luận văn: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM DÙNG ĐỂ HẤP THU KHÍ SO2 BẰNG NƯỚC

Chia sẻ: Nguyễn Thị Bích Ngọc | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:39

Thêm vào BST

Báo xấu

319
lượt xem 136
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Hiện nay , do sự phát triển của các ngành công nghiệp tạo ra các sản phẩm phục vụ con người , đồng thời cũng tạo ra một lượng chất thải vô cùng lớn làm phá vỡ cân bằng sinh thái gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng . Trong các loại ô nhiễm , ô nhiễm không khí ảnh hưởng trực tiếp đến con người , động vật , thực vật và các công trình xây dựng . Sức khỏe và tuổi thọ con người phụ thuộc rất nhiều vào độ trong sạch của môi trường ...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: luận văn: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM DÙNG ĐỂ HẤP THU KHÍ SO2 BẰNG NƯỚC

ÁN MÔN H C GVHD : CAO TH NHUNG i h c Qu c gia Tp. H Chí Minh Trư ng i h c Bách Khoa Khoa Công ngh Hóa h c & D u khí B MÔN MÁY & THI T B ÁN MÔN H C Quá Trình & Thi t b THI T K THÁP M DÙNG H P THU KHÍ SO2 B NG NƯ C GVHD : Cao Th Nhung SVTH : Nguy n Duy Nghĩa MSSV : 69901406 L p : 99HPo02 Nghành : polymer Năm h c 2002-2003 M CL C ---oOo--- L I NÓI U Chương I . M U Ph n A . T NG QUAN V KHÍ SO2 SVTH : Nguy n Duy Nghĩa 1
ÁN MÔN H C GVHD : CAO TH NHUNG I.1. Tính ch t hóa lý c a SO2 I.2. Tác h i c a SO2 I.3. Các ngu n t o ra SO2 I.4. Các phương pháp x lý SO2 Ph n B . QUI TRÌNH CÔNG NGH I.5. Ch n qui trình công ngh x lý khí SO2 I.6. Thuy t minh qui trình công ngh Chương II . TÍNH TOÁN CÔNG NGH II.1. Các thông s ban u II.2. Tính cân b ng v t ch t II.3. Cân b ng năng lư ng II.4. Tính kích thư c tháp h p thu II.5. Tính tr l c l p m Chương III . TÍNH TOÁN CƠ KHÍ III.1. Tính chi u dày thân tháp III.2. Tính chi u dày áy , n p tháp III.3. Tính ng d n l ng , ng d n khí III.4. Tính bích ghép thân tháp III.5. Tính bích n i ư ng ng d n l ng và ng d n khí III.6. Tính lư i m và ĩa phân ph i l ng III.7. Tính chân và tai treo Chương IV . TÍNH TOÁN THI T B PH IV.1. Tính b n cao v IV.2. Tính công su t bơm IV.3. Tính công su t qu t Chương V . TÍNH KINH T TÀI LI U THAM KH O SVTH : Nguy n Duy Nghĩa 2
ÁN MÔN H C GVHD : CAO TH NHUNG L IM U Hi n nay , do s phát tri n c a các ngành công nghi p t o ra các s n ph m ph c v con ngư i , ng th i cũng t o ra m t lư ng ch t th i vô cùng l n làm phá v cân b ng sinh thái gây ô nhi m môi trư ng nghiêm tr ng . Trong các lo i ô nhi m , ô nhi m không khí nh hư ng tr c ti p n con ngư i , ng v t , th c v t và các công trình xây d ng . S c kh e và tu i th con ngư i ph thu c r t nhi u vào trong s ch c a môi trư ng . Vì v y , trong nh ng năm g n ây ô nhi m không khí t các nghành s n xu t công nghi p nư c ta ang là v n quan tâm không ch c a nhà nư c mà còn là c a toàn xã h i b i m c nguy h i c a nó ã lên n m c báo ng . SO2 là m t trong nh ng ch t ô nhi m không khí ư c s n sinh nhi u trong các nghành s n xu t công nghi p và sinh ho t . Vi c x lý SO2 có nhi u phương pháp khác nhau . Phương pháp nào ư c áp d ng x lý tùy thu c vào hi u qu và tính kinh t c a phương pháp . Ví v y , án môn h c v i nhi m v thi t k tháp m h p thu SO2 là m t trong nh ng phương án ghóp ph n vào vi c x lý khí th i ô nhi m . Trong án này s i kh o sát m t phương án : X lý SO2 b ng phương pháp h p thu v i dung môi là nư c . Nh m tìm hi u xem quá trình x lý có t hi u qu và kinh t không , có th ưa vào h th ng x lý khí th i trong các nghành s n xu t công nghi p và sinh ho t . N i dung kh o sát : thi t k tháp m x lý SO2 v i năng su t 2000m3/h , n ng SO2 trong dòng khí u vào là 1% th tích , n ng SO2 trong dòng khí u ra t tiêu chu n lo i A (1500mg/m3) th i vào môi trư ng . Em xin chân thành bi t ơn cô Cao Th Nhung , các th y cô b môn Máy & Thi t b ã t n tình hư ng d n và t o m i i u ki n thu n l i cho em hoàn thành án môn h c này . CHƯƠNG I M U PH N A . T NG QUAN V KHÍ SO2 . I.1. Tính ch t hóa lý SO2 : SVTH : Nguy n Duy Nghĩa 3
