Thiết kế hệ thống hấp thụ loại tháp chóp
§å ¸n m«n qu¸ tr×nh thiÕt bÞ
ThiÕt kÕ hÖ thèng hÊp thô ®Ó lµm s¹ch khÝ
Hä vµ tªn:
Líp :
C¸c sè liÖu ban ®Çu :
ThiÕt bÞ hÊp thô lo¹i th¸p chãp.
Hçn hîp t¸ch: H2S -kh«ng khÝ.
Lu lîng khÝ th¶i vµo th¸p lµ: 11.000 Nm3/h
Nång ®é H2S trong dßng khÝ vµo theo % thÓ tÝch lµ: 2%
HiÖu xuÊt hÊp thô: 85%
Dung m«i hÊp thô lµ H2O
NhiÖt ®é vµ ¸p xuÊt hÊp thô,lîng dung m«i m« pháng theo mét sè ®iÒu kiÖn.
C¸c phÇn thuyÕt minh vµ tÝnh to¸n:
I.
Më ®Çu
II.
TÝnh to¸n thiÕt kÕ hÖ thèng hÊp thô
1. C©n b»ng vËt liÖu
2. §êng kÝnh
3. ThiÕt kÕ ®Üa chãp
4. ChiÒu cao
5. Trë lùc
6. C¸c chi tiÕt cña th¸p
III.
TÝnh to¸n qu¹t hoÆc m¸y nÐn khÝ
IV.
TÝnh to¸n hÖ thèng b¬m dung m«i
V.
TÝnh vµ chän c¬ khÝ
VI.
KÕt luËn
VÏ s¬ ®å d©y chuyÒn hÖ thèng hÊp thô: khæ A4.
VÏ b¶n vÏ chi tiÕt(vÏ l¾p)th¸p hÊp thô: khæ A1.
Gi¸o viªn híng dÉn
1
Môc lôc
i.
më ®Çu……………………………………………………………..3
ii.
tÝnh to¸n thiÕt kÕ hÖ thèng hÊp thô………………..9
1. ThiÕt lËp ph¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu………………………………9
2. TÝnh ®êng kÝnh…………………………………………………………11
3. ThiÕt kÕ ®Üa chãp………………………………………………………...13
4. TÝnh chiÒu cao cña th¸p…………………………………………………18
5. TÝnh trë lùc cña th¸p…………………………………………………….22
6. B¶ng m« pháng…………………………………………………………..24
iii.
ThiÕt kÕ thiÕt bÞ phô………………………………………...24
1. B¬m chÊt láng…………………………………………………………….24
2. Thïng cao vÞ………………………………………………………………28
3. M¸y nÐn khÝ…………………………………………………………….....29
iv.
tÝnh vµ chän c¬ khÝ…………………………………………...33
1. Chän vËt liÖu………………………………………………………………33
2. TÝnh chiÒu dµy th©n th¸p…………………………………………………33
3. TÝnh chiÒu dµy n¾p vµ ®¸y thiÕt bÞ……………………………………….36
4. Chän mÆt bÝch……………………………………………………………..36
5. Chän ch©n ®ì……………………………………………………………... 37
V.
kÕt luËn……………………………………………………………41
vi.
tµi liÖu tham kh¶o…………………………………………….42
2
i. më ®Çu
¤ nhiÔm m«i trêng : vÊn ®Ò chung mang tÝnh toµn cÇu vµ cÊp b¸ch. ë hÇu hÕt c¸c quèc
gia, chÝnh phñ ®· ®Çu t rÊt nhiÒu,c¶ vÒ vèn vµ c«ng nghÖ cho viÖc xö lÝ c¸c chÊt g©y «
nhiÔm m«i trêng. C¸c níc cµng ph¸t triÓn, khoa häc c«ng nghÖ tiªn tiÕn th× « nhiÔm m«i
trêng cµng trë lªn nghiªm träng. ë ViÖt Nam,tuy nÒn c«ng nghiÖp cha ph¸t triÓn m¹nh
mÏ nhng do nhiÒu nguyªn nh©n chñ quan vµ kh¸ch quan , lµm cho m«i trêng níc ta ngµy
cµng « nhiÔm . ViÖc chÆt ph¸ rõng còng nh ho¹t ®éng cña c¸c nhµ m¸y ®· th¶i ra m«i trêng rÊt nhiÒu chÊt g©y « nhiÔm. Còng nh nhiÒu níc kh¸c trªn thÕ giíi hiÖn nay, vÊn ®Ò xö
lÝ c¸c chÊt g©y « nhiÔm ë níc ta ®ang gÆp nhiÒu khã kh¨n . Nguyªn nh©n cña « nhiÔm m«i
trêng lµ do c¸c chÊt th¶i tõ nhµ m¸y, khu c«ng nghiÖp vµ c¸c ho¹t ®éng kh¸c. Mét trong
nh÷ng chÊt khÝ g©y « nhiÔm m«i trêng lµ H2S).
