Đồ án Tính toán thiết kế hệ thống hấp thụ khí SO2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG ______________________OOO_____________________ ĐỒ ÁN MÔN HỌC CÁC QUÁ TRÌNH CƠ BẢN TRONG CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG Đề bài: Tính toán thiết kế hệ thống hấp thụ khí SO2 GVHD: TS. Vũ Đức Thảo SVTH: Mai Thị Hiền Lớp: Kỹ thuật môi trường K52 SHSV: 20071073 Hà Nội, tháng 12/2010 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Họ và tên Sinh viên: Mai Thị Hiền Lớp: Kỹ thuật môi trường Khóa: 52 I. Đầu đề thiết kế: Thiết kế hệ thống hấp thụ khí SO2 II. Các số liệu ban đầu: - Hỗn hợp khí cần tách: SO2 trong không khí - Dung môi: nước - Lưu lượng khí vào tháp: 25000 m3/h - Nồng độ SO2: yđ = 0,028( mol/mol) - Hiệu suất yêu cầu: = 84% - Nhiệt độ áp suất và lượng dung môi: mô phỏng theo một số điều kiện - Loại thiêt bị: Tháp đệm III. Các phần thuyết minh và tính toán: 1. Mở đầu 2. Tính toán thiết kế tháp hấp thụ (đường kính, chiều cao, trở lực) 3. Tính toán thiết bị phụ - Tính bơm - Tính máy nén khí 4. Tính toán cơ khí 5. Kết luận IV. Các bản vẽ: 1. Bản vẽ sơ đồ dây chuyền khổ A3 hoặc A4 2. Bản vẽ tháp hấp thụ khổ A1 V. Giáo viên hướng dẫn: TS. Vũ Đức Thảo VI. Ngày giao nhiệm vụ: Ngày 6 tháng 9 năm 2010 VII. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: Ngày tháng năm 2010 Giáo viên hướng dẫn Chủ nhiệm khoa ( Họ tên và chữ kí) ( Họ tên và chữ kí) Đánh giá kết quả Ngày tháng năm 2010 - Điểm thiết kế Cán bộ bảo vệ - Điểm bảo vệ ( Họ tên và chữ kí) - Điểm tổng hợp Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. PHẦN MỞ ĐẦU Vấn đề xử lý các chất ô nhiễm không khí đã và đang nhận được sự quan tâm của toàn nhân loại nói chung và của Việt Nam nói riêng. Với mục đích đó việc thực hiện đồ án môn học thực sự cần thiết, trong quá trình làm đồ án em đã hiểu được những phương pháp, cách tính toán, lựa chọn thiết bị có khả năng ứng dụng vào thực tiễn để có thể xử lý các chất thải gây ô nhiễm Sau 15 tuần tìm hiểu, tính toán và nhận được sự hướng dẫn nhiệt tình của các thầy cô trong Viện, nhưng do hạn chế về tài liệu và kinh nghiệm tính toán, nên không thể tránh khỏi những sai sót, em rất mong nhận được ý kiến của các thầy cô để đồ án sau có kết quả tốt hơn Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 3 tháng 12 năm 2010 Sinh viên thực hiện Mai Thị Hiền Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. PHẦN NỘI DUNG I.Giới thiệu chung 1. Sơ lược về khí SO2 Trong số những chất gây ô nhiễm không khí thì SO2 là một chất gây ô nhiễm khá điển hình. Sulfuro là sản phẩm chủ yếu của quá trình đốt cháy các nguyên, nhiên liệu có chứa S. Các nhà máy điện thường là nguồn phát sinh ra nhiều SO2 trong khí thải, ngoài ra còn phải kể đến các quá trình tinh chế dầu mỏ, luyện kim, tinh luyện quặng đồng, sản xuất ximang và giao thông vận tải cũng là những nơi phát sinh nhiều khí SO2 Khí SO2 là chất khí không màu, có mùi hăng cay khi nồng độ trong khí quyển là 1 ppm. Khí SO2 là khí tương đối nặng nên thường ở gần mặt đất ngang tầm sinh hoạt của con người, nó còn có khả năng hòa tan trong nước nên dễ gây phản ứng với cơ quan hô hấp của người và động vật. Khi hàm lượng thấp, SO2 làm sưng niêm mạc, khi nồng độ cao> 0,5 mg/m3, SO2 sẽ gây tức thở, ho, viêm loét đường hô hấp SO2 làm thiệt hại mùa màng, làm nhiễm độc cây trồng. Mưa axit có nguồn gốc từ khí SO2 làm thay đổi pH của đất, nước, hủy hoại các công trình kiến trúc, ăn mòn kim loại. Ngoài ra ô nhiễm SO2 còn liên quan đến hiện tượng mù quang hóa Chính vì những tác động tiêu cực trên mà việc giảm tải lượng cũng như nồng độ phát thải SO2 vào môi trường là vấn đề rất được quan tâm 2. Phương pháp xử lý SO2 Khí SO2 thường được xử lý bằng phương pháp hấp thụ, tác nhân sử dụng để hấp thụ thường là sữa vôi, sữa vôi kết hợp với MgSO4 hoặc dung dịch kiềm... Trong phạm vi đồ án này, với nhiệm vụ được giao là hấp thụ khí SO2 bằng nước. Đây là phương pháp hấp thụ vật lý nên hiệu suất hấp thụ không cao. Do đó ta phải chọn điều kiện làm việc của tháp hấp thụ ở nhiệt độ thấp và áp suất cao để nâng cao hiệu suất hấp thụ 3. Tháp đệm Tháp đệm được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa chất vì đặc điểm dễ thiết kế, gia công, chế tạo và vận hành đơn giản. Tháp đệm được sử dụng trong các quá trình hấp thụ, chưng luyện, hấp phụ và một số quá trình khác. Tháp có dạng hình trụ, trong có chứa đệm, tùy vào mục đích thiết kế mà đệm có thể được xếp hay đổ lộn xộn. Thông thường lớp đệm dưới thường được sắp xếp, khoảng từ lớp 3 trở đi, đệm được đổ lộn xộn Tháp đệm có những ưu điểm sau: - Cấu tạo đơn giản - Bề mặt tiếp xúc pha lớn, hiệu suất cao - Trở lực trong tháp không quá lớn Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. - Giới hạn làm việc tương đối rộng Tuy nhiên, tháp có nhược điểm là khó thấm ướt đều đệm làm giảm khả năng hấp thụ... II.Thiết kế đồ án môn học 1. Đầu đề thiết kế: Thiết kế hệ thống hấp thụ khí thải áp dụng trong công nghiệp 2. Các số liệu ban đầu - Hỗn hợp khí cần tách: SO2 trong không khí - Dung môi: nước - Lưu lượng khí vào tháp: 25000 m3/h - Nồng độ SO2: yđ = 0,028( mol/mol) - Hiệu suất yêu cầu: = 84% - Nhiệt độ áp suất và lượng dung môi: mô phỏng theo một số điều kiện - Loại thiêt bị: Tháp đệm 3. Phương pháp hấp thụ xử lý SO2 Sơ đồ của hệ thống 2 1 3 4 5 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 1. Bể chứa dung môi 2. Bơm chất lỏng 3. Tháp hấp thụ 4. Máy nén khí 5. Van an toàn Thuyết minh dây chuyền: - Hỗn hợp khí cần xử lý chứa SO2 và không khí được máy nén khí đưa vào từ phía dưới đáy tháp. Nước từ bể chứa được bơm li tâm đưa vào tháp hấp thụ, trên đường ống có van điều chỉnh lưu lượng và đồng hồ đo lưu lượng. Nước được bơm vào tháp với lưu lượng thích hợp, tưới từ trên xuống dưới theo chiều cao tháp hấp thụ - Hỗn hợp khí sau khi đi qua lớp đệm xảy ra quá trình hấp thụ sẽ đi lên đỉnh tháp và ra ngoài theo đường ống thoát khí. Khí sau khi ra khỏi tháp có nồng độ khí SO2 giảm, mức độ giảm tùy thuộc vào hiệu suất hấp thụ của tháp hấp thụ - Nước sau khi hấp thụ SO2 đi xuống đáy tháp đi và ra ngoài theo đường ống thoát chất lỏng. Nước sau khi hấp thụ nếu nồng độ SO2 cao sẽ được xử lý và tái sử dụng. Gọi: Gy: lưu lượng hỗn hợp khí vào tháp( kmol/h) Gx: lưu lượng nước vào tháp( kmol/h) Gtrơ: lưu lượng khí trơ( kmol/h) Yđ: nồng độ phần mol tương đối của SO2 trong khí đi vào tháp ( kmol SO2/kmol kk) Yc: nồng độ phần mol tương đối của SO2 trong khí đi ra khỏi tháp ( kmol SO2/kmol kk) Xđ: nồng độ phần mol tương đối của SO2 trong nước đi vào tháp( kmol SO2/kmol dm) Xc: nồng độ phần mol tương đối của SO2 trong nước đi ra khỏi tháp( kmol SO2/kmol dm) Theo đề bài: yđ = 0,028 (mol/mol) → Yđ = 0,028 1 1 0,028 d d y y    = 0,0288 (kmol SO2/kmol kk) Biết hiệu suất hấp thụ là: = 84% Do đó: Yc = Yđ( 1-η) =0,0288.( 1-0,84)= 4,608.10 -3 (kmol SO2/kmol kk) → yc = 3 3 4,608 10 1 1 4,608 10 c c Y Y        =4,587.10-3 (kmol/kmol) Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. → ytb= 2 d cy y = 30,028 4,587 10 2   = 0,0163 kmol/kmol Dung môi ban đầu là nước → Xđ = 0 Giả sử điều kiện làm việc của tháp là T =250C→T =298K P =1atm = 760mmHg P=1 atm = 1,0326 at Ta coi hỗn hợp khí là lý tưởng. Theo phương trình trạng thái khí lý tưởng ta có: Gy = n = 1 25000 0,082 298 PV RT    = 1023,08( kmol/h) → Gtrơ = 1023,08 1 1 0,0288 y d G Y    = 994,44( kmol/h)  Thiết lập phương trình đường cân bằng: Theo định luật Henry ta có: ycb = mx → Ycb= 1 (1 ) mX m X  Ta có m= P  Ở 250C với khí SO2 thì ψ =0,031.10 6 mmHg → m = 60,031.10 760 = 40,79 → Ycb = 40,79 1 39,79 X X  Thiết lập phương trình đường làm việc: Phương trình cân bằng vật liệu cho thiết bị: Gtrơ. Y + Gx. Xđ = Gtrơ. Yc + Gx. X → Gtrơ( Y- Yc) = Gx( X- Xđ) Do Xđ = 0 nên pt trở thành: Gtrơ.( Y- Yc) = Gx. X → Y= x tro G G .X+Yc Giả thiết Xc= Xcbc thì lượng dung môi tối thiểu cần để hấp thụ là: Gxmin = Gtro. d c cbc d Y Y X X   Từ phương trình đường cân bằng Ycb= 1 (1 ) mX m X  → Xcb= (1 ) Y m m Y  Yđ = 0.0288(kmol SO2/kmol kk) → Xcbc = 0,0288 40,79 39,79 0,0288  =6,868.10-4 (kmol SO2/kmol nước) Gx, Xd Yc Xc Gy, Yd Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. → Gxmin = 994,44. 