xây dựng mô hình vật lý mô phỏng công nghệ xử lý khí thải lò đốt vỏ hạt điều

Báo cáo đề tài: Xây dựng mô hình vật lý mô phóng công nghệ xử lý khí thải lò đốt v6 hat điều phục vụ công tác giảng dạy Đó là lý do tôi thực hiện đề tài nghiên cứu: “Xây dựng mô hình vật

XÂY DỰNG MÔ HÌNH VAT LY MO PHONG

CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ THAI LÒ DOT vo

Chi nhiém dé tai: ThS Lam Vinh Son

Bao cáo đề tài: Xây dựng mô hình vật lý mô phỏng công nghệ xử lý khí thải lò đất vỏ hạt điều phục vụ công tác giảng day

MỤC LỤC

"0/4127 .ÔÔÔÔỎ 01

001 008,(9127 1000 02

mẽ óc nh 02 1.2 Mục tiêu để tài + 2s cscstcrecxecrgE1211113112117111131111 11 1kerkkrrkrrriee 02 l0 8h 02

1.4 Nơi và quy mô áp dụng kết quả nghiên cứu -. - 5 sexereereersresrree 02

2.3 Khí thải trong sản xuất hạt điều 27+ SeSrtxExEEkErrrkerrrerrrrrerrrerree 07

2.3.1 Thành phần, nguồn gốc khói thải 5-52 + se Stexekeeksrkrkerxerseree 07 2.3.2 Tác hai ctia KNOi thai co.ccescccccccssssssssscesseessecssecsecsccssccecessecneessccecensecseensenneese 11

2.4 Các phương pháp xử lý khí thải lò đốt vỏ Hạt Điều cccccecccrerrerree 1]

2.4.1 Phuong phap hap thu o cecsccccsesssssssessessecsssesecsssesnceseeceeeseeseeentecseenseseeeness 11 2.4.2 Phương pháp hấp phụ ¿2 2+2 ekxeEkerkrrrerrerkrrkrrkerrerkerkd 13

"Noo a0 1 1n 14 8Ú 9860 vn 15 Chương 3 GIỚI THIỆU MÔ HÌNH VẬT LÝ MÔ PHỎNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ THẢI LÒ ĐÓT VỎ HẠTT ĐIỂU + ++2++E+++r+trEt+rkeExerkerxeerkerkeerkered 16

3.2.1.Giới thiệu mô hình tổng quát . - 5-5 xe+xteEevrerrrkerrerkrrkrred 16 3.2.2.Thành phần - chức năng các thiết bị chính . . . ‹ 17 3.3 Các bước tiến hành khi chạy mô hình - - + s5 + +xexxekeksreerkerkrrkrrxres 21 Chương 4 K ÉT LUẬN VÀ KIẾN NGH | 2-5 + x+xeertersrtereerxerkrevee 23 4.1 Kết Luận ¿25 scke‡ExeEkeEEerrkrrkerreee TH HH1 11211 11111.111.111 cx 23

Báo cáo đề tài: Xây dựng mô hình vật lý mô phóng công nghệ xử lý khí thải lò đốt v6 hat điều phục vụ công tác giảng dạy

Đó là lý do tôi thực hiện đề tài nghiên cứu: “Xây dựng mô hình vật lý mô phỏng công

nghệ xử lý khí thải lò đốt vó hạt điều phục vụ công tác giảng dạy”

1.2 MỤC TIỂU CỦA ĐÈ TÀI

Xây dựng mô hình vật lý phục vụ công tác giảng dạy thực hành xử lý chuyên ngành Môi Trường - thuộc trường ĐH Kỹ Thuật Công Nghệ TPHCM

1.3 NOI DUNG DE TAI

Y Thu thap tai liệu có liên qua đến ngành hạt điều, công nghệ sản xuất và

chế biến hạt điều, công nghệ xử lý khí lò đốt vỏ hạt điều

v Tham quan các mô hình xử lý khí lò đốt vỏ hạt điều

v Xây dựng mô hình vật lý mộ phỏng công nghệ xử lý

1.4 NƠI VÀ QUY MÔ ÁP DỤNG KÉT QUẢ NGHIÊN CỨU:

Mô hình được xây dựng tại Phòng thí nghiệm mô hình — khoa Môi Trường và công nghệ sinh học - Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.HCM

