Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Đồ án tính toán và thiết kế tháp hấp thu mâm chóp để hấp thu SO2...

Tài liệu Đồ án tính toán và thiết kế tháp hấp thu mâm chóp để hấp thu SO2

.DOC
49
2793
126

Mô tả:

Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục LỜI CẢM ƠN Đề tài của em là: “Hấp thu mâm chóp”. Đây là một đề tài không dễ mà cũng không khó. Ngoài việc tìm thêm tài liệu, sự hỗ trợ từ giáo viên hướng dẫn là cũng là một điều cần thiết để em hoàn thành đồ án này. Và sau một thời gian tính toán với sự giúp đỡ của thầy hướng dẫn, em đã hoàn thành bản báo cáo đồ án này. Tuy nhiên, do em chưa có nhiều kinh nghiệm tính toán và kiến thức chuyên sâu về máy, thiết bị, nên những sai sót trong tính toán là điều không thể tránh khỏi. Em rất mong nhận được những ý kiến của thầy để đồ án sau của em có thể tốt hơn. Em xin cảm thư viện trường đã tạo điều kiện cho em có được tài liệu tham khảo, cảm ơn thầy Nguyễn Hữu Trung đã giúp đỡ tận tình em hoàn thành đồ án, cùng thầy Tiến cũng đã giúp em giải đáp một số thắc mắc. 1 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... Phần đánh giá:     Ý thức thực hiện: ................................................................... Nội dung thực hiện: ............................................................... Hình thức trình bày: ............................................................... Tổng hợp kết quả: Điểm bằng số:..................... Điểm bằng chữ: ....................... TP. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2014 Giáo viên hướng dẫn (Ký ghi họ và tên) 2 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... TP. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2014 Giáo viên phản biện (Ký ghi họ và tên) 3 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU................................................................................................................3 CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU..................................................................................................3 1. Tổng quan về khí SO2 và xử lí...................................................................................3 1.1 Tổng quan về SO2....................................................................................................3 1.2 Phương pháp xử lí SO2.............................................................................................3 2. Tổng quan về hấp thu và hấp thu mâm chóp..............................................................3 2.1 Hấp thu.....................................................................................................................3 2.2 Thiết bị mâm chóp (đĩa chóp)...................................................................................3 3. Khảo sát, lựa chọn dung môi......................................................................................3 4. Sơ đồ quy trình công nghệ và thuyết minh quy trình..................................................3 CHƯƠNG II: CÂN BẰNG CHẤT VẬT........................................................................3 1. Các thông số ban đầu..................................................................................................3 2. Tính toán....................................................................................................................3 CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN VÀ CHỌN THIẾT BỊ CHÍNH.........................................3 1. Đường kính tháp.........................................................................................................3 2. Tính chiều cao thân tháp.............................................................................................3 3. Thiết kế đĩa chóp........................................................................................................3 4. Tính và lựa chọn kết cấu thiết bị chính.......................................................................3 4.1 Tính