Đề tài Sản xuất năng lượng từ rác thải
Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO
Luận Văn
ĐỀ TÀI:
SẢN XUẤT NĂNG LƯỢNG TỪ
RÁC THẢI
Nhóm2.2 - ĐHMT2
1
GVHD: Thái Vũ Bình
Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO
MỤC LỤC
1. Cơ sở lý thuyết ..........................................................................................3
1.1. Khái niệm............................................................................................3
1.2. Áp dụng của hấp thu ...........................................................................3
1.3. Lựa chọn dung môi .............................................................................3
1.4. Quá trình hấp thụ.................................................................................4
Cơ chế quá trình......................................................................................4
1.4.2. Qúa trình trao đổi chất.........................................................................5
1.4.4. Áp suất quá trình .................................................................................8
1.5.2. Cân bằng nhiệt lượng ........................................................................12
1.5.3. Các loại tháp hấp thu......................................................................12
2.2.3. Tính bề dày thân................................................................................30
2.2.4. Tính nắp và đáy thiết bị.....................................................................33
Nhóm2.2 - ĐHMT2
2
GVHD: Thái Vũ Bình
Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO
1. Cơ sở lý thuyết
1.1. Khái niệm
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. Nếu quá trình xảy ra
ngược lại, nghĩa là cần sự truyền vật chất từ pha lỏng vào pha khí, ta có quá
trình nhả khí. Nguyên lý của cả hai quá trình là giống nhau.
Qúa trình hấp thu tách bỏ một hay nhiều chất ô nhiễm ra khỏi dòng khí thải
(pha khí) bằng cách xử lý với chất lỏng (pha lỏng). Khi này hỗn hợp khí
được cho tiếp xúc với chất lỏng nhắm mục đích hòa tan chọn lựa môt hay
nhiều cấu tử của hỗn hợp khí để tạo nên một dung dịch các ccấu tử trong
chất lỏng.
- Khí được hấp thu goi là chất bị hấp thụ.
- Chất lỏng dùng để hấp thu gọi là dung môi (chất hấp thụ)
- Khí không bị hấp thu goi là khí trơ.
1.2. Áp dụng của hấp thu
Trong công nghiệp hóa chất, thực phẩm, quá trình hấp thu đươc dùng
để:
- Thu hồi cấu tử quý trong pha khí.
- Làm sạch pha khí
- Tách hỗn hợp thành các cấu tử riêng biệt
- Tạo thành một dung dịch sản phẩm.
1.3. Lựa chọn dung môi
Nếu mục đích của quá trình là tách các cấu tử hỗn hợp khí thì khi đó việc
lựa chọn dung môi tốt phụ thuộc vào các yếu tố sau:
Nhóm2.2 - ĐHMT2
3
GVHD: Thái Vũ Bình
Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO
a) Độ hòa tan tốt: có tính chọn lọc nghĩa là chỉ hòa tan cấu tử cần tách
và hòa tan không đáng kể các cấu tử còn lại. Đây là điều kiện quan
trọng nhất.
b) Độ nhớt của dung môi: càng bé thì trở lại quá trình càng ngỏ, tăng tốc
độ hấp thu và có lợi cho quá trình truyền khối .
c) Nhiệt dung riêng: bé sẽ tốn ít nhiệt khi hoàn nguyên dung môi.
d) Nhiệt độ sôi: khác xa với nhiêt độ sôi của chất hòa tan sẽ dễ tách các
cấu tử ra khỏi dung môi.
e) Nhiệt độ đóng rắn: thấp để tránh tắc nghẽn thiết bị, không tạo kết tủa,
không độc và thu hồi các cấu tử hòa tan dễ dàng hơn.
f) It bay hơi, rẻ tiền, dễ kiếm và không độc haị với người và không ăn
mòn thiết bị.
1.4. Quá trình hấp thụ
Cơ chế quá trình
Hấp thu là quá trình quan trọng để xử lý khí vvà ứng dụng trong rất
nhiều quá trình khác. Hấp thu trên cơ sở của quá trình truyền khối, được
mô tả và tính toán dựa vào phân chia 2 pha (cân bằng pha, khuếch tán).
Cơ chế quá trình có thể chia thành 3 bước
+ Khuếch tán các phân tử chất ô nhiễm thể khí trong khối khí thải đến
bề mặt của chất lỏng hấp thụ. Nồng độ phân tử ở phía chất khí phụ thuộc
vào cả 2 hiện tượng khuếch tán:
Khuếch tán rối: có tác dụng làm nồng độ phân tử được đều đặn trong
khối khí.
Khuếch tán phân tử: làm cho các phân tử khí chuyển động về phía lớp
biên.
Nhóm2.2 - ĐHMT2
4
GVHD: Thái Vũ Bình
Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO
Trong pha lỏng cũng xảy ra hiện tượng tương tự như thế:
Khuếch tán rối: được hình thành để giữ cho nồng độ được đều đặn trong
toàn bộ khối chất lỏng.
Khuếch tán phân tử: làm dịch chuyển các phân tử đến lớp biên hoặc từ
lớp biên đi vào pha khí.
+ Thâm nhập và hòa tan chất khí vào bề mặt ủa chất hấp thụ.
+ Khuếch tán chất khí đã hòa tan trên bề mặt ngăn cách vào sâu lòng
chất lỏng hấp thụ.