Báo cáo đề tài: Xây dựng mô hình vật lý mô phỏng công nghệ xử lý khí thải lò đốt vỏ hạt điều phục vụ công tác giảng dạy

trên thế giới có khoảng 50 nước trồng và chế biến hạt điều, trong đó các nước có sản

lượng lớn là Ấn Độ, Braxin, Kenya, Mazambique, Tantania, Malaysia, Srilanca,

Nigieria, Philippin Các nước tiêu thụ nhân hạt điều với số lượng lớn là Mỹ, Anh, Pháp, Đức, Úc, Trung Quốc Năm 1980, Việt Nam bắt đầu phát triển cây điều với

khoảng 1000ha, năm 1999 là 18.9000ha, năm 2004 là 350.000ha và hiện nay Việt

Nam là nước đứng đầu thế giới về sản lượng và đứng thứ hai thế giới về chế biến hạt điều

2.1 HAT DIEU:

2.1.1 Cấu tạo hạt điều:

Cấu tạo của hạt điều gồm có 2 phần: nhân và vỏ

> Nhân chiếm khoảng 25 + 35% hạt, có giá trị đinh dưỡng cao

> Vỏ hạt điều chiếm 65 + 75% hạt gồm có 3 lớp:

- Lépvongoaidai,citmg,ngnhan

- _ Lớp vỏ giữa xốp như tổ ong, chứa dầu vỏ hạt, còn gọi là dầu “cashew”

- _ Lớp vỏ trong cùng cứng như đá bao bọc phần nhân và vỏ lụa

phytostcarin đặc biệt

b) Vỏ bạt điều

Bảng2.2: Thành phân chính của vỏ hạt

(Nguồn: Phạm Văn Nguyên, 1991)

Thành phần hóa học của dầu vỏ: Thành phần chủ yếu của dầu vỏ hạt là axit anacardic,

ngoài ra còn có một lượng nhỏ cardol và 2-methylcardol Trong thực tiễn tách nhân và

dầu vỏ hạt bằng phương pháp xử lý nhiệt ở 200°C (phương pháp chao dầu) axit

anacardic chuyên hóa thành cardanol

2.1.3 Tính chất dầu hạt điều

Cardol chiếm khoảng 13% công thức tổng quát C;¿H;;O; là chất lỏng màu vàng đỏ nhạt, để ra không khí chất này chuyển thành màu nâu, hơi của chất này có tác dụng kích thích đối với mắt, gây ho, viêm đường hô hấp Nhưng cardol không có tác dụng

xấu đến với đường tiêu hóa và không tan vào dịch tiêu hóa

Axit anacardic là một thứ bột nhuyễn màu xanh lơ, trong suốt, CÓ VỊ nồng và thơm, tan được trong rượu, cồn và ete, nóng chảy ở 26°C, công thức tổng quát là Cạ¿H;;Os trong

đó có 76,66% Cacbon, 9,3% Hydro, 13,94% là Oxy

Cardanol có điểm nóng chảy ở 53 + 55C là thành phần quan trọng của dầu vỏ, màu sáng

2.2 NHỮNG GIAI ĐOẠN CHÍNH TRONG SẢN XUAT HAT DIEU:

Báo cáo đề tài: Xây dựng mô hình vật lý mô phỏng công nghệ xử lý khí thải lò đốt vỏ hạt điều phục vụ công tác giảng dạy 2.2.1 Xử lý nhiệt (rang)

Xử lý nhiệt là dùng nhiệt làm cho vỏ hạt điều phồng lên, nứt ra dé dầu vỏ bên trong

thoát ra, đồng thời tạo ra một khoảng hở giữa vỏ và nhân, khi bóc vỏ nhân không bị dễ

vỡ và không bị dính bân dầu vỏ Có 2 cách rang:

a) Rang trực tiếp đơn giản — còn gọi là phương pháp đốt (Dium roasting) b) Rang trong dầu vỏ CNSL — còn gọi là chao dấu (Oil bath roasting) 2.2.2 Phân cỡ sơ bộ:

Phân cở sơ bộ ra làm 3 loại lớn, trung bình, nhỏ để có chế độ ẩm hóa thích hợp

Hình 2.2 Thiết bị dùng để phân cỡ sơ bộ

(Hình chụp sau chuyến đi thực tế ở Bình Phước)

2.2.3 Rửa sạch đất cát bám ở võ:

Nếu không loại bỏ đất, cát thì các thành phần đất cát này sẽ lắng đọng trên bề mặt

truyền nhiệt của thiết bị chao, gây hiện tượng quá nhiệt cục bộ ở những nơi đó và làm

cho thiết bị mau hư hỏng, đất cát làm cho dầu dùng để chao mau bị đặc cản trở dầu vỏ thoát ra trong quá trình chao

