Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
OO_____________________
______________________O
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
CÁC QUÁ TRÌNH CƠ BẢN TRONG CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
Đề bài:
Tính toán thiết kế hệ thống hấp thụ khí SO2
GVHD: TS. Vũ Đức Thảo
SVTH: Mai Thị Hiền
Lớp: Kỹ thuật môi trường K52
SHSV: 20071073
Hà Nội, tháng 12/2010
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Họ và tên Sinh viên: Mai Thị Hiền
Lớp: Kỹ thuật môi trường
Khóa: 52
I. Đầu đề thiết kế: Thiết kế hệ thống hấp thụ khí SO2
II. Các số liệu ban đầu:
- Hỗn hợp khí cần tách: SO2 trong không khí
- Dung môi: nước
- Lưu lượng khí vào tháp: 25000 m3/h
- Nồng độ SO2: yđ = 0,028( mol/mol)
- Hiệu suất yêu cầu: = 84%
- Nhiệt độ áp suất và lượng dung môi: mô phỏng theo một số điều kiện
- Loại thiêt bị: Tháp đệm
III. Các phần thuyết minh và tính toán:
1. Mở đầu
2. Tính toán thiết kế tháp hấp thụ (đường kính, chiều cao, trở lực)
3. Tính toán thiết bị phụ
- Tính bơm
- Tính máy nén khí
4. Tính toán cơ khí
5. Kết luận
IV. Các bản vẽ:
1. Bản vẽ sơ đồ dây chuyền khổ A3 hoặc A4
2. Bản vẽ tháp hấp thụ khổ A1
V. Giáo viên hướng dẫn: TS. Vũ Đức Thảo
VI. Ngày giao nhiệm vụ: Ngày 6 tháng 9 năm 2010
VII. Ngày hoàn thành nhiệm vụ:
Ngày tháng năm 2010
Giáo viên hướng dẫn
Chủ nhiệm khoa
( Họ tên và chữ kí)
( Họ tên và chữ kí)
Đánh giá kết quả
- Điểm thiết kế
- Điểm bảo vệ
- Điểm tổng hợp
Ngày tháng năm 2010
Cán bộ bảo vệ
( Họ tên và chữ kí)
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
PHẦN MỞ ĐẦU
Vấn đề xử lý các chất ô nhiễm không khí đã và đang 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 15 tuần tìm hiểu, tính toán và nhận được sự hướng dẫn nhiệt tình của các
thầy cô trong Viện, nhưng do hạn chế về tài liệu và kinh nghiệm tính toán, nên
không thể tránh khỏi những sai sót, em rất mong nhận được ý kiến của các thầy
cô để đồ án sau có kết quả tốt hơn
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 3 tháng 12 năm 2010
Sinh viên thực hiện
Mai Thị Hiền
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
PHẦN NỘI DUNG
I.Giới thiệu chung
1. Sơ lược về khí SO2
Trong số những chất gây ô nhiễm không khí thì SO2 là một chất gây ô nhiễm
khá điển hình. Sulfuro là sản phẩm chủ yếu của quá trình đốt cháy các nguyên,
nhiên liệu có chứa S. 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 ximang 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 hòa 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
loét đường hô hấp
SO2 làm thiệt hại mùa màng, làm nhiễm độc cây trồng. Mưa axit có nguồn
gốc từ khí SO2 làm thay đổi pH của đất, nước, hủy hoại các công trình kiến trúc,
ăn mòn kim loại. Ngoài ra ô nhiễm SO2 còn liên quan đến hiện tượng mù quang
hóa
Chính vì những tác động tiêu cực trên mà việc giảm tải lượng cũng như nồng
độ phát thải SO 2 vào môi trường là vấn đề rất được quan tâm
2. Phương pháp xử lý SO2
Khí SO2 thường được xử lý bằng phương pháp hấp thụ, tác nhân sử dụng để
hấp thụ thường là sữa vôi, sữa vôi kết hợp với MgSO 4 hoặc dung dịch kiềm...
