ĐỒ ÁN MÔN HỌC CÁC QUÁ TRÌNH CƠ BẢN TRONG CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG Họ và tên: Vũ Kỳ Anh Mssv: 20122878 Lớp: Kỹ thuật môi trường K57 1 Nhiệm vụ thiết kế: Tính toán thiết kế tháp đĩa chóp để hấp thụ khí HCl trong môi trường không khí với dung môi là nước theo các số liệu sau:      Lưu lượng khí vào tháp: Gy = 12000 m3/h Nồng độ HCl đi vào tháp: yđ = 0,025 kmol/kmol Hiệu suất hấp thụ:  = 96% Lượng dung môi tiêu tốn: Gx = 1,2Gxmin Tháp làm việc ở điều kiện t = 25oC, p = 1.5at 2 Nội dung thiết kế: 2.1 Tính toán công nghệ:     Xác định đường kính và chiều cao của tháp Xác định trở lực của tháp Xác định kích thước các cửa vào và ra của thiết bị Tính toán thủy lực (lựa chọn bơm, quạt) 2.2 Tính toán cơ khí   Xác định chiều dày của thiết bị Tính toán và lựa chọn kết cấu lắp đặt thiết bị 2.3 Bản vẽ   Bản vẽ sơ đồ dây chuyền công nghệ (A3) Bản vẽ lắp đặt thiết bị (A1) 3 Thời gian thực hiện:   Ngày nhận nhiệm vụ: 03/03/2016 Ngày hoàn thành: 13/05/2016 Giáo viên hướng dẫn Hoàng Thị Thu Hương 1 MỤC LỤC I Mở đầu: Giới thiệu hệ thống thiết bị 3 II Tính toán thiết kế tháp hấp thụ 7 1 Điều kiện làm việc của tháp 7 2 Thiết lập phương trình đường cân bằng 8 3 Thiết lập phương trình đường làm việc 8 4 Tính đường kính tháp 9 5 Thiết kế đĩa chóp 13 6 Tính trở lực đĩa 15 7 Tính chiều cao tháp 16 III Thiết kế thiết bị phụ 19 1 Cửa vào, cửa ra thiết bị 19 2 Bơm chất lỏng 20 3 Máy nén khí 25 IV Tính toán cơ khí 31 1 Chọn vật liệu 31 2 Tính chiều dày thân tháp 32 3 Tính chiều dày đáy và nắp thiết bị 33 4 Chọn mặt bích 35 5 Cửa nối ống dẫn với thiết bị 36 6 Chọn chân đỡ 37 V Kết luận 40 VI Tài liệu tham khảo 41 2 I MỞ ĐẦU: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THIẾT BỊ: Ô nhiễm môi trường đang là vấn đề mang tính toàn cầu và cấp bách Ở hầu hết các quốc gia, chính phủ đã đầu tư rất nhiều, cả về vốn và công nghệ cho việc xử lý các chất gây ô nhiễm môi trường Các quốc gia càng phát triển, khoa học công nghệ càng tiên tiến thì ô nhiễm môi trường càng trở nên nghiêm trọng Ở Việt Nam, tuy nền công nghiệp chưa phát triển mạnh mẽ, nhưng do nhiều nguyên nhân chủ quan và khách quan, môi trường nước ta ngày càng bị ô nhiễm Việc chặt phá rừng cũng như hoạt động của các nhà máy đã thải ra moi trường rất nhiều chất gây ô nhiễm Cũng như nhiều nước khác trên thế giới hiện nay, vấn đề xử lý các chất gây ô nhiễm ở nước ta đang gặp nhiều khó khăn Nguyên nhân của ô nhiễm môi trường là do các chất thải từ nhà máy, khu công nghiệp và các hoạt động khác Một trong những chất khí gây ô nhiễm môi trường là HCl KhÝ HCl là một khí axit có nhiều trong các nhà máy sản xuất hóa chất như sản xuất chất tẩy rửa, bột