2.2.4 Âm hóa

Âm hóa thực chất là đưa thêm nước vào bên trong hạt điều, quá trình này giúp cho dầu

vỏ dễ thoát ra ngoài trong khi chao dầu làm cho nhân đẻo hơn và khó vỡ hơn

Báo cáo đề tài: Xây dựng mô hình vật lý mô phỏng công nghệ xử lý khí thải lò đất vỏ hạt điều phục vụ công tác giảng day

Hinh 2.3 Thiét bị tách vỏ cơ giới kết hợp thủ công

(Hình chụp sau chuyến đi thực tế ở Bình Phước)

2.2.6 Say

Hình 2.4: Lò xấy

(Hình chụp sau chuyến đi thực tế ở Bình Phước)

Sấy với mục đích là làm giám độ ẩm, làm khô nhân và quan trọng là làm giảm sự bám

đính của vỏ lụa và nhân giúp cho công đoạn bóc vỏ lụa đễ dàng hơn

2.2.7 Bóc vỏ lụa

Sau khi đã sấy đạt yêu cầu, nhân được chuyển sang công đoạn lột vỏ lụa Lột vỏ lụa phải đảm bảo không còn sót vỏ lụa trên nhân, không làm bể vỡ và cạo gọt nhân (quá mức quy định cho phép)

2.2.8 Phân cấp hạng sản phẩm:

Thông thường người ta phân loại nhân điều theo màu sắc tự nhiên và mức độ bể vỡ của nhân

2.2.9 Đóng gói

Sau khi phân cấp hạng đúng chuẩn, hạt điều được đóng vào thùng

Báo cáo đề tài: Xay dựng mô hình vật [ý mô phóng công nghệ xử lj khí thải lò đốt vỏ hạt điều phục vụ công tác giảng dựy

2.3 KHÍ THÁI TRONG SAN XUAT HAT DIEU:

2.3.1 Thành phần, nguồn góc của khói thai lò đốt vỏ hạt điều

Vỏ hạt điều được đưa vào làm nguyên liệu dùng đốt ở lò chao dầu, vỏ có chứa dầu cashew làm cho khói thải của lò đốt đen đậm đặc mang nhiều bụi, chứa các chất độc

hại gây nguy hiểm đối với con người Từ đây có thể thấy được việc đầu tư xử lý khí

thải cho lò đốt vỏ hạt điều để đạt được tiêu chuẩn cho phép là hết sức cần thiết

Khói bụi, hơi Hydrocacbon cháy không hoàn toàn từ lò đốt chao hạt điều được cấp

nhiệt nhờ vào vỏ hạt điều và gas làm nhiên liệu lò đốt điều dẫn đến khí thải có chứa

bụi và các chất hữu cơ gây mùi thoát ra ở ống khói |

Hydrocacbon hữu cơ từ chảo chao thoát ra là do sự phân hủy anacardic thành cardanol, CO; và các hơi dẫn suất cardanol Các hợp chất này cũng được thải trực tiếp qua ống khói

Khói bụi, hợp chất hữu cơ cháy không hoàn toàn chủ yếu là bụi, CO và các chất hữu

cơ bay hơi

Nguồn gây ô nhiễm môi trường do chế biến hạt điều gây ra có thể phân tích như sau:

v_ Hơi dẫu bốc lên từ chảo chao:

Qúa trình chao được thực hiện từng mẻ gián đoạn bằng cách nhúng hạt điều khô vào

chảo dầu vỏ hạt điều đang sôi khoảng 180 — 2000C Ở nhiệt độ này dầu sẽ bay hơi cùng với thao tác chao Hơi dầu bốc lên được hệ thống chụp hút thu gom và quạt đây đưa đòng khí chứa hơi dầu ra môi trường bên ngoài Đây là nguồn ô nhiễm lớn chưa

được xử lý trước khi thải ra môi trường xung quanh

Y Bui tic lo dot v6 hat diéu

Việc đốt 1 lượng lớn vỏ hạt điều khá lớn sẽ tạo ra một lượng bụi tro đáng kể Tuy

nhiên điều đáng quan tâm trong lò đốt này là:

> Việc đốt cháy vỏ thường xảy ra không hoàn toàn nên tạo ra một lượng bụi lớn

Báo cáo đề tài: Xây dựng mô hình vật lý mô phông công nghệ xử lý khí thải lò đất vỏ hạt điều phục vụ công tác giảng dạp

