đồ án tháp hấp thụ SO2

mình có bản vẽ autocad của tháp nhé.liên hệ để lấy ............................................................................................................................................................................

PHẦN MỞ ĐẦU

**********

Trong suốt hơn 20 năm thực hiện công cuộc đổi mới , đất nước ta đó

cú những bước phỏt triển vượt bậc trên tất cả các lĩnh vực : kinh tế,chính trị,văn hoá, giáo dục, đời sống… Đặc biệt là nền kinh tế nước ta đó cú nhữngthành tựu đáng kể Nhiệm vụ đưa nước ta trở thành một nước công nghiệp tiêntiến trên thế giới vào năm 2020 đang có tính khả thi hơn bao giờ hết Tuy nhiênvới một xuất phát điểm thấp cộng thêm bị chiến tranh tàn phá nặng nề cho nênviệc phát triển kinh tế cũng gặp không ít những khó khăn, trở ngại Một trongnhững vấn đề nan giải đó là phát triển kinh tế nhưng vẫn đảm bảo một môitrường sống an toàn, trong sạch Vấn đề môi trường ngày càng được quan tâmkhông chỉ từ phía những nhà quản lí mà cũn được nhiều nhà sản xuất coi trọng.Trong nhiều năm trước đây, chúng ta chỉ chú trọng tới việc phát triển kinh tếcủa từng ngành, từng địa phương mà quên mất việc xử lí ô nhiễm côngnghiệp Xu thế phát triển chung của thế giới hiện nay là phát triển bền vững,phát triển đi đôi với bảo vệ môi trường, bởi vậy nhiều dây chuyền xử lí các loạichất thải công nghiệp được lắp đặt và hoạt động có hiệu quả đó gúp phầnkhụng nhỏ vào việc giảm thiểu ụ nhiễm Trong những loại khí thải gây ảnhhưởng xấu đến môi trường phải kể tới khí HCl Đây là một axít có nhiều ứngdụng trong công nghiệp như : điều chế cỏc hợp chất hữu cơ như nhựa PVC ,clo hoá các hợp chất hữu cơ (đặc biệt là cỏc hidrocacbon )…Theo thống kờtrờn thế giới có khoảng 20 triệu tấn axít được sản xuất hàng năm Nếu không

xử lí hỗn hợp khí có chứa axít HCl mà thải trực tiếp ra ngoài môi trường có thểlàm giảm pH của một khu vực, gây ra hiện tưọng mưa axít huỷ hoại các côngtrỡnh kiến trỳc và hệ sinh thỏi, ngoài ra cũn gõy ảnh hưởng trực tiếp tới sứckhoẻ của dân cư sống xung quanh.Bởi vậy, nhiệm vụ xử lí hỗn hợp khí có chứaHCl trước khi thải ra ngoài môi trường là yêu cầu tất yếu đối với tất cả các cơ

sở công nghiệp (đặc biệt là các cơ sở có sử dụng và thải ra khí này) Để xử líhỗn hợp khí HCl thỡ phương pháp hấp thụ là phương pháp đơn giản và hiệuquả nhất Với phương pháp này chúng ta có thể hấp thụ từ 80 tới trên 90%lượng HCl có trong hỗn hợp khí Sau đây tôi xin được giới thiệu bản thiết kếthỏp đệm cú hấp thụ khí HCl với dung môi là nước Đây cũng chính là nhiệm

vụ đồ án môn học các quá trỡnh cơ bản trong công nghệ hoá học đối với sinhviên ngành công nghệ môi trường năm thứ 4, trường đại học Bách Khoa HàNội

Phần I Tính toán thiết kế tháp

I cân bằng vật liệu

I.1 Chuyển đổi đơn vị

* Chuyển nồng độ thể tích sang nồng độ phần mol tương đối

Yd: nồng độ phần mol tương đối của HCl trong hỗn hợp khí (kmol/kmol khítrơ)

Y

Y

Y 

= 0,95  Yd - Yc = 0,95Yd  0,05Yd = Yc

 Yc = 0,05 0,01 = 5.10-4 ( kmol HCl/kmol khớ trơ)

yc : nồng độ phần mol của khớ cần hấp thụ trong hỗn hợp

10 25 , 5





 = 5,22.10-3 (kmol HCl/kmol hỗn hợp khớ)

*Chuyển đổi đơn vị lưu lượng từ Nm3/h trở về đơn vị kmol/h :

Theo đề bài ta cú lưu lượng khớ thải vào thỏp Q = 10000 (Nm3/h)

- Do ở điều kiện tiờu chuẩn  lưu lượng khớ thải :

P : ỏp suất chung của hỗn hợp.