Qúa trình hấp thụ phụ thuộc vào sự tương tác giữa chất hấp thụ và chất bị
hấp thụ trong pha khí.
1.4.2. Qúa trình trao đổi chất
Khi chất ô nhiễm từ khí thải vào chất lỏng hấp thụ các phân tử được trao
đổi qua vùng ranh giới gọi là lớp biên (máng, phim). Các phân tử đi qua lớp
biên từ cả 2 phía, một số chất từ phía chất khí, một số chất từ khối chất
lỏng.
Cường độ trao đổi phụ thuộc vào các yếu tố tác động lên hệ thống như áp
suất, nhiệt độ, nồng độ và độ hòa tan của phân tử. Cường độ trao đổi sẽ
tăng nếu giữa pha lỏng và pha khí có diễn ra phản ứng hóa học hay các
phân tử khí không thể quay trở về khối khí khi có tác động của các quá
trình vật lý.
Qúa trình hấp thụ kèm theo sự tỏa nhiệt và làm tăng nhiệt độ của hệ
thống.
Khi pha khí phân tán vào pha lỏng xảy ra hiện tượng dẫn nhiệt làm năng
lượng của cấu tử pha khí bị giảm. Hiện tượng này xảy ra do sự chuyển
động hỗn loạn của các phân tử khí, làm cho các phân tử này bị xáo trộn, từ
Nhóm2.2 - ĐHMT2
5
GVHD: Thái Vũ Bình
Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO
đó dẫn tới sự cân bằng năng lượng giữa 2 pha. Nhờ có chuyển động này mà
sự khác biệt cục bộ về nồng độ chất khí trong hỗn hợp sẽ đượ giảm dần
ngay ả khi không ó sự can thiệp của ngoai lực như quấy, lắc.
Mặt khác tổng thể tích của hệ thống trong quá trình hấp thụ cũng bị giảm.
Theo nguyên lý Le Chartelier: độ hòa tan của khí trong chất lỏng tăng nếu
tăng áp suất và giảm nhiệt độ của quá trình.
Trong thực tế có 2 hiện tượng hấp thụ
Hấp thụ đẳng nhiệt: được tiến hành với sự giải nhiệt pha lỏng bằng thiết bị
truyền nhiệt bố trí trong tháp hấp thụ. Nếu nồng độ ban đầu không lớn hoặc
khi lưu lượng chất lỏng lớn thì sự thay đổi nhiệt độ của chất lỏng không
đáng kể.
Hấp thụ đẳng áp: diễn ra khi không có sự trao đổi với môi trường bên
ngoài, khi này cơ cấu thiết bị được đơn giản hóa nhưng điều kiện cân bằng
không tốt.
1.4.3. Có 2 phương pháp hấp thụ
Hấp thụ vật lý: được dựa trên sự hòa tan của cấu tử pha khí trong pha lỏng.
Ở đây sự truyền ật chất trong mỗi pha được xác định bằng phương trình
truyền khối ổn định:
G = k F(y – yp) = 1F(x – xp).
Còn quá trình vận chuyển vật chất từ pha này sang pha khác sử dụng
phương trình:
G = k F(y – y*) = K1F(x – x*)
Trong đó:
G: số mol vật chất được chuyển trong một đơn vị thời gian, mol/s
F: bề mặt tiếp xúc pha, m2
Nhóm2.2 - ĐHMT2
6
GVHD: Thái Vũ Bình
Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO
y, x: nồng độ mol chất bị hấp thu trong pha khí và pha lỏng, mol/m3
yp, xp; nồng độ chất bị hấp thu trên bề mặt phân chia trong pha khí và
pha lỏng, mol/m3
y*, x*: nồng độ cấu tử trong pha khí và pha lỏng cân bằng với nồng độ
trong pha khí và pha lỏng tương ứng, mol/m3
k , l : hệ số truyền khối trong pha khí và lỏng, m/s
Kk, Kl: hệ số truyền khối trong pha khí và lỏng, m/s
Quan hệ giữa hệ số truyền khối
và hệ số truyền khối tổng quát như sau:
1
1
1
= +
kk k 1
1
1
1
=
+
k1 mk 1
Trong đó m là hằng số cân bằng pha
Nếu hệ thống có độ hòa tan cao m (hằng số cân bằng pha)
0, vì
vậyKk k
.
Khi đó trở lực của quá trình truyền khối tập trung trong pha khí.
Khi độ hòa tan nhỏ m có giá trị lớn
truyền khối tập trung trong pha lỏng.
K1 1. Khi đó trở lực của quá trình
Hấp thụ hóa học: có phản ứng hóa học giữa chất bị hấp thu và chất hấp thụ.
Khi này hiệu nồng độ ở bề mặt phân chia pha tăng, vận tốc hấp thụ hóa học
tăng hơn khi hấp thu vât lý. Vận tốc phản ứng hóa học càng tăng, vận tốc
hấp thụ hóa học càng tăng.
