Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường

trình bày Đồ án các quá trình cơ bản trong công nghệ môi trường

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  

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

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 

Trong đồ án này sẽ đi khảo sát một phương án: Xử lý SO2 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! 

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 H2O

Các số liệu ban đầu và tính toán

⇒ yd=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

8,0

Y

Y Y

⇒Yc = 0,2.0,03093 = 6,186.10-3 (kmol SO2/kmol khí trơ) 

yc: nồng độ phần mol của khí cần hấp thụ trong hỗn hợp 

3

6,186.101

c c

c

y Y

tb

Y y

64 18

c SO c

x M x

4 4

7, 044.10

7, 05.10

1 1 7, 044.10

c c

c

x X

( kmol SO2/kmol H2O). 

Xây dựng đường cân bằng và đường làm việc

 Phương trình đường cân bằng có dạng

1 (1 )

mX Y

0, 03093 6,186.10

8, 72,84.10

Y

Ycb

II Tính các thông số của tháp

) Phần khối lượng trung bình của SO2 trong pha lỏng. 

2 2

.

SO tb SO

 Đối với pha khí 

Áp dụng công thức: 

.

* Đối với pha lỏng x 

Áp dụng công thức: 

  x xtb SO xtb H O

2

2 ( 1 ) lg lg

SO

SO tb y

b Đường kính tháp

Áp dụng công thức: 

4 3600 0, 785

M G

 Gy = Gytb. Mytb= 396,98. 29,64=11766,487 (kg/h). 

- Lưu lượng lỏng trung bình đi trong tháp: 

2

xc xd xtb

G G

2

42

,

bihapthu xtb xd

.

G X

y xtb

G X

165.5,96

1, 005.10

X

d xtb s

 Quy chuẩn D=1(m) 

V

m s D

Kiểm tra theo mật độ tưới

- Mật độ tưới thực tế:  tt x

t

V U F

 : độ nhớt hỗn hợp khí, (Ns/m2) 

0,25 0,5

x x x

x xtb D

11

10

2 2 3 / 1 3 / 1

6

20

2 2 2

2 2

s m u

u AB

M M

D

O H SO O H

O H SO

3 / 1 3

/ 1

6 20

10.469,1)9,188

,44(17

,

4

18

164

110

1 2 , 0

*Tính số đơn vị chuyển khối xác định theo nồng độ trong pha khí

d

Y y

cb Yc

dY m

và đường Yd = 0,03093 (kmol SO2/kmol không khí)  

      Yc = 6,186.10-3 (kmol SO2/kmol không khí) 

Bảng số liệu cho đồ thị tích phân

4 2

.

2 3

' 2

d

d t

y td K

V

H d

Nh-ng Rey = 568,2 > 400 => tổn thất áp suất của đệm

2 , 0 2 , 1 8 , 0 8 , 1

56,1

d

y y y y K

Mặt cắt 1-1 và 1’-1’: 

) 1 (

2

2

.

2 2

1

1

mh h

v v

h H g g

P g

2

2

.

2 2 2

2

md d

r

r

h H g g

P g

1

1

P1

 : Áp suất toàn phần cần thiết để khắc phục sức cản thủy lực trong hệ thống, áp suất toàn phần của bơm là hiệu áp suất giữa hai giai đoạn hút và đẩy 

P P h H

.2

' 1 1 2 0

2

h h

2

độ. Ở nhiệt độ làm việc T=300C thì chiều cao hút của bơm ở khoảng 4m thì đảm bảo không xảy ra hiện tượng xâm thực. Tuy nhiên để loại trừ khả năng dao động trong bơm nên giảm chiều cao hút khoảng 1÷1,5m so với giá trị trong bảng. Vậy chọn chiều cao hút là 2,5 m. 

ε: độ nhám tuyệt đối. Chọn vật liệu làm ống là thép nối không hàn 

10.07

4

0, 07 10

7.100,1

.

3

H g Q

Trong đó 

- ρ: khối lượng riêng của nước, kg/m3 

θ

- N: hiệu suất của bơm, kW 

2

.3600

 Đối với bơm ly tâm:    

96,092,0

85,08,0

96,085,0

→Ndc c   Ndc  1,15 20   23( kW ) 

II Máy nén khí

Tháp làm việc ở điều kiện P=5atm, T=300C.  

Ta chọn máy nén ly tâm 

1

m m db

P m

mh A A A

h Z g g

P g

2

2 2

md B B

B

h Z g g

P g

2

2 2 2

h A

P P

P

P P

V d



785

P P P

 :  Độ  nhám  tuyệt  đối,  chọn  vật  liệu  làm  ống  là  thép  nối  không  hàn ⇒

3

10 07

P m

2 Công suất máy nén

*Công suất lý thuyết 

.( W)1000

N N

N N

hd dc

N N

hh



PHẦN III TÍNH TOÁN CƠ KHÍ

I Chiều dày thân tháp

  Thiết bị làm việc ở áp suất khí quyển, dùng để hấp thụ khí S02, thân tháp hình trụ, được chế tạo bằng cách uốn tấm vật liệu với kích thước đã định sẵn, hàn ghép mối, tháp được đặt thẳng đứng. 

2.[ ].

t k

P= Pmt+ Ptt 

   

Theo giới hạn bền khi kéo thì ta có: 

ή: hệ số hiệu chỉnh, ή =1 

ή ή



) Theo giới hạn bền chảy:   

c k

c

ή ή

6 k

 P0: Áp suất thử, được xác định theo công thức 

      P0 = Pth+ Ptt 

II Chiều dày nắp và đáy thiết bị

Nắp  và  đáy  cũng  là  những  bộ  phận  quan  trọng  của  thiết  bị,  được  chế  tạo cùng loại vật liệu với thân thiết bị là thép X18H10T. Thiết bị đặt thẳng đứng.  

 φh : hệ số bền của mối hàn hướng tâm, với mối hàn tay bằng hồ quang điện, vật liệu thép cacbon không gỉ chọn φh= 0,95 

Xét  thấy  Sd = 0,0021  + Cd < 10 mm  → Để  đảm bảo độ  bền  của đáy tăng  thêm 2 

III Đường kính của ống dẫn khí và lỏng

1 Đường kính ống dẫn vào và dẫn khí ra

Áp dụng công thức: 



785 , 0

y y y

x nuoc nuoc

IV Bích ghép thân, nắp, đáy

1 Bích nối nắp và đáy với thân thiết bị

Để nối thiết bị ( thân, nắp và đáy) ta có thể dùng bích liền kiểu I (hình 8. 2) chế tạo bằng thép không gỉ X18H10T. Dùng  bích để nối nắp và đáy với thân 

 Hình 8. 2. Bích liền kiểu I 

h – Chiều dày của bích  

d b  – Đường kính bu-lông   

Bích nối ống dẫn với thiết bị: ta dùng kiểu bích tự do bằng thép để nối ống dẫn với thiết bị.  

Bích nối ống dẫn với thiết bị: ta dùng kiểu bích tự do bằng thép để nối ống dẫn với thiết bị.  

V Kết cấu đỡ tháp

Thông thường người ta không đặt trực tiếp thiết bị lên bề mặt mà phải có tai treo hay chân đỡ để đỡ thiết bị. Với thiết bị này ta chọn chân đỡ để tháp được ổn định  khi  vận hành.  Muốn  chọn được chân  đỡ  thích  hợp  ta phải  tính trọng  tải  của tháp. Trọng tải của tháp 

ρđệm = 570 kg/m3 

Mđệm = Hđệm .(п/4).D2.ρđệm= 1,5×.(п/4)×12×570= 527,4 (Kg) 

       M l D H

4

B2  (mm)  

H  (mm)  

h  (mm)  

s  (mm)  

l  (mm)  

d  (mm)  

320000   210   150   180   245   300   160   14   75   23  

VI Bộ phận phân phối lỏng

Dựa vào bảng thông số bảng thông số của đĩa phân phối lỏng kiểu TCH-III  (Trang 204- Kỹ thuật tách hỗn hợp nhiều cấu tử- Nguyễn Hữu Tùng). 

h (mm) 

d (mm) 

t (mm) 

Số lượng 

KẾT LUẬN

Hiệu suất của quá trình hấp thụ khá cao (80%) , nhưng tiêu tốn lượng nước làm dung môi lớn(9000 Nm3/h) . Do đó, về mặt kinh tế chưa đạt yêu cầu do tiêu 

      Cần phải khảo sát phương pháp hấp thu SO2 với dung môi khác để xem dung môi đó có đạt yêu cầu về hiệu suất xử lý và đạt yêu cầu về tính kinh tế không ? 

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 TS Trần Xoa, PGS.TS Nguyễn Trọng Khuông, TS Phạm Xuân Toản-

Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa tập 1- NXB KHKT Hà Nội 

2 TS Trần Xoa, PGS.TS Nguyễn Trọng Khuông, TS Phạm Xuân Toản-

Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa tập 2- NXB KHKT Hà Nội

3 GS.TSKH Nguyễn Bin- Cơ sở các quá trình và thiết bị công nghệ hóa