Trong phạm vi đồ án này, với nhiệm vụ được giao là hấp thụ khí SO2 bằng
nước. Đây là phương pháp hấp thụ vật lý 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
3. Tháp đệm
Tháp đệm được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa 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, tùy vào mục đích thiết kế mà đệm có thể được
xếp hay đổ lộn xộn. Thông thường lớp đệm dưới thường được sắp xếp, khoảng
từ lớp 3 trở đi, đệm được đổ lộn xộn
Tháp đệm có những ưu điểm sau:
- Cấu tạo đơn giản
- Bề mặt tiếp xúc pha lớn, hiệu suất cao
- Trở lực trong tháp không quá lớn
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
- Giới hạn làm việc tương đối rộng
Tuy nhiên, tháp có nhược điểm là khó thấm ướt đều đệm làm giảm khả năng hấp
thụ...
II.Thiết kế đồ án môn học
1. Đầu đề thiết kế:
Thiết kế hệ thống hấp thụ khí thải áp dụng trong công nghiệp
2. Các số liệu ban đầu
- Hỗn hợp khí cần tách: SO2 trong không khí
- Dung môi: nước
- Lưu lượng khí vào tháp: 25000 m3/h
- Nồng độ SO2: yđ = 0,028( mol/mol)
- Hiệu suất yêu cầu: = 84%
- Nhiệt độ áp suất và lượng dung môi: mô phỏng theo một số điều kiện
- Loại thiêt bị: Tháp đệm
3. Phương pháp hấp thụ xử lý SO 2
Sơ đồ của hệ thống
3
5
2
4
1
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
1.
Bể chứa dung môi
2.
Bơm chất lỏng
3.
Tháp hấp thụ
4.
Máy nén khí
5.
Van an toàn
Thuyết minh dây chuyền:
- Hỗn hợp khí cần xử lý chứa SO2 và không khí được máy nén khí đưa vào
từ phía dưới đáy tháp. Nước từ bể chứa được bơm li tâm đưa vào tháp hấp
thụ, trên đường ống có van điều chỉnh lưu lượng và đồng hồ đo lưu lượng.
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 tùy 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 chất lỏng. Nước sau khi hấp thụ nếu nồng độ SO 2 cao sẽ được
xử lý và tái sử dụng.
Gọi:
Gy: lưu lượng hỗn hợp khí vào tháp( kmol/h)
Gx: lưu lượng nước vào tháp( kmol/h)
Gtrơ: lưu lượng khí trơ( kmol/h)
Yđ: nồng độ phần mol tương đối của SO2 trong khí đi vào tháp ( kmol SO 2/kmol
kk)
Yc: nồng độ phần mol tương đối của SO2 trong khí đi ra khỏi tháp ( kmol
SO2/kmol kk)
Xđ: nồng độ phần mol tương đối của SO2 trong nước đi vào tháp( kmol
SO2/kmol dm)
Xc: nồng độ phần mol tương đối của SO 2 trong nước đi ra khỏi tháp( kmol
SO2/kmol dm)
Theo đề bài: yđ = 0,028 (mol/mol) → Yđ =
yd
0, 028
= 0,0288 (kmol
1 yd 1 0, 028
SO2/kmol kk)
Biết hiệu suất hấp thụ là: = 84%
Do đó: Yc = Yđ( 1-η) =0,0288.( 1-0,84)= 4,608.10-3 (kmol SO2/kmol kk)
→ yc =
Yc
4, 608 103
=4,587.10-3 (kmol/kmol)
3
1 Yc 1 4, 608 10
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
y d yc
0, 028 4,587 103
=
= 0,0163 kmol/kmol
2
2
→ ytb=
Dung môi ban đầu là nước → X đ = 0
Giả sử điều kiện làm việc của tháp là T =250C→T =298K
P =1atm = 760mmHg
P=1 atm = 1,0326 at
Ta coi hỗn hợp khí là lý tưởng. Theo phương trình trạng thái khí lý tưởng ta có:
PV
1 25000
Yc
Gx, Xd
= 1023,08( kmol/h)
Gy = n =
RT
0, 082 298
Gy
→ Gtrơ =
1 Yd
1023, 08
= 994,44( kmol/h)
1 0, 0288
Thiết lập phương trình đường cân bằng:
Theo định luật Henry ta có: ycb = mx
→ Ycb=
mX
1 (1 m) X
Ta có m=
Gy, Y d
P
0
Ở 25 C với khí SO2 thì ψ =0,031.106 mmHg
0, 031.106
= 40,79
760
40, 79 X
→ Ycb =
1 39,79 X
→m=
Thiết lập phương trình đường làm việc:
Phương trình cân bằng vật liệu cho thiết bị:
Gtrơ. Y + Gx. X đ = Gtrơ. Yc + Gx. X
→ Gtrơ( Y- Yc) = G x( X- Xđ)
Do Xđ = 0 nên pt trở thành: Gtrơ.( Y- Yc) = Gx. X
→ Y=
Gx
.X+Yc
Gtro
Giả thiết Xc= Xcbc thì lượng dung môi tối thiểu cần để hấp thụ là:
Gxmin = Gtro.