Nhóm2.2 - ĐHMT2
7
GVHD: Thái Vũ Bình
Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO
1.4.4. Áp suất quá trình
Nếu nồng độ phần mol của chất ô nhiễm hòa tan trong chất lỏng hấp thụ
thấp thì áp suất riêng phần cân bằng của chất ô nhiễm hòa tan được biểu
diễn bằng định luật Henry:
p* = Hx (1)
Trong đó:
p*: áp suất riêng phần của chất hòa tan trong pha khí cân bằng với pha
lỏng
x: nồng độ phần mol của chất hòa tan trong chất lỏng, kmol/kmol
H: hằng số định luật Henry
Ap suất riêng phần p được định nghĩa bằng tích số phần mol pha khí y và
áp suất tổng cộng P:
p = yP (2)
Dùng giá trị p* = y*P từ phương trình (2) để thay vào (1) ta được:
H
y* = x = mx (3)
P
Trong đó
y* : nồng độ phần mol của chất hòa tan trong pha khí cân bằng với pha
lỏng
H
m = : hệ số ô thứ nhuyên có giá trị không đổi cho một hệ lỏng – khí ở
P
t = const và P = const
Mặt khác theo định luật Rauolt ta có: p* = P0X (4)
Trong đó:
p*: áp suất riên phần của chất hòa tan trong hỗn hợp khí cân bằng ới pha
lỏng
Nhóm2.2 - ĐHMT2
8
GVHD: Thái Vũ Bình
Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO
P0: áp suất hơi bão hòa của cấu tử nguyên chất, có giá trị thay đổi theo
nhiệt độ
x: nồng độ phần mol của chất hòa tan trong chất lỏn, kmol/kmol
Thay p* trong (4) vào (2) ta được:
P
0
y* = x (5)
P
Phương trình đường cân bằng của quá trình hấp thu có thể biểu diễn như
sau:
P
H
P
0
y* =
= mx =
x
P
Phương trình đường cân bằng của quá trình hấp thu chỉ đúng cách cho dung
dịch loãng và các thành phjấn không phản ứng với nhau. Đây là phương
trình đường thẳng với hệ số gốc là m. Trong trường hợp các chất khí ô
nhiễm phản ứng hoặc phân ly trong dung dịch hấp thụ (hấp thụ hóa học),
đường cân bằng là đường cong và được thiết lập dựa trên các công thức
thực nghiệm
1.5. Tháp hấp thụ
1.5.1. Cân bằng vật chất và đường làm việc của tháp
Ta xét sơ đồ tính toán và cân bằng vật chất cho tháp
Lđ,xđ
Gc, yc
L
G
Ltr
Gtr
Lc,xc
Gđ, yđ
Nhóm2.2 - ĐHMT2
9
GVHD: Thái Vũ Bình
Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO
Xét quá trình hấp thụ xảy ra trong thiết bị hấp thụ chỉ có một chất hòa tan
(chất ô nhiễm) A khuếch tán giữa hai pha. Pha lỏng kí hiệu là L, và pha khí
kí hiệu là G,ta quan niệm rằng pha khí cũng như pha lỏng đều gồm 2 thành
phần: khí trơ + khí A và chất lỏng trơ + khí A (chất hòa tan).
Ta kí hiệu như sau:
Lđ, Lc: suất lượng mol tổng cộng của pha lỏng vào và ra khỏi thiết bị,
mol/h
Gđ, Gc:suất lượng mol tổng cộng của pha khí vào và ra khỏi thiết bị, mol/h.
Ltr, Gtr: suất lượng mol tổng cộng của phần trơ trong pha lỏng và pha khí,
mol/h
xđ, xc: phần mol của chất A trong pha lỏng vào và ra khỏi thiết bị
Xđ, Xc: tỷ số mol của chất A và chất trơ trong pha lỏng
yđ, yc: phần mol của chất A trong pha khí vào và ra khỏi thiết bị
Yđ, Yc:tỷ số mol của chất A và chất trơ trong pha khí
Pt: áp suất tổng
Ta thấy L, G thay đổi theo từng vị trí trên chiều cao của tháp vì có sự c\di
chuyển khí A từ pha khí sang pha lỏng khi này phần trơ là hằng số.
Cân bằng vật chất cho toàn bộ tháp:
Gđ + Lc = Gc + Lđ
Cân bằng vật chất chất A khuếch tán giữa 2 pha:
Gđ yđ + Lcxc = Gcyc + Lđxđ
Ta có tỷ suất mol của chất A trong pha khí
y
p
Y
1 y P p
t
Tương tụ cho pha lỏng
Nhóm2.2 - ĐHMT2
10
GVHD: Thái Vũ Bình
Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO
x
X
1 x
Phương trình cân bằng
Gđ.Yđ + Lc.Xc = Gc.Yc + Lđ.Xđ
Ta có
Yd Yc
Xc X d
L
G
Ghh
Gtr Ghh (1 y)
1Y
L
Ltr L(1 x)
1 X
Ta có phương trình đường thẳng(đường làm việc) trên tọa độ X,Y có hệ số
góc là Ltr/Gtr và đi qua 2 điểm (Xđ, Yc) và (Xc, Yđ)
Y
A
Yñ
Yc
B
X*
X
Xñ
Xc
Lượng dung môi tối thiểu cho quá trình hấp thu là: Lmin
Nhóm2.2 - ĐHMT2
11
GVHD: Thái Vũ Bình
Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO
Lmin
G
Yd Yc
Xc* X d
Yd Yc
Ltr min Gtr
Xc Xd
mã
Trong đó Xcmax là nồng độ của pha lỏng cực đại ứng với lượng dung môi tối
thiểu hay nồng độ của pha lỏng cân bằng với nồng độ của pha khí.