giặt hay các nhà máy gia công bề mặt kim loại HCl thường bốc khói trắng - HCl gây hại cho thực vật, gây tổn hại khi tiếp xúc: hô hấp, ăn uống, qua da cho động vật - Có tính ăn mòn rất cao - Khí gây mùi khí ở nồng độ 0.1mg/m3 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: (  =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 =  ; P  : hÖ sè Henrry, cã thø nguyªn cña P 3  at  P: ¸p suÊt *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: G = kY.F Ytb y a1 a yc o a2 a3 a4 b x® x Trong ®iÒu kiÖn nhÊt ®Þnh ,G lµ lîng kh«ng ®æi vµ cã thÓ coi hÖ sè chuyÓn khèi kY 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  = Gx Gx ; B = Yc Gtr Gtr 4 Suy ra øng víi BA4 cã A4 = víi BA th× A = Gx bÐ nhÊt(lîng dung m«i tèi thiÓu), cßn øng Gtr Gx lµ lín nhÊt nªn lîng dung m«i cßn lµ lín nhÊt do G tr Gtr kh«ng ®æi 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 b a t1 p2 a p1 o t3 t2 t1 x o p3 p2 p1 x  NÕu ®êng lµm viÖc AB kh«ng ®æi  Ytb gi¶m, do ®ã cêng ®é chuyÓn khèi gi¶m theo.NÕu cø tiÕp tôc t¨ng nhiÖt ®é,vÝ dô ®Õn t s 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 5 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 =  gi¶m  P ®êng c©n b»ng dÞch chuyÓn vÒ phÝa trôc hoµnh  Ytb t¨ng lªn ,qu¸ tr×nh chuyÓn khèi tèt h¬n.Nhng P t¨ng  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 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 HCl 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 6 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 HCl vµ kh«ng khÝ ®îc quạt khí ®a vµo ë ®¸y th¸p - Níc tõ bÓ ®îc b¬m li t©m ®a vµo th¸p víi lu lîng thÝch hîp, qua mét ®ång hå ®o lu lîng níc vµo th¸p, tíi tõ trªn xuèng díi theo chiÒu cao th¸p hÊp thô - KhÝ HCl sau khi ®îc xö lÝ ®i lªn n¾p th¸p vµ ra ngoµi lç n¾p - Níc hÊp thô HCl ®i qua lç ®¸y đi ra ngoài một bể chứa II TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THÁP HẤP THỤ: Một số ký hiệu được sử dụng: Xđ: nồng độ phần mol ban đầu của cấu tử cần hấp thụ trong dung môi (kmol / kmol dung môi) Xc: nồng độ phần mol cuối của cấu tử cần hấp thụ trong dung môi (kmol / kmol dung môi) Yđ: nồng độ phần mol ban đầu của cấu tử cần hấp thụ trong hỗn hợp khí (kmol / kmol khí trơ) Yc: nồng độ phần mol cuối của cấu tử cần hấp thụ trong hỗn hợp khí (kmol / kmol khí trơ) Gy: lượng hỗn hợp khí đi vào thiết bị hấp thụ (kmol / h) Gx: lượng dung môi đi vào thiết bị hấp thụ (kmol / h) Gtr: lượng khí trơ đi vào thiết bị hấp thụ (kmol / h) 7  : lượng dung môi / lượng dung môi tối thiểu 1 Điều kiện làm việc của tháp: T (0C) = 25 (0C) = 298 (0K) P = 1.5 (at) = 1104 (mmHg) Nồng độ khí thải vào tháp (phần thể tích): yđ = 25*10-3 ( kmol/kmol ) Hiệu