Tính tốn cân bằng vật chất và năng lượng

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: THẦY TRẦN TẤN VIỆT SVTH: PHAN HỮU TÀI Trang 1 LỜI MỞ ĐẦU Ô nhiễm không khí từ các ngành sản xuất công nghiệp ở nước ta, trong những năm gần đây đang là vấn đề quan tâm không chỉ của nhà nước mà còn là của tồn xã hội bởi mức độ nguy hại của nó đã đến lúc báo động. Bên cạnh nguyên nhân đây là một lĩnh vực còn khá mới mẻ mà chúng ta chưa thấy hết được mối nguy hiểm của nó đối con người và sinh vật , mặt khác chưa có hệ thống quản lý môi trường thật sự hồn chỉnh để có thể kiểm sốt , và chưa được sự chú trọng đúng mức từ phía các nhà sản xuất. Vì vậy đồ án môn học kỹ thuật xử lý chất thải với nhiệm vụ thiết kế tháp hấp thu khí NH3 bằng nước là một trong số những công việc cần làm vào lúc này để giúp giảm thiểu ô nhiễm từ các dòng khí thải. Em xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn , các thầy cô bộ môn và các bạn sinh viên giúp em hồn thành đồ án này . Sinh viên thực hiện PHAN HỮU TÀI ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: THẦY TRẦN TẤN VIỆT SVTH: PHAN HỮU TÀI Trang 2 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: THẦY TRẦN TẤN VIỆT SVTH: PHAN HỮU TÀI Trang 3 I.1.Khái niệm: I.1 Hấp thu: là quá trình xảy ra khi một cấu tử của pha khí khuếch tán vào pha lỏng do sự tiếp xúc giữa hai pha khí và lỏng. - Khí được hấp thụ gọi là chất bị hấp thụ ; chất lỏng dùng hút gọi là dung môi (chất hất thụ) , khí không bị hấp thụ gọi là khí trơ. - Mục đích: hòa tan một hay nhiều cấu tử của hỗn hợp khí để tạo nên một dung dịch các cấu tử trong chất lỏng . Các quá trình xảy ra do sự tiếp xúc pha giữa khí và lỏng . Quá trình này cần sự truyền vật chất từ pha khí vào pha lỏng . Nếu quá trình xảy ra ngược lại , nghĩa là cần sự truyền vật chất từ pha lỏng vào pha hơi , ta có quá trình nhả khí . Nguyên lýcủa cả hai quá trình là giống nhau . - Trong công nghiệp hóa chất , thực phẩm quá trình hấp thu dùng để: 1) Thu hồi các cấu tử quý trong pha khí . 2) Làm sạch pha khí . 3) Tách hổn hợp tạo thành các cấu tử riêng biệt . 4) Tạo thành một dung dịch sản phẩm. - Hấp thu bao gồm quá trình hấp thu vạât lý và hấp thu hóa học. 1. Hấp thu vật lý: dựa trên cơ sở hòa tan của cấu tử pha khí trong pha lỏng. 2. Hấp thu hóa học : giữa hổn hợp khí và dung môi có xảy ra phản ứng hóa học. I.2 Quá trình khí với mục đích là tách các cấu tử hổn hợp khí thì khi đó lựa chọn dung môi tốt là phụ thuộc và các yếu tố sau : 1) Độ hòa tan tốt: có tính chọn lọc có nghĩa là chỉ hòa tan cấu tử cần tách và không hòa tan không đáng kể các cấu tử còn lại . Đây là điều kiện quan trọng nhất. 2) Độ nhớt của dung môi càng bé thì trở lực thuỷ học càng nhỏ và và có lợi cho quá trình chuyển khối. 3) Nhiệt dung riêng bé sẽ tốn ít nhiệt khi hồn nguyên dung môi. 4) Nhiệt độ sôi khác xa với nhiệt dộ sôi của chất hồ tan để dể tách các cấu tử ra khỏi dung môi . 5) Nhiệt độ đóng rắn thấp để tránh tắc thiết bị và thu hồi các cấu tử hòa tan dễ dàng hơn. 6) Ít bay hơi, rẻ tiền , dễ kiếm và không độc hại với người và không ăn mòn thiết bị. ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: THẦY TRẦN TẤN VIỆT SVTH: PHAN HỮU TÀI Trang 4 I.2. Cơ sở lý thuyết : I.2.1. Cơ sở vật lý của quá trình hấp thu Hấp thu là quá trình quan trọng để xử lý khí và được ứng dụng trong rất nhiều quá trình khác . Hấp thu trên cơ sở của quá trình truyền khối , nghĩa là phân chia hai pha .Phụ thuộc vào sự tương tác giữa chất hấp thu và chất bị hấp thu trong pha khí. I.2.2. Các quá trình cơ bản của quá trình hấp thu : I.2.2.1. Phương trình cân bằng vật chất Phương trình cân bằng vật liệu có dạng: GYYĐ + GXXĐ = GXXC + GYYC Trong đó : GX :luợng khí trơ không đổi khi vận hành ( kmol/ h) GY: lượng dung môi không đổi khi vận hành(kmol/ h) YĐ , YC: nồng độ đầu và cuối của pha khí (kmol/kmolkhí trơ) XĐ , XC: nồng độ cuối và đầu của pha lỏng (kmol/kmolkhí trơ) X+: nồng độ pha lỏng cân bằng với pha hơi (kmol/ kmoldung môi) Lượng dung môi tối thiểu: Lmin + −= X YY G L cdmin theo thực nghiệm ta thấy: L = (1.2÷1.3)Lmin I.2.2.2 Phương trình cân bằng nhiệt lượng : Phương trình cân bằng nhiệt lượng ta có : GđIđ + LđCđTđ + Qđ = GcIc + LcCcTc +Qc Trong đó : Xđ G Yc X Y Yđ Xc Gy A Yđ Yc Xđ Xc Xcbđ X Y B ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: THẦY TRẦN TẤN VIỆT SVTH: PHAN HỮU TÀI Trang 5 Gđ, Gc : hỗn hợp khí đầu và cuối (kg/h) Lđ, Lc : lựong dung dịch đầu và cuối (kg/h) Tđ, Tc :nhiệt độ khí ban đầu và cuối (oC) Iđ, Ic : entanpi hỗn hợp khí ban đầu và cuối(kJ) Qo: nhiêt mất mát (kJ/h) Qs:nhiệt phát sinh do hấp thu khí(kJ/h) I.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả hấp thu: I.3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ: Khi các điều kiện khác không đổi mà nhiệt độ tháp tăng thì hệ số Henri sẽ tăng . Kết quả là ảnh hưởng đường cân bằng dịch chuyển về phía trục tung . Nếu các đừơng làm việc AB không đổi thì động lực trung bình sẽ giảm , số đĩa lý thuyêt sẽ tăng và chiều cao của thiết bị sẽ tăng . Thậm chí có khi tháp không làm việc được vì nhiệt độ tăng quá so với yêu cầu kỹ thuật. Nhưng nhiệt độ tăng cũng có lợi là làm cho độ nhớt cả hai pha khí và lỏng tăng . I.3.2 Ảnh hưởng của áp suất : Nếu các điều kiện khác giữ nguyên mà chỉ tăng áp suất trong tháp thì hệ số cân bằng sẽ tăng và cân bằng sẽ dịch chuyển về phía trục hồnh. Khi đừong làm việc AB không đổi thì động lực trung bình sẽ tăng quátrình chuyển khối sẽ tốt hơn và số đĩa lý thuyết sẽ giảm làm chiều cao của tháp sẽ thấp hơn. Tuy nhiên , việc tăng áp suất thừơng kèm theo sự tăng nhiệt độ. Mặt khác , sự tăng áp suất cũng gây khó khăn trong việc chế tạo và vân hành của tháp hấp thụ . I.3.3 Các yếu tố khác: Tính chất của dung môi , loại thiết bị và cấu tạo thiết bị độ chính xác của dụng cụ đo , chế độ vận hành tháp… đều có ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất hấp thu. I.4. Tính chất của NH3: Amoniac là chất khí không màu, cómùi kích thích (mùi khai). Khi tăng áp suất hay làm lạnh đến –33.6oC nó hố lỏng và đến – 77.8oC nó hố rắn. Dưới áp suất cao NH3 dễ dàng hố lỏng ở nhiệt độ thường. Một thể tích nước có thể hồ tan 700 thể tích NH3 Dung dịch đặc chứa 25% NH3 có khối lượng riêng 0.91g/cm3. Dung dịch NH3 trong nước được gọi là nước amoniac hay dung dịch amoniac, khi hồ tan NH3 vào nước thì tạo thành amonihydroxyt. NH3 + H2O NH4OH NH4+ + OH – Khi đun nóng độ tan của amoniac giảm rất nhanh và nó thốt ra khỏi dung dịch. Trong phòng thí nghiệm amoniac được điều chế bằng cách cho muối tác dụng với kiềm khi đun nóng. NH4Cl + NaOH = NaCl + NH3 + H2O Trong công nghiệp amoniac được điều chế bằng cách tổng từ nitơ và hydro: Nhiệt phân ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: THẦY TRẦN TẤN VIỆT SVTH: PHAN HỮU TÀI Trang 6 N2 + 3H2 2 NH3 Chất xúc tác phản ứng hay dùng là sắt có lẫn nhôm oxyt và kalioxyt. Quá trình xảy ra ở nhiệt độ 500 – 550oC và áp suất 200 – 800 atm, trong một số thiết bị có thể đưa áp suất lên đến 1000 atm. Amoniac còn là sản phẩm phụ khi cốc hố than. Lượng lớn amoniac điều chế trong công nghiệp được dùng để sản suất acid nitric và phân đạm. Amoniac còn được dùng là tác nhân làm lạnh trong máy lạnh, dùng trong phòng thí nghiệm và trong y học. I.5. Thiết bị hấp thụ : Thiết bị được sử dụng để tiến hành quá trình hấp thu được gọi là thiết bị hấp thu hoặc cột hấp thu được gọi là thiếtbị hấp thu hoặc cột hấp thu , tháp hấp thu . thiết bị hấp thu có thể làm việc gián đoạn hoặc liên tục và được chia thành 4 nhóm sau: • Thiết bị hấp thụ bề mặt : được dùng khi hấp thu một lương nhỏ co ùtính hòa tan tốt • Thiết bị hấp thu loại đệm : được sử dụng phổ biến nhất khi khi chất lỏng và chất khí tinh khiết và có mât độ phun lớn • Thiết bị hấp thu loại sủi bọt : đựoc dùng khi tháp có năng suất cao và cầøn thốt ra một luợng nhệt lớn • Thiết bị hấp thu loại phun: thành tia và thiết bị hấp thu cơ khí ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: THẦY TRẦN TẤN VIỆT SVTH: PHAN HỮU TÀI Trang 7 CHƯƠNG II: QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: THẦY TRẦN TẤN VIỆT SVTH: PHAN HỮU TÀI Trang 8 Thiết minh quy trình công nghệ: Khí cần được xử lý được lấy từ các nhà máy sản xuất phân bón , sản xuất phân Ure, sẽ được thu lại rồi sau đó dùng quạt thổi khí vào tháp hấp thụ (tháp mâm xuyên lỗ). Dung dịch dùng hấp thụ là nước. Tháp hấp thụ làm việc nghịch chiều: nước được bơm lên dồn cao vị mục đích là để ổn định lưu lượng, từ đó cho vào tháp từ trên đi xuống, hỗn hợp khí được thổi từ dưới lên và quá trình hấp thụ xảy ra. Hấp thụ xảy ra trong đoạn tháp có bố trí các mâm. Hỗn hợp khí trơ đi ra ở đỉnh tháp sẽ được cho đi qua ống khói để phát tán khí ra ngồi không gây ảnh hưởng đến công nhân. Dung dịch sau hấp thụ ở đáy tháp được cho ra bồn chứa. Tại đây , dung dịch lỏng này sẽ được xử lỳ để sao cho nồng độ của nước thải đạt được nồng độ cho phép để có thể thải ra môi trường . Nếu trong khu công nghiệp thì xử lý sao cho nước thải đạt tiêu chuẩn loại B (1mg/l) hoặc nếu đặt trong khu sinh hoạt thì phải xử lý cho đến khi đạt tiêu chuẩn loại A (0,1mg/l). Sơ đồ quy trình công nghệ ( xem hình ở trang bên): ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: THẦY TRẦN TẤN VIỆT SVTH: PHAN HỮU TÀI Trang 9 CHƯƠNG III: TÍNH TỐN CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: THẦY TRẦN TẤN VIỆT SVTH: PHAN HỮU TÀI Trang 10 III.1 Tính cân bằng vật chất và năng lượng cho tháp hấp thụ: III.1.1 Các thông số ban đầu: Nồng độ NH3 đầu vào: 3.5g/m3. Khí đạt tiêu chuẩn loại A: 300mg/m3. Lưu lượng khí thải :10000 m3/h. Các thông số khác tự chọn . Nhiệt độ làm việc của tháp T= 300C . Aùp suất làm việc 1atm . III.1.2 Đường cân bằng pha : Ở 30oC Ψ.10-6 =0.00241 mmHg m = P Ψ = 760 10.00241.0 6 =3,17 Y* = Xm Xm )1(1 . −+ = X X ).17.31(1 .17.3 −+ X 0 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 0.001 0.0012 0.0014 Y 0 0.00064 0.0013 0.0019 0.0025 0.0032 0.0038 0.0045 Đường cân bằng: ÑÖÔØNG CAÂN BAÈNG 0 0.0005 0.001 0.0015 0.002 0.0025 0.003 0.0035 0.004 0.0045 0.005 0 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 0.001 0.0012 0.0014 0.0016 X Y III.1.2. Cân bằng vật chất: Ld Xd Gc Yc ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: THẦY TRẦN TẤN VIỆT SVTH: PHAN HỮU TÀI Trang 11 • Gd= RT VP. = 303.082,0 000,10.1 = 402,479 h Kmolhh Do lượng NH3 =3,5 g/m3 là rất nhỏ: • yd = 165,1.17 29.5,3 .10-3 =5,125.10-3(kmolNH3/kmolhh) • Yd= ñ ñ y1 y − =0.05 Kmolhh KmolNH 3 • Gtr=Gd(1-yd)=402,497(1-0,005)=400,47Kmol ktr/h Lượng khí NH3 ban đầu: MNH3 = )30273(082.0 17.1000.005,0.1 + =3,42(g/m 3) Lượng khí sau quá trình hấp thụ là: 0.3(g/m3) =300(mg/m3) Lượng khí bị hấp thu là: 3,42-0,3 =3,12(g/m3) Hiệu suất hấp thu là: 42,3 12,3=η = 91,2% Suy ra : Yc= (1-0,912).Yd= (1-0,912). 0,005= 0,00044(kmolNH3/kmolhh) • yc=Yc/1+Yc= 00044,01 00044,0 + =0,000439 Kmol NH3/Kmol ktr • Gc=Gtr(Yc+1)=400,47.(0.00044+1)=400,65Kmolhh/h Chọn Xd=0 xd=0 Ta có: Gtr L min = XdXc YcYd − − (phương trình cân bầng vật chất cho quá trình ngược dòng) X* suy ra bằng cách thay giá trị Yd= 0,005 vào phương trình cân bằng , ta có X* = 0,00158 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: THẦY TRẦN TẤN VIỆT SVTH: PHAN HỮU TÀI Trang 12 Lmin=Gtr* XdXcbc YdYc − − =400,47* )000158.0( )00044.0005.0( − − =1155,8KmolH2O/h • Ltr=1.2Lmin=1.2*1155,8=1386,96 Kmol H2O/h Và: Gtr Ltr = XdXc YcYd − − .0013,00 47,400 96,1386 00044.005.0 / 2 3 OHkmol NHkmol X GL YY X ñ trtr c c =+−=+−= ñ . .00129.0 10013.0 0013.0 1 3 trôCñ C C C LLL hhKmol NHKmol X Xx ≈≈ =+=+= trongtanhoaøtöûcaáulöôïngvì( dung dịch rất nhỏ). III.1.3. Cân bằng năng lượng: Gđ .Iđ = Lđ .Cđ .Tđ + Qs = Gc .Ic = Lc.Cc.Tc + Q0. Để đơn giản hố vấn đề tính tốn, ta có giả thiết như sau: - Nhiệt mất ra môi trường xung quanh không đáng kể( do điều kiện làm việc ở 300C)⇒ Q0 = 0. - Nhiệt độ của hỗn hợp khí ra khỏi tháp bằng nhiệt độ dung dịch vào. - Nhiệt dung riêng của dung dịch trong suốt quá trình hấp thụ : Cđ = Cc =C. - Trong quá trình hấp thụ có thể phát sinh nhiệt do đó kí hiệu q là nhiệt phát sinh của 1 Kmol cấu tử bị hấp thụ. Qs = q.Lđ .(Xc – Xđ ). - Với mức gần đúng ta có thể coi q không đổi trong suốt quá trình hấp thụ . - Vì lượng cấu tử hồ tan trong dung dịch rất nhỏ do đó lượng dung dịch đầu Lđ và cuối Lc không khác nhau nhiều . Trong mức độ cho phép ta có thể lấy là: Lc ≈ Lđ ≈ Ltrơ = L. Tra sổ tay hố lý: q≈ . Kmol Kcal83.7Hht C2980 −=Δ Ta biến đổi phương trình CBNL: L.C (Tc – Tđ ) = qL(Xc – Xđ ) ⇒ΔT = Tc – Tđ = ( )C XXq ñc − do dung dịch lỗng (x<0.2). ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: THẦY TRẦN TẤN VIỆT SVTH: PHAN HỮU TÀI Trang 13 C = 4.186 (1-x) KJ/Kgđộ. x = xtb = ( ) ( ) 000645.0 2 000129.0 2 =+=+ cñ xx ⇒C = (1 - 0.000645) = 0.999 Kcal/Kgđộ. ( ) .0006.0 999.0 000129.0 17 83.7 0 CT =−−=Δ ΔT rất bé nên xem nhiệt độ dung dịch ra khỏi tháp bằng dung dịch vào và cũng bằng dung dịch khí ra khỏi tháp (T = 300C). III.2 Tính tốn thiết bị chính: III.2.1 Đường kính tháp: ( ) )./(773,2)/(51,9983 273 3034.225645,401 .)/(5645,401 2 64,400479,402 2 785.0 33 smhm hKmol GG G w G D cñ tb y tb ==××= =+=+= = - Tính vận tốc khí qua tháp: (ρywy)tb = 0.065 ϕ[σ] ytbtbx.h ρρ ϕ[σ] – hệ số sức căng bề mặt khi σ < 20 dyn/cm thì ϕ[σ] = 0.8. σ > 20 dyn/cm thì ϕ[σ] = 1. .11 32 NHOH hh σ+σ=σ Tra STT2 ở 300C: OH2σ = 71,15.10-3N/m =71.15 đyn/cm. 3NHσ = 19.10-3 N/m = 19 đyn/cm. [ ] .8.0 .cm/ñyn9,14 19 1 15.71 11 hh hh =σϕ⇒ =σ⇒ +=σ⇒ - Chọn h = 0.45m. - Khối lượng riêng trung bình: + Pha khí: ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: THẦY TRẦN TẤN VIỆT SVTH: PHAN HỮU TÀI Trang 14 ( )[ ] ).(0027.0 2 000439.0005.0 2 .4.22 2731 3 1 2111 hhKmol NHKmolyy y T MyMy cñ tb tbtb ytb =+=+= ×−+=ρ M1 = .Kmol/KG17M 3NH = M2 = .Kmol/KG18M OH2 = T = 273 +30 = 3030K. ( )[ ] ./724.0 3034.22 273180027.01170027.0 3mKGytb =× ××−+×=⇒ ρ + Pha lỏng: Mà: ( ) .m/KG68.995 v1v 3 OH2tb NH1tb 2tb1tb1tb1tbxtb 2 3 =ρ=ρ ρ=ρ ρ−+ρ=ρ (Tra STT1 ở 30oC). vtb1 – phần thể tích trung bình của cấu tử NH3 trong pha lỏng. vtb1 rất bé .1v10.v 1tb1tb1tb ≈−⇒≈ρ⇒ .29,1 141.1785.0 773,2 ./141.1724.068.99535.0 723.0 8.0065.0 ./68.995 3 2 mD sm mKG ytb OHxtb =×= =×××= ==⇒ ω ρρ h = 0.45m ⇒ D =1,29 m ε (1,2 41,8m) nên chấp nhận. Chọn giá trị D= 1,4(m). Vận tốc dòng khí trong tháp là: 2.785,0 D Gtb=ω = 1,8(m) III.2.2 Chiều cao thân tháp: Đĩa làm bằng thép không rỉ X18H10T. Khối lượng riêng của thép : ρ = 7850 (Kg/m3) Chọn đường kính lỗ : d = 0,005 (m) =5 (mm) Bề dày đĩa : δ =0,8 d =0,8.0,005 =0,004 (m) =4(mm) Chọn chiều dài gờ chảy chuyền : Lc = 0,8 (m) Diện tích mặt cắt ống chảy chuyền (hình viên phân): S = 2 1 .R2.α - 2 1 .R (cos R Lc 2 ). 2 cL ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: THẦY TRẦN TẤN VIỆT SVTH: PHAN HỮU TÀI Trang 15 Với : R= 2 D = 1,4/2 = 0,7 (m) α : góc ở tâm của hình vành khăn , α α=3,14 –2* arccos( R Lc 2 ) = 1,215 (radian) ⇒ S= 0,1799 (m2) Khoảng cách từ thân thiết bị đến gờ chảy tràn : L =R - R . cos(α/2) =0,7 – 0,7.cos(1,215/2) = 0,125 (m) Diện tích làm việc của đĩa : f = 3,14. 4 2D - 2S = 3,14 4 4,1 2 - 2.0,1799 = 1,1788 (m2) Tổng diện tích lỗ lấy bằng 12 % diện tích làm việc : Sl = 0,12.f = 0,12 . 1,1788 = 0,1415 (m2) Thể tích của đĩa : Vđ = (f - Sl) . δ =(1,1788-0,1415). 0,004 =0,00415 (m3). Khối lượng đĩa : mđ= Vđ.ρ = 0,00415.7850 = 32,5775 (kg) Số lỗ trên một mâm : n = 2. 4 l l d S π = 4 005,0.14,3 1415,0 2 = 7211 (lỗ) Bước lỗ : t ≈ n 4 3 1788,1 ≈ 0,019 (m) Vậy bước lỗ : t= 0,019m= 19 (mm). III.2.2.1 Chiều cao tháp Chiều cao của tháp đĩa được xác định theo phương pháp xây dựng đường cong phụ . Hệ số chuyển khối : Ky= yx m ββ + 1 1 Trong đó : m : hệ số phân bố vật chất . Tra sổ tay tập 2 : m= 3,17 βy : Hệ số cấp khối phía pha khí βx : Hệ số cấp khối pha lỏng . ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: THẦY TRẦN TẤN VIỆT SVTH: PHAN HỮU TÀI Trang 16 βy = 3,03.10 –4 ω 76,0y . ΔPx Với : ωy: tốc độ khí tính cho mặt cắt tự do của tháp , m/s. ωy = ω = 1,8 (m/s) ΔPx : sức cản thuỷ lực của chất lỏng trên đĩa . ΔPx= ΔPđ - ΔPk Trong đó : ΔPđ=ΔPk + ΔPs + ΔPt Với : ΔPk : Trở lực đĩa khô . ΔPs : Trở lực đĩa do sức căng bề mặt . ΔPt : Trở lực của lớp chất lỏng trên đĩa . Trở lực đĩa khô : ΔPk = 2 . . 2 0ωρξ y ξ : Hệ số trở lực. Tiết diện tư do của lỗ bằng : 5386,1 1415,0 = 9,2% diện tích của mặt cắt ngang tháp . Nên chọn ξ =1,82 ω0 : Tốc độ khí qua lỗ . ω0= 2.3600. 7211 .4 d Vtb π = 2005,0.3600.14,3 7211 51,99834 = 19,596 ( m/s). ΔPk = 2 . . 2 0ωρξ y = 1,82 . 2 596,19.723,0 2 = 114 (N/m2) Trở lực đĩa do sức căng bề mặt : ΔPs = 208,03,1 4 dd + σ σ : Sức căng bề mặt . Tra Sổ Tay Tập II , σ =14,9.10-3 (N/m) d : đường kính lỗ ,m ΔPs = 2 3 005,0.08,0005,0.3,1 10.9,14.4 + − =9,166 (N/m2). Trở lực thuỷ tĩnh do lớp chất lỏng trên đĩa tạo nên : ΔP = 23 )(.[3,1 c x c mL G KhK + ]g. xρ Trong đó : ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: THẦY TRẦN TẤN VIỆT SVTH: PHAN HỮU TÀI Trang 17 K: Tỉ số giữa khối lượng riêng của bọt và khối lượng riêng của lỏng không bọt . Khi tính tốn chấp nhận K= 0,5 Lc: Chiều dài cửa chảy tràn . Lc= 0,8 m. Gx: lưu lượng lỏng , Gx = 25,07 m3/h c x L G = 8,0 07,25 >5 . ⇒ m= 10 000 g= 9,81 m/s2 xρ = 996 kg/m3. Chọn hc = 0,12(m) . ⇒ ΔPt = 762 (N/m2) ΔPx= ΔPđ - ΔPk =ΔPs + ΔPt = 762 +9,166 = 771,166 (N/m2) Hệ số cấp khối pha khí : βy = 3,03.10 –4 ω 76,0y . ΔPx βy =3,03. 10 –4 .1,80,76 .771,166 = 0,757 (kmol/m2.s) Hệ số cấp khối pha lỏng : βx = 41,095,1 .10.7,33 4 − Δ− y xP ω Với : ωy : Vận tốc làm việc , ωy = ω = 1,8 (m/s) βx = 41,095,1 .10.7,33 4 − Δ− y xP ω = 41,08,1.95,1 166,771.10.7,33 4 − − =1,93 (kmol/m2.s) Hệ số chuyển khối : Ky= yx m ββ + 1 1 = 93,1 17,3 757,0 1 1 + = 0,337(kmol/m2.s) Số đơn vị chuyển khối đối với mỗi đĩa : myT = y y G fK . Với : Ky : Hệ số chuyển khối . f : diện tích làm việc của đĩa. f= 1,1788. Gy :lưu lượng khí , kmol/s ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: THẦY TRẦN TẤN VIỆT SVTH: PHAN HỮU TÀI Trang 18 myT = y y G fK . = 3600 479,402 .1788,1.337,0 = 3,55 Xác định số Cy : Cy = em yT = e 3,55 = 34,8. Đoạn Bi Ci : Được tính theo công thức : Bi Ci = y ii C CA . Vẽ số bậc nằm giữa đường cong phụ và đường làm việc . Số bậc (số tam giác tạo thành ) là số đĩa thực tế của tháp . Theo hình vẽ . Số mâm thực tế của tháp là 7 mâm . Chọn số mâm thực là 8 mâm . Chiều cao tồn tháp : H = Hđ(Nt + 1 ) + Hđáy + Hnắp + Hchân + δ Với : Nt : Số đĩa thực tế ;Nt =8 Hđ : Khoảng cách giữa các đĩa .Dựa vào đường kính tháp .Theo STT II . Chọn Hđ = 0,45 m . Hđáy , Hnắp : chiều cao đáy , nắp của thiết bị Hđáy =Hnắp =0,375m Hchân : Chiều cao của chân đỡ , Hchân =0,185 m δ : Khoảng cách bổ sung ở đáy tháp. δ =0,15 H = 0,45(8+1 )+ 0,375 + 0,375 + 0,185 + 0,15 = 5,135 (m) III.3 Trở lực của tháp : ΔP = Nt . ΔPđ Trở lực của 1 đĩa : ΔPđ= ΔPk + ΔPs + ΔPt =9,166 + 253 +762 = 1024,166 (N/m2) Trở lực của tháp : ΔP = 8.1024,166 = 8193,326 (N/m2) ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: THẦY TRẦN TẤN VIỆT SVTH: PHAN HỮU TÀI Trang 19 CHƯƠNG IV: TÍNH TỐN CƠ KHÍ ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: THẦY TRẦN TẤN VIỆT SVTH: PHAN HỮU TÀI Trang 20 IV.1 Chọn vật liệu: Thiết bị làm việc ở môi trường ăn mòn,nhiệt độ làm việc t = 300C ,plv = 1atm = 0,1 N/mm2.Nên ta chọn vật liệu là thép không gỉ để chế tạo thiết bị : Ký hiệu thép : X18H10T. Các thông số chính của thép: Giới hạn bền:σ k =550.106 N/m2 Giới hạn chảy: σ c =220.106 N/m2 Chiều dày tấm thép: 4-25mm Độ dãn tương đối: 38% Hệ số dẫn nhiệt :16.3 W/m.độ Khối lượng riêng: 7850 Kg/m3 Hệ số an tồn bền: nk = 2.6 ; nc= 1.5 ; nbl = 1.5 Hệ số hiệu chỉnh : η h = 1 Hệ số bền mối hàn : ϕ h = 0.95 Chọn công nghệ gia công : hàn tay bằng hồ quang