ÁN MÔN H C GVHD : CAO TH NHUNG SO2 là ch t khí không màu, mùi kích thích m nh, d hóa l ng, d hòa tan trong nư c ( i u ki n bình thư ng 1 th tích nư c hòa tan 40 th tích SO2) . Khi hoà tan trong nư c t o thành dung d ch sunfurơ và t n t i 2 d ng : ch y u là SO2.nH2O và ph n nh là H2SO3 . SO2 có nhi t nóng ch y – 750 C và nhi t sôi – 100C . Nguyên t S trong phân t SO2 có c p electron hóa tr t do linh ng và tr ng thái oxy hóa trung gian (+4) nên SO2 có th tham gia ph n ng theo nhi u ki u khác nhau: - C ng không thay i s ôxy hóa : SO2 + H2O = H2SO3 -Th c hi n ph n ng kh : SO2 + 2CO 500 o C 2CO2 + S ↓ -Th c hi n ph n ng oxy hóa : 1 V2 O5 SO2 + O2 SO3 2 to SO2 + Cl2 + H2O = H2SO4 + HCl Trong môi trư ng không khí , SO2 d b ôxy hóa và bi n thành SO3 trong khí quy n . SO3 tác d ng v i H2O trong môi trư ng m và bi n thành acid ho c mu i sunfat . Chúng s nhanh chóng tách kh i khí quy n và rơi xu ng gây ô nhi m môi trư ng t và môi trư ng nư c . I.2. Tác h i c a khí SO2 : -SO2 trong khí th i công nghi p là m t thành ph n gây ô nhi m không khí. N ng cho phép khí SO2 có trong môi trư ng xung quanh chúng ta là r t nh (
ÁN MÔN H C GVHD : CAO TH NHUNG acid c a trái t , h y di t r ng và mùa màng , gây nguy h i i v i sinh v t nư c , i v i ng v t và c con ngư i . Ngoài ra , còn phá h y các nhà c a, công trình ki n trúc b ng kim lo i b ăn mòn . . . N u H2SO4 có trong nư c mưa v i n ng cao s làm b ng da ngư i hay làm m c nát áo qu n . I.3. Các ngu n t o ra SO2 : - Khí SO2 t o ra là do s t cháy các h p ch t ch a lưu huỳnh hay nguyên t lưu huỳnh . Ví d : các h p ch t h u cơ ch a lưu huỳnh trong than , d u m , qu ng Pirit (FS2) , hơi t ch a nhi u khí H2S , các qu ng sunfua . . . - Khí SO2 là lo i ch t gây ô nhi m ph bi n nh t trong s n xu t công nghi p và sinh ho t . Ngu n th i SO2 ch y u t : + Các nhà máy nhi t i n . + Các lò nung , n i hơi t b ng nhiên li u than á , khí t , d u h a và khí t có ch a lưu huỳnh . + SO2 sinh ra t các nghànhs n xu t công nghi p : nhà máy l c d u , nhà máy luy n kim , lò úc , nhà máy s n xu t H2SO4 . . . + Khí th i giao thông . I.4. Các phương án x lý SO2 : I.4.1. Phương pháp h p th : h p th SO2 ta có th s d ng nư c, dung d ch ho c huy n phù c a mu i kim lo i ki m ho c ki m th . + H p th b ng nư c: SO2 + H2O < ===== > H+ + HSO3- Do hòa tan c a SO2 trong nư c th p nên ph i c n lưu lư ng nư c l n và thi t b h p th có th tích l n. + H p th b ng huy n phù CaCO3 Ưu i m c a phương pháp này là quy trình công ngh ơn gi n chi phí ho t ng th p, ch t h p th d tìm và r , có kh năng x lý mà không c n làm ngu i và x lý sơ b . Như c i m: thi t b óng c n do t o thành CaSO4 và CaSO3. + Phương pháp Magie (Mg): SO2 ư c h p th b i oxit – hydroxit magie, t o thành tinh th ng m nư c Sunfit magie . Ưu i m : làm s ch khí nóng , không c n l c sơ b , thu ư c s n ph m t n d ng là H2SO4 ; MgO d ki m và r , hi u qu x lý cao . Như c i m :v n hành khó, chi phí cao t n nhi u MgO. + Phương pháp k m : trong phương pháp này ch t h p th là k m SO2 + ZnO + 2,5 H2SO4 ------> ZnSO3 + H2O Ưu i m :c a phương pháp này là kh năng x lý nhi t cao (200 – 0 250 C) . Như c i m : có th hình thành ZnSO4 làm cho vi c tái sinh ZnO b t l i v kinh t nên ph i thư ng xuyên tách chúng và b sung thêm ZnO. + H p th b ng ch t h p th trên cơ s Natri : Ưu i m : c a phương pháp này là ng d ng ch t h p th hóa h c không bay, có kh năng h p th l n . SVTH : Nguy n Duy Nghĩa 5
