Đồ án môn học quá trình và thiết bị - Thiết kế tháp đệm dùng để hấp thu khí SO2 bằng nước

Hiện nay , do sựphát triển của các ngành công nghiệp tạo ra các sản phẩm phục vụcon người , đồng thời cũng tạo ra một lượng chất thải vô cùng lớn làm phá vỡcân 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 thọcon người phụ thuộc rất nhiều vào độtrong sạch của môi trường . Vì vậy , trong những năm gần đây ô nhiễm không khí từcác nghành sản xuất công nghiệp ởnước ta đang là vấn đềquan tâm không chỉcủa nhà nước mà còn là của toàn xã hội bởi mức độnguy hại của nó đã lên đến mức báo động . SO2là một trong những chất ô nhiễm không khí được sản sinh nhiều trong các nghành sản xuất công nghiệp và sinh hoạt . Việc xửlý SO 2 có nhiều phương pháp khác nhau . Phương pháp nào được áp dụng đểxửlý tùy thuộc vào hiệu quảvà tính kinh tế của phương pháp . Ví vậy , đồán môn học với nhiệm vụthiết kếtháp đệm hấp thu SO 2 là một trong những phương án ghóp phần vào việc xửlý khí thải ô nhiễm . Trong đồán này sẽ đi khảo sát một phương án : Xửlý SO 2 bằng phương pháp hấp thu với dung môi là nước . Nhằm tìm hiểu xem quá trình xửlý có đạt hiệu quảvà kinh tếkhông , đểcó thể đưa vào hệthống xửlý khí thải trong các nghành sản xuất công nghiệp và sinh hoạt .

pdf39 trang | Chia sẻ: lvbuiluyen | Ngày: 16/10/2013 | Lượt xem: 3345 | Lượt tải: 13download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đồ án môn học quá trình và thiết bị - Thiết kế tháp đệm dùng để hấp thu khí SO2 bằng nước, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 1 Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh Trường Đại học Bách Khoa Khoa Công nghệ Hóa học & Dầu khí BỘ MÔN MÁY & THIẾT BỊ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Quá Trình & Thiết bị THIẾT KẾ THÁP ĐỆM DÙNG ĐỂ HẤP THU KHÍ SO2 BẰNG NƯỚC GVHD : Cao Thị Nhung SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa MSSV : 69901406 Lớp : 99HPo02 Nghành : polymer Năm học 2002-2003 MỤC LỤC ---oOo--- LỜI NÓI ĐẦU Chương I . MỞ ĐẦU Phần A . TỔNG QUAN VỀ KHÍ SO2 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 2 I.1. Tính chất hóa lý của SO2 I.2. Tác hại của SO2 I.3. Các nguồn tạo ra SO2 I.4. Các phương pháp xử lý SO2 Phần B . QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ I.5. Chọn qui trình công nghệ xử lý khí SO2 I.6. Thuyết minh qui trình công nghệ Chương II . TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ II.1. Các thông số ban đầu II.2. Tính cân bằng vật chất II.3. Cân bằng năng lượng II.4. Tính kích thước tháp hấp thu II.5. Tính trở lực lớp đệm Chương III . TÍNH TOÁN CƠ KHÍ III.1. Tính chiều dày thân tháp III.2. Tính chiều dày đáy , nắp tháp III.3. Tính ống dẫn lỏng , ống dẫn khí III.4. Tính bích ghép thân tháp III.5. Tính bích nối đường ống dẫn lỏng và ống dẫn khí III.6. Tính lưới đỡ đệm và đĩa phân phối lỏng III.7. Tính chân đỡ và tai treo Chương IV . TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ IV.1. Tính bồn cao vị IV.2. Tính công suất bơm IV.3. Tính công suất quạt Chương V . TÍNH KINH TẾ TÀI LIỆU THAM KHẢO ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 3 LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay , do sự phát triển của các ngành 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 . SO2 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 SO2 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 . Ví vậy , đồ án môn học với nhiệm vụ thiết kế tháp đệm hấp thu SO2 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 SO2 bằng phương pháp hấp thu với dung môi là nước . Nhằm tìm hiểu xem quá trình xử lý có đạt hiệu quả và kinh tế không , để có thể đưa vào hệ thống xử lý khí thải trong các nghành sản xuất công nghiệp và sinh hoạt . Nội dung khảo sát : thiết kế tháp đệm xử lý SO2 với năng suất 2000m3/h , nồng độ SO2 trong dòng khí đầu vào là 1% thể tích , nồng độ SO2 trong dòng khí đầu ra đạt tiêu chuẩn loại A (1500mg/m3) thải vào môi trường . Em xin chân thành biết ơn cô Cao Thị Nhung , các thầy cô bộ môn Máy & Thiết bị đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành đồ án môn học này . CHƯƠNG I MỞ ĐẦU PHẦN A . TỔNG QUAN VỀ KHÍ SO2 . I.1. Tính chất hóa lý SO2 : ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 4 SO2 là chất khí không màu, mùi kích thích mạnh, dễ hóa lỏng, dễ hòa tan trong nước (ở điều kiện bình thường 1 thể tích nước hòa tan 40 thể tích SO2) . Khi hoà tan trong nước tạo thành dung dịch sunfurơ và tồn tại ở 2 dạng : chủ yếu là SO2.nH2O và phần nhỏ là H2SO3 . SO2 có nhiệt độ nóng chảy ở – 750 C và nhiệt độ sôi ở – 100C . Nguyên tử S trong phân tử SO2 có cặp electron hóa trị tự do linh động và ở trạng thái oxy hóa trung gian (+4) nên SO2 có thể tham gia phản ứng theo nhiều kiểu khác nhau: - Cộng không thay đổi số ôxy hóa : SO2 + H2O = H2SO3 -Thực hiện phản ứng khử : SO2 + 2CO Co500 2CO2 + S ↓ -Thực hiện phản ứng oxy hóa : SO2 + 2 1 O2 ot OV 52 SO3 SO2 + Cl2 + H2O = H2SO4 + HCl Trong môi trường không khí , SO2 dễ bị ôxy hóa và biến thành SO3 trong khí quyển . SO3 tác dụng với H2O trong môi trường ẩm và biến thành acid hoặc muối sunfat . Chúng sẽ nhanh chóng tách khỏi khí quyển và rơi xuống gây ô nhiểm môi trường đất và môi trường nước . I.2. Tác hại của khí SO2 : -SO2 trong khí thải công nghiệp là một thành phần gây ô nhiểm không khí. Nồng độ cho phép khí SO2 có trong môi trường xung quanh chúng ta là rất nhỏ(<300mg/m3). Nó ảnh hưởng rất nhiều đến sức khỏe, các hoạt động của con người, cũng như động vật, thực vật và bầu khí quyển . -Đối với con người và động vật : khi hít phải khí SO2 có thể gây ra các bệnh về đường hô hấp như: viêm phế quản, viêm phổi, giản phổi , suy tim , hen xuyển . . . . Nếu hít phải SO2 với nồng độ cao có thể gây tử vong . -Đối với vật liệu và công trình xây dựng : + Khí SO2 có khả năng biến thành acid sunfuric , là chất phản ứng mạnh . Do đó chúng làm hư hỏng , làm thay đổi tính năng vật lý hay thay đổi màu sắc các vật liệu xây dựng như đá vôi , đá hoa , đá cẩm thạch . . . cũng như phá hoại các sản phẩm điêu khắc , các tượng đài . + Sắt , thép ,các kim loại khác , các công trình xây dựng cũng dễ dàng bị gỉ , bị ăn mòn hóa học và điện hóa . - Đối với thực vật : + Khí SO2 xâm nhập vào các mô của cây và kết hợp với nước để tạo thành acid sunfurơ gây tổn thương màng tế bào và làm giảm khả năng quang hợp của cây . Cây chậm lớn , vàng úa và chết . + Khí SO2 làm cây cối chậm lớn , nhiều bệnh tật , chất lượng giảm, hiệu quả thu hoạch kém . - Mưa acid : khí SO2 trong khí quyển khi gặp các chất oxy hóa hay dưới tác động của nhiệt độ, ánh sáng chúng chuyển thành SO3 nhờ O2 có trong không khí . Khi gặp H2O , SO3 kết hợp với nước tạo thành H2SO4 . Đây chính là nguyên nhân tạo ra các cơn mưa acid mà thiệt hại của mưa acid gây ra là rất lớn. Mưa acid làm tăng tính ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 5 acid của trái đất , hủy diệt rừng và mùa màng , gây nguy hại đối với sinh vật nước , đối với động vật và cả con người . Ngoài ra , còn phá hủy các nhà cửa, công trình kiến trúc bằng kim loại bị ăn mòn . . . Nếu H2SO4 có trong nước mưa với nồng độ cao sẽ làm bỏng da người hay làm mục nát áo quần . I.3. Các nguồn tạo ra SO2 : - Khí SO2 tạo ra là do sự đốt cháy các hợp chất chứa lưu huỳnh hay nguyên tử lưu huỳnh . Ví dụ : các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh trong than , dầu mỏ, quặng Pirit (FS2) , hơi đốt chứa nhiều khí H2S , các quặng sunfua . . . - Khí SO2 là loại chất gây ô nhiểm phổ biến nhất trong sản xuất công nghiệp và sinh hoạt . Nguồn thải SO2 chủ yếu từ : + Các nhà máy nhiệt điện . + Các lò nung , nồi hơi đốt bằng nhiên liệu than đá , khí đốt , dầu hỏa và khí đốt có chứa lưu huỳnh . + SO2 sinh ra từ các nghànhsản xuất công nghiệp : nhà máy lọc dầu , nhà máy luyện kim , lò đúc , nhà máy sản xuất H2SO4 . . . + Khí thải giao thông . I.4. Các phương án xử lý SO2 : I.4.1. Phương pháp hấp thụ : Để hấp thụ SO2 ta có thể sử dụng nước, dung dịch hoặc huyền phù của muối kim loại kiềm hoặc kiềm thổ. + Hấp thụ bằng nước: SO2 + H2O H+ + HSO3- Do độ hòa tan của SO2 trong nước thấp nên phải cần lưu lượng nước lớn và thiết bị hấp thụ có thể tích lớn. + Hấp thụ bằng huyền phù CaCO3 Ưu điểm của phương pháp này là quy trình công nghệ đơn giản chi phí hoạt động thấp, chất hấp thụ dể tìm và rẽ, có khả năng xữ lý mà không cần làm nguội và xử lý sơ bộ. Nhược điểm: thiết bị đóng cặn do tạo thành CaSO4 và CaSO3. + Phương pháp Magie (Mg): SO2 được hấp thụ bởi oxit – hydroxit magie, tạo thành tinh thể ngậm nước