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
1.4.3. Có 2 phương pháp hấp thụ 6
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
1.5.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp thu 14
2. Tính toán công nghệ tháp hấp thụ xử lý SO2 14
2.1. Xác định các thông số đầu vào 14
2.2. Xác định các dòng vật chất – Đường cân bằng pha 20
2.2.3. Tính bề dày thân 30
2.2.4. Tính nắp và đáy thiết bị 32
2.2.7. Tính tai treo 35
TÀI LIỆU THAM KHẢO 40
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

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

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
β
F(y – y
p
) =
β
1
F(x – x
p
).
Còn quá trình vận chuyển vật chất từ pha này sang pha khác sử dụng
phương trình:
G =
k
β
F(y – y
*
) = K
1
F(x – x
*
)
Trong đó:

l
: hệ số truyền khối trong pha khí và lỏng, m/s
Quan hệ giữa hệ số truyền khối
β
và hệ số truyền khối tổng quát như sau:

k
k
1
=
k
β
1
+
1
1
β

1
1
k
=
k
m
β
1
+
1
1
β

*
= 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:
y
*
=
P
H
x = mx (3)
Trong đó
y
*
: nồng độ phần mol của chất hòa tan trong pha khí cân bằng với pha
lỏng
m =
P

Phương trình đường cân bằng của quá trình hấp thu có thể biểu diễn như
sau:
y
*
=
P
H
= mx =
P
P
0
x
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
Nhóm2.2 - ĐHMT2 9 GVHD: Thái Vũ Bình
L
đ
,x
đ
G
c
, y
c

:suất lượng mol tổng cộng của pha khí vào và ra khỏi thiết bị, mol/h.
L
tr
, G
tr
: suất lượng mol tổng cộng của phần trơ trong pha lỏng và pha khí,
mol/h
x
đ
, x
c
: phần mol của chất A trong pha lỏng vào và ra khỏi thiết bị
X
đ
, X
c
: tỷ số mol của chất A và chất trơ trong pha lỏng
y
đ,
y
c
: phần mol của chất A trong pha khí vào và ra khỏi thiết bị
Y
đ
, Y
c
:tỷ số mol của chất A và chất trơ trong pha khí
P
t
: áp suất tổng

p
y
y
Y
t
−
=
−
=
1
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
X
−
=
1
Phương trình cân bằng
G
đ
.Y
đ
+ L
c
.X
c
= G
c

=−=
1
)1(
Ta có phương trình đường thẳng(đường làm việc) trên tọa độ X,Y có hệ số
góc là L
tr
/G
tr
và đi qua 2 điểm (X
đ
, Y
c
) và (X
c
, Y
đ
)
Lượng dung môi tối thiểu cho quá trình hấp thu là: L
min
Nhóm2.2 - ĐHMT2 11 GVHD: Thái Vũ Bình
A
Y
ñ
Y
c
X
ñ
X
c
X

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)L
min
1.5.2. Cân bằng nhiệt lượng
Ta có phương trình cân bằng nhiệt lượng:
G
đ
I
đ
+ L
đ
C
đ
T
đ
+ Q
đ
= G
c
I
c
+ L
c
C
c
T
c
+ Q
c

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

Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO
Thành phần cháy
C
H
O
N
S
% trọng lượng
84.6
11
0.3
0.2
1.6
Độ tro(A) 0.3
Độ ẩm(W) 2
Khối lượng riêng của dầu F.O ở 15
0
C: 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
lượng cần
tính
Đơn
vị
Công thức tính Giá trị
Lượng
kk khô cần
thiết cho
quá trình

t =
30
0
C,φ =
65% => d =
17 (g/kg)
Lượng
kk ẩm thực
tế với hệ số
thừa kk α =
1,4
m
3
chuẩn/
kg nhiên
liệu
at
VV .
α
=
15,064
Lượng
khí SO
2
trong spc
m
3
chuẩn/
kg nhiên
liệu

2
trong
spc
m
3
chuẩn/
kg nhiên
liệu
pCO
CV )1.(10.853,1
2
2
η
−=
−
1.158
Nhóm2.2 - ĐHMT2 16 GVHD: Thái Vũ Bình
Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO
Lượng
hơi nước
trong spc
m
3
chuẩn/
kg nhiên
liệu
tppOH
dVWHV 0016,00124,0111,0
2
++=

2
−=
α
0,6030
4
Lượng
NO
x
trong
spc
m
3
chuẩn/
kg nhiên
liệu
x
x
NO
NO
B
B
V
ρ
.
.10.723,1
18,13−
=
9,451
x10
-4

m
3
chuẩn/
kg nhiên
liệu
x
NOO
VV
=
'
2
9,451
x10
-4
Nhóm2.2 - ĐHMT2 17 GVHD: Thái Vũ Bình
Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO
Lượng
spc tổng
cộng ở điều
kiện chuẩn
m
3
chu
ẩn/ kg
nhiên
liệu
''
2222222
ONNOONOHCOCOSOspc
VVVVVVVVVV