Do HCl là một chất khớ cũng dễ hũa tan trong nước cho nờn ở đõy toi chọn thụng số ban đầu P = 1 atm; T = 25 oC

 Xd = 0

1.3 Phương trỡnh đường làm việc của thỏp :

Phương trỡnh cõn bằng vật liệu đối với khoảng thể tớch thiết bị kể từmột tiết diện bất kỡ tới phần trờn của thiết bị:

Gtr ( Y – Yc ) = Gx ( X – Xd )

Trong đú :

Xd : nồng độ ban đầu của cấu tử cần hấp thụ trong dung mụi

( kmol HCl/ kmol H2O)

Yc : nồng độ cuối của cấu tử cần hấp thụ trong hỗn hợp khớ (kmol/kmol khớtrơ)

Gx : lưu lượng dung mụi đi vào thiết bị hấp thụ ( kmol/h )

Gtr : lượng khớ trơ đi vào thiết bị hấp thụ ( kmol/h )

Từ phương trỡnh cõn bằng vật liệu ta cú:

- Lưu lượng khớ trơ :

Gtr = Gy ( 1 – yd ) = 446,43 ( 1- 0,0099 ) = 442,01 (kmol/h)

Do đề bài khụng cho nồng độ cuối của dung mụi , bởi vậy chỳng taphải chọn để đạt được yờu cầu của bài toỏn thiết kế đề ra.

Ta cú :

Xcmax =

d

d Y m m

Y

).

1 ( 

Y Y



 cm

4 0,01 5, 25.10 0,0035 0

II1.1.1 Tớnh khối lượng riờng

 Đối với pha lỏng:

 Áp dụng cụng thức :

xtb



1 =

HCl HCl a

 +

O H HCl a

2

1



[I]

Trong đú :

 ủxtb : Khối lượng riờng trung bỡnh của hỗn hợp lỏng, ( kg/m3)

 aHCl : Phần khối lượng của HCl trong pha lỏng

 ủHCl, H2o : Khối lượng riờng của HCl, H2O ở 25oC ( kg/m3 ),

Tra bảng I.5 [I] ở 25oC : H2O = 997,08 ( kg/m3 )

Tra bảng I.2 [I] ta cú : ( 20o C) 1149 (kg/m3 )



) / ( 1138 )

40 ( o C kg m3

 = 1,46.10-3( kmol HCl/ kmol dung mụi)

+ xtb =

tb

tb X

X



1 =

3 3

tb HCl

tb HCl

x M

x M

x M



Trong đú :

* aHCl : Phần khối lượng trung bỡnh của HCl trong hỗn hợp

* xtb : nồng độ phần mol trung bỡnh của cấu tử cần hấp thụtrong pha lỏng

HCl

HCl HCl

2

1 1

* My : phõn tử lượng trung bỡnh của hỗn hợp khớ (kg/kmol)

* MHCl, Mkk : khối lượng phõn tử của HCl và khụng khớ (kg/kmol)

*ytb : phần mol trung bỡnh của HCl trong hỗn hợp

. y y

ytb

M M

T

. ( kg/m3) [I]

Trong đú :

* ytb: khối lượng riờng trung bỡnh của hỗn hợp khớ đi trong thỏp (kg/m3)

*My: phõn tử lượng trung bỡnh của hỗn hợp khớ

*To : nhiệt độ ở điều kiện tiờu chuẩn, To = 273 OK

*T : nhiệt độ làm việc của thỏp, T = 273 + 25 = 298 oK

*Po : ỏp suất ở điều kiện tiờu chuẩn Po = 1atm

*P: ỏp suất lam việc của thỏp, P = 1 atm

* ỡHCl, ỡnước : độ nhớt của HCl, và nước ở 25oC ( Ns/m2)

*xtb : phần mol trung bỡnh của HCl trong hỗn hợp

10 180

29 ).

10 25 , 5 1 ( 10

145

5 , 36 10 25 , 5

04 , 29 ).

1 (

HCl

HCl tb



 3600

4

Trong đú :

* Vytb : lượng khớ trung bỡnh đi trong thỏp, (m3/h)

* ựytb : tốc độ khớ trung bỡnh đi trong thỏp, m/s

+ Tớnh lưu lượng thể tớch khớ trung bỡnh đi trong thỏp :

ytb

ytb ytb ytb

M G V



.