Sunfit magie . Ưu điểm : làm sạch khí nóng , không cần lọc sơ bộ, thu được sản phẩm tận dụng là H2SO4 ; MgO dể kiếm và rẻ , hiệu quả xử lý cao . Nhược điểm :vận hành khó, chi phí cao tốn nhiều MgO. + Phương pháp kẽm : trong phương pháp này chất hấp thụ là kẽm SO2 + ZnO + 2,5 H2SO4 ------> ZnSO3 + H2O Ưu điểm :của phương pháp này là khả năng xử lý ở nhiệt độ 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 và bổ sung thêm ZnO. + Hấp thụ bằng chất hấp thụ trên cơ sở Natri : Ưu điểm : của phương pháp này là ứng dụng chất hấp thụ hóa học không bay, có khả năng hấp thụ lớn . ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 6 + Phương pháp Amoniac : SO2 được hấp thụ bởi dung dịch Amoniac hoặc dung dịch Sunfit-biSunfit amôn . Ưu điểm : của phương pháp này là hiệu quả cao, chất hấp thụ dễ kiếm , thu được sản phẩm cần thiết (Sunfit và biSunfit amon) . + Hấp thụ bằng hổn hợp muối nóng chảy: Xử lý ở nhiệt độ cao dùng hổn hợp Cacbonat kim loại kiềm có thành phần như sau: LiCO3 32%, Na2CO3 33%, K2CO3 35%. + Hấp thụ bằng các Amin thơm : Để hấp thụ SO2 trong khí thải của luyện kim màu (nồng độ SO2 khoảng 1-2% thể tích) . Người ta sử dụng dung dịch: C6H3(CH3)2 NH2 (tỉ lệ C6H3(CH3)2 NH2 : nước = 1- 1) . C6H3(CH3)2 NH2 không trộn lẩn với nước nhưng khi liên kết với SO2 tạo thành (C6H3(CH3)2 NH2)2 SO2 tan trong nước . I.4.2. Phương pháp hấp phụ : SO2 được giữ lại trên bề mặt chất rắn , thu được dòng khí sạch khi đi qua bề mặt rắn . Chất hấp phụ công nghiệp cơ bản là than hoạt tính , silicagen , zeonit và ionit (chất trao đổi ion) . Nhược điểm : cần thiết phải tái sinh chất hấp phụ để thu hồi cấu tử bị hấp phụ và phục hồi khả năng hấp phụ của chất hấp phụ . Chi phí tái sinh chiếm khoảng 40 – 70% tổng chi phí của quá trình làm sạch khí . I.4.3. Xử lý SO2 bằng phương pháp nhiệt và xúc tác : Bản chất của quá trình xúc tác để làm sạch khí là thực hiện các tương tác hóa học , nhằm chuyển hóa tạp chất độc thành sản phẩm khác với sự có mặt của chất xúc tác đặt biệt . PHẦN B. QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ I.5. Chọn qui trình công nghệ : Chọn nguồn xử lý khí là từ ống khói của nhà máy sản xuất acid H2SO4 . Khí được xử lý sơ bộ trước khi vào tháp . Chọn dung môi hấp thu là nước vì nước là dung môi hấp thu rẻ tiền , dễ tìm , không ăn mòn thiết bị . Tháp hấp thu là tháp đệm nên dung môi hấp thu là nước sạch để không tạo ra cặn lắng làm cản trở dòng khí và lỏng . I.6. Thuyết minh qui trình công nghệ : Dòng khí thải từ nhà máy thải ra được xử lý sơ bộ . Sau đó được quạt thổi qua lưu lượng kế đo lưu lượng và đi vào tháp đệm thực hiện quá trình hấp thu . Tháp hấp thu làm việc nghịch dòng . Dung môi hấp thu là nước . Nước sạch từ bể chứa được bơm lên bồn cao vị . Sau đó đi qua lưu lượng kế đo lưu lượng dòng chảy và đi vào tháp hấp thu , nước được chảy từ trên xuống . Khí SO2 được thổi từ đáy tháp lên , quá trình hấp thu được thực hiện . ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 7 Khí sau khi hấp thu đạt TCVN được thải phát tán ra môi trường . Dung dịch nước sau khi hấp thu được cho chảy vào bể chứa thực hiện quá trình trung hòa và thải ra môi trường . CHƯƠNG II TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ II.1. Các thông số ban đầu : Lưu lượng khí thải : 2000 m3/h . Nồng độ SO2 ban đầu là 1% thể tích . Nồng độ SO2 sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn loại A :1500 mg/m3 . Chọn nhiệt độ của nước hấp thu là 30oC . II.2. Tính cân bằng vật chất : Phương trình cân bằng của dung dịch hấp thu SO2 bằng H2O được biểu diễn theo định luật Henri : P = H*x hoặc y* tP H = =m*x . Trong đó : y* : nồng độ phân mol của SO2 trong dòng khí ở điều kiện cân bằng . x : nồng độ phân mol khí hòa tan trong pha lỏng . P : áp suất riêng phần của cấu tử khí hòa tan khi cân bằng . Pt : áp suất tổng của hệ hấp thu . H : hệ số Henry . Ở 30oC : H = 0.0364*106 (mmHg) . [2,Bảng IX.1,p.139] m : hệ số phân bố . m = tP H = 760 10*0364.0 6 =47.894 y = Y Y +1 x = X X +1 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 8 Thay vào trên ta được : * * 1 Y Y + =m * X X +1 Suy ra : Y* = Xm mX )1(1 −+ = X X )894.471(1 *894.47 −+ Trong đó : X : Y : Từ phương trình đường cân bằng ta có các số liệu đường cân bằng: X 0 0.00008 0.0001 0.00013 0.00015 0.00018 0.0002 0.00025 0.0003 Y* 0 0.0038 0.0048 0.0063 0.0072 0.0087 0.0097 0.0121 0.0146 Từ số liệu đường cân bằng ta vẽ đường cân bằng : Nồng độ thể tích ban đầu của dòng khí : yđ = 1% = 0.01 Nồng độ đầu của pha khí theo tỷ số mol : Yđ = d d y y −1 = 0.0101 (KmolSO2/Kmolkhítrơ) Nồng độ cuối của pha khí theo tỷ số mol : Ñoà Thò Caân Baèng Cuûa Dung Dòch Haáp Thu SO2 Baèng nöôùc 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0 0.0001 0.0002 0.0003 0.0004 X Y* ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 9 Yc = K Kmolatlit at mlitm molg g o o )30273()./.(082.0 1 *)/(10*)(1 )/(64 1 *)(5.1 333 + Yc =0.000582 (KmolSO2/Kmolkhítrơ) Hấp thu SO2 bằng nước , chọn dung môi sạch khi vào tháp nên : Xđ = 0 . Với Xđ : nồng độ đầu của pha lỏng , KmolSO2/KmolH2O . Lượng dung môi tối thiểu được sử dụng : d cd tr XX YY G L − − = * min Gtr : suất lượng dòng khí trơ trong hỗn hợp . X* : nồng độ pha lỏng cân bằng tương ứng với Xđ . Từ đồ thị đường cân bằng ta xác định được : X* = 0.00021 (KmolSO2/KmolH2O) Suy ra : 000021.0 000582.00101.0min − − = trG L = 45.324 Chọn Ltr = 1.2*Lmin Với Ltr : lượng dung môi không đổi khi vận hành , kmol/h . Suy ra : trtr tr G L G L min*2.1= = 1.2*45.324 = 54.3888 Lưu lượng hỗn hợp khí vào tháp hấp thu : Ghh= 496.80)30273(*082.0 2000*1 = + = RT PV (Kmol/h) Suất lượng dòng khí trơ trong hỗn hợp : Gtr = Ghh*(1-yđ ) = (1-0.01)*80.496 = 79.691 (Kmol/h) Suất lượng dung môi làm việc : Ltr = 54.3888*Gtr = 54.3888*79.691 = 4334.298 (KmolH2O/h) Phương trình cân bằng vật chất có dạng ; Gtr*Yđ + Ltr*Xđ = Gtr*Yc + Ltr*Xc Suy ra : dc cd tr tr XX YY G L − − = Suy ra : Xc = tr tr cd G L YY − = 000175.0 3888.54 000582.00101.0 = − (molSO2/KmolH2O) ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 10 G tr Y ñ G tr Y c L tr X ñ L tr X c Xc : nồng độ cuối của pha lỏng . ΙΙ.3. Cân Bằng Năng Lượng : Ký hiệu : Gđ , Gc – lượng hổn hợp khí đầu và cuối. Lđ , Lc - lượng dd đầu và cuối. tc , tc – nhiệt độ khí ban đầu và cuối , Co . Tđ , Tc – nhiệt độ dung dịch đầu và cuối , Co . Iđ , Ic – entanpi hỗn hợp khí ban đầu và cuối , kj/kg . Q0 – nhiệt mất mát , kj/h . Phương trình cân bằng nhiệt lượng có dạng : GđIđ + LđCđTđ + Qs = GcIc + LcCcTc + Q0 Với Qs – nhiệt lượng phát sinh do hấp thụ khí , kj/h . Để đơn giản hoá vấn đề tính toán , ta có thể giả thiết như sau : - Nhiệt độ mất mát ra môi trường xung quanh không đáng kể , Q0 = 0 . - Nhiệt độ của hổn hợp khí ra khỏi tháp bằng nhiệt độ dung dịch vào tháp : tc = tđ = 300C . - Tỷ nhiệt của dung dịch không đổi trong suốt quá trình hấp thu : Cđ = Cc = C OH 2 . ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 11 Gtr Yñ G tr Yc L tr Xñ L tr Xc Gtr tñ Iñ Gc tc Ic Lñ Cñ Tñ Lc Cc Tc Trong quá trình hấp thu có thể phát sinh nhiệt , do đó nếu ký hiệu q là nhiệt phát sinh của 1 mol cấu tử bị hấp thu , thì ta có : Qs = q * Ltr * (Xc – Xđ) Với mức độ gần đúng có thể coi q không đổi trong suốt quá trình hấp thu: ( ) ccccdctrdddd TCLIGXXLqTCLIG ******** +=−++ Hoặc : ( )dc cc ccdd d c d c XXCL Lq CL IGIG t L L T −+ − += * * * ** * Vì lượng cấu tử hoà tan trong dung dịch nhỏ nên có thể lấy : 1≈ c d L L Đồng thời ta cũng có thể bỏ qua mức độ biến đổi nhiệt của pha khí , tức là : 0.. ≈− ccdd IGIG Như vậy , công thức tính nhiệt độ cuối Tc của dung dịch sẽ có dạng như sau : ( )dc c tr dc XXCL Lq TT −+= * * Do lượng cấu tử hoà tan trong dung dịch nhỏ nên : Lđ = Lc = Ltr ( )dcdc XXC qTT −+= Phương trình hấp thu của SO2 trong dung môi nước . SO2 + H2O ⇔ H+ + HSO3- Theo sổ tay hóa lý , nhiệt sinh của : SO2 : 2SO∆Η = -70.96 (kcal/mol) . H2O : OH 2∆Η = - 68.317 (kcal/mol) . H+ : +∆Η H = 0 (kcal/mol) . HSO3- : −∆Η 3HSO = -12157.29 (kcal/mol) . ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 12 Nhiệt phát sinh của 1 mol cấu tử SO2 bị hấp thu : q = (-70.96 - 68.317) – ( 0 – 12157.29) = 12018.013 (kcal/mol) . Nhiệt độ cuối của dung dịch ra khỏi tháp : ( )dcdc XXC qTT −+= = 30 + 000175.0* 18*4200 10*18.4*013.12018 3 = 30.12oC Như vậy : Tc ≈ Tđ = 30oC . Ta xem quá trình hấp thu là đẳng nhiệt . II.4. Tính kích thước tháp hấp thu : II.4.1. Các thông số vật lý của dòng khí : - Lưu lượng khí trung bình đi trong tháp hấp thu : 2 cd ytb VVV += Vd , Vc – lưu lượng khí vào và ra khỏi tháp , m3/h . Vc = Vtr* ( 1 + Yc ) = ( ) ( ) ( ) ( ) 2.1981000582.01*01.01*20001*1* =+−=+− cdd YyV (m3/h) Suy ra : Vytb = 6.19902 2.19812000 = + (m3/h) . KLR trung bình của pha khí : ( )[ ] T MyMy tbtb ytb *4.22 273**1* 2111 −+ =ρ Trong đó : + M1 , M2 : Khối lượng mol của SO2 và không khí . + T : nhiệt độ làm việc trung bình của tháp hấp thu . T = 300C + ytb1 : nồng độ phần mol của SO2 lấy theo giá trị trung bình. 2 11 1 cd tb yyy += Với yd1 , yc1 : nồng độ phần mol của SO2 vào và ra khỏi tháp . 01.01 == dd yy 00058.0 000582.01 000582.0 11 = + = + = cc c c Y Y y Suy ra : 00529.0 2 00058.001.0 1 = + =tby + M1 = MSO 2 = 64 (g/mol) M2 = Mkkhí = 28.8 (g/mol) Suy ra : ytbρ = ( )[ ] ( ) 166.130273*4.22 273*8.28*00529.0164*00529.0 = + −+ kg/m3 Độ nhớt trung bình pha khí ( của hổn hợp khí ) : 2 22 1 11 ** µµµ MmMmM hh hh += + Mhh , M1 , M2 : khối lưượng phân tử của hổn hợp khí , của SO2 và không khí , kg/kmol . M1 = 2SOM = 64 (kg/kmol) ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 13 M2 = Mkk = 28.8 (kg/kmol) . ( ) ( ) 986.288.28*00529.0164*00529.0*1* 2111 =−+=−+= MyMyM tbtbhh (kg/kmol) . + m1 , m2 : nồng độ của SO2 , không khí tính theo phần hể tích. m1 = ytb1 = 0.00529 m2 = 1 – ytb1 = 0.99471 + Ở 300c : µ2 = µkk = 0.0182*10-3 (kg/m.s) . µ1 = 2SOµ = 0.0128*10 -3 (kg/m.s) . Thay vào ta được : 33 100182.0 99471.08.28 100128.0 00529.00.64986.28 −− × × + × × = hhµ Suy ra : 51081.1 −×=hhµ (kg/m.s) . -Lưu lượng khối lượng pha khí trung bình : 2 cd ytb GGG += , kg/s Gd , Gc : lưu lượng khí vào và ra khỏi tháp , kg/s . 0101.064691.798.28691.79*** 2 ××+×=+= dSOtrtrtrd YMGMGG = 2346.6 (kg/h) = 0.652 (kg/s) . 000582.064691.798.28691.79*** 2 ××+×=+= cSOtrtrtrc YMGMGG = 2298.1 (kg/h) = 0,638 (kg/s) . Suy ra : 645.0 2 638.0652.0 = + =ytbG (kg/s) . II.4.2. Các thông số vật lý của dòng lỏng : - Vxtb : lưu lượng dòng lỏng trung bình . Do lượng cấu tử hoà tan trong dung dịch nhỏ , xem quá trình hấp thu không làm thay đổi đáng kể thể tích nên : tr trtrtrxtb MLVV ρ 1 **=≈ Với : trρ là khối lượng riêng của nước ở 300C . trρ = 995 (kg/m3) . Mtr : khối lượng phân tử của H2O , kg/kmol . Ltr : lưu lượng nước , kmol/h . Suy ra : 41.78 995 118298.4334 =××=xtbV m 3/h - Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng : ( ) 2111 *1* tbtbtbtbxtb VV ρρρ −+= [2, IX.104, 183] 1tbρ , 2tbρ : khối lượng riêng trung bình của SO2 , H2O trong pha lỏng . 1tbV , Vtb2 : thể tích trung bình của SO2 , H2O trong pha lỏng. Do lượng SO2 hoà tan trong dung dịch nhỏ nên : Vtb1 ≈ 0 . ⇒ 995 22 =≈≈ OHtbxtb ρρρ (kg/m3) . - Độ nhớt trung bình của pha lỏng : Do lượng cấu tử SO2 hoà tan trong dung dịch nhỏ nên có thể xem : ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 14 3108007.0 2 −×=≈ OHxtb µµ (kg/m.s) . - Lưu lượng khối lượng trung bình của pha lỏng : 2 xcxd xtb GGG +=
Luận văn liên quan