Đang tải... (xem toàn văn)
Các quá trình chuyển khối trong CNMT
Đồ án môn học: Các trình chuyển khối CNMT MỤC LỤC Phần I: TỔNG QUAN I Mở đầu…………………………………………………………… II Tính chất hoá lý tác hại khí HCl…………………………… III Các phương pháp xử lý áp dụng…………… IV Lựa chọn phương pháp xử lý.Sơ đồ dây chuyền công nghệ hệ thống.Thuyết minh dây chuyền công nghệ…………………… Phần II: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ I Tính toán thông số vào – hệ thống………………… II Tính lượng dung môi (pha lỏng)……………………………… III Tính toán thiết bị ( tháp ) hấp thụ……………………………… IV Tính trở lực tháp………………………………………………… V Tính toán thiết bị phụ trợ…………………………………… Ống dấn khí lỏng………………………………………… Lưới đỡ đệm…………………………………………………… Đĩa phân phối khí lỏng…………………………………… VI Tính bề dày, chọn vật liệu chế tạo thân tháp, đáy, nắp thiết bị bích nối phần thiết bị………………………………………… VII Tính toán chân đỡ tai treo tháp……………………………… VIII Tính khối lượng toàn tháp…………………………………… Phần III: TÍNH TOÁN KINH TẾ…………………………………………………… Phần IV: KẾT LUẬN………………………………………………………………… GVHD : Mạc Duy Hưng Thực : Nhóm 13 Đồ án môn học: Các trình chuyển khối CNMT Phần I: TỔNG QUAN I.Mở đầu Bảo vệ môi trường vấn đề sống đất nước, nhân loại nhiệm vụ có tính xã hội sâu sắc gắn liền với đấu tranh xoá đói giảm nghèo đất nước, với đấu tranh hoà bình tiến xã hội phạm vi toàn giới Mặc dù người ý đến công tác bảo vệ môi trường Tuy nhiên môi trường nói chung môi trường không khí nói riêng, đặc biệt khu công nghiệp có dấu hiệu ô nhiễm đáng lo ngại Phần lớn nhà máy xí nghiệp chưa trang bị trang bị thiếu đồng hệ thống xử lý thải, bụi, nước thải hàng ngày thải vào bầu khí lượng khổng lồ chất độc hại gây ô nhiễm nghiêm trọng vùng rộng lớn quanh nhà máy Do đặc thù công nghiệp hoá chất, khí thải nhà máy hoá chất tuỳ theo thành phần khối lượng khí thải để tiến hành phương pháp xử lý phù hợp, đảm bảo kĩ thuật xử lý tính kinh tế phương pháp Khi chọn thiết bị làm khí thải cần phải tính đến hiệu làm sạch, chi phí đầu tư ban đầu, chi phí trình vận hành, dễ dàng kiểm tra sửa chữa, chi phí điện hợp lý Trong nội dung thiết kế đồ án này, chúng em tiến hành tính toán, thiết kế hệ thống xử lý khí thải HCl phân xưởng sản xuất xút phương pháp điện phân muối NaCl xử dụng hệ thống hấp thụ dạng đệm để xử lý * Hấp thụ trình hút khí chất lỏng Khí hút gọi chất bị hấp thụ, chất lỏng hút gọi dung môi(hay chất hấp thụ), khí không bị hấp thụ gọi khí trơ Quá trình hấp thụ dùng để: - Thu hồi cấu tử quý - Làm không khí - Tách hỗn hợp khí thành cấu tử riêng biệt Trong trường hợp thứ thứ 3, bắt buộc ta phải tiến hành trình nhả sau hấp thụ để tách cấu tử hấp thụ khỏi dung môi Đối với trường hợp khác, trình nhả không cần thiết, trừ phải dùng lại dung môi(dung môi quý) Quá trình hấp thụ phụ thuộc chủ yếu vào dung môi, cần chọn dung môi theo tính chất sau đây: Có tính chất hoà tan chọn lọc, nghĩa hoà tan với số cấu tử, cấu tử khả hoà tan hoà tan Độ nhớt dung môi phải bé, để giảm trở lực tăng hệ số chuyển khối Nhiệt dung riêng bé, để tiết kiệm nhiệt hoàn nguyên dung môi Có nhiệt độ sôi khác xa nhiệt độ sôi cấu tử hoà tan, để dễ dàng phân riêng chúng qua chưng luyện Có nhiệt độ đóng rắn thấp, để tránh tượng đóng rắn làm tắc thiết bị Không tạo thành kết tủa hoà tan, để tránh tắc thiết bị dễ thu hồi GVHD : Mạc Duy Hưng Thực : Nhóm 13 Đồ án môn học: Các trình chuyển khối CNMT Ít bay để tránh tổn thất Không độc ăn mòn thiết bị Tuy nhiên, thực tế dung môi đạt tiêu chuẩn nêu Vì chọn ta phải dựa vào điều kiện cụ thể sản xuất Trong sản xuất, người ta dùng nhiều loại thiết bị khác để thực chưng luyện hấp thụ Các thiết bị thưòng dùng sản xuất là: - Thiết bị bề mặt - Thiết bị loại màng - Thiết bị loại phun - Thiết bị loại đệm(tháp đệm) - Thiết bị loại đĩa(tháp đĩa) * Tháp đệm: Tháp đệm dược sử dụng cho trình hấp thụ, hấp phụ, chưng luyện trình khác Tháp đệm hình trụ, bên có đổ đầy đệm Đệm có nhiều loại, phổ biến loại đệm sau đây: - Đệm vòng, kích thước từ 10 ÷100mm - Đệm hạt, kích thước từ 20÷100mm - Đệm xoắn, kích thước từ 0,3 ÷1mm, đường kính vòng xoắn cỡ 3÷8mm, chiều dài dày không 25mm - Đệm lưới gỗ Tất loại đệm có yêu cầu chung: Các bề mặt riêng lớn( kí hiệu δ , thứ nguyên m2/m3) Thể tích tự lớn(kí hiệu Vtd, thứ nguyên m2/m3 ) Khối lượng riêng bé 4, Bền hoá học Trong thực tế loại đệm có đủ hết yêu cầu nên tuỳ theo điều kiện cụ thể mà chọn loại đệm cho phù hợp Tháp đệm có ưu điểm: - Có bề mặt tiếp xúc pha lớn, hiệu suất cao - Cấu tạo đơn giản - Trở lực tháp không lớn - Giới hạn làm việc tương đối rộng Tuy nhiên tháp đệm có nhược điểm khó làm ướt đệm Do đó, tháp cao chất lỏng phân bố không Vì vậy, người ta phải chia tầng tầng đặt thêm phận phân phối chất lỏng II Tính chất hoá lý tác hại HCl II.1 Tính chất vật lý Hợp chất hoá học HCl chất khí không màu độc hại, có tính ăn mòn cao, tạo thành khói trắng khí tiếp xúc với khí ẩm Hơi trắng gọi axit HCl, tạo thành khí hidro clorua hoà tan nước Clorua hidro axit clohidric hoá chất quan trọng công nghiệp hoá chất, khoa học, công nghệ GVHD : Mạc Duy Hưng Thực : Nhóm 13 Đồ án môn học: Các trình chuyển khối CNMT - Danh pháp IUPAC: Clorua hidro -Tên khác: axit Clohidric Hidro clorua - CTPTHCl(khí) - Phân tử gam: 36,46g/mol Biểu hiện: khí không màu ưa ẩm - Tỷ trọng: 1,477g/l - Độ hoà tan nước:720g/l(20◦C) - Điểm sôi : -85,1◦C(187,9◦K) - Pka: - Điểm bắt lửa: không cháy II.2 Tính chất hóa học: HCl thường chuyển thành dung dịch axit đậm đặc với nồng độ HCl khoảng 28,38% Được đựng bình thuỷ tinh, bình sành sứ, buồng xe tải lát cao su Axit HCl axit khác có tính chất sau: a Tác dụng với kim loại : giải phóng khí H2 tạo muối clorua ( trừ kim loại đứng sau H2 dãy hoạt động hoá học Cu, Hg, Ag, Pt, Au) VD: Fe + 2HCl → FeCl2 + H2↑ b Tác dụng với bazo : tạo muối clorua nước VD: ZnO + HCl → ZnCl2 + H2O c.Tác dụng với bazo : tạo muối clỏua nước VD: NaOH + HCl → NaCl + H2O d.Tác dụng với muối có gốc anion hoạt động yếu: tạo muối axit (điều kiện có chất kết tủa chất bay hơi) VD: CaCO3 + HCl → CaCl2 + H2O + CO2 ↑ Ngoài số phản ứng HCl thể tính khử cách khử số hợp chất : KMnO4 đặc , MnO2, KClO3 để giải phóng khí Cl2 2KMnO4 + 16HCl → 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O MnO2 + 4HCl → MnCl2 + Cl2 + 2H2O II.3 Tác hại khí HCl Bản thân HCl chất độc hại.Nó tồn dày người động vật để giúp tiêu hoá thức ăn Thậm chí công nghiệp thực phẩm axit HCl tinh khiết hoá chất sử dụng làm chất thuỷ phân đậu nành đậu phộng Axit HCl thực độc hại nồng độ cao, lúc tác động lên thể gây bỏng Khi nồng độ cao axit HCl thường bốc khói, khói không màu độc hại.Việc hít phải khói gây ho, nhức đầu, viêm mũi, viêm họng, tổn thương niêm mạc phổi.Trong trường hợp nghiêm trọng bị phù phổi, tê liệt tuần hoàn dẫn tới tử vong Axit HCl tiếp xúc với da gây tổn thương cho da, gây phỏng,tiếp xúc với mắt gây tổn thương cho mắt đỏ mắt chí gây mù mắt GVHD : Mạc Duy Hưng Thực : Nhóm 13 Đồ án môn học: Các trình chuyển khối CNMT III.Các phương pháp xử lý áp dụng Công nghiệp thải khí thải đa dạng, đặc biệt khí phát sinh từ trình sản xuất Căn vào tính chất hóa lý phân khí thành hai loại bản: - Các khí thải thuộc loại vô cơ: SO2, SO3,CO,CO2, NOx, HCl, NH3, HF,H2SO4 - Các khí thải thuộc dạng hữu cơ: axeton, axetylen, benzen, butan, axit hữu dung môi hữu cơ, dioxan… Các phương pháp làm khí thải đa dạng cấu tạo