 2 +−−=⇔ − 048,0)( 2 =⇔ SO mol/m 3 3 3 max 10*6659,18358,0 10*008,29 048,0 − − ==⇒ cX Lượng dung dịch hấp thụ tối thiểu 5604,117) 10*6659,1 10*27137,010*73,0(0193,427)( 3 33 max min = −=−= − −− c cd tr X YYGL kmol/h Lượng dung dịch hấp thụ cần thiết L=ϕLmin(ϕ=1,5-1,7) Chọn ϕ=1,5 ⇒1,5Lmin=1,5*117,5604=176,3406 kmol/h Nồng độ SO2 trong dung dịch ra khỏi tháp Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 13 SVTH:Phạm Hồng Hải 33 10*1106,110)27137,073,0( 3406,176 0193,427)( −− =−=−= cdtrc YYL GX mol SO2/mol dd Vậy phương trình đường làm việc đi qua hai điểm A(Xd,Yc) và B(Xc,Yd) A(0;0,27137*10-3) và B(1,1106*10-3;0,73*10-3) ⇒ phương trình đường làm việc :Y=0,413X+0,2714*10-3 ĐƯỜNG CÂN BẰNG-ĐƯỜNG LÀM VIỆC 0 0.5 1 1.5 2 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 X*10^(-3) (SỐ MOL SO2 TRONG DUNG DỊCH) Y *1 0^ (- 3) ( S Ố M O L S O 2 T R O N G H Ỗ N H Ợ P K H Í) ĐƯỜNG CÂN BẰNG ĐƯỜNG LÀM VIỆC Nồng độ phần khối lượng của SO2 trong hỗn hợp khí đầu vào kghhkhikgSO yMMy My y dtrSOd SOd d /10*6096,1 )10*73,01(2964*10*73,0 64*10*73,0 )1( 2 3 33 3 2 2 − −− − = = −+ = −+ = Lưu lượng pha khí 33 10*5402,510*6096,1*442,3 2 −− === dd d SO yGG kg/s skgyGG dd d tr /4365,3)10*6096,11(*442,3)1( 3 =−=−= − Khối lượng SO2 được hấp thụ bởi dung dịch Ca(OH)2 33 10*4349,362,0*10*5402,5 2 −− === ηdSOGM kg/s Trong đó: η-hiệu suất quá trình hấp thụ %6262,0 10*73,0 10*27137,010*73,0 3 33 ==−=−= − −− d cd Y YYη Khối lượng SO2 còn lại ở đầu ra 333 10*1053,210*4349,310*5402,5 22 −−− =−=−= MGG dSO c SO kg/s Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 14 SVTH:Phạm Hồng Hải Lưu lượng khí đầu ra Gc 4386,34365,310*1053,2 3 2 =+=+= −dtr c SO GG kg/s Lưu lượng dung dịch đầu vào Ld=l=176,3406 kmol/h= 624,3 3600 )2*1740(*3406,176 =+ kg/s Lưu lượng dung dịch đầu ra Lc=Ld+M=3,6248+3,4349*10-3=3,6282 kg/s II.3.3.Xác định các kích thước cơ bản của tháp hấp thụ II.3.3.1.Xác định đường kính tháp hấp thụ kk tbGD ρω785.0 = Trong đó: Gtb-lưu lượng trung bình của pha khí,kg/s ρk-khối lượng riêng trung bình của pha khí,kg/m3 ωk-vận tốc khí qua tiết diện tháp,m/s Lưu lượng trung bình của pha khí 4403,3 2 4386,3442,3 2 =+=+= cdtb GGG kg/s Khối lượng riêng trung bình của pha khí ρk= 8385,0=tbyρ kg/m 3 Vận tốc tối ưu được tính như sau ωk=(0,75÷0,9) ωgh Trong đó: ωgh-vận tốc giới hạn tương ứng với điểm nghịch đảo,m/s Vận tốc pha khí tại điểm nghịch đảo được tính theo công thức sau 125,025,016,0 3 2 75,1lg        −=             x y tb tbx xR ygh G LA gV ρ ρ µ µ ρ σρω Trong đó: σ-diện tích bề mặt riêng của vật liệu đệm,m2/m3 VR-phần thể tích tự do (rỗng) của vật liệu đệm,m3/m3 g-gia tốc trọng trường,m/s2 Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 