suất hấp thụ: η = 96 (%)  yc = (1- η) * yđ = 0.04 * 0.025 = 10-3( kmol/kmol ) y Khi tính toán hấp thụ thường dùng nồng độ mol tương đối: Y  1 y  Yđ = 0.025 = 0.0256 (kmol HCl/ kmol khí trơ) 1  0.025 Yc = 10 -3 = 1.001*10-3 (kmol HCl/ kmol khí trơ) 1  10 -3 Nồng độ dung dịch lỏng vào tháp: xđ = 0 hay Xđ = 0 Lưu lượng khí thải vào tháp: Gy = 12000 (Nm3/h) ở nhiệt độ t = 250C, 1kmol khí có thể tích là : P0V0 PV P V T 1 * 22.4 * 298   V= 0 0  22.45(m3) T0 T T0 P 273 * 1.5  Gy = 12000 = 535,71 (kmol / h) 22.45 Lượng khí trơ: (II) Gtr = Gy * 1 1 = 535,7* = 522.34 (kmol / h) 1Y d 1  0.0256 2 Thiết lập phương trình đường cân bằng: Theo định luật Henry: ycb = m * x (II) Tính theo nồng độ phần mol tương đối: Ycb = với m = m* X 1  (1  m) * X  hằng số cân bằng pha hay hệ số phân bố P 8 (II) (II) (II.216) Tra bảng IX.1 (II.139) ta có: HCl ( 250 C ) = 0.00215*106 (mmHg) ( II ) 6  m = 0.00215 * 10 = 1.95 1104  Y*= 1.95 * X 1  (1  1.95) * X (kmol HCl / kmol khí trơ) 3 Thiết lập phương trình đường làm việc: Phương trình cân bằng vật liệu cho 1 đoạn thiết bị: Gtr * (Y – Yc) = Gx * (X – Xđ) (II) do Xđ = 0:  Y= Gx Gx Gx * X + Yc * Xđ = * X + Yc (phương trình đường làm việc) Gtr Gtr Gtr Lượng dung môi tiêu tốn tối thiểu cần thiết để hấp thụ khi giả thiết nồng độ cuối của dung môi đạt đến nồng độ cân bằng, tức là Xc = X*, như sau: Gxmin = Gtr * Y* = Yđ  Yc X c*  X đ 1.95 * X 1  (1  1.95) * X Y m  (1  m) * Y  X*= có Yđ = 0.0256 (kmol / kmol khí trơ)  X* = 0.0256 = 0.01297(kmol / kmol dung môi) 1.95  (1  1.95) * 0.0256 9 3  Gxmin = 522.34 * 0.0256  1.001 * 10 = 990.67(kmol / h) 0.01297  0 Lượng dung môi thực tế: Gx = 1.2 * Gxmin Gx = 1.2 *990.67 = 1188 (kmol / h) Thay vào phương trình đường làm việc ta có: 1188 * X + 1.001*10-3 = 2.27 * X + 1.001*10-3 522.34 Y= 4 Tính đường kính của tháp: F = Fa + Fch Với: F là diện tích mặt cắt ngang của tháp, (m2) Fa là diện tích tự do tháp, (m2) Fch là diện tích ống chảy chuyền, (m2)  Diện tích tự do của tháp ( Fa) Fa = G ytb * M ytb 3600 *  ytb *  ytb với: (m2) (II ) Gytb: Lượng khí trung bình đi trong tháp (Kmol / h) tb : Tốc độ khí trung bình đi trong tháp (m / s)  ytb : Khối lượng riêng trung bình của pha khí ( Kg/m3) a/ Lượng khí trung bình đi trong tháp: Gytb = G yđ  G yc 2 P0 * V0 P * V = T0 T (Kmol / h) (II ) => V=V0 Vtb = 22.4 * Gytb * 1 T P  273 P0  T P  T0 ( m3/h ) Gyđ = 535.71(Kmol / h) 10 2’ Tháp P ra P vào 2 2 Thùng chứa khí o 25 C ,1at 1 1’ (25oC,1.5 at) P2 1’ 1 2’ Máy nén P1 a/ Công hữu ích của máy nén: N= Q*L (kW) 1000 Trong đó: (I.446) Q: năng suất của máy nén (kg / s) L: công nén 1 (kg) khí từ áp suất p1 đến áp suất p2 theo quá trình nén đẳng nhiệt (J / kg) L = Lđn = p1 * v1 * ln với: p2 (J / kg) p1 (I.465) Lđn: công nén đằng nhiệt (J / kg) v1: thể tích riêng của khí trước khi nén (m3 / kg)  Tính v1: v1 = 1 (m3 / kg) 1 1 : khối lượng riêng của hỗn hợp khí trên đường ống trước khi nén: 1 = M 273 * p * 22.4 T * p0 M: khối lượng mol của hỗn hợp khí: M = 29.1 (kg / mol) Ở 298 (0K) và 1 (atm): 1 = 29.1 273 * 1 * = 1.19 (kg / m3) 22.4 298 * 1 26  v1 = 1 = 0.84 (m3 / kg) 1.19 Đường kính ống dẫn khí: d= V (m) (I.369) 0.785 *  V: lưu lượng thể tích hỗn hợp khí trên đường ống (m3 / s) Vy = p0 T * *Q p T0 T: nhiệt độ của khí ở điều kiện làm việc: T = 298 (0K) p: áp suất của khí ở điều kiện làm việc: ph = 1 (atm) = 736 (mmHg) pđ = 1.5 (atm) = 1104 (mmHg)  (Vy)h = 736 298 12000 * * = 3.64 (m3 / s) 736 273 3600 (Vy)đ = 736 298 12000 * * = 2.43 (m3 / s) 1104 273 3600  : Tốc độ trung bình của khí (m / s), đối với khí trong ống đẩy của máy nén: chọn  = 25 (m / s) (bảng II.2 _ I.370)  dh = 3.64 = 0.43 (m) 0.785 * 25 dđ =  2.43 = 0.35 (m) 0.785 * 25 Tính p1: Viết phương trình Becnuly cho mặt cắt (1 – 1) và (1’ – 1’): 2 2 pv  p   v  1  1  H h  H mh  * g 2* g  * g 2* g pv = 1 (atm) = 98,100 (N / m2)  v = 0 (m / s); 1 = 25 (m / s) Chiều cao hút: Hh = 0 (m) Hmh: tổn thất trên đường ống hút  pv p1 12 = + + Hmh *g *g 2* g 27 2  pv = p1 + 1 *  + Hmh * g *  2 2  p1 = pv - 1 *  - Hmh * g *  2 Tính Hmh: Hmh = (Hcb)h + (Hms)h: + (Hcb)h = 0 do trên đường ống hút của máy nén khí không thiết kế van và khuỷu Để điều chỉnh lưu lượng khí, ta sử dụng 1 tấm lưới chắn nên coi trở lực vô cùng bé + (Hms)h = pmsh *g pmsh : áp suất để khắc phục trở lực trên đường ống hút: pmsh L  * = h * h * h h dh 2 2 (I.377) 2  (Hms)h = h * với: Lh  h * dh 2 * g Lh: chiều dài ống hút, chọn Lh = 10 (m) dh: đường kính ống hút, dh = 0.43 (m) h : hệ số ma sát trên đường ống hút: *> Reh: chuẩn số Reynold xác định theo công thức: Reh = h * d h *  hh  hh (I.377) Đối với hỗn hợp khí:  hh = mtb * M NH 3  NH 3 M hh (1  mtb ) * M kk (I.85)   kk mtb: phần thể tích trung bình của HCl: mtb = ytb = 0.013 (kmol / kmol) Mhh: khối lượng mol của hỗn hợp khí: Mhh = 29.1 (kg / kmol)  NH 3 ,  kk : độ nhớt của HCl và không khí (N.s / m2) 28 Ở 298 (0K) và 1 (atm):  HCl = 0.014 * 10-3 (N.s / m2)  kk = 0.029 * 10-3 (N.s / m2) (tra toán đồ đề I.35 _I.117) (tại áp suất 1.5 (atm) nhận thấy giá trị độ nhớt thay đổi không đáng kể)   hh = 29.1 (1  0.013) * 29 = 2.85 * 10-5 (N.s / m2) 36.5 0.013 *  0.014 * 10  3 0.029 * 10  3  Reh = h * d h *  hh 25 * 0.43 * 1.19 = = 448859 > 4,000  hh 2.85 * 10  5  Chất lỏng ở chế độ chảy xoáy *>  : độ nhám tuyệt đối Chọn ống hút và ống đẩy làm bằng thép mới, theo bảng II.15 (I.381) ta có: Ống thép dẫn khí