Lượng dung môi cần thiết trong thực nghiệm được lấy
L = (1,2 : 1,5)Lmin
1.5.2. Cân bằng nhiệt lượng
Ta có phương trình cân bằng nhiệt lượng:
GđIđ + LđCđTđ + Qđ = GcIc + LcCcTc + Qc
Trong đó:
Gđ, Gc: hỗn hợp khí đầu và cuối(kg/h)
Lđ, Lc: lượng 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: nhiệt mất mát(kj/h)
QS: nhiệt phát sinh do hấp thu khí(kj/h)
1.5.3. Các loại tháp hấp thu
Thiết bị hấp thu có chức năng tạo ra bề mặt tiếp xúc giữa hai pha khí và
lỏng càng lớn càng tốt. Có nhiều dạng hấp thu:
a) Tháp phun:
Là tháp có cơ cấu phun chất lỏng bằng cơ học hay bằng áp suất trong đó
chất lỏng được phun thành những giọt nhỏ trong thể tích rỗng của thiết bị
Nhóm2.2 - ĐHMT2
12
GVHD: Thái Vũ Bình
Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO
và cho dòng khí đi qua. Tháp phun được sử dụng khi yêu cầu trở lực bé và
khí có chứa hạt rắn.
b) Tháp sủi bọt:
Khí được cho qua tấm đục lỗ bên trên có chứa lớp nước lỏng.
c) Tháp sục khí:
Khí được phân tán dưới dạng các bong bóng đi qua lớp chất lỏng. Qúa trình
phân tán khí có thể thực hiện bằng cách cho khí đi qua tấm xốp, tấm đục lỗ
hoặc bằng cách khuấy cơ học.
d) Tháp đệm:
Chất lỏng được tưới trên lớp đệm rỗng và chảy xuống dưới tạo ra bề mặt
ướt của lớp đệm để dòng khí tiếp xúc khi đi từ dưới lên. Tháp đệm thường
được sử dụng khi năng suất nhỏ, môi trường ăn mòn, tỉ lệ lỏng: khí lớn, khí
không chứa bụi và hấp thụ không tạo ra cặn lắng.
e) Tháp đĩa:
Cho phép vận tốc khí lớn nên đường kính tháp tương đối nhỏ, kinh tế hơn
những tháp khác. Được sử dụng khi năng suất lớn, lưu lượng lỏng nhỏ và
môi trường không ăn mòn.
Tháp hấp thụ phải thỏa mãn những yêu cầu sau: hiệu quả và có khả năng
cho khí đi qua, trở lực thấp(<3000Pa), kết cấu đơn giản và vận hành thuận
tiện, khối lượng nhỏ, không bị tắc nghẽn bởi cặn sinh ra trong quá trình hấp
thu. Khi đồng thời hấp thụ nhiều khí, vận tốc hấp thụ của mỗi khí bị giảm
xuống. Khí hấp thụ hóa học trong tháp xuất hiện đối lưu bề mặt, nghĩa là
trên bề mặt phân chia pha xuất hiện dòng đối lưu cưỡng bức thúc đẩy quá
trình truyền khối.
Nhóm2.2 - ĐHMT2
13
GVHD: Thái Vũ Bình
Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO
1.5.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp thu
• Ảnh hưởng của nhiệt độ
Khi các điều kiện khác không đổi mà nhiệt độ tháp tăng thì hệ số Henry sẽ
tăng. Kết quả là ảnh hưởng đường cân bằng chuyển dịch về phía trục tung.
Nếu đường làm việc AB không đổi thì động lực trung bình sẽ giảm, số đĩa
lí thuyết sẽ tăng và chiều cao thiết bị sẽ tăng. Thậm chí có khi tháp không
làm việc được vì nhiệt độ tăng quá so với yêu cầu kĩ thuật. Nhưng nhiệt độ
tăng cũng có lợi là làm cho độ nhớt cả hai pha khí và lỏng giảm.
• 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 hoành. Khi đường
làm việc AB không đổi dẫn đến động lực trung bình tăng quá trình truyền
khối sẽ tốt hơn vì thế số đĩa lí thuyết sẽ giảm làm chiều cao của tháp thấp
hơn.
Tuy nhiên, việc tăng áp suất thường kèm theo sự tăng nhiệt độ. Mặt khác,
sự tăng áp suất cũng gây khó khăn trong việc chế tạo và vận hành của tháp
hấp thụ.
• Các yếu tố khác
Tính chất của dung môi, loại thiết bị, cấu tạo thiết bị, độ chính xác của
dụng cụ đo, chế độ vận hành tháp…đều ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất hấp
thu.
