tháp đệm hấp thụ SO2 dung môi nước + bản CAD chi tiết

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

PHẦN MỞ ĐẦU

I GIỚI THIỆU CHUNG

Với mục tiêu đến năm 2020 Việt Nam cơ bản trở thành một nước côngnghiệp, nền công nghiệp của chúng ta đang phát triển một cách nhanh chóng,nhưng với xuất phát điểm là một nước nông nghiệp lạc hậu và bị chiến tranh tànphá một cách nặng nề, sự phát triển của ngành công nghiệp nước ta đang gặpphải một số khó khăn nhất định Một trong những khó khăn đó là mục tiêu pháttriển kinh tế và vấn đề bảo vệ môi trường Vâng, không thể tách rời sự phát triểncủa đất nước, vấn đề bảo vệ môi trường đang ngày càng được quan tâm khôngchỉ từ phía những nhà quản lý mà còn từ phía những nhà sản xuất Trong nhiềunăm trước đây chúng ta đã không quan tâm đúng mức đến vấn đề sử lý ô nhiễmcông nghiệp mà chú yếu chỉ quan tâm vào các mục tiêu phát triển của từngngành, từng lĩnh vực riêng biệt Và trong xu thế chung của thế giới hiện nay,phát triển bền vững, phát triển đi đôi với bảo vệ môi trường, ngày càng có nhiềucác dây chuyền xử lý các loại chất thải công nghiệp được lắp đặt và hoạt động

có hiệu qủa trong đó phải kể đến các hệ thống xử lý bụi, khí thải trong nhiềungành công nghiệp Trong các loại khí thải gây ảnh hưởng xấu đến môi trường

và con người phải kể đến khí SO2 Khí SO2 có mặt trong nhiều ngành sản xuấtđặc biệt là trong công nghệ hoá chất Xử lý hỗn hợp khí có chứa SO2 là yêu cầutất yếu đối với các cơ sở công nghiệp và hấp thụ khí SO2 bằng tháp đệm là mộttrong những phương pháp đơn giản và hiệu quả nhất Sau đây tôi xin được giớithiệu bản thiết kế tháp đệm hấp thụ khí SO2 bằng nước Thiết kế này là nhiệm vụ

đồ án môn học Quá trình cơ bản trong công nghệ Hoá học đối với sinh viênngành công nghệ môi trường, trường đại học Bách Khoa Hà Nội

-II THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC

II.1 Đầu đề thiết kế tháp

Thiết kế hệ thống hấp thụ áp dụng trong công nghệ sạch

II.2 Các số liệu ban đầu

 Dung môi hấp thụ là nước sạch

 Nồng độ cuối của dung môi x c = 0,35% trọng lượng

 Áp suất làm việc của tháp P = 3 atm

 Nhiệt độ làm việc của tháp T = 30oC



III.1 Sơ đồ của hệ thống

1 Bể chứa dung môi

III.2 Nguyên lý hoạt động của tháp

Tháp làm việc theo nguyên tắc ngược chiều Chất lỏng được bơm 2, bơm

từ thùng chứa 1 đưa thẳng về đỉnh tháp Ở đây dung môi được phân phối đềutrên toàn bộ mặt đệm của tháp, khí thải được máy nén và đẩy vào tháp từ dướilên Khí và chất lỏng tiếp xúc với nhau qua lớp đệm đồng thời quá trình hấp thụxảy ra Kết qủa là khí sạch đi lên phía trên được đưa ra ngoài qua nắp trên củatháp Nước chứa SO2 được thải ra theo ống ở phía đáy thiết bị

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 SO2 trong hỗn hợp khí (kmol/kmol khí trơ)

d

d

y Y

Y (kmol SO2/kmol khí trơ)

- Theo bài hiệu suất hấp thụ là  = 80%

Yc: nồng độ cuối của SO2 trong hỗn hợp khí (kmol SO2/kmol khí trơ)

=>    0 , 8

d

c d

Y

Y

Y

 => Yd - Yc = 0,8Yd => 0,2Yd = Yc

=> Yc = 0,2.4,17.10-2 = 8,34.10-3 (kmol SO2/kmol khí trơ)

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

3

10 34 , 8 1

2

10 502 , 2 2

10 34 , 8 10 17 , 4 2

-2 2

2

10 441 , 2 10 502 , 2 1

10 502 , 2 1

* Chuyển đổi đơn vị lưu lượng từ Nm 3 /h trở về đơn vị kmol/h

- Theo đề bài lưu lượng khí thải vào tháp Q = 10 000(Nm3h)