nén:  = 0.8 (mm) = 8 * 10-4 (m) Giá trị chuẩn số Reynold khi bắt đầu xuất hiện vùng nhám: (I.379) d Ren, h = 220 *  td     9 8 0.43  = 220 *  4   8 * 10  9 8 = 259476 < Reh  chế độ chảy xoáy của khí ở ống hút thuộc vùng nhám: 1 1 h =  d td  =  0.43  = 0.1493 1.14  2 * lg* (  ) 1.14  2 * lg* ( 8 * 10  4 )   2  (Hms)h = h * Lh  h 10 25 2 * = 0.1493 * = 64 (m) * dh 2 * g 0.43 2 * 9.81 2 2  p1 = pv - 1 *  - Hmh * g *  = 98,100 - 25 * 1.19 - 64 * 9.81 * 1.19 2 2 = 97281 (N / m2)  Tính p2: (tương tự như tính p1) Viết phương trình Becnuly cho mặt cắt (2 – 2) và (2’ – 2’): 2 2 p2  p   2  r  r  H d  H md  * g 2* g  * g 2* g 29 pr = 1.5 (atm) = 147,150 (N / m2)  2 =  r = 20 (m / s) Chiều cao đẩy: chọn Hđ = 1 (m) Hmđ: tổn thất trên đường ống đẩy  p2 pr = + Hđ + Hmđ *g *g  p2 = pr + Hđ *  * g + Hmđ * g *  Tính Hmđ: + (Hms)đ = Hmđ = (Hcb)đ + (Hms)đ: p msd *g p msd : áp suất để khắc phục trở lực trên đường ống đẩy: p msd L  * d = d * d * d dd 2 2 2  (Hms)đ =  d * với: Ld  d * dd 2 * g Lđ: chiều dài ống đẩy, chọn Lđ = 10 (m) dh: đường kính ống đẩy, dđ = 0.35 (m) h : hệ số ma sát trên đường ống đẩy: *> Ređ: chuẩn số Reynold xác định theo công thức: Ređ =  d * d d *  hh  hh  hh = 2.88 * 10-5 (N.s / m2) (coi  hh không đổi trong suốt đường ống dẫn khí)  Ređ =  d * d d *  hh 20 * 0.35 * 1.19 = = 320684.2 > 10,000  hh 2.88 * 10  5  Chất lỏng ở chế độ chảy xoáy *>  : độ nhám tuyệt đối Chọn ống hút và ống đẩy làm bằng thép mới, theo bảng II.15 (I.381) ta có: Ống thép dẫn khí nén:  = 0.8 (mm) = 8 * 10-4 (m) 30 Giá trị chuẩn số Reynold khi bắt đầu xuất hiện vùng nhám: d Ren, đ = 220 *  td     9 8 0.35  = 220 *  4   8 * 10  9 8 = 220484.6 < Ređ  chế độ chảy xoáy của khí ở ống hút thuộc vùng nhám: 1 1 d =  d td  =  0.35  = 0.155 1.14  2 * lg* ( 8 * 10  4 ) 1.14  2 * lg* (  )   2  (Hms)đ =  d * Ld  d 10 20 2 * = 0.155 * = 80.2 (m) * dd 2 * g 0.35 2 * 9.81 + (Hcb)đ: Trên ống đẩy có 1 khuỷu ghép 900 do 2 khuỷu 450 tạo thành Do Ređ = 211,701 > 200,000 nên theo N029 (I.494) ta có ξ = 0.32  (  Pcb)đ =  *  d * d 2  (Hcb)đ = 2 = 0.32 * 1.19 * 20 2 = 76.16 (N / m2) 2 (pcb ) d 76.16 = = 6.5 (m) d * g 1.19 * 9.81  Hmđ = 80.2 + 6.5 = 86.7(m) 2  p2=pr + Hđ*  * g + Hmđ*g*  =147150 + 20 * 1.19 + 16.7*9.81*1.19 2 148174 (N / m2)  L = Lđn = p1 * v1 * ln p2 148174 = 97,281 * 0.84 * ln = 34384.8 (J / kg) p1 97281 Năng suất máy nén: Q = G y * M ytb 3600  Công suất của máy nén:N = = 529.1 * 29.1 = 4.28 (kg / s) 3600 Q*L 4.28 * 34384.8 = = 147 (kW) 1000 1000 b/ Công thực tế của máy nén có làm sạch khí: Ntt = N lt  dn (I.466) 31  dn : hiệu suất đẳng nhiệt của máy nén,  dn = 0.65  0.75  chọn  dn = 0.7  Ntt = 147 = 210 (kW) 0.7 c/ Công suất trên