tháp đệm hấp thụ SO2 chi tiết đầy đủ+CAD liên hệ miễn phí

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

I LỜI MỞ ĐẦU

Vấn đề xử lý các chất ô nhiễm không khí đã và nhận được sự quan tâm

của toàn nhân loại nói chung và của Việt Nam nói riêng Với mục đích đó

việc thực hiện đồ án môn học thực sự cần thiết, trong quá trình làm đồ án em

đã hiểu được những phương pháp, cách tính toán, lựa chọn thiết bị có khả

năng ứng dụng vào thực tiễn để có thể xử lý các chất thải gây ô nhiễm

Sau 12 tuần tìm hiểu, tính toán và nhận được sự hướng dẫn nhiệt tình của

các thầy cô giáo trong Viện Nhưng là đồ án đầu tiên của em do có nhiều hạn

chế về tài liệu và kinh nghiệm tính toán, nên không thể tránh khỏi những sai

sót, em mong nhận được ý kiến đóng ghóp của các thầy cô giáo để đồ án sau

có kết quả tốt hơn

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, đặc biệt là cô giáo Nguyễn Ánh

Tuyết đã trực tiếp hướng dẫn, giúp em hoàn thành đồ án này

Hà Nội, ngày 8 tháng 11 năm 2016

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Xuân Thuỷ

Nguyễn Xuân Thuỷ Lớp : Quản lí môi trường - K48 - ĐHBKHN

1

MỤC LỤC

I LỜI MỞ ĐẦU 1

GIỚI THIỆU CHUNG 2

1 SƠ LƯỢC VỀ KHÍ SO 2 .2

2 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ KHÍ SO 2 2

3 THÁP ĐỆM 3

4 SƠ ĐỒ HỆ THỐNG HẤP THỤ SO 2 4

5 THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN 5

II TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT LIỆU 6

III TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÁP 9

1 TÍNH ĐƯỜNG KÍNH CỦA THÁP 9

2 TÍNH TOÁN CHIỀU CAO LÀM VIỆC CỦA THÁP 12

3 TÍNH TRỞ LỰC THÁP ĐỆM 18

4 BẢNG MÔ PHỎNG THEO MỘT SỐ ĐIỀU KIỆN 19

IV THIẾT KẾ THIẾT BỊ PHỤ 20

1 BƠM CHẤT LỎNG 20

2 MÁY NÉN KHÍ .24

V TÍNH TOÁN VÀ CHỌN CƠ KHÍ 26

1 THÂN THÁP 26

2 NẮP VÀ ĐÁY THÁP 29

3 CHỌN MẶT BÍCH 31

4 CỬA NỐI ỐNG DẪN VỚI THIẾT BỊ 33

5 CHÂN ĐỠ VÀ TAI TREO 33

VI - KẾT LUẬN 37

MỤC LỤC 38

TÀI LIỆU THAM KHẢO 39

GIỚI THIỆU CHUNG

1 SƠ LƯỢC VỀ KHÍ SO 2

Trong số những chát gây ô nhiễm không khí thì SO2 ( khí sunfurơ ) là

một chất gây ô nhiễm khá điển hình Sunfurơ là sản phẩm chủ yếu của quá

trình đốt cháy các nguyên,nhiên liệu có chứa lưu huỳnh Các nhà máy điện

thường là nguồn phát sinh ra nhiều SO2 trong khí thải ,ngoài ra còn phải kể

đến các quá trình tinh chế dầu mỏ , luyện kim, tinh luyện quặng đồng ,sản

xuất ximăng và giao thông vận tải cũng là những nơi phát sinh nhiều khí SO2

Khí SO2 là chất khí không màu , có mùi hăng cay khi nồng độ trong khí

quyển là 1 ppm Khí SO2 là khí tương đối nặng nên thường ở gần mặt đất

ngang tầm sinh hoạt của con người, nó còn có khả năng hoà tan trong nước

nên dễ gây phản ứng với cơ quan hô hấp của người và động vật Khi hàm

lượng thấp ,SO2 làm sưng niêm mạc ,khi nồng độ cao ( > 0,5 mg/m3 ) SO2 sẽ

gây tức thở ,ho, viêm noét đường hô hấp

SO2 làm thiệt hại đến mùa màng, làm nhiễm độc cây trồng Mưa axít có

nguồn gốc từ khí SO2 làm thay đổi pH của đất , nước, huỷ hoại các công trình

kiến trúc ,ăn mòn kim loại.Ngoài ra ô nhiểm SO2 còn liên quan đến hiện

tượng mù quang hoá

Chính vì những tác động không tích cưc ở trên mà việc giảm tải lượng