2. Tính toán công nghệ tháp hấp thụ xử lý SO2
2.1. Xác định các thông số đầu vào
Đốt 2 lít dầu F.O có thành phần trọng lượng có thành phần sử dụng của
nhiên liệu được cho trong bảng sau:
Nhóm2.2 - ĐHMT2
14
GVHD: Thái Vũ Bình
Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO
Thành phần cháy
% trọng lượng
C
84.6
11
H
O
0.3
0.2
1.6
0.3
2
N
S
Độ tro(A)
Độ ẩm(W)
Khối lượng riêng của dầu F.O ở 150C: d = 0,97kg/l
Lượng dầu cần đốt trong 1 giờ: B = 2 * 0,97 = 1,94 kg/h
Các đại lượng của quá trình cháy được tính toán theo bảng sau:
Đại
Đơn
Công thức tính
Giá trị
lượng cần vị
tính
m3ch
10,47
V0 0,089Cp 0,264H p 0,0333(Op Sp )
Lượng
kk khô cần uẩn/ kg
6
0
thiết
quá
cho nhiên
trình liệu
cháy
m3ch
uẩn/ kg
10,76
Va (1 0,0016d)V0
Lượng
không
Nhóm2.2 - ĐHMT2
15
GVHD: Thái Vũ Bình
Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO
khí ẩm
cần thiết liệu
cho quá
trình cháy
nhiên
t
=
=
300C,φ
65% => d =
17 (g/kg)
Lượng
m3
15,06
Vt .Va
kk ẩm thực chuẩn/
tế với hệ số kg nhiên
thừa kk α = liệu
1,4
4
VSO 0,683.102.Sp
Lượng
SO2 chuẩn/
kg nhiên
liệu
m3
m3
0,011
9,467
2
khí
trong spc
VCO 1,865.102..Cp
Lượng
khí
CO chuẩn/
x10-3
trong
spc kg nhiên
với hệ số liệu
cháy không
hoàn toàn
η = 0,06
Nhóm2.2 - ĐHMT2
16
GVHD: Thái Vũ Bình
Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO
VCO 1,853.102.(1)Cp
Lượng
CO2 trong chuẩn/
spc kg nhiên
liệu
m3
nước chuẩn/
m3
1.158
1,655
11,90
0,603
2
VH O 0,111Hp 0,0124Wp 0,0016dVt
Lượng
hơi
2
trong spc
kg nhiên
liệu
VN 0,8.102.Np 0,79.Vt
Lượng
m3
2
N2 trong spc chuẩn/
kg nhiên
liệu
m3
2
VO 0,21( 1)Va
Lượng
O2 trong
không
2
chuẩn/
kg nhiên
liệu
04
khí thừa
Lượng
1,723.103.B1,18
m3
VNO
x
B.NO
x
NOx trong
spc
chuẩn/
kg nhiên
liệu
9,451x10-
4
Lượng
m3
V 0,5.V
N '
NO
x
2
N2
chuẩn/
4,725x10-
4
tham gia kg nhiên
phản ứng liệu
Nhóm2.2 - ĐHMT2
17
GVHD: Thái Vũ Bình
Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO
tạo NOx
m3
V V
Lượng
O2 '
NOx
O2
chuẩn/
9,451x10-
4
tham gia kg nhiên
phản ứng liệu
tạo NOx
m3ch
16,03
4
V V V V VH O VN V VNO VN ' V
Lượng
spc
SO
CO
CO
O
2
2
2
2
2
x
2
spc
tổng uẩn/ kg
cộng ở điều nhiên
kiện chuẩn liệu
m3/s
0,013
3
Vspc.B
T2
Lưu
LT
.
3600 T
1
lượng khói
spc ở đk
thực
tế
(tkhói=1500C)
103.VSO .B.SO
Tải
g/s
0,017
3
2
2
3600
lượng SO2,
ρ
=
2,926
103.VCO.B.CO
Tải
g/s
g/s
3600
lượng CO
ρ = 1,25
Tải
6,377x10-
3
103.VCO .B.CO
1,659
2
2
3600
lượng CO2
Nhóm2.2 - ĐHMT2
18
GVHD: Thái Vũ Bình
Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO
ρ = 1,977
103.MNO
Tải
g/s
g/s
x
3600
lượng NOx
1,046.10-
3
10 .a.Ap.B
Tải
3600
lượng
tro
3,233x10-
4
bụi a = 0,3
Với MNO 1,723.103.B1,18 (kg/h)
x
Nồng độ phát
thải các chất ô
nhiễm
Đơn vị
Công
tính
thức
Giá trị
g/m3
g/m3
g/m3
g/m3
g/m3
1,3
MSO / LT
SO2
2
MCO / LT
CO
0,479
MCO / LT
CO2
NOx
Bụi
124,736
0,786
2
MNO / LT
x
Mbui / LT
21,697
Tiến hành làm lạnh hạ nhiệt độ khói thải xuống 600C ta xác định lại lưu
lượng thực tế và xác định các thông số về nồng độ các chất khi trong khói
thải ta có số liệu như sau:
Lưu lượng khói spc ở đk thực tế (tkhói=600C)
Vspc .B
T2
16,034*1,94*(273 60)
LT
.