15 SVTH:Phạm Hồng Hải µx-độ nhớt vận động của nước ở nhiệt độ làm việc (40°C),Pa.s µ-độ nhớt vận động của nước ở 20°C,Pa.s Gtb,Ltb-lưu lượng trung bình pha khí và lỏng,kg/s ρy,ρx-khối lượng riêng pha khí và lỏng,kg/m3 A-hệ số phụ thuộc dạng quá trình, đối với hấp thụ A=0,022 Lựa chọn vật liệu đệm Tra bảng IX.8 trang 193_Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất-tập 2 -Chọn vòng sứ đổ đống lộ xộn kích thước 25x25x3 mm -Bề mặt riêng σ=195 m2/m3 -Thể tích tự do VR=0,75 m3/m3 -Số đệm trong 1 m3 là 46*103 -Khối lượng riêng xốp 600 kg/m3 Lưu lượng lỏng trung bình 6265,3 2 6282,36248,3 2 =+=+= cdtb LLL kg/s Lưu lượng khí trung bình:Gtb=3,4403 kg/s Khối lượng riêng của chất lỏng:ρx=1000 kg/m3 Khối lượng riêng của khí:ρy=1,293* 1278,1 40273 273 = + kg/m3 Độ nhớt của nước ở 40°C:µx=0,6560*10-3 Ns/m2 Độ nhớt của nước ở 20°C:µ=1,005*10-3 Ns/m2 125,025,016,0 3 2 1000 1278,1 4403,3 6265,3 75,1022,0 005,1 656,0 1000*75,0*81,9 1278,1*195* lg         −=             ghω 183,005,0737,0)05,0*lg( 22 =⇒−= ghgh ωω ⇔ωgh=1,9 m/s ⇒ωk=0,9*1,9=1,71 m/s 507,1 1278,1*17,1*785,0 4403,3 ==D m Chọn đường kính tiêu chuẩn D=1,5 m Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 16 SVTH:Phạm Hồng Hải Tính lại vận tốc làm việc chính xác ứng với đường kính D=1,5 m 727,1 1278,1**0785 4403,3 5,1 =⇒= k k ω ω m/s II.3.3.2.Xác định chiều cao lớp đệm Chiều cao lớp đệm hấp thụ H thường được xác định theo số đơn vị truyền khối (Noy) và chiều cao tương đương 1 đơn vị truyền khối (Hoy) H=Noy*Hoy Xác định số đơn vị truyền khối Số đơn vị truyền khối được tính theo công thức ∫ −= d c y y cb oy YY dY N Tích phân này được tính bằng phương pháp đồ thị là diệ tích giới hạn bởi đường cong cbYY − 1 theo Y và 2 trục Yc,Yd Để lấy tích phân bằng đồ thị ta lập bảng sau Xc =1,1106 kmol SO2/mol dd Chọn Xc thay đổi từ 0→1,15 với bước nhảy 0,05*10-3 X*10-3 Y*10-3 Ycb*10-3 (Y-Ycb)*10-3 cbYY − −310 0,05 0,292 0,001 0,291 3,436 0,1 0,313 0,004 0,309 3,236 0,15 0,333 0,008 0,325 3,077 0,2 0,354 0,014 0,34 2,94 0,25 0,375 0,021 0,354 2,824 0,3 0,395 0,03 0,365 2,74 0,35 0,416 0,039 0,377 2,653 0,4 0,437 0,055 0,382 2,618 0,45 0,457 0,063 0,394 2,538 Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 17 SVTH:Phạm Hồng Hải 0,5 0,478 0,073 0,405 2,469 0,55 0,499 0,094 0,405 2,469 0,6 0,519 0,105 0,414 2,415 0,65 0,54 0,129 0,411 2,433 0,7 0,561 0,142 0,419 2,387 0,75 0,581 0,17 0,411 2,433 0,8 0,602 0,184 0,418 2,392 0,85 0,622 0,2 0,422 2,37 0,9 0,643 0,232 0,411 2,433 0,95 0,6638 0,249 0,415 2,41 1 0,684 0,284 0,4 2,5 1,05 0,705 0,303 0,402 2,488 1,1 0,726 0,342 0,384 2,604 1,15 0,764 0,362 0,402 2,488 Từ đồ thị ta có các diện tích thành phần: ⇒Noy=0,07+0,063+0,063+0,06+0,056+0,057+0,055+0,052+0,053+0,052+0,049+ 0,05+0,051+0,048+0,051+0,048+0,05+0,05+0,113+0,05+0,05+0,1=1,795 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Y*10^(-3) 10 ^3 /( Y -Y cb ) Xác định chiều cao tương đương 1 đơn vị truyền khối Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 18 SVTH:Phạm Hồng Hải Chiều cao 1 đơn vị truyền khối phụ thuộc đặc tính đệm,chế độ thủy động lực của tháp và tính chất hóa lí của các pha. x tb tb yoy h L mG hH += Trong đó: xy hh , -chiều cao đệm tương đương với 1 đơn vị truyền khối theo pha khí và pha lỏng m-hệ số phân phối bằng hệ số góc đường tiếp tuyến với đường cân bằng Vì đường cân bằng là đường cong nên hệ số góc thay đổi nên ta xác định hệ số phân phối trung bình như sau n mmm m n +++= ...21 Trong đó: m1,m2,…,mn-các hệ số góc tiếp tuyến tại điểm 1,2,…,n của đường cân bằng n-số khoảng chia Từ đồ thị đường cân bằng ta tìm được m1=0,062 m2=0,198 m3=0,325 m4=0,453 m5=0,575 m6=0,694 m7=0,809 m8=0,923 m9=1,035 m10=1,144 m= 6209,0 10 144,1035,1923,0809,0694,0575,0453,0325,0189,0062,0 =+++++++++ Theo công thức ta có m ba h kky ,PrRe 67,025,0 Ψ = ε mh ll x x x ,PrRe256 5,025,0 3 2     = ρ µ Trong đó: b-hệ số phụ thuộc dạng đệm, đối với vòng Rasing b=0,123 ψ-hệ số thấm ướt của đệm,xác định theo đồ thị phụ thuộc tỉ lệ mật độ tưới làm việc(U) trên mật độ tưới tối ưu(Utu) Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 19 SVTH:Phạm Hồng Hải 2*785,0* 3600* kl tb d LU ρ = Trong đó: dk-đường kính tháp,m ρl-khối lượng riêng pha lỏng,kg/m3 Ltb-lưu lượng lỏng trung bình,kg/s ⇒ 39,7 5,1*785,0*1000 3600*6265,3 2 ==U Utu được tính theo công thức Utu=B*a Trong đó: B-hệ số phụ thuộc dạng quá trình, đối với hấp thụ B=0,158 a-diện tích bề mặt vật chêm,m2/m3 ⇒Utu=0,158*195=30,81 Tính tỉ số 24,0 81,30 39,7 == tuU U Tra đồ thị Hình IX.16 trang 178 Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2 ⇒ψ=0,24 Đối với pha khí: Tính Rey= k kk aρ ρω4 Trong đó: ωk-vận tốc khí qua tiết diện tháp,m/s ρk-khối lượng riêng trung bình pha khí,kg/m3 a-diện tích bề mặt vật liệu chêm,m2/m3 µk-độ nhớt động học của pha khí,Pa.s Độ nhớt động học của pha khí được tính như sau: kk kkkk SO SO k k MMyM µ µ µµ += 2 22SO Mk-khối lượng phân tử hỗn hợp khí,g/mol 3 3 3 3 10*018,0 29)10*2289,01( 10*014,0 64*10*2289,0008,29 − − − − −+= kµ Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 20 SVTH:Phạm Hồng Hải ⇒µk=0,01799*10-3Pa.s≈0,018*10-3 Pa.s Vậy Rey= 32,1645 10*018,0*195 836,0*727,1*4 3 =− Tính Prk= kk k Dρ µ với Dk là hệ số khuếch tán SO2 trong pha khí,m2/s 610*3,10 2 −=oSOD m 2/s Dk ở điều kiện làm việc (40°C): 52 3 6 2 3 1 2 2 1 10*26,1 273 40273 760 760 10*3,10 2 −− =     +=   = T T P PDD oSOk m 2/s Vậy giá trị của chuẩn số Prandi: 7,1 10*26,1*836,0 10*018,0 Pr 5 3 == − − Chiều cao 1 đơn vị truyền khối theo pha khí: mh y 18,17,1*32,1645 123,0*24,0*195 75,0 67,025,0 == Đối với pha lỏng: Tính σµx tb l D L 2785,0 4 Re = Trong đó: D-đường kính tháp,m σ=a=195 m2/m3 ⇒ 2,64 195*10*6560,0*5,1*785,0 6265,3*4 Re 32 == −l Hệ số khuếch tán SO2 trong nước ở 23°C được tính theo công thức: 2 1 2 3 1 3 1 2 1 6 23 22 22 1110         +     + = − OHSO OHSO l MM VVAB D µ (Công thức 5.23 Sách Ví dụ và bài tập tập 10) Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 21 SVTH:Phạm Hồng Hải Trong đó: µ-độ nhớt động học của nước ở 23°C,µ=0,9385*10-3 Ns/m2=0,9385mPa.s A,B-các hệ số phụ thuộc tính chất dung môi B=4,7 dung môi là nước A=1 đối với khí Theo bảng 5.4 trang 227 sách Ví dụ và Bài tập_tập 10 molcmVVV soSO /2,426,253,8*2*2 3 2 =+=+= Từ các số liệu trên ta tính được: 9 5,0 23 1 3 1 5,0 6 23 10*66,1 18 1 64 1 )8,142,42(1000*7,14 10 − − =     + + =lD m 2/s ⇒ ( )( ) ( )( ) 992340 10*324,2204002,0110*66,1201 −− =−+=−+= tbll tbDD m 2/s Với ttb=40°C là nhiệt độ trung bình của pha lỏng b=0,2µ0,5ρ-1/3=0,2*0,93850,5*1000-1/3=0,02 Vậy chuẩn số Prandi của pha lỏng là: 25,410 10*324,2*1000 10*9385,0 Pr 9 3 == − − l mhx 4,125,410*2,641000 10*9385,0 256 5,025,0 3 2 3 =   = − Kết quả chiều cao 1 đơn vị truyền khối là: mho 24,16265,3 4403,3*6209,0 18,1 =+= Tổng chiều cao cần thiết cho lớp đệm: H=Noy*Hoy=1,795*2=3,59m Tỉ lệ 39,2 5,1 59,3 == D H <40 nên đảm bảo lớp đệm hoạt động tốt Chiều cao phần tách lỏng Hc và Hd được chọn theo bảng sau,phụ thuộc vào đường kính tháp: D,m Hc,m Hd,m Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 22 SVTH:Phạm Hồng Hải 1,0-1,8 0,8 2 2,0-2,6 1 2,5 2,8-4 1,2 3 D=1,5 m nên chọn Hc=0,8m,Hd=2m Vậy tổng chiều cao tháp hấp thụ là: Ht=H+Hd+Hc=3,59+0,8+2=6,39m II.4.Tính toán cơ khí : II.4.1.Chọn vật liệu: Do phải chịu tác dụng hoá học với khí thải và dung dịch có tính ăn mòn cao nên vật liệu chế tạo tháp hấp thụ và các đường ống dẫn khí được chọn là thép hợp kim đặc biệt thuộc nhóm thép không gỉ,bền nhiệt và chịu nhiệt,chúng có tính chống ăn mòn cao trong điều kiện làm việc của thiết bị. -Thiết bị làm việc ở môi trường ăn mòn -Nhiệt độ làm việc t°C=40°C -Áp suất làm việc Plv=1at=101325N/m2 Chọn vật liệu là thép không gỉ để chế tạo thiết bị -Kí hiệu thép:X18H10T(C≤0,12%,Cr=18%,N=10%,T nằm trong khoảng 1-1,5%) -Giới hạn bền:σk=550*106 N/m2 -Giới hạn chảy:σc=220*106 N/m2 -Chiều dày tấm thép:b=4-25 mm -Độ dãn tương đối:δ=38% -Hệ số dẫn nhiệt:λ=16,3 W/m. độ -Khối lượng riêng:ρ=7900 kg/m3 Chọn công nghệ gia công là hàn tay bằng hồ quang điện,bằng cách hàn giáp mối 2 bên -Hệ số hiệu chỉnh:η=1 -Hệ số an toàn bền