KhÝ Sunfur¬ lµ chÊt khÝ kh«ng mµu, cã mïi h¨ng cay khi nång ®é trong khÝ quyÓn lµ
1ppm. Sunfur¬ lµ s¶n phÈm chñ yÕu cña qu¸ tr×nh ®èt ch¸y c¸c nhiªn liÖu cã chøa lu
huúnh(c¸c nhµ m¸y nhiÖt ®iÖn thêng lµ nguån ph¸t sinh ra nhiÒu Sunfur¬ trong khÝ th¶i).
Ngoµi ra cßn kÓ ®Õn qu¸ tr×nh tinh chÕ dÇu má, luyÖn kim, s¶n suÊt axit Sunfuric , tinh
luyÖn quÆng ®ång, kÏm, ch×, thiÕc…s¶n xuÊt xi m¨ng vµ giao th«ng vËn t¶i còng lµ nh÷ng
n¬i ph¸t sinh ra nhiÒu khÝ Sunfur¬. T¸c ®éng cña khÝ Sunfur¬ tíi m«i trêng cã thÓ kÓ ra ë
®©y nh:
- SO2 lµm thiÖt h¹i mïa mµng, lµm nhiÔm ®éc c©y trång
- Ma axit lµm ®Êt vµ níc bÞ « nhiÔm bëi SO2 vµ SO3 trong khÝ quyÓn
• Kh«ng khÝ bÞ « nhiÔm do SO2 vµ SO3 cã thÓ lµm b¹c mµu c¸c t¸cphÈm nghÖ thuËt,
¨n mßn kim lo¹i vµ lµm gi¶m bÒn cña c¸c vËt liÖu v« c¬, h÷u c¬ …. VËy môc ®Ých
thu håi vµ sö lÝ ®Ó lµm gi¶m thiÓu t¸c h¹i cña nã ®èi víi m«i trêng vµ con ngêi.
HÊp thô lµ qu¸ tr×nh hót khÝ b»ng chÊt láng . KhÝ ®îc hót gäi kµ chÊt bÞ hÊp thô,chÊt láng
dïng ®Ó hót gäi lµ dung m«i(hay ch©t hÊp thô), khÝ kh«ng bÞ hÊp thô gäi lµ khÝ tr¬.
B¶n chÊt cña qu¸ tr×nh hÊp thô: khÝ hoµ tan vµo trong láng sÏ t¹o thµnh hçn hîp 2 cÊu tö: (
Φ =2,k = 2,c = 2-2+2 = 2 thµnh phÇn vµ 2 pha. HÖ thèng nh vËy theo ®Þnh luËt pha2) ®îc
gäi nh hçn hîp láng cã 2 thµnh phÇn. C©n b»ng pha ®îc x¸c ®Þnh bëi P,T,C.NÕu T = const
th× ®é hoµ tan phô thuéc vµo P theo ®Þnh luËt Henrry:
YCB = m.x
+Víi khÝ lÝ tëng, m = const
→ quan hÖ yCB = f(x) lµ ®êng th¼ng.
+ Víi khÝ thùc, m phô thuéc vµo ®êng c©n b»ng lµ ®êng cong.
HÖ sè c©n b»ng m =
ψ
P
;
ψ : hÖ sè Henrry, cã thø nguyªn cña P.
P: ¸p suÊt [at ] .
*C¸c yÕu tè ¶nh hëng ®Õn qu¸ tr×nh hÊp thô:
-¶nh hëng cña lîng dung m«i:Theo ph¬ng tr×nh chuyÓn khèi, lîng khÝ bÞ hÊp thô ®îc tÝnh
theo c«ng thøc sau:
3
G = kY.F. ∆Ytb
y
a1
a
yc
a2
a3
a4
b
o
x®
x yuu
Trong ®iÒu kiÖn nhÊt ®Þnh ,G lµ lîng kh«ng ®æi vµ cã thÓ coi hÖ sè chuyÓn khèi k Y còng
kh«ng ®æi. Do ®ã, bÒ mÆt tiÕp xóc pha F chØ ®îc thay ®æi t¬ng øng víi sù thay ®æi ∆Ytb
sao cho F. ∆Ytb lµ kh«ng ®æi .
Tõ ®å thÞ suy ra khi X ®,Y®,Yccè ®Þnh th× nång ®é cuèi cña dung m«i ®îc quyÕt ®Þnh
theo ®éng lùc trung b×nh ∆Ytb , tøc lµ ®iÓm cuèi cña ®êng lµm viÖc AB(®iÓm nµy chØ ®îc
dÞch chuyÓn tõ A → A4 ). §êng lµm viÖc BA4 c¾t ®êng c©n b»ng, lóc nµy ∆Ytb lµ nhá
nhÊt. §êng AB gÇn song song víi trôc tung, nªn ∆Ytb lµ lín nhÊt.
V× F. ∆Ytb kh«ng ®æi
→ øng víi BA4 cã F lín nhÊt, øng víi BA cã F bÐ nhÊt. T¬ng
tù t¹i A4 cã Xc lín nhÊt, t¹i A cã Xc bÐ nhÊt.
Dùa vµo ph¬ng tr×nh nång ®é lµm viÖc Y = A.x + B víi:
A = tang α =
Suy ra øng víi BA4 cã A4 =
A=
Gx
Gx
; B = Yc Gtr
Gtr
Gx
bÐ nhÊt(lîng dung m«i tèi thiÓu), cßn øng víi BA th×
Gtr
Gx
lµ lín nhÊt nªn lîng dung m«i cßn lµ lín nhÊt do Gtr kh«ng ®æi.
