Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO Luận Văn ĐỀ TÀI: SẢN XUẤT NĂNG LƯỢNG TỪ RÁC THẢI Nhóm2.2 - ĐHMT2 1 GVHD: Thái Vũ Bình Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO MỤC LỤC 1. Cơ sở lý thuyết 3 1.1. Khái niệm 3 1.2. Áp dụng của hấp thu 3 1.3. Lựa chọn dung môi 3 1.4. Quá trình hấp thụ 4 Cơ chế quá trình 4 1.4.2. Qúa trình trao đổi chất 5 1.4.3. Có 2 phương pháp hấp thụ 6 1.4.4. Áp suất quá trình 8 1.5.2. Cân bằng nhiệt lượng 12 1.5.3. Các loại tháp hấp thu 12 1.5.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp thu 14 2. Tính toán công nghệ tháp hấp thụ xử lý SO2 14 2.1. Xác định các thông số đầu vào 14 2.2. Xác định các dòng vật chất – Đường cân bằng pha 20 2.2.3. Tính bề dày thân 30 2.2.4. Tính nắp và đáy thiết bị 32 2.2.7. Tính tai treo 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO 40 Nhóm2.2 - ĐHMT2 2 GVHD: Thái Vũ Bình Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO 1. Cơ sở lý thuyết 1.1. Khái niệm Hấp thu là quá trình xảy ra khi một cấu tử của pha khí khuếch tán vào pha lỏng do sự tiếp xúc giữa hai pha khí và lỏng. Nếu quá trình xảy ra ngược lại, nghĩa là cần sự truyền vật chất từ pha lỏng vào pha khí, ta có quá trình nhả khí. Nguyên lý của cả hai quá trình là giống nhau. Qúa trình hấp thu tách bỏ một hay nhiều chất ô nhiễm ra khỏi dòng khí thải (pha khí) bằng cách xử lý với chất lỏng (pha lỏng). Khi này hỗn hợp khí được cho tiếp xúc với chất lỏng nhắm mục đích hòa tan chọn lựa môt hay nhiều cấu tử của hỗn hợp khí để tạo nên một dung dịch các ccấu tử trong chất lỏng. - Khí được hấp thu goi là chất bị hấp thụ. - Chất lỏng dùng để hấp thu gọi là dung môi (chất hấp thụ) - Khí không bị hấp thu goi là khí trơ. 1.2. Áp dụng của hấp thu Trong công nghiệp hóa chất, thực phẩm, quá trình hấp thu đươc dùng để: - Thu hồi cấu tử quý trong pha khí. - Làm sạch pha khí - Tách hỗn hợp thành các cấu tử riêng biệt - Tạo thành một dung dịch sản phẩm. 1.3. Lựa chọn dung môi Nếu mục đích của quá trình là tách các cấu tử hỗn hợp khí thì khi đó việc lựa chọn dung môi tốt phụ thuộc vào các yếu tố sau: Nhóm2.2 - ĐHMT2 3 GVHD: Thái Vũ Bình Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO a) Độ hòa tan tốt: có tính chọn lọc nghĩa là chỉ hòa tan cấu tử cần tách và hòa tan không đáng kể các cấu tử còn lại. Đây là điều kiện quan trọng nhất. b) Độ nhớt của dung môi: càng bé thì trở lại quá trình càng ngỏ, tăng tốc độ hấp thu và có lợi cho quá trình truyền khối . c) Nhiệt dung riêng: bé sẽ tốn ít nhiệt khi hoàn nguyên dung môi. d) Nhiệt độ sôi: khác xa với nhiêt độ sôi của chất hòa tan sẽ dễ tách các cấu tử ra khỏi dung môi. e) Nhiệt độ đóng rắn: thấp để tránh tắc nghẽn thiết bị, không tạo kết tủa, không độc và thu hồi các cấu tử hòa tan dễ dàng hơn. f) It bay hơi, rẻ tiền, dễ kiếm và không độc haị với người và không ăn mòn thiết bị. 1.4. Quá trình hấp thụ Cơ chế quá trình Hấp thu là quá trình quan trọng để xử lý khí vvà ứng dụng trong rất nhiều quá trình khác. Hấp thu trên cơ sở của quá trình truyền khối, được mô tả và tính toán dựa vào phân chia 2 pha (cân bằng pha, khuếch tán). Cơ chế quá trình