chiều dày thân tháp...........................................................................................3 4.2 Tính chiều dày đáy, nắp thiết bị................................................................................3 5. Chọn mặt bích............................................................................................................3 5.1 Mặt bích nối nắp với thân.........................................................................................3 5.2 Bích để nối các ống dẫn............................................................................................3 5.2.1 Đường kính ống dẫn khí vào.................................................................................3 5.2.2 Ống dẫn khí ra.......................................................................................................3 5.2.3 Ống dẫn dòng lỏng vào..........................................................................................3 5.2.4 Ống dẫn dòng lỏng ra............................................................................................3 4 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục 6. Chọn chân đỡ..............................................................................................................3 6.1 Chọn chân đỡ:...........................................................................................................3 6.2 Chọn tai treo :...........................................................................................................3 CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN VÀ CHỌN THIẾT BỊ PHỤ.............................................3 1. Bơm............................................................................................................................ 3 2. Quạt............................................................................................................................ 3 KẾT LUẬN:................................................................................................................... 3 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................3 5 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Số liệu kích thước mặt bích nối thân, nắp.........................................................3 Bảng 2: Số liệu kích thước mặt bích để nối các ống dẫn................................................3 Bảng 3: Số liệu kích thước của chân đỡ.........................................................................3 Bảng 4: Số liệu kích thước tai treo thiết bị.....................................................................3 6 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Sơ đồ quá trình hấp thu.....................................................................................3 Hình 2: Vẽ số mâm lý thuyết..........................................................................................3 Hình 3: Bố trí chóp minh họa, và đĩa phân phối.............................................................3 Hình 4:Mặt bích để nối nắp với thân..............................................................................3 Hình 5: Bích nối các ống dẫn.........................................................................................3 Hình 6 : Chân đỡ thiết bị................................................................................................3 Hình 7: Tai treo thiết bị..................................................................................................3 7 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục LỜI MỞ ĐẦU Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển và cùng với nó là nhu cầu ngày càng cao về độ tinh khiết của các sản phẩm. Vì thế, các phương pháp nâng cao độ tinh khiết luôn luôn được cải tiến và đổi mới để ngày càng hoàn thiện hơn, như là: cô đặc, hấp thụ, chưng cất, trích ly,… Tùy theo đặc tính yêu cầu của sản phẩm mà ta có sự lựa chọn phương pháp phù hợp. Đối với hệ SO2- không khí là 2 cấu tử tan lẫn hoàn toàn, ta dùng phương pháp hấp thu để làm sạch khí. Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị là một môn học mang tính tổng hợp trong quá trình học tập của các kỹ sư Công nghệ Hóa học tương lai. Môn học giúp sinh viên giải quyết nhiệm vụ tính toán cụ thể về: quy trình công nghê, kết cấu, của một thiết bị trong sản xuất hóa chất - thực phẩm. Đây là bước đầu tiên để sinh viên vận dụng những kiến thức đã học của nhiều môn học vào giải quyết những vấn đề kỹ thuật thực tế một cách tổng hợp. 8 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU 1. Tổng quan về khí SO2 và xử lí. 1.1 Tổng quan về SO2 Trong số các chất gây ô nhiễm không khí thì SO 2 là chất gây ô nhiễm khá điển hình. Sulfuro là sản phẩm chủ yếu của các quá trình đốt cháy các nguyên, nhiên liệu chứa S. Các nhà máy điện thường là nguồn phát sinh ra nhiều SO 2 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 nơi phát sinh nhiều SO2. SO2 là chất khí không màu, mùi kích thích mạnh, dễ hóa lỏng, dễ hòa tan trong nước, khi hòa tan trong nước tạo thành dung dịch Sunfuro, SO 2 có nhiệt độ nóng chảy  75 o C và nhiệt độ sôi ở  10 o C . Nguyên tử S trong phân tử SO 2 có cặp electron hóa trị tự do, linh động và ở trạng thái oxy hóa trung gian (+4) nên SO 2 có thể tham gia phản ứng theo nhiều kiểu khác nhau. Trong môi trường không khí SO2 dễ bị oxi hóa và biến SO3 trong khí quyển, SO3 tác dụng với nước trong môi trường ẩm và biến thành axit hoặc muối Sunfat. Chúng sẽ nhanh chóng tách khỏi khí quyển và gây ô nhiễm môi trường đất và nước. SO 2 làm thiệt hại mùa màng, nhiễm độc cây trồng. Mưa axit có nguồn gốc từ SO 2 làm thay đổi pH của đất, nước, hủy hoại các công trình kiến trúc, ăn mòn kim loại. Chính vì những tác động tiêu cực trên mà việc giảm tải lượng cũng như nồng độ  SO2 phát thải SO2 vào môi trường đang là vẫn đề rất được quan tâm. 1.2 Phương pháp xử lí SO2 SO2 được xử lí bằng phương pháp các phương pháp khác nhau trong đó hấp thu là chủ yếu, để hấp thu SO2 ta có thể dùng nước, dung dịch hoặc huyền phù của muối kim loại kiềm, kiềm thổ.. Hấp thu bằng nước: SO2  H 2 O  HSO3  H  độ hòa tan của SO2 trong nước khá thấp nên cần sử dụng lưu lượng dung môi lớn. 2. Tổng quan về hấp thu và hấp thu mâm chóp. 9 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục 2.1 Hấp thu Trong quá trình sản xuất hóa học thường chúng ta thu được hỗn hợp nhiều cấu tư, muốn tiếp tục gia công, chế biến chúng thì chúng ta phải tách chúng ra thành từng cấu tử. Có nhiều phương pháp để tách hỗn hợp khí ra thành các cấu tử riêng biệt, trong đó hấp thu là phương pháp rất quan trọng để: Thu hồi cấu tử quý, làm sạch khí, tạo hỗn hợp thành cấu tử riêng biệt hay tạo sản phẩm cuối cùng. Trong đó làm sạch khí là vấn đề được đề cấp đến trong nhiệm vụ đồ án này. Hấp thu là quá trình hút khí bằng chất lỏng, khí được hút gọi là chất bị hấp thu, chất lỏng dùng để hút gọi là dung môi, khí không bị hút gọi là khí trơ. 2.2 Thiết bị mâm chóp (đĩa chóp) Trong sản xuất người ta dùng nhiều loại thiết bị khác nhau để thực hiên quá trình hấp thu, với yêu cầu chung là bề mặt tiếp xúc pha lớn. Các loại thiết bị thường dùng như: Thiết bị loại bề mặt, loại màng, loại đệm, loại đĩa, loại thiết bị phun. Trong đó, thiết bị loại tháp mâm (đĩa) là loại thiết bị được giới thiệu trong nhiệm vụ đồ án này. Tháp đĩa được ứng dụng rất nhiều trong kĩ thuật hóa học. Trong tháp đĩa khí hơi phân tán qua các lớp chất lỏng chuyển động chậm từ trên xuống dưới, sự tiếp xúc riêng biệt trên các đĩa. (Người ta thường chọn tháp làm việc ở chế độ chảy dòng hoặc sủi bọt). Trong tháp đĩa người ta phân ra thành tháp đĩa chóp, tháp đĩa lưới… Trong đồ án lần này tháp đĩa chóp được chọn để hấp thu, vì tháp đĩa chóp có ưu điểm là: Hiệu suất truyền khối cao, ổn định, ít tiêu hao năng lượng hơn nên số mâm ít hơn, nhưng bên cạnh đó cũng có nhược điểm là chế tạo phức tạp, trở lực lớn. 3. Khảo sát, lựa chọn dung môi Quá trình hấp thu thực hiện được tốt hay xấu phần lớn do tính chất của dung môi quyết định. Một dung môi tốt cần