Thiết kế tháp hấp thu khí SO2 từ khí thải lò hơi năng suất 5 tấnh (Autocad + thuyết minh chi tiết)

THIẾT KẾ THÁP HẤP THU KHÍ SO2 TỪ KHÍ THẢI LÒ HƠI NĂNG SUẤT 5 TẤNH ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ SVTH 1 NGUYỄN LAN HƯƠNG MSSV 18128026 2 VÕ HOÀNG VŨ MSSV 18128078 GVHD T S VÕ THỊ THU NHƯ Tp Hồ Chí. THIẾT KẾ THÁP HẤP THU KHÍ SO2 TỪ KHÍ THẢI LÒ HƠI NĂNG SUẤT 5 TẤNH ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ SVTH 1 NGUYỄN LAN HƯƠNG MSSV 18128026 2 VÕ HOÀNG VŨ MSSV 18128078 GVHD T S VÕ THỊ THU NHƯ Tp Hồ Chí.

THIẾT KẾ THÁP HẤP THU KHÍ SO2

TỪ KHÍ THẢI LÒ HƠI NĂNG SUẤT

5 TẤN/H

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

SVTH: 1 NGUYỄN LAN HƯƠNG MSSV: 18128026

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

- -TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCMKHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

-oOo -NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY VÀ THIẾT BỊ

Giáo viên hướng dẫn: T.S Võ Thị Thu Như

1 Tên đồ án: THIẾT KẾ THÁP HẤP THU KHÍ SO 2 TỪ KHÍ THẢI LÒ HƠI NĂNG SUẤT 5 TẤN/H

2 Nhiệm vụ của đồ án:

- Tìm hiểu cơ sở lý thuyết, các quá trình xử lý khí SO2

- Tính toán và thiết kế tháp tháp hấp thu khí SO2

3 Các số liệu ban đầu:

- Năng suất lò hơi: 5 tấn/h

4 Yêu cầu về phần thuyết minh và tính toán:

- Trình bày tổng quan về khí SO2 và các phương pháp xử lí

- Chọn một phương pháp xử lí và nêu quy trình công nghệ

- Tính toán cân bằng vật chất – năng lượng, thiết bị chính, thiết bị phụ

5 Yêu cầu về trình bày bản vẽ:

- Bản vẽ quy trình công nghệ: 01 bản in khổ A1 (gấp lại, kẹp trong quyển thuyết

minh đồ án), và một bản in khổ A4 đóng chung quyển thuyết minh

- Bản vẽ thiết bị chính: 01 bản in khổ A1 (gấp lại, kẹp trong quyển thuyết minh đồ án)

6 Yêu cầu khác:

7 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 3/2021

8 Ngày hoàn thành đồ án: 13/08/2021

Giảng viên hướng dẫn

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC – THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

2 Sinh viên: Nguyễn Lan Hương 3 MSSV: 18128026

4 Tên đề tài: Thiết kế tháp hấp thu khí SO2 từ khí thải lò hơi năng suất 5 tấn/h

5 Kết quả đánh giá:

điểm

Điểm số

2 Lập qui trình công nghệ và tính toán được các chi tiết thiết

bị

0 – 2,5

TỔNG ĐIỂM (Bằng chữ:……….) 10

Ghi chú: GV HƯỚNG DẪN cho điểm lẻ tới 0,25 điểm

6 Các nhận xét khác (nếu có)

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC – THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

2 Sinh viên: Võ Hoàng Vũ 3 MSSV: 18128078

4 Tên đề tài: Thiết kế tháp hấp thu khí SO2 từ khí thải lò hơi năng suất 5 tấn/h

5 Kết quả đánh giá:

điểm

Điểm số

2 Lập qui trình công nghệ và tính toán được các chi tiết thiết

bị

0 – 2,5

TỔNG ĐIỂM (Bằng chữ:……….) 10

Ghi chú: GV HƯỚNG DẪN cho điểm lẻ tới 0,25 điểm

6 Các nhận xét khác (nếu có)

( Ký & ghi rõ họ tên)

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC – THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

MÃ MÔN HỌC: PWPD322703

1 GVPB:

2 Sinh viên: Nguyễn Lan Hương 3 MSSV: 18128026

4 Tên đề tài: Thiết kế tháp hấp thu khí SO2 từ khí thải lò hơi năng suất 5 tấn/h

5 Kết quả đánh giá: STT Nội dung Thang điểm Điểm số 1 Lập qui trình công nghệ và tính toán được các chi tiết thiết bị 0 – 2,5 2 Lập được bản vẽ với phần mềm chuyên dụng 0 – 2,5 3 Hoàn thành thuyết minh thiết kế đầy đủ, chính xác và logic 0 – 1,0 4 Trình bày được những nội dung cốt lõi của đồ án 0 – 1,0 5 Trả lời được các câu hỏi phản biện 0 – 3,0 TỔNG ĐIỂM (Bằng chữ:……….) 10