Yd Yc
X cbc X d
Từ phương trình đường cân bằng Ycb=
→ Xcb=
mX
1 (1 m) X
Y
m (1 m)Y
Yđ = 0.0288(kmol SO2/kmol kk)
→ Xcbc =
0, 0288
=6,868.10-4 (kmol SO2/kmol nước)
40, 79 39, 79 0, 0288
Xc
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
→ Gxmin = 994,44.
0, 0288 4, 608 103
= 35028,38 kmol/h
6,868 104
Lượng dung môi cần thiết để hấp thụ : Gx = β. Gxmin
Thông thường β = 1,2÷1,5. Chọn β = 1,2
→ Gx = 1,2.35028,38 = 42034,056 kmol/h →
Gx 42034, 056
=
=42,269
Gtro
994, 44
→ Y = 42,269X+ 4,608.10-3
→ khi Yd = 0.0288 thì Xc =
Yd 4,608 103 0, 0288 4, 608 103
=
= 5,723.10-4
42, 269
42, 269
(kmol SO2/kmol H2O) → xc =
→ xtb=
Xc
= 5,72.10-4( kmol/kmol)
1 Xc
xd xc
0 5, 72 104
=
=2,86.10-4( kmol/kmol)
2
2
X
0
0,0001
0,0002
0,0003
0,0004
0,0005
0,0005723
0,0006868
Y
4,608.10-3
8,835.10-3
0,013
0,0173
0,0215
0,0257
0,0288
Ycb
0
4,095.10-3
8,223.10-3
0,0124
0,0166
0,021
0,0239
0,0288
Vẽ đồ thị đường cân bằng và đường làm việc
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
Đồ thị đường cân bằng, đường làm việc
0.035
y = 42.269x + 0.0046
0.03
2
R =1
Y
0.025
0.02
y = 41.697x
2
R = 0.9999
0.015
Đường làm việc
Đường cân bằng
0.01
0.005
0
0
0.0002 0.0004 0.0006 0.0008
X
II.1 Tính đường kính tháp:
1. Tính khối lượng riêng:
Đối với pha lỏng:
Áp dụng công thức:
1
xtb
a SO2
SO
2
1 a SO2
H O
2
Trong đó:
xtb : Khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp lỏng, kg/m3.
a SO : Phần khối lượng của SO2 trong pha lỏng
2
SO , H O : Khối lượng riêng của SO2 và H2O ở 250C, kg/m3.
2
2
- Tra bảng I.5 ở 250C có: H O = 997,08 (kg/m3)
2
0
- Tra bảng I.2 ở 25 C có: SO (200C) = 1383 (kg/m3)
2
SO (400C) = 1327(kg/m3)
2
Dùng phương pháp nội suy => SO (250C) = 1369 (kg/m3)
2
- Tính a SO :
2
Áp dụng công thức aSO
2
Trong đó
M SO .xtb
2
M SO2 .xtb M H 2O (1 xtb )
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
a SO : Phần khối lượng trung bình của SO2 trong hỗn hợp.
2
xtb: Nồng độ phần mol trung bình của SO2 trong pha lỏng, (kmol
SO2/kmol H2O)
xtb = 2,86.10-4 (kmol SO2/kmol H 2O)
64 2,86.104
= 1,016.10-3
64 2,86.10 4 (1 2,86.104 ) 18
→ aSO =
2
- Tính khối lượng phân tử của hỗn hợp lỏng Mx
-4
-4
M x = xtb. M SO +(1–xtb). M H O = 2,86.10 ×64+(1-2,86.10 )×18 =18,013156
2
2
Làm tròn Mx =18
Đối với pha khí:
- Tính My
Áp dụng công thức: My = ytb. M SO + (1 - ytb). M KK
2
Trong đó:
My: Phân tử lượng trung bình của hỗn hợp khí, (kg/kmol)
M SO , M KK : Khối lượng phân tử của SO2 và không khí, (kg/kmol)
2
ytb: Phần mol trung bình của SO2 trong hỗn hợp
(kmol SO2/kmol hỗn hợp khí)
→ My = 0,0163×64 + (1-0,0163)×29 = 29,5705
- Tính ytb =
[ ytb M SO2 (1 ytb ) M kk ] 273
22, 4 T
→ ytb = 1,209 kg/m
- Tính xtb :
→ xtb
aSO2
SO
2
1
xtb
=
[0, 0163 64 (1 0, 0163) 29] 273
22, 4 298
3
aSO2
SO
2
1 aSO2
H O
2
1
1
3
997,36 (kg/m )
1 aSO2 1, 016.10 3 1 1, 016.10 3
1369
997, 08
H2O
2. Lượng khí trung bình đi trong tháp:
Vytb =
Vd Vc
(m3 / h)
2
với:
Vđ: Lưu lượng hỗn hợp đầu ở điều kiện làm việc (m3/ h)
(II.183)
Vc: Lưu lượng khí thải đi ra khỏi tháp (m3 / h): V c = Vtr * (1 + Yc )
(II.183)
Vđ =
G y M ytb
ytb
=
1023, 08 29,5705
3
25023,15 m /h
1, 209
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
với:
Mytb: Khối lượng mol phân tử trung bình của hỗn hợp khí (kg /
kmol)
3
ytb : Khối lượng riêng trung bình của pha khí (kg / m )
Gtr M ytb
Tương tự: Vtr =
=
ytb
994, 44 29,5705
3
24322, 65 m /h
1, 209
-3
3
Vc = V tr ×(1+ Yc ) = 24322,65×(1+4,608.10 )=24434,73 m /h
→ V ytb = 24728,94 m3/h
3. Độ nhớt x , y :
Đối với pha lỏng:
Áp dung công thức: lg x xtb lg SO (1 xtb ) lg H O
2
I-84
2
Trong đó:
SO , H O : độ nhớt của SO2 và H2O ở 250C, Ns/m2
2
2
Tra bảng I-101 sổ tay I: SO (200C)= 0,304.10-3 Ns/m2
2
0
-3
SO (30 C)= 0,279.10 Ns/m
2
2
→ SO (250C) =0,2915.10-3Ns/m2
2
Tra bảng I-102 sổ tay I: H O (250C)= 0,8937.10-3Ns/m2
2
xtb: Nồng độ phần mol trung bình của SO2 trong pha lỏng, (kmol SO2/kmol H2O)
xtb = 2.86*10-4 (kmol SO2/kmol H2O)
→ lg x = 2,86.10-4×lg(0,2915.10-3)+(1-2,86.10-4)×lg(0,8937.10-3)= -3,0489
→ x = 8,935.10-4 Ns/m2
Đối với pha khí:
Áp dụng công thức:
My
y
ytb .M SO2
SO
2
(1 ytb ).M KK
KK
Trong đó y , SO , kk : độ nhớt trung bình của pha khí, của SO2 và của không khí
2
ở điều kiện làm việc 250C, Ns/m2
M y , M SO , M kk : khối lượng phân tử của pha khí, của SO2 và của không
2
khí ở điều kiện làm việc 250C và P=1atm
Tra đồ thị I-35 ta có : SO (25 0C)=0,0125.10-3, Ns/m2
2
0
-3
kk (25 C)=0,018.10 , Ns/m
2
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
y
My
ytb .M SO2
SO
(1 ytb ).M KK
KK
2
29, 5705
1, 77.105 ( Ns / m 2 )
0, 0163 64 (1 0, 0163) 29
0,0125.103
0, 018.103
4. Tính vận tốc đảo pha:
Áp dụng công thức:
Y =1,2.e-4X
s2 . d . ytb x
Với Y
g .Vd3 . xtb n
1
G
X x
Gy
( II-187 )
0,16
1
4 ytb 8
xtb
s : tốc độ đảo pha, m/s
Vđ: thể tích tự do của đệm, m3/m3
2
3
d : bề mặt riêng của đệm, m /m
Tháp hấp thụ SO2 mang tính axit nên ta chọn đệm vòng Rasig đổ lộn xộn: đệm
bằng sứ kích thước 25×25×3.0
Vđ= 0,75 m3/m3
3
3
d = 195 m /m
g: gia tốc trọng trường, g=9,81m/s2
Gx, Gy là lượng lỏng và lượng hơi trung bình( kg/s)
Gx =
GSO2bihapthu
Gxd Gxc
G * Y *
994, 44 0, 0288 0,84
= 42034,056+
Gxd
Gxd tro d
2
2
2
2
→G x = 42046,08 kmol/h
→G x=42046,08 ×18=756829,44 kg/h→ Gx=
Gy =
G yd Gyc
2
G yd Gyd GSO2bihapthu
2
756829, 44
210, 2304 kg/s
3600
1023.08 1023, 08 994, 44 0,0288 0,84
2
→ Gy = 1011,05 kmol/h
→G y=1011,05 ×29,5705=29897,25 kg/h→ Gy=
1
G
→ X x
Gy
1
1
29897, 25
8,305 kg/s
3600
1
4 ytb 8 210, 2304 4 1, 209 8
0,969
xtb 8,305 997,36
Từ phương trình của Y ta có:
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
1, 2.e 4 X g Vd3 xtb
s
d ytb x
n
0,16
1, 2.e 4*0,969 9,81 0, 753 997, 36
8,935.104
195*1, 209
3
1, 005.10
0,16
0, 666 m/s
Thông thường: tb (0,8 0,9)s
Chọn tb =0,85 s → tb =0,85×0,666=0,5661 m/s
5. Tính đường kính tháp
Đường kính tháp:
Công thức: D=
4 V
ytb
3600 tb
=
4 24728,94
3,93 m→ Quy tròn D=3,9 m
3600 0,5661
Kiểm tra:
+
dtd
1
D 50
Ta có dtd
→
4 Vd
d
4 0,75
0, 0154
195
dtd 0, 0154
1
3, 95 103
3, 9
50
D
→ thỏa mãn điều kiện
Kiểm tra theo mật độ tưới U =
Vl
L
(m 2/m2h)
f l f
Với V1 là lưu lượng thể tích chất lỏng, m3/h
f: tiết diện tháp, m2
f=
D2
4
→ U=
3,9 2
4
11, 95 m
2
42034, 056 18
63,5 > 1,5 là giá trị mật độ tưới tối thiểu
997, 08 11,95
Mật độ tưới tới hạn Uth = đ.b (m3/m2h)
Trong đó:
b: hằng số (chọn b = 0,158)
U th = 195×0,158 = 30,81 m3/m2h
Vậy
U
63,5
=2,06>1
U th 30,81
→Đệm thấm ướt rất tốt
(II.177)
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
II.2 Tính toán chiều cao tháp:
Chiều cao tháp được xác định theo phương pháp số đơn vị chuyển khối:
H = hdv.my (m)
Trong đó: H: chiều cao tháp, m
hdv: chiều cao một đơn vị chuyển khối, m
my: số đơn vị chuyển khối
Xác định chiều cao một đơn vị chuyển khối:
hdv = h1 +
m '.Gy
Gx
h2 (m)
Trong đó: h1: chiều cao 1 đơn vị chuyển khối ứng với pha khí
h2: chiều cao 1 đơn vị chuyển khối ứng với pha lỏng
m’: giá trị trung bình của tg góc nghiêng đường cân bằng Y*=f(X)
với mặt phẳng ngang
Tính h1 và h2:
h1
Vd
2/3
Re0.25
y Pry , m
a d
Trong đó: a : hệ số phụ thuộc vào dạng đệm, với đệm vòng a=0,123
: hệ số thấm ướt của đệm, do
U
1 nên =1
U th
Rey: chuẩn số Renoyd đối với pha khí
Re y
→ Re y
0, 4 y s
y d
0, 4 1, 209 0, 666
93,3
