Tài liệu 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