Gtr
4
Do ®ã nÕu chän lîng dung m«i Ýt nhÊt, ta thu ®îc Xc lín nhng thiÕt bÞ ph¶i rÊt lín(v«
cïng cao). Tr¸i l¹i, nÕu chän lîng dung m«i lín nhÊt, th× thiÕt bÞ bÐ nhng dung dÞch thu ®îc l¹i qu¸ lo·ng v× Xc bÐ. Do ®ã, khi chän ®iÒu kiÖn lµm viÖc ta ph¶i dùa vµo chØ tiªu kinh
tÕ, kü thuËt.
*¶nh hëng cña T vµ P lªn qu¸ tr×nh hÊp thô:
NhiÖt ®é T vµ ¸p suÊt P lµ nh÷ng yÕu tè ¶nh hëng quan träng lªn qu¸ tr×nh hÊp thô , mµ
chñ yÕu ¶nh hëng lªn tr¹ng th¸i c©n b»ng vµ ®éng lùc qu¸ tr×nh.
Tõ ph¬ng tr×nh Henrry ta thÊy, khi nhiÖt ®é t¨ng th× hÖ sè Henrry t¨ng → ®êng c©n b¨ng
dÞch chuyÓn vÒ trôc tung.
y
y
t3
p4
p3
t2
b
a
b
a
t1
p2
p1
o
o
x
t3 t2 t1
→ NÕu ®êng lµm viÖc AB kh«ng ®æi →
p3
p2
p1
x
∆Ytb gi¶m, do ®ã cêng ®é chuyÓn khèi gi¶m
theo.NÕu cø tiÕp tôc t¨ng nhiÖt ®é,vÝ dô ®Õn ts th× kh«ng nh÷ng ∆Ytb gi¶m mµ ngay c¶
qu¸ tr×nh kh«ng thùc hiÖn ®îc(v× ®êng c©n b»ng vµ ®êng lµm viÖc c¾t nhau,nªn kh«ng thÓ
®¹t ®îc nång ®é cuèi Xc). §ã lµ ¶nh hëng xÊu cña t¨ng nhiÖt ®é . Tuy nhiªn, khi T t¨ng
th× ®é nhít cña dung m«i gi¶m nªn vËn tèc khÝ t¨ng, cêng ®é chuyÓn khèi còng t¨ng theo.
Trong trêng hîp t¨ng ¸p suÊt , ta thÊy hÖ sè c©n b»ng m =
dÞch chuyÓn vÒ phÝa trôc hoµnh
t¨ng
→
ψ
P
gi¶m
→ ®êng c©n b»ng
∆Ytb t¨ng lªn ,qu¸ tr×nh chuyÓn khèi tèt h¬n.Nhng P
→ T t¨ng ⇒ g©y ¶nh hëng xÊu ®Õn qu¸ tr×nh hÊp thô. MÆt kh¸c, P t¨ng g©y khã
kh¨n vÒ mÆt thiÕt bÞ ⇒ qu¸ tr×nh hÊp thô chØ ®îc thùc hiÖn ë P cao ®èi víi nh÷ng khÝ khã
hoµ tan.
5
VÝ dô: HÊp thô CO2 b»ng H2O tiÕn hµnh ë 17at; thu håi CO ë 12at…
*C¸c lo¹i th¸p hÊp thô:
-
ThiÕt bÞ lo¹i bÒ mÆt:®¬n gi¶n , bÒ mÆt tiÕp xóc pha bÐ → chØ dïng khi chÊt khÝ dÔ hoµ
tan trong láng.
-
ThiÕt bÞ lo¹i mµng: thiÕt bÞ lo¹i èng, lo¹i tÊm.
-
ThiÕt bÞ lo¹i phun: kh«ng phï hîp víi khÝ khã hoµ tan.
-
ThiÕt bÞ lo¹i ®Öm: bÒ mÆt tiÕp xóc pha lín, hiÖu xuÊt cao nhng khã lµm ít ®Òu ®Öm.
-
ThiÕt bÞ lo¹i ®Üa(th¸p ®Üa) gåm:
+Th¸p ®Üa cã èng ch¶y truyÒn: ®Üa chãp , ®Üa lç(líi), ®Üa Supp¸p, ®Üa sãng ch÷ S.
+Th¸p ®Üa kh«ng cã èng ch¶y truyÒn.
→ XÐt th¸p hÊp thô SO2 trong kh«ng khÝ b»ng H2O víi th¸p chãp.
-
Th¸p ®Üa chãp lµ th¸p gåm nhiÒu ®Üa, trªn ®Üa cã nhiÒu chãp. Trªn ®Üa cã l¾p èng ch¶y
truyÒn ®Ó vËn chuyÓn chÊt láng tõ ®Üa nµy sang ®Üa kh¸c. Sè èng ch¶y truyÒn phô thuéc
vµo kÝch thíc cña th¸p vµ lu lîng chÊt láng, èng ch¶y truyÒn ®îc bè chÝ theo nhiÒu c¸ch.