 (m3/h)Với :

* Gytb : lưu lượng khớ trung bỡnh đi trong thỏp.(kmol/h)

* Mytb : khối lượng phõn tử trung bỡnh của khớ đi trong thỏp, kg/kmol

* ytb : khối lượng riờn trung bỡnh của khớ trong thỏp kg/m3

Ta cú :

) 1 (

yc yd

xc xd xtb

G G

*Tính vận tốc của khí đi trong tháp  , m/s ytb

Do đặc thù của tháp đệm là làm việc ổn định và đạt hiệu quả cao nhất ở vận tốc đảopha nên ta áp dụng công thức để tính tốc độ hơi (khí) đi trong tháp

8 / 1 4

/ 1 16

, 0 3

2

.

75 , 1

ytb d dp

G

G A

( 0C

n

 = 1,005.10-3 (Ns/m2)

) 25

Tốc độ thích hợp tính theo phương pháp này thường bằng khoảng:

ytb

ytb

V

m s D

II.2 Chiều cao

Áp dụng công thức xác định chiều cao của lớp đệm:

trong đó:

 my: số đơn vị chuyển khối xác định theo nồng độ trong pha hơi (khí)

 hđv: chiều cao của một đơn vị chuyển khối.

* Tính chiều cao của một đơn vị chuyển khối

x

y

dv   [II-177]

Trong đó:

 h1, h2 : chiều cao của một đơn vị chuyển khối pha khí, pha lỏng (m)

 Gx, Gy: lưu lượng trung bình của pha lỏng, pha khí (kg/h)

 m : hệ số góc của đường cong cân bằng

* Tính h1

Áp dụng công thức: h1 = 0,615.dtd.Re 0y, 345 Pry2 / 3

Trong đó:

 dtd: đường kính tương đương của đệm

 Rey: chuẩn số Reynold cho pha hơi

 Pry: chuẩn số Prandt cho pha hơi

  : khối lượng riêng trung bình của pha khí, (kg/my 3)

 Dy : hệ số khuếch tán của pha khí, m2/s

y d

y y

76 , 0 4

2 2

7 1,5 1/ 3 1/ 3 2

 M HCl,M kk : khối lượng mol của HCl, không khí (kg/kmol)

 u HCl,u kk: thể tích mol của HCl, không khí (cm3/mol)

1, 452.10 ( / ) 1,034 (28,3 29,9 ) 35,5 29

119 0 , 25 0 , 5

3 / 1 2

w R





4



d

 : bề mặt riêng của đệm (m2/m3), d=165(m2/m3)

2 3600

.4

D

G F

.

x

x

x x

 : khối lượng riêng trung bình của pha lỏng, kg/m3

 Dx : hệ số khuếch tán trong pha lỏng, m2/s

)/().(

11

10

2 2 3 / 1 3 / 1

6

20

2 2 2

2

u u

AB

M M

D

O H SO O H

O H SO

 D : hệ số khuếch tán của dung dịch lỏng ở 20 x20 0C (m2/s)

 M HCl,M H O2 : khối lượng mol của HCl, H2O (kg/kmol)

35,5 18

1,89.10 4,7 1 (28,3 18,9 )



3

2

.2,

1 2 , 0



b

4 9

2 / 3 4

2

1, 469.10 1 0,02.(25 20) 2,079.10 8,96.10

=> Chiều cao của một đơn vị chuyển khối trong pha lỏng là h2 = 0,338 (m)

*Tính m hệ số góc của đường cân bằng

Dựa vào bảng số liệu => m= 2,846

=> 1 .h2

G

G m h

25991,15

y dv

dY

 Y : thành phần làm việc của hơi

 Ycb : thành phần mol cân bằng của hơi

Ta xác định số đơn vị chuyển khối theo phương pháp tích phân đồ thị Việc tính tích

phân đó có thể dựa voà việc vận dụng đồ thị

cb Y

Y 

1 trong hệ toạ độ

cb Y

Y 

1

và đường Yd =0,01 (kmol HCl/kmol không khí)

Yc = 5.10-4 (kmol HCl/kmol không khí)

0.0003 0.0014771 0.000849166 1592.523896 2.833662786 1.425169162 0.0006 0.0024542 0.001699265 1324.616953 2.836777575 1.201680677 0.0009 0.0034313 0.002550298 1135.071262 2.839897502 1.040111195 0.0012 0.0044084 0.003402267 993.9046771 2.843022579 0.917792596 0.0015 0.0053855 0.004255174 884.7005749 2.846152818 0.82194427 0.0018 0.0063626 0.00510902 797.7152894 2.849288229 0.744802129 0.0021 0.0073397 0.005963806 726.8003778 2.852428823 0.681373276 0.0024 0.0083168 0.006819535 667.8844564 2.855574614 0.628299179 0.0027 0.0092939 0.007676207 618.1644209 2.858199962 0.393211908 0.0029 0.0099453 0.008247847 589.1180728 2.859356219 0.038285673 0.00292 0.01001044 0.008305035 586.3708184