- Do ở điều kiện tiêu chuẩn => lưu lượng khí thải

43 , 446 4

, 22

10000 4

mX Y

)1(

1 

 (kmol SO2/kmol khí trơ) [II - 140]

m Y m

Y X







)1( (kmol SO2/kmol khí trơ)

.3

10.0364,

965 , 14 1

965 , 15



 (kmol SO2/kmol khí trơ)

965 , 15 965 ,

Nồng độ cuối của dung môi x c = 0,35% trọng lượng

Nồng độ phần mol tương đối của SO2 trong dung môi

4

0

10 87 , 9 18

% 35 , 0 1 64

% 35 ,

% 35 , 0 1

2 2

4 4

4

10 88 , 9 10 87 , 9 1

10 87 , 9 1

I.3 Phương trình đường làm việc của tháp

Phương trình cân bằng vật liệu đối với khoảng thể tích thiết bị kể từ mộttiết diện bất kỳ tới phần trên của thiết bị

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

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

Từ phương trình cân bằng vật liệu ta có:

- Lưu lượng khí trơ:

Gtrơ = Gy(1 - yd) = 446,43(1 - 0,04) = 428,573 (kmol/h)

- Nồng độ cuối của cấu tử cần hấp thụ trong dung môi:

4

10 88 , 9 ) (

1 )

88 , 9

10 34 , 8 10 17 , 4

4

3 2

- Từ phương trình cân bằng vật liệu nồng độ tương đối trung bình của cấu tử cầnhấp thụ trong dung môi là:

4 4

4

10 94 , 4 10 94 , 4 1

10 94 , 4 1

-0.0001 0.011717 0.0015988930.0002 0.015094 0.0032025850.0003 0.018471 0.0048110990.0004 0.021848 0.0064244570.0005 0.025225 0.0080426790.0006 0.028602 0.0096657890.0007 0.031979 0.0112938080.0008 0.035356 0.0129267590.0009 0.038733 0.0145646640.000988 0.041705 0.016010137

* Xây dựng đồ thị X – Y; X – Ycb trên cùng một hệ trục tọa độ.

II TÍNH KẾT CẤU THÁP

II.1 Đường kính

II.1.1 Tính các thông số vật lý

II.1.1.1.Tính khối lượng riêng

* Đối với pha lỏng

Áp dụng công thức:

O H

SO SO

SO xtb

a a

2 2 2

2 1 1

  : Khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp lỏng, kg/mxtb 3.

 a SO2 : Phần khối lượng của SO2 trong pha lỏng

 SO2, H2O: khối lượng riêng của SO2 và H2O ở 300C, kg/m3

- Tra bảng I.5 – (I-11) ở 300C: H2O= 995,68 (kg/m3)

- Tra bảng I.2 – (I-9) ta có: SO2(200C) = 1383 (kg/m3)

SO2(400C) = 1327 (kg/m3)Dựa vào phương pháp nội suy => SO2(300C) = 1355 (kg/m3)

.

2

2 2

tb KK tb

SO

tb SO

x M

x M

x M

a Phần khối lượng trung bình của SO2 trong hỗn hợp

 xtb: nồng độ phần mol trung bình của cấu tử cần hấp thụ trong pha lỏng (kmol SO2/kmol H2O)

xtb = 4,94.10-4 (kmol SO2/kmol H2O)

4 4

4

10 754 , 1 ) 10 94 , 4 1 ( 18 10 94 , 4 64

10 94 , 4 64

10 754 , 1 1 1355

10 754 , 1

1 1

1

3 3

2 2 2

SO SO

 My: phân tử lượng trung bình của hỗn hợp khí, (kg/kmol)

 M SO2, M : khối lượng phân tử của SO KK 2 và không khí, (kg/kmol)

 ytb: phần mol trung bình của SO2 trong hỗn hợp,

(kmol SO2/kmol hỗn hợp khí)

 ytb = 2,441.10-2 (kmol SO2/kmol hỗn hợp khí)

My= 2,441.10-2.64 + (1 - 2,441.10-2).29 = 29,8544 (kg/kmol)

- Tính  Do ytb

) / ( 4 , 22

.