ÁN MÔN H C GVHD : CAO TH NHUNG + Phương pháp Amoniac : SO2 ư c h p th b i dung d ch Amoniac ho c dung d ch Sunfit-biSunfit amôn . Ưu i m : c a phương pháp này là hi u qu cao, ch t h p th d ki m , thu ư c s n ph m c n thi t (Sunfit và biSunfit amon) . + H p th b ng h n h p mu i nóng ch y: X lý nhi t cao dùng h n h p Cacbonat kim lo i ki m có thành ph n như sau: LiCO3 32%, Na2CO3 33%, K2CO3 35%. + H p th b ng các Amin thơm : h p th SO2 trong khí th i c a luy n kim màu (n ng SO2 kho ng 1-2% th tích) . Ngư i ta s d ng dung d ch: C6H3(CH3)2 NH2 (t l C6H3(CH3)2 NH2 : nư c = 1- 1) . C6H3(CH3)2 NH2 không tr n l n v i nư c nhưng khi liên k t v i SO2 t o thành (C6H3(CH3)2 NH2)2 SO2 tan trong nư c . I.4.2. Phương pháp h p ph : SO2 ư c gi l i trên b m t ch t r n , thu ư c dòng khí s ch khi i qua b m tr n. Ch t h p ph công nghi p cơ b n là than ho t tính , silicagen , zeonit và ionit (ch t trao i ion) . Như c i m : c n thi t ph i tái sinh ch t h p ph thu h i c u t b h p ph và ph c h i kh năng h p ph c a ch t h p ph . Chi phí tái sinh chi m kho ng 40 – 70% t ng chi phí c a quá trình làm s ch khí . I.4.3. X lý SO2 b ng phương pháp nhi t và xúc tác : B n ch t c a quá trình xúc tác làm s ch khí là th c hi n các tương tác hóa h c , nh m chuy n hóa t p ch t c thành s n ph m khác v i s có m t c a ch t xúc tác t bi t . PH N B. QUI TRÌNH CÔNG NGH I.5. Ch n qui trình công ngh : Ch n ngu n x lý khí là t ng khói c a nhà máy s n xu t acid H2SO4 . Khí ư c x lý sơ b trư c khi vào tháp . Ch n dung môi h p thu là nư c vì nư c là dung môi h p thu r ti n , d tìm , không ăn mòn thi t b . Tháp h p thu là tháp m nên dung môi h p thu là nư c s ch không t o ra c n l ng làm c n tr dòng khí và l ng . I.6. Thuy t minh qui trình công ngh : Dòng khí th i t nhà máy th i ra ư c x lý sơ b . Sau ó ư c qu t th i qua lưu lư ng k o lưu lư ng và i vào tháp m th c hi n quá trình h p thu . Tháp h p thu làm vi c ngh ch dòng . Dung môi h p thu là nư c . Nư c s ch t b ch a ư c bơm lên b n cao v . Sau ó i qua lưu lư ng k o lưu lư ng dòng ch y và i vào tháp h p thu , nư c ư c ch y t trên xu ng . Khí SO2 ư c th i t áy tháp lên , quá trình h p thu ư c th c hi n . SVTH : Nguy n Duy Nghĩa 6
ÁN MÔN H C GVHD : CAO TH NHUNG Khí sau khi h p thu t TCVN ư c th i phát tán ra môi trư ng . Dung d ch nư c sau khi h p thu ư c cho ch y vào b ch a th c hi n quá trình trung hòa và th i ra môi trư ng . CHƯƠNG II TÍNH TOÁN CÔNG NGH II.1. Các thông s ban u : Lưu lư ng khí th i : 2000 m3/h . N ng SO2 ban u là 1% th tích . N ng SO2 sau khi x lý t tiêu chu n lo i A :1500 mg/m3 . Ch n nhi t c a nư c h p thu là 30oC . II.2. Tính cân b ng v t ch t : Phương trình cân b ng c a dung d ch h p thu SO2 b ng H2O ư c bi u di n theo nh lu t Henri : H P = H*x ho c y* = =m*x . Pt Trong ó : y* : n ng phân mol c a SO2 trong dòng khí i u ki n cân b ng . x : n ng phân mol khí hòa tan trong pha l ng . P : áp su t riêng ph n c a c u t khí hòa tan khi cân b ng . Pt : áp su t t ng c a h h p thu . H : h s Henry . 30oC : H = 0.0364*106 (mmHg) . [2,B ng IX.1,p.139] m : h s phân b . H 0.0364 * 10 6 m= = =47.894 Pt 760 Y X y= x= 1+ Y 1+ X SVTH : Nguy n Duy Nghĩa 7