kéo:nk=2,6 -Hệ số an toàn bề chảy:nc=1,5 Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 23 SVTH:Phạm Hồng Hải II.4.2.Tính bề dày thân tháp: Các thông số ban đầu của tháp mà ta đã biết như sau: -Đường kính D=1,5m=1500mm -Chiều cao tháp H=6,39m -Khối lượng riêng của pha lỏng:ρl=1000kg/m3 -Tốc độ ăn mòn của SO2=0,1mm/năm -Hệ số bền mối hàn ϕh=0,95(Tra bảng XIII.8,trang 362,Sổ tay Quá trình và công nghệ hóa chất tập 2) -Hệ số hiệu chỉnh η=1 (tra bảng XIII.2,trang 356,Sổ tay Quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất với thiết bị thuộc nhóm 2) Xác định áp suất làm việc trong tháp: P=pmt+pl,N/m 2 Trong đó: pmt-áp suất pha khí trong thiết bị,pmt=1at=0,1013*106N/m2 pl-áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng trong thiết bị pl=gρlH=9,81*1000*6,39=0,063*106N/m2 H lấy bằng chiều cao tháp để đề phòng ngập lụt hay tắc nghẽn ⇒P=(0,1013+0,063)*106=0,1643*106N/m2 Xác định ứng suất cho phép của thép X18H10T Theo giới hạn bền: [ ] 26 6 /10*54,2111* 6,2 10*550 mN nc k k === η σσ Theo giới hạn chảy: [ ] 26 6 /10*67,1461* 5,1 10*220 mN nc c c === η σσ Ta lấy ứng suất bé hơn làm ứng suất cho phép tiêu chuẩn ⇒[σ]=146,67*106N/m2 Bề dày thân hình trụ hàn làm việc chịu áp suất trong theo lý thuyết vỏ mỏng: Ta có :[ ] 06,84895,0* 1643,0 67,146 ==hP ϕσ >50 Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 24 SVTH:Phạm Hồng Hải ⇒Bề dày tối thiểu của thân là: [ ] mm DPS h 884,0 95,0*67,146*2 1643,0*1500 2 ' === ϕσ Chọn S’=4mm(do D∈{1000;2000}mm nên Smin=4mm Chọn hệ số bổ sung để quy tròn kích thước: C=Co+C1+C2+C3 Trong đó: Co=1,05 mm:số quy tròn kích thước C1=1,5 mm :số bổ sung do bào mòn hóa học trong thời hạn sử dụng thiết bị là 15 năm với tốc độ ăn mòn 0,1 mm/năm C2=0:số bổ sung do ăn mòn cơ học C3=0,8 mm :số bổ sung do dung sai âm(tra bảng XIII.9,sổ tay quá trình và công nghệ thiết bị hóa học) ⇒C=3,35 mm ⇒Bề dày thực của thân thiết bị: S=S’+C=4+3,35=7,35 mm Chọn S=8mm Kiểm tra điều kiện bền: 00467,0 1500 18 =−=− D CS a <0,1⇒hoàn toàn thỏa mãn Áp suất cho phép trong thân thiết bị khi bề dày S=8mm: [ ] [ ] 29,1 )18(1500 )18(*95,0*67,146*2 )( )(2 = −+ −= −+ −= a ah CSD CSP ϕσ N/mm 2>P Vậy:Thân tháp hấp thụ có bề dày S=8mm thỏa mãn điều kiện bền và áp suất làm việc Kết luận:Tháp cao 6,39m;đường kính tháp 1,5m;bề dày 8mm II.4.3.Tính đáy và nắp: Vì áp suất làm việc P=0,1643 N/mm2⇒ta sẽ chọn đáy và nắp của tháp là elip Chọn vật liệu làm đáy và nắp cùng với vật liệu làm thân tháp. Các thông số đã biết: Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 25 SVTH:Phạm Hồng Hải -Đáy nắp làm bằng thép không gỉ X18H10T -C=3,35 mm -[σ]=146,67 N/mm2 -Áp suất làm việc phần dưới thân P=0,1643 N/mm2 -Đường kính tháp D=1500 mm Chọn bề dày của đáy và nắp là S=8mm Chọn đáy và nắp có gờ,chiều cao gờ h= 25mm.Theo bảng XIII.10 và XIII.11 trang 382,383,384-Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa học tập 2,các thông số của đáy như sau: D,mm ht,mm Bề mặt riêng phần,m2 Thể tích đáy,m3 Đường kính phôi D,mm ρ,kg/m3 Khối lượng,kg 1500 375 2,56 0,486 1810 7900 163 II.4.4.Tính toán ống dẫn khí,lỏng vào và ra khỏi tháp: II.4.4.1.Tính toán đường ống dẫn khí: Vận tốc khí trong ống khoảng 10-30 m/s,chọn vận tốc khí đi vào tháp bằng vận tốc khí ra khỏi tháp,v=20m/s Ống dẫn khí vào: Lưu lượng khí đầu vào Gd= sm mkg skg /117,4 /836,0 /442,3 3 3 = ⇒đường kính ống khí vào là: m v G d d 512,0 20 117,4*44 === ππ Chọn đường kính ống tiêu chuẩn là d=500mm,bề dày ống 13mm,vật liệu thép không gỉ Ống dẫn khí ra: Lưu lượng khí đầu ra Gc= sm /113,4 836,0 4386,3 3= Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 26 SVTH:Phạm Hồng Hải ⇒đường kính ống khí ra là m v G d c 512,0 20 113,4*44 === ππ Chọn đường kính tiêu chuẩn là d=500mm,bề dày 13mm,vật liệu là thép không gỉ II.4.4.2.Tính đường ống dẫn lỏng: Vận tốc lỏng khoảng 1-3m/s Ống dẫn lỏng vào:Chọn vận tốc lỏng trong ống là:v=2,5 m/s Lưu lượng lỏng đầu vào: smLd /10*6248,31000 6248,3 33−== ⇒đường kính ống dẫn lỏng đầu vào: m v L d d 043,0 5,2 10*6248,3*44 3 === − ππ ⇒Chọn d=50mm,bề dày b=1,4mm,vật liệu PVC Ống dẫn lỏng đầu ra của tháp: Chọn vận tốc v=1,5m/s Lưu lượng lỏng đầu ra: 310*6282,3 1000 6282,3 −==cL m 3/s ⇒Đường kính ống dẫn lỏng ra: md 055,0 5,1 10*6282,3*4 3 == − π ⇒Chọn đường kính ống tiêu chuẩn là d=70mm,dày 1,4mm,vật liệu là PVC II.4.5.Tính bích: II.4.5.1.Bích nối đáy và nắp với thân: Vật liệu là thép X18H10T Chọn bích kiểu I ở bảng XIII.27,trang 417-Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2,với áp suất làm việc lấy 1N/m2. ⇒Các thông số của bích như sau: P*106,N/m2 Dt D Db D1 Do Đường kính bu lông db Số bulông Z h mm Cái mm Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 27 SVTH:Phạm Hồng Hải 1 1500 1700 1625 1575 1519 M30 40 50 II.4.5.2.Bích nối thân và ống dẫn lỏng: P*106,N/m2 Dt D Db D1 Do Đường kính bulông db Số bulông Z h mm Cái mm 1 70 76 160 130 110 M12 4 20 II.4.5.3.Bích nối thân và ống dẫn khí: P*106,N/m2 Dt D Db D1 Do Đường kính bulông db Số bulông Z H mm Cái mm 1 500 650 600 519 513 M20 16 22 II.4.6.Tính các thiết bị phụ khác: II.4.6.1.