THIẾT kế hệ THỐNG hấp THỤ để làm SẠCH KHÍ

Đồ án môn quá trình thiết bịThiết 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.. Nguyên nhân của ô nhiễm môi trờng là do cá

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

Lu lợng 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,lợng dung môi mô phỏng theo một số điều kiện.Các phần thuyết minh và tính toán:

6 Các chi tiết của tháp

Vẽ sơ đồ dây chuyền hệ thống hấp thụ: khổ A4

Vẽ bản vẽ chi tiết(vẽ lắp)tháp hấp thụ: khổ A1

Giáo viên hớng dẫn Th.s Đinh Quang Hng

về tầm quan trọng của bảo vệ và làm sạch môi trờng, trình độ dân trí nói chung còn thấp, thu nhập đầu ngời kém(trừ một số vùng đô thị) làm cho con ngời chi biết khai thác sử dụng mà không nghĩ tới hậu quả của nó, Chính vì vậy mà môi trờng nớc ta ngày càng ô nhiễm Cũng nh nhiều nớc khác trên thế giới hiện nay, vấn đề xử lí các chất gây ô nhiễm ở nớc ta đang gặp nhiều khó

khăn Nguyên nhân của ô nhiễm môi trờng 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 trờng là H2S, nó là khí thải của rất nhiều các nghành công nghiệp.

mùi trứng thối đặc trng 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 đợc sinh ra từ công nghiệp Ngoài ra H2S còn đợc sinh

ra ở các vết nứt núi lửa, hầm lò khai thác than, cống rãnh, hồ nớc cạn, ao tù,

bờ biển nơi mà có các động thực vật thối rửa.…

gây nhức đầu khó chịu; ở nồng độ cao (>150ppm) có thể gây tổn thơng màng nhày của cơ quan hô hấp ở nồng độ xấp xỉ 500ppm gây ỉa chảy, viêm phổi và

làm tổn thơng lá cây, rụng lá và giảm sinh trởng

Với các đặc điểm nh trên thì việc để phát tán khí H2S vào môi trờng là rất nguy hiểm và gây hậu quả nghiêm trọng Vì vậy, xử lý H2S trong khí thải

hiện nay là sử dụng tháp hấp thụ H2S ra khỏi không khí bằng các dung môi

trong không khí, đợc trình bày cụ thể dới đây

Sơ đồ hệ thống hấp thụ khí h 2 s

1 2 7 6

3

5

8 9

Hỗn hợp khí cần xử lí H2S và không khí đợc máy nén khí 1 đa vào ở đáy tháp, trên đờng ống có nắp van điều tiết lu lợng khí và gắn vào ống trớc khi đi vào tháp một đông hồ đo lu lợng chất lỏng vào tháp 2

- Nớc từ bể 3 đợc bơm li tâm 4 đa vào tháp 5, trên đờng ống có van an toàn 6,

đồng thời điều chỉnh lu lợng; đi qua đồng hồ đo lu lợng 7 Nớc đợc bơm vào tháp với lu lợng thích hợp, tới từ trên xuống dới theo chiều cao tháp hấp thụ

- Không khí chứa H2S sau khi đợc hấp thụ đi lên nắp tháp và ra ngoài lỗ nắp

- Nớc 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

-G Y : Lợng hỗn hợp khí đi vào thiết bị hấp thụ (Kmol/h)

-G X : Lợng dung môi đi vào thiết bị hấp thụ (Kmol/h)

-G tr : Lợng khí trơ đi vào thiết bị hấp thụ (Kmol/h)

-β: Lợng dung môi/Lợng dung môi tối thiểu

y

−

02 , 0 1

02 , 0

+ Hiệu suất hấp thụ η = 85% => η =

d

c d Y

+ 1

1

= GY.(1-yd) (II-141) => Gtr = 491,07(1-0,02) = 481,2486(kmol/h)

0 30

10 463 ,

= 125,9 => tính theo nồng độ phần mol tơng đối ta có:

Ycb = ( m)X

X m

−

1

c d X X

Y Y

−

−

(II-141) Mặt khác Xc = Xcbc = ( ) d

d Y m m

10 06 , 3 0204 , 0

−

−

−

=> GXmin = 52155,3(kmol/h)