0,0105(m3 / s) 37,8(m/ h)
3600 T1
3600*273
Nhóm2.2 - ĐHMT2
19
GVHD: Thái Vũ Bình
Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO
Nồng độ các chất ô nhiễm ở 600C
CSO2 = 1647,62(mg/m3)
CCO = 607,33(mg/m3)
CCO2 = 158 000(mg/m3)
CNOx = 99,619(mg/m3)
So sánh với TCVN 5939-2005
Nhận thấy: SO2 vượt tiêu chuẩn cho phép, cần phải xử lý trước khi thải ra
môi trường
* Các thông số ban đầu:
✓ Lưu lượng dòng khí thải V =37,8 m3/h
✓ Nồng độ SO2 ban đầu C =1,64762 g/m3
✓ Nhiệt độ dòng khí thải đầu vào t1 = 600C
✓ Chọn nhiệt độ làm việc của thiết bị tk =320C
✓ Chọn dung môi phun vào tháp đệm là nước
✓ Nhiệt độ nước đi vào tháp t = 250C
✓ Áp suất làm việc của thiết bị p = 800 mmHg
✓ Hỗn hợp khí xem như gồm SO2 và khí thải
2.2. Xác định các dòng vật chất – Đường cân bằng pha
- Pha khí
Suất lượng hỗn hợp khí thải
Nhóm2.2 - ĐHMT2
20
GVHD: Thái Vũ Bình
Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO
273
333
800
1
Ghh 37.8*(
)*(
)*
760 22,4
kmol
Ghh 1.456
1456(mol / h)
h
Nồng độ hỗn hợp khí thải
800
p
3
c
0 ,0385 ( mol / l ) 38 ,5 ( mol / m )
RT
760 * 0 ,082 * ( 273 60 )
Nồng độ SO2 ban đầu
1,64762
CSO
0,0257(mol / m3 )
2
64
Nồng độ phần mol SO2 đầu vào
C1
C
0,0257
38,5
yd
yd 0,668*103 (molSO2 / molhh)
Tỷ suất mol SO2 trong pha khí
0,668*103
yd
Yd
1- yd 1 0,668*103
molSO
Yd 0,668*103
2
kmol hh khí
Nồng độ mol SO2 đầu ra
Lấy theo tiêu chuẩn Việt Nam 5939 – 2005
CSO2ra = 0,5(g/m3)
Nồng độ phần mol SO2 đầu ra
0,5
yc
2,026*104 (molSO2 / molhh)
38.5*64
Tỷ suất mol SO2 đầu ra
0,2026*103
yc
Yc
0,2026*103 (mol SO2/mol khí)
1 yc 1 0,2026*103
Suất lượng SO2 ban đầu
Nhóm2.2 - ĐHMT2
21
GVHD: Thái Vũ Bình
Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO
molSO
*0,668*.103
mol hh
2
GSO Ghh * yd 1456
2
h
mol hh
mol SO
2
GSO 0,9726
h
2
Suất lượng mol của cấu tử trơ
Gtr = Ghh.(1 - Yñ) = 1456*(1 – 0,668*10-3) = 1455,027 (mol/h)
Hiệu quả của quá trình hấp thu
Yd Yc
0,668 0,2026
H
*100% 69,67%
Yd
0,668
Lượng SO2 bị hấp thụ
MSO GSO * 0,9726*69,67%
2
2
mol
MSO 0,6776
2
h
Lượng SO2 còn lại
GSO GSO MSO 0,9726 0,6776
2
2
2
mol
GSO 0,295
2
h
Suất lượng hỗn hợp khí thải đầu ra
Ghh Gtrô GSO 1455,027 0,295
2
mol
Ghh 1455,322
h
Khối lượng riêng của hỗn hợp khí thải
0,668*106 0,2026.106
yñ yc
kmolSO2
ytb
y
4,353*107
kmolhh
2
2
4,353*107 *64
1 4,353.107
*29
ytb.M
1 ytb .Mkk
SO2
273 t
273 32
k
22,4*
22,4*
273
273
kg
1,159
m3
y
Khối lượng mol của hỗn hợp khí
Nhóm2.2 - ĐHMT2
22
GVHD: Thái Vũ Bình
Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO
Mhh ytb.MSO
1 ytb
.Mkk 4,353*107 *64
1 4,353.107
*29
2
Mhh 29 dv.C
Phương trình đường cân bằng cho quá trình hấp thụ khi hấp thụ SO2 bằng
nước
H
P
38000
800
m
47.5 (t=320C, H =38000)
Trong đó: H là hằng số Henry để xác định đường cân bằng
Phương trình đường cân bằng
mX
47,5X
y*= mx
Y*
1 (1 m)X 1 (1 47,5)X
Xác định điểm Xcmax
Giả sử dung môi ban đầu đi vào tháp đệm là nước sạch, Xđ =0
Ta xét giao điểm đường làm việc với đường cân bằng là điểm (Xc,Yd)
Lúc này Y* = Yd = 0,668 * 10-3(mol/h) thế vào phương trình đường làm
cb
việc ta có
47,5Xc max
0,668*103
Xc max 1,405*105 (molSO2 / molhp)
1 (1 47,5Xc max
)
Xác định lượng dung môi tối thiểu cần cho tháp
Lmin
Yñ YC
Yñ YC
Lmin Gtrô *
Gtrô XC Xñ
XC Xñ
max
max
mol SO2
0,668*103 0,2026*103
