Đang tải... (xem toàn văn)
trình bày Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường
Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường –kysumoitruong.vn ~ 1 ~ Tài liệu chỉ mang tính chất tham khảo không sử dụng vào mục đích khác nếu chưa có sự cho phép của tác giả-BQT diễn đàn kysumoitruong.vn Mục Lục Lời mở đầu . 3 THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC 4 Phần I. Tính toán thiết kế tháp đệm . 4 I. Tính toán các điều kiện ban đầu . 4 II. Tính các thông số của tháp . 9 1. Tính đường kính tháp đệm. 9 2. Tính chiều cao tháp đệm 15 3. Tính trở lực tháp đệm . 16 PHẦN 2: TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ PHỤ 24 I. Các thông số đặc trưng của bơm 24 II. Máy nén khí . 29 1. Công của máy nén ly tâm . 30 2. Công suất máy nén 34 4. Công suất của động cơ điện 35 PHẦN III. TÍNH TOÁN CƠ KHÍ . 36 I. Chiều dày thân tháp . 36 II. Chiều dày nắp và đáy thiết bị 39 1. Chiều dày của nắp thiết bị 39 2. Chiều dày của đáy thiết bị 40 III. Đường kính của ống dẫn khí và lỏng. . 41 1. Đường kính ống dẫn vào và dẫn khí ra. 41 2. Đường kính ống dẫn lỏng vào và ra 42 IV. Bích ghép thân, nắp, đáy . 42 1. Bích nối nắp và đáy với thân thiết bị 42 2. Bích nối ống dẫn lỏng với thân thiết bị. 43 3. Bích nối ống hơi với thân thiết bị . 43 V. Kết cấu đỡ tháp 44 1. Khối lượng thân thiết bị . 44 2. Khối lượng của đáy và nắp tháp: 44 Phạm Kim Ngọc - KTMT K52 ~ 2 ~ 3. Khối lượng của đệm . 44 4. Khối lượng bích . 45 VI. Bộ phận phân phối lỏng. . 47 KẾT LUẬN 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường –kysumoitruong.vn ~ 3 ~ Lời mở đầu Hiện nay, do sự phát triển của các nghành công nghiệp tạo ra các sản phẩm phục vụ con người , đồng thời cũng tạo ra một lượng chất thải vô cùng lớn làm phá vỡ cân bằng sinh thái gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng . Trong các loại ô nhiễm , ô nhiễm không khí ảnh hưởng trực tiếp đến con người , động vật , thực vật và các công trình xây dựng . Sức khỏe và tuổi thọ con người phụ thuộc rất nhiều vào độ trong sạch của môi trường.Vì vậy, trong những năm gần đây ô nhiễm không khí từ các nghành sản xuất công nghiệp ở nước ta đang là vấn đề quan tâm không chỉ của nhà nước mà còn là của toàn xã hội bởi mức độ nguy hại của nó đã lên đến mức báo động . SO 2 là một trong những chất ô nhiễm không khí được sản sinh nhiều trong các nghành sản xuất công nghiệp và sinh hoạt . Việc xử lý SO 2 có nhiều phương pháp khác nhau . Phương pháp nào được áp dụng để xử lý tùy thuộc vào hiệu quả và tính kinh tế của phương pháp . Vì vậy , đồ án môn học với nhiệm vụ thiết kế tháp đệm hấp thu SO 2 là một trong những phương án ghóp phần vào việc xử lý khí thải ô nhiễm. Trong đồ án này sẽ đi khảo sát một phương án: Xử lý SO 2 bằng phương pháp hấp thụ với dung môi là nước. Sau 15 tuần tìm hiểu, tính toán và nhận được sự hướng dẫn nhiệt tình của cô giáo hướng dẫn và các thầy cô bộ môn nhưng do chưa có nhiều 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! Phạm Kim Ngọc - KTMT K52 ~ 4 ~ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Đề tài thiết kế Thiết kế hệ thống hấp thụ loại tháp đệm. Tháp làm việc ở điều kiện áp suất 5 atm và nhiệt độ 30°C. Dung môi hấp thụ là H 2 O. Các số liệu ban đầu và tính toán Hỗn hợp khí cần tách : SO 2 - không khí. Dung môi : H 2 O Lưu lượng khí thải vào tháp (Nm 3 /h) : 9 000 Nồng độ khí thải vào tháp (% thể tích) : 3,0 Nồng độ cuối của dung môi (% trọng lượng) : 1 Hiệu suất quá trình hấp thụ (%) : 80 Phần I. Tính toán thiết kế tháp đệm I. Tính toán các điều kiện ban đầu Theo bài hỗn hợp đầu vào là hỗn hợp khí nên nồng độ phần thể tích chính là nồng độ phần mol. ⇒ y d =0,03 (kmol SO kmol pha khí ⁄ ) Chuyển nồng độ thể tích sang nồng độ phần mol tương đối. d d d y y Y 1 ⇒ Nồng độ đầu của SO 2 trong pha khí: 0,03 0,03093 1 0,03 d Y (kmol SO 2 /kmol khí trơ). Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường –kysumoitruong.vn ~ 5 ~ Nồng độ cuối của SO 2 trong pha khí: 8,0 d cd Y YY h ⇒ Y d - Y c = 0,8Y d => 0,2Y d = Y c ⇒Y c = 0,2.0,03093 = 6,186.10 -3 (kmol SO 2 /kmol khí trơ) y c : nồng độ phần mol của khí cần hấp thụ trong hỗn hợp 3 6,186.10 1 c c c y Y y ⇒ y c =6,148.10 -3 (kmol SO 2 / kmol hỗn hợp khí). Nồng độ mol tương đối trung bình: 3 0,03093 6,186.10 0,0186 2 2 d c tb Y Y Y (kmol SO 2 /kmol khí trơ) Nồng độ phần mol trung bình: 0,0186 0,01826 1 1 0,0186 tb tb tb Y y Y (kmol SO 2 / kmol hỗn hợp khí). Lưu lượng hỗn hợp khí: G = n = , = 401,786 kmol/h Lượng khí trơ: G trơ = G ( 1 −y đ ) =401,786.(1- 0,03)= 389,73 kmol/h Lượng SO 2 được hấp thụ: G SO2 = G .y đ . h = 401,786.0,03.0,8 = 9,64 kmol SO h . Nồng độ đầu của SO 2 trong nước : x đ = 0 Nồng độ cuối của SO 2 trong nước : Theo bài ra x’ c =1 % khối lượng. ⇒ Nồng độ phần mol của SO 2 trong dung môi : 2 2 2 3 ' 1% 64 2,833.10 ' 1 ' 1% 1 1% 64 18 c SO c c c SO H O x M x x x M M ( kmol SO 2 /kmol H 2 O) Nồng độ phần mol tương đối của SO 2 trong dung môi Phạm Kim Ngọc - KTMT K52 ~ 6 ~ 4 4 4 7,044.10 7,05.10 1 1 7,044.10 c c c x X x ( kmol SO 2 /kmol H 2 O). Xây dựng đường cân bằng và đường làm việc Phương trình đường cân bằng có dạng 1 (1 ) mX Y m X ( kmol SO kmol ⁄ khí trơ) ( 1) Y X m Y m ( kmol SO kmol ⁄ khí trơ) Với P m hằng số cân bằng pha. : Hệ số Henry (mmHg) P : Áp suất chung của hỗn hợp khí. P=5atm , T=30°C. Tra bảng IX.1( Sổ tay quá trình thiết bị công nghệ hóa chất – tập 2), ta có 2 SO (30 0 C) = 0,0364.10 6 (mmHg). ⇒ 6 0,0364.10 9,579 5.760 m ⇒ Phương trình cân bằng : 9,579 1 8,579 X Y X (kmol SO2/kmol khí trơ) 8,579 9,579 Y X Y ( kmol SO2/kmol H 2 O) Phương trình đường làm việc Phương trình cân bằng vật liệu đối với khoảng thể tích thiết bị kể từ một tiết diện bất kỳ tới phần trên của thiết bị G tr (Y – Y c ) = G x (X – X d ) Trong đó : G x , X d Y c X c G y , Y d Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường –kysumoitruong.vn ~ 7 ~ X d : nồng độ ban đầu của cấu tử cần hấp thụ trong dung môi. (kmol SO 2 /kmol H 2 O) Y c : nồng độ cuối của cấu tử cần hấp thụ trong hỗn hợp khí (kmol/kmol khí trơ) G x : lưu lượng dung môi đi vào thiết bị hấp thụ (kmol/h). G tr: : lượng khí trơ đi vào thiết bị hấp thụ (kmol/h). Từ phương trình cân bằng vật liệu ta có: - Nồng độ cuối của cấu tử cần hấp thụ trong dung môi: 3 1 ( ) ( ) 2,84.10 tro c d c d c x G X Y Y Y Y G l (kmol SO 2 /kmol H 2 O) - Lượng dung môi tiêu tốn thực tế: 3 3 0,03093 6,186.10 8,7 2,84.10 d c c Y Y l X (kmol H 2 O/kmol không khí) - Lưu lượng dung môi đi vào thiết bị G x : G x = l.G trơ =8,7. 389,73 = 3390,65 (kmol/h) - Phương trình đường làm việc cho một đoạn tháp bất kỳ: G trơ (Y - Y c ) = G x (X - X d ) => cc tro x YXlYX G G Y . ⇒ Phương trình đường làm việc: Y = 8,7.X + 3 6,186.10 X Y Ycb 0 0.006186 0 0.0002 0.007926 0.001919093 0.0004 0.009666 0.003844794 0.0006 0.011406 0.005777137 0.0008 0.013146 0.007716158 0.001 0.014886 0.009661889 0.0012 0.016626 0.011614368 0.0014 0.018366 0.013573627 Phạm Kim Ngọc - KTMT K52 ~ 8 ~ 0.0016 0.020106 0.015539704 0.0018 0.021846 0.017512634 0.002 0.023586 0.019492451 0.0022 0.025326 0.021479194 0.0024 0.027066 0.023472898 0.0026 0.028806 0.025473599 0.0028 0.030546 0.027481335 0.00284 0.030894 0.027883729 Đồ thị đường cân bằng và đường làm việc trên cùng một hệ trục tọa độ -0.005 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0 0.0005 0.001 0.0015 0.002 0.0025 0.003 X Y Ycb Y Y Ycb Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường –kysumoitruong.vn ~ 9 ~ II. Tính các thông số của tháp 1. Tính đường kính tháp đệm. a. Tính khối lượng riêng trung bình (tr 183) Đối với pha lỏng Áp dụng công thức: 2 2 2 2 1 1 SO SO xtb SO H O a a xtb : khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp lỏng, kg/m 3 . 2 SO a : Phần khối lượng trung bình của SO 2 trong hỗn hợp. OHSO 22 , : khối lượng riêng của SO 2 và H 2 O ở 30°C, kg/m 3 Tra bảng: I.5 và I.2 ( Sổ tay quá trình và thiết bị-Tập 1) tại 30°C. 2 H O = 995.68 (kg/m 3 ) 2 SO (20°C)=1383(kg/m 3 ) , 2 SO (40°C)=1327 (kg/m 3 ) Nội suy ⇒ 2 SO (30°C)= 1355 (kg/m 3 ) Phần khối lượng trung bình của SO 2 trong pha lỏng. 2 2 2 2 . . (1 ) SO tb SO SO tb H O tb M x a M x M x Với x tb là nồng độ phần mol trung bình của cấu tử cần hấp thụ trong pha lỏng. ( kmol SO 2 /kmol H 2 O) ⇒ 3 3 0 2,84.10 1,42.10 2 2 d c tb x x x ( kmol SO 2 /kmol H 2 O) ⇒ 2 3 3 3 64.1,42.10 64.1,42.10 18.(1 1,42.10 ) SO a =5,03.10 -3 Phạm Kim Ngọc - KTMT K52 ~ 10 ~ Khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp lỏng 2 2 2 2 3 3 1 1 997 1 5,03.10 1 5,03.10 1355 995,68 xtb SO SO SO H O a a (kg/m 3 ) Đối với pha khí Áp dụng công thức: . . i j j j j j j m m m P M P RT V V RT Khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp khí đi trong tháp: 3 0 0 . . . ( / ) 22, 4 y y ytb P M M T P kg m RT T P Với: ytb : Khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp khí đi trong tháp. M y : Phân tử lượng trung bình của hỗn hợp khí. T 0 : Nhiệt độ ở đktc. T 0 =273°K. T: Nhiệt độ làm việc của tháp. T= 273+30=303 °K. P 0 : Áp suất ở đktc P 0 =1 atm. P: Áp suất làm việc của tháp P= 5atm. Tính M ytb . M ytb = y tb . 2 SO M + (1 - y tb ). KK M =0,01826.64 + (1-0,01826).29= 29,64 (kg/kmol) ⇒ 29,64 273 5 . . 5,96 22, 4 303 1 ytb (kg/m 3 ) Tính độ nhớt yx , * Đối với pha lỏng x Áp dụng công thức: [...]... Vytb:lngkhớtrungbỡnhitrongthỏp,m3/h. - ytb :tckhớtrungbỡnhitrongthỏp,m/s. *Tớnh lu lng th tớch khớ v lng trung bỡnh i trong thỏp: Vtb G ytb M ytb ytb (m3/h) Trong : - Gytb:lulngkhớtrungbỡnhitrongthỏp,kmol/h - Mytb:khilngphõnttrungbỡnhcakhớtrongthỏp,kg/kmol ytb :khilngriờngtrungbỡnhcakhớtrongthỏp,kg/m3 => G ytb Vytb G yd G yc Gtro (1 Ytb ) 2 Y tb=0,0186(kmolSO2/kmolkhớtr) -LulngkhớtrungbỡnhitrongthỏpGytb:... 2.g Trong : P1:ỏpsutbmtnckhụnggianhỳt P2:ỏpsutkhụnggiany :khilngriờngcanc Pv:ỏpsuttrongnghỳtlỳcvobm Pr:ỏpsutcachtlngtrongngylỳcrakhibm Hh,Hd:chiucaonghỳtvngy hmh,hmd:tnthtỏpsutdotrlcgõyratrongnghỳtvngy ~ 24 ~ ỏncỏcquỏtrỡnhcbntrongcụngnghmụitrngkysumoitruong.vn hmh+hmd= P g P :psuttonphncnthitkhcphcsccnthylctronghthng,ỏp suttonphncabmlhiuỏpsutgiahaigiaionhỳtvy 1:vntcncbcha,1=0 2:vntcnckhivothỏphaytrongngy... Chiudythõnthỏphỡnhtr,lmvicviỏpsutbờntrongcxỏcnhbng cụngthc: S Dt P C (m)(BngXIII.8-II-360) 2.[ k ]. P Trong : Dt.:ngkớnhtrongthỏp,m :hsbncathnhthõn trtheo phng dc,vithõn haycúlgiachon tonthỡ=hivimihnc.Vihntaybnghquangin,thộpkhụngg tacú:=h=0,95[BngXIII.8-II-362] C:hsbxungdonmũn,bomũnvdungsaivchiudy,m [ k ]:ngsutchophộpcaloithộpX18H10T. P:ỏpsuttrongthitb,N/m2. P:ỏpsuttrongthitbngvischờnhlchỏpsutlnnhtbờntrongvbờn ngoithỏp,N/m2... 2 ' H y y :chiucaolpm,H=1,5(m) :vntckhớtrungbỡnhitrongthỏp y=0,7(m/s) :khilngriờngtrungbỡnhcỳahnhpkhớtrongthỏp,kg/m3 y :nhttrungbỡnhcahnhpkhớtrongthỏp(Ns/m2) d :bmtriờngcam(m 2/m3) Vd :thtớchtdocam(m 3/m3) ~ 22 ~ ỏncỏcquỏtrỡnhcbntrongcụngnghmụitrngkysumoitruong.vn Nh-ng Rey = 568,2 > 400 => tổn thất áp suất của đệm khô xác định theo công thức : PK 0 1 0 1,56 H 1,8 y ,8 y , 2 y , 2... :Hsthmtcam Tacú: Re y 4. y y d y Trong : y :vntckhớitrongthỏp(m/s) y ytb 0, 7( m / s ) y :khilngriờngtrungbỡnhcahnhpkhớtrongthỏp(kg/m3) y ytb 5,96(kg / m3 ) d :bmtriờngcam, d =165(m2/m3) y :nhttrungbỡnhcaphakhớ,(Ns/m2) Re y Pry 0, 4. y y d y 0, 4 0, 70 5, 96 568, 2 165 1, 78.10 5 y y D y Trong : y :nhthnhpkhớ,(Ns/m2) ~ 16 ~ ỏncỏcquỏtrỡnhcbntrongcụngnghmụitrngkysumoitruong.vn... x Dx xtb Trong : xtb :khilngriờngtrungbỡnhcaphalng,kg/m3 Dx :hskhuchtỏntrongphalng,m 1 1 M SO MH O 10 6 D x20 2 AB H O (u 2 2 1/ 3 SO2 u 1/ 3 H 2O ) 2 2 /s (m 2 / s) Trong : Dx20 :hskhuchtỏncadungdchlng200C(m2/s) M SO , M H O :khilngmolcaSO2,H2O(kg/kmol) 2 2 M SO =64(kg/kmol) M H O =18(kg/kmol) 2 2 A,B:hsliờnhp VicỏcchtkhớtantrongncA=1. VidungmụilncB=4,7. ~ 18 ~ ỏncỏcquỏtrỡnhcbntrongcụngnghmụitrngkysumoitruong.vn... Xỏcnhtnthtỏpsutdotrlcgõyratrờnngnghỳtcabm H H 0 hm hmh= Ph g Trong : Ph Pd Pm Pc Pd :ỏpsutnglchccnthittotcchodũngchyrakhing Pd 2 h 2 Pm :ỏpsutkhcphctrlcmasỏtkhichynnhtrongngthng 2 L h Pm dh 2 Pc :ỏpsutcnthitkhcphctrlcccb Pc Ph Pd Pm Pc = 2 h 2 2 h 2 2 2 h L h dh 2 2 h2 L 1 2 dh V 0, 785 h Trong :Vllulngthtớchchtlngitrongng,m3/s ngkớnhnghỳt: d h V Gxd M H 2O ... pdngcụngthcxỏcnhchiucaocalpm: H=my.hy,m. Trong : my:snvchuynkhixỏcnhtheonngtrongphahi(khớ) hy:chiucaocamtnvchuynkhi. * Tớnh chiu cao ca mt n v chuyn khi Taỏpdngcụngthc: hy h1 m Gy Gx h2 ,m. Trong : h1,h2 :chiucaocamtnvchuynkhiphakhớ,phalng(m) ~ 15 ~ PhmKimNgc-KTMTK52 Gx,Gy:lulngtrungbỡnhcaphalng,phakhớ(kg/h) m:hsgúccangcongcõnbng * Tớnh h1 h1 p dng cụng thc: Vd Re0,25 Pry2/3 , m y a. d Trong : V:ThtớchtdocamV=0,76(m3/m3)...ỏncỏcquỏtrỡnhcbntrongcụngnghmụitrngkysumoitruong.vn lg x xtb lg SO (1 xtb ).lg H O 2 2 Trong : - xtb:phnmoltrungbỡnhcaSO2tronghnhplng, x tb=1,42.10-3(kmolSO2/kmolH2O) - SO , H O :nhtcaSO2vH 2O300C,Ns/m2. 2 2 TrabngI.102(StayquỏtrỡnhthitbcụngnghhúachtTp1,Tr) Tacú:... Lnghitrungbỡnhtrongthỏp(kmol/h): G y=G ytb.Mytb=396,98.29,64=11766,487(kg/h). -Lulnglngtrungbỡnhitrongthỏp: G G xc G xtb xd (kg/h) 2 G xd=15306,62(kmol/h) G xc=Gxd+ G SO bhpth 2 G SO2bihapthu 43, 47 15328,355 (kmol/h) 2 2 Mxtb=xtb.MSO2+(1-xtb).MH2O=1,42.10-3.64+(1-1,42.10-3).18=18,065 Lnglngtrungbỡnh(kg/h). Gx=Gxtb.Mxtb=15328,355 18,016=276155,6437(kg/h) Gxtb Gxd 15306, 62 ~ 12 ~ ỏncỏcquỏtrỡnhcbntrongcụngnghmụitrngkysumoitruong.vn . là m t trong nh ng chất ô nhi m kh ng khí đư c s n sinh nhiều trong c c ngh nh s n xuất c ng nghiệp và sinh hoạt . Vi c xử lý SO 2 c nhiều phư ng pháp kh c nhau . Phư ng pháp n o đư c áp d ng . khỏe và tu i thọ con ng i phụ thu c rất nhiều vào độ trong sạch c a m i tr ng. Vì vậy, trong nh ng n m g n đây ô nhi m kh ng khí từ c c ngh nh s n xuất c ng nghiệp ở n c ta đang là v n đề quan t m kh ng