> Tro sinh ra không được lấy khỏi lò đốt thường bốc lên cùng dòng khí thải

trong quá trình cấp vỏ đốt, làm nồng độ bụi trong dòng khí thải ra ống khói

đao động mạnh theo chu kỳ cấp nhiên liệu đốt

> Việc cấp vỏ vào lò đốt không liên tục do thói quen của công nhân cũng là một nguyên nhân đáng kê gây ra quá trình cháy không hoàn toàn của vỏ hạt

điều dẫn đến sự thăng giáng của các CÔN

v_ Khói thải phát sinh từ lò đốt:

Thành phần chính của khói thải ngoài bụi còn có hỗn hợp khí thải chính gồm có

CO, CxHy (các hydro carbon), hơi dầu có trong hạt điều dạng chưa cháy hoặc cháy không hoàn toàn Hỗn hợp khí thải này sẽ kết hợp với tro tạo nên mồ hóng dạng khói

đen làm tăng thêm nguồn ô nhiễm Đây cũng chính là nguồn ô nhiễm lớn hiện nay tại

các cơ sở chế biến hạt điều

v_ Hơi dầu bay ra trong quá trình ly tâm:

Trong quá trình ly tâm hạt, một lượng hơi dầu bị bay hơi vào môi trường xung quanh, tuy nhiên ở mức độ thấp có thể khắc phục được bằng một số giải pháp đơn giản Ngoài ra hơi dầu trong vỏ hạt điều còn lan tỏa vào môi trường ở các khâu: phân loại, tách vỏ cứng, bóc vỏ lụa, nhưng ở mức độ thấp hơn

Bảng 2.3 Thành phần khói thải sau buông đất vỏ

Ché d6 TN > Đốt có điêu chỉnh sự thất thoát

A ` `

Lan I Lan 2 Lan 3 Lan I Lan 2 Lan 3

Báo cáo đề tài: Xây dựng mô hình vật lý mô phỏng công nghệ xử lý khí thải lò đốt vỏ hạt điều phục vụ công tác giảng day không ôn định, trong lò đôt vỏ hạt điêu thường xảy ra dội lửa, tắc nghẽn lò, gây nhiêu

nhiệt trong buồng đốt, điều này sẽ kìm hãm sự cháy hoàn toàn nhiên liệu (vỏ hạt điều)

Bang 2.4 Thanh phan hơi dầu bốc lên trong chảo chao

- khí về

Thông số v Lan 1 Lan 2 Lan 3 Lan 1 Lan 2 Lan 3

Nhiệt độ ỨC) 98 09 95 76 73 72 Tong Phenol 164 170 160 48 41 66

Chéd6 TN > Dùng quạt hút đưa 1⁄2 dòng Dùng quạt hút, đưa 3⁄4 dòng

Nhận xét: Tại vị trí miệng chảo chao, dầu vỏ hạt điều sôi ở 180 — 2000C, sẽ bốc hơi,

do đó chất ô nhiễm ở đây chủ yếu là tổng Phenol, nồng độ bụi đo được rất thấp

Khi không dung quạt hút can thiệp tổng Phenol trong hơi dầu tập trung nhiều tại hệ thống bít kín miệng lò chao, nên nồng độ tổng Phenol đo được rất cao

Khi dung quạt hút thì tuỳ thuộc vào lưu lượng hút mà nồng độ tổng Phenol đo được có

sự dao động, song do sự bốc hơi liên tục trong chảo chao nên đến một thời điểm nào

đó việc tăng luư lượng quạt hút không còn tác dụng

độ ẾC) |_ (%) (%) _ | (mg/m)) | (mg/m)) | (mg/m)) | (mg/m))

TNI 641 17 22 406 76 2347 80 TN2 650 16 3,1 412 45 2220 69 TN3 637 17 4.0 399 48 2433 83

Thay đôi cấp li éu

TNI 652 12 6.4 158 35 1624 69 TN2 645 15 7,0 211 33 1536 80 TN3 635 17 6,4 162 36 1656 74

Thay đổi cấp liệu kết hợp điều chỉnh O; thâ

độ CC) |_ (%) (%) | (mg/m*) | (ng/m) | (mg/m) | (mg/m”) TNI 646 7,2 6,3 148 34 1760 71 TN2 655 1l 59 146 28 1905 70 TN3 640 6,7 7 170 32 1750 81 Thay đôi cấp liệu kết hợp điều chinh O, thap và bảo ôn 16 dét chéng that thoát

nhiệt

độ CC) |_ (%) (%) | (ng/m) | (mg/m) | (mg/m)) | (mg/m)) TNI 827 8 6,9 128 31 1530 78 TN2 866 8,3 7,3 133 26 1360 92 TN3 860 7,5 74 131 30 1120 96