mol khí trô
mol
Lmin 1455,027
*
h
mol SO
5
2
1,405*10 0
mol hp
mol
Lmin 48197
h
Lượng dung môi cần thiết
Nhóm2.2 - ĐHMT2
23
GVHD: Thái Vũ Bình
Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO
Vì trong các thiết bị hấp thụ không bao giờ đạt được cân bằng giữa các
pha điều đó có nghĩa nồng độ cân bằng luôn lớn hơn nồng độ thực tế
Lượng dung môi cần thiết lấy bằng 1,5 lượng dung môi tối thiểu
Ltt = 1,5 * Lmin = 1,5 * 48197 = 72295,5 (mol/h)=1301,319(kg/h) =
0,3615(kg/s)
Nồng độ dung dịch ra khỏi tháp
mol
72295,5
h
Lhp
Yd Yc
X c X d
h
49 ,6867
mol
Gtrô
1455,027
Xc = 9,366*10-6 (mol SO2/molhp)
Phương trình đường làm việc đi qua 2 điểm A(0 ; 0,2026 * 10-3), B(9,366 *
10-6 ; 0,668 * 10-3)
Đường làm việc theo X và Y
0.0008
0.0007
0.0006
0.0005
0.0004
0.0003
0.0002
0.0001
0
Y = 49.69X + 0.0002
R2 = 1
0
0.000002 0.000004 0.000006 0.000008
0.00001
X(mol SO2/molH2O)
Chọn vật liệu đệm
Vòng sứ xếp ngẫu nhiên
• Kích thước
20 x 20 x 2,2
σ =240 m2/m3
• Bề mặt riêng
Nhóm2.2 - ĐHMT2
24
GVHD: Thái Vũ Bình
Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO
• Thể tích tự do
• Số đệm trong
Vđ =0,73 m3/m3
1 m3 = 95 * 103
650kg/m3
• Khối lượng riêng
Vận tốc khí đi trong tháp
Tháp đệm có thể làm việc ở các chế độ thủy động khác nhau: chế độ
màng, chế độ treo và chế độ nhũ tương. Nếu sử dụng chế độ nhũ tương gây
ra hiện tượng khuấy trộn ngước, còn chế độ treo sẽ khó khăn vì chế độ này
sẽ tồn tại 1 khoảng rất hẹp. Vì vậy chế độ màng thường được chọn cho sự
làm việc của tháp nên vận tốc làm việc được chọn y = (80% 90%) vận
tốc sặc ws
Vận tốc sặc ứng với điểm đảo pha được tính bằng công thức thực nghiệm
0,16
2
s .ñ .ytb
ytb
x
x
l
L
1/ 4
1/8
log
.
A1,75.( tb ) .(
)
3
Gtb
g.Vd .x
Trong đó:
Tháp đệm A = 0,022
x , ytb : khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và pha khí trong tháp,
kg/m3
x ,l : độ nhớt của nước ở 320C và 250C, Ns/m2
L
tb, Gtb: Suất lượng trung bình của pha lỏng và pha khí trong tháp(kg/s)
Độ nhớt của nước ở 250C
l =0,8937 * 10-3 Ns/m2
Độ nhớt của nước ở 320C
x = 0,7679 * 10-3 Ns/m2
Suất lượng trung bình của hỗn hợp khí thải
Nhóm2.2 - ĐHMT2
25
GVHD: Thái Vũ Bình
Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO
Gvào Gra
1456 1455,322
Gtb
1455,661(mol / h) 0.012(kg / s)
2
2
Chọn lượng dung môi và ra khỏi tháp gần như bằng nhau
2
3
0,16
s *240*1,159
0,7679*10
0,362
0,012
1,159
1000
1/ 8
1/ 4 *(
)
3
log
.
0,022 1,75*(
)
3
9,81*0,73 *1000 0,8937*10
s 0,506(m / s) y 0,9*s 0,45(m / s)
Vậy vận tốc dòng khí đi trong tháp y = 0,45(m/s)
Đường kính tháp
4Vtb
4*37,7912
D
0,172 (m)
*3600*y
*3600*0,45
Chọn D = 0,2 (m) = 20 (cm)
Tiết diện của tháp
* D2 *0,22
S
0,0314(m2 )
4
4
Kiểm tra chế độ làm việc
4*37,7912
*3600*0,22
Với D =0,2 m y
0,33(m / s)
y
s
0,33
0,5
0,66
Vậy chế độ thuỷ động trong tháp ở chế độ chuyển tiếp
Vtb: Lưu lượng khí trung bình đi qua tháp
1 Yc
1 Yd
Vd Vd .
Vd Vc
Vtb
37 ,7912 (m 3 / h)
2
2
Xác định chiều cao lớp đệm
H =noy*hoy
Tính số đơn vị truyền khối noy
Nhóm2.2 - ĐHMT2
26
GVHD: Thái Vũ Bình
Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO
Ta có phương trình đường làm việc:
Y 49,69X 0.0002
Y 0,0002
X
49,69
Phương trình đường cân bằng
Y 0,0002
47 ,5 .
47 ,5 X
1 47 ,5
49 ,69
*
Y
1
X
Y 0,0002
1
1 47 ,5
.
