Ngành công nghiệp nước ta ngày càng phát triển. Các nhà máy,xí nghiệp, khu công nghiệp mọc lên ngày càng nhiều, mở rộng cả về qui mô lẫn diện tích. Hàng năm công nghiệp sản xuất ra một khối lượng sản phẩm, hàng hóa rất lớn cho nhu cầu trong nước và xuất khẩu song song với lượng hàng hóa này nghành công nghiệp cũng thải ra một lượng lớn khí thải vào môi trường sống của chúng ta, chưa kể khí thải từ hoạt động nông nghiệp, giao thông cũng như các nguồn khác. Trong đó SO2 là khí thải phổ biến nhất, vấn đề ô nhiễm khí quyển bởi SO2 từ lâu đã trở thành mối hiểm họa của nhiều nước. Từ đó việc xử lý khí SO2 nói riêng và khí thải nói chung trở nên cần thiết và cấp bách hơn bao giờ hết. Công nghệ xử lý SO2 trong khí thải đã được nghiên cứu từ rất lâu và các nhà khoa học cũng đã thử nghiệm nhiều công nghệ xử lý SO2. Một trong những công nghệ đó là phương pháp hấp thu SO2 bằng tháp đệm.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC Đề tài: THIẾT KẾ THÁP ĐỆM DÙNG ĐỂ HẤP THU KHÍ SO2 BẰNG NƯỚC VỚI NĂNG SUẤT 1000 m3/h GVHD : SVTH : Lớp : MSSV : Ths VÕ PHẠM PHƯƠNG TRANG NGUYỄN VŨ TRỌNG 03ĐHHH3 2004120301 TP.HCM, THÁNG 06/2015 Ngành công nghiệp nƣớc ta ngày phát triển Các nhà máy,xí nghiệp, khu cơng nghiệp mọc lên ngày nhiều, mở rộng qui mơ lẫn diện tích Hàng năm công nghiệp sản xuất khối lƣợng sản phẩm, hàng hóa lớn cho nhu cầu nƣớc xuất song song với lƣợng hàng hóa nghành cơng nghiệp thải lƣợng lớn khí thải vào môi trƣờng sống chúng ta, chƣa kể khí thải từ hoạt động nơng nghiệp, giao thơng nhƣ nguồn khác Trong SO2 khí thải phổ biến nhất, vấn đề nhiễm khí SO2 từ lâu trở thành mối hiểm họa nhiều nƣớc Từ việc xử lý khí SO2 nói riêng khí thải nói chung trở nên cần thiết cấp bách hết Công nghệ xử lý SO2 khí thải đƣợc nghiên cứu từ lâu nhà khoa học thử nghiệm nhiều công nghệ xử lý SO2 Một cơng nghệ phƣơng pháp hấp thu SO2 tháp đệm Sau thời gian học trƣờng, đƣợc hƣớng dẫn bảo tận tình thầy khoa Cơng nghệ hóa học trƣờng Đại học Cơng nghiệp Thực phẩm TP.HCM em hồn thành mơn q trình thiết bị cơng nghệ hóa học Đƣợc phân công nhà trƣờng thầy cô khoa em đƣợc giao đề tài đồ án môn học:”Thiết kế tháp đệm dùng để hấp thu SO2 nước với suất 1000m3/h” Qua trình tìm hiểu, với nỗ lực thân đặc biệt giúp đỡ tận tình Ths Võ Phạm Phƣơng Trang, em hoàn thành đồ án thời hạn Do lần đầu làm đồ án trình độ thân cịn hạn chế nên khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận đƣợc góp ý kiến q thầy bạn để đề tài đƣợc hoàn thiện Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cô Võ Phạm Phƣơng Trang, thầy khoa Cơng nghệ hóa học trƣờng Đại học Công nghiệp thực phẩm TP.HCM giúp đỡ em thời gian qua TP.HCM, ngày 20, tháng 6, năm 2015 Sinh viên thực MỤC LỤC CHƯƠNG I: TỔNG QUAN I TỔNG QUAN VỀ KHÍ SO2 Tính chất hóa lý SO2…………………………………………………… Tác hại khí SO2 …………………………………………………… Các nguồn tạo SO2 ……………………….