2,

ρ

= 2,926
g/s
3600
10
22
3
SOSO
BV
ρ
0,0173
Tải
lượng CO
ρ = 1,25
g/s
3600
10
3
COCO
BV
ρ
6,377
x10
-3
Tải
lượng CO
2

10 BAa
p
3,233
x10
-4
Với
18,13
.10.723,1 BM
x
NO
−
=
(kg/h)
Nồng độ phát
thải các chất ô
Đơn vị Công thức
tính
Giá trị
Nhóm2.2 - ĐHMT2 18 GVHD: Thái Vũ Bình
Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO
nhiễm
SO
2
g/m
3
TSO
LM /
2
1,3
CO g/m

thải ta có số liệu như sau:
Lưu lượng khói spc ở đk thực tế (t
khói
=60
0
C)
)/(8,37)/(0105,0
273*3600
)60273(*94,1*034,16
.
3600
.
3
1
2
hmsm
T
T
BV
L
spc
T
==
+
==
Nồng độ các chất ô nhiễm ở 60
0
C
C
SO2

3
 Nhiệt độ dòng khí thải đầu vào t1 = 60
0
C
 Chọn nhiệt độ làm việc của thiết bị tk =32
0
C
 Chọn dung môi phun vào tháp đệm là nước
 Nhiệt độ nước đi vào tháp t = 25
0
C
 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
( )
)/(1456456.1
4,22
1
*)
760
800
(*)
333
273
(*8.37
hmol
h
kmol

)/SO (mol 10*668,0
5,38
0257,0
2
3
d
1
molhhy
C
C
y
d
−
=
==
Tỷ suất mol SO2 trong pha khí






≈
−
==
−
−
−
khíhh kmol
SO mol

molhhmolSOy
c
−
==
Tỷ suất mol SO2 đầu ra
3
3
3
10*2026,0
10*2026,01
10*2026,0
1
−
−
−
=
−
=
−
=
c
c
c
y
y
Y
(mol SO
2
/mol khí)
Suất lượng SO2 ban đầu

mol
G
mol
molSO
mol
yGG
SO
hhSO
Suất lượng mol của cấu tử trơ
G
tr
= G
hh
.(1 - Y
ñ
) = 1456*(1 – 0,668*10
-3
) = 1455,027 (mol/h)
Hiệu quả của quá trình hấp thu
%67,69%100*
668,0
2026,0668,0
=
−
=
−
=
d
cd
Y

=
′
−=−=
′
Suất lượng hỗn hợp khí thải đầu ra
Nhóm2.2 - ĐHMT2 21 GVHD: Thái Vũ Bình
Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO
( )
h
mol
G
GGG
hh
SOhh
322,1455
295,0027,1455
2
trô
=
′
+=
′
+=
′
Khối lượng riêng của hỗn hợp khí thải
( )
kmolhh
kmolSO
yy
y



+
−+
=






+
−+
=
−−
3
77
.
159,1
273
32273
*4,22
29*10.353,4164*10*353,4
273
273
*4,22
.1
2
m
kg

P
H
m
(t=32
0
C, H =38000)
Trong đó: H là hằng số Henry để xác định đường cân bằng
Phương trình đường cân bằng
y
*
= mx
⇒
X
X
Xm
mX
Y
)5,471(1
5,47
)1(1
*
−+
=
−+
=
Xác định điểm X
cmax
Giả sử dung môi ban đầu đi vào tháp đệm là nước sạch, X
đ
=0

−−
=⇒
−+
=

Nhóm2.2 - ĐHMT2 22 GVHD: Thái Vũ Bình
Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO
Xác định lượng dung môi tối thiểu cần cho tháp
ñ
ñ
trô
XX
YY
G
L
C
C
−
−
=
max
min
⇒








010*405,1
trôkhí mol
SO
10*2026,010*668,0
*027,1455
min
2
5
2
33
min
=








−






−
=
−

G
L
c
c
tr
hp
⇒
X
c
= 9,366*10
-6
(mol SO
2
/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
)
Nhóm2.2 - ĐHMT2 23 GVHD: Thái Vũ Bình
Tính toán thiết kế tháp đệm xử lý khí thải dầu FO
Chọn vật liệu đệm
Vòng sứ xếp ngẫu nhiên
• Kích thước 20 x 20 x 2,2
• Bề mặt riêng σ =240 m
2
/m

2
).().(75,1.log
x
ytb
tb
tb
l
x
xd
ytbñs
G
L
A
Vg
ρ
ρ
µ
µ
ρ
ρσω
−=







tb
: Suất lượng trung bình của pha lỏng và pha khí trong tháp(kg/s)
Độ nhớt của nước ở 25
0
C
l
µ
=0,8937 * 10
-3
Ns/m
2
Độ nhớt của nước ở 32
0
C
x
µ
= 0,7679 * 10
-3
Ns/m
2
Suất lượng trung bình của hỗn hợp khí thải
)/(012.0)/(661,1455
2
322,14551456
2
skghmol
GG
G
ravào
tb

−=
















−
−
ωωω
ω
Vậy vận tốc dòng khí đi trong tháp
y
ω
= 0,45(m/s)
Đường kính tháp
172,0
45,0*3600*
7912,37*4
*3600*