2.845901294 9.647797616

*Đồ thị tính số đơn vị chuyển khối

Diện tích miền giới hạn của đường cong ta được: my = 9,648

=> Chiều cao của lớp đệm được tính theo công thức: H = my.hdv

 my: số đơn vị chuyển khối

 hdv: chiều cao một đơn vị chuyển khối

=> Hđ = 9,648.0,63 = 6,078 (m)

Ta quy chuẩn chiều cao của lớp đệm Hđ = 6,1 (m)

*Chiều cao của tháp đệm

Tháp hấp thụ đạt hiệu suất cao nhất khi vận tốc của khí bằng vận tốc điểm đảopha.

=> Trở lực của tháp đệm đối với hệ khí - lỏng tại điểm đảo pha có thể xác định đượcbằng công thức sau:

1 )

u

G

G A P K

 Pu: tổn thất áp suất khi đệm ướt tại điểm đảo pha có tốc độ của khí bằng tốc độcủa khí đi qua đệm khô (N/m2)

 PK: tổn thất của đệm khô (N/m2)

 Gx, Gy: lưu lượng của lỏng và của khí (kg/h)

  ,x y: khối lượng riêng của lỏng và của khí (kg/m3)

.42

2 3

' 2

d

d t

y

td K

V

H d

1

56,1

d

y y y y

 y : vận tốc khí trung bình đi trong tháp y= 1,26 (m/s)

 y : khối lượng riêng trung bình cúa hỗn hợp khí trong tháp, kg/m3

 y : độ nhớt trung bình của hỗn hợp khí trong tháp (Ns/m2)

 d : bề mặt riêng của đệm (m2/m3)

 Vd : thể tích tự do của đệm ( m3/m3)

1,8 0,8 1,2 7 0,2

2 3

12903,36 997, 46 1, 797.10 1,846

II.4 Mô phỏng một số trường hợp

Khi đệm thay đổi và các điều kiện khác giữ nguyên

195 0.75 520 1.182568 1.651774 5.580913 2534.842 4679.526 7214.666

165 0.76 520 1.311385 1.568551 6.079972 2401.375 4433.134 6834.508

135 0.78 520 1.507394 1.46302 6.821955 2243.523 4141.727 6385.25

Nhận xét ảnh hưởng của kích thước đệm:

Kích thước đệm ảnh hưởng đến tốc độ khí trong thiết bị, đường kính của tháp,chiều cao lớp đệm cũng như trở lực của thiết bị.Cùng một loại đệm nhưng có kích thướckhác nhau cũng ảnh hưởng đến các thông số hoạt động của tháp Đệm có kích thướcriêng tăng thì thể tích tự do giảm sẽ làm cho vận tốc chuyển động của dòng khí giảm,đường kính của tháp lớn lên và chiều cao lớp đệm giảm xuống, điều đó cũng kéo theo trởlực của lớp đệm tăng lên Trong đó,trở lực của lớp đệm ướt bao giờ cũng lớn hơn trở lựccủa lớp đệm khô Từ bản mô phỏng ảnh hưởng của kích thước đệm đến các thông số cấutạo và làm việc của tháp chúng ta có thể tính toán để chọn ra được kiểu đệm thích hợpnhất

Khi nhiệt độ thay đổi với các loại đệm khác nhau

Nhận xét ảnh hưởng của nhiệt độ:

Đối với từng kích thước đệm riêng biệt, khi điều kiện nhiệt độ thay đổi cũng sẽ dẫnđến sự thay đổi các yếu tố như sự ảnh hưởng của kích thước đệm Khi nhiệt độ giảmxuống sẽ làm cho tốc độ của dòng khí trong tháp giảm, đường kính của tháp giảm, chiềucao của lớp đệm tăng lên và trở lực của toàn tháp giảm xuống

Đối với các loại kích thước đệm khác nhau thì sự thay đổi cũng khác nhau, sự thayđổi rõ rệt nhất là đối với các loại đệm có kích thước lớn, còn đối với các loại đệm có kíchthước nhỏ hơn thì sự thay đổi nhỏ hơn

Khi áp suất thay đổi với các loại đệm khác nhau

*Nhận xét ảnh hưởng của áp suất:

Đối với từng kích thước đệm riêng biệt, khi điều kiện áp suất thay đổi cũng sẽ dẫnđến sự thay đổi các yếu tố như sự ảnh hưởng của kích thước đệm Khi áp suất giảm tăng

sẽ làm cho tốc độ của dòng khí trong tháp giảm, đường kính của tháp tăng, chiều cao củalớp đệm tăng lên và trở lực của toàn tháp giảm xuống.

