Đồ án mơn học
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cao su thiên nhiên 1200 m
3
/ngày
42
GVHD: TS. LÊ HỒNG NGHIÊM
SVTH: NGUYỄN NGỌC TIẾN
Dung tích bùn tươi cần xử lý mỗi ngày:
3
3
ss
v
VV
M
839,2 kg/ngày1 m
Q= =× = 24,51 m/ngày
TSS3,4% × 1,0072 kg/L1000 L
Lượng VS của bùn tươi cần xử lý mỗi ngày:
v(vs)v(SS)
M= M× VS= 839,2 kgSS/ngày × 65% = 545,4 8 kgVS/ngày
V
5.1.1. Tính bề dày thân, nắp, đáy cho bình áp lực
• Chọn vật liệu bình: thép CT3
• Ứng suất kéo:
K
σ
= 380×10
6
N/m
2
• Ứng suất cắt:
c
σ
= 240×10
6
N/m
2
• Tốc độ gỉ = 0,06 mm/năm
• Môi trường làm việc lỏng(H
2
O): ρ = 1000 kg/m
3
• p suất làm việc: P
k
= 304,5 Kpa
• Chiều cao nước trong bình: H
lv
=1,2 m
*Bề dày của thân áp lực
=+
σφ−
t
h
DP
SC
2P
Trong đó:
t
D
: đường kính trong của bình áp lực,
t
D
= 0,85 m
φ
h
: hệ số hàn, chọn
φ
h
= 0,95
P: áp suất tính toán trong thiết bò
P= P
k
+ P
n
= P
k
+ ρ g H
lv
= 304,5 + 1000 × 9,81 × 1,2 ×
10
-3
= 316,5 Kpa
với P
n
là áp suất thuỷ tỉnh
[ ]
σ
: ứng suất cho phép của thép
Hệ số hiệu chỉnh: η = 1; n
k
=2,6; n
c
= 1,5
[ ] [ ]
62
*
62
k
kk
k
σ
380 × 10 N/m
σ = ησ= η=1 × = 146 × 10 N/m
n2,6
[ ] [ ]
62
*
62
c
cc
c
σ
240 × 10 N/m
σ = ησ= η =1 × = 160 × 10 N/m
n2,6
Lấy giá trò nhỏ nhất trong 2 kết quả vừa tính để tính toán
Đồ án mơn học
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cao su thiên nhiên 1200 m
3
/ngày
43
GVHD: TS. LÊ HỒNG NGHIÊM
SVTH: NGUYỄN NGỌC TIẾN
⇒
[ ]
σ
= 146 × 10
6
N/m
3
Hệ số bổ sung bề dày tính toán: C = C
1
+ C
2
+ C
3
= 1 mm + 0 mm + 1,5 mm = 2,5 mm
Với: C
1
: hệ số ăn mòn hoá học, C
2
=1mm
C
2
: hệ số ăn mòn cơ học, C
2
= 0 mm
C
3
: hệ số bổ sung do dung sai, C
3
= 1,5 mm
⇒
Vì
[ ]
62
k
h
3
σ
146.10 N/m
× φ=× 0,95 = 438,2 > 25
P316,5.10 KPa
nên có thể bỏ qua đại lượng P ở mẫu
số trong công thức tính bề dầy thân
⇒
bề dày thân của bình áp lực:
××
=+=+=
σφ×××
t
62
h
DP
0,85 m1000 mm/m316,5 KPa
SC2,5 mm3,47 mm
2214610 N/m0,95
Chọn S = 3,5 mm
Kiểm tra ứng suất cho phép ở bên trong thiết bò
−
−
−
==×<
3
a
3
t
SC
3,51
3100,1
D
0,85.10
p suất tính toán cho phép ở bên trong thiết bò
σφ−
××××−
==
+−+−
=×=>=
62
ha
ta
62
2(SC)
214610 N/m0,95(3,51) mm
P
D(SC)850 mm(3,51) mm
0,81410 N/m814 KPaP316,5 KPa
⇒
bài toán thoả
*Tính bề dày đáy, nắp (elip) của bình áp lực:
=+
σφ−
t
PR
SC
2P
Trong đó:
P- áp suất tính toàn trong thiết bò, N/mm
2
[ ]
σ
- ứng suất cho phép khi kéo của vật liệu làm đáy, N/mm
2
=
2
t
t
t
D
R
4h
bán kính cong bên trong ở đỉnh đáy,mm
Đồ án mơn học
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cao su thiên nhiên 1200 m
3
/ngày
44
GVHD: TS. LÊ HỒNG NGHIÊM
SVTH: NGUYỄN NGỌC TIẾN