3 4 0,0288 4,608 10 6,868 10      = 35028,38 kmol/h Lượng dung môi cần thiết để hấp thụ : Gx = β. Gxmin Thông thường β = 1,2÷1,5. Chọn β = 1,2 → Gx = 1,2.35028,38 = 42034,056 kmol/h → x tro G G = 42034,056 994,44 =42,269 → Y = 42,269X+ 4,608.10-3 → khi Yd = 0.0288 thì Xc = 34,608 10 42, 269 dY   = 30,0288 4,608 10 42,269   = 5,723.10-4 (kmol SO2/kmol H2O) → xc = 1 c c X X = 5,72.10-4( kmol/kmol) → xtb= 2 d cx x = 40 5,72 10 2   =2,86.10-4( kmol/kmol) X Y Ycb 0 4,608.10-3 0 0,0001 8,835.10-3 4,095.10-3 0,0002 0,013 8,223.10-3 0,0003 0,0173 0,0124 0,0004 0,0215 0,0166 0,0005 0,0257 0,021 0,0005723 0,0288 0,0239 0,0006868 0,0288 Vẽ đồ thị đường cân bằng và đường làm việc Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Đồ thị đường cân bằng, đường làm việc y = 41.697x R 2 = 0.9999 y = 42.269x + 0.0046 R 2 = 1 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 X Y Đường làm việc Đường cân bằng II.1 Tính đường kính tháp: 1. Tính khối lượng riêng:  Đối với pha lỏng: Áp dụng công thức: OH SO SO SO xtb aa 2 2 2 2 11    Trong đó:  xtb : Khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp lỏng, kg/m 3.  : 2SO a Phần khối lượng của SO2 trong pha lỏng  OHSO 22 , : Khối lượng riêng của SO2 và H2O ở 25 0C, kg/m3. - Tra bảng I.5 ở 250C có: OH 2 = 997,08 (kg/m 3) - Tra bảng I.2 ở 250C có: 2SO  (200C) = 1383 (kg/m3) 2SO  (400C) = 1327(kg/m3) Dùng phương pháp nội suy => 2SO  (250C) = 1369 (kg/m3) - Tính : 2SO a Áp dụng công thức 2 2 2 2 . . (1 ) SO tb SO SO tb H O tb M x a M x M x    Trong đó Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only.  : 2SO a Phần khối lượng trung bình của SO2 trong hỗn hợp. xtb: Nồng độ phần mol trung bình của SO2 trong pha lỏng, (kmol SO2/kmol H2O) xtb = 2,86.10 -4 (kmol SO2/kmol H2O) → 2SO a = 4 4 4 64 2,86.10 64 2,86.10 (1 2,86.10 ) 18         = 1,016.10-3 - Tính khối lượng phân tử của hỗn hợp lỏng Mx xM = xtb. 2SOM +(1–xtb). OHM 2 = 2,86.10 -4×64+(1-2,86.10-4)×18 =18,013156 Làm tròn Mx =18  Đối với pha khí: - Tính My Áp dụng công thức: My = ytb. 2SO M + (1 - ytb). KKM Trong đó:  My: Phân tử lượng trung bình của hỗn hợp khí, (kg/kmol)  2SO M , KK M : Khối lượng phân tử của SO2 và không khí, (kg/kmol)  ytb: Phần mol trung bình của SO2 trong hỗn hợp (kmol SO2/kmol hỗn hợp khí) → My = 0,0163×64 + (1-0,0163)×29 = 29,5705 - Tính ytb = 2 [ (1 ) ] 273 22, 4 tb SO tb kky M y M T       = [0,0163 64 (1 0,0163) 29] 273 22,4 298       → ytb = 1,209 kg/m 3 - Tính xtb : 2 2 2 2 11 SO SO xtb SO H O a a       → 2 2 2 2 3 3 1 1 997,36 1 1,016.10 1 1,016.10 1369 997,08 xtb SO SO SO H O a a            (kg/m3) 2. Lượng khí trung bình đi trong tháp: Vytb = 2 cd VV  (m3 / h) (II.183) với: Vđ: Lưu lượng hỗn hợp đầu ở điều kiện làm việc (m 3/ h) Vc: Lưu lượng khí thải đi ra khỏi tháp (m 3 / h): Vc = Vtr * (1 + cY ) (II.183) Vđ = y ytb ytb G M   = 1023,08 29,5705 25023,15 1, 209   m3/h Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. với: Mytb: Khối lượng mol phân tử trung bình của hỗn hợp khí (kg / kmol) ytb : Khối lượng riêng trung bình của pha khí (kg / m 3) Tương tự: Vtr = tr ytb ytb G M   = 994,44 29,5705 24322,65 1,209   m3/h  Vc = Vtr ×(1+ cY ) = 24322,65×(1+4,608.10 -3 )=24434,73 m3/h → Vytb = 24728,94 m 3/h 3. Độ nhớt ,x y  : Đối với pha lỏng: Áp dung công thức: 2 2 lg lg (1 ) lgx tb SO tb H Ox x       I-84 Trong đó: OHSO 22 , : độ nhớt của SO2 và H2O ở 25 0C, Ns/m2 Tra bảng I-101 sổ tay I: 2SO  (200C)= 0,304.10-3 Ns/m2 2SO  (300C)= 0,279.10-3 Ns/m2 → 2SO  (250C) =0,2915.10-3Ns/m2 Tra bảng I-102 sổ tay I: 2H O  (250C)= 0,8937.10-3Ns/m2 xtb: Nồng độ phần mol trung bình của SO2 trong pha lỏng, (kmol SO2/kmol H2O) xtb = 2.86*10 -4 (kmol SO2/kmol H2O) →lg x = 2,86.10 -4×lg(0,2915.10-3)+(1-2,86.10-4)×lg(0,8937.10-3)= -3,0489 → x = 8,935.10 -4 Ns/m2 Đối với pha khí: Áp dụng công thức: KK KKtb SO SOtb y y MyMyM  ).1(. 2 2   Trong đó 2 , ,y SO kk   : độ nhớt trung bình của pha khí, của SO2 và của không khí ở điều kiện làm việc 250C, Ns/m2 2 , ,y SO kkM M M : khối lượng phân tử của pha khí, của SO2 và của không khí ở điều kiện làm việc 250C và P=1atm Tra đồ thị I-35 ta có : 2SO  (250C)=0,0125.10-3, Ns/m2 kk (25 0C)=0,018.10-3, Ns/m2 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 22 5 2 3 3 29,5705 1,77.10 ( / ) . 0,0163 64 (1 0,0163) 29(1 ). 0,0125.10 0,018.10 y y tb SO tb KK SO KK M Ns m y M y M               4. Tính vận tốc đảo pha: Áp dụng công thức: Y =1,2.e-4X ( II-187 ) Với 0,162 3 . . . . s d ytb x d xtb n Y gV              1 1 4 8 ytbx y xtb G X G                s : tốc độ đảo pha, m/s Vđ: thể tích tự do của đệm, m 3/m3 d : bề mặt riêng của đệm, m 2/m3 Tháp hấp thụ SO2 mang tính axit nên ta chọn đệm vòng Rasig đổ lộn xộn: đệm bằng sứ kích thước 25×25×3.0 Vđ= 0,75 m 3/m3 d = 195 m 3/m3 g: gia tốc trọng trường, g=9,81m/s2 Gx, Gy là lượng lỏng và lượng hơi trung bình( kg/s) Gx = 2 * * 2 2 2 SO bihapthuxd xc tro d xd xd GG G G Y G G      = 42034,056+ 994, 44 0,0288 0,84 2   →Gx = 42046,08 kmol/h →Gx=42046,08 ×18=756829,44 kg/h→ Gx= 756829, 44 210,2304 3600  kg/s Gy = 2 1023.08 1023,08 994,44 0,0288 0,84 2 2 2 yd yd SO bihapthuyd yc G G GG G         → Gy = 1011,05 kmol/h →Gy=1011,05 ×29,5705=29897,25 kg/h→ Gy= 29897,25 8,305 3600  kg/s → 1 1 1 1 4 8 4 8210,2304 1,209 0,969 8,305 997,36 ytbx y xtb G X G                            Từ phương trình của Y ta có: Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 4 3 4*0,969 3 0,16 0,164 3 1,2. 1,2. 9,81 0,75 997,36 0,666 8,935.10 195*1,209 1,005.10 X d xtb s x d ytb n e g V e                               m/s Thông thường: (0,8 0,9)tb s   Chọn tb =0,85 s → tb =0,85×0,666=0,5661 m/s 5. Tính đường kính tháp Đường kính tháp: Công thức: D= 4 3600 ytb tb V      = 4 24728,94 3,93 3600 0,5661     m→ Quy tròn D=3,9 m Kiểm tra: + 1 50 tdd D  Ta có 4 4 0,75 0,0154 195 d td d V d       → 3 3, 0,0154 1 3, 1 9 95 0 50 tdd D     → thỏa mãn điều kiện Kiểm tra theo mật độ tưới U = f L f V l l   (m2/m2h) Với V1 là lưu lượng thể tích chất lỏng, m 3/h f: tiết diện tháp, m2 f= 2 