3 0

0

m kg P

P T

T M RT

M P

RT

M P V

m RT V m

m P

y y

ytb

j j j j j

i j

  : khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp khí đi trong tháp, kg/mytb 3

 My: phân tử lượng trung bình của hỗn hợp khí

 T0: nhiệt độ ở điều kiện tiêu chuẩn, T0 = 273K

 T: nhiệt độ làm việc của tháp, T = 273 + 30 = 303oK

 P0: áp suất ở điều kiện tiêu chuẩn, P0 = 1atm

 P: áp suất làm việc của tháp, P = 3atm

1

3 303

273 4 , 22

8544 , 29

SO tb

2

2 (1 ).lglg

SO tb y

  , y SO2,  : độ nhớt trung bình của pha khí, của SOKK 2 và của không khí

181

29 ).

10 441 , 2 1 ( 10

128

64 10 441 , 2

8544 , 29 ).

1 (

2 5

7

2 7

2

2 2

m Ns M

y M

y

M

KK

KK tb SO

SO tb

y y

V D



 3600

4

 (m) [II-181]

Trong đó:

 Vytb: lượng khí trung bình đi trong tháp, m3/h

  : tốc độ khí trung bình đi trong tháp, m/s.ytb

* Tính lưu lượng thể tích khí trung bình đi trong tháp:

ytb

ytb ytb tb

M G

 Gytb : lưu lượng khí trung bình đi trong tháp, kmol/h

 Mytb: khối lượng phân tử trung bình của khí trong tháp, kg/kmol

Ytb = 2,502.10-2 (kmol SO2/kmol khí trơ)

- Lưu lượng khí trung bình đi trong tháp Gytb:

=> Gytb = 428,573(1 + 2,502.10-2) = 439,3 (kmol/h)

04 , 3641 602

, 3

8544 , 29 3 , 439

G G

G   (kg/h)

Gxd = 14472,91 (kmol/h)

Gxc = Gxd + G SO2bị hấp thụ

297 , 14 14472,91 2

G

2 SO

*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 ởvận tốc đảo pha 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

x n

x xtb d

ytb d dp

G

G A

( 0C

n

 = 1,005.10-3 (Ns/m2)

) 30

/ 1 16

, 0 3

4 3

2

14 , 996

602 , 3 04 , 13115

12 , 260974 75

, 1 022 , 0 10

005 , 1

10 985 , 7 14 , 996

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

04 , 3641 4

m m

=> Lúc này tốc độ khí trung bình đi trong tháp là:

) / ( 266 , 0 14 , 3 3600 2 , 2

04 , 3641 4

1 10 37 8 2 , 2 165

76 , 0 4

d

d

d dem

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

Ta áp dụng công thức:

2

1 h G

G m h h

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

y

d

y y

76 , 0 4

177

165

602 , 3 266

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

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

kk SO kk

SO

T D

)(

.10.3,4

2 2

2 1 / 3 1 / 3 2

5 , 1 7

ukk = 29,9(cm3/mol)

) / ( 10 695 , 3 29

1 64

1 )

9 , 29 8

, 44 ( 102 , 3

303 10

3 ,

2 3 / 1 3

/ 1

5 , 1 7

,

3

10 177

3 / 1 2

w R



4

.4

D

G F

x x

x

x

D

s m kg w



 Pr

47 , 578 10

996 , 7 165

08 , 19 4 Re

) / ( 08 , 19 2 , 2 14 , 3 3600

12 , 260974 4

4

2 2

 : 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

3 / 1 3

/ 1

6

20 1 , 469 10

) 9 , 18 8

, 44 ( 1 7

,

4

18

1 64

1 10



3 2

.2,

1 2 , 0

) 47 , 578 (

81 , 9 14 , 996

10 996 , 7 119

3 , 455 10

763 , 1 14 , 996

10 996 , 7 Pr

10 763 , 1 ) 20 30 (

02 , 0 1 10 469 , 1

5 , 0 25

, 0 3

/ 2 4 2

9 4

9 9

30

m h

=> Chiều cao của một đơn vị chuyển khối trong pha lỏng là h2 = 0,502 (m)

*Tính m hệ số góc của đường cân bằng

Dựa vào bảng số liệu => m = 16,207

=> 1 .h2

G

G m h

04 , 13115 207 , 16 159 , 0 2

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

và đường Yd = 4,17.10-2 (kmol SO2/kmol không khí)

Yc = 8,34.10-3 (kmol SO2/kmol không khí)

*Đồ thị tính số đơn vị chuyển khối

Diện tích miền giới hạn của đường cong ta được: my = 2,16

-=> 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 = 2,16.0,578 = 1,248 (m)

Ta quy chuẩn chiều cao của lớp đệm Hđ = 1,4 (m)

*Chiều cao của tháp đệm

1 )