Đối với đáy tiêu chuẩn:
t
t
h
= 0,25
D
và do đó
===
×
2
t
tt
t
D
RD0,85 m
40,25D
h
t
: chiều sâu của phần elip của đáy đo theo mặt trong của đáy
Chọn C = 2,5 mm giống như phần tính bề dày thân
Vì:
σ
×
φ=×=>
×
6
h
3
14610
0,9543825
P
316,510
⇒
323
62
316,5 × 10 KN/m × 0,85 × 10 mm
S = + 2,5 mm = 3,470 mm
2 × 146 × 10 N/m × 0,95
Vậy chiều dày đáy (nắp) là S =3,5 mm
Kiểm tra:
−
−
−
==×<
3
a
3
t
SC
3,51
3100,125
D
0,85.10
p suất tính toán cho phép ở bên trong thiết bò:
σφ−
×−
−−
×
62
ha
ta
62
2(SC)
2 × 14610 N/m× 0,95 × (3,51) mm
P==
R+ (SC)850 mm + (3,51) mm
= 0,81410 N/m= 814 KPa > P = 316,5 KPa
⇒
Bài toán thoả
5.1.2. Tính chân đỡ bình áp lực
Tính khối lượng thiết bò bằng cách tra các thông số trong bảng trong sổ tay quá trình
và thiết bò hoá chất (tập 2)
⇒
h = 1,5 m
Khối lượng thân:
−ρ
22
thânnt
p
m=(DD)h
4
Trong đó:
D
t
: đường kính trong của thân, D
t
= 0,85 m
D
n
: đường kính ngoài của thân
D
n
= D
t
+ 2S = 0,85 mm + 2 × 3,5 ×10
-3
mm = 0,857 m
: khối lượng riêng của thép CT
3
, tra bảng =7850 kg/m
3
π
⇒×−
223
thân
m=(0,857 m)(0,85 m) × 1,5 m × 7850 kg/m= 110,5 kg
4
Khối lượng bích nắp và bích đáy: S
b
=18mm
Đồ án mơn học
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cao su thiên nhiên 1200 m
3
/ngày
45
GVHD: TS. LÊ HỒNG NGHIÊM
SVTH: NGUYỄN NGỌC TIẾN
π
××−
223
bích
m= 2(1,03 m)(0,08 m) × 0,018 m × 7850 kg /m= 234 kg
4
Khối lượng bích của ống dẫn: S
b
=18mm
π
×−
223
bích ong
m= (0,185 m)(0,08 m) × 0,018 m × 7850 kg /m= 3,09 kg
4
Khối lượng nắp và đáy:
π
==ρ
2
t
đáynắpnắp
D
mmS
4
Trong đó: D
đáy
= D
nắp
= D
t
= 0,85m
−
π
==×××=
2
323
đáynắp
(0,85m)
mm3,510m7850 kg/m15,6 kg
4
Khối lượng nước:
m
nước
= Vρ = 0,68 m
3
× 1000 kg/m
3
= 68 kg
Tải trọng tác dụng lên một chân đở:
max
M
G =g
z
Với z là số lượng chân đỡ
M
max
= m
thân
+ m
đáy
+ m
nắp
+ m
bích
+ m
bich ống
+ m
H2O
= 110,5 kg + 15,6 kg +15,6 kg + 234 kg + 3,09 kg + 68 kg
= 446,8 kg
Chọn bình có 3 chân đỡ
Tải trọng tác dụng lên 1 chân đỡ là:
2
max
Mg
446,8 kg × 9,81 m/s
G = = = 1461 N
33
Chọn tải trọng cho phép lên một chân:
[ ]
G
= 0,16×10
4
N
Tra bảng, chọn loại chân đỡ ( thép CT
3
), có diện tích bề mặt đỡ F = 58,5 m
2
5.1.3. Tính đường kính ống dẫn nước thải từ bể điều hòa vào bể tuyển nổi
Lưu lượng vào bể tuyển nổi Q
= 50 m
3
/h
Chọn vận tốc nước trong ống chính: v = 1,5 m/s
Đồ án mơn học
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cao su thiên nhiên 1200 m
3
/ngày
46
GVHD: TS. LÊ HỒNG NGHIÊM
SVTH: NGUYỄN NGỌC TIẾN
Đường kính ống dẫn nước thải chính là:
=
ππ××
3
4Q4 × 50 m/h
D = = 0,1086 m = 108,6 mm
v1,5 m/s3600 s/h
Chonï ống uPVC Bình Minh 110.