trục máy nén: Nhd = N tt  ck (I.466)  ck : hiệu suất cơ khí của máy nén Đối với máy nén ly tâm,  ck = 0.96  0.98  chọn  ck = 0.96  Nhd = 210 = 220 (kW) 0.96 d/ Công suất của động cơ điện: Nđc =  * N hd tr * dc (I.466)  : hệ số dự trữ công suất,  = 1.1  1.5  chọn  = 1.2 tr : hiệu suất truyền động, tr = 0.96  0.99  chọn tr = 0.96  dc : hiệu suất động cơ điện  chọn  dc = 0.95  Nđc = 1.2 * 220 = 288 (kW) 0.96 * 0.95 Vậy chọn máy nén có công suất: 300 (kW) IV TÍNH TOÁN CƠ KHÍ: 1 Chọn vật liệu: Với đặc tính là 1 khí có tính axit ăn mòn mạnh nên chọn vật liệu chống ăn mòn Chọn thép X18H10T Đặc tính kỹ thuật của thép X18H10T: (II) - Có giới hạn bền khi kéo:  k = 540* 106 (N / m2) 32 - Có giới hạn khi chảy:  ch = 220 * 106 (N / m2) - Khối lượng riêng:  X 18 H 10T = 7900 (kg / m3) 2 Tính chiều dày thân tháp: Thân tháp hình trụ cao 4.5 (m), đường kính trong 0.8(m) được bố trí gồm nhiều đoạn ghép lại với nhau bằng bích nối Mỗi đoạn tháp được cuốn từ thép tấm và hàn hồ quang theo kiểu giáp nối 2 bên, có hệ số bền của mối hàn:  = 0.95 (II) S= Chiều dày của thân tháp: Dt * p  C (m)(II) 2 *[ ] *   p + Dt: đường kính trong của tháp: Dt = 2 (m) + C: hệ số bổ sung (II) C = C 1 + C2 + C3 C1: hệ số bổ sung do ăn mòn thép CT3: C1 = 0.1 (mm / năm) (chọn thời gian 15 năm) C2: hệ số bổ sung do bào mòn hạt rắn: C2 = 0 C3: hệ số bổ sung do dung sai chiều dày, phụ thuộc vào chiều dày tấm thép: Tra bảng XIII.9 (II.364): chọn C3 = 0.8 (mm)  C = 0.1*15+ 0.8=2.3 (mm) +    : ứng suất của thép (II.355) Ứng suất của thép khi kéo:   k   tk * (N / m2) = nb Ứng suất của thép khi nóng chảy:   ch  =  tc * (N / m2) nc  : hệ số điều chỉnh, đối với thiết bị loại II, trong điều kiện sản xuất: các chi tiết, bộ phận không bị đốt nóng:  = 1.0 (tra bảng XIII.2 _ I.356) nb, nc: hệ số an toàn theo giới hạn bền, giới hạn chảy Tra bảng (I): nk = 2.6; nc = 1.5   k  = 540 * 10 6 = 207.7 * 106 (N / m2) 2 6 33  ch  = 220 * 10 6 = 146.67* 106 (N / m2) 1.5 Để đảm bảo an toàn trong sản xuất, ta chọn ứng suất nhỏ hơn:  k  = 146.67* 106 (N / m2) + p: áp suất tác dụng lên thiết bị: p = plv + ptt Áp suất làm việc của tháp: plv = 147,150 (N / m2) Áp suất thuỷ tĩnh: ptt = p H =  * g * H = 997.08*9.81*8=78250.8 (N / m2)  p = 147150+ 78250.8 =225400 (N / m2)  Chiều dày của tháp: S= Dt * p 2 * 225400 C =  2.3 * 10  3 6 2 *[ ] *   p 2 * 146.67 * 10 * 0.95  225400 = 4* 10-3 (m)  chọn S = 0.006 (m) = 6 (mm) Kiểm tra ứng suất theo áp suất thuỷ lực  < (II) c 1.2 với:  =  Dt  ( S  C ) * p0 2 * ( S  C ) * p0 = pth + ptt pth: áp suất thử thuỷ lực: pth = 1.5 * p = 1.5 * 225400 = 338100(N / m2)  p0 = 338100+ 78250.8 = 416450(N / m2)   =  2  (0.006  0.0023) * 416450 2 * (0.006  0.0023) * 0.95 = 118 * 106 (N / m2) c 146.47 * 10 6 = = 122.225 * 106 (N / m2) > 118 * 106 (N / m2) =  (thoả mãn) 1.2 1 2 3 Tính chiều dày đáy và nắp thiết bị: Chọn đáy và nắp thiết bị hình elip, làm việc chịu áp suất trong: 34 s hb h dt S= Dt * p D * t  C (m) 3.8 *   k  * k *  h  p 2 * hb (II) Theo hình XIII.11 (I): quan hệ kích thước đáy elip: hb = 0.25 * Dt = 0.25 * 2 = 0.5 (m)  chọn hb = 0.5 (m) (thoả mãn điều kiện không bé hơn 0.2 * Dt = 0.2 * 2 = 0.4 (m)) k: hệ số không thứ nguyên, xác định như sau: k = 1 d Dt (II) với: d: đường kính lớn nhất của lỗ không tăng cứng: Đối với đáy d= 0.15 (m)  k = 1  S đáy = 0.15 = 0.925 2 2 * 225400 2 *  C = 17.9*10-4 + C (m) 6 3.8 * 146.67 * 10 * 0.95 * 0.925  225400 2 * 0.5  S – C =17.9*10-4(m) < 0.01 (m)  C = 0.0023 + 0.002 = 0.0043 (m) (tăng 2mm)  Sđáy = 6.08*10-3 (m) Chọn Sđáy= 10(mm) Kiểm tra ứng suất theo áp suất thuỷ lực: (II)  = D 2   2 * hb * ( S  C ) * p0  < ch (N / m2) 7.6 * k *  h * hb * ( S  C ) 1 2 t 35  = 2  2  2 * 0.5 * (0.01  0.0043) * 416450  = 87 * 106 < c (N / m2) (thoả mãn) 7.6 * 0.925 * 0.95 * 0.5 * (0.01  0.0043) 1.2 + Đối với nắp d= 0.2 (m)  k = 1  S nắp = 0 2 = 0.9 2 2 * 225400 2 *  C = 1.84*10-3 + C (m) 6 3.8 * 146.67 * 10 * 0.9 * 0.95  225400 2 * 0.5  S – C =1.84*10-3(m) < 0.01 (m)  C = 0.0023 + 0.002 = 0.0043 (m) (tăng 2mm)  Sđáy = 6.14*10-3 (m) Chọn Sđáy= 10(mm) Kiểm tra ứng suất theo áp suất thuỷ lực: (II.386)  =  = D 2   2 * hb * ( S  C ) * p0  < ch (N / m2) 7.6 * k *  h * hb * ( S  C ) 1 2 t 2 2   2 * 0.5 * (0.01  0.0043) * 416450  = 90* 106 < c (N / m2) (thoả mãn) 7.6 * 0.9 * 0.95 * 0.5 * (0.01  0.0043) 1.2 4 Chọn mặt bích: Mặt bích là bộ phận quan trọng dùng để nối các phần của thiết bị cũng như nối các bộ phận khác với thiết bị Chọn bích liền bằng thép kiểu I để nối nắp, đáy … Tra bảng XIII.27 (I): 36 Py*10-6 Dt D Db D1 D0 Bulong db N / m2 Z Mm 0.1 2000 2141 2090 2060 2015 h M20 cái mm 44 32 Chiều cao thân tháp gồm 11 đĩa, khoảng cách giữa 2 đĩa là 0.5m  Bố trí 5 - 6 đĩa 1 cặp bích và 2 bích nối đắp, đáy với thân  Tổng cộng có 3 cặp bích Cách lắp: ở những chỗ có bích, đĩa được bắt chặt bulong cùng với bích 5 Cửa nối ống dẫn với thiết bị: Ống dẫn thường được nối với thiết bị bằng mối ghép tháo được hoặc không tháo được Đối với mối ghép tháo được, người ta làm đoạn ống nối, đó là đoạn ống ngắn có mặt bích hay ren để nối với ống dẫn Loại có mặt bích thường dùng với ống có D > 10 (mm) Theo bảng XIII.32 (II): kích thước chiều dài đoạn nối ống với đường kính ống dẫn lỏng của máy bơm: d = 0.09 (m) có l = 0.1 (m) đường kính ống dẫn khí của máy nén: d = 0.35(m) có l = 0.15 (m) Bích nối ống dẫn khí kiểu I Py*10-6 Dy Dn D D D1 