………………………… II CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ SO2 Hấp thụ khí SO2 nƣớc Hấp thụ khí SO2 dung dịch sữa vơi Xử lý khí khí SO2 ammoniac……………………………………… Xử lý khí SO2 magie oxit ………………………………………… Xử lý khí SO2 kẽm oxit….………………………………………… Xử lý SO2 kẽm oxit kết hợp natri sunfit …………………… …… Xử lý khí SO2 chất hấp thụ hữu ………………………… Hấp phụ khí SO2 than hoạt tính ………………………….……… Hấp phụ khí SO2 vôi, đá vôi, đolomit…………………… ……… 1 4 8 10 10 CHƯƠNG II: QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ I CHỌN QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ……………………… …………… 11 II THUYẾT MINH QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ…………………………… 11 CHƯƠNG III: TÍNH TỐN Q TRÌNH HẤP THỤ I CÁC THƠNG SỐ BAN ĐẦU……………………… …………………… 11 II TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT…………… …………………………… 12 III TÍNH CÂN BẰNG NĂNG LƢỢNG……………………………………… 15 CHƯƠNG IV: TÍNH TỐN THÁP HẤP THỤ I TÍNH KÍCH THƢỚC THÁP HẤP THU Tính đƣờng kính tháp hấp thụ…………………………………………… Tính chiều cao tháp hấp thụ……… …………………………………… Tính trở lực tháp………………………………………………………… II TÍNH CƠ KHÍ Tính thân tháp…………………………………………………………… Tính nắp đáy tháp…………………………………………………… Tính ống dẫn lỏng ống dẫn khí……………………………………… Tính bích ghép nối………………….……………………………… Tính lƣới đỡ đệm đĩa phân phối lỏng…… ………………………… Tính cửa nhập liệu tháo liệu, kính quan sát….……………………… Tính chân đỡ tai đeo………………………………………………… III TÍNH THIẾT BỊ PHỤ Tính công suất quạt…….……………………………………………… CHƯƠNG V: KẾT LUẬN………………………………………………… TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………… 17 21 28 30 32 33 34 36 37 38 39 42 43 ĐỒ ÁN QTTB GVHD: Ths VÕ PHẠM PHƯƠNG TRANG CHƢƠNG I: TỔNG QUAN I TỔNG QUAN VỀ KHÍ SO2 Tính chất hóa lý SO2 : - SO2 chất khí khơng màu, mùi kích thích mạnh, dễ hóa lỏng, dễ hịa tan nước (ở điều kiện bình thường thể tích nước hịa tan 40 thể tích SO2) - Khi hịa tan nước tạo thành dung dịch sunfurơ tồn dạng :chủ yếu SO2.nH2O phần nhỏ H2SO3 - SO2 có nhiệt độ nóng chảy –750 C nhiệt độ sôi –100C - Nguyên tử S phân tử SO2 có cặp electron hóa trị tự linh động trạng thái oxy hóa trung gian (+4) nên SO2 tham gia phản ứng theo nhiều kiểu khác nhau: - Cộng khơng thay đổi số ơxy hóa : SO2 + H2O = H2SO3 -Thực phản ứng khử : SO2 + 2CO 2CO2 + S ↓ -Thực phản ứng oxy hóa : SO2 + Cl2 + H2O H2SO4 + HCl Trong mơi trường khơng khí , SO2 dễ bị ơxy hóa biến thành SO3 khí SO3 tác dụng với H2O môi trường ẩm biến thành acid muối sunfat Chúng nhanh chóng tách khỏi khí rơi xuống gây nhiểm môi trường đất môi trường nước Tác hại khí SO2 : Đối với sức khỏe ngƣời - SO2 chất có tính kích thích, nồng độ định gây co giật trơn khí quản Ở nồng độ lớn gây tăng tiết dịch niêm mạc đường khí quản Khi tiếp xúc với mắt, chúng tạo thành axit Bảng: Liều lƣợng gây độc mg SO2/m3 Tác hại 20-30 50 130-260 1000-1300 Giới hạn gây độc tính Kích thích đường hơ hấp, ho Liều nguy hiểm sau hít thở (30 - 60 phút) Liều gây chết nhanh (30 - 60 phút) SVTH: Nguyễn Vũ Trọng Page ĐỒ ÁN QTTB GVHD: Ths VÕ PHẠM PHƯƠNG TRANG - SO2 xâm nhập vào thể người qua quan hô hấp quan tiêu hóa sau hịa tan nước bọt Cuối cùng, chúng xâm nhập vào hệ tuần hoàn - Khi tiếp xúc với bụi , SO2 tạo hạt axit nhỏ có khả xâm nhập vào huyết mạch kích thước chúng nhỏ 2-3 μm - SO2 xâm nhập vào thể qua da gây chuyển đổi hóa học Kết hàm lượng kiềm máu giảm, ammoniac bị thoát qua đường tiểu có ảnh hưởng đến tuyến nước bọt - Trong máu, SO2 tham gia nhiều phản ứng hóa học, gây rối loạn chuyển hóa đường protein, gây thiếu vitamin B C, ức chế enzyme oxydaza, tạo methemoglobine để chuyển Fe2+ (hòa tan) thành Fe3+ (kết tủa) gây tắc nghẽn mạch máu làm giảm khả vận chuyển oxy hồng cầu,gây co hẹp dây quản, khó thở Đối với thực vật - Các lồi thực vật nhạy cảm với khí SO2 rêu địa y Bảng: Nồng độ gây độc Nồng độ Tác hại (ppm) 0,03 Ảnh hưởng đến sinh trưởng rau 0,15 – 0,3 Gây độc kinh niên 1–2 Chấn thương sau vài tiếp xúc Đối với mơi trƣờng - SO2 bị oxy hóa ngồi khơng khí phản ứng với nước mưa tạo thành axit sulfuric hay muối sulfate gây tượng mưa axit, ảnh hưởng xấu đến mơi trường * Q trình hình thành mƣa axit SO2 - Phản ứng hố hợp lưu huỳnh điơxít hợp chất gốc hiđrôxyl: SO2 + OH· → HOSO2· - Phản ứng hợp chất gốc HOSO2· O2 cho hợp chất gốc HO2· SO3 : HOSO2· + O2 → HO2· + SO3 - Lưu huỳnh triơxít SO3 phản ứng với nước tạo H2SO4 Đây thành phần chủ yếu mưa axít SO3(k) + H2O(l) → H2SO4(l) * Các tác hại mƣa axit SVTH: Nguyễn Vũ Trọng Page ĐỒ ÁN QTTB GVHD: Ths VÕ PHẠM PHƯƠNG TRANG - Nước hồ bị axit hóa: mưa axit rơi mặt đất rửa trôi chất dinh dưỡng mặt đất mang kim loại độc hại xuống ao hồ, gây ô nhiễm nguồn nước hồ, phá hỏng loại thức ăn , uy hiếp sinh tồn loài cá sinh vật khác nước - Các ảnh hƣởng pH đến hệ thủy sinh vật pH0,8360.104(N) SVTH: Nguyễn Vũ Trọng Page 38 ĐỒ ÁN QTTB GVHD: Ths VÕ PHẠM PHƯƠNG TRANG Theo [2,Bảng XIII.35,437] ta kích thước chân đỡ: L=210 mm B=150 mm B1=180 mm B2=245 mm H=300 mm h=160 mm s=14 mm l=75 mm d=23 mm Theo [2,Bảng XIII.36,438] ta kích thước tai đeo: L=110 mm B=85 mm B1=90 mm H=170 mm S=8 mm l=45 mm a=15 mm d=23 mm m=2 kg III TÍNH THIẾT BỊ PHỤ Tính cơng suất quạt Chọn quạt ly tâm Phương trình Bernoulli cho mặt cắt đầu vào ống hút (mặt cắt 1-1) mặt cắt đầu ống đẩy(mặt cắt 2-2) : P1 1 V12 P2 V22 H q Z1 Z2 H g g g g P2 P1 V22 1 V12 H q Z Z1 H g g Trong đó: Z1 , Z2 : chiều cao mặt cắt (1-1) (2-2) (m) Z2 = Z1 P1 , P2 : áp suất mặt cắt (1-1) (2-2) P2 =∆Pư=10133,5 N/m2 : V1 , V2 : vận tốc dịng khí mặt cắt (1-1) (2-2) , m/s Chọn đường kính ống hút đường kính ống đẩy d1 = d2 = 0.125 (m) nên V = V1 = V2 = 22,64 (m/s) ∆H : tổn thất cột áp từ mặt cắt (1-1) đến mặt cắt (2-2) , m 1 , 2 : hệ số hiệu chỉnh động Hq : cột áp quạt , m Chuẩn số Re V d 22,64.0,125.1,173 184135,2 2300 => chế độ chảy ống chế 1,8028.10 5 độ chảy rối nên 1= 2 =1 SVTH: Nguyễn Vũ Trọng Page 39 ĐỒ ÁN QTTB Vậy H q GVHD: Ths VÕ PHẠM PHƯƠNG TRANG P P2 H u H g g Trong ∆H=hđ-hcb Với hđ : tổn thất dọc đường ống (m) hcb: tổn thất cục miệng vào, miệng ra, chỗ uống, van (m) Tổn thất dọc đường : hd L1 L2 V d g L1: chiều dài ống hút Chọn L1 = (m) L2 : chiều dài ống đẩy Chọn L2 = (m) λ : hệ số tổn thất 6,81 0,9 2 lg [1,(II.65),380] 3,7 Re Với d tđ : độ nhám tương đối Chọn ống thép hàn điều kiện có ăn mịn : =0,2 (mm) [1,Bảng II.15,381] 0,2 0,0016 125 6,81 0,9 0,0016 2 lg 3,7 184135,2 λ=0,0234 V = V1 = V2 = 22,64 (m/s) Vậy hd L1 L2 V 22,64 0,0234 24,45(m) d g 0.125 2.9,81 Tổn thất cục : Chọn hệ thống ống có : theo [ ,phụ lục 3-4,236] ta có : - khuỷu cong (uốn góc 90o) : hệ số tổn thất cục ξkh =1.1 - van : hệ số tổn thất cục ξv =0.15 - Đầu vào ống : ξdv =0.5 - Đầu (cửa vào tháp ) : ξdr =1 SVTH: Nguyễn Vũ Trọng Page 40 ĐỒ ÁN QTTB GVHD: Ths VÕ PHẠM PHƯƠNG TRANG Ta có : hcb V2 V2 4 kh 3 v dv dr g g 4.1,1 3.0,15 0,5 22,64 165,89( m) 2.9,81 Cột áp quạt : Hb = 14,1+0,2607+0,4346= 14,7953 (mH2O) Hq Pu 10133,5 hd hcb 24,45 165,89 1070,97 (m) g 1,173.9,81 Công suất quạt : N lt Q.hq g 1000 q tr ( KW ) [1, ( II 239),464] Trong : Q : lưu lượng dịng khí , m3/s Q = 1000/3600=277,8.10-3 (m3/s) ηq : hiệu suất quạt Chọn loại bơm ly tâm, theo [1,Bảng II.32,439], ta chọn: ηq=0,85 ηtr : hiệu suất truyền động Lắp trực tiếp động ηtr=1 Thay vào (*) N lt Q.hb g 277,8.10 3.1070,97.1,173.9,81 4,03( KW ) 1000 q tr 1000.0,85.1 - Công suất thực quạt: Nth=k.Nlt [1,(II.240),464] Với k :hệ số dự trữ công suất Theo [1,Bảng II.48,464] ta chọn k=1,15 Vậy công suất thực bơm: Nth=1,15.4,03=4,63 (KW) =4,63.1,341(hp)=6,22(hp) Chọn Nth=6,5 (hp) SVTH: Nguyễn Vũ Trọng Page 41 ĐỒ ÁN QTTB GVHD: Ths VÕ PHẠM PHƯƠNG TRANG CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN Nhận xét phƣơng pháp hấp thụ: - Hiệu hấp thu cao (97%) , nhiên trình hấp thu tiêu tốn lượng nước làm dung mơi lớn (41,36m3/h) Do xét khía cạnh kinh tế phương pháp chưa đạt yêu cầu, mặt khác lượng nước thải vào môi trường chưa tái sử dụng => Cần phải khảo sát phương pháp hấp thu SO2 với dung môi khác cho vừa đảm bảo hiệu suất xử lý vừa đạt yêu cầu tính kinh tế tận dụng sản phẩm làm nguyên liệu cho nghành công nghiệp khác Ưu điểm: Dung mơi hấp thu rẻ, dễ tìm Cấu tạo đơn giản, dễ vận hành (khi khảo sát điểm lụt) Trở lực thấp Nhược điểm: Khó chế tạo kích thước lớn quy mơ cơng nghiệp Năng suất xử lý nhỏ Để đạt hiệu hấp thu khí đầu vào phải xử lý sơ làm bụi hạ nhiệt độ khí Nước hấp thu phải sạch, tránh tạo cặn cản trở dịng khí Dễ xảy ngập lục điều chỉnh lưu lượng pha khí lỏng khơng hợp lý The end… and thanks for reading !!! SVTH: Nguyễn Vũ Trọng Page 42 ĐỒ ÁN QTTB GVHD: Ths VÕ PHẠM PHƯƠNG TRANG TÀI LIỆU THAM KHẢO : [1] Các tác giả , “ Sổ tay Quá trình & Thiết bị tập 1” , NXB KHKT Hà Nội –1999 [2] Các tác giả , “ Sổ tay Quá trình & Thiết bị tập 2” , NXB KHKT Hà Nội –1999 [3] Võ Văn Bang – Vũ Bá Minh , “Quá trình & Thiết bị Cơng nghệ hóa chất –Tập – truyền khối” , ĐHBK TP.HCM – 1997 [4] Hồ Lê Viên , “ Thiết kế & Tính tốn chi tiết thiết bị hóa chất – tập ” , NXB KHKT [5] Phạm Văn Bôn – Vũ Bá Minh – Hồng Minh Nam , “ Q trình & Thiết bị Cơng nghệ hóa chất – Tập 10 – Ví dụ & Bài tập “ , ĐHBK TP.HCM [6] GS.TS Trần Ngọc Chấn, “Ơ nhiễm khơng khí xử lý khí thải - tập 3”, NXB KHKT Hà Nội-2001 [7] Trương Tích Thiện-Vũ Duy Cường, “Giáo trình Cơ kỹ thuật”, ĐHBK TP.HCM SVTH: Nguyễn Vũ Trọng Page 43 ... tài đồ án môn học:? ?Thiết kế tháp đệm dùng để hấp thu SO2 nước với suất 1000m3/ h” Qua trình tìm hiểu, với nỗ lực thân đặc biệt giúp đỡ tận tình Ths Võ Phạm Phƣơng Trang, em hoàn thành đồ án thời... SO2 Hấp thụ khí SO2 nƣớc Hấp thụ khí SO2 dung dịch sữa vơi Xử lý khí khí SO2 ammoniac……………………………………… Xử lý khí SO2 magie oxit ………………………………………… Xử lý khí SO2 kẽm oxit….………………………………………… Xử lý SO2. .. lớp đệm Chiều cao tháp chiều cao lớp đệm cịn tính đến chiều cao từ mặt đệm đến đỉnh tháp, chiều cao từ mặt đệm tới đáy tháp chiều cao lớp đệm Chiều cao tồng cộng tháp hấp thu Htháp = Hđệm + Hđệm-