+Trong thực tế các thiết bị hấp thụ thực không bao giờ đạt đợc cân bằng giữa các pha, nghĩa là nồng độ cân bằng luôn lớn hơn nồng độ thực tế nên l-ợng dung môi tiêu tốn lớn hơn lợng dung môi tối thiểu:

GX = GXmin β

Chọn β = 1,2 => GX = 52155,3.1,2 = 62586,36(kmol/h)

c/ Thiết lập đờng nồng độ làm việc:

+ Phơng trình cân bằng vật liệu cho một đoạn thiêt bị:

Gtr(Y - Yc) = GX(X - Xd)

=> Y =

tr

X G

G

.X + Yc -

tr

X G

V

ω

π 3600

4

(m) (II_181) Trong đó: + Vtb: Lợng khí trung bình đi trong tháp (m3/h)

+ωtb: Tốc độ khí trung bình đi trong tháp (m/s)

Mà khối lợng riêng trung bình của pha khí là:

.

P T

T P

M ytb

=> Vyđ =

0

0

4 , 22

T P M

P T M

G ytb

ytb y

=

0

0

4 , 22

T P

P T

G y

= 491,074,.822.273,4.303.1 = 2543,5(m3/h)

4 , 22

T P M

P T M

G

ytb

ytb tr

.(1+Yc)

=

0

0

4 , 22

T P

P T

G tr

.(1+Yc) =

273 8 , 4

1 303 4 , 22 2486 , 481

.(1+3,06.10-3) => Vyc = 2500,25 (m3/h)

VËy lîng khÝ trung b×nh ®i trong th¸p lµ:

xtb

tb xtb

a

ρ ρ

Mxtb = xtb.M H2S+ (1 −x tb).M H2O = 0,5.10-4 34 +(1-0,5.10-4).18 => Mxtb = 18 (Kg/kmol)

Phần khối lợng trung bình của cấu tử 1:

atb =

xtb

S H tb M

M x

273 4 , 22

4 , 22

34

⇒ ρxtb=

2 1

1 1

xtb

tb xtb

a

ρ ρ

−

68 , 995

10 95 , 0 1 84 , 6

10 95 , 0

10 73 , 11

.

P T

T P

61 , 5 2 , 982 4 , 0 065 , 0

= 0,544 (m/s)

Đờng kính tháp: D =

544 , 0 3600

875 , 2521 4

D = 1,28 (m) thỏa mãn với cách chọn h = 0,4 (m)

Quy chuẩn D = 1,3 (m)

3 thiết kế đĩa chóp

h d

28 , 1 1 ,

gρ

ρ ω

ξ

.

. 2

V h

ytb y

3600

4 2

π

18 095 , 0 3600

875 , 2521 4

61 , 5 5 , 5

2 2

= 0,035(m)

• ChiÒu cao møc CL trªn khe chãp: h1 = 0,015 ÷ 0,040 (m)

Chän h1 = 0,04(m)

dtd = (a b)

b a

+ 2

4

= 2(0 , 006 0 , 035)

035 , 0 006 , 0 4

c

h ch

4

2

π

=  −4 0 , 035 

095 , 0 14 , 0 004 , 0

3600 





c d

2

c c

=> ∆h = 3

2

2 , 0 85 , 1 3600

62 ,

90 π D2 =

4

28 , 1 360

2

2

=> F =

4

28 , 1 2

x x x

c

F

f h h f h f

F h h

ρ

ρ ρ

ρ

.

.

−

∆ +

(m) (II_185) Trong đó:

x x x

c

F

f h h f h f

F h h

ρ

ρ ρ

ρ

.

.

−

∆ +

=

589032

053 , 1

32 , 589 277 , 0 04 , 0 2 , 0 277 , 0 32 , 589 04 , 0 2 , 982 277 , 0 053 , 1 04 , 0 03 , 0 065

Trong đó: + m: hệ số phân bố vật chất phụ thuộc vào to,P,nồng độ các pha

+ βy: hệ số cấp khối pha khí (Kmol/m2.s) (∆y= 1)

+ βx: hệ số cấp khối pha lỏng (Kmol/m2.s) (∆x= 1)

Kmol

.

.