Ống tháo đệm: Chọn ống tháo đệm dựa theo bảng XIII.32-Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa học tập 2 Áp suất làm việc cho phépP=1,38 N/mm2 Chọn đường kính ống tháo đệm d=200mm Vật liệu là thép không gỉ X18H10T Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 28 SVTH:Phạm Hồng Hải ống tháo đệm được hàn vào thân thiết bị,bên ngoài có lắp mặt bích theo bảng tra chiều dài đoạn ống nối là 130mm II.4.6.2.Lưới đỡ đệm: Chọn đường kính lưới đỡ đệm theo bảng IX.22-Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa học tập 2 ⇒các thông số của lưới: Đường kính tháp,mm Đường kính lưới,mm Chiều rộng bước b,mm,đệm 25x25 1500 1450 22 II.4.6.3.Bộ phận phân phối lỏng: Chọn theo tiêu chuẩn thép X18H10T:dùng đĩa phân phối loại 2 bảng IX.22 trang 230-Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2. Đường kính tháp Đĩa phân phối loại 2 Đường kính Ống dẫn chất lỏng Đĩa Dd dxS t số lượng lỗ loại 2 mm chiếc 1500 750 44,5x2,5 70 70 Bề dày ống :5mm Đường kính lỗ:44,5mm Bước lỗ=70mm II.4.6.4.Ống nhập liệu: Ta chọn kích thước ống nhập liệu giống như ống tháo đệm. Sử dụng kính quan sát để có thể có thể theo dõi quá trình khi vận hành Đường kính của kính quan sát d=200 mm Chiều dày đoạn ống nối l=130 mm II.4.7.Tính quạt và bơm: Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 29 SVTH:Phạm Hồng Hải II.4.7.1.Bơm: Dựa vào đặc tính quá trình có áp suất không cao nên bơm ta chọn là bơm ly tâm.Hơn nữa bơm ly tâm là loại bơm được sử dụng rộng rãi hiện nay trong nhiều ngành công nghiệp hóa chất. Theo trang 493-Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1,công suất của bơm được tính như sau: === − 783,0*1000 81,9*1000*20*10*6248,3 1000 3 η ρgQH N 0,908 kW=1,217 Hp Trong đó: Q-lưu lượng lỏng đầu vào,Q=Ld=4,4kg/s H-Chiều cao cột áp của bơm,ta lấy H≈20mH2O η-hiệu suất bơm Theo bảng II.32 trang 439-Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1 ta chọn Hiệu suất một số loại bơm ηo ηtl ηck Bơm pittông Bơm ly tâm Bơm xoáy tốc Bơm răng khía 0,95-0,96 >0,8 0,7-0,9 0,8-0,94 0,8-0,85 >0,7 0,9-0,95 0,95-0,96 >0,9 Ta có: η=ηoηtlηck=0,95*0,85*0,96=0,783 Hệ số dự trữ β Ndc β <1 1-5 5-50 >50 2-1,5 1,5-1,2 1,2-1,15 1,1 Chọn hệ số dự trữ β=1,4 Công suất bơm: Nb=βN=1,4*1,217=1,7Hp Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 30 SVTH:Phạm Hồng Hải ⇒Chọn bơm có công suất 2Hp II.4.7.2.Quạt: Công suất quạt: qtr PQ N ηη1000 ∆= Trong đó: Q-lưu lượng khí đầu vào,Q=4,117m3/s ∆P=5195 N/m2-trở lực của tháp η-hiệu suất của quạt ηtr=1 ηq-tra đồ thị đặc tuyến của quạt ly tâm,ηq=0,535 98,39 1000*535,0*1 5195*117,4 ==N kW Công suất thực tế phải tính thêm hệ số sự trữ,chọn β=1,1 ⇒Công suất thực tế của quạt N=1,1*39,98=43,978kW=58,95Hp Chọn quạt có công suất 60Hp II.5.Tính toán và thiết kế ống khói -Lưu lượng thể tích khí thải đi vào ống khói V=G/ρ,m3/s Trong đó: G-suất lượng khí đầu ra của tháp hấp thụ,kg/s ρ-khối lượnh riêng trung bình của hỗn hợp khí,kg/m3 ⇒V=3,4386/0,8358=4,114m3/s -Đường kính ống khói khi lấy v=6m/s d= 93,0 6*14