Thay đối cấp liệu kết hợp điều chỉnh O; thập và bảo ôn lò đốt chống thất thoát

nhiệt Nhiệt | O; dư CO; Bụi | Yphenol| CO NO,

độ CC) |_ (%) (%) | (mg/m) | (mg/m*) | (mg/m)) | (mg/m))

TNI 886 8 8.4 98 34 1470 108 TN2 880 8 8,6 102 32 1220 99 TN3 900 9 8,4 66 32 1015 115

Khi thay đổi cấp độ chất ô nhiễm trong nguồn thải có xu hướng giảm thiểu Bụi giảm

được khoảng 50%, tổng Phenol khoảng 25% và CO giảm được khoảng 30% Điều này

còn chứng tỏ khi nhập liệu đồn đống, không những tro bụi bị thăng giáng làm nồng độ

bụi dao động mạnh theo chu kỳ cấp liệu mà chiều dày lớp nhiên liệu quá lớn dẫn đến

lượng không khí cung cấp không hoà trộn được để đốt cháy tốt nhiên liệu

Khi thay đổi cấp liệu kết hợp điều chỉnh O; thấp, nồng độ bụi và tổng Phenol có giảm

nhưng không nhiều, tuy nhiên nồng độ CO lại cao hơn Điều này chứng tỏ rằng việc

Báo cáo đề tài: Xây dựng mô hình vật lý mô phông công nghệ xử lð khí thải lò đốt vỏ hạt điều phục vụ công tác giảng dạy

giảm oxy không tạo điêu kiện xáo trộn tôt, cũng chưa cải thiện được chê độ đôt Ta ghi

nhận được một điều khi nồng độ oxy thấp thì tổng tải lượng thải sẽ giảm hơn

Khi thay đổi cấp liệu kết hợp điều chỉnh O; thấp và bảo ôn lò đốt thất thoát nhiệt thì

điều kiện đốt có cải thiện hơn Kết quả cho thấy: Bụi giảm được từ 9 — 13%, tổng

Phenol 6 - 8% , CO giảm từ 24 — 36%

Khi các điều kiện trên đã được điều chỉnh tốt nếu giữ được nhiệt độ của lò luôn cao

hơn nhiệt độ cháy của dòng khí thải và ôn định thì phương pháp này mang lại hiệu quả

rất khả quan Các chất ô nhiễm còn có khả năng giảm thiểu nữa, cụ thể kết quả đo

được cho thấy bụi giảm được hơn 20%, tổng Phenol giảm từ 2 — 11%, CO giảm được

gần 24%

Kết quả nghiên cứu lựa chọn điều kiện đốt thích hợp đối với lò đốt vỏ hạt điều là cơ sở

đó cải tiên hoạt động của lò đốt của các cơ sở chế biến hạt điều hiện nay Nó đi theo

một hướng giải quyết mới đó là quan tâm đến việc giảm thiểu tại nguồn trước khi bắt

đầu vào xử lý cuối đường ống Điều này rất phù hợp với xu thế của một số ngành hoạt

động mang tính thủ công cao

2.3.2 Tác hại của khói thải:

* Bụi: làm kích thích cơ học và phát sinh phản ứng xơ hóa phối gây nên các bệnh

vé hé hap khi vào cơ thể Các loại bụi này có thành phân chủ yếu là các chất H,

C có khả năng gây ung thư "

v_ CO;: gây rối loạn hô hấp

Y Phenol tir dan suat cardanol, cardol gây nhiễm độc cấp tính, nếu nhiễm nặng phenol sé gây rối loạn tiêu hóa, rối loạn thần kinh, dị ứng đa

2.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KHi THAI LO DOT VO HAT DIEU

Trong công nghiệp chế biến hạt điều khí thải chứa chủ yếu các chất ô nhiễm dạng khí

và một phần tro bụi trong quá trình đốt vỏ hạt điều, nên ở đây chúng ta xem xét một số

phương pháp kỹ thuật xử lý khí thải dạng khí có chứa lẫn bụi có thể áp dụng được

trong công nghiệp chế biến hạt điều là: phương pháp hấp thụ, hấp phụ và đốt

2.4.1.Phương pháp hấp thu:

Nguyên tắc : Cơ sở của nguyên lý là dựa trên sự tương tác giữa chất cần hấp thụ

(thường là khí hoặc hơi) với chất hấp thụ (thường là chất lỏng) hoặc dựa vào khả năng