có những đặc điểm sau đây: 1. Có tính hòa tan chọn lọc, nghĩa là chỉ hòa tan tốt cấu tử cần phân tách và không hòa tan các cấu tử còn lại hoặc chỉ hòa tan không đáng kể. Đây là tính chất chủ yếu của dung môi. 2. Độ nhớt dung môi bé, chất lỏng chuyển động dễ dàng và trở lực nhỏ, làm cho hệ số truyền khối lớn. 3. Nhiệt dung riêng bé, ít tốn nhiệt khi hoàn nguyên dung môi. 4. Nhiệt độ sôi khác xa với nhiệt độ sôi của chất hòa tan, như vậy dễ tách cấu tử ra khỏi dung môi. 10 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục 5. Nhiệt độ đóng rắn thấp, tránh hiện tượng đóng rắn làm tắt thiết bị. 6. Không tạo kết tủa, khi hòa tan tránh tắt thiết bị và thu hồi cấu tử đơn giản hơn. 7. Ít bay hơi mất mát ít. 8. Không độc với người, không ăn mòn thiết bị. Trong thực tế thì không có dung môi nào đạt được tất cả các tính chất trên, khi chọn dung môi phải dựa vào điều kiện cụ thể mà quan trọng nhất là tính hòa tan chọn lọc. Sau khi suy đi, tính lại, đối chiếu các điều kiện thì nước là dung môi phù hợp, thỏa đáng và phù hợp với nhiều điều nhất cho hấp thu SO 2 trong đồ án này, nước cũng là dung môi có sẳn và dễ kiếm. 4. Sơ đồ quy trình công nghệ và thuyết minh quy trình 11 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục Hình 1: Sơ đồ quá trình hấp thu CHÚ THÍCH: 1. 2. 3. 4. 5. 6. Bồn chứa nước Bơm ly tâm Van Bồn cao vị Ống chảy tràn Lưu lượng kế lỏng 7. Tháp mâm chóp 8. Thùng chứa nước sau hấp thu 9. Quạt khí 10. Lưu lượng kế khí 11. Ống xả khí 12. Thiết bị chứa SO2 cần hấp thu  Thuyết minh quy trình Nước từ bồn chứa nước 1 qua van được bơm 2 bơm lên bồn cao vị 4 được duy trì ở một lượng không đổi thông qua sự điều chỉnh lưu lượng ở van (nếu đầy nước quá thì nước sẽ chảy theo ống chảy tràn 5 xuống lại bồn chứa nước 1). Sau đó nước từ thùng 12 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục cao vị chảy theo ống xuống lưu lượng kế 6 để kiểm soát lượng nước thông qua điều chỉnh van, sau đó vào tháp hấp thu 7. Hỗn hợp khí chứa SO2 12 cần hấp thu sẽ được máy quạt khí 9 quạt vào ống đến lưu lượng kế 10 và được điều khiển bởi van để kiểm soát lưu lượng khí sau đó vào tháp. Trong tháp hấp thu 7 thì dòng nước được đưa từ trên xuống, còn dòng khí chứa SO 2 cần hấp thu được đưa từ dưới lên, hai dòng này sẽ tiếp xúc ngược chiều nhau, khí SO 2 được hấp thu sẽ đi lên nắp tháp và theo ống xả khí ra ngoài, còn dòng nước hấp thu sẽ đi qua đáy tháp qua van xả dung môi và chảy vào thùng chứa nước sau hấp thu để xử lí hay nhả hấp thu thì tùy. 13 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục CHƯƠNG II: CÂN BẰNG CHẤT VẬT 1.Các thông số ban đầu           Gd: lưu lượng hỗn hợp khí đi vào thiết bị hấp thu, kmol/h. Gc: lưu lượng hỗn hợp khí đi ra khỏi thiết bị hấp thu, kmol/h. Yd: nồng độ đầu của hỗn hợp khí, kmol/kmol khí trơ. Yc: nồng độ cuối của hỗn hợp khí, kmol/kmol khí trơ. Ld: lưu lượng hỗn hợp lỏng đi vào thiết bị hấp thu, kmol/h. Lc: lưu lượng hỗn hợp lỏng đi ra khỏi thiết bị hấp thu, kmol/h. Ltr: lưu lượng dung môi tinh khiết cần sử dụng, kmol/h. Xd: nồng độ đầu của hỗn hợp lỏng, kmol/kmol dung môi. Xc: nồng độ cuối của hỗn hợp lỏng, kmol/kmol dung môi. Gtr: lưu lượng khí trơ vào thiết bị, kmol/h. Số liệu cho trước:  Tháp mâm chóp: Hỗn hợp SO2 – Không khí  Áp suất làm việc: 1atm = 101325 Pa O  Nhiệt độ làm việc: 35 C  Hỗn hợp khí ra khỏi tháp có hàm lượng SO2: 2,5% thể tích  Lưu lượng hỗn hợp khí ra khỏi tháp: 2400 m 3 / h  Hiệu suất hấp thu: 80%  Nồng độ đầu của dung môi: 1,5% khối lượng SO2 2.Tính toán Lưu lượng hỗn hợp khí ra khỏi tháp là 2400 m 3 / h , làm việc ở nhiệt độ 35 O C và áp suất 1atm nên: P.V 1.2400 Gc= RT  0,082.(273  35) 95 (kmol/h) Hỗn hợp khí ra khỏi tháp có hàm lượng SO2 2,5% nên yc=0,025 14 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục y 0,025  Yc  c  0,02564 (kmol/kmol khí trơ) 1  y c 1  0,025 Lượng khí trơ vào thiết bị: Gtr = Gc.(1-yc) = 95.(1-0,025) = 92,625 (kmol/h) Độ hấp thu A=0,8 mà Yc Yd .