KhÝ ®i tõ díi lªn qua èng h¬i vµo chãp, qua khe chãp ®Ó tiÕp xóc víi chÊt láng trªn ®Üa.
Chãp cã cÊu t¹o d¹ng trßn hoÆc d¹ng kh¸c. Th©n th¸p cã r·nh trßn , ch÷ nhËt hoÆc tam
gi¸c ®Ó khÝ ®i qua. H×nh d¸ng cña r·nh trªn chãp kh«ng ¶nh hëng mÊy ®Õn qu¸ tr×nh
chuyÓn khèi. Chãp ®îc l¾p vµo ®Üa b»ng nhiÒu c¸ch.
HiÖu qu¶ cña qu¸ tr×nh phô thuéc rÊt nhiÒu vµo vËn tèc khÝ. NÕu vËn tèc khÝ bÐ th×
kh¶ n¨ng sôc khÝ kÐm, nhng nÕu vËn tèc khÝ qu¸ lín sÏ lµm b¾n chÊt láng hoÆc cuèn chÊt
láng theo khÝ. HiÖn tîng b¾n chÊt láng tÊt nhiªn cßn phô thuéc vµo yÕu tè kh¸c nh kho¶ng
c¸ch gi÷a c¸c ®Üa, kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c chãp, khèi lîng riªngcÊu t¹o vµ kÝch thíc cña
chãp vµ èng ch¶y chuyÒn.
*ThuyÕt minh d©y chuyÒn:
- Hçn hîp khÝ cÇn xö lÝ SO2 vµ kh«ng khÝ ®îc m¸y nÐn khÝ 2 ®a vµo ë ®¸y th¸p, trªn ®êng èng cã n¾p van ®iÒu tiÕt lu lîng khÝ vµ g¾n vµo èng tríc khi ®i vµo th¸p mét ®«ng hå
®o lu lîng chÊt láng vµo th¸p 14
- Níc tõ bÓ 4 ®îc b¬m li t©m 3 ®a lªn thïng cao vÞ 8, trªn ®êng èng cã van an toµn 7 .Níc tõ thïng cao vÞ 8 ®i vµo th¸p víi lu lîng thÝch hîp, qua mét ®ång hå ®o lu lîng níc vµo
th¸p 9, tíi tõ trªn xuèng díi theo chiÒu cao th¸p hÊp thô 1.
- KhÝ SO2 sau khi ®îc xö lÝ ®i lªn n¾p th¸p vµ ra ngoµi lç n¾p.
6
- Níc hÊp thô SO2 ®i qua lç ®¸y, qua Van nh¶ s¶n phÈm hÊp thô 16 ®Õn hÖ thèng nh¶ hÊp
thô 6.Tuy nhiªn trong khu«n khæ ®å ¸n ta kh«ng tÝnh ®Õn hÖ thèng nµy.
*sè liÖu thiÕt kÕ:
Th¸p chãp: hçn hîp SO2 - kh«ng khÝ
Lu lîng hçn hîp khÝ th¶i vµo th¸p:12.000 Nm3/h.
Nång ®é cÊu tö bÞ hÊp thô vµo th¸p : 3% mol/mol.
HiÖu suÊt hÊp thô 95%.
Dung m«i hÊp thô: H2O
NhiÖt ®é lµm viÖc: 300C
¸p suÊt lµm viÖc : 6 at
S¬ ®å hÖ thèng hÊp thô
7
10
8
12
9
7
13
1
11
14
15
16
3
4
2
6
5
CHó THÝCH:
1. Th¸p hÊp thô
2. M¸y nÐn khÝ
3.B¬m chÊt láng
4.BÓ chøa níc
5.Thïng chøa khÝ
9.§ång hå ®o lu lîng níc vµo
10. Van tù ®éng
11.Van lu lîng níc khi b¬m
12.Van lu lîng khÝ s¶n phÈm ®Ønh
13. HÖ thèng ph©n phèi chÊt láng
6. HÖ thèng nh¶ hÊp thô
7. Van an toµn
8. Thïng cao vÞ
14.§ång hå ®o lu lîng khÝ vµo th¸p
15.Van ®iÒu tiÕt khÝ vµo th¸p
16.Van nh¶ s¶n phÈm hÊp thô
ii.tÝnh to¸n thiÕt kÕ hÖ thèng hÊp thô
1. thiÕt lËp ph¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu.
Th¸p lµm viÖc ë T = 30 0C hay T = 303 0K
8
P = 6 at hay P = 4413 mmHg = 5,8 atm.