5.1.4. Tính bơm nước tuần hoàn vào bể tuyển nổi
Lưu lượng tuần hoàn, Q
R
= 21,95 m
3
/h
Chọn vận tốc nước trong ống, v = 1,5 m/s
Đường kính ống là:
=
ππ××
3
R
4Q
4 × 21,95 m/h
D = = 0,07194 m = 71,94 mm
v1,5 m/s3600 s/h
Chonï ống uPVC Bình Minh 75
p dụng phương trình Bernuli cho mặt cắt nước ở đầu ra bể tuyển nổi (1) và mặt cắt
nước tuần hoàn vào bể tuyển nổi (2) tại mặt thoáng
22
1122
b1212
PvPv
H z + = Z++h
γ2.gγ2g
+++
∑
Trong đó:
Z
1
= 2,7 m; Z
2
= 2,7 m; P
1
= 0; P
2
= 304,5 KPa; V
1
= V
2
= 0
21
b12
PP
H= + h
γ
−
⇒
∑
2
12
λlv
h= ξ+
d2g
∑∑
−
−
ρ×××
===×>
µ
×
33
44
e
3
vd1,5 m/s7510 m1000 kg/m
R12,61010
0,893710kg/m.s
⇒
Chế độ chảy rối
Trong đó:
v: vận tốc nước chảy trong ống, v =1,5 m/s
d: đường kính ống, d = 75 mm
ρ: khối lượng riêng của nước, ρ = 1000 kg/m
3
µ: độ nhớt của nước, ở 25
0
C µ = 0,8937 × 10
-3
kg/m.s
Đồ án mơn học
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cao su thiên nhiên 1200 m
3
/ngày
47
GVHD: TS. LÊ HỒNG NGHIÊM
SVTH: NGUYỄN NGỌC TIẾN
Hệ số ma sát:
λ=×+=×+=
×
0,25
0,25
4
e
e1000,2100
0,11,460,11,460,0262
dR75
12,610
Trong đó: e là độ nhám tuyệt đối, e = 0,2 mm (tra bảng theo phụ lục 12, quá trình và
thiết bò hoá học tập 10)
Tổng hệ số ma sát cục bộ
ξ=ξ+ξ+ξ+ξ+ξ+ξ=+++×++=
∑
cb123456
0,510,551,10,250,258
Trong đó:
5,0
1
=
ξ
: hệ số trở lực khi vào ống hút
1
2
=
ξ
: hệ số trở lực khi ra ống hút
5,0
3
=
ξ
: hệ số trở lực van một chiều
1,1
4
=
ξ
: hệ số trở lực khuyểu cong 90
0
25,0
5
=
ξ
: hệ số đột mở ở bồn áp lực
25,0
6
=
ξ
: hệ số độ thu ở bình áp lực
Những thông số này tra ở phụ lục 13 - Quá trình và thiết bò hoá học - tập 10
Chọn chiều dài tổng đường ống là 6 m
Tổng tổn thất:
×
∑
2
12
2
0,0262 × 6 m(1,5 m/s)
h=8 + = 1,17 m
0,07 m
2 × 9,81 m/s
p lực của bơm:
=
32
b2
32
304,5 × 10 N/m
H + 1,17 m = 32,2 mHO
1000 kg/m × 9,81 m/s
Công suất bơm ly tâm:
b
QHρg
N =
1000η
Trong đó:
Q: năng suất của bơm; Q =
×
3
-33
R
21,95 m/h
Q= = 6,097 10 m/s
3600 s/h
H
b
: Cột áp của bơm, H
b
= 32,2 m
ρ = 1000kg/m
3
η = 55%, hiệu suất bơm
−
×
3332
6,09710m/s × 32,2 m × 1000 kg/m × 9,81 m /s
N = = 3,5 kW
1000 × 55%
Đồ án mơn học
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cao su thiên nhiên 1200 m
3
/ngày
48
GVHD: TS. LÊ HỒNG NGHIÊM
SVTH: NGUYỄN NGỌC TIẾN
Bơm được chọn theo 2 thơng số:
Q
R
= 21,95 m
3
/h
H = 32,2 mH
2
O
Vậy bơm tuần hồn được chọn là bơm chìm hiệu EBARA loại 3(L)M 40-160/4.0 có
lưu lượng 22 m
3
/h, chiều cao cột áp 35,5 mH
2
O, cơng suất 4 kW. Mua 2 bơm để chạy
ln phiên và dự phòng
Bảng 5.3 Catalogue bơm EBARA model 3(L) M 40-160/4.0
5.1.5. Tính máy nén khí
Lưu lượng khí cung cấp:
A
S
= 0,04
A = 0,04 S⇒
Trong đó: S: lượng cặn tách ra trong 1 phút, L/gam