ÁN MÔN H C GVHD : CAO TH NHUNG Y* X Thay vào trên ta ư c : =m * 1+ Y * 1+ X mX 47.894 * X Suy ra : Y* = = 1 + (1 − m) X 1 + (1 − 47.894) X Trong ó : X: Y: T phương trình ư ng cân b ng ta có các s li u ư ng cân b ng: X 0 0.00008 0.0001 0.00013 0.00015 0.00018 0.0002 0.00025 0.0003 Y* 0 0.0038 0.0048 0.0063 0.0072 0.0087 0.0097 0.0121 0.0146 T s li u ư ng cân b ng ta v ư ng cân b ng : Ñoà Thò Caân Baèng Cuûa Dung Dòch Haáp Thu SO2 Baèng nöôùc Y* 0.016 0.014 0.012 0.01 0.008 0.006 0.004 0.002 0 X 0 0.0001 0.0002 0.0003 0.0004 N ng th tích ban u c a dòng khí : y = 1% = 0.01 N ng u c a pha khí theo t s mol : yd Y = = 0.0101 (KmolSO2/Kmolkhítrơ) 1 − yd N ng cu i c a pha khí theo t s mol : SVTH : Nguy n Duy Nghĩa 8
ÁN MÔN H C GVHD : CAO TH NHUNG 1 1.5( g ) * 64( g / mol ) Yc = 1at 1(m 3 ) * 10 3 (lit / m 3 ) * o (273 + 30) o K 0.082(lit .at / mol. K ) Yc =0.000582 (KmolSO2/Kmolkhítrơ) H p thu SO2 b ng nư c , ch n dung môi s ch khi vào tháp nên : X = 0 . V i X : n ng u c a pha l ng , KmolSO2/KmolH2O . Lư ng dung môi t i thi u ư c s d ng : Lmin Y − Yc = d Gtr X * − Xd Gtr : su t lư ng dòng khí trơ trong h n h p . X* : n ng pha l ng cân b ng tương ng v i X . T th ư ng cân b ng ta xác nh ư c : X* = 0.00021 (KmolSO2/KmolH2O) Lmin 0.0101 − 0.000582 Suy ra : = = 45.324 Gtr 0.00021 − 0 Ch n Ltr = 1.2*Lmin V i Ltr : lư ng dung môi không i khi v n hành , kmol/h . L L Suy ra : tr = 1.2 * min = 1.2*45.324 = 54.3888 Gtr Gtr Lưu lư ng h n h p khí vào tháp h p thu : PV 1 * 2000 Ghh= = = 80.496 (Kmol/h) RT 0.082 * (273 + 30) Su t lư ng dòng khí trơ trong h n h p : Gtr = Ghh*(1-y ) = (1-0.01)*80.496 = 79.691 (Kmol/h) Su t lư ng dung môi làm vi c : Ltr = 54.3888*Gtr = 54.3888*79.691 = 4334.298 (KmolH2O/h) Phương trình cân b ng v t ch t có d ng ; Gtr*Y + Ltr*X = Gtr*Yc + Ltr*Xc Ltr Y − Yc Suy ra : = d Gtr X c − X d Yd − Yc 0.0101 − 0.000582 Suy ra : Xc = = = 0.000175 (molSO2/KmolH2O) Ltr 54.3888 Gtr SVTH : Nguy n Duy Nghĩa 9
ÁN MÔN H C GVHD : CAO TH NHUNG G tr Yc L tr Xñ G tr Y ñ L tr Xc Xc : n ng cu i c a pha l ng . ΙΙ.3. Cân B ng Năng Lư ng : Ký hi u : G , Gc – lư ng h n h p khí u và cu i. L , Lc - lư ng dd u và cu i. tc , tc – nhi t khí ban u và cu i , o C . T , Tc – nhi t dung d ch u và cu i , o C . I , Ic – entanpi h n h p khí ban u và cu i , kj/kg . Q0 – nhi t m t mát , kj/h . Phương trình cân b ng nhi t lư ng có d ng : G I + L C T + Qs = GcIc + LcCcTc + Q0 V i Qs – nhi t lư ng phát sinh do h p th khí , kj/h . ơn gi n hoá v n tính toán , ta có th gi thi t như sau : - Nhi t m t mát ra môi trư ng xung quanh không áng k , Q0 = 0 . - Nhi t c a h n h p khí ra kh i tháp b ng nhi t dung d ch vào 0 tháp : tc = t = 30 C . - T nhi t c a dung d ch không i trong su t quá trình h p thu : C = Cc = CH O . 2 SVTH : Nguy n Duy Nghĩa 10
ÁN MÔN H C GVHD : CAO TH NHUNG G tr Yc L tr Xñ Gc tc Ic Lñ Cñ Tñ Gtr Yñ L tr Xc Gtr tñ Iñ Lc Cc Tc Trong quá trình h p thu có th phát sinh nhi t , do ó n u ký hi u q là nhi t phát sinh c a 1 mol c u t b h p thu , thì ta có : Qs = q * Ltr * (Xc – X ) V im c g n úng có th coi q không i trong su t quá trình h p thu: G d * I d + Ld * C * Td + q * Ltr * ( X c − X d ) = Gc * I c + Lc * C * Tc Ld G * I − Gc * I c q*L Ho c : Tc = * td + d d + (X c − X d ) Lc Lc * C Lc * C Ld Vì lư ng c u t hoà tan trong dung d ch nh nên có th l y : ≈1 Lc ng th i ta cũng có th b qua m c bi n i nhi t c a pha khí , t c là : G d .I d − Gc .I c ≈ 0 Như v y , công th c tính nhi t cu i Tc c a dung d ch s có d ng như sau : q * Ltr Tc = Td + (X c − X d ) Lc * C Do lư ng c u t hoà tan trong dung d ch nh nên : L = Lc = Ltr q Tc = Td + (X c − X d ) C Phương trình h p thu c a SO2 trong dung môi nư c . SO2 + H2O ⇔ H+ + HSO3- Theo s tay hóa lý , nhi t sinh c a : SO2 : ∆Η SO = -70.96 (kcal/mol) . 2 H2O : ∆Η H O = - 68.317 (kcal/mol) . 2 H+ : ∆Η H = 0 (kcal/mol) . + - HSO3 : ∆Η HSO = -12157.29 (kcal/mol) . − 3 SVTH : Nguy n Duy Nghĩa 11