Theo ®Þnh luËt Henrry
Ycb = m.x
Trong ®ã
m=
ψ
SO2 30o C
P
=
0,0364.106
4413
(II_138)
m = 8,2472
(víi ψSO2 30o C lµ h»ng sè Henrry cña SO2 ë nhiÖt ®é 300C)
*ChuyÓn sang nång ®é phÇn mol t¬ng ®èi ta cã
Ph¬ng tr×nh ®êng c©n b»ng
Ycb =
m. X
1 + (1 − m ). X
Ycb =
8,2472. X
1 − 7,2472. X
⇒
Ta cã nång ®é SO2 trong dßng khÝ vµo theo % thÓ tÝch lµ 3%
→
y® = 0,03
y
→ Y® = 1 − dy
d
=
0,03
= 0,03092
1 −0,03
(Kmol/Kmol khÝ tr¬)
HiÖu xuÊt hÊp thô η = 95%
Mµ η =
Yd − Yc
Yd
⇒ Yc = (1 −η) .Y® = (1 −0,95) .0,03092
Yc = 1,5464.10-3
(Kmol/Kmol khÝ tr¬)
*Ph¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu cho mét ®o¹n thiÕt bÞ
Gtr¬. (Y − Yc ) = Gx. ( X − X d )
→Y=
Gx
G
.( X − X d ) + Yc - x . X d
Gtr
Gtr
GY = 12000 Nm3/h
12000
ta ®æi ra GY = 22,4 = 535,7143 (kmol/h)
9
Gtr = GY.
1
= GY.(1-y®)
1 +Yd
VËy Gtr = (1-Y®).GY = 535,7143.(1-0,03)
Gtr = 519,643
( Kmol
h)
Gx = β.Gx min
Chän β = 1,5
Gxmin :lîng dung m«i tèi thiÓu ®¹t ®îc khi:
Xc = Xcmax =
Xcmax =
Yd
m + ( m − 1).Yd
0,03092
8,2472 + 7,2472,0,03092
Xcmax = 3,65.10-3 (Kmol/Kmol dm)
Do ®ã Gxmin = Gtr.
Yd − Yc
X c max − X d
Gxmin = 519,643.
0,03092 −1,5464.10 −3
3,65.10−3
→ Gxmin = 4180,4565 (Kmol/h)
⇒ Gx = 1,5.Gxmin = 1,5.4180,4565
Gx = 6270,6848 (Kmol/h)
Ph¬ng tr×nh ®êng lµm viÖc
Y=
GX
GX
. X + Yc .X d
Gtr
Gtr
Y=
6270,6848
. X + 1,5464.1
519,643
`*Mét sè kÝ hiÖu trong c¸c c«ng thøc ®· dïng
-X®: nång ®é ban ®Çu cña cÊu tö cÇn hÊp thô trong dung m«i (Kmol/Kmol dm)
-Xc: nång ®é cuèi cña cÊu tö cÇn hÊp thô trong dung m«i (Kmol/Kmol dm)
Y = 12,0673.X + 1,5464.10-3
-Y®: nång ®é ban ®Çu cña cÊu tö cÇn hÊp thô trong hçn hîp khÝ (Kmol/Kmol khÝ tr¬)
10
-Yc: nång ®é cuèi cña cÊu tö cÇn hÊp thô trong hçn hîp khÝ (Kmol/Kmol khÝ tr¬)
-GY: Lîng hçn hîp khÝ ®i vµo thiÕt bÞ hÊp thô (Kmol/h)
-GX: Lîng dung m«i ®i vµo thiÕt bÞ hÊp thô (Kmol/h)
-Gtr: Lîng khÝ tr¬ ®i vµo thiÕt bÞ hÊp thô (Kmol/h)
- β: Lîng dung m«i/Lîng dung m«i tèi thiÓu
2. tÝnh ®êng kÝnh cña th¸p
*C«ng thøc
4.Vtb
π.3600.ωtb
D=
(m)
(II_181)
+ Vtb: Lîng khÝ trung b×nh ®i trong th¸p (m3/h)
Trong ®ã:
+ ωtb : Tèc ®é khÝ trung b×nh ®i trong th¸p (m/s)
*TÝnh to¸n
+ Vytb =
Víi
V yđ + V yc
2
+ Vy® : Lu lîng hçn hîp khÝ ®Çu ë ®iÒu kiÖn lµm viÖc (m3/h)
+ Vyc : Lu lîng khÝ th¶i ra khái th¸p (m3/h)
V® =
G y .M ytb
ρ ytb
*MYtb = ytb .M SO2 ytb.MSO2 + (1-ytb).MKK
Ytb =
Yd + Yc
0,03092 +1,5464.10−3
=
= 1,6233.10-3
2
2
Y
→ ytb = tb =
1 + Ytb
1,6233.10 −3
1 +1,6233.10 −3
ytb = 1,597.10-2
(Kmol/kmol)
⇒ MYtb = 1,597.10-2.64 + (1-1,597.10-2).29
MYtb = 29,559
* ρytb =
M ytb .273.P
22,4.T .Po
ρytb = 6.8959
VËy
Vy® =
(Kg/kmol)
=
29,559.273.5,8
22,4.303.1
(Kmol/m3)
535,714.29,559
= 2296,3245 (m3/h)
6,8959
Vyc = Vtr.(1+Yc)
víi Vtr =
Gtr .M ytb
ρytb
11
(Kmol/kmol)
Gtr .M ytb
→ Vyc =
ρytb
.(1+Yc)
(
519,643.29,559
. 1 +1,5464.10 −3
6,8959
=
)
Vyc = 2230,879 (m3/h)
⇒ Vytb =
V yđ + V yc
2
=
2296,3245 + 2230,879
2
Vytb = 2263,6019 (m3/h)
*VËn tèc khÝ ®i trong th¸p chãp
( ρy .ωy )tb
= 0,065. ϕ[σ].
h.ρxtb .ρytb
(Kg/m2.s)
(II_184)
Trong ®ã + ρxtb :khèi lîng riªng trung b×nh cña pha láng (kg/m3)
+ ρytb : khèi lîng riªng trung b×nh cña pha khÝ (kg/m3)
+ h: kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c ®Üa (m)
víi D = 1,2
÷ 1,8 m th× h ∈ 0,35 ÷ 0,45 (m)
Ta chän h = 0,4 (m)
Tra to¸n ®å trong sæ tay I trang 363 cã
σ > 20 →
ϕ[σ] = 1
+ TÝnh ρxtb .