1

(

y

x y

y y

x K

u

G

G A P K

 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 K

 y : vận tốc khí trung bình đi trong tháp y= 0,266 (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)

) / ( 676 , 65 76

, 0

) 10 177 ( 165 602

, 3 266 , 0 4 , 1 56 ,

3

2 , 0 7 2

, 1 8 , 0 8

, 1

m N

10 996 , 7 14

, 996

602 , 3 04

, 13115

12 , 260974 1

, 5

045 , 0 7

4 225

, 0 405

, 0 045

, 0 225

, 0 405

y y

Nhận xét ảnh hưởng của kích thước đệm:

Kích thước đệm ảnh hưởng đến tốc độ khí trong thiết bị, đường kính củatháp, chiều cao lớp đệm cũng như trở lực của thiết bị.Cùng một loại đệm nhưng

có kích thước khác nhau cũng ảnh hưởng đến các thông số hoạt động của tháp.Đệm có kích thước riêng tăng thì thể tích tự do giảm sẽ làm cho vận tốc chuyểnđộng của dòng khí giảm, đường kính của tháp lớn lên và chiều cao lớp đệmgiảm xuống, điều đó cũng kéo theo trở lực của lớp đệm tăng lên Trong đó,trởlực của lớp đệm ướt bao giờ cũng lớn hơn trở lực của lớp đệm khô Từ bản môphỏng ảnh hưởng của kích thước đệm đến các thông số cấu tạo và làm việc củatháp chúng ta có thể tính toán để chọn ra được kiểu đệm thích hợp nhất

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 đổicũng sẽ dẫn đến sự thay đổi các yếu tố như sự ảnh hưởng của kích thước đệm.Khi nhiệt độ giảm xuống sẽ làm cho tốc độ của dòng khí trong tháp giảm, đườngkính của tháp giảm, chiều cao của lớp đệm tăng lên và trở lực của toàn thápgiảm xuống

Đối với các loại kích thước đệm khác nhau thì sự thay đổi cũng khácnhau, sự thay đổi rõ rệt nhất là đối với các loại đệm có kích thước lớn, còn đốivới các loại đệm có kích thước 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 đổicũng sẽ dẫn đến 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, đườngkính của tháp tăng, chiều cao của lớp đệm tăng lên và trở lực của toàn tháp giảmxuống

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

PHẦN II TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ PHỤ

Trong việc xử lý SO2 dung môi là nước, sử dụng tháp đệm để hấp thụ cần

có các thiết bị phụ giúp cho quá trình vận chuyển chất lỏng cũng như cung cấpchất khí vào tháp theo đúng như yêu cầu hoạt động và làm việc của tháp giúpcho quá trình đạt được hiệu suất mong muốn Trong các thiết bị phụ thì bơm vàmáy nén là hai thiết bị quan trọng nhất

I BƠM.

Trong công nghiệp bơm li tâm được dùng rộng rãi và có nhiều loại khácnhau về cấu tạo và cách vận hành Bơm li tâm được phân loại theo nhiều cách

áp suất của chất lỏng tăng lên và văng ra vào thân bơm, vào ống đẩy theophương tiếp tuyến Khi đó ở tâm guồng tạo nên áp suất thấp Nhờ áp lực mặtthoáng bể chứa, chất lỏng dâng lên trong ống hút vào bơm Khi guồng quay, chấtlỏng được hút liên tục, do đó chất lỏng được chuyển động đều đặn.Đầu ống hút

có lắp lưới lọc để ngăn không cho rác và vật rắn theo chất lỏng vào bơm gây tắcbơm và đường ống Trên ống hút có van một chiều giữ cho chất lỏng trên đườngống hút khi bơm ngừng làm việc Trong ống đẩy có lắp van một chiều để tránhchất lỏng bất ngờ đổ dồn vào bơm gây ra va đập thuỷ lực làm hỏng bơm

I.2.Các thông số đặc chưng của bơm.

+ Mặt cắt 1-1 và 1’-1’

) 1 (

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

hmh + hmd= .P g

 P:áp suất toàn phần cần thiết để khắc phục sức cản thuỷ lực trong hệthống, áp suất toàn phần của bơm là hiệu áp suất giữa hai giai đoạn hút vàđẩy

 ự1: vận tốc nước ở bể chứa, ự1= 0

 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 d

2

h h m

2

V d

 785 , 0

073 , 0

073 , 0

, 463248 10

801 , 0

14 , 996 25 , 0 49 , 1

81 , 6 lg 2