∆ = ∆Pđ - ∆Pk:Sức cản thuỷ lực của lớp chất lỏng trên đĩa

∆Pđ : Sức cản thuỷ lực chung của đĩa (N/m2)

10 15 , 71

b

h h g

Kmol

2

βx = 33 , 7 10 − 4 0 , 544 0 , 79 621 , 06

.

y y cb

= 123

=> Ky=

x y

123 124

, 0 1

1 + = 0,01(

s m

f

K

F P

K f P y

y

273

30 273 4 ,

ω

+

(II-173)Trong đó:

 f: là diện tích làm việc của tháp đĩa

4

2

c d

f =

4

28 , 1 2

4

095 , 0

4

2 , 0 2

 ωy = 0.544(m/s)

287 , 1 5 273 544 , 0

01 0 1 , 1 1 30 273 4 ,

Dựng các đoạn thẳng A1C1 , A2C2 , …… song song với trục tung với Ai

nằm trên đờng làm việc , Ci nằm trên đờng cân bằng

Tìm đoạn BiCi theo công thức sau:

Nối các điểm B1, B2, B3, B… n ta đơc đờng cong phụ

làm việc tại điểm thứ nhất, từ giao điển đó ta vẽ đờng thẳng song song với trục tung cắt đờng cong phụ tại điểm thứ hai Cứ tiếp tục vẽ các đờng song song

nh vậy cho tới điểm P(x=y=0) tức là x<xd thì dừng ta đợc một đờng gấp khúc Tính số tam giác tạo bởi giữa đờng gấp khúc đó với đờng nồng độ làm việc ta suy ra đợc số đĩa thực tế là:

→ ∆Pk =

2

544 , 0 61 , 5 5

2

= 4,15 (N/m2)Vậy ∆Pđ = 4,15 + 28,46 + 592,6 = 625,21 (N/m2)

. g H Q

(kW) (I_439)Trong đó:

.

1 2

H0 : chiều cao nâng chất lỏng (m)

hm : áp suất tiêu tốn để thắng toàn bộ trở lực trên ống hút và ống đẩy

Vậy ∆Pđ =

2

9 , 0 68 ,

= 403,25 (N/m2)+ ∆Pm : áp suất để khắc phục trở lực masát khi dòng chảy ổn định trong ống thẳng

∆Pm =

2

ρ ω2

81 ,

=> ∆ =

1 , 0

10 16

, 111874

81 ,

15 022 ,

ξ: hệ số trở lực cục bộ của toàn bộ đờng ống ξ = ∑ξi

- Chọn ống thép tráng kẽm(mới và tốt): ξ1= 0,5

- Chọn 2 van tiêu chuẩn : ξ 2= 4,1

- Hệ số trở lực khuỷu: 2 khuỷu 450 tạo thành → ξ3= 0,38

→ ξ = ξ1+ ξ2+ ξ3 = 0,5 + 4,1 + 0,38 = 4,98

Vậy ∆PC =

2

68 , 995 9 , 0 98 , 4

2

= 2008,2 (N/m2)+ ∆PH :áp suất để khắc phục áp suất thuỷ tĩnh

∆PH = ρ g H

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,coi∆Pt = 0

+ ∆Pk: áp suất bổ sung cuối ống dẫn coi ∆Pk = 0

1 2

ρ

= 13 13 , 38

81 , 9 68 , 995

10 013 , 1 10 065 ,

+ +

−

= 67,86 (m)

2 Hiệu suất của bơm

η= ηo.ηtl.ηck

Trong đó: + ηo: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 ηo= 0,9

+ηtl: hiệu suất thuỷ lực tính đến masat và sự tạo thành dòng

O H

X M G

Thay vào trên ta có:

N = 0,3141000.995,.680,72675.9,81.67,86 = 286,38 (kW)

→ Công suất động cơ điện là Nđc=

đc tr

N

η

ηtr:hiệu suất truyền động lấy ηtr = 0,85

ηđc:hiệu suất động cơ điện lấy ηđc = 0,9

85 , 0 9 , 0

38 , 286

= 374,35 (kW)Thờng động cơ điện đợc chọn có công suất dự trữ với hệ số dự trữ công suất β

(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)

1

1

1

2 1 1

m m

P

P V P m

013 , 1

10 065 , 5 178 , 0 10 013 , 1 1 5 , 1

5 ,

1 5 , 1

5

5 5

= 3,96 (kg/s)

Vậy công suất lý thuyết của máy nén là:

N =

1000

10 38 , 0 96 ,

N

η η

η

/

(I-466)

η : Hiệu suất chung chọn η= 0,6

ηtr:hiệu suất truyền động lấy ηtr = 0,96

ηđc:hiệu suất động cơ điện lấy ηđc = 0,95

95 , 0 96 ,

0

6 , 0 / 48 , 150

= 275 (kW)Thờng động cơ điện đợc chọn có công suất dự trữ với hệ số dự trữ công suất β

Đặc tính kỹ thuật của thép CT3: (II-309)

+ Có giới hạn bền khi kéo : δk = 380.106 N/m2

+ Có giới hạn khi chảy δch = 240.106 N/m2

+ Khối lợng riêng : ρCT3 = 7850 kg/m3

2 Tính chiều dày thân tháp

- Thân tháp hình trụ cao 13m đờng kính trong 1,3m

- Bố trí : gồm nhiều đoạn đợc ghép lại với nhau bằng bích nối

- Mỗi đoạn tháp đợc cuốn từ thép tấm và hàn hồ quang theo kiểu giáp nối

2 bên có hệ số bền của mối hàn: ϕ = 0,95 (II-362)

- Chiều dày của thân tháp đợc tính theo

δ ] [ 2

.

(II-360) + Dt - Đờng kính trong của tháp Dt = 1,3m

+ C - Hệ số bổ xung (II-363):

10 380

m N

=

[δk] = 6 160 106 2

5 , 1

10 240

m N

, 0 10

3 ,

.10 993 , 8 10 35 , 1 10 5 3 , 1 )

5 3

3 0

P C S

D t

= 169,1.106 (N/m2)

δ = 169,1.106 N/m2

2 6

6

10 6 , 184 3

Chọn đáy và nắp thiết bị hình elip

h

D P K

P D

l

t k

].

3 , 1 10 8 , 5 95 , 0 1 10 2 , 146

5 6

P C S h

.

3 2

10 35 , 1 10 6 3 , 0 95 , 0

= 151,2.106 N/m2 < 200 =

2 , 1

c

δ

(thoả mãn)Tra bảng (II-384) có khối lợng nắp và đáy 2 92 = 184 kg

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

π

Dn: đờng kính ngoài của tháp (m)

Dt: đờng kính trong của tháp (m)

Hthân: chiều cao thân tính từ đĩa trên cùng đến đĩa dới cùng,bằng 3,3 (m)

- Khi có sự cố,nh tắc ở một đĩa nào đó,nớc sẽ điền đầy vào tháp.Khối lợng nớc khi đó là:

O H

M 2 = ρH2O.V H2O (kg)O

Dt: đờng kính trong của tháp bằng 1,3 (m)

H: chiều cao tháp (cả đáy và nắp) =13 (m)

4

3 , 1

,

1 2

= π

Tháp có 30 đĩa nên khối lợng đĩa là Mđ = 30.52,1 = 1563 (kg)

+ Khối lợng bổ xung (mặt bích,chóp,bulong,thanh giằng)

V Kết luận

Trên đây là kết quả tính toán và thiêt kế tháp chóp hấp thụ H2S trong

học kì làm việc cùng với sự giúp đỡ của các thầy cô , đặc biệt là thầy Đinh Quang Hng , em đã hoàn thành đồ án của mình Dù đã hết sức cố gắng, song

do lần đầu làm công việc thiết kế, cha có kinh nghiệm thực tế, nên em không thể tránh khỏi những thiếu sót, hạn chế Em mong đợc sự đóng góp và giúp đỡ

của các thầy các cô để em rút đợc những bài học bổ ích Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thầy Đinh Quang Hng đã tận tình giúp đỡ em trong thời gian làm đồ án.

VI Tài liệu tham khảo

1 Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất – Tập I – Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật (1992) (I)

2 Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất – Tập II – Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật (1999) (II)

3 Cơ sở các quá trình và thiết bị công nghệ hoá học tập II – PGS.TS

Đỗ Văn Đài - Trờng Đại học bách khoa Hà Nội – Năm 2000

4 TÝnh to¸n qu¸ tr×nh thiÕt bÞ trong c«ng nghÖ ho¸ chÊt vµ thùc phÈm tËp II – PGS.TS NguyÔn Bin