Xc =
=
Gtr
(Yd − Yc )
GX
(
519,643
0,03092 −1.5464.10−3
62706848
Xc = 2,4333.10-3
xtb =
)
X
c
→ xc =
= 2,4274.10-3
1+ Xc
xd + xc
x
= c = 1,2137.10-3 (Kmol/h)
2
2
→ Mxtb = xtb. M SO2 + (1 − xtb ).M H 2O
= 1,2137.10-3 .64 +(1-1,2137.10-3).18
Mxtb = 18,0558 (Kg/kmol)
L¹i cã
1
ρxtb
Víi atb =
=
atb1 1 − atb 2
+
ρ xtb1
ρ xtb 2
xtb .M SO2
M xtb
=
(II_183)
1,2137.10 −3.64
18,0558
12
(Kmol/h)
=
4,302.10-3 (Kg/kg)
Tra trong sæ tay I ta ®îc: ρxtb1 = ρSO2, 30o C = 1355 (kg/m3)
ρxtb 2 = ρH 2O ,30o C = 995,68 (kg/m3)
⇒ ρxtb =
atb
ρ xtb1
1
1
−
3
1 − atb = 4,302.10
1 − 4,302.10 −3
+
+
1355
995,68
ρ xtb 2
ρxtb = 996,817(Kg/m3)
Ta ®îc
→
( ρy .ωy )tb
= 0,065.1.
0,4.6,8959.996,817
ωytb = 0,065. 0,4.6,8959.996,817 = 0,4943 (m/s)
6,8959
VËy
D =
4.2263,6109
π.3600.0,4943
= 1,2727 (m)
Quy chuÈn D = 1,2 (m) tháa m·n víi c¸ch chän h = 0,4 (m).
3. thiÕt kÕ ®Üa chãp
•
Chän chãp cã ®êng kÝnh èng h¬i dh = 75 mm = 0,075 m
•
Sè chãp ph©n bè trªn ®Üa sao cho tæng diÖn tÝch «ng h¬i chiÕm 10% diÖn tÝch ®Üa.
Sè chãp n = 0,1.
D2d
dh2
(II _236)
Dd : ®êng kÝnh ®Üa,Dd = D = 1,2 (m)
dh : ®êng kÝnh èng h¬i,chän lµ 0, 05 (m).ChiÒu dµy èng h¬i chän = 0,0035(m).
1, 22
Sè chãp n = 0,1.
= 58 chãp.
0, 052
•
§êng kÝnh chãp dch = d 2 h + ( d h + 2δ ch ) 2
(m)
δch : ChiÒu dµy chãp,thêng trong kho¶ng 2 ÷ 3 (mm)
Ta chän δch = 2 (mm) = 2.10-3 (m).
→ dch = 0, 052 + ( 0, 05 + 2.2.10 −3 ) 2 = 0,07 (m).
•
ChiÒu cao chãp phÝa trªn èng h¬i
h2 = 0,25dch = 0,25.0,07
13
(II_236).
h2 = 0,0175 (m).
•
Kho¶ng c¸ch tõ mÆt ®Üa ®Õn ch©n chãp
S = 0÷25 (mm). Chän S = 20(mm) = 2.10-2 (m).
•
Khe chãp h×nh ch÷ nhËt
dtd :§êng kÝnh t¬ng ®¬ng cña khe chãp h×nh ch÷ nhËt tÝnh theo c«ng thøc:
dtd =
4.a.b
2.( a + b )
Trong ®ã: + a: chiÒu réng khe chãp chän trong kho¶ng 2 ÷ 7 (mm)
→ chän a = 5 (mm)
Hay a = 5.10-3 (m)
+ b: chiÒu cao khe chãp tÝnh theo c«ng thøc:
ξ.ωy 2 .ρ y
b=
g .ρx
- ωy =
4.V
y
π.3600.d h 2 .n
=
(II_236).
4.V y
π.3600.0,1.D 2
(v× n =
D2
dh2
.0,1 )
.Vy : lu lîng h¬i ®i trong th¸p (m3/h).
Vy = 22,4.
T Po
303 1
.
.535,7143 = 2219,78 (m3/h)
.
.G y = 22,4.
273 5,8
To P
→ ωy =
4.2219,78
π.3600.0,1.1,2 2
= 5,452 (m/s).
ξ lÊy trong kho¶ng 1,5 ÷ 2 → chän ξ = 2.