33
aT
71,95 m/h × 1000 l/m
S = SQ= 540 mg/l × = 647550 mg/phút = 647,55 g/phút
60 phút/h
⇒
A = 0,04 L/g × 647,55 g/phút = 25,90 L/phút 0,026 m
3
/phút
Đồ án mơn học
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cao su thiên nhiên 1200 m
3
/ngày
49
GVHD: TS. LÊ HỒNG NGHIÊM
SVTH: NGUYỄN NGỌC TIẾN
Chọn thông số tính toán máy khí nén khí:
Q
k
= A = 26 m
3
/phút và áp suất trong bình áp lực p = 304,5 kPa
Chọn máy nén khí ly tâm 2 cấp
Lưu lượng của máy nén khí: Q
k
= 0,026 m
3
/phút = 1,554 m
3
/h
Công nén đoạn nhiệt của máy nén 2 cấp:
−
−
2
1
1
k1
kz
P
k
L=ZRT1, J/kg
k-1P
Trong đó:
Z: số cấp nén = 2
T
1
: nhiệt độ tuyệt đối của không khí đầu vào; T
1
= 273 + 25 = 298 K
R: hằng số chất khí;
µ
=
µ
R
8314 J/kmolK
R = = 286,7 J/kgK
29 kg/kmol
k: số mũ đoạn nhiệt;
P
V
C
29,3 kJ/kmolK
k = = = 1,4
C20,9 kJ/kmolK
( đối với không khí)
P
1
: p suất tuyệt đối ban đầu: P
1
= 1 bar = 10
5
N/m
2
P
2
: p suất cuối của quá trình nén:
P
2
= p + P
kq
= 3,045 ×10
5
Pa +10
5
Pa = 404,5 ×10
3
Pa
−
×
×
=×××−=×=
−
1,41
3
1,42
3
5
1,4404,510
L2286,72981132,1510 J/kg132,2 kJ/kg
1,41
10
Công suất lý thuyết của máy nén:
LT
N= GL
Trong đó:
G: Năng suất của máy nén, kg/s; G = Q
k
= 1,554 m
3
/h × 1,2 kg/m
3
= 1,865 kg/h
L: Công nén 1 kg không khí từ áp suất P
1
đến P
2
LT
1,865 kg/h × 132,2 kJ/kg
N= = 0,06848 kJ/s = 0,06848 kW = 68,48 W
3600 s/h
Công suất thực tế của máy nén đoạn nhiệt:
=
η
LT
TT
dn
N
N
Với
dn
η:
Hiệu suất đoạn nhiệt:
dn
η
∈ (0,8÷0,9)
Đồ án mơn học
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cao su thiên nhiên 1200 m
3
/ngày
50
GVHD: TS. LÊ HỒNG NGHIÊM
SVTH: NGUYỄN NGỌC TIẾN
===
TT
68,48 W
N76,1 W0,102 Hp
0,9
Tính áp lực của máy nén khí
21
dcf
PP
H = H+ H+ H++Δz
γ
−
Trong đó:
H
d
: tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài ống dẫn, H
d
= 0,4 m
H
c
: tổn thất cục bộ, H
c
= 0,4 m
H
f
: tổn thất qua đầu phân phối khí, H
f
= 0,5 m
P
1
= 0
P
2
= 304,5 kN/m
2
Δz
= 1,2m
−
⇒
2
3
(304,5 0) kN/m
H = 0,4 m + 0,4 m + 0,5 m + + 1,2 m = 33 ,14 m
9810 N/m
Áp suất cần thiết của máy nén:
P = H = 9810 N/m
3
× 33,14 m = 32,5.10
4
N/m
2
= 3,25 bar
Máy nén khí được chọn theo 2 thơng số:
Q = 1560 m
3
/h
H = 3,25 bar
N
TT
= 0,102 HP
Vậy chọn máy nén khí Puma – Đài Loan model PK0140 có lưu lượng 50 L/phút, áp
suất làm việc 8 kg/cm
3
, cơng suất 0,18 HP. Chọn 2 máy nén khí để chạy ln phiên và dự
phòng.
Bảng 5.4 Catalogue máy nén khí Puma-Đài Loan model PK0140
Đồ án mơn học
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cao su thiên nhiên 1200 m
3
/ngày
51
GVHD: TS. LÊ HỒNG NGHIÊM
SVTH: NGUYỄN NGỌC TIẾN
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét