đồ án quá trình thiết bị hấp thụ

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.. Tra bảng II.34 I.441 sự phụ thuộc chiều cao của bơm ly tâm vào nhiệt độ, ở Tu

II. Tính toán thiết bị chính

Nồng độ cấu tử tách trong hỗn hợp đầu: 4,5% thể tích

Hiệu suất 93%

Bài làm

Xđ – nồng độ ban đầu của cấu tử cần hấp thụ trong dung môi ( kmol/kmol dung môi)

Xc - nồng độ cuối của cấu tử cần hấp thụ trong dung môi ( kmol/kmol dung môi)

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 hỗn hợp dung môi đi vào thiết bị hấp thụ, kmol/h

Gtr – lượng khí trơ đi vào thiết bị hấp thụ, kmol/h

Nồng đô cấu tử tách trong hỗn hợp đầu: 4,5% thể tích

=>yđ = 0,045 => Yđ = = = 0,0471 (kmol/kmol k trơ)

Vy = 6500 Nm3/h có n = chọn p = 1 atm, t = 250

 Gy = = = 290 (kmol/h) => Gtrơ = = = 277(kmol/h)

Hiệu suất 93% => Yc = Yd*(1-η) = Yd*(1-0,93) = 0,0033 (kmol/kmol k trơ)

 Phương trính đường làm việcKhi thì

ρ

ρ −

− 10.5,

Tra bảng I.5- Sổ tay quá trình thiết bị tập 1: ρH2O(25°C)=997,08(kg/m3)

Thay vào phương trình trên ta được ρxtb = 993,2(kg/m3)

.4,22

273.)1

1

T

M y M

y tb tb ytb

y

−+

=

=ρρ

.[IX.102.II.183]Với M 1, M2: khối lượng mol của cấu tử 1 và 2 (NH3 và không khí)

T : Nhiệt độ làm việc trung bình của tháp (oK)

Ytb1 : Nồng độ phần mol NH3 theo giá trị trung bình

.4,22

273.)1

1

T

M y M

y tb tb ytb

y

−+

=

=ρρ

Ta có wy=

y

y x C

ρ

ρ

ρ −

− 10.5,

ρ

ρ

ρ −

− 10.5,

• Tính toán chóp

- Đường kính ống hơi của chóp : 50 , 75 , 100 , 125 , 150 (mm) [ II.236 ]

Chọn d = 0,075 (m) với chiều dày δ

dh là đường kính ống hơi (m)

6,44071,0

5,1

h2 =0,25

[ IX 213 – II 236 ] =

0,25 0,0071 = 0,018 (m)

(0,046 2.0,002) 0,103( )046

- Chiều cao khe chóp : b = xtb

ytb y

gρ

ρωξ

2

Trong đó: g = 9,81 (m/s2)

93,945.071,0.14,3.3600

0,6364.4

.14

V

h

y y

9

1745,1.93,

c – khoảng cách giữa các khe, c = 3 -4 mm; chon c=3 mm

b – chiều cao khe chóp

a – chiều rộng khe chóp 2 – 7 mm,, chon a = 4 mm

i =

dc = , m

Gx – lưu lượng lỏng đi trong tháp, kg/h

ρx - Khối lượng riêng của lỏng, kg/m3

z – số ống chảy chuyền chọn z = 1

ωc – tốc độ chẩt lỏng trong ống chảy chuyền thường lấy 0,1 – 0,2 m/s chọn 0,15 m/s

có lượng NH3 bị hấp thu trong 1h là nNH3 = Gtrơ Xc = 277 0,0125 = 3,46(kmol/h)

δc - bề dày ống chảy chuyền(m) thường lấy δc = 2 – 4 mm

o B A

SOAB =

)2

sin(

22)2

cos(

22

=

α

sin8

×π

- 2 × 0.051 = 1.67(m2)

Phương trình đường cân bằng có dạng giống đường thẳng y = 3,579.x

- Tính βy = ,

ωy – tốc độ khí tính cho mặt cắt tự do của tháp, m/s ωy = 1,11m/s

ΔPx = ΔPđ – ΔPk – sức cản thảy lực của lớp chất lỏng trên đĩa, N/m2

ΔPđ – sức cản thủy lực chung của đĩa

ΔPk - sức cản của đĩa khô

hc = 0,048 m, chiều cao ống chảy chuyền nhô trên đĩa

Δ = 0,026 m, chiều cao của lớp chất lỏng trên ống chảy chuyền

hx: chiều cao lớp chất lỏng không lẫn bọt trên đĩa, m

Số đơn vị chuyển khối đối với mỗi đĩa trong pha hơi :

myT = với f : diện tích làm việc của đĩa

f = F – (fh.n + m fch)= – ( n + m)

0,009 0,034836 0,032263 0,0324710780,0105 0,040092 0,037785 0,037971918

 Ntt = 17 đĩa

)(18,0)

Q: năng suất bơm (m3/s)

ρ: khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3)

g: gia tốc trọng trường (m2/s)

H: áp suất toàn phần của bơm (m)

η: hiệu suất của bơm

H = (I 438)

P1: áp suất trên bề mặt ống hút P1 = 1 atm = 1,013 (N/m2)

P2: áp suất trên bề mặt ống hút P1 = 1 atm = 1,013 (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

Tra bảng II.34 (I.441) sự phụ thuộc chiều cao của bơm ly tâm vào nhiệt độ, ở

Tuy nhiên để loại trừ khả năng dao động trong bơm nên giảm chiều cao khoảng 1 – 1,5m so với giá trị trong bảng vậy chọn chiều cao hút là 3,5m tốc độ lưu thế ở ống hút ωh = 0,8 – 2 (m/s) (I.370) chọn ωh = 1,8 (m/s).tốc độ lưu thế ở ống đẩy ωđ = 1,5 – 2,5 (m/s) (I.370) chọn ωh = 1,8 (m/s).Vậy ΔPđ = = = 1615,27(N/m2)

ΔPm = (N/m2) (I.377)L: chiều dài ống dẫn, có chiều cao tháp là 8,23 m => chọn chiều dài hệ thống ống dẫn 10 => độ dài ống đẩy 6,5m

- trên ống hút còn lắp van một chiều theo I.399 ξvan = 1,9 – 2,1Chọn ξvan = 2

- hệ thống còn có 2 đoạn ống cong giống nhau, môt ở đoạn hút, 1 ở đoạn đẩy.Theo bảng II.16(I-393), đối vớith ành nhẵn Re > 2 thì bỏ qua tổn thất ma sát

ξcong = A B Cgóc θ = 90o => A= 1chọn => B = 0,15 => C = 1,45

Q: năng suất bơm, Q = = = (m3/s)

η: hiệu suất của bơm

ηo: hiệu suất thể tích tính đến sự hao hụt chất lỏng chảy từ vùng áp suất cao đến vùng áp suất thấp và chất lỏng rò từ các chỗ hở của bơm

ηtl: hiệu suất hủy lực

ηck: hiệu suất cơ khí

Đối với bơm ly tâm:

ηtr: hiệu suất truyền động ηtr =0,95

ηdc hiệusuất động cơ ηdc = 0,95

Ndc = = = 1,21(kW)

Ta chọn động cơ có công suất

đc đc

: áp suất toàn phần do quạt tạo ra, N/m2

P1 , P2 : áp suất dư trong không gian đẩy , hút ,N/m2

Vì tháp làm việc ở P = 1atm bằng áp suất của môi trường nên (P2-P1) = 0,: áp suất mất mát trong đường hút , đẩy (N/m2)

Với L: chiều dài ống dẫn hút , chọn L = 2 (m)

dtđ: đường kính tương đương của ống hút (m)

: khối lượng riêng của hỗn hợp khí ban đầu (kg/m3) = 1,164

: vận tốc khí đi trong ống (m/s) chọn = 10 (m/s) (Bảng II.2-STI-370)Lưu lượng hỗn hợp khí vào quạt

Chọn 1 van một chiều = 2,5 (Bảng N-STI-399)

Hệ số trở lực khuỷu do 2 khuỷu 45° tạo thành sao cho a/b=1

Với L: chiều dài ống dẫn đẩy , chọn L = 5 (m)

dtđ: đường kính tương đương của ống đẩy (m)

: khối lượng riêng của hỗn hợp khí ban đầu (kg/m3) : vận tốc khí đi trong ống (m/s)

Chọn dtđ = 0,5 (m) (giống với đường kính ống hút) 9,22 (m/s)Tính hệ số ma sát :

Chuẩn số Re trong ống dẫn đẩy :

Chọn vật liệu làm ống dẫn là ống thép tráng kẽm, mới tốt = 0,07 (m) (Bảng II.15-STI-381)

Q : năng suất ,

: hiệu suất quạt , chọn theo đặc tuyến

: hiệu suất truyền động lắp trực tiếp với động cơ điện

Chiều dày thân xác định theo công thức:

S = (m)

Trong đó:

Dt: đường kính trong của tháp, D = 1,5 m

φ: hệ số bền hàn cua thành trụ theo phương dọc

C: hệ số bổ sung do ăn mòn, bào mòn, dung sai về chiều dày (m)

Pt: áp suất trong thiết bị (N/m2)

Tháp được hàn dọc bằng hàn tay hồ quang điện Đối với vật liệu là thép không gỉ X28, kiểu hàn ghép nối với Dt = 1,5 m > 700 mm nên ϕ = 0,95

Pt = Pmt + Ptt

Với Pmt: áp suất làm viêc của tháp, 1atm = 101325 N/m2

Ptt: áp suất thuỷ tĩnh của cột chất lỏng trong tháp

tt

P = ρg H

(N/m2)H: chiều cao tối đa của cột chất lỏng,lấy tối đa H = 8,23 m

⇒

Ptt = 9,8.997,08.8,23 = 80418,5 (N/m2)

⇒

Pt = 101325,024 + 80418,5 = 181743,5 (N/m2)

Theo bảng XIII.2-Sổ tay tập 2, do thiết bị thuộc loại II, các chi tiết, bộ phận không bị đốt

Theo bảng XIII.4-Sổ tay tập 2, ứng suất cho phép được xác định theo giá trị nhỏ nhất từ hai công thức sau:

(N/m2)

nk, nc: hệ số an toàn giới hạn bền, giới hạn chảy

Theo bảng XIII.3-Sổ tay tập 2, thiết bị làm từ thép cacbon thường và thép không gỉ với nguyên lí cán, rèn dập nên nk = 2,6 ; nc = 1,5

σk, σc: ứng suất cho phép khi kéo, khi chảyTheo bảng XII.4-Sổ tay tập 2, ta chọn σk =540.106(N/m2)

Kiểm tra ứng suất của thành thiết bị theo áp suất thử (dùng nước)

Áp suất thử tính toán Po được xác định:

Chiều cao toàn bộ tháp:

H = Hlàm việc + Hnắp, đáy = 8,56 + 2.(0,375+0,025)= 9,36m

Dùng bích liền bằng thép để nối thiết bị theo các thông số tra từ bảng XIII.27-Sổ tay tập 2

Chọn bích liền bằng kim loại đen kiểu 1 để nối các bộ phận của thiết bị với ống dẫn.Tra bảng XIII.26-Sổ tay tập 2

Khối lượng thân: Mthân = Vthân Ρ

Vthân: thể tích phần vỏ thân tháp; m3

Vthân =

th t

D

.4

Khi có sự cố, nước sẽ bị điền đầy vào tháp Tuy nhiên lưu lượng nước bơm vào thápkhông đáng kể, nên có thể kịp phát hiện khắc phục sự cố trước khi nước choáng đầytháp

Khối lượng dung môi làm việc trong tháp:

Mdung môi = Vlàm việc ρH2O = π Hlv ρH2O = π 8,56 997,08 = 15082,6 (kg)

Tài liệu tham khảo