cũng như nồng độ phát thải SO2vào môi trường là vấn đề rất được quan tâm

2 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ KHÍ SO2

Khí SO2 thường được xử lí bằng phương pháp hấp thụ , tác nhân sử dụng

để hấp thụ thường là sữa vôi , sữa vôi kết hợp với MgSO4 hoạc bằng dung

dịch kiềm Trong phạm vi đồ án này ,với nhiệm vụ được giao là hấp thụ khí

SO2 bằng nước dây là phương pháp hấp thụ vật lí nên hiệu suất hấp thụ không

cao.Do đó ta phải chọn điều kiện làm việc của tháp hấp thụ ở nhiệt độ thấp và

áp suất cao để nâng cao hiệu suất hấp thụ.

Nguyễn Xuân Thuỷ Lớp : Quản lí môi trường - K48 - ĐHBKHN

3

3 THÁP ĐỆM

Tháp đệm được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hoá chất vì đặc điểm

dễ thiết kế, gia công, chế tạo và vận hành đơn giản tháp đệm được sử dụng

trong các quá trình hấp thụ, chưng luyện, hấp phụ và một số quá trình khác

Tháp có dạng hình trụ, trong có chứa đệm, tuỳ vào mục đích thiết kế mà đệm

có thể được xếp hay đổ lộn xộn Thông thường, lớp đệm dưới thường sắp xếp,

khoảng từ lớp thứ 3 trở đi, đệm được đổ lộn xộn

Tháp đệm có những ưu điểm sau:

- Bề mặt tiếp xúc pha lớn, hiệu suất cao

- Trở lực trong tháp không quá lớn

- Giới hạn làm việc tương đói rộng

Tuy nhiên, tháp có nhược điểm là khó thấm ướt đều đệm làm giảm khả năng

hấp thụ

Trong đó :

Nguyễn Xuân Thuỷ Lớp : Quản lí môi trường - K48 - ĐHBKHN

5

4 Đồng hồ đo lưu lượng lỏng

5 THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN:

- Hỗn hợp khí cần xử lí chứa SO2 và không khí được máy nén khí 1 đưa vào

từ phía dưới đáy tháp Nước từ bể 3 được bơm li tâm 2 đưa vào tháp 6, trên

đường ống có van điều chỉnh lưu lượng 5 và đồng hồ đo lưu lượng 4 Nước

được bơm vào tháp với lưu lượng thích hợp, tưới từ trên xuống dưới theo

chiều cao tháp hấp thụ

- Hỗn hợp khí sau khi đi qua lớp đệm xảy ra quá trình hấp thụ sẽ đi lên đỉnh

tháp và ra ngoài theo đường ống thoát khí Khí sau khi ra khỏi tháp có nồng

độ khí SO2 giảm, mức độ giảm tuỳ thuộc vào hiệu suất hấp thụ của tháp hấp

thụ

- Nước sau khi hấp thụ SO2 đi xuống đáy tháp đi và ra ngoài theo đường

ống thoát lỏng Nước sau khi hấp thụ nếu nồng độ SO2 cao sẽ được xử lí và

tái sử dụng

II TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT LIỆU.

Một số kí hiệu:

-X đ : nồng độ ban đầu của SO2 trong dung môi (Kmol/Kmoldm )

-X c : nồng độ cuối của SO2 trong dung môi (Kmol/Kmol dm)

-Y đ: nồng độ ban đầu của SO2 trong hỗn hợp khí (Kmol/Kmol khí trơ)

-Y c : nồng độ cuối của SO2 trong hỗn hợp khí (Kmol/Kmol khí

trơ)

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

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

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

1 Tháp làm việc ở :

+ Nhiệt độ : T = 20 0C hay T = 293 0K

+ Áp suất : P = 9 at hay P = 6619,5 mmHg

+ Nồng độ khí thải vào tháp (phần mol): yd = 0,046

+ Khi tính toán hấp thụ ta thường dùng nồng độ phần mol tương đối:

+ Hiệu suất hấp thụ  = 0,905

=> Yc = (1- )Yd

= (1-0,905)0,0482 = 0,00458 (kmol SO2/kmol khí trơ)

+ Lưu lượng khí thải vào tháp: GY = 10000 (Nm3/h)

1 = GY.(1-yd) (II-141) => Gtr = 446,43(1-0,046) = 425,9 (kmol/h)