thiết bị công nghệ làm Phương pháp cụ thể lựa chọn theo khối lượng thành phần chất thải Đối với khí HCl sử dụng phương pháp hấp thụ phương pháp hấp phụ III.1 Phương pháp hấp phụ: Hấp phụ kĩ thuật làm khí cách tập trung khí độc lên bề mặt vật rắn (chất hấp phụ) có bề mặt tiếp xúc lớn Phương pháp lợi dụng tính chất vật lý số vật liệu rắn nhiều lỗ rỗng với cấu trúc siêu hiển vi, cấu trúc có tác dụng chắt lọc khí độc hại hỗn hợp khí thải giữ chúng bề mặt Các chất hấp phụ thường dùng than hoạt tính silicagen, zeolit… Phương pháp làm kiểu dùng rộng rãi để khử mùi thải từ nhà máy thực phẩm, sản xuất da, nhà máy nhuộm thiết bị gia công tự nhiên, sản xuất keo dán III.1.1 Các thiết bị hấp phụ III.1.1.1 Thiết bị hấp phụ gián đoạn Đối với khí trình hấp phụ công nghiệp thường gồm giai đoạn: Hấp phụ, nhả, làm khô, làm nguội a) loại đứng - Ưu điểm: Trở lực nhỏ, suất lớn - Nhược điểm: Kích thước lớn, cấu trúc phức tạp, đắt tiền Còn thiết bị có cấu tạo đơn giản lại cho suất không cao (ví dụ: Thiết bị hấp phụ loại đứng BTP hình trụ) b) loại ngang - Ưu điểm: Trở lực nhỏ, suất lớn - Nhược điểm: III.1.1.2 Thiết bị hấp phụ liên tục Quá trình hấp phụ trải qua giai đoạn: Hấp phụ, nhả (bằng nước), sấy (bằng không khí nóng), làm nguội (bằng không khí nguội) - Ưu điểm: Gọn, đồng nên đạt suất cao, chất lượng ổn định - Nhược điểm: Cấu tạo phức tạp, cần điều khiển tự động GVHD : Mạc Duy Hưng Thực : Nhóm 13 Đồ án môn học: Các trình chuyển khối CNMT III.2 Phương pháp hấp thụ Hấp thụ kĩ thuật làm khí thải dựa sở hấp thụ khí độc hại chứa hỗn hợp khí phản ứng chất lỏng Hiệu phương pháp dao động phạm vi rộng, phụ thuộc vào loại khí độc dung môi hấp thụ Rẻ tiền dùng nước hấp thụ hiệu lại không cao Các chất hấp thụ hòa tan vật lý vào chất lỏng thực phản ứng hóa học với chất lỏng Có nhiều loại thiết bị hấp thụ khác nhau, chúng chia thành hai nhóm: Nhóm thứ thiết bị làm việc theo nguyên tắc phân tán bọt khí vào chất lỏng Nhóm thứ hai làm việc theo nguyên tắc phân tán giọt chất lỏng vào pha khí Gần tất thiết bị hấp thụ làm việc sở hấp thụ ngược chiều Các thiết bị hấp thụ phổ biến là: Tháp đệm, tháp đĩa, tháp sủi bọt, tháp phun rỗng, venturi… Hấp thụ sử dụng nhiều để xử lí khí thải nguy hiểm như: SO2, SO3, Cl2, HCl, HF, SiF4, COS, CS2 chất lỏng để thực trình hấp thụ chọn phù hợp theo công nghệ xử lí III.2.1 Thiết bị hấp thụ dạng đệm Trong tháp đệm, chất lỏng chảy từ xuống, phân bố bề mặt đệm, khí từ lên phân tán chất lỏng - Ưu điểm: + Có bề mặt tiếp xúc pha lớn, hiệu suất cao + Cấu tạo đơn giản + Trở lực tháp đệm không lớn + Giới hạn làm việc tương đối rộng - Nhược điểm: + Khó làm ướt đệm + Nước thải thiết bị bị nhiễm bẩn III.2.2 Tháp đĩa Tháp đĩa thường có cấu tạo gồm thân hình trụ thẳng đứng, bên có đặt ngăn (đĩa) cách khoảng định Trên đĩa hai pha chuyển động ngược chéo nhau: Chất lỏng từ xuống (hoặc ngang), khí từ lên xuyên qua chất lỏng chảy ngang, tiếp xúc pha xảy theo bậc đĩa Tùy thuộc vào cấu tạo đĩa chất lỏng đĩa khuấy lý tưởng dòng chảy qua Tháp đĩa có ống chảy truyền: Bao gồm tháp đĩa chóp, đĩa lỗ, tháp supap…Trên đĩa có cấu tạo đặc biệt để lỏng từ đĩa xuống đĩa theo đường riêng gọi ống chảy chuyền, đĩa cuối ống chảy chuyền ngập sâu khối chất lỏng đáy tháp tạo thành van thủy lực ngăn không cho khí (hay lỏng) theo ống lên đĩa Pha khí (hay lỏng) xuyên qua lỗ, khe lưới, khe supap sục vào pha lỏng đĩa Để phân phối chất lỏng người ta dùng ngăn điều chỉnh chiều cao mức chất lỏng đĩa GVHD : Mạc Duy Hưng Thực : Nhóm 13 Đồ án môn học: Các trình chuyển khối CNMT Tháp đĩa ống chảy truyền: Trong loại tháp khí lỏng chảy qua lỗ đĩa, tượng giảm dần chiều cao chất lỏng đĩa loại tháp