1, 77.105 195
Pry: chuẩn số Pran: Pry
0,0043.10 4 T 1,5
Dy =
P ( v 1SO/ 3 v 1kk/ 3 ) 2
2
y
y Dy
1
1
(m2/s)
M SO
M kk
2
Trong đó: T: nhiệt độ làm việc tuyệt đối T=298K
P: áp suất làm việc P=1atm
3
vSO : thể tích mol của SO2, vSO =44,8 cm /mol
2
2
3
vkk : thể tích mol của không khí, vkk =29,9 cm /mol
→ Dy =
0, 0043.10 4 2981,5
1, 0326 (44,81/3 29,91/3 ) 2
1
1
2
1, 0826.105 m /s
64 29
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
1, 77.105
=1,3523
1, 209 1, 0826.105
0,75
→ h1
93,30,25 *1,35232/3 = 0,119 m
0,123 1195
Vậy Pry
x 2/3
0.5
) Re0.25
x Prx
x
h2 256 (
Trong đó : Gx=42046,08×18=756829,44 kg/h→ Gx=
756829, 44
210, 2304 kg/s
3600
Rex là chuẩn số Renoyd đối với pha lỏng:
Re x
0, 04 Gx
0, 04 210, 2304
=
= 4,03886
Ft d x 11,95 195 8,935.104
Prx là chuẩn số Pran đối với pha lỏng: Prx
x
x Dx
Dx: hệ số khuếch tán của SO2 vào nước ở nhiệt độ 250C
Dt = D20[1+b(t-20)] (m 2/s)
Trong đó: D20: hệ số khuếch tán của SO2 vào nước ở 200C
D 20=
106
1/3 2
AB H 2O (v1/3
SO2 vH 2 O )
1
1
(m2/s)
M SO2 M H 2O
A: hệ số, đối với chất khí tan trong nước A=1
B: hệ số, dung môi là nước B=4,7
0
3
vSO : thể tích mol của SO 2 ở 20 C, vSO =44,8 cm /mol
0
3
vH O : thể tích mol của H2O ở 20 C, vH O =18,9 cm /mol
0
-3
2
H O : độ nhớt của nước ở 20 C, H O =1,005*10 Ns/m =1,005 cP(bảng I.102-94)
2
2
2
2
2
2
6
→ D20=
b=
10
1 4, 7 1, 005(44,81/3 18, 91/3 )2
1 1
2
1, 466.109 (m /s)
64 18
0, 2 H2O
3
H O
2
0
H O : khối lượng riêng của nước ở 20 C, H O = 998,23 kg/m3
2
→b =
2
0, 2 1, 005
3
998, 23
0, 02
→D x = 1,466.10-9[1+0,02(25-20)]= 1,6126.10-9 m2/s
→ Prx
8,935.104
555,5
997,36 1, 6126.109
→ h2 256 (
8, 935.10 4 2/3
) 4, 038860,25 555,50,5 0, 795m
997,36
Tính m’: Từ phương trình đường cân bằng ta có: m’=41,697
Gy=1011,05 ×29,5705=29897,25 kg/h→ Gy=
29897, 25
8,305 kg/s
3600
bảng I.5-11
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
Vậy ta xác định được chiều cao của một đơn vị chuyển khối:
hdv = 0,119 +
41, 697 8,305
0, 795 =1,428 m
210, 2304
Xác định số đơn vị chuyển khối:
Dựa vào giá trị Xcbc= 6.868*10-4 (kmol SO2/kmol nước)
X
Y
Ycb
Y-Ycb
1/(Y-Ycb)
0
4,608*10-3
0
4,608*10 -3
217
0,0001
8,835*10-3
4,095*10-3
4,74*10-3
210,97
0,0002
0,013
8,223*10-3
4,777*10 -3
209,336
0,0003
0,0173
0,0124
4,9*10-3
204,08
0,0004
0,0215
0,0166
4,9*10-3
204,08
0,0005
0,0257
0,021
4,7*10-3
212,77
0,0005723
0,0006
0,0288
0,03
0,0239
0,025
4,9*10-3
5*10-3
204,08
200
0,0006868
0,0336
0,0288
4,8*10-3
208,33
Công thức tính số đơn vị chuyển khối:
Yd
my =
dY
Y Y
Yc
(II.175)
cb
Vẽ hình thang cong quan hệ giữa Y và f(Y)=
Y
-3
4,608.10
8,835.10-3
0,013
0,0173
0,0215
0,0257
0,0288
0,03
0,0336
1/(Y-Ycb)