⇒b =
2.(5,452 ) 2 .6,8959
= 0,042 (m).
9,81.996,817
VËy dt® =
•
4.5.10 −3.0,042
(
2. 5.10 −3 + 0,042
)
= 8,936.10-3 (m).
Sè lîng khe chãp
0, 052.3,14
4
i=
= 9 khe
0, 005.0, 042
•
ChiÒu cao møc CL trªn khe chãp: h1 = 0,015 ÷ 0,040 (m)
Chän h1 = 0,04(m)
•
Chu vi phÇn trµn:
14
Ctr = l +
88,8.(π.D )
360
Ctr = 1,93(m)
•
dc =
§êng kÝnh t¬ng ®¬ng cña èng ch¶y chuyÒn
4.G xtb
π.3600.ρx .ωc .z
(II_236)
Gxtb:lu lîng trung b×nh ®i trong th¸p (kg/h)
ρx = 996,817 (kg/m3)
z:sè èng ch¶y chuyÒn (1 ÷ 2èng) ta chän z = 2
ωc : tèc ®é chÊt láng trong èng ch¶y chuyÒn
ωc ∈0,1 ÷0,2 (m/s) Ta chän ωc = 0,2(m/s)
Gx® = 6270,6848 (Kmol/h)
Gxc = (1+ xc). Gx® =(1+2,4274.10-3). 6270,6848
= 6285,906
→ Gxtb =
G xd + Gc
6270,6848 + 6285,906
=
= 6278,295 (Kmol/h)
2
2
4.6278,295
π.3600.996,817.0,2.2
⇒ dc =
•
(Kmol/h)
= 0,0746
(m)
Kho¶ng c¸ch tõ ®Üa ®Õn ch©n èng ch¶y chuyÒn
l3 = 0,25dc = 0,25.0,0746
l3 = 0,01865m)
•
ChiÒu cao èng ch¶y chuyÒn trªn ®Üa:
hc = (h1 + b + S) - ∆h
+ChiÒu cao møc chÊt láng bªn trªn èng ch¶y chuyÒn
∆h =
3
V
3600.1,85.π.d
c
Tõ trªn cã Vx =
G xtb
ρx
=
2
(m) (II_237)
6278,295
996,817
ThÓ tÝch líp chÊt láng trªn ®Üa VCL =
= 6,298 (m3/h)
π.D 2
4
.hx =
V× hx chän ë trªn = 0,04 (m)
→ ThÓ tÝch chÊt láng ch¶y qua lµ:
15
π.1,2 2
4
.0,04
= 0,0452(m3/h)
V = Vx – VCL = 6,298 – 0,0452 = 6,2528 (m3/h)
2
∆h =
3
6,2528
3600.1,85.π.0,0746
= 0,0252 (m)
-> hc = (0,04 + 0,042 +0,02) - 0,0252 = 0,0768 (m)
•
Kho¶ng c¸ch nhá nhÊt gi÷a c¸c chãp
l2 = 12,5 + 0,25.dch = 12,5 +0,25.70 = 30(mm).
•
Bíc tèi thiÓu cña chãp trªn ®Üa
tmin = dch + 2δch + 0,035
= 0,07 +2.0,002 +0,03
tmin = 0,104 (m) quy chuÈn tmin = 0,11(m).
•
F: phÇn bÒ mÆt cã g¾n chãp (nghÜa lµ trõ 2 phÇn diÖn tÝch ®Üa ®Ó èng ch¶y
chuyÒn ) (m2)
a = 0,3
R =
÷ 0,5(m)
chän a = 0,35 (m)
1
1
.D =
.1,2 = 0,6 (m)
2
2
Gäi S1 : lµ diªn tÝch 1 èng ch¸y chuyÒn
R
S1 =
∫
R 2 − x 2 .dx
1
= .x. R 2 − x 2 +
2
a
R2
x
arcsin (CËn
2
R
S1 = 0,085 (m)
DiÖn tÝch ®Üa S® =
π.D 2
4
=
π.1,2 2
4
= 1,131 (m2)
→ F = S® - 2.S1 = 1,131 – 2.0,085 = 0,961 (m2)
16
tõ 0,35 ®Õn 0,6)
®ÜA
a
r
f
•
f: tæng diÖn tÝch c¸c chãp trªn ®Üa
diÖn tÝch 1 chãp : S1ch =
π .0, 07 2
π .d ch 2
=
3,848.10-3 (m)
4
4
⇒ Tæng diÖn tÝch c¸c chãp f = n. S1ch = 28.3,848.10-3 = 0,2232 (m2)
•
ChiÒu cao chãp :hch = hc + ∆h = (0,04 +0,042 +0,02) = 0,102(m)
Quy chuÈn = 0,1(m)
•
∆: ChiÒu cao cña líp chÊt láng trªn èng ch¶y chuyÒn
∆ = ∆h = 0,052 (m)
•
ρb : Khèi lîng riªng cña bät ∈ ( 0,4 ÷ 0,6 ).ρ x
Chän ρb = 0,5.ρx = 0,5.996,817 = 498,408 (Kg/m3)
•
TÝnh chiÒu cao cña líp bät trªn ®Üa(m) theo c«ng thøc:
hb =
( hc + ∆ − hx ).( F − f ) ρ x + hx .ρ b . f + ( hch − hx ). f .ρ b
F .ρ b
Thay lÇn lît c¸c gi¸ trÞ võa tÝnh ®îc ë trªn ta cã
17
(m) (II_185)
( 0, 0768 + 0, 052 − 0, 04 ) . ( 0,961 − 0, 2232 ) .996,817
hb =
0,961.498, 408
+
0,961.0, 2232.498, 408
0,961.498, 408
( 0,102 − 0, 04 ) .0, 2232.498, 408
+
0,961.498, 408
⇔
4.
hb = 0,1575 (m)
tÝnh chiÒu cao cña th¸p
4.1.HÖ sè chuyÓn khèi
1
1
m
Ky =
+
βy
(II_162)
βx
Trong ®ã: + m: hÖ sè ph©n bè vËt chÊt phô thuéc vµo to,P,nång ®é c¸c pha
+ βy : hÖ sè cÊp khèi pha khÝ (Kmol/m2.s)
( ∆y = 1)
+ βx : hÖ sè cÊp khèi pha láng (Kmol/m2.s) ( ∆x = 1)
•
TÝnh βy , βx theo c¸c c«ng thøc:
βy = 4,47.10
−4
.ωy1,32 .∆Px
−4
βx = 33,4.10 .ωy
0,79
.∆Px
Kmol
Kmol
2
m .s.
Kmol
(II_164)
Kmol
Kmol
2
m .s.
Kmol
(II_164)
ωy : Tèc ®é khÝ tÝnh cho mÆt c¾t tù do cña th¸p (m/s)
∆Px = ∆P® - ∆Pk:Søc c¶n thuû lùc cña líp chÊt láng trªn ®Üa
∆P® : Søc c¶n thuû lùc chung cña ®Üa (N/m2)
∆Pk : Søc c¶n cña ®Üa kh« (N/m2)
Ta cã trë lùc th¸p chãp tÝnh theo c«ng thøc:
∆P = Ntt . ∆P®
(N/m2)
(II_192)
∆P® = ∆Pk + ∆Ps + ∆Pt (N/m2) (II_192)
→ ∆P® - ∆Pk = ∆Ps + ∆Pt
* ∆Ps: trë lùc cña søc c¨ng bÒ mÆt (N/m2)
18
∆Ps =
4.σ hh
d tđ
1
(N/m2)
=
σ hh
(II_192)
1
1
+
σ1 σ 2
→ σ hh =
σ 1.σ 2
σ1 + σ 2
Víi σ1 = σ SO2 ,30 o C = 20,75.10-3 (N/m)
σ 2 = σ H 2O,30o C = 71,15.10-3 (N/m)
→ σ hh = 16,06.10-3 (N/m)
⇒ ∆Ps =
4.16,06.10 −3
8,936.10 −3
= 7,191 (N/m2)
* ∆Pt : Trë lùc cña líp chÊt láng trªn ®Üa (N/m2)
hr
∆Pt = ρb .g . hb −
2
(N/m2) (II_194)
hr :chiÒu cao cña khe chãp tÝnh ®îc hr = b = 0,042 (m)
g : Gia tèc träng trêng = 9,81 (m/s2)
0,042
⇒ ∆Pt = 498,408.9,81.0,1575 −
= 667,4 (N/m2)
2
⇒ ∆Px = ∆Pt + ∆Ps = 667,4 + 7,191
= 674,591
(N/m2)
VËy ta tÝnh ®îc:
βy =
4,47.10 −4.0,49431,32.674,591
βy = 0,12
βx =
33,7.10 −4.0, 4943 0,79.674,591
βx = 1,31
-
Kmol
Kmol
2
m .s.
Kmol
Kmol
Kmol
2
m .s.
Kmol
Sè ®¬n vÞ chuyÓn khèi
19
m yT =
K y. f
(II_173)
Gy
Víi th¸p chãp th×:
f: diÖn tÝch lµm viÖc cña ®Üa (m2) tÝnh theo c«ng thøc:
f = F – (n .fh + m.fcb)
F : mÆt c¾t tù do cña thiÕt bÞ (m2)
π .D 2
F =
4
=
π.1,2 2
4
= 1,131 (m2)
fh: mÆt c¾t ngang cña èng h¬i
fh =
π .d 2 h
π.0,075 2
=
= 1,963.10-3 (m2)
4
4
fcb : mÆt c¾t ngang c¸c èng ch¶y chuyÒn (m2)
fcb =
π .d 2 c
π.0,0746 2
=
= 4,371.10-3 (m2)
4
4
n :sè èng h¬i = 58 èng
m :sè èng ch¶y chuyÒn =2 chän theo trªn
→f
= 1,131 – (58.1,963.10-3 + 2.4,371.10-3)
⇔f
= 1,0084 (m2)
Thµnh lËp b¶ng quan hÖ
X
Y
m=
0
1,5464.10-3
7,93
3.10-4
5,2.10-3
7,44
8.10-4
11,2.10-3
6,41
20
13.10-4
17,2.10-3
4,76
36,499.10-4
45,6.10-3
0,61
- Xem thêm -