có thể chia thành 3 bước + Khuếch tán các phân tử chất ô nhiễm thể khí trong khối khí thải đến bề mặt của chất lỏng hấp thụ. Nồng độ phân tử ở phía chất khí phụ thuộc vào cả 2 hiện tượng khuếch tán: Khuếch tán rối: có tác dụng làm nồng độ phân tử được đều đặn trong khối khí. Khuếch tán phân tử: làm cho các phân tử khí chuyển động về phía lớp biên. Nhóm2.2 - ĐHMT2 4 GVHD: Thái Vũ Bình Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO Trong pha lỏng cũng xảy ra hiện tượng tương tự như thế: Khuếch tán rối: được hình thành để giữ cho nồng độ được đều đặn trong toàn bộ khối chất lỏng. Khuếch tán phân tử: làm dịch chuyển các phân tử đến lớp biên hoặc từ lớp biên đi vào pha khí. + Thâm nhập và hòa tan chất khí vào bề mặt ủa chất hấp thụ. + Khuếch tán chất khí đã hòa tan trên bề mặt ngăn cách vào sâu lòng chất lỏng hấp thụ. Qúa trình hấp thụ phụ thuộc vào sự tương tác giữa chất hấp thụ và chất bị hấp thụ trong pha khí. 1.4.2. Qúa trình trao đổi chất Khi chất ô nhiễm từ khí thải vào chất lỏng hấp thụ các phân tử được trao đổi qua vùng ranh giới gọi là lớp biên (máng, phim). Các phân tử đi qua lớp biên từ cả 2 phía, một số chất từ phía chất khí, một số chất từ khối chất lỏng. Cường độ trao đổi phụ thuộc vào các yếu tố tác động lên hệ thống như áp suất, nhiệt độ, nồng độ và độ hòa tan của phân tử. Cường độ trao đổi sẽ tăng nếu giữa pha lỏng và pha khí có diễn ra phản ứng hóa học hay các phân tử khí không thể quay trở về khối khí khi có tác động của các quá trình vật lý. Qúa trình hấp thụ kèm theo sự tỏa nhiệt và làm tăng nhiệt độ của hệ thống. Khi pha khí phân tán vào pha lỏng xảy ra hiện tượng dẫn nhiệt làm năng lượng của cấu tử pha khí bị giảm. Hiện tượng này xảy ra do sự chuyển động hỗn loạn của các phân tử khí, làm cho các phân tử này bị xáo trộn, từ Nhóm2.2 - ĐHMT2 5 GVHD: Thái Vũ Bình Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO đó dẫn tới sự cân bằng năng lượng giữa 2 pha. Nhờ có chuyển động này mà sự khác biệt cục bộ về nồng độ chất khí trong hỗn hợp sẽ đượ giảm dần ngay ả khi không ó sự can thiệp của ngoai lực như quấy, lắc. Mặt khác tổng thể tích của hệ thống trong quá trình hấp thụ cũng bị giảm. Theo nguyên lý Le Chartelier: độ hòa tan của khí trong chất lỏng tăng nếu tăng áp suất và giảm nhiệt độ của quá trình. Trong thực tế có 2 hiện tượng hấp thụ Hấp thụ đẳng nhiệt: được tiến hành với sự giải nhiệt pha lỏng bằng thiết bị truyền nhiệt bố trí trong tháp hấp thụ. Nếu nồng độ ban đầu không lớn hoặc khi lưu lượng chất lỏng lớn thì sự thay đổi nhiệt độ của chất lỏng không đáng kể. Hấp thụ đẳng áp: diễn ra khi không có sự trao đổi với môi trường bên ngoài, khi này cơ cấu thiết bị được đơn giản hóa nhưng điều kiện cân bằng không tốt. 1.4.3. Có 2 phương pháp hấp thụ Hấp thụ vật lý: được dựa trên sự hòa tan của cấu tử pha khí trong pha lỏng. Ở đây sự truyền ật chất trong mỗi pha được xác định bằng phương trình truyền khối ổn định: G = k β F(y – y p ) = β 1 F(x – x p ). Còn quá trình vận chuyển vật chất từ pha này sang pha khác sử dụng phương trình: G = k β F(y – y * ) = K 1 F(x – x * ) Trong đó: G: số mol vật chất được