49 ,69
0,956 (Y 0,0002 )
1 0,936 (Y 0,0002 )
*
Y
3
Yv
0 , 668 *10
dY
dY
*
0,956 (Y 0,0002 )
1 0,936 (Y 0,0002 )
Y Y
Y
3
r
0 , 2026 *10
Y
Bằng phương pháp tích phân số ta tính được noy = 2,214
Chiều cao một đơn vị chuyển khối
Độ nhớt của hỗn hợp khí
ytb *M
(1 ytb )*Mkk
Mk
SO2
hhk
SO
kk
2
29
0.4353*103 *64 (1 0,4353*103 )*29
hhk
0,013*103
0,018*103
hhk 0,018*103 (N.s / m2 )
Nhóm2.2 - ĐHMT2
27
GVHD: Thái Vũ Bình
Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO
Chuẩn số Reynolds
4*y * y
*y
0,45*4*1,159
18*106
Rey
482,92
Trong đó:
y : Độ nhớt trung bình của pha khí
Chiều cao tương đương của 1 đơn vị chuyển khối theo Kafarov- Đưneski
V
1
0.4
0,73
240
1
htd 200( td )1.2 *
200(
)1.2 *
0,263m
0.450.4
Chiều cao của lớp đệm
h = htd * noy = 2,214 * 0.263=0.58 (m)
Chọn h = 0,60 m
Chiều cao của tháp đệm
H =noy*htd + (0,8 -1) = h + 0,9 =0,6 +0,9 = 1,5 m
Tính trở lực tháp
Trở lực tháp đệm khô
*h*2 * * y
4,65*0,6*0,452 *240*1,159
8*0,733
pkho
50,49(N / m2 )
8*Vtd3
16
16
4,65
Re0y.2 482,920,2
Trở lực của tháp đệm ướt
y
G
x
y
c
pu pkho *(1 A( x )m *( )n *(
)
Gy
x
0,7679*103
0,018*103
y
x )m *( )n *( x )c (
Gy x y
G
0,362
0,012
1,159
1000
0,2
(
)1,8 *(
)*(
)
1,13 0,5
Theo bảng IX.7 Trang 189 - Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất
tập 2, ta có A = 10, m = 0,945, n = 0,525, c=0,105
Nhóm2.2 - ĐHMT2
28
GVHD: Thái Vũ Bình
Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO
y
x
Gx
Gy
x
y
o,945
0,525
0,105
pu pkho *(110(
pu 50,49*(110(
)
(
)
(
)
)
0,362
0,012
1,159
1000
0,7679*103
0,018*103
0,105
)
0,945 *(
)
0,525 *(
)
588,95(N / m2 )
Chiều cao cột chất lỏng trong tháp
Gọi hc là chiều cao cột chất lỏng trong tháp (nhằm tạo ra áp lực lớn hơn tổn
thất áp suất trong tháp để giữ cho dòng khí thải vào tháp không đi ra ở đáy
tháp).
Do đó:
.g.h Ppư
hc 0,06 m
2.2. Tính toán cơ khí
2.2.1. Tính đường ống dẫn khí
Ta chọn vận tốc khí vào bằng vận tốc khí ra bằng vận tốc khí vào:
Chọn vận tốc khí vào là 10 m/s
Vd
37,8.4
D1
0,0365m
.10.3600
.v1
4
Vc
37,8.4
.10.3600
D D2
0,0365m
1
.v2
4
Vì lượng khí hòa tan vào dòng lỏng rất ít nên ta coi như Vd= Vc
Chọn đường kính ống dẫn khí là 4cm
Bề dày đường ống dẫn khí 4mm
2.2.2 Tính đường ống dẫn lỏng
Vận tốc dẫn dòng lỏng khoảng 1-3 m/s
Chọn vận tốc chất lỏng khoảng 2m/s
a) Đường ống dẫn nước vào
Nhóm2.2 - ĐHMT2
29
GVHD: Thái Vũ Bình
Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO
Ld
1,301.4
D3
0,0152m
.2.3600
.v3
4
Chọn đường ống dẫn nước vào có đường kính là 2cm
Bề dầy của đường ống dẫn nước vào khoảng 3mm
b) Đường ống dẫn nước ra
Lưu lượng dòng lỏng tại đầu vào và đầu ra không chênh lệch nhiều nên ta
có thể xem lưu lượng dòng vào bằng lưu lượng dòng ra.
Chọn vận tốc nước ra khoảng 1,2m/s
Lc
1,301.4
D4
0,0196m
.1,2.3600
.v4
4
Chọn đường ống dẫn nước ra có đường kính 2cm, bề dày của đường ống là
3mm
2.2.3. Tính bề dày thân
a) Chọn vật liệu
Thiết bị làm việc ở môi trường ăn mòn
Nhiệt độ làm việc 320C
Áp suất làm việc 800mmHg = 1,05at = 1,03.105 N/m2
Chọn vật liệu là thép không rỉ ( inox) X18H10T gồm có thành phần
C<0.1%, Crôm 18%, Niken 12%, Molipden 2%, Titan 1-1.5%, thành phần
còn lại là Fe , thân tháp phần vật liệu chứa đệm được làm bặng nhựa
Acrylic trong suốt để tiện cho quan sát trong quá trình thí nghiệm.
Giới hạn bền K 550.106 (N /m2 )
Giới hạn chảy c = 220.106 (N/m2)
Nhóm2.2 - ĐHMT2
30
GVHD: Thái Vũ Bình
Tải về để xem bản đầy đủ
41 trang
22/12/2024
10
Bạn đang xem 30 trang mẫu của tài liệu "Đề tài Sản xuất năng lượng từ rác thải", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên.
File đính kèm:
- de_tai_san_xuat_nang_luong_tu_rac_thai.doc