có ống chảy truyền, tất bề mặt đĩa làm việc nên hiệu đĩa cao Ưu nhược điểm tháp đĩa: - Tháp đĩa lỗ: + Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, trở lực tương đối thấp, hiệu suất cao + Nhược điểm: Không làm việc với chất lỏng bẩn, khoảng hẹp (về lưu lượng khí) - Tháp chóp: + Ưu điểm: Có thể làm việc với tỷ trọng khí, lỏng thay đổi mạnh, ổn định + Nhược điểm: Trở lực lớn, tiêu tốn nhiều vật tư kim loại chế tạo, kết cấu phức tạp - Tháp đĩa có ống chảy truyền: + Ưu điểm: Cấu tạo nhỏ gọn, làm việc ổn định, suất cao + Nhược điểm: III.2.3 Thiết bị loại bề mặt Trong thiết bị khí lỏng chuyển động ngược chiều tiếp xúc với bề mặt thoáng chất lỏng Ưu nhược điểm thiết bị: - Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, chi phí thấp - Nhược điểm: Có bề mặt tiếp xúc pha bé, áp dụng với chất khí hòa tan chất lỏng III.2.4 Thiết bị loại màng Bao gồm thiết bị loại ống thiết bị loại Thiết bị loại ống: Chất lỏng chảy dọc theo thành ống từ xuống, chất khí từ lên tiếp xúc với màng chất lỏng trình hấp thụ thực màng chất lỏng thành ống IV.Lựa chon phương pháp xử lý HCl Sơ đồ dây chuyền công nghệ thuyết minh công nghệ 1.Lựa chọn phương pháp xử lý HCl Có nhiều phương pháp xử lý HCl như: thiết bị hấp thụ loại màng, thiết bị hấp thụ bề mặt, tháp đệm, tháp chóp, thiết bị hấp phụ…Nhưng tháp đệm có ưu điểm : + Có bề mặt tiếp xúc pha lớn hiệu suất cao + Cấu tạo đơn giản + Trở lực tháp không lớn + Giới hạn làm việc tương đối rộng GVHD : Mạc Duy Hưng Thực : Nhóm 13 Đồ án môn học: Các trình chuyển khối CNMT Với ưu điểm chúng em lựa chọn phương pháp để xử lý khí HCl từ phân xưởng sản xuất xút phương pháp điện phân muối NaCl Sơ đồ dây chuyền công nghệ 3.Thuyết minh dây chuyền công nghệ Nước đưa vào thùng chứa (1) đưa lên bồn cao vị (4) nhờ bơm nước (2) Bồn cao vị có tác dụng điều chỉnh lưu lượng nước vào tháp đệm cho phù hợp nhờ ống chảy tràn có bồn cao vị.Nước phân bố từ đỉnh tháp xuống qua đĩa phân phối lỏng làm ướt đệm tháp Khí thải qua máy nén khí đưa vào tháp đệm Khí từ lên qua đĩa phân phối khí, nước từ xuống.Hai pha lỏng khí tiếp xúc bề mặt đệm làm tăng diện tích tiếp xúc pha lỏng pha khí Tai xảy trình hấp thụ Khí HCl hấp thụ vào dung môi nước.Sản phẩm đỉnh khí trơ có phần khí HCl không hấp thụ có nồng độ k Sản phẩm đáy hỗn hợp hấp thụ HCl.Sản phẩm đáy đưa hệ thống xử lý nước thải tận dụng cho ngành sản xuất khác GVHD : Mạc Duy Hưng Thực : Nhóm 13 Đồ án môn học: Các trình chuyển khối CNMT Phần II: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ I Tính toán thông số vào - hệ thống • Thông số ban đầu: - Năng suất vào hệ thống 10000m3/h - Dung môi hấp thụ: nước(H2O) - Nồng độ HCl khí thải trước vào hệ thống 9,5% (phần khối lượng) - Nhiệt độ pha khí (HCl) lỏng (H2O) 30oC - Hiệu suất tháp hấp thụ đạt 90% - Khí thải môi trường đạt tiêu chuẩn loại B theo TCVN 5939:1995 - Gỉa thiết khí thải trước vào hệ thống xử lý lọc bụi Ta có: Gkt = Vkt ρkt Gtr = Vtr ρtr Do nồng độ HCl khí thải trước vào hệ thống 9,5% khối lượng nên : ρ kt GHCl = 0,095 Gkt → VHCl = 0,095.Vkt ρ HCl ρ kt Gtr = 0,905 Gkt → Vtr = 0,905.Vkt ρ tr Lại có : Vkt = Vtr + VHCl ρ kt ρ kt → Vkt = 0,905.Vkt + 0,095.Vkt ρ HCl ρ tr ρ tr ρ HCl ⇔ ρkt = 0,905ρ HCl + 0,095.