Đối với các loại kích thước đệm khác nhau thì sự thay đổi cũng khác nhau, sự thayđổi rõ rệt nhất là đối với các loại đệm có kích thước lớn, còn đối với các loại đệm có kíchthước nhỏ hơn thì sự thay đổi nhỏ hơn đặc biệt là sự thay đổi của trở lực

PHẦN II TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ PHỤ

Trong việc xử lý HCl dung môi là nước, sử dụng tháp đệm để hấp thụ cần có cácthiết bị phụ giúp cho quá trình vận chuyển chất lỏng cũng như cung cấp chất khí vào tháptheo đúng như yêu cầu hoạt động và làm việc của tháp giúp cho quá trình đạt được hiệusuất mong muốn Trong các thiết bị phụ thì bơm và máy nén là hai thiết bị quan trọngnhất

I BƠM.

Trong công nghiệp bơm li tâm được dùng rộng rãi và có nhiều loại khác nhau vềcấu tạo và cách vận hành Bơm li tâm được phân loại theo nhiều cách như theo số bậc,theo cách đặt bơm, theo điều kiện vận chuyển của chất lỏng từ guồng ra thân bơm vàtheo một số đặc trưng khác

Theo dây truyền công nghệ trong bài ta chọn bơm li tâm một cấp đặt nằm ngang

I.1.Nguyên tắc làm việc của bơm li tâm.

Nguyên tắc hoạt động

Bơm li tâm làm việc theo nguyên tắc li tâm Chất lỏng được hút và đẩy cũng nhưnhận thêm năng lượng là nhờ tác dụng của lực li tâm khi cánh guồng quay Bộ phậnchính của bơm là cánh guồng trên có gắn những cánh có hình dạng nhất định, bánhguồng được đặt trong thân bơm và quay với tốc độ lớn Chất lỏng theo ống hút vào tâmguồng theo phương thẳng góc rồi vào rãnh giữa các cánh guồng và cùng chuyển động vớiguồng Dưới tác dụng của lực li tâm áp suất của chất lỏng tăng lên và văng ra vào thânbơm, vào ống đẩy theo phương tiếp tuyến Khi đó ở tâm guồng tạo nên áp suất thấp Nhờ

áp lực mặt thoáng bể chứa, chất lỏng dâng lên trong ống hút vào bơm Khi guồng quay,chất lỏng được hút liên tục, do đó chất lỏng được chuyển động đều đặn.Đầu ống hút cólắp lưới lọc để ngăn không cho rác và vật rắn theo chất lỏng vào bơm gây tắc bơm vàđường ống Trên ống hút có van một chiều giữ cho chất lỏng trên đường ống hút khi bơm

ngừng làm việc Trong ống đẩy có lắp van một chiều để tránh chất lỏng bất ngờ đổ dồnvào bơm gây ra va đập thuỷ lực làm hỏng bơm.

I.2.Các thông số đặc chưng của bơm.

2

2

.

2 2

1

1

mh h v

g g

P g

2

2

.

2 2 2 2

md d r

g g

P g

 ủ : khối lượng riêng của nước

 P1 : áp suất bề mặt nước không gian hút

 P2 : áp suất không gian đẩy

 Pv : áp suất trong ống hút lúc vào bơm

 Pr : áp suất của chất lỏng trong ống đẩy lúc ra khỏi bơm

 Hh, Hd: chiều cao ống hút và ống đẩy

 hmh, hmd: tổn thất áp suất do trở lực gây ra trong ống hút và đẩy

2 2

 ự2: vận tốc nước khi vào tháp hay trong ống đẩy.

 ự1’: vận tốc nước khi vào bơm

 ự2’: vận tốc nước khi ra khỏi bơm

thực tế ự2’ = ự2

=>

g g

P P h H

2

' 1 1 2 0

2

h h m

V d

 785 , 0

 [I-369]

 V: lưu lượng thể tích nước đi trong ống, m3/s

=> 2

0,0072

1, 439( / ) 0,08 0,785

Chuẩn số Reynol của chất lỏng trong ống hút:

3

1, 439 0,08 997, 08

128436,667 4000 0,8937.10

81 , 6 lg 2

e R

8, 74.10 0,08

14 0 0