(1  A) Y 0,02564  Yd  c  0,1282 (kmol/kmol khí trơ) 1 A 1  0,8 Nồng độ đầu của dung môi: 0,015 64 Xd= 1  0,015 0,004283 (kmol/kmol dung môi) 18 Áp dụng định luật Raoult, ta có phương trình đường cân bằng: Ycb = m. X 1  1  m . X trong đó m  Pbhi P Pbhi: áp suất hơi bão hòa của SO2 ở nhiệt độ 308oC    ln Pbhi C1  C 2 / T  C 3. ln T  C 4.T C 5 (Table 2-8, page 2-60, [III]) C1 = 47,365 C2 = -4084,5 C3 = -3,6469 C4 = 1,799.10-17 C5 = 6 ln Pbhi 47,365  4084,5  3,6469. ln 308  1,779.10  17.3086 13,222 308 Pbhi e13, 222 552384,7 m (Pa) 552384,7 5,45 101325 15 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục 5,45. X 5,45. X  1  (1  5,45) X 1  4,45 X thay vào phương trình cân bằng ta được Ycb  Thiết lập phương trình đường làm việc: Lượng dung môi cần sử dụng Ltr=b.Ltrmin Trong đó ta chọn giá trị b=1,5 Ltr min Gtr . Yd  Yc Xcmax được rút ra từ việc thay Yd và phương trình X c max  X d đường cân bằng 5,45 X 0,1282   X c max 0,0213 (kmol/kmol dung môi) 1  4,45. X Ltr min 92,625. 0,1282  0,02564 558,243 0,0213  0,004283  Ltr 1,5.558,243 837,36 (kmol/h) Vậy, phương trình đường làm việc: Y Ltr L 837,36 837,36 . X  Yc  tr . X d  . X  0,02564  .0,004283 Gtr Gtr 92,625 92,625 Hay Y = 9.X – 0,013  X c Gtr . Yd  Yc 0,1282  0,02564  X d 92,625.  0,004283 0,0156 Ltr 837,36 Số mâm lý thuyết đếm trên hình là 6 mâm. 16 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục Hình 2: Vẽ số mâm lý thuyết 17 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN VÀ CHỌN THIẾT BỊ CHÍNH 1.Đường kính tháp Áp dụng công thức: D 4Vtb  .3600. tb (Công thức IX.89, trang 181, [II]) Trong đó: Vtb lưu lượng khí trung bình đi trong tháp (m 3 / h )  tb tốc độ khí trung bình đi trong tháp (m/s) Tính lưu lượng khí trung bình theo (m 3 / h) : Vtb  G d  Gc 2 Theo đề cho Gc=2400 (m 3 / h) Theo cân bằng vật chất ở trên Gd .(1  y d ) Gc (1  y c ) => Gd  Gc .(1  y c ) , yc=0,025 1  yd Y 0,1282 Yd 0,1282  y d  d  0,1136 1  Yd 1  0,1282 1  0,025 2640(m 3 / h)  1  0,1136 2640  2400 Vtb  2520(m 3 / h)  2 Gd 2400. Tính vận tốc khí đi trong tháp: (  y . y ) tb 0,065.   . h. xtb . ytb ( kg / m 2 .s) (Công thức IX.105, trang 184, [II]) 18 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục Trong đó:  xtb : khối lượng riêng trung bình của pha lỏng ( kg / m 3 )  ytb : khối lượng riêng trung bình của pha khí ( kg / m 3 ) h: khoãng cách giữa các đĩa (m) Với D = 0,6 1,2 thì h 0,3 0,35 (Bảng trang 184, Sổ tay quá trình và thiết bị hóa chất tập II). Ta chọn h=0,3     : hệ số tính đến sức căng bề mặt.   20(dyn / cm) nên     = 1 (Bảng I.242, trang 301, Sổ tay quá trình và thiết bị hóa chất tập I) 1(dyn/cm) =0,001(N/m) Tính  ytb : M ytb  y tb .M SO2  (1  y tb ).M kk mà y tb  y d  y c 0,025  0,1136  0,0693 (mol/mol hỗn hợp) 2 2 Mytb=0,0693.64+(1-0,0693).29=31,4255 (kg/kmol)  Áp dụng phương trình trạng thái khí lý tưởng ta đổi 1kmol ra thể tích: nRT 1.0,082.308  25,256 (m3) P 1 M ytb 31,4255 (   1,244 kg / m 3 ) V 25,256 V    ytb Tính  xtb : M xtb  xtb .M SO2  (1  xtb ).M H 2O Xd 0,004283 xd   0,00426 (kmol/kmol hỗn hợp) 1  X d 1  0,004283 19 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục Xc 0,0156 xc   0,01536 (kmol/kmol hỗn hợp) 1  X c 1  0,0156 xtb  x d  x c 0,00426  0,01536  0,00981 (kmol/kmol hỗn hợp) 2 2 Mxtb=0,00981.64+(1-0,00981).18=18,45(kg/kmol)  Lại có: a 1  atb1 1  tb1  (Công thức IX.104a, trang 183, [II])  xtb  xtb1  xtb 2 với atb1 là phần khối lượng trung bình của cấu tử 1 trong pha lỏng atb1  xtb .M SO2 M xtb  0,00981.64 0,034 (kg/kg) 18,45  xtb 2   H O ,35o C 994,06 ( kg / m 3 ) (Bảng I.5, trang 12, [I]) 2  SO ,30o C 1383(kg / m 3 )  SO , 40o C 1327(kg / m 3 ) (Bảng I.2, trang 9, [I]) 2 2 =>  xtb1  SO ,35 2   xtb  a tb1  xtb1 o C 1341 ( kg / m 3 ) 1 1  1002,88 1  atb1 0,034 1  0,034 ( kg / m 3 )   1341 994,06  xtb 2 Từ đó ta được (  y . y ) tb 0,065.1. 0,325.1,2361.994,77   ytb  Vậy D  0,065.1. 0,325.1,244.1002,88 1,0555(m / s ) 1,244 4.2520 0,9189 (m)  .3600.1,0555 Chọn D=0,9(m) phù hợp cách chọn h=0,3(m) 2.Tính chiều cao thân tháp 20
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan