Đồ án: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải SO2 từ lò hơi bằng thiết bị tháp hấp thụ (tháp đệm) công suất 12000 m3/ngày

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM KHOA MÔI TRƯỜNG

Đồ án môn học:

Đề tài:

GVHD: Th.s PHAN XUÂN THẠNH

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU

MSSV: 90604046

TP.HCM, THÁNG 07/2010

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc Thành phố Hồ Chí Minh Khoa Môi trường

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Họ và tên sinh viên : Trịnh Thị Minh Châu MSSV : 90604046 Lớp : MO06KMT1 Ngành : Kỹ thuật môi trường

1) Ngày giao đồ án : 15/04/2010 2) Ngày hoàn thành : 06/07/2010

3) Tên đồ án : Thiết kế HTXL khí thải SO2 từ lò hơi bằng thiết bị tháp hấp thụ (tháp đệm) công suất 12000 m3/ngày .

4) Nội dung :

- Giới thiệu tổng quan về các phương pháp xử lý - Đề xuất công nghệ xử lí - Tính toán thiết kế dựa trên công nghệ đã chọn - Khái toán chi phí đầu tư - Kết luận và kiến nghị - Thực hiện các bản vẽ mô tả thiết kế

Giáo viên hướng dẫn

Th.s Phan Xuân Thạnh

MỤC LỤC

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN

I. KHÁI QUÁT………………………………………………………….5

II. ĐẶC ĐIỂM KHÓI THẢI TỪ LÒ HƠI

- Đặc điểm khói thải lò hơi đốt bằng than đá……………………….5

- Đặc điểm khói thải lò hơi đốt bằng dầu F.O………………………6

III. TÁC HẠI CỦA KHÍ SO2

- Đối với sức khỏe con người……………………………………….7

- Đối với thực vật…………………………………………………....8

- Đối với môi trường………………………………………………...8

IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SO2

- Hấp thụ khí SO2 bằng nước………………………………………..9

- Hấp thụ khí SO2 bằng dung dịch sữa vôi…………………………10

- Xử lý khí khí SO2 bằng ammoniac………………………………11

- Xử lý khí SO2 bằng magie oxit…………………………………...12

- Xử lý khí SO2 bằng kẽm oxit……………………………………..13

- Xử lý SO2 bằng kẽm oxit kết hợp natri sunfit …………………....13

- Xử lý khí SO2 bằng các chất hấp thụ hữu cơ……………………..14

- Hấp phụ khí SO2 bằng than hoạt tính……………………………..15

- Hấp phụ khí SO2 bằng vôi, đá vôi, đolomit………………………15

CHƯƠNG II

ĐỀ XUẤT VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

- Lựa chọn dung dịch hấp thụ………………………………………17

- Sơ đồ công nghệ…………………………………………………..18

- Thuyết minh sơ đồ công nghệ…………………………………….19

CHƯƠNG III

TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH HẤP THỤ

I. CÂN BẰNG VẬT CHẤT…………………………………………..20

II. XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG CÂN BẰNG………………………………...22

III. XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG LÀM VIỆC………………………………….26

CHƯƠNG IV

TÍNH TOÁN THÁP HẤP THỤ

I. TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP HẤP THỤ…………………………….28

II. TÍNH CHIỀU CAO THÁP HẤP THỤ 1. Chiều cao tháp hấp thụ……………………………………………32

2. Tính trở lực tháp…………………………………………………..36

III. TÍNH CÁC CÔNG TRÌNH PHỤ TRỢ

a. Tính bơm…………………………………………………………....37

b. Tính quạt…………………………………………………………....39

IV. TÍNH CƠ KHÍ

1. Thân tháp…………………………………………………………..40

2. Nắp và đáy tháp……………………………………………………42

3. Đường ống dẫn khí………………………………………………...43

4. Đường ống dẫn lỏng……………………………………………….45

5. Tính bích…………………………………………………………...46

6. Lưới đỡ đệm……………………………………………………….48

7. Đĩa phân phối………………………………………………………49

8. Cửa nhập liệu và cửa tháo đệm…………………………………….49

9. Tải trọng toàn tháp…………………………………………………49

10. Chân đỡ……………………………………………………………50

11. Tai treo……………………………………………………………..50

CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN GIÁ THÀNH…………………………51 CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN…………………………………………..52 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………...55

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

KHÁI QUÁT I.

- Lò hơi là nguồn cung cấp nhiệt khá phổ biến trong nhiều loại hình công

nghệ, thường gặp trong các công đoạn sấy, gia nhiệt định hình, gia nhiệt

cho các phản ứng hóa học, làm chín thực phẩm, khử trùng…Trong

nhiều ngành sản xuất, lò hơi là thiết bị không thể không có.

- Lò hơi có thể được cấp nhiệt từ nhiều nguồn khác nhau. Ở các lò hơi

công suất nhỏ thường cấp nhiệt bằng điện, một số lò hiện đại dùng

nhiên liệu là khí đốt hóa lỏng (gas-LPG) kèm theo là hệ thống điều

chỉnh tự động. Với các lò hơi “sạch” như trên thường không có vấn đề

về mặt khói bụi thải. Tuy nhiên, thường gặp trong các cơ sở tiểu thủ

công nghiệp tại Thành phố Hồ Chí Minh là các lò hơi dùng nhiên liệu

đốt lò chính là gỗ củi, than đá hoặc dầu F.O. Các sản phẩm cháy do việc

đốt các nhiên liệu trên thải vào không khí thường là nguyên nhân dẫn

đến tình trạng ô nhiễm môi trường.

ĐẶC ĐIỂM KHÓI THẢI TỪ LÒ HƠI II.

- Đặc điểm khói thải của các loại lò hơi khác nhau, tùy theo loại nhiên

liệu sử dụng.

- SO2 chủ yếu sinh ra trong quá trình đốt nhiên liệu bằng than đá hoặc dầu

F.O.

 Đặc điểm khói thải lò hơi đốt bằng than đá

- Khí thải của lò hơi đốt than chủ yếu mang bụi, CO2, CO, SO2, SO3,

NOx…do thành phần hóa chất có trong than kết hợp với ôxy trong quá

trình cháy tạo nên.

- Hàm lượng lưu huỳnh trong than khoảng 0,5% nên trong khí thải có

SO2 với nồng độ khoảng 1333mg/m3.

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  5 

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

 Đặc điểm khói thải lò hơi đốt bằng dầu F.O

- Khí thải của lò hơi đốt dầu F.O thường có các chất sau: CO2, CO, SO2,

SO3, NOx, hơi nước…

- Ngoài ra còn có một hàm lượng nhỏ tro và các hạt tro rất nhỏ trộn lẫn

với dầu cháy không hết tồn tại dưới dạng sol khí mà ta thường gọi là mồ

hóng.

Bảng: Nồng độ các chất trong khí thải lò hơi đốt dầu F.O

Chất gây ô nhiễm Nồng độ (mg/m3)

5217 - 7000 50 280 0,4 428 SO2 và SO3 CO Tro bụi Hơi dầu NOx

( Trích Sổ tay hướng dẫn xử lý ô nhiễm môi trường trong sản xuất tiểu thủ

công nghiệp – Xử lý khói lò hơi – Sở Khoa học, Công nghệ và môi trường

Tp.HCM )

Bảng: Các chất ô nhiễm trong khói thải lò hơi

Loại lò hơi Lò hơi đốt bằng củi Chất ô nhiễm Khói + tro bụi + CO + CO2

Lò hơi đốt bằng than đá Khói + tro bụi + CO + CO2 + SO2 + SO3 + NOx

Khói + tro bụi + CO + CO2 + SO2 + SO3 + NOx Lò hơi đốt bằng dầu F.O

( Trích Sổ tay hướng dẫn xử lý ô nhiễm môi trường trong sản xuất tiểu thủ

công nghiệp – Xử lý khói lò hơi – Sở Khoa học, Công nghệ và môi trường

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  6 

Tp.HCM )

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

III. TÁC HẠI CỦA KHÍ SO2

- Khí SO2 là loại khí không màu, không cháy, có vị hăng cay. Do quá

trình quang hóa hay do sự xúc tác, khí SO2 dễ dàng bị oxy hóa và biến

thành SO3 trong khí quyển.

- Khí SO2 là loại khí độc hại không chỉ đối với sức khỏe con người, động

thực vật mà còn ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường.

 Đối với sức khỏe con người

- SO2 là chất có tính kích thích, ở nồng độ nhất định có thể gây co giật ở

cơ trơn của khí quản. Ở nồng độ lớn hơn sẽ gây tăng tiết dịch niêm mạc

đường khí quản. Khi tiếp xúc với mắt, chúng có thể tạo thành axit.

Bảng: Liều lượng gây độc

mg SO2/m3 20 - 30 50 130 - 260 1000 - 1300 Tác hại Giới hạn gây độc tính Kích thích đường hô hấp, ho Liều nguy hiểm sau khi hít thở (30 - 60 phút) Liều gây chết nhanh (30 - 60 phút)

- SO2 có thể xâm nhập vào cơ thể con người qua các cơ quan hô hấp hoặc

các cơ quan tiêu hóa sau khi được hòa tan trong nước bọt. Cuối cùng,

chúng có thể xâm nhập vào hệ tuần hoàn.

- Khi tiếp xúc với bụi, SO2 có thể tạo ra các hạt axit nhỏ có khả năng xâm

nhập vào các huyết mạch nếu kích thước của chúng nhỏ hơn 2-3 μm.

- SO2 có thể xâm nhập vào cơ thể qua da và gây ra các chuyển đổi hóa

học. Kết quả là hàm lượng kiềm trong máu giảm, ammoniac bị thoát

qua đường tiểu và có ảnh hưởng đến tuyến nước bọt.

- Trong máu, SO2 tham gia nhiều phản ứng hóa học, gây rối loạn chuyển

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  7 

hóa đường và protein, gây thiếu vitamin B và C, ức chế enzyme oxydaza, tạo ra methemoglobine để chuyển Fe2+ (hòa tan) thành Fe3+

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

(kết tủa) gây tắc nghẽn mạch máu cũng như làm giảm khả năng vận

chuyển oxy của hồng cầu, gây co hẹp dây thanh quản, khó thở.

 Đối với thực vật

- Các loài thực vật nhạy cảm với khí SO2 là rêu và địa y.

Bảng: Nồng độ gây độc

Nồng độ (ppm) 0,03 Tác hại Ảnh hưởng đến sinh trưởng của rau quả

0,15 – 0,3 1 – 2 Gây độc kinh niên Chấn thương lá cây sau vài giờ tiếp xúc

 Đối với môi trường

- SO2 bị oxy hóa ngoài không khí và phản ứng với nước mưa tạo thành

axit sulfuric hay các muối sulfate gây hiện tượng mưa axit, ảnh hưởng

xấu đến môi trường.

 Quá trình hình thành mưa axit của SO2

- Phản ứng hoá hợp giữa lưu huỳnh điôxít và các hợp chất gốc hiđrôxyl:

SO2 + OH· → HOSO2·

- Phản ứng giữa hợp chất gốc HOSO2· và O2 sẽ cho ra hợp chất gốc HO2·

và SO3 :

HOSO2· + O2 → HO2· + SO3

- Lưu huỳnh triôxít SO3 sẽ phản ứng với nước và tạo ra H2SO4. Đây

chính là thành phần chủ yếu của mưa axít.

SO3(k) + H2O(l) → H2SO4(l)

 Các tác hại của mưa axit

- Nước hồ bị axit hóa: mưa axit rơi trên mặt đất sẽ rửa trôi các chất dinh

dưỡng trên mặt đất và mang các kim loại độc hại xuống ao hồ, gây ô

nhiễm nguồn nước trong hồ, phá hỏng các loại thức ăn, uy hiếp sự sinh

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  8 

tồn của các loài cá và các sinh vật khác trong nước.

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

Bảng: Các ảnh hưởng của pH đến hệ thủy sinh vật

pH<6,0 Các sinh vật bậc thấp của chuỗi thức ăn bị chết (phù du…),

đây là nguồn thức ăn quan trọng của cá.

pH<5,5 Cá không thể sinh sản được. Cá con khó sống sót. Cá lớn bị

dị dạng do thiếu dinh dưỡng. Cá bị chết do ngạt.

pH<5,0 Quần thể cá bị chết.

pH<4,0 Xuất hiện các sinh vật mới khác với các sinh vật ban đầu.

- Rừng bị hủy diệt và sản lượng nông nghiệp bị giảm: mưa axit làm tổn

thương lá cây, gây trở ngại quá trình quang hợp, làm cho lá cây bị vàng

và rơi rụng, làm giảm độ màu mỡ của đất và cản trở sự sinh trưởng của

cây cối.

- Làm tổn hại sức khỏe con người: các hạt sulfate, nitrate tạo thành trong

khí quyển làm hạn chế tầm nhìn. Hơn nữa, do hiện tượng tích tụ sinh

học, khi con người ăn các loại cá có chứa độc tố, các độc tố này sẽ tích

tụ trong cơ thể và gây nguy hiểm đối với sức khỏe con người.

- Gây ăn mòn vật liệu và phá hủy các công trình kiến trúc.

IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SO2

 Hấp thụ khí SO2 bằng nước

- Là phương pháp đơn giản được áp dụng sớm nhất để loại bỏ khí SO2

trong khí thải, nhất là trong khói từ các lò công nghiệp.

- Ưu điểm: rẻ tiền, dễ tìm, hoàn nguyên được.

SO2 + H2O  H+ + HSO3

- Nhược điểm: do độ hòa tan của khí SO2 trng nước quá thấp nên thường

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  9 

phải dùng một lượng nước rất lớn và thiết bị hấp thụ phải có thể tích rất

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

lớn, cồng kềnh. Để tách SO2 khỏi dung dịch phải nung nóng lên đến 1000C nên tốn rất nhiều năng lượng, chi phí nhiệt lớn.

( Trang 93 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn )

 Hấp thụ khí SO2 bằng dung dịch sữa vôi

- Là phương pháp được áp dụng rất rộng rãi trong công nghiệp vì hiệu

quả xử lý cao, nguyên liệu rẻ tiền và sẵn có ở mọi nơi.

CaCO3 + SO2  CaSO3 + CO2

CaO + SO2  CaSO3

2CaSO3 + O2  2CaSO4

- Ưu điểm: công nghệ đơn giản, chi phí đầu tư ban đầu không lớn, chi phí

vận hành thấp, chất hấp thụ rẻ, dễ tìm, làm sạch khí mà không cần phải

làm lạnh và tách bụi sơ bộ, có thể chế tạo thiết bị bằng vật liệu thông

thường, không cần đến vật liệu chống axit và không chiếm nhiều diện

tích xây dựng.

- Nhược điểm: đóng cặn ở thiết bị do tạo thành CaSO4 và CaSO3, gây tắc

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  10 

nghẽn các đường ống và ăn mòn thiết bị.

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

( Trang 95 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn )

 Xử lý khí khí SO2 bằng ammoniac

- Phương pháp này hấp thụ khí SO2 bằng dung dịch ammoniac tạo muối

amoni sunfit và amoni bisunfit theo phản ứng sau:

SO2 + 2NH3 + H2O (NH4)2SO3

(NH4)2SO3 + SO2 + H2O  2NH4HSO3

- Ưu điểm: hiệu quả rất cao, chất hấp thụ dễ kiếm và thu được muối

amoni sunfit và amoni bisunfit là các sản phẩm cần thiết.

- Nhược điểm: rất tốn kém, chi phí đầu tư và vận hành rất cao.

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  11 

(Trang 100 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn)

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

 Xử lý khí SO2 bằng magie oxit

- Các phản ứng xảy ra như sau:

MgO + SO2  MgSO3

MgSO3 + SO2 + H2O  Mg(HSO3)2

Mg(HSO3)2 + MgO  2MgSO3 + H2O

- Ưu điểm: có thể làm sạch khí nóng mà không cần làm lạnh sơ bộ, thu

được axit sunfuric như là sản phẩm của sự thu hồi, hiệu quả xử lý cao,

MgO dễ kiếm và rẻ.

- Nhược điểm: quy trình công nghệ phức tạp, vận hành khó, chi phí cao,

tổn hao MgO khá nhiều.

(Trang 105 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn)

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  12 

(Trang 106 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn)

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

 Xử lý khí SO2 bằng kẽm oxit

- Phương pháp này dựa theo các phản ứng sau:

SO2 + ZnO + 2,5 H2O  ZnSO3 . 2,5H2O

ZnSO3 . 2,5H2O => ZnO + SO2 + 2,5H2O

- Ưu điểm: có thể làm sạch khí ở nhiệt độ khá cao (200 - 2500C).

- Nhược điểm: có thể hình thành ZnSO4 làm cho việc tái sinh ZnO bất lợi

về kinh tế nên phải thường xuyên tách chúng ra và bổ sung lượng ZnO

tương đương.

 Xử lý SO2 bằng kẽm oxit kết hợp natri sunfit

- Phương pháp này dựa theo các phản ứng sau:

Na2CO3 + SO2  Na2SO3 + CO2

Na2SO3 + SO2+H2O  2NaHSO3

2NaHSO3 + ZnO  ZnSO3 + Na2SO3 + H2O

- Ưu điểm: không đòi hỏi làm nguội sơ bộ khói thải, hiệu quả xử lý cao.

- Nhược điểm: hệ thống xử lý khá phức tạp và tiêu hao nhiều muối natri.

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  13 

(Trang 110 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn)

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

 Xử lý khí SO2 bằng các chất hấp thụ hữu cơ

- Phương pháp này được áp dụng nhiều trong xử lý khí thải từ các nhà

máy luyện kim màu.

- Chất hấp thụ chủ yếu được dùng là xyliđin và đimetylanilin.

Quá trình sunfiđin

- Chất hấp thụ được sử dụng là hỗn hợp xyliđin và nước theo tỉ lệ 1:1

2C6H3(CH3)2NH2 + SO2  2C6H3(CH3)2NH2 . SO2

- Nếu khí thải có nồng độ SO2 thấp thì quy trình này không kinh tế vì tổn

hao xyliđin.

(Trang 112 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn)

Quá trình khử SO2 bằng đimetylanilin

- Với khí thải có trên 35% (thể tích) khí SO2 thì dùng đimetylanilin làm

chất hấp thụ sẽ có hiệu quả hơn dùng xyliđin.

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  14 

(Trang 113 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn)

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

 Hấp phụ khí SO2 bằng than hoạt tính

- Phương pháp này có thể áp dụng rất tốt để xử lý khói thải từ các nhà

máy nhiệt điện, nhà máy luyện kim và sản xuất axit sunfuric với hiệu

quả kinh tế đáng kể.

- Ưu điểm: sơ đồ hệ thống đơn giản và vạn năng, có thể áp dụng được

cho mọi quá trình công nghệ có thải khí SO2 một cách liên tục hay gián đoạn, cho phép làm việc được với khí thải có nhiệt độ cao (trên 1000C).

- Nhược điểm: tùy thuộc vào quá trình hoàn nguyên có thể là tiêu hao

nhiều vật liệu hấp phụ hoặc sản phẩm thu hồi được có lẫn nhiều axit

sunfuric và tận dụng khó khăn, phải xử lý tiếp mới sử dụng được.

(Trang 116 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn)

 Hấp phụ khí SO2 bằng vôi, đá vôi, đolomit

- Ưu điểm: hiệu suất hấp phụ cao.

- Nhược điểm: cần chi phí đầu tư lớn do vật liệu chế tạo thiết bị đắt (thiết

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  15 

bị làm việc trong môi trường ăn mòn mạnh và nhiệt độ cao).

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

CHƯƠNG II: ĐỀ XUẤT VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH

CÔNG NGHỆ

Yêu cầu: Thiết kế hệ thống xử lí khí thải SO2 từ lò hơi bằng thiết bị tháp

hấp thụ (tháp đệm).

 Nguồn khói thải từ lò hơi có các thông số sau - Lưu lượng khí: 12000 m3/h - Nồng độ SO2: 8000 mg/m3 - Nhiệt độ khói thải: 2500C - Nồng độ bụi: 300 mg/m3

- Áp suất: 1atm

 Quy chuẩn

- Theo QCVN 19: 2009/BTNMT, nồng độ tối đa cho phép của bụi và SO2

được tính theo công thức sau:

Cmax = C . Kp . Kv

Trong đó: - Cmax là nồng độ tối đa cho phép của bụi và SO2 ( mg/Nm3) - C là nồng độ của SO2 quy định tại mục 2.2 (mg/Nm3)

- Kp là hệ số lưu lượng nguồn thải quy định tại mục 2.3

- Kv là hệ số vùng, khu vực quy định tại mục 2.4

 Theo mục 2.2 QCVN 19: 2009/BTNMT – cột B, ta có:

Cbụi = 200 mg/Nm3 CSO2 = 500 mg/Nm3

 Theo mục 2.3 QCVN 19: 2009/BTNMT, ta có lưu lượng nguồn thải là

12000 m3/h < 20000 m3/h nên hệ số Kp = 1

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  16 

 Theo mục 2.4 QCVN 19: 2009/BTNMT, ta chọn hệ số Kv = 1,0

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

Ta có:

- Nồng độ tối đa cho phép của bụi và SO2:

Cbụi= 200 . 1 . 1 = 200 mg/Nm3 CSO2=500 . 1 . 1 = 500 mg/Nm3

- Vì thế, ta áp dụng QCVN 19: 2009/BTNMT cho đầu ra của HTXL.

8000

500

 Hiệu suất của quá trình xử lý bằng hấp thụ

= %75,93%100.

− 8000

E =

 Lựa chọn dung dịch hấp thụ

- Các dung dịch thường dùng để hấp thụ khí SO2 có thể là nước, huyền

phù sữa vôi (FGD), dung dịch soda Na2CO3, dung dịch NaOH…

- Nồng độ SO2 trong khói thải lò hơi theo đề bài là 8000 mg/m3.

8000

)55

 Chuyển sang nồng độ Cppm

ppm

3364

(

)

.(4,22. .64

273 273

Cppm =

- Ta thấy, nồng độ SO2 ban đầu là rất lớn (3364 ppm > 2000 ppm) nên

không áp dụng phương pháp hấp thụ SO2 bằng huyền phù sữa vôi được.

- Đối với nồng độ cao, ta có thể áp dụng phương pháp hấp thụ SO2 bằng

nước hoặc bằng các dung dịch hấp thụ có chứa Natri như NaOH và

Na2CO3.

- Tuy nhiên, khí SO2 có độ hòa tan trong nước khá thấp nên thường phải

dùng một lượng nước rất lớn và thiết bị hấp thụ phải có thể tích rất lớn,

cồng kềnh. Mặt khác, để tách SO2 khỏi dung dịch phải nung nóng lên đến 1000C nên tốn rất nhiều năng lượng, chi phí nhiệt lớn.

- NaOH và Na2CO3 là các chất hấp thụ có hoạt độ hấp thụ mạnh, có thể

xử lý SO2 ở bất kỳ nồng độ nào. Do đó, dung dịch hấp thụ lựa chọn cho

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  17 

quy trình công nghệ là dung dịch NaOH (pha loãng với nước).

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ SO2 BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ

Ống khói

Khí ra

Trao đổi nhiệt

Van chặn

Tháp hấp thụ

Khí vào

Quạt

Cyclone Bơm

Lò hơi

NaOH H2O

Van

Nước sau lắng

Thùng chứa

Bể lắng

Xử lí

Cặn

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  18 

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

 Thuyết minh sơ đồ công nghệ

- Vì nồng độ bụi tương đối cao hơn so với nồng độ cho phép (300 mg/m3 > 200 mg/m3) nên ta phải xử lý bụi. Cho dòng khí thải có chứa bụi đi

qua Cyclone để thu hồi bụi.

- Do nhiệt độ dòng khí thải cao (2500C) nên sau khi qua Cyclone, dòng

khí được dẫn qua thiết bị trao đổi nhiệt để giảm nhiệt độ xuống thích

hợp cho quá trình hấp thụ xảy ra hiệu quả.

- Dùng quạt thổi khí vào tháp đệm từ dưới lên. Dung dịch hấp thụ NaOH

được bơm từ thùng chứa lên tháp và tưới trên lớp vật liệu đệm theo

chiều ngược với chiều của dòng khí đi trong tháp.

- Các phản ứng xảy ra trong tháp

SO2 + 2NaOH  Na2SO3 + H2O

Na2SO3 + SO2 + H2O  2NaHSO3

SO2 + NaHSO3 + Na2SO3 + H2O  3NaHSO3

- Khí sạch đi vào ống khói và thải ra môi trường có nồng độ SO2 đạt tiêu

chuẩn cho phép Cmax (Theo QCVN 19: 2009/BTNMT).

- Dung dịch sau khi hấp thụ có chứa nhiều natri sunfit, natri bisunfit và

khói bụi. Một phần dung dịch được bơm trở lại thùng chứa qua van điều

chỉnh lưu lượng và tiếp tục được bơm lên tháp tưới cho vật liệu đệm nếu

lượng dung dịch NaOH còn dư nhiều. Phần dung dịch còn lại được đưa

đến bể lắng để lắng các cặn bẩn. Cặn sau lắng được đem chôn lấp còn

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  19 

nước sau lắng được đưa đi xử lí rồi mới thải ra môi trường.

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH HẤP THỤ

c = 500 mg/m3 - Nồng độ đầu ra: CSO2 - Nhiệt độ của dung dịch NaOH: 250C

CÂN BẰNG VẬT CHẤT - Lưu lượng khí: 12000 m3/h - Nồng độ SO2 đầu vào: 8000 mg/m3 - Nhiệt độ khí vào tháp: 550C - Nồng độ bụi: 300 mg/m3 - Áp suất: Pt = 1atm = 760 mmHg = 1,0133.105 Pa.

- Chọn điều kiện làm việc của tháp là nhiệt độ trung bình của dòng khí vào và dòng lỏng vào, t0 = 400C. Hỗn hợp khí xử lý xem như gồm SO2

và không khí.

1. Đầu vào

- Suất lượng mole của hh khí đi vào tháp:

(163,446

kmol

)

PV RT

.1 12000 + .( 273 082

)55

G1=

V .

8000

đ =

1500

(

hmol /

= (5,1)

kmol

)

- Suất lượng mole của SO2:

đ C SO M

. 12000 64

−

đ =

163,446

5,1

,444

(663

kmol

)

- Suất lượng mole của cấu tử trơ:

đ A

− GG 1

−

đ =

10.362,3

(

)

mol

hhkhí

- Nồng độ phân mole của SO2 trong hỗn hợp khí:

5,1 163,446

G đ A G 1

− 3

10.

−

373,3

10.

−

- Tỉ số mol:

362,3 − 362,31

10.

đ y A − đ y A

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  20 

Yđ = 1

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

− 3

362,3

10.

đ A

7719

(

)

/ mkg

1 ρ

10. 93,2

− 362,31 293 ,1

hhđ

y ρ SO

− y ρ kk

- Khối lượng riêng của pha khí ở 00C và 1atm:

(295

)

3mkg /

hhđ =ρ

295

(078,1

)

/ mkg

đ hh

273 +

1 1

273

T 0 T

Pđ = ρρ . 0 P 0

- Khối lượng riêng của pha khí ở 550C và 1atm:

2. Đầu ra

,0 9375

G .

,0 9375

= ,15,1.

40625 (

kmol

)

đ A

- Suất lượng mole của SO2 được hấp thụ:

c =

− ,15,1

40625

09375 (

kmol

)

- Suất lượng mole của SO2 còn lại trong hỗn hợp khí ở đầu ra:

MG đ − A

c =

,444

663

09375

,444

757

(

kmol

)

- Suất lượng mole của khí ở đầu ra:

c A

−

c =

mol

hhkhí

10.211

(

)

- Nồng độ phân mole của SO2 trong hỗn hợp khí đầu ra:

,0 ,444

09375 757

G G

c A c B

− 3

211

10.

−

- Tỉ số mol:

211

10.

−

,0 − ,01

211

10.

c y A − c y A

Yc =

− 3

10.

c A

7733 (

mkg /

)

1 ρ

211 10. 93,2

− ,01 211 ,1 293

hhc

y ρ SO

− ρ kk

- Khối lượng riêng của pha khí ở 00C và 1atm:

(293

3mkg /

)

hhc =ρ

- Khối lượng riêng của pha khí ở 400Cvà 1atm (ta xem như nhiệt độ dòng

293

(128,1

mkg /

)

c hh

273 +

T 0 T

1 1

273

Pc = ρρ . 0 P 0

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  21 

khí ra bằng với nhiệt độ làm việc là 400C):

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

XÁC ĐỊNH PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG II.

- Xác định đường cân bằng thông qua các dữ kiện về độ hòa tan của SO2

trong nước.

Bảng: Áp suất riêng phần của SO2 (mmHg) tại bề mặt phân chia hai

pha lỏng-khí

mgSO2/100mgH2O 100C 200C 300C 400C 500C 600C 700C

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 0 21 42 64 86 108 130 153 176 199 223 0 29 59 90 123 157 191 227 264 300 338 0 42 85 129 176 224 273 324 376 428 482 0 60 120 181 245 311 378 447 518 588 661 0 83 164 247 333 421 511 603 698 793 0 111 217 328 444 562 682 804 0 144 281 426 581 739 897

(Trích Tài liệu học tập Kỹ thuật xử lý khí thải - CBGD Dư Mỹ Lệ - Quá

trình hấp thụ). - Điều kiện làm việc của quá trình hấp thụ là ở 400C và áp suất 1atm . Bảng: Bảng thể hiện độ hòa tan của SO2 trong nước ở 400C và áp suất

1atm

P* mgSO2/100mgH2O

SO2(mmHg)

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  22 

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 0 60 120 181 245 311 378 447 518 588 661

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

SO2 = 60mmHg và CSO2 = 0,5gSO2/100gH2O

1. Tính toán cho cặp giá trị p*

 Pha khí

07895

60 760

* p SO P t

- Nồng độ phần mole SO2 trong pha khí:

08572

y −

,0 − ,01

07895 07895

- Tỉ số mol:

 Pha lỏng

mol

trong

dung

dich

5,0 64

0014

mol

trong

dung

dich

OHmol

5,0 64

100 18

- Nồng độ phần mole SO2 trong pha lỏng:

0014

x −

,0 − ,01

0014 0014

- Tỉ số mol:

2. Kết quả

P* y* x

CSO2 gSO2/100gH2O 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0

SO2 (mmHg) 0 60 120 181 245 311 378 447 518 588 661

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  23 

0 0,07895 0,15789 0,23816 0,32237 0,40921 0,49737 0,58816 0,68158 0,77368 0,86974 0 0,0014 0,0028 0,0042 0,00559 0,00698 0,00837 0,00975 0,01112 0,0125 0,01387

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

 Vẽ đường cân bằng

ĐƯỜNG CÂN BẰNG

í

0.9

0.8

h k a h p

0.7

0.6

g n o r t 2 O S

l

0.5

0.4

o m n ầ h p

0.3

ộ đ

0.2

g n ồ N

0.1

0.002

0.004

0.006

0.008

0.01

0.012

0.014

0.016

Nồng độ phần mol SO2 trong pha lỏng

- Đường cân bằng của quá trình hấp thụ SO2 tuân theo định luật Henry,

nên phương trình đường cân bằng có dạng :

y* = Hx

Trong đó: y*: nồng độ phần mol SO2 trong pha khí tại trang thái cân bằng

H: hệ số Henry

x: nồng độ phần mol của SO2 trong pha lỏng tại trang thái cân bằng pha

Bảng kết quả hệ số Henry

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  24 

y* 0 0,07895 0,15789 0,23816 0,32237 0,40921 0,49737 0,58816 0,68158 0,77368 0,86974 x 0 0,0014 0,0028 0,0042 0,00559 0,00698 0,00837 0,00975 0,01112 0,0125 0,01387 H 0 56,39 56,39 56,7 57,68 58,63 59,42 60,32 61,29 61,89 62,71

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

A = 0,003362 (mol SO2/mol hh khí)

Ta có:

A = 0.000211 (mol SO2/ mol hh khí)

yđ yc

- Do nồng độ phần mol của SO2 trong pha khí thay đổi trong khoảng rất

nhỏ so với nồng độ được biểu diễn trên đồ thị nên ta chọn hệ số Henry

H = 56,39.

 Phương trình đường cân bằng: y* = 56,39x

Bảng giá trị

y.10-3 0,33 Y.10-3 0,3301 x.10-3 0,0059 X.10-3 0,0059

0,66 0,6604 0,0117 0,0117

0,99 0,991 0,0176 0,0176

1,32 1,3217 0,0234 0,0234

1,65 1,6527 0,0293 0,0293

1,98 1,9839 0,0351 0,0351

2,31 2,3153 0,041 0,041

2,64 2,647 0,0468 0,0468

2,97 2,9788 0,0527 0,0527

3,3 3,3109 0,0585 0,0585

3,63 3,6432 0,0644 0,0644

- Từ bảng số liệu, ta thấy giá trị của cặp y-x xấp xỉ giá trị Y-X nên xem

như phương trình đường cân bằng biểu diễn theo Y-X có dạng như sau:

Y = 56,39X

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  25 

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

 Vẽ đường cân bằng (X-Y)

ĐƯỜNG CÂN BẰNG

3.5

) 3 - 0 1 ( í

2.5

h k a h p

1.5

g n o r t 2 O S

l

o m ố S

0.5

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

Số mol SO2 trong pha lỏng (10-3)

đ = 3,373.10-3 với đường cân bằng

III. XÁC ĐỊNH PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG LÀM VIỆC 1. Xác định Lmin

- Xmax là giao điểm của đường YA

- Ta có: 3,373.10-3 = 56,39 Xmax

Y=56,39X

=> Xmax = 0,0000598 (mol SO2/mol dung dịch)

Xđ = 0

(

)

Yđ-Yc = (L/G).(Xc-Xđ)

L tr G

− 3

−

(

)

(876,52

kmol

khi

tro

)

min

L tr G

Y đ X

Y c − 0

− 373,3 10. ,0 0000598 ,0

211 10. − 0

max

- Xác định tỉ lệ : min

- Suất lượng mole tối thiểu:

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  26 

(Ltr)min = 52,876.Gtr = 52,876.444,663 = 23512 (kmol/h)

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

- Suất lượng mole thực tế:

L = ϕ.Lmin

- Chọn ϕ= 1,5  L = 1,5.23512 = 35268 (kmol/h)

- Lưu lượng nước thực tế cần cung cấp:

L = 35268 (kmol/h) = 35268.18 = 634824 (kg/h)

2. Xác định Xđ và Xc

− −

L G

Y đ X

Y c X

−

)

373,3.(

10.

211

10.

)

.( Y đ

Y c

,444 663 35268

G tr L

0000399

(

)

mol

Ta có:

- Đường làm việc đi qua 2 điểm (Xc, Yđ) và (Xđ, Yc).

 Vẽ đường cân bằng và đường làm việc trên cùng đồ thị

ĐƯỜNG CÂN BẰNG-ĐƯỜNG LÀM VIỆC

3.5

) 3 - 0 1 ( í

2.5

h k a h p

1.5

g n o r t 2 O S

l

o m ố S

0.5

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

Số mol SO2 trong pha lỏng (10-3)

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  27 

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THÁP HẤP THỤ

TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP HẤP THỤ I.

- Hấp thụ SO2 bằng dung dịch NaOH 10% khối lượng. - Nhiệt độ làm việc của tháp hấp thụ là 400C.

Bảng: Khối lượng riêng của dung dịch NaOH 10% (kg/m3) theo nhiệt độ

(ở áp suất khí quyển).

- 200C 00C 200C 400C 600C 800C 1000C 1200C

- 1117 1109 1100 1089 1077 1064 1049

dd NaOH 10%

(Trích Bảng 4 trang 11 - Bảng tra cứu Quá trình cơ học truyền nhiệt-Truyền

khối-Nhà xuất bản ĐH Quốc gia Tp.HCM - 2008)

Bảng: Độ nhớt động lực của dung dịch NaOH 10% (Cp) theo nhiệt độ

00C 100C 200C 300C 400C 500C

- - 1,86 1,45 1,16 0,98

dd NaOH 10%

(Trích Bảng 9 trang 16 - Bảng tra cứu Quá trình cơ học truyền nhiệt-Truyền

khối-Nhà xuất bản ĐH Quốc gia Tp.HCM - 2008)

V .4 υπ .

V .785,0

1. Đường kính tháp hấp thụ

Trong đó:

υ: vận tốc biểu kiến của dòng khí ứng với tổng tiết diện của tháp (m/s)

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  28 

D: đường kính tháp hấp thụ (m) V: lưu lượng của dòng khí qua tháp hấp thụ (m3/s)

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

a. Cách xác định vận tốc υ của dòng khí

fυứng với điểm lụt theo phương

- Tính vận tốc biểu kiến của pha khí

16,0

125,0

25,0

−

log

L G

  

  75,1 

µ L µ l

ρ k ρ L

2 f . Vg t

ρσυ . . k ρ . L

  

  . 

  

   

   

trình sau:

Trong đó:

σ: bề mặt riêng của đệm (m2/m3) Vt: thể tích tự do của đệm (m3/m3)

k ρρ ,

Lµ: độ nhớt động lực của pha lỏng ở nhiệt độ làm việc (kg/m.s) lµ: độ nhớt động lực của nước ở 200C (mPa.s) L, G: suất lượng dòng lỏng và dòng khí ( kg/s)

: khối lượng riêng của pha khí và pha lỏng (kg/m3)

C: hệ số phụ thuộc dạng quá trình, đối với quá trình hấp thụ

( C = 0,022 cho vật liệu đệm là vòng hay xoắn )

−

75,0(

).9,0

fυ

- Vận tốc làm việc của pha khí được xác định theo công thức sau:

b. Tính toán

• Chọn vật liệu đệm là vòng sứ Raschig xếp ngẫu nhiên có các thông số:

- Kích thước: 50 x 50 x 5 (mm) - Bề mặt riêng: σ = 95 (m2/m3) - Thể tích tự do: Vt = 0,79 (m3/m3)

500

3mkg /

(

)

đ =ρ

- Khối lượng riêng của đệm:

( Trích Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học và thực phẩm - Tập 3 - Truyền

khối - Vũ Bá Minh)

078,1

128,1

đ hh

103,1

3mkg /

(

)

tb ρ k

c + ρρ hh 2

+ 2

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  29 

- Khối lượng riêng của pha khí:

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

1100

(

)

3mkg /

L =ρ

- Khối lượng riêng của pha lỏng:

− 3

362,3

10.

10.211

−

mol

khi

7865

10.

(

)

+ 2

- Nồng độ phần mol trung bình:

- Khối lượng mol của hỗn hợp khí:

Mhh = ytb.MSO2 + (1-ytb).Mkk = 1,7865.10-3.64 + (1-1,7865.10-3).29 =29,063 (g/mol)

2/3

273

−

10.7,11

40 µ SO µ =

396 +

+ C 273 + CT

T 273

396

+ 273

  

  . 

553,13

( 273 − 6 10. (

+ 273 + )40 ). sPa

   40 =µ => 2 SO

- Độ nhớt của SO2 ở nhiệt độ làm việc được tính theo công thức:

2/3

273

−

10.3,17

kk µµ =

273 +

124 +

+ C 273 + CT

T 273

+ )40

(

273

124

+ 273

  

  . 

  

  . 

− 6

- Độ nhớt của không khí ở nhiệt độ làm việc được tính theo công thức:

,19

10.294

(

sPa ).

40 =µ kk

−

hhk

- Độ nhớt của pha khí được tính theo công thức:

hhk

). My tb µ kk

−

29).

1508808

946,

−

64. − 6

7865 294

10. 10.

−

. M My tb µ µ SO

,19

262

10.

(

sPa ).

=µ hhk

,1 7865 10. 553,13 10. M hhk 1508808

946,

− ,11( ,19 ,29 063 1508808

946,

(16,1

= (16,1)

smPa ).

=µ l

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  30 

- Độ nhớt của pha lỏng:

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

163,446

757,444

kmol

)

(46,445

+ 2

12946

(4,

)

(596,3

s )/

- Suất lượng dòng khí:

- Suất lượng của dòng lỏng ở đầu ra:

Lc = Lđ + M =35268 + 1,40625 =35269,40625 (kmol/h)

+ )9,01,0(

M dd

1,0

9,0

kgNaOH

OHkg

2 kmol

NaOH

kmol

NaOH

OH 2

,19

0476 (

)

kmol

- Khối lượng phân tử pha lỏng:

đ L

c L

35268

40625

35268

(703,

kmol

)

607,186

(

s )/

L tb

+ 2

35269 , 2

- Suất lượng của pha lỏng:

fυ

16,0

25,0

125,0

−

022

−

,186 607 596,3

103,1 1100

fυ 103,1.95. 3 .79,0.81,9

1100

10.16,1 10. ,1 005

  

  . 

  75,1 

  

  . 

  

   

  log  

• Tính

fυ = 0,738m/s

,0.85,0

738

6273

(

sm )/

υ .85,0 f

- Chọn vận tốc pha khí bằng 85% vận tốc ngập lụt:

(57,2

)

V .4 υπ .

V 785

υ .

G 785

596,3 6273 ,0.

785

103,1.

tb ρυ .. tb

• Đường kính tháp hấp thụ

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  31 

- Chọn đường kính tháp là D = 2,6 m

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

614

(

sm )/

D .

785

596,3 103,1.

6,2.

G tb ρ . 785 tb

2. Kiểm tra điều kiện làm việc của tháp

83,0

,0 ,0

614 738

υ fυ

( thỏa điều kiện) - Ta có:

TÍNH CHIỀU CAO THÁP HẤP THỤ II.

1. Chiều cao tháp hấp thụ

a. Xác định số đơn vị truyền khối tổng quát pha khí NOG

- Vì đường cân bằng là đường thẳng nên ta tính NOG theo cách sau:

− 3

−

373,3

10.

.39,56

373,3

10.

,0.39,56

0000399

10.123,1

∆ Y đ

Y đ

* Y đ

- Động lực của quá trình tại đáy tháp hấp thụ:

đ được tính theo phương trình cân bằng với X = Xc = 0,0000399

Với Y*

− 3

−

211

10.

.39,56

10.211

0.39,56

10.211

=∆ Y c

Y c

* Y c

- Động lực của quá trình tại đỉnh tháp hấp thụ:

đ được tính theo phương trình cân bằng với X = Xđ = 0

Với Y*

∆ ∆

Y đ Y c

− 3

32,5

−

123,1 211 ,0

10. 10.

∆ Y đ ∆ Y c

: - Xét tỉ số

− 3

∆

−

123,1

10.

−

Y c

Y đ

∆

545,0

10.

Y TB

211 − 3

−

,0 10. 10.

123,1 211 ,0

∆− ∆ Y đ ∆ Y c

- Động lực trung bình của quá trình:

− 3

−

10.373,3

802,5

10.211 − 3

,0 10.545,0

− ∆ Y TB

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  32 

- Số đơn vị truyền khối tổng quát NOG:

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

. h

. Gm L TB

b. Xác định chiều cao tổng quát của đơn vị truyền khối HOG

Trong đó:

yh : chiều cao một đơn vị truyền khối theo pha khí

xh : chiều cao một đơn vị truyền khối theo pha lỏng

m: hệ số góc của đường cân bằng

25,0

67,0

Re.

Pr. k

V t ψσ . . b

 Tính

Trong đó:

Vt: thể tích tự do của đệm (m3/m3) σ: bề mặt riêng của đệm (m2/m3)

ψ: hệ số thấm ướt của đệm

b: hệ số phụ thuộc dạng đệm. Đối với vòng Raschig thì b = 0,123

1480

399,

,0.4 ,19

614 10.262

103,1. − 6 95.

ρυ ..4 k σµ . k

- Chuẩn số Reynolds:

- Hệ số khuếch tán của SO2 trong pha khí ở 00C, 1atm:

D0 = 10,3.10-6 (m2/s)

2/3

273

−

10.3,10

,12

645

10.

2 sm )/

(

P 0 P

1 1

+ 273

  

  . 

T T 0

  . 

  

- Hệ số khuếch tán của SO2 trong pha khí ở 400C, 1atm:

− 6

381,1

Pr k

−

,19 103,1

262 ,12.

10. 645

10.

µ k Dρ . k

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  33 

- Chuẩn số Prandl:

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

086,115

(

). / hmm

607,186 1100

. 785,0.

3600 6,2.

3600 . L tb .785,0. D

ρ L

- Mật độ tưới làm việc:

= σ B .

158,0

95.

(01,15

hmm ). /

U tu

- Mật độ tưới tối ưu:

Trong đó:

B là hệ số phụ thuộc dàng quá trình. Với quá trình hấp thụ thì B = 0,158.

67,7

086,115 01,15

U tuU

- Tỉ số

1=ψ

(Tra hình IX.16 trang 178 – Sổ tay Quá trình và thiết bị công nghệ hóa

chất, tập 2 – NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội)

yh :

25,0

67,0

1480

399,

381,1.

521,0

(

)

79,0 123,0.1.95

- Chiều cao một đơn vị truyền khối theo pha khí

3/1

25,0

5,0

119

Re.

 Tính

Pr. l

µ L 2 ρ . L

   

  .  

1276

396,

−

.4 ,186 605 2 10.16,1.6,2.

95.

785

.4 L TB 2 σµL . 785 . . D

- Chuẩn số Reynolds:

2/1

−

2/1

1 M

 .  

  

10 ( . V

- Hệ số khuếch tán của SO2 trong pha lỏng ở 200C:

)

µ . . BA L

3/1 A

23/1 B

Trong đó:

DL: hệ số khuếch tán VA, VB: thể tích phân tử của dung chất và dung môi (cm3/mol)

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  34 

MA, MB: khối lượng phân tử của chất tan và dung môi (kg/kmol)

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

Lµ: độ nhớt động lực của ddNaOH 10% ở 200C (mPa.s) (

Lµ=1,86 Cp)

A, B: các hệ số phụ thuộc trên tính chất của chất tan và dung môi.

( Chất tan là khí SO2 nên A = 1, dung môi là dung dịch NaOH nên B = 1 )

(Trích trang 14 Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học và thực phẩm - Bài

tập truyền khối - Trịnh Văn Dũng)

(8,44

mol

)

VSO =

- Thể tích phân tử của SO2:

0173 (

3 kmol /

)

- Thể tích phân tử của dung môi:

,19 0476 1100

= 17,3(cm3/mol)

2/1

− 6

−

10.08,5

(

2 )/ sm

2/1

3/1

23/1

1 64

1 0476

,19

 .  

  

)86,1.(1.1

3,17

- Hệ số khuếch tán của SO2 trong pha lỏng ở 200C:

)

10 ( 8,44.

−

] )

[ 1.

( tb

10.08,5

( 40

10.722,7

2 sm )/

(

[ 026,01

] )

- Hệ số khuếch tán của SO2 trong pha lỏng ở 400C:

2/1

− 3/1

2/1

− 3/1

86,1.2,0

1109

026,0

µ .2,0 L

ρ . L

)20(

 Với b được tính theo công thức:

− 3

564,136

Pr l

−

10.16,1 722 ,7.

10.

1100

µ L Dρ . L

- Chuẩn số Prandl:

xh :

3/1

− 3

)

25,0

5,0

119

1276

396,

564,136.

(402

)

10.16,1( 2

1100

81,9.

   

  .  

- Chiều cao một đơn vị truyền khối theo pha lỏng

596,3.39,56

,0.

402

958,0

(

)

h .

521,0

,186

605

Gm . L TB

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  35 

- Chiều cao tổng quát của đơn vị truyền khối HOG:

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

HNH .

802,5

958,0.

(558,5

)

c. Chiều cao của lớp đệm

 Chọn chiều cao của lớp đệm H = 5,6 m

d. Chiều cao tháp hấp thụ

- Chiều cao phần tách lỏng Hc và đáy Hđ được chọn theo bảng sau

D Hc (m) Hđ (m)

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

2,0-2,6 1,0 2,5

2,8-4,0 1,2 3,0

(Trích tài liệu học tập Kỹ thuật xử lý khí thải - CBGD Dư Mỹ Lệ - Quá trình

hấp thụ)

• Chiều cao tháp hấp thụ HT

HT = H + Hc + Hđ = 5,6 +1+2,5 = 9,1(m)

 Chọn chiều cao của tháp HT = 9,1 m.

2. Tính trở lực tháp

8,1

2,1

8,1

8,0

2,1

.56,1

,0.6,5.56,1

614

103,1.

,19.(

262

10.

− 2,06 )

8,0 2,0 µσρυ . . k

=∆ P k

95. 3

k 3

79,0

. V t

=∆⇒

,214

488

(

)

P k

a. Tổn thất áp suất của đệm khô khi Rek > 400

∆=∆ P u

P k

µ L µ k

G L tb

ρ k ρ L

  

  . 

  A 

  

  . 

  

  1.  

   

b. Tổn thất áp suất của điểm ướt:

Trong đó:

A = 8,4 c = 0,015

m = 0,405 n = 0,225

( Tra bảng IX.7, trang 189 - Sổ tay Quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  36 

tập 2 - NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội ).

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

015

405

225

−

,214

(34,296

)

=∆ Pu

−

596,3 ,186 607

103,1 1100

10.16,1 10.262

,19

  

  . 

  

  

   

    4,81.488   

- Tổn thất áp suất của đệm ướt:

III. TÍNH CÁC CÔNG TRÌNH PHỤ TRỢ

a. Tính bơm

∆+

p 1 g

− 2 .ρ

- Áp suất toàn phần của bơm:

Trong đó:

p1, p2: áp suất trên bề mặt chất lỏng khoảng hút và khoảng đẩy (Pa)

H∆ : tổn thất áp suất do khắc phục trở lực trên đương hút và đường đẩy (kể

H0: chiều cao hình học đưa chất lỏng lên (m) ρ; khối lượng riêng của dd NaOh 10% ở 250C (kg/m3)

=ρ

−

1109

.( 1100

1109

)

1106

(75,

3mkg /

)

− −

25 40

20 20

cả trở lực cục bộ của chất lỏng đi ra khỏi ống dẫn ở khoảng đẩy) (m) - Khối lượng riêng của dd NaOh 10% ở 250C:

0133

10.

= (1,91,9

)

.1,9

071,10

(

)

ddm

OmH 2

10. 1106

− ,1 0133 81,9.75,

1106 75, 1000

- Áp suất toàn phần của bơm (bỏ qua trở lực trên đường ống):

,186

607

(

169,0

(

)/ s

3 sm )/

= LQ tb

,186 1106

607 75,

- Năng suất của bơm:

93,0.83,0.95,0

%33,73

tl ηηηη .0 .

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  37 

- Hiệu suất tổng cộng của bơm:

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

0η: hiệu suất thể tích tính đến sự hao hụt chất lỏng chảy từ vùng áp suất

Trong đó:

tlη: hiệu suất thủy lực, tính đến ma sát và sự tạo ra dòng xoáy trong bơm.

ckη : hiệu suất cơ khí tính đến ma sát cơ khí ở ổ bi, ổ lót trục.

cao đến vùng áp suất thấp và do chất lỏng rò qua các chỗ hở của bơm

Bảng II.32. Hiệu suất của một số loại bơm

0η

tlη

ckη

Loại bơm

Bơm pittong - 0,8-0,94 0,9-0,95

Bơm ly tâm 0,85-0,96 0,8-0,85 0,92-0,96

Bơm xoáy lốc >0,8 >0,7 >0,9

Bơm răng khía 0,7-0,9 - -

( Trích Bảng II.32, trang 439, Sổ tay Quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất-

Tập 1- NXB Khoa học và Kỹ thuật )

169,0

81,9.75,

2,25

ρ gHQ . . . η 1000 .

,10. 071 . 1106 1000 ,0. 7333

- Công suất yêu cầu của bơm:

= β .

2,25.18,1

74,29

Ntt

- Công suất làm việc của bơm:

- Hệ số an toàn công suất β được cho ở bảng sau

N(KW) β

<1 2-1,5

1-5 1,5-1,2

5-50 1,2-1,15

>50 1,1

(Trích Bảng 1.1, trang 8-Bài tập Các quá trình cơ học - Nguyễn Văn Lục và

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  38 

Hoàng Minh Nam - NXB ĐHQG Tp.HCM)

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

b. Tính quạt

∆ . PQ η. 1000

- Công suất yêu cầu của quạt:

Trong đó: Q: năng suất của quạt (m3/s)

P∆ : áp suất toàn phần (Pa)

93,0.96,0.9,0

%35,80

ηηηη . 3 1

- Hiệu suất tổng cộng của quạt:

1η: hiệu suất lý thuyết của quạt

2η= (0,95-0,97): hiệu suất của ổ đỡ

3η= (0,9-0,95): hiệu suất đối với hệ truyền bằng đai

Trong đó:

- Năng suất của quạt:

Q = 12000 m3/h = 3,33 m3/s

23,1

.33,3 1000

34,296 8035 ,0.

- Công suất yêu cầu của quạt:

- Công suất thực tế của quạt:

Ntt = k.N = 1,2.1,23 = 1,476 (KW)

- Hệ số dự trữ k cho ở bảng sau

Ly tâm Hướng trục N

0,5 1,5 1,2

0,51-1 1,2 1,15

1,01-2 1,2 1,1

2,01-5 1,15 1,05

>5 1,1 1,05

(Trích Các quá trình và thiết bị cơ học - Quyển 2 - Vũ Bá Minh - Nguyễn Văn

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  39 

Lục - Hoàng Minh Nam - Trần Hùng Dũng - NXB ĐHQG Tp.HCM)

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

IV. TÍNH CƠ KHÍ

1. Thân tháp

- Thiết bị làm việc ở môi trường ăn mòn - Nhiệt độ làm việc: t = 400c

- Áp suất làm việc: p = 1atm

=> Chọn vật liệu là thép không gỉ để chế tạo thiết bị

- Ký hiệu thép: X18H10T (C < 0,12%, Cr 18%, N 10%, T nằm trong

khoảng 1-1,5% ).

10.550

mN /

k =σ

- Giới hạn bền:

220

10.

mN /

c =σ

- Giới hạn chảy:

- Chiều dày tấm thép: b = 8mm

%38=δ

- Độ giãn tương đối:

=λ

(Bảng XII.4 trang 309 – Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất, tập 2)

0 c.m/W3.16

- Hệ số dẫn nhiệt:

=ρ

7900

3m/kg

- Khối lượng riêng:

(Bảng XII.7 trang 313 – Sổ tayquá trình và thiết bị công nghệ hoá chất, tập 2)

- Chọn công nghệ gia công là hàn tay bằng hồ quang điện, bằng cách hàn

giáp mối 2 bên.

1=η

- Hệ số hiệu chỉnh:

- Hệ số an toàn bền kéo: nk = 2,6

- Hệ số an toàn bền chảy: nc = 1,5

95,0=hϕ

- Hệ số bền mối hàn:

]

6 (10.5,211

)

/ mN

[ σ k

10.550 6,2

σ k nk

220

]

6 (10.7,146

mN /

)

[ σ k

10. 5,1

σ c nc

a. Ứng suất cho phép của vật liệu theo giới hạn bền

6 (10.7,146

mN /

)

k =σ

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  40 

=> Chọn để tính toán.

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

b. Chiều dày thân tháp

.81,9

1100

1,9.

98198

(1,

)

= ρ . . Hg

2mN /

]

- Áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng:

95,0.

,698

466

ϕ .

10.7,146 10.53,199

nên bề dày thân dày thân - Áp suất tính toán trong thiết bị: ptt = p + pl = 1,0133.105 + 98198,1 = 199,53.103 (N/m2) - Vì [ σ k

pD . t tt [ ] ϕσ . .2 k h

tháp được tính theo công thức sau:

Trong đó:

Dt: đường khính trong của tháp (Dt = 2,6m)

C = C1+C2+C3

C1: hệ số bổ sung do ăn mòn (Đối với vật liệu bền có tốc độ ăn mòn 0,05-

0,1 mm/năm,ta chọn C1 = 1mm tính theo thời gian làm việc từ 15-20 năm).

C2: hệ số bổ sung do hao mòn (C2 = 0)

C3: hệ số bổ sung do dung sai của chiều dày (Tra bảng XIII.9 – Sổ tay quá

trình và thiết bị tập 2). C3 = 0,8 mm => C = 1+ 0 + 0,8 = 1,8 mm =1,8.10-3 m

−

10.8,1

10.66,3

66,3

10.53,199.6,2 95,0.10.7,146.2

- Bề dày thân tháp:

- Chọn S = 4 mm

c. Kiểm tra lại ứng suất thành thiết bị theo áp suất thử tính toán

- Áp suất thử tính toán po được tính theo công thức:

po = pth + pl

Trong đó:

pth=1,5.ptt=1,5.199,53.103 = 299,295.103 (N/m2)

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  41 

(Tính theo bảng XIII.5 – Sổ tayquá trình và thiết bị tập 2)

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

- Áp suất thử tính toán:

po = 299,295.103 + 98198,1=397,4931.103 (N/m2)

−

4931

10.

[ 6,2

247

(10.45,

mN /

)

397 − 3

− (

] ( ) 10.8,14 . ) − 10.8,14.2

, 95,0.

[ ] ( ) + . D pCS t ) ( − ϕ .2 . CS h

220

- Ứng suất thân tháp theo áp suất thử:

6 (10.33,183

)

/ mN

σ c 2,1

10. 2,1

< σ - Xét tỉ số:

=> Chọn S = 8 mm

−

4931

10.

[ 6,2

(10.94,87

)

/ mN

397 − 3

− (

] ) ( 10.8,18 . ) − 10.8,18.2

, 95,0.

[ ] ) ( + . D pCS t ) ( − ϕ .2 . CS h

220

- Ứng suất thân tháp theo áp suất thử:

6 (10.33,183

)

/ mN

σ c 2,1

10. 2,1

> σ - Xét tỉ số:

- Vậy S = 8 mm là hợp lý.

- Khối lượng thân tháp:

n −

= .(2,6162 - 2,62).9,1.7900 = 4712,12 (kg)

) ρ 2 HD . . t

π M1=V.ρ= ( D 4

π 4

2. Nắp và đáy tháp

- Chọn đáy và nắp tháp là elip có gờ với chiều cao gờ h = 40mm

- Chọn vật liệu làm đáy và nắp tháp cùng với vật liệu làm thân tháp với

chiều dày tấm thép b = 12 mm.

- Chọn chiều dày của nắp và đáy elip S =12mm

- Theo bảng XIII.10 và XIII.11- trang 382,383,384 - Sổ tay quá trình và

thiết bị công nghệ hóa chất Tập 2, các thông số của đáy và nắp như sau:

Dt, mm ht mm Bề mặt trong m2 Thể tích V.10-3 m3 Đường kính phôi D (mm)

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  42 

2600 650 7,67 2515 3139

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

 Tính cho nắp elip

−= 1

85,0

- Nắp elip có khoét một lỗ không được tăng cứng với d = 400mm

4,0 6,2

d tD

- Ta có: S - C = 10,2 mm => C = 1,8 + 1 = 1,8 mm

− 3

12.65,0.2

10.

[ 6,2

397 − 3

) − 10.8,2 ( −

[ D t ..6,7

( 12.65,0.85,0.6,7

] . ) 10.8,2

, 4931 95,0.

] ( ) − . pCSh t ) ( − ϕ . . CShk h

=>σ

6 (10.35,73

mN /

)

cσ < 2,1

- Kiểm tra ứng suất thành theo áp suất thử tính toán:

- Vậy bề dày của nắp elip S = 12mm là hợp lý

- Khối lượng nắp elip tra Bảng XIII.11 trang 384 – Sổ tay thiết bị tập 2:

M = 730 (kg)

- Đối với thép không gỉ thì khối lượng nắp elip:

M = 1,01.730 = 737,3(kg)

- Khối lượng của nắp và đáy elip:

M2 = 2.M = 2.737,3 = 1474,6 (kg)

3. Đường ống dẫn khí

- Vận tốc khí trong ống khoảng 10 - 30 m/s

- Chọn vận tốc trong ống dẫn khí vào bằng vận tốc trong ống dẫn khí ra:

v = 25 m/s

 Ống dẫn khí vào

- Lưu lượng khí vào:

Qv = G1.Mvao = 446,163.29,12 =12992,27 (kg/h) =3,61 (kg/s) =3,35 m3/s

413

Q .4 v π . v

35,3.4 π 25.

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  43 

- Đường kính ống dẫn khí vào:

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

- Chọn ống với đường kính ống tiêu chuẩn: d = 400 mm, bề dày: b = 13

mm, làm bằng thép không gỉ

- Theo bảng XIII.32- trang 434 - Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ

hóa chất Tập 2 thì chiều dài đoạn ống nối (ứng với đường kính 400mm)

là 150mm

- Để đảm bảo phân phối khí đều trong tháp, ta sử dụng đĩa đục lỗ với bề

dày 5 mm, lỗ có đường kính 50 mm, bước lỗ 50 mm

 Ống dẫn khí ra

−+ 1(

My . c

My ). c

SO 2

−

−+

kmol

211

10.

64.

,01(

10.211

29).

(01,29

)

- Khối lượng phân tử pha khí đầu ra:

,444

01,29.

11438

3 hm /

177,3

3 sm )/

(

757 128,1

. MG c ρ c

- Lưu lượng khí ra:

402

.4 Q r π . v

177,3.4 π 25.

- Đường kính ống dẫn khí ra:

- Chọn ống với đường kính ống tiêu chuẩn: d = 400 mm, bề dày: b = 13

mm, làm bằng thép không gỉ

- Theo bảng XIII.32- trang 434 - Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ

hóa chất Tập 2 thì chiều dài đoạn ống nối (ứng với đường kính 400mm)

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  44 

là 150mm

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

4. Đường ống dẫn lỏng

- Vận tốc chất lỏng trong ống khoảng 1- 3 m/s

 Ống dẫn lỏng vào

- Chọn vận tốc trong ống dẫn lỏng vào: v = 2,5 m/s

- Lưu lượng lỏng vào:

,0 1686

,186 1106

603 75,

kg s / mkg /

m3/s Qv =

293

,0.4 π

Q .4 v π . v

1686 5,2.

- Đường kính ống dẫn lỏng vào:

- Chọn ống với đường kính tiêu chuẩn: d = 300 mm, bề dày: b = 12 mm

- Vật liệu làm là nhựa PVC

- Ống dẫn lỏng được hàn vào thiết bị, bên ngoài có lắp mặt bích. Theo

bảng XIII.32 trang 434 – Sổ tay thiết bị thì chiều dài đoạn ống nối là

140mm

 Ống dẫn lỏng ra

- Chọn vận tốc trong ống dẫn lỏng ra: v = 1,5 m/s

- Lưu lượng lỏng ra:

,0 1696

s 3

61,186 1100

kg / mkg /

m3/s Qr =

397,0

1696 ,0.4 π 5,1.

.4 Q r π . v

- Đường kính ống dẫn lỏng ra:

- Chọn ống với đường kính ống tiêu chuẩn: d = 400 mm, bề dày :b = 13

- Theo bảng XIII.32 trang 434 – Sổ tay thiết bị thì chiều dài đoạn ống nối

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  45 

là 140mm.

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

5. Tính bích

- Bích được dùng để gắn các phần thiết bị với nhau

- Chọn bích là loại bích liền kiểu I làm bằng thép X18H10T

a. Tính bích nối đáy tháp với thân

o Theo bảng XIII.27- trang 417- Sổ tay quá trình và thiết bị hóa chất tập 2, ta

có thông số đo của bích như sau:

- Đường kính trong: Dt = 2,6 m. - Đường kính ngoài: Dn = 2,6 + 2.8.10-3 = 2,616 m

- Đường kính ngoài của bích: D = 2770 mm

- Đường kính tâm bulong: Dbl = 2710 mm

- Đường kính mép vát: Dl = 2670 mm

- Đường kính bulong: db = M27

- Số bulong: z = 60 cái

- Chiều cao bích: h = 35 mm

−

- Khối lượng bích:

,0).

035

7900

2 nD

π 4

180,124kg m1 =

b. Tính mặt bích nối ống dẫn và thiết bị

- Chọn loại bích liền bằng kim loại đen để nối.

 Ống dẫn lỏng vào

o Theo bảng XIII.26- trang 409-Sổ tay quá trình và thiết bị hóa chất tập 2, ta

có thông số đo của bích như sau:

- Đường kính ống: Dy = 300 m

- Đường kính ngoài: Dn = 325 m

- Đường kính ngoài của bích: D = 435 mm

- Đường kính tâm bulong: Dbl = 395 mm

- Đường kính mép vát: Dl = 365 mm

- Đường kính bulong: db = M20

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  46 

- Số bulong: z = 12 cái

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

- Chiều cao bích: h = 22 mm

−

- Khối lượng bích:

,0).

022

7900

2 nD

π 4

11,414kg m2 =

 Ống dẫn lỏng ra

o Theo bảng XIII.26- trang 409-Sổ tay quá trình và thiết bị hóa chất tập 2, ta

có thông số đo của bích như sau:

- Đường kính ống: Dy = 400mm

- Đường kính ngoài: Dn = 426mm

- Đường kính ngoài của bích: D = 535 mm

- Đường kính tâm bulong: Dbl = 495 mm

- Đường kính mép vát: Dl = 465 mm

- Đường kính bulong: db = M20

- Số bulong: z = 16 cái

- Chiều cao bích: h = 22 mm

−

- Khối lượng bích:

,0).

032

7900

2 nD

π 4

14,298kg m3 =

 Ống dẫn khí vào

o Theo bảng XIII.26- trang 409-Sổ tay quá trình và thiết bị hóa chất tập 2, ta

có thông số đo của bích như sau:

- Đường kính ống: Dy = 400mm

- Đường kính ngoài: Dn = 426mm

- Đường kính ngoài của bích: D = 535 mm

- Đường kính tâm bulong: Dbl = 495 mm

- Đường kính mép vát: Dl = 465 mm

- Đường kính bulong: db = M20

- Số bulong: z = 16 cái

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  47 

- Chiều cao bích: h = 22 mm

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

−

- Khối lượng bích:

7900

,0).

022

2 nD

π 4

14,298kg m4 =

 Ống dẫn khí ra

o Theo bảng XIII.26- trang 409-Sổ tay quá trình và thiết bị hóa chất tập 2, ta

có thông số đo của bích như sau:

- Đường kính ống: Dy = 400mm

- Đường kính ngoài: Dn = 426mm

- Đường kính ngoài của bích: D = 535 mm

- Đường kính tâm bulong: Dbl = 495 mm

- Đường kính mép vát: Dl = 465 mm

- Đường kính bulong: db = M20

- Số bulong: z = 16 cái

- Chiều cao bích: h = 22 mm

−

- Khối lượng bích:

,0).

022

7900

2 nD

π 4

14,298kg m5 =

- Tổng khối lượng bích:

M = 4.m1 + 2.m2 + 2.m3 + 2.m4 + 2.m5 = 541,108kg

6. Lưới đỡ đệm

- Lưới đỡ điệm được cấu tạo bởi 2 nửa vỉ thép không gỉ X18H10T nối với

nhau. Bên trên có hàn các lỗ tay để có thể dễ dàng cầm nắm khi tháo

lắp, dùng đỡ đệm có kích thước 50.50

o Theo bảng IX.22- trang 230 - Sổ tay quá trình và thiết bị hóa chất tập 2, ta

có các thông số của lưới ứng với đường kính tháp 2,6 m như sau:

- Khoảng cách 2 nửa vỉ thép: 3 mm

- Đường kính lưới: Dl = 2565 mm

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  48 

- Chiều rộng của bước b : 41,5 mm

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

.6,5.

500

79,0.

11744

(15,

)

h . đ

ρ . đ

V . t

π D . 4

6,2. 4

- Khối lượng đệm:

ddđ

. h đ

. . Vh đ t

π . D 4

  

  

 − 

     

 ρ .  l 

6,5.

79,0.6,5.

1100

6868

(1,

)

6,2. 4

  

  

 − 

     

 .  

- Khối lượng dung dịch thấm qua đệm:

7. Đĩa phân phối

- Chọn dùng đĩa phân phối loại 2 làm bằng thép không gỉ X18H10T

o Theo bảng IX.22- trang 230 - Sổ tay quá trình và thiết bị hóa chất tập 2, ta

có các thông số của đĩa ứng với đường kính tháp 2,6 m như sau:

- Đường kính đĩa: Dđ = 1625 mm

- Chiều dày đĩa: 4 mm

- Số lượng ống dẫn chất lỏng: 70 ống

- Đường kính ống dẫn lỏng: d = 90 mm

- Bề dày ống dẫn lỏng: S = 2,5 mm

- Bước lỗ: t = 150 mm

8. Cửa nhập liệu và cửa tháo đệm

- Chọn kích thước cửa nhập liệu giống như cửa tháo đệm

- Chọn cửa là hình vuông có kích thước cạnh: a = 400 m

9. Tải trọng toàn tháp

- Khối lượng đĩa phân phối khí, lưới đỡ đệm, cửa nhập và tháo đệm,

bulong…có khối lượng quá nhỏ so với khối lượng dung dịch trong tháp

nên có thể bỏ qua.

- Khối lượng của toàn tháp:

=Σ mMMMm

+ đ m

ddđ

25340kg

Tải trọng của toàn tháp: -

=Σ= . mgP

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  49 

9,81.25340 = 248585,4 N

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

10. Chân đỡ

- Chọn tháp có 4 chân đỡ làm bằng thép CT3

= 62146,35 N

P 4

- Tải trọng đặt lên một chân đỡ:

- Chọn tải trọng cho phép trên một chân G = 8,104 N

o Theo bảng XIII.35 - trang 437- Sổ tay quá trình và thiết bị hóa chất tập 2, ta

có các thông số của chân đỡ như sau:

L B h S l d B1 B2

320 265 270 400 H mm 500 275 22 120 34

11. Tai treo

- Chọn tháp có 4 tai treo, vật liệu làm tai treo là thép CT3

= 62146,35 N

P 4

- Tải trọng đặt lên một tai treo:

- Chọn tải trọng cho phép trên một tai treo G = 8,104 N

o Theo bảng XIII.36 - trang 438 - Sổ tay quá trình và thiết bị hóa chất tập 2,

ta có các thông số của tai treo như sau:

L S l a B B1 H

d Khối lượng tai treo, kg Bề mặt đỡ F.104, m2

Tải trọng cho phép lên bề mặt đỡ q.10- 6 N/m2

Tải trọng cho phép trên một tai treo G.104, N

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  50 

8,0 639 1,25 270 240 240 420 14 120 25 34 21,5

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN GIÁ THÀNH

Vật liệu

Loại

Số lượng

Đơn giá

Thành tiền

(Ngàn đồng)

Thép X18H10T

4712,12(kg)

282727

Thân tháp

dày 8mm

Thép X18H10T

1474,6(kg)

88476

Đáy và nắp

dày 12mm

Thép X18H10T

180(kg)

10800

Bích

Thép CT3

361(kg)

4332

100(kg)

1200

Thép CT3

Chân đỡ

21,5 x 4(kg)

1032

Thép CT3

Tai treo

Thép X18H10T

20m

1200

Ống dẫn khí

2400

PVC

30m

Ống dẫn lỏng

2 x 40Hp

700/Hp

56000

Máy bơm nước

2Hp

600/Hp

1200

Quạt - động cơ

5000

Máy khuấy

10000

Bể lắng

- Tiền vật tư: 464367000 VNđ.

- Chi phí gia công, lắp đặt: 30% chi phí vật tư = 139310000 Vnđ

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  51 

- Vậy tổng chi phí ước tính khoảng 604 triệu VNđ.

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN

- Khí SO2 là loại khí độc có khả năng gây tác động xấu đến sức khỏe của

con người cũng như gây ô nhiễm môi trường.

- Khí SO2 không chỉ được thải ra từ lò hơi mà còn từ nhiều ngành công

nghiệp khác nhau. Chính vì vậy mà phương pháp xử lí SO2 bằng tháp

hấp thụ (tháp đệm) còn có thể được áp dụng rộng rãi trong việc xử lí khí

SO2 từ các nguồn thải khác nhau.

a. Nhận xét về phương pháp hấp thụ  Ưu điểm:

- Rẻ tiền, nhất là khi sử dụng H2O làm dung môi hấp thụ…Các khí độc

hại như SO2, HCl, HF…có thể được xử lí rất tốt với phương pháp này.

- Có thể sử dụng kết hợp khi cần rửa khí làm sạch bụi, trong khi khí thải

có chứa cả bụi và các khí độc hại mà các chất khí này có khả năng tan

tốt trong nước rửa.

 Nhược điểm:

- Hiệu suất làm sạch không cao, hệ số làm sạch giảm khi nhiệt độ dòng

khí cao nên không thể dùng xử lí các dòng khí có nhiệt độ cao.

- Quá trình hấp thụ là quá trình tỏa nhiệt nên khi thiết kế, xây dựng và

vận hành hệ thống, nhiều trường hợp phải lắp thêm thiết bị trao đổi

nhiệt trong tháp hấp thụ để làm nguội thiết bị. Như vậy thiết bị sẽ trở

nên cồng kềnh và phức tạp.

- Dễ xảy ra hiện tượng ngập lụt trong tháp nếu ta điều chỉnh mật độ tưới

của pha lỏng không tốt.

- Khi chất khí cần xử lí không có khả năng hòa tan tốt trong nước thì việc

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  52 

lựa chọn dung môi sẽ rất khó khăn.

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

b. Tháp hấp thụ (tháp đệm)

- Thường được sử dụng trong môi trường ăn mòn, tỉ lệ lỏng / khí lớn, cho

hiệu suất cao, dễ chế tạo và dễ vận hành, xử lí được các loại khí ở nồng

độ cao…

 Tháp cần thỏa mãn những yêu cầu sau:

- Hiệu quả và có khả năng cho khí đi qua.

Trở lực thấp. -

Kết cấu đơn giản và vận hành thuận tiện. -

- Không bị tắc nghẽn bởi cặn sinh ra trong quá trình hấp thụ.

c. Vật liệu đệm

- Có diện tích bề mặt riêng lớn, độ rỗng lớn để giảm trở lực cho pha khí.

- Vật liệu chế tạo đệm phải có khối lượng riêng nhỏ và bền hóa học

d. Vật liệu chế tạo tháp hấp thụ

- Do phải làm việc trong môi trường ăn mòn nên vật liệu chế tạo tháp

được sử dụng là thép không gỉ hay các loại thép hợp kim đặc biệt do

chúng có tính chống ăn mòn cao.

e. Lựa chọn dung môi

- Độ hòa tan chọn lọc: chỉ hòa tan tốt cấu tử cần tách ra khỏi hỗn hợp khí

mà không hòa tan các cấu tử còn lại hoặc hòa tan không đáng kể.

- Độ bay hơi tương đối: dung môi nên có áp suất hơi thấp

- Tính ăn mòn của dung môi: dung môi nên có tính ăn mòn thấp.

- Chi phí: dung môi rẻ và dễ tìm

- Độ nhớt: dung môi có độ nhớt thấp sẽ tăng tốc độ hấp thu, độ giảm áp

thấp và truyền nhiệt tốt, cải thiện điều kiện ngập lụt trong tháp.

- Nhiệt dung riêng: thấp để ít tốn nhiệt khi hoàn nguyên dung môi.

- Nhiệt độ sôi: khác xa nhiệt độ sôi của chất hòa tan sẽ dễ tách các cấu tử

ra khỏi dung môi

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  53 

- Nhiệt độ đóng rắn: thấp để tránh hiện tượng đóng rắn làm tắc thiết bị.

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

f. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả hấp thụ

 Ảnh hưởng của nhiệt độ

- Khi các diều kiện khác không đổi mà nhiệt độ tháp tăng thì giá trị của

hệ số Henry tăng, đường cân bằng dịch chuyển về trục tung.

Nếu đường làm việc không đổi mà nhiệt độ tăng thì động lực truyền -

khối sẽ giảm, do đó tốc độ truyền khối sẽ giảm.

Tuy nhiên, nhiệt độ tăng cũng có lợi vì độ nhớt của dung môi giảm -

(trong trường hợp trở lực khuếch tán nằm trong pha lỏng).

 Ảnh hưởng của áp suất

- Khi các diều kiện khác không đổi mà áp suất trong tháp tăng thì giá trị

của hệ số Henry giảm, đường cân bằng dịch chuyển về trục hoành. Vì

vậy, nếu tăng áp suất thì quá trình truyền khối sẽ tốt hơn vì động lực lớn

hơn.

- Tuy nhiên, việc tăng áp suất sẽ kèm theo tăng nhiệt độ.

Ngoài ra, sự tăng áp suất cũng cũng gây khó khăn trong việc chế tạo và -

vận hành thiết bị.

- Chính vì vậy mà trong thiết kế và vận hành, ta cần phải quan tâm đến

các thông số nhiệt độ và áp suất để đảm bảo quá trình hấp thụ có hiệu

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  54 

quả cao và thiết bị hoạt động an toàn.

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học và thực phẩm, tập 1 – Khuấy, Lắng

lọc – Nguyễn Văn Lụa – NXB ĐHQG Tp.HCM

2. Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học và thực phẩm, tập 3 – Truyền khối

– Vũ Bá Minh – NXB ĐHQG Tp.HCM

3. Ô nhiễm không khí và xử lí khí thải, tập 3 – Lý thuyết tính toán và công

nghệ xử lí khí độc hại – Trần Ngọc Chấn – NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà

Nội.

4. Kỹ thuật xử lí khí thải công nghiệp – Phạm Văn Bôn – Trường ĐH Bách

Khoa Tp.HCM

5. Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học và thực phẩm - Bài tập Các quá

trình cơ học– Nguyễn Văn Lục, Hoàng Minh Nam – NXB ĐHQG Tp.HCM

6. Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học và thực phẩm - Bài tập Truyền

khối – Trịnh Văn Dũng– NXB ĐHQG Tp.HCM

7. Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học và thực phẩm – Bảng tra cứu Quá

trình cơ học Truyền nhiệt, truyền khối– NXB ĐHQG Tp.HCM

8. Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất, tập 1 – Trần Xoa – NXB

Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội.

9. Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất, tập 2 – NXB Khoa học và

Kỹ thuật Hà Nội.

10. Tài liệu học tập môn Kỹ thuật xử lí khí thải –Quá trình hấp thụ - CBGD Dư

Mỹ Lệ

11. Sổ tay hướng dẫn Xử lí ô nhiễm môi trường trong sản xuất tiểu thủ công

nghiệp – tập 2, Xử lí khói thải lò hơi – Sở Khoa học, Công nghệ và Môi

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  55 

trường Tp.HCM

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH

SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU  56 