Bulong db N / m2 h Z Mm cái mm 0.1 Khí ra Khí vào 450 550 570 530 500 461 M16 20 20 680 630 600 561 M20 20 20 D D D1 Bích nối ống dẫn lỏng kiểu I Py*10-6 Dy Dn Bulong db N / m2 Mm h Z cái mm 0.25 ống dẫn lỏng vào 90 108 205 170 148 M16 4 12 ống dẫn 90 108 205 170 148 M16 4 12 37 lỏng ra 6 Chọn chân đỡ: Ta chọn loại chân đỡ thiết bị thẳng đứng a/ Khối lượng toàn tháp:  Khối lượng thân tháp: Mthân = Vthân *  X 18 H 10T 2 2 D  Dt Vthân: thể tích vỏ tháp: Vthân =  * n * H thân 4 H thân: chiều cao thân tháp: Hthân = 7 (m) Dn = Dt + 2 * S = 2 + 2 * 0.006 = 2.012 (m) 2 2  Vthân =  * 2.012  2 * 7 = 0.264(m3) 4  Mthân = 0.264 * 7900 = 2086 (kg)  Khối lượng đáy và nắp: Theo bảng XIII.11 (II) ta có: với S = 10(mm) h = 40 (mm) = 0.04 (m)  M(đáy+nắp) = 2 * 364 =728(kg)  Khối lượng nước: Khi có sự cố, như tắc ở một đĩa nào đó, nước sẽ điền đầy vào tháp Khối lượng nước: M H 2O =  H 2O *VH 2O 2 VH 2O : thể tích nước điền đầy tháp: V H 2O =  * Dt * H 4 H: chiều cao tháp, tính cả đáy và nắp: hđáy = hnắp = hb + h = 0.5 + 0.04 = 0.54 (m) 38  H = 7 + 2 * 0.54 = 8.08 (m) 2  VH 2O =  * 2 * 8.08 = 25.37 (m3) 4  M H 2O = 997.08 *25.37=25297 (kg)  Khối lượng đĩa: Đĩa dày  = 0.005 (m) bằng thép X18H10T 2  Mđĩa =  * 2 * 0.005 * 7900 = 124.3 (kg) 4 Tháp có 11 đĩa: Mđ = 11* 124.3 = 1364.3 (kg)  Khối lượng bích: Số lượng bích nối các đĩa và nắp, đáy: 3 cặp = 6 bích Mbích: 6*  * D 2  Do 4 2 * h *  = 6*  * 2.141 2  2.015 2 * 0.032 * 7900 = 623.5 4 (kg)  Khối lượng bổ sung (chóp, bulong, thanh giằng): chọn Mbs = 800(kg)  Mtháp =2086 + 728 + 25297+ 1364.3 + 623.3 + 800 = 30898.8 (kg) Trọng lượng tương ứng của tháp: N = Mtháp * g = 30898.8 * 9.81= 303117.2 (N) b/ Chọn chân đỡ:chọn kiểu chân 4 Chọn 4 chân đỡ, mỗi chân đỡ chịu 1 lực là: N0 = N 303117.2 = = 75779(N) 4 4 39 t heo ®¸ y t hiÕt bÞ r b1 s h Tr ô c t hiÕt bÞ b s d s l a l Tra bảng XIII.35 (II) : Tải trong cho phépBề mặt đỡ F.104, trên 1 chân m2 G*10-4 Tải trọng cho phép trên bề mặt đỡ q.10-6, N/m2 L B B1 B2 N 8 H h s l 275 22 120 d mm 840 0.96 320 40 265 270 400 500 34 ... bị cơng nghệ hố chất - Tập I Các tác giả NXB Khoa học kỹ thuật, 2006 Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hố chất - Tập II Các tác giả NXB Khoa học kỹ thuật, 2006 Tính tốn q trình thiết bị cơng nghệ. .. nhiễm mơi trường vấn đề mang tính tồn cầu cấp bách Ở hầu hết quốc gia, phủ đầu tư nhiều, vốn công nghệ cho việc xử lý chất gây ô nhiễm môi trường Các quốc gia phát triển, khoa học công nghệ tiên... suất *Các yếu tố ảnh hởng đến trình hấp thụ: -ảnh hởng lợng dung môi: Theo phơng trình chuyển khối, lợng khí bị hấp thụ đợc tính theo c«ng thøc sau: G = kY.F Ytb y a1 a yc o a2 a3 a4 b x® x Trong