217
210,97
209,336
204,08
204,08
212,77
204,08
200
208,33
S
0,904514595
0,875287245
0,8888444
0,857136
0,875385
0,6461175
0,242448
0,734994
1
Y Ycb
my
6,02472674
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
Hình thang cong
2.50E+02
1/(Y-Ycb)
2.00E+02
1.50E+02
1.00E+02
5.00E+01
0.00E+00
1
2
3
4
5
6
7
8
Y
Diện tích hình thang cong chính bằng số đơn vị chuyển khối là my =6,025
→ H=1,4285×6,025=8,61 m. Quy chuẩn H=8,6 m
Đây thực chất là chiều cao lớp đệm. Chiều cao của tháp ngoài chiều cao của lớp
đệm còn tính đến chiều cao từ mặt trên của đệm đến đỉnh tháp và từ mặt dưới
đệm tới đáy tháp và khoảng cách giữa hai lớp đệm
Áp dụng công thức:
Htháp = Hđ + H đệm- nắp + Hđệm-đệm + Hđệm- đáy
Hđệm-nắp
=1m
Hđệm-đệm
= 0,5 m do tách lớp đệm làm đôi
Hđệm-đáy
=1m
Vậy chiều cao tháp Htháp = 8,6+1+0,5+1=11,1 m
II.3. Trở lực
Áp dụng công thức
P Pu Pk
Trong đó:
Pk :Tổn thất đệm khô
Pu :Tổn thất đệm ướt
Tháp hấp thụ đạt hiệu suất cao nhất khi vận tốc của khí bằng vận tốc điểm
đảo pha
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
=> Trở lực của tháp đệm đối với hệ khí-lỏng dưới điểm đảo pha có thể xác định
được bằng công thức sau:
0,405
0,225
Gx
y
Pu (1 K )Pk Pk 1 A1
.
. x
x
Gy
y
0,045
[II-190] ( * )
Trong đó:
Pu: tổn thất áp suất khi đệm ướt tại điểm đảo pha có tốc độ của khí bằng
tốc độ của 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)
x , y : độ nhớt của lỏng và khí (Ns/m2)
A1: hệ số (ứng với điểm tốc độ làm việc bằng 0.85 tốc độ đảo pha)
=> A1 = 5,1
* Tổn thất áp suất của đệm khô tính theo công thức:
2
2
H y . t ' H . d y . y
PK . .
. 3
d td
2
2
4 Vd
'
[II-189]
Rey = 93,3 => ở chế độ xoáy và đệm là đệm vòng đổ lộn xộn
=> '
16
16, 0
=
=6,46
0,2
93, 30,2
Re y
Tính trở lực đệm khô:
Pk
' H d
4
Vd3
y2 y
2
=
6, 46 8, 6 195 0,56612 1, 209
=1243,66 N/m2
3
4
0, 75
2
0,045
0,405
0,225
8, 935.10 4
210, 2304
1, 209
2
→ Pu 1243, 66 1 5,1.
7424,9 N/m
.
.
997,36
5
8,305
1,
77.10
=> P Pk Pu 1243, 66 7424,9 8668, 56( N / m 2 )
II.4. Mô phỏng
Bảng mô phỏng ở 1 số điều kiện: đính kèm
Dựa vào bảng mô phỏng kèm theo ta có các nhận xét như sau:
Ảnh hưởng khi thay đổi nhiệt độ:
Nhiệt độ tăng không có lợi cho quá trình hấp thụ. Nhiệt độ tăng làm giảm hiệu
suất hấp thụ và để đạt được yêu cầu phải tăng thêm kích thước thiết bị, tăng
đường kính và chiều cao.
Ảnh hưởng của áp suất:
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
Áp suất có ảnh hưởng tới hiệu suất hấp thụ, làm tăng hiệu suất hấp thụ. Nhưng
nếu áp suất tăng thì chi phí kinh tế cũng tăng theo như là phải lắp đặt thêm máy
nén, chi phí năng lượng tăng do công suất hoạt động của máy tăng rất mạnh.