chuyển trong một đơn vị thời gian, mol/s F: bề mặt tiếp xúc pha, m 2 Nhóm2.2 - ĐHMT2 6 GVHD: Thái Vũ Bình Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO y, x: nồng độ mol chất bị hấp thu trong pha khí và pha lỏng, mol/m 3 y p , x p ; nồng độ chất bị hấp thu trên bề mặt phân chia trong pha khí và pha lỏng, mol/m 3 y * , x * : nồng độ cấu tử trong pha khí và pha lỏng cân bằng với nồng độ trong pha khí và pha lỏng tương ứng, mol/m 3 k β , l β : hệ số truyền khối trong pha khí và lỏng, m/s K k , K l : hệ số truyền khối trong pha khí và lỏng, m/s Quan hệ giữa hệ số truyền khối β và hệ số truyền khối tổng quát như sau: k k 1 = k β 1 + 1 1 β 1 1 k = k m β 1 + 1 1 β Trong đó m là hằng số cân bằng pha Nếu hệ thống có độ hòa tan cao m (hằng số cân bằng pha) → 0, vì vậyK k ≈ β k . Khi đó trở lực của quá trình truyền khối tập trung trong pha khí. Khi độ hòa tan nhỏ m có giá trị lớn ⇒ K 1 ≈ β 1 . Khi đó trở lực của quá trình truyền khối tập trung trong pha lỏng. Hấp thụ hóa học: có phản ứng hóa học giữa chất bị hấp thu và chất hấp thụ. Khi này hiệu nồng độ ở bề mặt phân chia pha tăng, vận tốc hấp thụ hóa học tăng hơn khi hấp thu vât lý. Vận tốc phản ứng hóa học càng tăng, vận tốc hấp thụ hóa học càng tăng. Nhóm2.2 - ĐHMT2 7 GVHD: Thái Vũ Bình Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO 1.4.4. Áp suất quá trình Nếu nồng độ phần mol của chất ô nhiễm hòa tan trong chất lỏng hấp thụ thấp thì áp suất riêng phần cân bằng của chất ô nhiễm hòa tan được biểu diễn bằng định luật Henry: p * = Hx (1) Trong đó: p * : áp suất riêng phần của chất hòa tan trong pha khí cân bằng với pha lỏng x: nồng độ phần mol của chất hòa tan trong chất lỏng, kmol/kmol H: hằng số định luật Henry Ap suất riêng phần p được định nghĩa bằng tích số phần mol pha khí y và áp suất tổng cộng P: p = yP (2) Dùng giá trị p * = y * P từ phương trình (2) để thay vào (1) ta được: y * = P H x = mx (3) Trong đó y * : nồng độ phần mol của chất hòa tan trong pha khí cân bằng với pha lỏng m = P H : hệ số ô thứ nhuyên có giá trị không đổi cho một hệ lỏng – khí ở t = const và P = const Mặt khác theo định luật Rauolt ta có: p * = P 0 X (4) Trong đó: p * : áp suất riên phần của chất hòa tan trong hỗn hợp khí cân bằng ới pha lỏng Nhóm2.2 - ĐHMT2 8 GVHD: Thái Vũ Bình Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO P 0 : áp suất hơi bão hòa của cấu tử nguyên chất, có giá trị thay đổi theo nhiệt độ x: nồng độ phần mol của chất hòa tan trong chất lỏn, kmol/kmol Thay p * trong (4) vào (2) ta được: y * = P P 0 x (5) Phương trình đường cân bằng của quá trình hấp thu có thể biểu diễn như sau: y * = P H = mx = P P 0 x Phương trình đường cân bằng của quá trình hấp thu chỉ đúng cách cho dung dịch loãng và các thành phjấn không phản ứng với nhau. Đây là phương trình đường thẳng với hệ số gốc là m. Trong trường hợp các chất khí ô nhiễm phản ứng hoặc phân ly trong dung dịch hấp thụ (hấp thụ hóa học), đường cân bằng là đường cong và được thiết lập dựa trên các công thức thực nghiệm 1.5. Tháp hấp thụ 1.5.1. Cân bằng vật chất và đường làm việc của tháp Ta xét sơ đồ tính toán và cân bằng vật chất cho tháp Nhóm2.2 - ĐHMT2 9 GVHD: Thái Vũ Bình L đ ,x đ G c , y c L c ,x c G đ , y đ L L tr G G tr Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO Xét quá trình hấp thụ xảy ra trong thiết bị hấp thụ chỉ có một chất hòa tan (chất ô nhiễm) A khuếch tán giữa hai pha. Pha lỏng kí hiệu là L, và pha khí kí hiệu là G,ta quan niệm rằng pha khí cũng như pha lỏng đều gồm 2 thành phần: khí trơ + khí A và chất lỏng trơ + khí A (chất hòa tan). Ta kí hiệu như sau: L đ , L c : suất lượng mol tổng cộng của pha lỏng vào và ra khỏi thiết bị, mol/h G đ , G c :suất lượng mol tổng cộng của pha khí vào và ra khỏi thiết bị, mol/h. L tr , G tr : suất lượng mol tổng cộng của phần trơ trong pha lỏng và pha khí, mol/h x đ , x c : phần mol của chất A trong pha lỏng vào và ra khỏi thiết bị X đ , X c : tỷ số mol của chất A và chất trơ trong pha lỏng y đ, y c : phần mol của chất A trong pha khí vào và ra khỏi thiết bị Y đ , Y c :tỷ số mol của chất A và chất trơ trong pha khí P t : áp suất tổng Ta thấy L, G thay đổi theo từng vị trí trên chiều cao của tháp vì có sự c\di chuyển khí A từ pha khí sang pha lỏng khi này phần trơ là hằng số. Cân bằng vật chất cho toàn bộ tháp: G đ + L c = G c + L đ Cân bằng vật chất chất A khuếch tán giữa 2 pha: G đ y đ + L c x c = G c y c + L đ x đ Ta có tỷ suất mol của chất A trong pha khí pP p y y Y t − = − = 1 Tương tụ cho pha lỏng Nhóm2.2 - ĐHMT2 10 GVHD: Thái Vũ Bình [...]... ẩm(W) 1.6 0.3 2 Khối lượng riêng của dầu F.O ở 150C: d = 0,97kg/l Lượng dầu cần đốt trong 1 giờ: B = 2 * 0,97 = 1,94 kg/h Các đại lượng của quá trình cháy được tính toán theo bảng sau: Đại lượng Đơn Công thức tính Giá trị m3chu V0 = 0,089C p + 0,264 H p − 0,0333(O p − S p ) 10,476 Va = (1 + 0,0016d )V0 10,760 cần vị tính Lượng kk khô cần ẩn/ thiết quá kg cho nhiên trình liệu cháy Lượng không khí ẩm m3chu... Thái Vũ Bình Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO Lượng hơi m3 VH 2 O = 0,111H p + 0,0124W p + 0,0016dVt 1,655 VN 2 = 0,8.10−2.N p + 0,79.Vt 11,902 VO2 = 0,21(α − 1)Va 0,6030 nước chuẩn/ trong spc Lượng kg nhiên liệu m3 N2 trong spc chuẩn/ kg nhiên Lượng O2 trong không liệu m3 chuẩn/ 4 kg nhiên khí thừa Lượng liệu m3 NOx trong chuẩn/ spc Lượng 1,723.10−3.B1,18 B.ρ NO x 9,451 x10-4 kg nhiên... lượng khói spc ở đk thực tế (tkhói=1500C) Tải g/s 3600 lượng SO2, ρ = 2,926 Tải g/s 103.VCO B.ρCO 3600 lượng CO ρ = 1,25 Tải g/s ρ = 1,977 Tải lượng NOx Tải x10-3 103.VCO2 B.ρCO2 1,659 3600 lượng CO2 lượng 6,377 g/s 1,046 103.M NO x 3600 g/s 10-3 3,233 10 a Ap B 3600 tro x10-4 bụi a = 0,3 Với M NO x = 1,723.10−3.B1,18 (kg/h) Nồng độ phát Đơn vị Công thải các chất ô Nhóm2.2 - ĐHMT2 thức Giá trị tính 18... thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO cho quá trình cháy t = 300C,φ = 65% => d = 17 (g/kg) Lượng m3 Vt = α Va 15,064 VSO2 = 0,683.10−2.S p 0,011 VCO = 1,865.10 −2.η C p 9,467x kk ẩm thực chuẩn/ tế với hệ số kg nhiên thừa kk α = liệu 1,4 Lượng khí m3 SO2 chuẩn/ trong spc kg nhiên Lượng liệu m3 khí trong 10-3 CO chuẩn/ spc kg nhiên với hệ số liệu cháy không hoàn toàn η = 0,06 Lượng CO2 spc m3 VCO2 = 1,853.10−2.(1... đi từ dưới lên Tháp đệm thường được sử dụng khi năng suất nhỏ, môi trường ăn mòn, tỉ lệ lỏng: khí lớn, khí không chứa bụi và hấp thụ không tạo ra cặn lắng e) Tháp đĩa: Cho phép vận tốc khí lớn nên đường kính tháp tương đối nhỏ, kinh tế hơn những tháp khác Được sử dụng khi năng suất lớn, lưu lượng lỏng nhỏ và môi trường không ăn mòn Tháp hấp thụ phải thỏa mãn những yêu cầu sau: hiệu quả và có khả năng. .. thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO Y −Y Lmin = d* c G X c −X d Ltr min = Gtr Yd − Yc X cmã − X d Trong đó Xcmax là nồng độ của pha lỏng cực đại ứng với lượng dung môi tối thiểu hay nồng độ của pha lỏng cân bằng với nồng độ của pha khí Lượng dung môi cần thiết trong thực nghiệm được lấy L = (1,2 : 1,5)Lmin 1.5.2 Cân bằng nhiệt lượng Ta có phương trình cân bằng nhiệt lượng: GđIđ + LđCđTđ + Qđ =... Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO nhiễm SO2 CO CO2 NOx Bụi g/m3 g/m3 g/m3 g/m3 g/m3 1,3 0,479 124,736 0,786 21,697 M SO2 / LT M CO / LT M CO2 / LT M NO x / LT M bui / LT Tiến hành làm lạnh hạ nhiệt độ khói thải xuống 60 0C ta xác định lại lưu lượng thực tế và xác định các thông số về nồng độ các chất khi trong khói thải ta có số liệu như sau: Lưu lượng khói spc ở đk thực tế (tkhói=600C)... sánh với TCVN 5939-2005 Nhận thấy: SO2 vượt tiêu chuẩn cho phép, cần phải xử lý trước khi thải ra môi trường * Các thông số ban đầu:  Lưu lượng dòng khí thải V =37,8 m3/h Nhóm2.2 - ĐHMT2 19 GVHD: Thái Vũ Bình Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO  Nồng độ SO2 ban đầu C =1,64762 g/m3  Nhiệt độ dòng khí thải đầu vào t1 = 600C  Chọn nhiệt độ làm việc của thiết bị tk =320C  Chọn dung môi phun... mol SO 2   h   Suất lượng mol của cấu tử trơ Gtr = Ghh.(1 - Yñ) = 1456*(1 – 0,668*10-3) = 1455,027 (mol/h) Hiệu quả của quá trình hấp thu H= Yd − Yc 0,668 − 0,2026 = *100% = 69,67% Yd 0,668 Lượng SO2 bị hấp thụ M SO2 = GSO2 *η = 0,9726 * 69,67% ( M SO2 = 0,6776 mol h ) Lượng SO2 còn lại ′ GSO2 = GSO2 − M SO2 = 0,9726 − 0,6776 ( ′ GSO2 = 0,295 mol h ) Suất lượng hỗn hợp khí thải đầu ra Nhóm2.2 - ĐHMT2... tháp đệm xử lý khí thải dầu FO 2.2.6 Lưới đỡ đệm Từ đường kính trong Dt = 200mm Đường kính lưới đỡ đệm chọn d =195mm Chiều rộng lưới b=10mm Chọn chiều dày thanh 20mm Thể tích tự do Vtd = 0,73m3/m3 Khối lượng riêng của vật liệu đệm 650kg/m3 Chiều cao lớp đệm h = 0,6m Đường kính tháp D = 0,2m Khối lượng đệm π * D2 π * 0,2 2 md = * hd * ρ d *Vtd = * 0,6 * 650 * 0,73 = 8,944(kg ) 4 4 Khối lượng dung dịch . thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO Luận Văn ĐỀ TÀI: SẢN XUẤT NĂNG LƯỢNG TỪ RÁC THẢI Nhóm2.2 - ĐHMT2 1 GVHD: Thái Vũ Bình Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO MỤC LỤC 1. Cơ. chất ô nhiễm từ khí thải vào chất lỏng hấp thụ các phân tử được trao đổi qua vùng ranh giới gọi là lớp biên (máng, phim). Các phân tử đi qua lớp biên từ cả 2 phía, một số chất từ phía chất. kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO Thành phần cháy C H O N S % trọng lượng 84.6 11 0.3 0.2 1.6 Độ tro(A) 0.3 Độ ẩm(W) 2 Khối lượng riêng của dầu F.O ở 15 0 C: d = 0,97kg/l Lượng dầu cần đốt trong