ρ tr Trong đó: P.To T Po P.To ρtr = ρo(tr) T Po ρHCl = ρo(HCl) Với : ρo(HCl) = 1,6394 (kg/m3) ρo(tr) = 1,293 (kg/m3) To = 273 oC T = 273 + 30 = 303 oC GVHD : Mạc Duy Hưng Thực : Nhóm 13 Đồ án môn học: Các trình chuyển khối CNMT P = Po = 1at → 273 ρHCl = 1,6394 303 = 1,4771 (kg/m3) 273 ρtr = 1,293 303 = 1,165 (kg/m3) → 1,165.1,4771 ρkt = 0,905.1,4771 + 0,095.1,165 = 1,1889 (kg/m3) Vậy: - Lượng khí thải Gkt = 10000 1,1889 = 11889 (kg/h) - Lượng khí trơ Gtr = 0,905 11889 = 10759,545 (kg/h) - Lượng HCl vào tháp GHCl(vào) = 0,095 11889 = 1129,455 (kg/h) - Nồng độ đầu hỗn hợp khí: 1129,455 G HClvao = 10759,545 = 0,105 (kg HCl/ kg khí trơ) Gtr 10759,545 Gtrt Vtr = = 1,165 = 9235,6609 (m3/h) ρ tr G HCl 1129,455 VHCl = ρ HCl = = 764,6436 (m3/h) 1,4771 Xđ = - Theo TCVN 5939:1995 lượng khí HCl đạt loại B thải 200mg/m3 Tức m3 khí thải môi trường chứa 200 mg HCl (Vtr + VHCl )m3 có GHCl (kg/h) G HClra → GHCl = 200.10-3 (Vtr + ρ HCl ) G HClra → GHCl = Vtr 2.10-4 + ρ HCl 2.10-4 → GHCl =1,8474 (kg/h) G HClra 1,8474 V HCL = ρ HCl = = 1,2507 (m3/h) 1,4771 - Suy nồng độ cuối hỗn hợp khí : G HClra 1,8474 Yc = Gtr = =1,717.10-4 (kg HCl/kg khí trơ) 10759,545 = 1,36.10-4 (kgl HCl/kgl khí trơ) yc = Yc = 1,7167.10-4 Yc + - Đường cân trình hấp thụ có dạng: ycb = m.x GVHD : Mạc Duy Hưng Thực : Nhóm 13 Đồ án môn học: Các trình chuyển khối CNMT Với m = ψ 0,0022.10 = = 2,8947 P 760 Trong ψ hệ số Herry ψ HCl (30oC) = 0,0022.106 mmHg P áp suất chọn P = 1at = 760 mmHg Suy ra: y* = 2,8945.x* (*) Đồ thị đường cân trình hấp thụ đường thẳng Từ đồ thị đường cân ta tính xcb ứng với nồng độ đầu hỗn hợp khí : yđ = Yđ Yđ + = 0,105 + 0,105 = 0,095 từ phương trình (*) → xcb đ = 0,0328 Xcb đ = xcbđ − xcbđ = 0,0328 = 0,0339 (kg HCl/ kg dung môi) − 0,0328 II.Tính lượng dung môi pha lỏng - Lượng dung môi tối thiểu cho trình hấp thụ: Gxmin = Gtr → Gxmin Yd − Yc X cbd − X d [2.141] 0,105 − 1,7107.10 −4 = 10759,545 = 33271,5284 (kg/h) 0,0339 − - Trong trình hấp thụ nồng độ cân lớn nồng độ thực tế nên lượng dung môi cần thiết cho trình hấp thụ lớn lượng dung môi tối thiểu 20% [2.141] → Gx = 1,2 Gxmin = 1,2 33271,5284 = 39925,8341(kg/h) - Theo phương trình cân vật liệu: Gtr.( Yd- Yc) = Gx.( Xc- Xd) [2.140] → Xc = Gtr 10759,545 ( Yd- Yc) = (0,105 – 1,717.10-4) Gx 39925,8341 = 0,0282 (kg HCl /kg dung môi) Lượng dung môi tiêu hao là: Gx 39925,8341 l = Gtr = = 3,7107 (kg/h) 10759,545 Nếu biểu diễn phương trình cân vật liệu tiết diện ta có : Gtr (Y - Yc) = Gx (X – Xđ) Gx Gx → Y = Gtr X + Yc - Gtr Xđ hay Y = 3,7107 X + 1,717.10-4 phương trình đường làm việc trình hấp thụ Ta có: GVHD : Mạc Duy Hưng Thực : Nhóm 13 Đồ án môn học: Các trình chuyển khối CNMT xđ = (kg /kg dung môi) Xc 0,0282 = = 0,0274 (kg /kg dung môi) 1+ X c + 0,0282 Yđ 0,078 yđ = = = 0,072 (kgl HCl/kg khí trơ) + Yđ + 0,078 Yc 1,7167.10 −4 yc = = = 1,7164.10-4 (kg HCl/kg khí trơ) + Yc + 1,7167.10 −4 xc = Vậy đồ thị đường làm việc qua điểm là: A(xđ ; yc) B(xc ; yđ) hay A (0;1,7164.10-4) B (0,0274;0,095) Ta vẽ đồ thị đường làm việc trình hấp thụ , từ đồ thị ta xác định số bậc thay đổi nồng độ là: N lt = 20,52 - Tốc độ khí tháp tính: Y= 1,2.e -4X ω s2 σ d ρ ytb µ x 0,16 với Y = ( )( ) Vd g ρ xtb µ n Gx ρ ytb 0,125 X= ( G )0,25 ( ) [2.187] ρ xtb y Chọn đệm vòng Rasiga xếp ngẫu nhiên sứ [2.93] - Kích thước đệm : 50×50×5 mm - Bề mặt riêng : σ d = 95 m2/m3 - Thể tích tự : Vd = 0,79 m3/m3 - Số đệm 1m3 : 58.102 Khối lượng riêng xốp ρ d = 500 kg/m3 ω s2 195.1,1889 → Y= (0,8007.10-3)0,16 = 0,01798 ωs2 9,81.0,75 995,68 39925,8341 0,25 1,1889 0,125 X=( ) ( ) = 0,58365 995,68 11889 → ωs = 1,2.e −4.0,58365 = 2,5424 (m/s) 0,01798 Tốc độ làm việc ω = 0,8 ωs = 0,8.2,5424 = 2,0339 (m/s) II.Tính toán thiết bị tháp 1.Tính đường kính tháp theo công thức: D= 4.Vytb π ω y ρ y [2.181] GVHD : Mạc Duy Hưng Thực : Nhóm 13 Đồ án môn học: Các trình chuyển khối CNMT - Lượng khí trung bình tháp hấp thụ : Vytb = V yd + V yc [2.183] Trong đó: Vyd – lưu lượng hỗn hợp đầu điều kiện làm việc (m3/h) Vd = 10000 (m3/h) Vyc – Lưu lượng khí thải khỏi tháp (m3/h) Vyc = Vtr (1 + Yc ) [2.183] → Vyc = 9235,6609 (1 + 1,717.10-4) = 9237,467 (m3/h) → Vytb = 10000 + 9237,2467 = 9681,6234 (m3/h) * Đường kính tháp: D= 4.9618,6234 = 1,2936 (m) 3,14.3600.2,0339 Chọn D = 1,2 m 2.Tính chiều cao tháp Chiều cao lớp đệm H = Nlt htd (m) [2.168] Trong đó: Nlt - Số đĩa lý thuyết ( số bậc thay đổi nồng độ ) htd - Chiều cao tương đương bậc thay đổi nồng độ Vd σ d 1,2 0, (m) ω 0,75 1,2 ⇔ htd = 200 = 0,1940 (m) 2,0339 0, 195 htd = 200 [2.168] Chiều cao lớp đệm: H =20,52 0,1904 = 3,907 (m) Chiều cao toàn tháp: H = + 2,8 (m) IV Tính trở lực tháp Chuẩn số Râynôn pha khí : 4.ρ y ω s 4.2,0339.1,1889 Rey = = = 3340,6605 µ yσ d 1,4848.10 −5.195 Vì Rey > 400 nên tổn thất áp suất tính theo công thức: 1,8 ,8 1, 0, ∆Pk = 1,56.H ω y ρ y σ d µ y Vd [2.189 ] GVHD : Mạc Duy Hưng Thực : Nhóm 13 Đồ án môn học: Các trình chuyển khối CNMT = 1,56.7,2.2,03391,8.1,1889 0,8.1951, 2.(1,4848) 0,75 0, = 3693,9028 (N/m2) Trong H: chiều cao lớp đệm Trở lực ướt tháp : G ∆Pu = ∆Pk 1 + A x Gy m ρy ρx n µ x µy c [2.189] Ta có: Theo bảng IX.7 [2.189] → hệ số phương trình tính trở lực ướt A=8,4 ; m = 0,405 ; n = 0,225 ; c = 0,015 Gx → ∆Pu = ∆Pk 1 + 8,4 Gy , 405 ρy ρx 0, 225 µ x µ y , 015 0, 015 , 225 0, 405 0,8007.10 −3 1,1889 39925,8341 ∆ P + , → u = 3693,9028 1,4848.10 −5 11889 995,68 = 15528,3108 (N/m2) V.Tính toán thiết bị phụ trợ 1.Đường ống dẫn khí : Vận tốc khí ống khoảng - 25m/s [1.370] Chọn vận tốc dòng khí vào 25m/s Áp dụng công thức tính đường kính ống dẫn khí : d1 = Vy 0,785.ω y = 10000 0,785.3600.25 = 0,376 (m) Chọn đường ống dẫn khí vào tháp d1 = 0,4 m làm thép không rỉ X18H10T với bề dày b= 6mm 2.Đường ống dẫn lỏng 2.1 Ống dẫn lỏng vào Vận tốc lỏng vào tháp khoảng 1,5 – 2,5 m/s Chọn vận tốc lỏng vào ω x = 2,5 m/s Lưu lượng vào tháp là: Vx = Gx 39925,8341 = = 40,099 (m3/h) ρx 995,68 Đường kính ống dẫn lòng vào : GVHD : Mạc Duy Hưng Thực : Nhóm 13 Đồ án môn học: Các trình chuyển khối CNMT d 3= Vx = 0,785.ω x 40,099 0,785.3600.2,5 = 0,075 (m ) Chọn đường kính ống dẫn lỏng vào 0,1(m ) vận tốc lỏng vào 2,5 (m/s) Bề dày ống b = mm làm thép X18H10T Lưới đỡ đệm - Đường kính tháp D= 1200 mm Tra bảng [IX.22 – 2.230] ta có: + Đường kính lưới Dl = 1165 mm + Chiều rộng bước b đệm 25×25×3 (mm) 22 (mm.) + Chiều dày 50 mm 4.Đĩa phân phối lỏng: tra bảng [IX.22 – 2.230] ta có: Đĩa phân phối lỏng loại + Đường kính đĩa Dđ = 750 mm + Ống dẫn chất lỏng d × s = 44,5 × 2,5 (mm) + Chọn vật liệu làm đĩa thép không rỉ dày S1 = mm + Số lượng: 70 + Chiều cao ống phân phối: 70 mm VI.5 Chọn bích 5.1 Chọn bích nối đáy với thân, nắp với thân Chọn bích liền thép để nối thân tháp với đáy nắp + Đường kính tháp: 1200 mm +Chọn kiểu bích I: ∙ Đường kính Dn = 1200 + 2.6 = 1212 mm ( Với 2×4 bề dày bên thành tháp) ∙ Đường kính bích D= 1340 mm ∙ Đường kính tâm bulông Db = 1290 mm ∙ Đường kính mép vát Di = 1260 mm ∙ Đường kính bulông db = 20 mm ∙ Số bulông z= 32 ∙ Chiều cao bích h1= 30 mm Khối lượng bích π π m1 = V1 ρ = ( D − Dn ).h1 ρ = (1,342 -1,2122).30.10-3 7900= 60,77 kg 4 5.2 Chọn bích nối thiết bị ống dẫn khí Chọn bích liền thép để nối thiết bị ∙ Đường kính tháp: Dt= 1200 mm ∙ Đường kính tháp: Dn = 1200+ 2.6 = 1212 mm ∙ Đường kính bích : D= 515mm GVHD : Mạc Duy Hưng Thực : Nhóm 13 Đồ án môn học: Các trình chuyển khối CNMT ∙ Đường kính tâm bulông : Db = 475 mm ∙ Đường kính mép vát : Di = 450 mm ∙ Đường kính bulông : db = 16 mm ∙ Số bulông 20cái ∙ Chiều cao bích h2 = 20 mm Khối lượng bích π π 2 −3 m2 = ( D − Dn ).h2 ρ = ( 0,515 − 0,4 ).20.10 7900 = 12,67(kg) 4 5.3 Chọn bích nối phận thiết bị ống dẫn lỏng Chọn bích liền kim loại đen để nối ∙ Đường kính ống Dn = 108 mm ∙ Đường kính bích D= 205mm ∙ Đường kính tâm bulông Db = 170 mm ∙ Đường kính mép vát Di = 148 mm ∙ Đường kính bulông db = 16 mm ∙ Số bulông z= 4cái ∙ Chiều cao bích h3= 14 mm Khối lượng bích π π 2 =3 m3 = ( D − Dn ).h3 ρ = (0,205 − 0,108 ).14.10 7900 =2.64 (kg) 4 VI.Tính khối lượng toàn tháp Khối lượng toàn tháp: G = GT + G Đ- N + GĐ + GL + GB Trong : GT : khối lượng thân tháp ( kg) G Đ-N : khối lượng đáy nắp (kg) GĐ : khối lượng đệm GL : khối lượng chất lỏng điều kiện đầy tháp ( kg) GB : khối lượng bích (kg) Khối lượng lớp đệm : π π GĐ = ρ d Dt H (1 − Vd ) = 600 .1,2 4(1 − 0,79) = 569,7216 (kg) 4 Khối lượng thân tháp ; π π 2 GT = ρ t Vt = ρ d ( D n − Dt ).H = 7900.1,01 (1,212 − 1,2 ).4 = 725,1647(kg) 4 Tổng khối lượng bích GB = 2G1 + 2G2 + 2G3 = 2.60,77 + 12,67 + 2.2,64 = 152,16 (kg) Khối lượng đáy nắp tháp: Ta có : GN = 79 1,01 = 79,79 (kg) (Bảng XIII.11 [ ] ) → G Đ-N = 2.79,79 = 159,58 (kg) GVHD : Mạc Duy Hưng Thực : Nhóm 13 Đồ án môn học: Các trình chuyển khối CNMT Khối lượng lỏng điều kiện đầy tháp : 3,14.1,2 π Dt 5.995,68 = 5627,5834 (kg) G= H thap ρ nuoc = 4 Khối lượng toàn tháp : G = GT + G Đ- N + GĐ + GL + GB = 725,1647+ 159,58 + 569,7216 + 5627,5834 + 152,16= 7234,2097 (kg) Cộng với khối lượng đĩa phân phối lỏng, lưới đỡ đệm, bu lông, bích nối, ống dẫn, cửa tháo đệm, ta làm tròn 8000 kg VII Tính chân đỡ tai treo tháp Tính chân đỡ Tải trọng toàn tháp : P= m.g= 80000 (N) Chọn tháp có chân đỡ.Vậy tải trọng cho phép chân đỡ là: G= P = 20000 (N) Tra bảng [XIII.35- 2.437] Tải trọng cho phép Bề mặt Tải trọng cho phép L B B1 B2 H h s l d mm 2,5 444 0,56 250 180 215 290 350 185 16 90 27 ⇒ Tải trọng chân là: 2,5.104 = 10.104 (N) > P ⇒ Phù hợp 2.Tính tai treo Chọn tai treo thép CT3.Tải trọng lên tai treo 13750 (N) Tải trọng cho phép Bề mặt Tải trọng cho L B B1 H S l a b 2,5 173 1,45 150 120 130 215 60 20 30 3,48 mm GVHD : Mạc Duy Hưng Thực : Nhóm 13 Đồ án môn học: Các trình chuyển khối CNMT ⇒ Tải trọng tai treo là: 2,5.104 = 10.104 (N) > P ⇒ Phù hợp Phần III: TÍNH TOÁN KINH TẾ Tính toán kinh tế (đơn vị tính: nghìn đồng) GVHD : Mạc Duy Hưng Thực : Nhóm 13 Vật liệu Loại quy cách Số lượng Đơn giá Đồ án môn học: Các trình chuyển khối CNMT Thành tiền Thép X18H10T 725,1647 kg 60.000 đ/kg 43509,84 Đáy nắp Thép X18H10T 158,59 kg 15 000 đ/ 9515,4 Bộ phận phân phối lỏng Thép X18H10T 400 đ/cái Vật liệu đệm Vòng sứ ragis 7,46 m3 6500 đ/ m3 Thân tháp 800 48 490 (25×25×3) Bích Thép X18H10T 15 000 đ/kg Chân đỡ Thép CT3 15 đ/kg Tai treo Thép CT3 15 đ/kg Đường ống dẫn khí Thép X18H10T 30 (m) 15 đ/kg Đường ống dẫn lỏng Nhựa PVC (m) đ/kg Bu lông Thép CT3 96 1,5 đ/cái 144 Thép CT3 76 0,8 đ/cái 60,8 cho bích ghép thân với nắp Bu lông cho bích nối ống dẫn với thiết bị Van Thép CT3 10 đ/cái Bơm 3500 đ/cái Quạt 3000 đ/cái GVHD : Mạc Duy Hưng Thực : Nhóm 13 Đồ án môn học: Các trình chuyển khối CNMT Chi phí vật liệu: đồng Chi phí phụ khác: đồng Tổng chi phí vật liệu: đồng Chi phí chế tạo chi phí lắp đặt tổng chi phí vật liệu: Chi phí nhân công: đồng Tổng chi phí: đồng Phần IV: KẾT LUẬN Vì lần thiết kế toàn tháp hấp thụ nên nhiều thiếu xót, kinh nghiệm quý báu cho lần chúng em Xin cảm ơn thầy cô tạo điều kiện cho chúng em ứng dụng thực tế học mình! GVHD : Mạc Duy Hưng Thực : Nhóm 13 Đồ án môn học: Các trình chuyển khối CNMT GVHD : Mạc Duy Hưng Thực : Nhóm 13 [...]