23,9 11,95 4 4 D     m2 → U= 42034,056 18 63,5 997,08 11,95    > 1,5 là giá trị mật độ tưới tối thiểu Mật độ tưới tới hạn Uth = đ.b (m 3/m2h) (II.177) Trong đó: b: hằng số (chọn b = 0,158)  Uth = 195×0,158 = 30,81 m 3/m2h Vậy 63,5 30,81th U U  =2,06>1 →Đệm thấm ướt rất tốt Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. II.2 Tính toán chiều cao tháp: Chiều cao tháp được xác định theo phương pháp số đơn vị chuyển khối: H = hdv.my (m) Trong đó: H: chiều cao tháp, m hdv: chiều cao một đơn vị chuyển khối, m my: số đơn vị chuyển khối Xác định chiều cao một đơn vị chuyển khối: hdv = h1 + 2 '. y x m G h G (m) Trong đó: h1: chiều cao 1 đơn vị chuyển khối ứng với pha khí h2: chiều cao 1 đơn vị chuyển khối ứng với pha lỏng m’: giá trị trung bình của tg góc nghiêng đường cân bằng Y*=f(X) với mặt phẳng ngang Tính h1 và h2: 0.25 2/3 1 Re Pr d y y d V h a        , m Trong đó: a : hệ số phụ thuộc vào dạng đệm, với đệm vòng a=0,123  : hệ số thấm ướt của đệm, do 1 th U U  nên  =1 Rey: chuẩn số Renoyd đối với pha khí 0, 4 Re y sy y d         → 5 0, 4 1, 209 0,666 Re 93,3 1,77.10 195 y       Pry: chuẩn số Pran: Pr y y y yD    Dy = kkSO 23/1 kk 3/1 SO 5,14 M 1 M 1 )vv(P T10.0043,0 22    (m2/s) Trong đó: T: nhiệt độ làm việc tuyệt đối T=298K P: áp suất làm việc P=1atm 2SO v : thể tích mol của SO2, 2SO v =44,8 cm3/mol kkv : thể tích mol của không khí, kkv =29,9 cm 3/mol → Dy = 4 1,5 5 1/3 1/3 2 0,0043.10 298 1 1 1,0826.10 1,0326 (44,8 29,9 ) 64 29       m2/s Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Vậy 5 5 1,77.10 1, 209 1,0826. 0 Pr 1 y     =1,3523 → 0,25 2/31 93,3 *1,3523 0,123 1 195 0,75 h     = 0,119 m 2/3 0.25 0.5 2 256 ( ) Re Pr x x x x h       Trong đó : Gx=42046,08×18=756829,44 kg/h→ Gx= 756829, 44 210,2304 3600  kg/s Rex là chuẩn số Renoyd đối với pha lỏng: 0,04 Re xx t d x G F       = 4 0,04 210,2304 11,95 195 8,935.10    = 4,03886 Prx là chuẩn số Pran đối với pha lỏng: Pr xx x xD     Dx: hệ số khuếch tán của SO2 vào nước ở nhiệt độ 25 0C Dt = D20[1+b(t-20)] (m 2/s) Trong đó: D20: hệ số khuếch tán của SO2 vào nước ở 20 0C D20= 2 22 2 2 6 1/3 1/3 2 10 1 1 ( ) SO H OH O SO H O M MAB v v    (m2/s) A: hệ số, đối với chất khí tan trong nước A=1 B: hệ số, dung môi là nước B=4,7 2SO v : thể tích mol của SO2 ở 20 0C, 2SO v =44,8 cm3/mol 2H O v : thể tích mol của H2O ở 20 0C, 2H O v =18,9 cm3/mol 2H O  : độ nhớt của nước ở 200C, 2H O  =1,005*10-3 Ns/m2=1,005 cP(bảng I.102-94) → D20= 6 9 1/3 1/3 2 10 1 1 1, 466.10 64 181 4,7 1,005(44,8 18,9 )       (m2/s) b = 2 2 3 0,2 H O H O   2H O  : khối lượng riêng của nước ở 200C, 2H O  = 998,23 kg/m3 bảng I.5-11 →b = 3 0,2 1,005 0,02 998, 23 →Dx = 1,466.10 -9[1+0,02(25-20)]= 1,6126.10-9 m2/s → 9 4 Pr 555,5 997,36 1,6126.10 8,935.10 x      → 2/3 0,52 4 0,25256 ( ) 4,03886 555,5 0 8,935.10 997 , 95 ,36 7h m       Tính m’: Từ phương trình đường cân bằng ta có: m’=41,697 Gy=1011,05 ×29,5705=29897,25 kg/h→ Gy= 29897,25 8,305 3600  kg/s Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Vậy ta xác định được chiều cao của một đơn vị chuyển khối: hdv = 0,119 + 41,697 8,305 0,795 210,2304   =1,428 m Xác định số đơn vị chuyển khối: Dựa vào giá trị Xcbc= 6.868*10 -4 (kmol SO2/kmol nước) X Y Ycb Y-Ycb 1/(Y-Ycb) 0 4,608*10-3 0 4,608*10-3 217 0,0001 8,835*10-3 4,095*10-3 4,74*10-3 210,97 0,0002 0,013 8,223*10-3 4,777*10-3 209,336 0,0003 0,0173 0,0124 4,9*10-3 204,08 0,0004 0,0215 0,0166 4,9*10-3 204,08 0,0005 0,0257 0,021 4,7*10-3 212,77 0,0005723 0,0288 0,0239 4,9*10-3 204,08 0,0006 0,03 0,025 5*10-3 200 0,0006868 0,0336 0,0288 4,8*10-3 208,33 Công thức tính số đơn vị chuyển khối: my = d c Y cbY dY Y Y (II.175) Vẽ hình thang cong quan hệ giữa Y và f(Y)= 1 cbY Y Y 1/(Y-Ycb) S my 4,608.10-3 217 0,904514595 6,02472674 8,835.10-3 210,97 0,875287245 0,013 209,336 0,8888444 0,0173 204,08 0,857136 0,0215 204,08 0,875385 0,0257 212,77 0,6461175 0,0288 204,08 0,242448 0,03 200 0,734994 0,0336 208,33 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Hình thang cong 0.00E+00 5.00E+01 1.00E+02 1.50E+02 2.00E+02 2.50E+02 1 2 3 4 5 6 7 8 Y 1 /( Y -Y c b ) Diện tích hình thang cong chính bằng số đơn vị chuyển khối là my =6,025 → H=1,4285×6,025=8,61 m. Quy chuẩn H=8,6 m Đây thực chất là chiều cao lớp đệm. Chiều cao của tháp ngoài chiều cao của lớp đệm còn tính đến chiều cao từ mặt trên của đệm đến đỉnh tháp và từ mặt dưới đệm tới đáy tháp và khoảng cách giữa hai lớp đệm Áp dụng công thức: Htháp = Hđ + Hđệm- nắp + Hđệm-đệm + Hđệm- đáy  Hđệm-nắp = 1 m  Hđệm-đệm = 0,5 m do tách lớp đệm làm đôi  Hđệm-đáy = 1 m Vậy chiều cao tháp Htháp = 8,6+1+0,5+1=11,1 m II.3. Trở lực Áp dụng công thức ku PPP  Trong đó:  kP :Tổn thất đệm khô  uP :Tổn thất đệm ướt Tháp hấp thụ đạt hiệu suất cao nhất khi vận tốc của khí bằng vận tốc điểm đảo pha Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. => Trở lực của tháp đệm đối với hệ khí-lỏng dưới điểm đảo pha có thể xác định được bằng công thức sau: 0,405 0,0450,225 1(1 ) 1 . . yx x u k k y x y G P K P P A G                                 [II-190] ( * ) Trong đó:   Pu: tổn thất áp suất khi đệm ướt tại điểm đảo pha có tốc độ của khí bằng tốc độ của khí đi qua đệm khô(N/m2)   PK: tổn thất của đệm khô (N/m 2)  Gx, Gy: lưu lượng của lỏng và của khí (kg/h)  yx  , : khối lượng riêng của lỏng và của khí (kg/m 3)  yx  , : độ nhớt của lỏng và khí (Ns/m 2)  A1: hệ số (ứng với điểm tốc độ làm việc bằng 0.85 tốc độ đảo pha) => A1 = 5,1 * Tổn thất áp suất của đệm khô tính theo công thức: 2 .. . 42 . .. 2 3 '2 ' yy d dty td K V H d H P    [II-189] Rey = 93,3 => ở chế độ xoáy và đệm là đệm vòng đổ lộn xộn => ' 0,2 16,0 Rey   = 0,2 16 93,3 =6,46 Tính trở lực đệm khô: 2 3 ' 4 2 y yd k d H P V       = 2 3 6,46 0,75 8,6 195 0,5661 1, 209 4 2     =1243,66 N/m2 → 0,0450,405 0,225 4 5 210, 2304 1,209 8,935.10 1243,66 1 5,1. . . 7424,9 8,305 997,36 1,77.10 uP                         N/m2 => 21243,66 7424,9 8668,56( / )k uP P P N m        II.4. Mô phỏng Bảng mô phỏng ở 1 số điều kiện: đính kèm Dựa vào bảng mô phỏng kèm theo ta có các nhận xét như sau: Ảnh hưởng khi thay đổi nhiệt độ: Nhiệt độ tăng không có lợi cho quá trình hấp thụ. Nhiệt độ tăng làm giảm hiệu suất hấp thụ và để đạt được yêu cầu phải tăng thêm kích thước thiết bị, tăng đường kính và chiều cao. Ảnh hưởng của áp suất: Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Áp suất có ảnh hưởng tới hiệu suất hấp thụ, làm tăng hiệu suất hấp thụ. Nhưng nếu áp suất tăng thì chi phí kinh tế cũng tăng theo như là phải lắp đặt thêm máy nén, chi phí năng lượng tăng do công suất hoạt động của máy tăng rất mạnh. Từ bảng mô phỏng ta chọn P=3 atm, T=250C→ D=2 m; H=9,2 m → Htháp= 9,2+1+0,5+1=11,7 m; Gxđ=14000 kmol/h PHẦN 2: TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ PHỤ Trong việc hấp thụ SO2 bằng nước sử dụng tháp đệm cần có các thiết bị phụ giúp cho quá trình vận chuyển chất lỏng và cung cấp khí vào tháp theo chế độ làm việc của tháp giúp việc hấp thụ đạt được hiệu suất mong muốn.Trong các thiết bị phụ thì bơm và máy nén khí là hai thiết bị quan trọng nhất. I. BƠM Trong công nghiệp, bơm ly tâm được sử dụng rộng rãi và có nhiều loại khác nhau về cấu tạo cũng như cách vận hành. Bơm ly tâm được phân loại theo nhiều cách khác nhau như theo số bậc, theo cách đặt bơm, theo điều kiện vận chuyển của chất lỏng từ guồng ra thân bơm và theo 1 số đặc trưng khác Theo dây chuyền công nghệ trong bài ta chọn bơm ly tâm 1 cấp nằm ngang. I.1. Nguyên tắc làm việc của bơm ly tâm Nguyên tắc hoạt động: Bơm ly tâm làm việc theo nguyên tắc ly tâm. Chất lỏng được hút và đẩy cũng như nhận thêm năng lượng là nhờ tác dụng của lực ly tâm khi cánh guồng quay. Bộ phận chính của bơm là cánh guồng trên có gắn những cánh có hình dạng nhất định, bánh guồng được đặt trong thân bơm và quay với tốc độ lớn. Chất lỏng theo ống hút vào tâm guồng theo phương thẳng góc rồi vào rãnh giữa các guồng và cùng chuyển động với guồng. Dưới tác dụng của lực ly tâm, áp suất của chất lỏng tăng lên và văng ra vào thân bơm, vào ống đẩy theo phương tiếp tuyến. Khi đó ở tâm guồng tạo nên áp suất thấp. Nhờ áp lực mặt thoáng bể chứa, chất lỏng dâng lên trong ống hút vào bơm. Khi guồng quay chất lỏng được hút liên tục, do đó chất lỏng được chuyển động đều đặn. Đầu ống hút có lắp lưới lọc để ngăn không cho rác và vật rắn theo chất lỏng vào bơm gây tắc bơm và đường ống. Trên ống hút có van một chiều giữ cho chất lỏng trên đường ống hút khi bơm ngừng làm việc. Trong ống đẩy có lắp van một chiều để tránh chất lỏng bất ng