Từ bảng mô phỏng ta chọn P=3 atm, T=250C→ D=2 m; H=9,2 m
→ Htháp= 9,2+1+0,5+1=11,7 m; Gxđ=14000 kmol/h
PHẦN 2: TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ PHỤ
Trong việc hấp thụ SO2 bằng nước sử dụng tháp đệm cần có các thiết bị phụ
giúp cho quá trình vận chuyển chất lỏng và cung cấp khí vào tháp theo chế độ
làm việc của tháp giúp việc hấp thụ đạt được hiệu suất mong muốn.Trong các
thiết bị phụ thì bơm và máy nén khí là hai thiết bị quan trọng nhất.
I. BƠM
Trong công nghiệp, bơm ly tâm được sử dụng rộng rãi và có nhiều loại khác
nhau về cấu tạo cũng như cách vận hành.
Bơm ly tâm được phân loại theo nhiều cách khác nhau như theo số bậc, theo
cách đặt bơm, theo điều kiện vận chuyển của chất lỏng từ guồng ra thân bơm và
theo 1 số đặc trưng khác
Theo dây chuyền công nghệ trong bài ta chọn bơm ly tâm 1 cấp nằm ngang.
I.1. Nguyên tắc làm việc của bơm ly tâm
Nguyên tắc hoạt động: Bơm ly tâm làm việc theo nguyên tắc ly tâm. Chất lỏng
được hút và đẩy cũng như nhận thêm năng lượng là nhờ tác dụng của lực ly tâm
khi cánh guồng quay. Bộ phận chính của bơm là cánh guồng trên có gắn những
cánh có hình dạng nhất định, bánh guồng được đặt trong thân bơm và quay với
tốc độ lớn. Chất lỏng theo ống hút vào tâm guồng theo phương thẳng góc rồi
vào rãnh giữa các guồng và cùng chuyển động với guồng. Dưới tác dụng của lực
ly tâm, áp suất của chất lỏng tăng lên và văng ra vào thân bơm, 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
có lắp lưới lọc để ngăn không cho rác và vật rắn theo chất lỏng vào bơm gây tắc
bơm và đường 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 dồn vào bơm gây ra va đập thủy lực làm hỏng bơm
I.2. Các thông số đặc trưng của bơm
Áp suất mặt thoáng P1= 9,81.104 N/m2
Áp suất làm việc P= 3 atm=3×1,013.105=303900 N/m2
Gia tốc trọng trường g=9,81 m/s2
Ở 250C: ρnước=997,08 kg/m3
μnước=0,8937.10-3 Ns/m2
Áp suất toàn phần của bơm H(m):
Áp dụng phương trình becnulli ta có
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
2http://www.foxitsoftware.com
2
’
1
’
1
2
’
P
Hh
1
’
1
Mặt cắt 1-1 và 1’-1’:
P1
12
Pv
v2
H h hmh (1)
.g 2.g .g 2.g
Mặt cắt 1-1 và 2-2
Pr
2
P
2
r 2 2 H d hmd (2)
.g 2.g .g 2.g
Trong đó:
P1: áp suất bề mặt nước không gian hút
P2: áp suất không gian đẩy
ρ: khối lượng riêng của nước
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 ống đẩy
hmh + hmd=
P
.g
P : Áp suất toàn phần cần thiết để khắc phục sức cản thủy lực trong hệ thống,
áp suất toàn phần của bơm là hiệu áp suất giữa hai giai đoạn hút và đẩy
ω1: vận tốc nước ở bể chứa, ω1=0
ω2: vận tốc nước khi vào tháp hay trong ống đẩy
ω1’: vận tốc nước khi vào bơm
ω2’: vận tốc nước khi ra khỏi bơm
Thực tế: ω2 = ω2’
→ H H 0 hm
P2 P1 1'
.g
2 .g
Xác định tổn thất áp suất do trở lực gây ra trên đường ống hút của bơm
hmh =
Ph
.g
Trong đó: Ph Pd Pm Pc
Pd : áp suất động lực học cần thiết để tạo tốc độ cho dòng chảy ra khỏi ống
- Xem thêm -
.PDF 
40 
111 
54 