... Mạc Duy Hưng Thực hiện : Nhóm 13 Đồ án môn học: Các quá trình chuyển khối trong CNMT ⇒ Tải trọng của cả 4 tai treo là: 4 2,5.104 = 10.104 (N) > P ⇒ Phù hợp Phần III: TÍNH TOÁN KINH TẾ Tính toán kinh tế (đơn vị tính: nghìn đồng) GVHD : Mạc Duy Hưng Thực hiện : Nhóm 13 Vật liệu Loại quy cách Số lượng Đơn giá Đồ án môn học: Các quá trình chuyển khối trong CNMT Thành tiền Thép X18H10T 725,1647 kg 60.000... l = Gtr = = 3,7107 (kg/h) 10759,545 Nếu biểu diễn phương trình cân bằng vật liệu ở tiết diện bất kỳ ta có : Gtr (Y - Yc) = Gx (X – Xđ) Gx Gx → Y = Gtr X + Yc - Gtr Xđ hay Y = 3,7107 X + 1,717.10-4 là phương trình đường làm việc của quá trình hấp thụ Ta có: GVHD : Mạc Duy Hưng Thực hiện : Nhóm 13 Đồ án môn học: Các quá trình chuyển khối trong CNMT xđ = 0 (kg /kg dung môi) Xc 0,0282 = = 0,0274 (kg /kg... môn học: Các quá trình chuyển khối trong CNMT Với m = ψ 0,0022.10 6 = = 2,8947 P 760 Trong đó ψ là hệ số Herry ψ HCl (30oC) = 0,0022.106 mmHg P là áp suất chọn P = 1at = 760 mmHg Suy ra: y* = 2,8945.x* (*) Đồ thị đường cân bằng của quá trình hấp thụ là đường thẳng Từ đồ thị đường cân bằng ta tính được xcb ứng với nồng độ đầu của hỗn hợp khí : yđ = Yđ Yđ + 1 = 0,105 1 + 0,105 = 0,095 từ phương trình (*)... Chiều cao bích h3= 14 mm Khối lượng bích π 2 π 2 2 2 =3 m3 = ( D − Dn ).h3 ρ = (0,205 − 0,108 ).14.10 7900 =2.64 (kg) 4 4 VI.Tính khối lượng toàn bộ tháp Khối lượng của toàn tháp: G = GT + G Đ- N + GĐ + GL + GB Trong đó : GT : khối lượng thân tháp ( kg) G Đ-N : khối lượng đáy và nắp (kg) GĐ : khối lượng đệm GL : khối lượng chất lỏng điều kiện đầy tháp ( kg) GB : khối lượng bích (kg) Khối lượng của lớp đệm... II.Tính toán thiết bị tháp 1.Tính đường kính tháp theo công thức: D= 4.Vytb π ω y ρ y [2.181] GVHD : Mạc Duy Hưng Thực hiện : Nhóm 13 Đồ án môn học: Các quá trình chuyển khối trong CNMT - Lượng khí trung bình đi trong tháp hấp thụ : Vytb = V yd + V yc [2.183] 2 Trong đó: Vyd – lưu lượng hỗn hợp đầu ở điều kiện làm việc (m3/h) Vd = 10000 (m3/h) Vyc – Lưu lượng khí thải ra khỏi tháp (m3/h) Vyc = Vtr (1 +... Thực hiện : Nhóm 13 Đồ án môn học: Các quá trình chuyển khối trong CNMT = 1,56.7,2.2,03391,8.1,1889 0,8.1951, 2.(1,4848) 0,75 3 0, 2 = 3693,9028 (N/m2) Trong đó H: là chiều cao của lớp đệm Trở lực ướt của tháp : G ∆Pu = ∆Pk 1 + A x Gy m ρy ρx n µ x µy c [2.189] Ta có: Theo bảng IX.7 [2.189] → hệ số của phương trình tính trở lực ướt A=8,4 ; m =... tối thiểu cho quá trình hấp thụ: Gxmin = Gtr → Gxmin Yd − Yc X cbd − X d [2.141] 0,105 − 1,7107.10 −4 = 10759,545 = 33271,5284 (kg/h) 0,0339 − 0 - Trong quá trình hấp thụ nồng độ cân bằng luôn lớn hơn nồng độ thực tế nên lượng dung môi cần thiết cho quá trình hấp thụ luôn lớn hơn lượng dung môi tối thiểu 20% [2.141] → Gx = 1,2 Gxmin = 1,2 33271,5284 = 39925,8341(kg/h) - Theo phương trình cân bằng... mm Khối lượng bích π 2 π 2 m1 = V1 ρ = ( D − Dn ).h1 ρ = (1,342 -1,2122).30.10-3 7900= 60,77 kg 4 4 5.2 Chọn bích nối thiết bị và ống dẫn khí Chọn bích liền bằng thép để nối thiết bị ∙ Đường kính trong của tháp: Dt= 1200 mm ∙ Đường kính ngoài của tháp: Dn = 1200+ 2.6 = 1212 mm ∙ Đường kính ngoài của bích : D= 515mm GVHD : Mạc Duy Hưng Thực hiện : Nhóm 13 Đồ án môn học: Các quá trình chuyển khối trong. .. tháp hấp thụ nên vẫn còn nhiều thiếu xót, đây sẽ là kinh nghiệm quý báu cho những lần tiếp theo của chúng em Xin cảm ơn các thầy cô đã tạo điều kiện cho chúng em được ứng dụng thực tế bài học của mình! GVHD : Mạc Duy Hưng Thực hiện : Nhóm 13 Đồ án môn học: Các quá trình chuyển khối trong CNMT GVHD : Mạc Duy Hưng Thực hiện : Nhóm 13 ... tốc lỏng vào là ω x = 2,5 m/s Lưu lượng vào tháp là: Vx = Gx 39925,8341 = = 40,099 (m3/h) ρx 995,68 Đường kính ống dẫn lòng vào : GVHD : Mạc Duy Hưng Thực hiện : Nhóm 13 Đồ án môn học: Các quá trình chuyển khối trong CNMT d 3= Vx = 0,785.ω x 40,099 0,785.3600.2,5 = 0,075 (m ) Chọn đường kính ống dẫn lỏng vào và ra là 0,1(m ) và vận tốc lỏng vào là 2,5 (m/s) Bề dày của ống b = 4 mm được làm bằng thép