2 Thiết lập phương trình đường nồng độ cân bằng:

Ycb = m X mX



 1 1

+ Theo định luật Henrry:

2



(II-138) Với SO 20 0C

10 0226 ,

= 4,018 => Ycb = 14,3018,018.X X

 ( phương trình đường nồng độ cân bằng)

3 Thiết lập đường nồng độ làm việc:

- Tính lượng dung môi cần thiết Gx

+ Lượng dung môi tối thiểu cần thiết để hấp thụ khi giả thiết nồng độ cuối

của dung môi đạt đến nồng độ cân bằng, tức Xc = Xcbmax

giữa các pha, nghĩa là nồng độ cân bằng luôn lớn hơn nồng độ thực tế nên

lượng dung môi tiêu tốn lớn hơn lượng dung môi tối thiểu:

=> Y = 5,65.X + 0,00458 (phương trình đường nồng độ làm việc)

4 Vẽ đồ thị đường nồng độ cân bằng và đường nồng độ làm việc:

Dựa vào giá trị Xcbmax= 0,0116 Ta có bảng số liệu :

III.TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÁP

1 TÍNH ĐƯỜNG KÍNH CỦA THÁP

a/ Công thức:

D =

tb tb

V



 3600

4

(m) ( II-181) Trong đó: + Vtb: Lượng khí trung bình đi trong tháp (m3/h)

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



.

Mytb : khối lượng mol phân tử trung bình của hỗn hợp khí đi trong tháp (kg/

kmol)

ytb : Khối lượng riêng của hỗn hợp khí đi trong tháp ( kg/m3 )

Với khối lượng riêng trung bình của pha khí là:

.

P T

T P

M ytb

=> Vtb =

0

0

4 , 22

T P M

P T M

G

ytb

ytb y

=

0

0

4 , 22

T P

P T

G y

= 446, 43.22, 4.293.1

9.273

= 1192,51 (m3/h)

Tốc độ khí trung bình đi trong tháp:

3

.

1 1

ytb x

y xtb

G X

ϱxtb ,ϱytb : Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng, pha hơi (kg/m3)

Gx ,Gy : lượng lỏng, lượng hơi trung bình (kg/s)

Từ phương trình cân bằng vật liệu trong tháp:

7, 26.10

7,76.10

c c

X X

M

Với xtbSO2(20 )o c  1383 ( kg/m3 ) ( Tra bảng I.2 , I-9 )

xtbH O2 (20 )o c  H O2 (20 )o c  998, 23 ( kg/m3 ) ( Tra bảng I.5 , I-11 )

 xtb= 2 2

1 1

tbSO tbSO xtbSO xtbH O

Tính x

Áp dụng công thức : lg x x SO2 lg SO2  (1  x SO2 ) lg H O2 ( I-84 )

2

3 (20o ) 0,304.10

SO C

   ( Ns/m2 ) ( Tra bảng I.101 , I-91 )

2

3 (20o ) 1, 005.10

Đổi đơn vị của G x ,G y

Nguyễn Xuân Thuỷ Lớp : Quản lí môi trường - K48 - ĐHBKHN

11

Quy chuẩn D = 1,2 (m)

H×nh 2 : §å thÞ quan hÖ 1/(Y-Ycb) vµ Y

0 50 100

2- TÍNH TOÁN CHIỀU CAO LÀM VIỆC CỦA THÁP

Chiều cao làm việc của tháp (chiều cao đệm) được xác định theo phương

pháp số đơn vị chuyển khối :

H = hdv.my (m) (II-175)

Trong đó:

+ H: chiều cao làm việc của tháp (m)

+ hdv: chiều cao một đơn vị chuyển khối (m)

+ my: số đơn vị chuyển khối

1 - Xác định số đơn vị chuyển khối m y :

dY

 (II-175)Lập bảng giá trị sau:

Vẽ đồ thị biểu thị mối quan hệ 1/Y-Ycb và Y :

Nguyễn Xuân Thuỷ Lớp : Quản lí môi trường - K48 - ĐHBKHN

13

Dựa vào tính toán của máy tính ta thu được phương trình tương đối biểu

diễn mối quan hệ của 1/Y-Ycb và Y :

G (m) ( II-177)Với:

 h1: chiều cao một đơn vị chuyển khối ứng với pha khí (m)

 h2: chiều cao một đơn vị chuyển khối ứng với pha lỏng (m)

 m’: giá trị trung bình của tg góc nghiêng đường cân bằng Ycb = f(X) với

mặt phẳng ngang

Xác định h 1 và h 2 :

 h1 =

3 / 2

y 25 , 0 y d

Dy: hệ số khuếch tán pha khí ở 200C (m2/s)

Xác định Dy như sau:

Dy =

kk SO

2 3 / 1 kk 3 / 1 SO

5 , 1 4

M

1M

1)

vv

(P

T10.0043,0

2 2







(m2/s) ( II-127 )Với:

+ T: nhiệt độ làm việc tuyệt đối, T = 293K

1,3 11,19.1, 21.10

+ Rex: chuẩn số Renol đối với pha lỏng

 chuẩn số Pran của pha lỏng ( II-178)

Dx: hệ số khuyếch tán của SO2 vào nước ở nhiệt độ 200C

- A: hệ số, với các chất khí tan trong nước A = 1 ( II - 134 )

- B: hệ số, dung môi là nước B = 4,7

v H O2 = 18,9 (cm3/mol) : thể tích mol của nước (Tra bảng VIII.2 , II 127 )

0,994.10

678 1002,7.1, 466.10



Thay vào công thức, ta có:

Nguyễn Xuân Thuỷ Lớp : Quản lí môi trường - K48 - ĐHBKHN

17

h2 =

2/ 3 3

Tra theo đò thị IX.26 , II-191 ta được : A1 = 6,8

4 BẢNG MÔ PHỎNG THEO MỘT SỐ ĐIỀU KIỆN

- Ở cùng 1 nhiệt độ , 1 lượng dung môi , khi tăng áp suất thì nồng độ cấu tử

SO2trong pha lỏng tăng chứng tỏ hiệu suất quá trình hấp thụ tăng ,đồng thời

chiều cao làm việc giảm do đó tiết kiệm được chi phí thiết kế

- Ở cùng 1 áp suất , 1 nhiệt độ , khi lượng dung môi tăng lên thì trở lực tháp

nhỏ , chiều cao giảm ,mặc dù nồng độ cấu tử SO2 trong pha lỏng giảm nhưng

do lưu lượng lỏng lớn nên lượng khí bị hấp thụ vẫn lớn Tuy nhiên ta phải

tốn chi phí cho bơm chất lỏng và chi phí cho dung môi ( đối với dung môi đắt

tiền )

- Ở cùng 1 áp suất , 1 lượng dung môi , khi tăng nhiệt độ thì trở lực và chiều

cao tháp cũng giảm do đó tiết kiệm được chi phí thiết kế nhưng nồng độ cuối

của dung dịch cũng giảm

Từ những phân tích ở trên cùng với việc tính toán hài hoà giữa chi phí và

hiệu quả háp thụ ta chọn điều kiện làm việc của tháp hấp thụ như sau :

 Áp suất làm việc : 9 at

 Nhiệt độ làm việc : 20 oC

 Giá trị õ = 1,5

IV.THIẾT KẾ THIẾT BỊ PHỤ

1 BƠM CHẤT LỎNG

Chọn loại bơm dùng là bơm ly tâm

Công suất của bơm được xác định theo công thức sau:

N =



 1000

.

Q

(kW) (I-439)Trong đó:

Q: năng suất bơm (m3/s)

 : Khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3)

g : Gia tốc trọng trường (m/s2)

H : áp suất toàn phần của bơm (m)

 : hiệu suất bơm

Ta có

Q =

O H

O H

 P1 :áp suất trên bề mặt ống hút  P1 = Pkk = 1 at = 0,981.105 (N/m2)

P2 : áp suất trên bề mặt ống đẩy P2 = PLV = 9 at = 8,829.105 (N/m2)

 H0 : chiều cao nâng chất lỏng (m)

+ Pđ: áp suất động học,tức là áp suất cần thiết để tạo tốc độ cho dòng

: vận tốc trung bình dung môi trong ống

- dtđ: đường kính tương đương của ống dẫn

dtđ =

 785 , 0

 ( I-377 )

- : hệ số trở lực cục bộ của toàn bộ đường ống  = i

Chọn 1 van tiêu chuẩn : 1= 4,2

Hệ số trở lực khuỷu: 2 khuỷu 900 tạo thành bởi 3 khuỷu 300 (a/b =1)

+ Pk: áp suất bổ sung cuối ống dẫn coi Pk = 0

Như vậy H = H o h m

g

P P







1 2

 =    

5 (9 1)0, 987.10

+ o: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

N



 (kW) (I-439 ) tr:hiệu suất truyền động lấy tr = 0,85

đc:hiệu suất động cơ điện lấy đc = 0,95

=> Nđc = 15, 7  17, 2

Trên thực tế lượng dự trữ đưa vào có khả năng quá tải nên ta chọn động

cơ có công suất lớn hơn công suất tính toán

Nđctt = .Nđc (I-439 )  : hệ số dự trữ công suất

Chọn = 1.5

=> Nđctt = 1,5.17,2 =25,8 (kW)

Chọn động cơ 26 kW

2 MÁY NÉN KHÍ

- Chọn máy nén li tâm để vận chuyển vì máy nén li tâm có nhiều ưu điểm

+ Gọn nhẹ , tốn ít vật liệu

+ Chế độ làm việc ổn định , tạo được áp suất lớn

- SƠ ĐỒ ĐƯA KHÍ VÀO THÁP

- Tính công suất máy nén :

+ Công nén đa biến 1 kg khí từ áp suất P1 = 1at đến áp suất P2 = 9 at được

tính theo công thức :

1 1

1 1

m m db

P m

toàn

Van điều chỉnh Khí vào

25

T1 : Nhịêt độ ban đầu của hỗn hợp khí vào ( oK ) , chọn T1 = 25 oC =

298 oK

M : Khối lượngphân tử hỗn hợp khí ( kg/kmol )

=>

1,4 1,4 1

.

1000

y db lt

N N



 ( kW ) ck : hiệu suất cơ khí của máy nén , chọn ck=0,96

V TÍNH TOÁN VÀ CHỌN CƠ KHÍ

1 THÂN THÁP

A - CHỌN VẬT LIỆU:

Do điều kiện làm việc ở áp suất cao và khí cần hấp thụ SO2 có tính ăn mòn

nên chọn vật liệu bền chịu ăn mòn hoá học.Vì vậy ta chọn thép không rỉ

X18H10T làm vật liệu ,có những đặc tính kĩ thuật như sau :

+ Hàm lượng Cacbon < 0,1 %

Hàm lượng Crôm = 18 %

Hàm lượng Niken = 10 %

Hàm lượng Titan không vượt quá 1 - 1,5 %

+Tính chất cơ học : Tra bảng XI.4 , II-310

 Giới hạn bền kéo : k = 550.106 ( N/m2)

 Giới hạn bền khi chảy : ch = 220.106 ( N/m2)

 Đối với tấm thép có chiều dày 4 - 25 mm có :

Khối lượng riêng   7900 (kg/m3)

B - TÍNH CHIỀU DÀY THÂN THÁP

1 - THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA THÁP :

 Đường kính trong 1,2 m

 Chiều cao của tháp :

Htp = Hd + H1 + H2 + H3 (m)

Trong đó:

Hd : Chiều cao của lớp đệm , Hd = 6 ( m )

H1 : chiều cao tính từ mặt trên của đệm đến đỉnh tháp (m)

H1 phải đảm bảo sao cho chất lỏng tưới đều toàn bộ bề mặt đệm,

đồng thời đảm bảo không gian tách bọt Chọn H1 = 1 m

Nguyễn Xuân Thuỷ Lớp : Quản lí môi trường - K48 - ĐHBKHN

27

H2 : chiều cao tính từ mặt dưới của đệm đến đáy tháp (m)

H2 phải đảm bảo khí đi lên đều đặn và phân bố đồng đều đến toàn bề

mặt đệm, chất lỏng chảy từ trên xuống dễ dàng và có khoảng không

gian thích hợp để chất lỏng dễ dàng có thoát ra ngoài Chọn H2 = 1

m

H3 : chiều cao các bích nối, hệ thống phân phối lỏng Chọn H3 = 1 m

Vậy chiều cao của tháp :

H tp = 6 + 1 + 1+ 1 = 9 ( m )

 Thân tháp gồm nhiều đoạn được ghép lại với nhau bằng bích nối

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

2 bên có hệ số bền của mối hàn:  = 0,95 (Tra bảng XIII.8 , II-362)

2 CHIỀU DÀY CỦA THÂN THÁP :

 Dt - Đường kính trong của tháp , Dt = 1,2 ( m )

 P - áp suất tác dụng lên thành thiết bị

 [  ] : sẽ được chọn dựa vào ứng suất cho phép tính theo giới hạn

bền khi kéo hoặc dựa vào ứng suất cho phép tính theo giới hạnchảy khi kéo

+ [ k ]b: ứng suất cho phép tính theo giới hạn bền khi kéo (N/m2)