ÁN MÔN H C GVHD : CAO TH NHUNG Nhi t phát sinh c a 1 mol c u t SO2 b h p thu : q = (-70.96 - 68.317) – ( 0 – 12157.29) = 12018.013 (kcal/mol) . Nhi t cu i c a dung d ch ra kh i tháp : q (X c − X d ) Tc = Td + C 12018.013 * 4.18 *10 3 o = 30 + * 0.000175 = 30.12 C 4200 *18 Như v y : Tc ≈ T = 30oC . Ta xem quá trình h p thu là ng nhi t . II.4. Tính kích thư c tháp h p thu : II.4.1. Các thông s v t lý c a dòng khí : V d + Vc - Lưu lư ng khí trung bình i trong tháp h p thu : V ytb = 2 Vd , Vc – lưu lư ng khí vào và ra kh i tháp , m3/h . Vc = Vtr* ( 1 + Yc ) = Vd * (1 − y d ) * (1 + Yc ) = 2000 * (1 − 0.01) * (1 + 0.000582 ) = 1981.2 (m3/h) 2000 + 1981.2 3 Suy ra : Vytb = = 1990.6 (m /h) . 2 KLR trung bình c a pha khí : ρ ytb = [ ytb1 * M 1 + (1 − ytb1 ) * M 2 ]* 273 22.4 * T Trong ó : + M1 , M2 : Kh i lư ng mol c a SO2 và không khí . + T : nhi t làm vi c trung bình c a tháp h p thu . T = 300C + ytb1 : n ng ph n mol c a SO2 l y theo giá tr trung bình. yd 1 + yc1 ytb1 = 2 V i yd1 , yc1 : n ng ph n mol c a SO2 vào và ra kh i tháp . yd 1 = yd = 0.01 Yc 0.000582 y c1 = = = 0.00058 Yc c +1 1 + 0.000582 0.01 + 0.00058 Suy ra : y tb1 = = 0.00529 2 + M1 = MSO 2 = 64 (g/mol) M2 = Mkkhí = 28.8 (g/mol) Suy ra : ρ ytb = [0.00529 * 64 + (1 − 0.00529) * 28.8]* 273 = 1.166 kg/m3 22.4 * (273 + 30 ) nh t trung bình pha khí ( c a h n h p khí ) : M hh m1 * M 1 m2 * M 2 = + µ hh µ1 µ2 + Mhh , M1 , M2 : kh i lưư ng phân t c a h n h p khí , c a SO2 và không khí , kg/kmol . M1 = M SO = 64 (kg/kmol) 2 SVTH : Nguy n Duy Nghĩa 12
ÁN MÔN H C GVHD : CAO TH NHUNG M2 = Mkk = 28.8 (kg/kmol) . M hh = y tb1 * M 1 + (1 − y tb1 ) * M 2 = 0.00529 * 64 + (1 − 0.00529 ) * 28.8 = 28.986 (kg/kmol) . + m1 , m2 : n ng c a SO2 , không khí tính theo ph n h tích. m1 = ytb1 = 0.00529 m2 = 1 – ytb1 = 0.99471 + 300c : µ2 = µkk = 0.0182*10-3 (kg/m.s) . µ1 = µ SO = 0.0128*10-3 (kg/m.s) . 2 Thay vào ta ư c : 28.986 64.0 × 0.00529 28.8 × 0.99471 = + µ hh 0.0128 × 10 −3 0.0182 × 10 −3 Suy ra : µ hh = 1.81 × 10 −5 (kg/m.s) . -Lưu lư ng kh i lư ng pha khí trung bình : G + Gc G ytb = d , kg/s 2 Gd , Gc : lưu lư ng khí vào và ra kh i tháp , kg/s . G d = Gtr * M tr + Gtr * M SO2 * Yd = 79.691 × 28.8 + 79.691 × 64 × 0.0101 = 2346.6 (kg/h) = 0.652 (kg/s) . G c = Gtr * M tr + Gtr * M SO2 * Yc = 79.691 × 28.8 + 79.691 × 64 × 0.000582 = 2298.1 (kg/h) = 0,638 (kg/s) . 0.652 + 0.638 Suy ra : G ytb = = 0.645 (kg/s) . 2 II.4.2. Các thông s v t lý c a dòng l ng : - Vxtb : lưu lư ng dòng l ng trung bình . Do lư ng c u t hoà tan trong dung d ch nh , xem quá trình h p thu không làm thay i áng k th tích nên : 1 V xtb ≈ Vtr = Ltr * M tr * ρ tr V i : ρ tr là kh i lư ng riêng c a nư c 300C . ρ tr = 995 (kg/m3) . Mtr : kh i lư ng phân t c a H2O , kg/kmol . Ltr : lưu lư ng nư c , kmol/h . 1 3 Suy ra : V xtb = 4334.298 × 18 × = 78.41 m /h 995 - Kh i lư ng riêng trung bình c a pha l ng : ρ xtb = ρ tb1 * Vtb1 + (1 − Vtb1 ) * ρ tb 2 [2, IX.104, 183] ρ tb1 , ρ tb 2 : kh i lư ng riêng trung bình c a SO2 , H2O trong pha l ng . Vtb1 , Vtb2 : th tích trung bình c a SO2 , H2O trong pha l ng. Do lư ng SO2 hoà tan trong dung d ch nh nên : Vtb1 ≈ 0 . ⇒ ρ xtb ≈ ρ tb 2 ≈ ρ H O = 995 (kg/m3) . 2 - nh t trung bình c a pha l ng : Do lư ng c u t SO2 hoà tan trong dung d ch nh nên có th xem : SVTH : Nguy n Duy Nghĩa 13
ÁN MÔN H C GVHD : CAO TH NHUNG µ xtb ≈ µ H O = 0.8007 × 10 −3 (kg/m.s) . 2 - Lưu lư ng kh i lư ng trung bình c a pha l ng : G xd + Gxc G xtb = 2 G xd , G xc : lưu lư ng kh i lư ng dòng l ng vào và ra kh i tháp . 1 G xd = Ltr * M tr = 4334.298 * 18 * = 21.67 (kg/s) . 3600 G xc = Ltr * M tr + Ltr * X c * M SO2 = (4334.298 *18 + 4334.298 * 0.000175 * 64) 3600 = 21.68 (kg/s) . G xd + G xc 21.68 + 21.67 Suy ra : Gxtb = = = 21.675 (kg/s) . 2 2 II.4.3. Tính ư ng kính tháp h p thu : T c b t u t o nhũ tương , còn g i là t c o pha W’s (m/s ) ư c xác nh theo công th c : 1 ω ' 2 * σ * ρ  µx  0.16  G 1  ρ ytb 8 lg     = A − 1.75 * ( x ) 4 *  s d ytb  g * Vd * ρ xtb 3 µ   Gy ρ    n    xtb  V i: + Gx , Gy : lưu lư ng dòng l ng và khí trung bình , kg/s . Gx = Gxtb = 21.675 (kg/s) . Gy = Gytb = 0.645 (kg/s) . + ρ xtb , ρ ytb : kh i lư ng riêng trung bình c a pha l ng và khí . 3 ρ xtb = 995 (kg/m ) . 3 ρ ytb = 1.166 (kg/m ) . + µx : nh t trung bình pha l ng theo nhi t trung bình . µx = µxtb = 0.8007×10-3 (kg/m.s) . + µn : nh t c a nư c 200C . µn = 1.005*10-3 (kg/m.s) . A : h s , A = 0.022 . Ch n m vòng Raschig b ng s , kích thư c m 50×50×5 mm . Các thông s c a m: σd : b m t riêng c a m . σd = 95 m2/m3 Vd : th tích t do c a m . Vd = 0.79 m3/m3 ρ d : kh i lư ng riêng x p c a m . 3 ρ d = 600 kg/m Thay s vào ta ư c : 1 1  W ' 2 *95 * 1.166  0.8007 * 10 −3  0.16   21.675  4  1.166  8 lg  s 3 *  1.005 * 10 −3   = 0.022 − 1.75 *  0.645  *  995    9.81 * 0.79 * 995          Suy ra : ωs’ = 0.57 (m/s) . Ch n t c làm vi c : ω tb = 0.9 × ω s' = 0.513 (m/s) . SVTH : Nguy n Duy Nghĩa 14
ÁN MÔN H C GVHD : CAO TH NHUNG ư ng kính tháp ư c xác nh theo công th c : 4 × Vtb 4 × 1990.6 D= = = 1.17 (m) . π × 3600 × ω tb π × 3600 × 0.513 Ch n D = 1.2 m II.4.4. Xác nh chi u cao m t ơn v chuy n kh i : -Chi u cao tương ng m t ơn v truy n kh i : m hY = hG + × hL l Trong ó : hG : chi u cao m t ơn v truy n kh i tương ng pha khí , m . hL : chi u cao m t ơn v truy n kh i tương ng pha l ng , m . m : h s góc ư ng cân b ng Ltr l : lư ng dung môi tiêu t n riêng , l = Gtr -hG và hL ư c xác nh d a vào các công th c th c nghi m sau : 2 Vt hG = × Re 0.25 × Pry3 a ×ψ × σ y 2 µ 3 hL = 256 x ρ  × Re 0.25 × Prx0.5  x  x  V i : Vt = 0.79 m3/m3 , là th tích t do c a m . σ = 95 m2/m3 , là b m t riêng c a m . a là h s ph thu c d ng m , m vòng Raschig a = 0.123 . 3 ρ x = ρ xtb = 995 kg/m , là kh i lư ng riêng pha l ng . µx = µxtb = 0.8007×10-3 (kg/m.s) . Các công th c chu n s Rey , Pry cho pha khí và Rex , Prx cho pha l ng ư c tính như sau : 0.4 × G y 0.04 × Lx Re y = Re x = σ × µy σ × µx µy µx Pr y = Prx = ρ y × Dy ρ x × Dx ây : + Gy , Lx là t c kh i lư ng c a khí và l ng tương ng m t ơn v ti t di n 2 ngang c a tháp , kg/m .s . π × D 2 π × 1. 2 2 2 Ti t di n ngang c a tháp : Ft = = = 1.1304 (m ) . 4 4 G ytb0.645 2 Gy = = = 0.5706 (kg/m .s) . Ft 1.1304 G 21.67 Lx = xtb = = 19.17 (kg/m2.s) . Ft 1.1304 + µy = 1.81*10-5 kg/m.s , là nh t pha khí . 3 + ρ y = ρ ytb = 1.166 kg/m là kh i lư ng riêng pha khí . + Dx , Dy : là h s khu ch tán trong pha khí và trong pha l ng , m2/s . SVTH : Nguy n Duy Nghĩa 15
ÁN MÔN H C GVHD : CAO TH NHUNG II.4.4.1. H s khu ch tán trong pha l ng : 7.4 * 10 −12 (φ * M B ) * T 0.5 Dx = , m2/s . [4,(2-41),27] µ ' *V A 0.6 Trong ó: MB là kh i lư ng mol c a dung môi , MB = M H O = 18 (kg/kmol) 2 φ là h s k t h p cho dung môi , φ = 2.6 cho dung môi là nư c . T = 273 + 30 = 3030K , nhi t khu ch tán . VA = 44.8 cm3/mol , là th tích mol c a dung ch t . µ’: là d nh t c a dung d ch . µ’ = µ H O = 0.8007 (Cp) . 2 7.4 * 10 −12 (2.6 * 18) * 303 0 .3 2 Suy ra : D x = 0 .6 = 1.9568 * 10 −9 (m /s) 0.8007 * 44.8 II.4.4.2. H s khu ch tán trong pha khí 3 1 4.3 * 10 −7 * T 2  1 1 2 Dy =  +  [4,(2-36),25] . 1 2 M   1   A MB  V A3 + VB3  P *    Trong ó : T = 273 +30 = 3030K P = 1 at , Ap su t khu ch tán . MA , MB : là kh i lư ng mol khí SO2 và không khí . MA = M SO = 64 (kg/kmol) . 2 MB = Mkk = 28.8 (kg/kmol) . VA , VB : th tích mol c a SO2 và c a không khí . VA = 44.8 (cm3/mol) . VB = 29.9 (cm3/mol) . Th vào ta ư c : 3 1 −7 4.3 * 10 * 303 2  1 1 2 −5 2 Dy = 2  +  = 1.148 × 10 (m /s) .  1 1   64 28.8  1 *  44.8 3 + 29.9 3      II.4.4.3. Tính Rex , Rey , Prx , Pry : 0.04 × G x 0.04 * 21.67 Re x = = = 4.9 Ft × σ × µ x 1.1304 * 95 * 0.8007 * 10 −3 0.4 × G y 0.4 × 0.645 Re y = = = 64.67 σ × Ft × µ y 1.1304 * 95 * 1.81 * 10 −5 µx 0.8007 * 10 −3 Prx = = = 411.24 ρ x × Dx 995 * 1.9568 * 10 −9 µy 01.81 * 10 −5 Pr y = = = 1.352 ρ y × D y 1.166 *1.148 * 10 −5 II.4.4.4. Tính h s th m ư t ψ : Vx -Utt = là m t tư i th c t , (m3/m2.h) . Ft SVTH : Nguy n Duy Nghĩa 16
ÁN MÔN H C GVHD : CAO TH NHUNG Trong ó : Vx = Vxtb = 78.41 (m3/h) . Ft = 1.1304 (m2) . 78.41 3 2 Suy ra : U tt = = 69.365 (m /m h) . 1.1304 -M t tư i thích h p Uth : Uth = B. σ d , (m3/m2h) . B = 0.158 (m3/m.h) [2,b ng IV.6,177] 2 3 σ d = 95 m /m Suy ra : Uth = 0.158*95 = 15.01 (m3/m2h) . U tt 69.365 V y: = = 4.62 U th 15.01 D a vào th hình IX.16 [ 2.178 ] , ta ch n ψ = 1 dung môi th m ư t u lên m . II.4.4.5. Tính hG , hL 2 Vt 0.79 2 hG = Re 0.25 × Pr y3 = × 64.67 0.25 × 1.352 3 = 0.1016 (m) . a ×ψ × σ y 0.123 × 1 × 95 2 2  µ 3  0.8007 × 10 −3  3 hL = 256 ×  x  Re 0.25 × Prx0.5 = 256 ×  ρ  x   × 4.9 0.25 × 441.24 0.5   x  995  = 0.6922 (m) . II.4.4.6. Tính chi u cao m t ơn v chuy n kh i : m hY = hG + × hL l T th ư ng cân b ng ta xác nh ư c h s góc ư ng cân b ng Y = f ( X ) là : m = 48.3 ∗ L Ltr Yd − Yc 0.0101 − 0.000582 V i: l= ≈ = = = 54.38 G Gtr Xc 0.000175 48.3 Suy ra : hY = 0.1016 + × 0.6922 = 0.716 (m) . 54.38 II.4.5. Xác nh s ơn v truy n kh i mY : Do c u t SO2 hoà tan trong dung d ch không dáng k nên dung d ch h p thu khá loãng , phương trình tính mY có d ng như sau : Yd dY mY = ∫Y −Y Yc ∗ = 9.1 (m) . B ng s li u tính tích phân : SVTH : Nguy n Duy Nghĩa 17
ÁN MÔN H C GVHD : CAO TH NHUNG i Yi Xi Y* Yi-Y* 1/(Y-Y*) 0 0.000582 9.1931E-11 4.4029E-09 0.000582 1718.22606 1 0.001058 8.7501E-06 0.00041925 0.0006387 1565.79971 2 0.001534 1.75E-05 0.00083884 0.000695 1438.92626 3 0.00201 2.625E-05 0.00125877 0.0007509 1331.68338 4 0.002486 3.5E-05 0.00167905 0.0008066 1239.84772 5 0.002962 4.375E-05 0.00209967 0.0008618 1160.32639 6 0.003437 5.25E-05 0.00252064 0.0009168 1090.80249 7 0.003913 6.125E-05 0.00294196 0.0009713 1029.5061 8 0.004389 7E-05 0.00336362 0.0010256 975.061834 9 0.004865 7.875E-05 0.00378563 0.0010795 926.384753 10 0.005341 8.75E-05 0.00420799 0.001133 882.607512 11 0.005817 9.625E-05 0.0046307 0.0011862 843.028425 12 0.006293 0.000105 0.00505376 0.001239 807.073715 13 0.006769 0.00011375 0.00547716 0.0012915 774.269643 14 0.007245 0.0001225 0.00590091 0.0013437 744.221613 15 0.007721 0.00013125 0.00632502 0.0013955 716.598313 16 0.008196 0.00014 0.00674947 0.0014469 691.119512 17 0.008672 0.00014875 0.00717428 0.001498 667.546587 18 0.009148 0.0001575 0.00759943 0.0015488 645.675071 19 0.009624 0.00016625 0.00802494 0.0015992 625.328761 20 0.0101 0.000175 0.0084508 0.0016492 606.354992 II.4.6. Chi u cao c t m c n thi t cho quá trình h p thu : H d = mY × hY = 0.716 × 9.1 = 6.5 m Chi u cao t ng c ng c a tháp : H = 6.5 + 2 × 0.4 + 0.325 × 2 + 0.8 + 0.4 = 9.15 m II.5. Tính tr l c c a l p m : -T n th t áp su t c a m khô : ω t2 λ' H × σ d ω y × ρ y '2 H ∆Pk = λ × ' × ρy × = × 3 × d td 2 4 Vd 2 Trong ó : H = 6.5 m , là chi u cao l p m . λ’ là h s tr l c c a m , bao g m c tr l c do ma sát và tr l c c c b , ph thu c chu n s Rey : Wy' × d td × ρ y Re y = Vd × µ y 16 Rey > 40 : ch xoáy , λ ' = Re 0.2 y SVTH : Nguy n Duy Nghĩa 18
ÁN MÔN H C GVHD : CAO TH NHUNG 140 Rey < 40 : ch dòng , λ' = Re y V i : ρy = 1.166 kg/m3 Vd = 0.79 m3/m3 µy = 1.81×10-5 kg/m.s 4 × Vd 4 × 0.79 dtd = = = 0.0154 (m) , là ư ng kính tương ương c a m σd 95 . W’y = 0.513 m/s , t c c a dòng khí trên toàn b ti t di n tháp . 0.513 × 0.0154 × 1.166 Suy ra : Re y = = 678.6 0.79 × 1.81 × 10 −5 16 Vì Rey > 40 nên : λ' = = 4.343 678.6 0.2 Như v y , thay s ta ư c : 4.343 6.5 × 95 0.5132 × 1.166 2 ∆Pk = × 3 × = 500.5 (N/m ) . 4 0.79 2 -T n th t áp su t c a l p mư t:  G m   ρy n   µx  c  ∆Pv = ∆Pk 1 + A ×  x  ×  ×     Gy   ρx  µ         y  Trong ó : Gx , Gy : là lưu lư ng c a dòng l ng và dòng khí , kg/s . Gx = Gxtb = 21.675 kg/s Gy = Gytb = 0.645 kg/s ρx , ρy : kh i lư ng riêng c a dòng l ng và dòng khí , ρx = 995 kg/m3 ρy = 1.166 kg/m3 µx = 0.8007×10-3 kg/m.s µy = 1.81×10-5 kg/m.s 1.8 0.2 G   ρy   µx  Do :  x G   × ρ  ×  µ   = 1.4 > 0.5  y   x   y  Theo [2,b ng(IX.7),189] ta có : A = 10 , n = 0.525 , m=0.945 , c = 0.105 Thay s vào ta ư c :   21.675  0.945  1.166  0.525  0.8007 × 10 −3  0.105  ∆Pu = 500.5 × 1 + 10 ×   ×   × −5       0.645   995   1.81× 10    = 6468.37 (N/m2) . Ch n ∆Pu = 6500 N/m2 = 0.065×105 (N/m2) . =-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-= SVTH : Nguy n Duy Nghĩa 19
ÁN MÔN H C GVHD : CAO TH NHUNG CHƯƠNG III TÍNH TOÁN CƠ KHÍ III.1 Tính chi u dày thân tháp : Thi t b làm vi c môi trư ng ăn mòn , nhi t làm vi c 300C , Pmt = 1 at = 0.1 N/m2 . Nên ta ch n v t li u là thép không r ch t o thi t b . Ch n thép : X18H10T . - ng su t cho phép tiêu chu n i v i thép X18H10T 300C : [σ]* = 146 N/mm2 [9,hình1-2,22] h s hi u ch nh η = 1 [9,26] ng su t cho phép là : [σ] = 1×146 = 146 N/mm2 - Ap su t tính toán : Ptt = Plv + ρ × g × h Plv : áp su t làm vi c c a môi trư ng . Plv = ∆Pư = 0.065 × 10 5 (N/m2) . h : chi u cao c t ch t l ng . h = 8.425 m Suy ra : Ptt = 0.065 × 10 5 + 9.81 × 995 × 8.425 = 0.091 N/mm2 Ch n h s b n m i hàn ϕh = 0.95 Do : [σ ] × ϕ = 146 × 0.95 = 1524.2 > 25 h P 0.091 Nên b dày t i thi u c a thân tr hàn ch u áp su t ư c tính theo : Dt × P 1200 × 0.091 S' = = = 0.4 mm 2 × [σ ] × ϕ h 2 × 146 × 0.95 - H s b sung b dày C , mm : C = Ca + C0 + Cb + Cc Trong ó : Ca : là h s b sung do ăn mòn hoá h c c a môi trư ng . Th i h n s d ng là 20 năm , t c ăn mòn là 0.1mm/ năm . V y : Ca = 0.1×20 = 2 (mm) . Cb : là h s b sung do bào mòn cơ h c c a môi trư ng . i v i TB hoá ch t : Cb = 0 (mm) . Cc là h s b sung do sai l ch khi ch t o , l p ráp , có th b qua . C0 là h s b sung quy tròn kích thư c , mm C0 = 1 mm Thay vào ta ư c : C = 2 + 0 + 1 = 3 (mm) . - B dày th c c a thân tr : S = S’ + C = 0.4 + 3 = 3.4 (mm) . Ch n b dày thân S = 4 (mm) . S − Ca - Ki m tra i u ki n : ≤ 0.1 Dt 4−2 Suy ra : = 0.00167 ≤ 0.1 : th a i u ki n . 1200 - Ap su t tính toán cho phép bên trong thi t b : SVTH : Nguy n Duy Nghĩa 20