Ghi chú: GV HƯỚNG DẪN cho điểm lẻ tới 0,25 điểm 6 Các nhận xét khác (nếu có)

Ngày …… tháng 08 năm 2021 Người phản biện

( Ký & ghi rõ họ tên) TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC – THỰC PHẨM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

-PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN MÔN HỌC: ĐỒ THIẾT KẾ MÁY THIẾT BỊ - HỌC KỲ 2 – NĂM HỌC 2020 – 2021 MÃ MÔN HỌC: PWPD322703 1 GVPB:

2 Sinh viên: Võ Hoàng Vũ 3 MSSV: 18128078

4 Tên đề tài: Thiết kế tháp hấp thu khí SO2 từ khí thải lò hơi năng suất 5 tấn/h

5 Kết quả đánh giá: STT Nội dung Thang điểm Điểm số 1 Lập qui trình công nghệ và tính toán được các chi tiết thiết bị 0 – 2,5 2 Lập được bản vẽ với phần mềm chuyên dụng 0 – 2,5 3 Hoàn thành thuyết minh thiết kế đầy đủ, chính xác và logic 0 – 1,0 4 Trình bày được những nội dung cốt lõi của đồ án 0 – 1,0 5 Trả lời được các câu hỏi phản biện 0 – 3,0 TỔNG ĐIỂM (Bằng chữ:……….) 10

Ghi chú: GV HƯỚNG DẪN cho điểm lẻ tới 0,25 điểm 6 Các nhận xét khác (nếu có)

Ngày …… tháng 08 năm 2021 Người phản biện

( Ký & ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian làm đồ án, nhóm chúng em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, góp ý và chỉ bảo tận tình của thầy cô và bạn bè

Sau một thời gian, chúng em đã hoàn thành đồ án đúng hạn Tuy nhiên, do thời gian cũng như kinh nghiệm còn hạn chế của chúng em nên đồ án này không thể không

tránh khỏi những thiếu sót Nhóm chúng em rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp

ý kiến của thầy cô để có thể phục vụ tốt hơn công tác thực tế sau này

Nhóm chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến T.S Võ Thị Thu Như, người đã tậntình hướng dẫn, chỉ bảo chúng em trong suốt quá trình làm đồ án Nhóm em cũng bày

tỏ lời biết ơn chân thành đến Khoa Công Nghệ Hóa Học và Thực Phẩm của trường đãtạo điều kiện cho nhóm em cơ hội và hoàn thành đồ án môn học này

Cuối cùng, chúng em cũng xin cảm ơn thư viện trường đã tạo điều kiện cho chúng em

có được tài liệu tham khảo

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

MỞ ĐẦU

Hiện nay, dân số đô thị ngày càng tăng cao, các khu công nghiệp lớn và nhỏ ngày càngđược hình thành và phát triển mạnh mẽ ở khắp các tỉnh thành trên cả nước Trong đó

có rất nhiều nhà máy xí nghiệp sử dụng lò hơi công suất vừa và nhỏ, từ 2 đến 10 tấn/h

để lấy hơi phục vụ cho sản xuất Đáng chú ý là hầu hết các lò hơi trên đều sử dụng dầu

FO làm nhiên liệu đốt Đây là loại dầu có hàm lượng lưu huỳnh cao, khi cháy sẽ thải ramột lượng lớn khí SO2 – loại khí được xem là độc hại nhất trong họ các khí độc hạithải ra do cháy nhiên liệu Trong khi đó, các cơ sở sản xuất và các nhà chế tạo vẫnchưa quan tâm lắm đến việc xử lý khói thải, do vậy đa số các lò trên vẫn hoạt động màkhông có hệ thống xử lý khói, từng giờ từng ngày vẫn thải vào môi trường không khíhàng ngàn hàng triệu tấn các chất khí độc hại gây ô nhiễm môi trường

Đối với kĩ sư hoá học thì đây là một trong những nhiệm vụ mà kĩ sư hoá phải giảiquyết được Và thông qua môn Đồ án Quá trình và Thiết bị chúng em có điều kiện đểnghiên cứu kĩ hơn và vận dụng những kiến thức đã học để xử kí khí SO2 – một trongnhững khí thải phổ biến nhất trong ngành công nghiệp, hoạt động sinh hoạt của conngười Cụ thể ở đây chúng em sẽ “Thiết kế tháp hấp thụ mâm xuyên lỗ xử lí khí SO2bằng dung dịch K2CO3 với năng suất 5 tấn/h”

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Khái quát lò hơi

1.1.1 Khái niệm lò hơi

Lò hơi công nghiệp ( hay còn gọi là nồi hơi) là thiết bị sử dụng nhiên liệu để đun sôinước tạo thành hơi nước mang nhiệt để phục vụ cho các yêu cầu về nhiệt trong cáclĩnh vực công nghiệp như sấy, đun nấu, nhuộm, hơi để chạy tuabin máy phát điện,vv Tùy theo nhu cầu sử dụng mà người ta tạo ra nguồn hơi có nhiệt độ và áp suất phùhợp để đáp ứng cho các loại hình công nghệ khác nhau Để vận chuyển nguồn nănglượng có nhiệt độ và áp suất cao này người ta dùng các ống chịu được nhiệt, chịu được

áp suất cao Và điều đặc biệt của lò hơi mà không thiết bị nào thay thế được là tạo ranguồn năng lượng an toàn không gây cháy để vận hành các thiết bị hoặc động cơ ở nơicần cấm lửa và cấm nguồn điện (như các kho xăng, dầu) Trong nhiều ngành sản xuất,

lò hơi là thiết bị không thể thiếu

1.1.2 Đặc điểm của khí thải lò hơi

Đặc điểm khói thải của các loại lò hơi khác nhau tùy theo loại nhiên liệu sử dụng.Nhiệt được cung cấp cho ồ hơi từ các nguồn nhiên liệu khác nhau như: củi gỗ, than đáhoặc dầu FO Nhưng SO2 được sinh ra chủ yếu trong quá trình đốt nhiên liệu bằng than

đá hoặc dầu FO

1.1.2.1 Đặc điểm khói thải lò hơi bằng dầu FO

Dầu FO là một phức hợp của hợp chất cao phân tử, dầu FO dạng lỏng có lượng sinhnhiệt cao Độ tro ít nên ngày càng được sử dụng rộng rãi

Khí thải của lò hơi đốt dầu FO thường có các chất sau: CO2, CO, SO2, SO3, NOx, hơinước…

Ngoài ra, còn có một hàm lượng nhỏ tro và các hạt tro rất nhỏ trộn lẫn với dầu chưacháy tồn tại dưới dạng sol khí mà ta thường gọi là mồ hóng

Bảng 1.1 Nồng độ các chất trong khí thải lò hơi đốt dầu bằng dầu FO

1.1.2.2 Đặc điểm khói thải lò hơi đốt bằng than đá

Khí thải của lò hơi đốt than chủ yếu mang bụi, CO2, CO, SO2, SO3, NOx…do thànhphần hóa chất có trong than kết hợp với oxy trong quá trình cháy tạo nên

Hàm lượng lưu huỳnh trong than khoảng 0,5% nên trong khí thải có SO2 với nồng độkhoảng 1333mg/m3

Bảng 1.2 Các chất ô nhiễm trong khói thải lò hơi

SO3 + NOx

SO3 + NOx ( Trích Sổ tay hướng dẫn xử lý ô nhiễm môi trường trong sản xuất tiểu thủ côngnghiệp – Xử lý khói lò hơi – Sở Khoa học, Công nghệ và môi trường Tp.HCM )

1.2 Tổng quan khí SO 2

1.2.1 Tính chất khí SO2

Lưu huỳnh điôxit (hay Anhydritsunfurơ) là một chất khí không màu, có mùi chua sốc

và gây kích ứng mạnh SO2 có khối lượng phân tử là 64, nặng hơn không khí, tỷ trọngbằng 2,26 , dễ hoà tan trong nước, nhất là trong dung dịch rượu mêtylic (CH3OH),rượu êtylic (C2H5OH) và các loại este

Ở 200C, một thể tích nước có thể hoà tan 40 thể tích khí SO2,khi hoà tan trong nướcmột phần khí này sẽ kết hợp với nước để tạo thành axit sunfurơ.

Cũng ở nhiệt độ 200C và áp suất 3 atm, khí SO2 sẽ ngưng tụ thành chất lỏng trong suốtkhông màu, sôi ở -100C SO2 lỏngkhi bay hơi thu nhiệt rất mạnh và làm nhiệt độ môitrường xuống rất thấp (có thể hạ tới -500C)

Khí SO2 là loại khí độc hại không chỉ đối với sức khỏe con người, động thực vật màcòn ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường

1.2.2 Tác hại của khí SO2

1.2.2.1 Đối với con người

SO2 là chất có tính kích thích, ở nồng độ nhất định có thể gây co giật ở cơ trơn của khíquản Ở nồng độ lớn hơn sẽ gây tăng tiết dịch niêm mạc đường khí quản Khi tiếp xúcvới mắt, chúng có thể tạo thành axit

Bảng 1.3 Liều lượng gây độc

SO2 có thể xâm nhập vào cơ thể con người qua đường hô hấp hoặc tiêu hóa sau khi nóđược hòa tan trong nước bọt Cuối cùng, chúng có thể xâm nhập vào hệ tuần hoàn.Khi tiếp xúc với bụi, SO2 có thể tạo ra các hạt axit nhỏ có thể xâm nhập vào mạch máunếu kích thước của các hạt bụi này nhỏ hơn 2-3 μm

SO2 có thể xâm nhập vào cơ thể qua da và gây ra các chuyển đổi hóa học Kết quả làhàm lượng kiềm trong máu giảm, ammoniac được thải ra ngoài theo nước tiểu và cóảnh hưởng đến tuyến nước bọt

Trong máu, SO2 tham gia nhiều phản ứng hóa học, gây rối loạn chuyển hóa đường vàprotein, gây thiếu vitamin B và C, ức chế enzyme oxydaza, tạo ra methemoglobine đểchuyển Fe2+ (hòa tan) thành Fe3+ (kết tủa) gây tắc nghẽn mạch máu cũng như làm giảmkhả năng vận chuyển oxy của hồng cầu, gây co hẹp dây thanh quản, khó thở.

1.2.2.2 Đối với thực vật

Các loài thực vật nhạy cảm với SO2 là rêu và địa y

Bảng 1.4 Nồng độ gây độc

1.2.2.3 Đối với môi trường

SO2 bị oxy hóa ngoài không khí và phản ứng với nước mưa tạo thành axit sulfuric haycác muối sulfate gây ra hiện tượng mưa axit, ảnh hưởng xấu đến môi trường

 Quá trình hình thành mưa axit của khí SO2

Phản ứng hoá hợp giữa lưu huỳnh điôxít và các hợp chất gốc hiđrôxyl:

Phản ứng giữa hợp chất gốc HOSO2· và O2 sẽ cho ra hợp chất gốc HO2· và SO3 :

Lưu huỳnh trioxit SO3 sẽ phản ứng với nước và tạo ra H2SO4 Đây chính là thành phầnchủ yếu của mưa axit

 Các tác hại của mưa axit

Nước hồ bị axit hóa: mưa axit rơi trên mặt đất sẽ cuốn trôi các chất dinh dưỡng trênmặt đất và mang các kim loại độc hại xuống ao hồ, gây ô nhiễm nguồn nước trong hồ,phá hỏng các loại thức ăn, uy hiếp sự sinh tồn của các loài cá và các sinh vật kháctrong nước

Bảng 1.5 Các ảnh hưởng của pH đến hệ thủy sinh vật

pH <6.6 Các sinh vật bậc thấp của chuỗi thức ăn bị chết (phù

du…), đây là nguồn thức ăn quan trọng của cá

bị dị dạng do thiếu dinh dưỡng Cá bị chết do ngạt

Rừng bị tàn phá và sản lượng nông nghiệp bị giảm: mưa axit làm tổn thương lá cây,gây cản trở quá trình quang hợp, làm cho lá cây bị vàng và rụng, làm giảm độ màu mỡcủa đất và cản trở sự sinh trưởng của cây cối

Làm tổn hại sức khỏe con người: các hạt sulfate, nitrate tạo thành trong khí quyển làmhạn chế tầm nhìn Hơn nữa, do hiện tượng tích tụ sinh học, khi con người ăn phải cácloại cá có chứa độc tố, các độc tố này sẽ tích tụ trong cơ thể và gây nguy hiểm đối vớisức khỏe con người

Ăn mòn vật liệu và phá hủy các công trình kiến trúc

1.2.3 Ứng dụng của khí SO2

- Sản xuất axit sunfuric

đặc tính kháng khuẩn SO2 còn được sử dụng nhiều trong ngành chế biến rượuvang Được sử dụng như một chất chống nấm móc rất tốt

- Làm tác nhân khử trong công nghiệp chất tẩy rửa

1.2.4 Ý nghĩa môi trường

Vấn đề ô nhiễm không khí từ SO2 từ lâu đã trở thành mối đe dọa cực kỳ nghiêm trọngđối với sức khỏe con người, nhất là các nước công nghiệp Vì vậy, công nghệ xử kýkhí thải SO2 trong công nghiệp đã được nghiên cứu từ rất sớm và phát triển rất mạnh

mẽ Ngoài tác dụng làm sạch bầu khí quyển, bảo vệ môi trường, xử lý SO2 còn có ýnghĩa kinh tế to lớn vì SO2 thu hồi từ khí thải là nguồn nguyên liệu cung cấp cho cácnhà máy sản suất axit sunfuric (H2SO4) và lưa huỳnh (S) nguyên chất

1.2.5 Các phương pháp xử lý SO2

1.2.5.1 Phương pháp hấp thụ

Hấp thụ là phương pháp làm sạch khí thải độc hại (chất bị hấp thụ) vào trong môitrường lỏng (dung môi hấp thụ) Khi tiếp xúc với khí thải, chất độc hại sẽ tác dụng vớicác chất trong môi trường lỏng và được giữ lại theo 2 cách: hấp thụ vật lý và hấp thụhóa học

- Hấp thụ vật lý: về thực chất chỉ là sự hòa tan các chất bị hấp thụ vào trong dung môi hấp thụ, chất khí hòa tan không tạo ra hợp chất hóa học với dung môi,

nó chỉ thay đổi trạng thái vật lý từ thể khí biến thành dung dịch lỏng (quá trình hòa tan đơn thuần của chất khí trong chất lỏng)

- Hấp thụ hóa học: trong quá trình này chất bị hấp thụ sẽ tham gia phản ứng hóa học với dung môi hấp thụ Chất khí độc hại sẽ biến đổi về bản chất hóa học và trở thành chất khác

Cơ cấu của quá trình này có thể chia thành ba bước:

- Khuếch tán các phân tử chất ô nhiễm thể khí trong khối khí thải đến bề mặt của chấtlỏng hấp thụ

- Thâm nhập và hòa tan chất khí vào bề mặt của chất hấp thụ

- Khuếch tán chất khí đã hoà tan trên bề mặt ngăn cách vào sâu trong lòng khối chất lỏng hấp thụ

Quá trình hấp thụ mạnh hay yếu là tùy thuộc vào bản chất hóa học của dung môi vàcác chất ô nhiễm trong khí thải

Như vậy, để hấp thụ được một chất cụ thể nào đó ta phải dựa vào độ hòa tan có chọnlọc của chất khí trong dung môi để chọn dung môi cho thích hợp hoặc chọn dung dịchthích hợp (trong trường hợp hấp thụ hóa học) Sự thành công hay thất bại của quá trìnhhấp thụ phụ thuộc chủ yếu vào bản chất của dung môi

1.2.5.2 Phương pháp hấp phụ

Khác với quá trình hấp thụ, trong quá trình hấp phụ người ta dùng chất rắn xốp để hútcác chất khí độc có trong khí thải trên bề mặt chất rắn được gọi là chất hấp phụ và cáccấu tử khí được hút vào bề mặt chất hấp phụ gọi là chất bị hấp phụ Phương pháp nàyđược dùng phổ biến nhất trong việc thu hồi các cấu tử quý, có giá trị để sử dụng lạitrong công nghiệp hóa chất

Căn cứ vào bản chất liên kết giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ phân thành 2 loại:

- Hấp phụ vật lý: là hấp phụ đa phân tử (hấp phụ nhiều lớp), lực liên kết là lực hút giữa các phân tử, không tạo thành hợp chất bề mặt

- Hấp phụ hóa học: là hấp phụ đơn phân tử (hấp phụ một lớp) Lực liên kết là lực liênkết bề mặt tạo nên hợp chất bề mặt

-Ưu điểm: Rẻ tiền, dễ tìm, hoàn nguyên được

Nhược điểm: Do độ hòa tan của khí SO2 trong nước quá thấp nên thường phải dùngmột lượng nước rất lớn và thiết bị hấp thụ phải có thể tích rất lớn, cồng kềnh Để tách

SO2 khỏi dung dịch phải nung nóng lên đến 1000oC nên tốn rất nhiều năng lượng, chiphí nhiệt lớn

1.3.2 Xử lý khí SO2 bằng sữa vôi (Ca(OH)2)

Xử lý khí SO2 bằng sữa vôi là phương pháp được áp dụng rất rộng rãi trong côngnghiệp vì hiệu quả xử lý cao, nguyên liệu rẻ tiền và có sẵn ở mọi nơi

CaCO3 + SO2 <=> CaSO3 + CO2CaO + SO2 <=> CaSO32CaSO3 + O2 <=> 2CaSO4

Ưu điểm: Công nghệ đơn giản, chi phí đầu tư ban đầu thấp, chi phí vận hành thấp, chấthấp thụ rẻ, dễ tìm, làm sạch khí mà không cần phải làm lạnh và tách bụi sơ bộ, có thể

chế tạo thiết bị bằng vật liệu thông thường, không cần đến vật liệu chống axit vàkhông chiếm nhiều diện tích xây dựng.

Nhược điểm: Đóng cặn ở thiết bị do tạo thành CaSO4 và CaSO3, gây tắc nghẽn cácđường ống và ăn mòn thiết bị

1.3.3 Xử lý khí khí SO2 bằng ammoniac

Phương pháp này hấp thụ khí SO2 bằng dung dịch ammoniac tạo muối amoni sunfit vàamoni bisunfit theo phản ứng sau:

SO2 + 2NH3 + H2O <=> (NH4)2SO3(NH4)2SO3 + SO2 + H2O <=> 2NH4HSO3

Ưu điểm: Hiệu quả rất cao, chất hấp thụ dễ kiếm và thu được muối amoni sunfit vàamoni bisunfit là các sản phẩm cần thiết

Nhược điểm: Rất tốn kém, chi phí đầu tư và vận hành rất cao

1.3.4 Xử lý khí SO2 bằng amoniac và vôi

Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO2 bằng amoniac kết hợp với vôi

(1,2- scrubơ; 3 - thùng phản ứng; 4 - thiết bị trao đổi nhiệt(làm nguội); 5- máy lọc ly

tâm; 6- thùng pha chế sữa vôi; 7,8- thùng chứa dung dịch mới)

1.3.5 Xử lý khí bằng oxit kẽm

Xử lý khí SO2 bằng kẽm oxit (ZnO) cũng tương tự như phương pháp magie oxit tức làdùng phản ứng giữa SO2 với kẽm oxit để thu các muối sunfit và bisunfit, sau đó dùngnhiệt để phân ly thành SO2 và ZnO

Phương pháp này chất hấp thụ là kẽm oxit Phản ứng hấp thụ như sau:

SO2 + ZnO + 2,5H2O => ZnSO32.5H2O

Khi nồng độ SO2 lớn:

2SO2 + ZnO + H2O => Zn(HSO3)2Sunfit kẽm tạo thành không tan trong nước được tách ra bằng cyclone ướt và sấy khô.Tái sinh kẽm sunfit bằng cách nung sunfit ở 350 C⁰

ZnSO3.2,5H20 => SO2 + ZnO + 2,5H2O

SO2 được chế biến tiếp tục, còn ZnO quay lại hấp thụ

Ưu điểm: Có thể làm sạch khí ở nhiệt độ khá cao (200 – 2500 oC)

Nhược điểm: Có thể hình thành ZnSO4 làm cho việc tái sinh ZnO bất lợi về kinh tế nênphải thường xuyên tách chúng ra và bổ sung lượng ZnO tương đương

1.3.6 Phương pháp kẽm oxit kết hợp với natri sunfit

Phương pháp này cũng như phương pháp kẽm oxit đơn thuần không đòi hỏi làm nguội

sơ bộ khói thải, hiệu quả khử SO2 đạt 96 ÷ 98%

Phương pháp này dựa theo các phản ứng sau:

Na2CO3 + SO2 => Na2SO3 + CO2

Na2SO3 + SO2+H2O => 2NaHSO32NaHSO3 + ZnO => ZnSO3 + Na2SO3 + H2O

Ưu điểm: Không đòi hỏi làm nguội sơ bộ khói thải, hiệu quả xử lý cao

Nhược điểm: Hệ thống xử lý khá phức tạp và tiêu hao nhiều muối natri

1.3.7 Xử lý SO2 bằng các chất hấp thụ hữu cơ

Phương pháp này được áp dụng nhiều trong xử lý khí thải từ các nhà máy luyện kimmàu Chất hấp thụ chủ yếu được dùng là xyliđin và đimetylanilin

Chất hấp thụ được sử dụng là hỗn hợp xyliđin và nước theo tỉ lệ 1:1

2C6H3(CH3)2NH2 + SO2 => 2C6H3(CH3)2NH2.SO2Nếu khí thải có nồng độ SO2 thấp thì quy trình này không kinh tế vì tổn hao xyliđin

 Quá trình khử SO2 bằng đimetylanilin

Với khí thải có trên 35% (thể tích) khí SO2 thì dùng đimetylanilin làm chất hấp thụ sẽ

có hiệu quả hơn dùng xyliđin

1.3.8 Hấp thụ khí SO2 bằng than hoạt tính

Phương pháp này có thể áp dụng rất tốt để xử lý khói thải từ các nhà máy nhiệt điện,nhà máy luyện kim và sản xuất axit sunfuric với hiệu quả kinh tế đáng kể

Ưu điểm: Sơ đồ hệ thống đơn giản và vạn năng, có thể áp dụng được cho mọi quátrình công nghệ có thải khí SO2 một cách liên tục hay gián đoạn, cho phép làm việcđược với khí thải có nhiệt độ cao (trên 1000oC)

Nhược điểm: Tùy thuộc vào quá trình hoàn nguyên có thể là tiêu hao nhiều vật liệuhấp phụ hoặc sản phẩm thu hồi được có lẫn nhiều axit sunfuric và tận dụng khó khăn,phải xử lý tiếp mới sử dụng được

1.3.9 Hấp phụ khí SO2 bằng vôi, đá vôi, đolomit

Ưu điểm: hiệu suất hấp phụ cao

Nhược điểm: cần chi phí đầu tư lớn do vật liệu chế tạo thiết bị đắt (thiết bị làm việctrong môi trường ăn mòn mạnh và nhiệt độ cao)

Có cơ cấu phun chất lỏng bằng cơ học hay bằng áp suất trong đó chất lỏng được phunthành những giọt nhỏ trong thể tích rỗng của thiết bị.

Dòng khí và dịch trong tháp có thể chuyển động cùng chiều, ngược chiều hoặc cắtnhau Các mũi phun có thể bố trí một tầng hoặc nhiều tầng hoặc đặt dọc trục thiết bị.Dòng khí thải chứa chất ô nhiễm khi tiếp xúc với dịch phun trong tháp sẽ cuốn theodịch phun

Hiệu quả hoạt động của tháp còn phụ thuộc vào tính chất của dòng khí thải, dung dịchphun và các thông số động lực học đi trong tháp

1.4.2 Tháp đệm

Đây là một dạng cải tiến từ các tháp rửa khí rỗng vừa trình bày ở trên Trong phầnkhông gian của tháp người ta đặt các khâu đệm chế tạo từ các vật liệu như gốm, sứ,gỗ… Các khâu đệm này có hình dạng hình trụ, vành khuyên… có thể xếp ngẫu nhiênhay theo thứ tự

Dung dịch hấp thụ được phân phối ở đỉnh tháp qua bộ phận phân phối lỏng sao chocác chất lỏng phải thấm ướt được toàn bộ vật chêm

Khi chọn đệm cần lưu ý: thấm ướt tốt chất lỏng, trở lực nhỏ, thể tích tự do và tiết diệnngang lớn, có thể làm việc với tải trọng lớn của chất lỏng, khối lượng riêng nhỏ, cótính chống ăn mòn cao, rẻ, dễ kiếm,…

Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống rửa khí thải bằng tháp đệmNguyên lý hoạt động: Trong tháp đệm chất lỏng chảy từ trên xuống, phân bố đều trên

bề mặt đệm khí đi từ dưới lên phân tán trong lỏng và qúa trình chuyển khối diễn ra

Ưu điểm: Đây là loại thiết bị này có trở lực lớn hơn nhiều so với tháp rửa rỗng nhưnghiệu quả hấp thụ cao Thiết bị rửa khí có lớp đệm không những hấp thụ thành phần khíđộc hại mà còn làm lạnh khí và lọc bụi ướt có trong khí thải

Nhược điểm: hoạt động kém ổn định, dễ bị sặc, khó tách nhiệt, khó ướt đều,…

Hình 1.4 Tháp đĩa không có ống chảy chuyềnChất lỏng được dẫn vào tháp ở đỉnh hoặc tại một mâm thích hợp nào đó và chảy xuốngnhờ trọng lực qua mỗi mâm bằng ống dây chuyền Pha khí từ dưới lên qua mỗi mâmnhờ các khe hở do cấu tạo của mâm tạo nên.

Trong đó các tháp mâm, có sự diễn ra tiếp xúc giữa pha khí và pha lỏng diễn ra ở cácmâm

Ưu điểm: kết cấu khá đơn giản, trở lực tương đối thấp, hiệu suất khá cao

Nhược điểm: không làm việc được với chất lỏng bẩn, khoảng làm việc rất hẹp (lưulượng khí)

CHƯƠNG 2 ĐỀ XUẤT VÀ THUYẾT MINH QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ

2.1 Đề xuất quy trình công nghệ xử lý.

2.1.1 Lựa chọm công nghệ

 Hấp thụ khí SO2 bằng K2CO3 30% vì:

Là loại dung dịch rẻ tiền, dễ kiếm

Tính ăn mòn thiết bị yếu, ít gây nguy hại cho thiết bị xử lý

Công nghệ hiệu quả, hấp dẫn

 Vật liệu chế tạo tháp hấp thu:

Do phải chịu tác dụng hoá học với khí thải và dung dịch có tính ăn mòn cao nên vậtliệu chế tạo tháp hấp thụ và các đường ống dẫn khí được chọn là loại thép hợp kim đặcbiệt thuộc nhóm thép không gỉ, chúng có tính chống ăn mòn cao trong điều kiện làmviệc của thiết bị

Ta thấy xử lý khí SO2 bằng K2CO3 thì tháp mâm sẽ có tính kinh tế nhất vì loại thápnày cho phép vận tốc khí lớn do đó giảm đường kính của tháp, cũng hạn chế hiệntượng tắc nghẽn như trong tháp đệm, diện tích tiếp xúc hai pha cũng nhiều hơn thápphun Chế tạo đơn giản, vệ sinh dễ dàng Nhưng có nhược điểm là yêu cầu lắp đặt cao,tính toán phức tạp Đối với những tháp có đường kính lớn hơn 2,4m thì không dùngtháp mâm xuyên lỗ

2.1.2 Sơ đồ quy trình công nghệ:

Quy trình xử lý khí thải được lựa chọn: Tháp mâm xuyên lỗ

Hình 2.5 Sơ đồ quy trình công nghệ

2.2 Thuyết minh quy trình công nghệ xử lý khí

hợp với quá trình hấp thụ rồi mới đưa sang tháp hấp thụ

Dung dịch K2CO3 được bơm từ thùng chứa lên tháp Khí SO2 được quạt thổi vào từ đáytháp hấp thụ Bên trong tháp hấp thụ, khí thải sẽ đi từ dưới lên và dung dịch K2CO3 đi

từ trên tháp xuống, hai pha này tiếp xúc ngược chiều nhau

Các phản ứng xảy ra trong tháp:

K2CO3 + SO2  K2SO3 + CO2

SO2 + K2SO3 + H2O  2KHSO3

bơm trở lại thùng chứa qua van điều chỉnh lưu lượng và tiếp tục được bơm lên tháp

chứa sau đó được đem đi kết tinh

CHƯƠNG 3 TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG

3.1 Các số liệu ban đầu:

Năng suất của lò hơi: 5 tấn/h

Nhiệt độ của dòng khí: tkhói = 1900C

( Số liệu trong bảng 3.1 được tra từ bảng trang 19, [1])

3.2 Tính toán lượng nhiên liệu cần cho lò nung

Nhiệt lượng gia nhiệt cho dầu:

(Công thức lấy từ sách các phương pháp thu hồi nhiệt thải lò hơi)

Trong đó: Ck tỷ nhiệt của nguyên liệu

Wp = 1 (trên bảng thành phần dầu)

Ck = 1,74 + 0,0025T ( T ứng với nhiệt độ đầu và cuối)

• Nhiệt gia dầu là 95 C ( T⁰ 2 = 95 C)⁰

Trong đó, L là nhiệt hóa hơi riêng, J/kg.

Nhiệt hóa hơi riêng của nước, L=

• Nhiệt lượng cấp cho lò hơi

• Tính hiệu suất của lò

Lượng không khí ẩm theo lý thuyết:

Lượng khí dư cung cấp (EA):

Lượng không khí ẩm cấp thực tế/ kg nhiên liệu (AAS):

Ước tính toàn bộ tổn thất nhiệt

Phần trăm nhiệt tổn thất qua lò khô:

Trong đó:

Nhiệt độ môi trường xung quanh : Tmt=30 C⁰

CP là nhiệt lượng riêng của khí lò: CP = 0,23 ()

m là khối lượng khí lò khô:

• Phần trăm nhiệt tổn thất do nước bay hơi tạo thành do có H2 trong nhiên liệu:

Trong đó: CP là nhiệt lượng riêng của hơi quá nhiệt, CP = 0,45 (kcal/kg)

H2 là phần trăm H2 trong 1 kg dầu

• Phần trăm nhiệt tổn thất do độ ẩm trong nhiên liệu bay hơi:

Trong đó: M là % độ ẩm trong 1kg dầu, M=0,5%

• Phần trăm tổn thất do độ ẩm trong không khí:

Trong đó khối lượng không khí ẩm là 2,5 % theo bảng trang 19, [1])

• Tổn thất nhiệt do bức xạ và lượng mất đối lưu

Trong đó Vm = vận tốc gió m/s

là nhiệt độ bề mặt (K)

= 80oC theo bảng trang 19, [1])

là nhiệt độ môi trường xung quanh (K)

Tổng tổn thất nhiệt do bức xạ và lượng mất đối lưu

Trong đó diện tích bề mặt lò hơi: theo bảng trang 19, [1])

Phần trăm tổn thất bức xạ và lượng mất đối lưu

• Hiệu suất lò hơi được tính bằng phuong pháp ngược

Nhiệt lượng cần cung cấp cho lò hơi là:

Lượng dầu cung cấp trong một giờ:

Khối lượng SO2 được sinh ra trong một giờ:

Lượng khí thải sinh ra khi đốt 1 kg dầu FO là:

Tính lưu lượng khói SPC ở điều kiện thực tế:

Áp suất làm việc: 1atm

0,000627 (mol SO2/ mol khí trơ)

Khối lượng riêng của pha khí ở 00C và 1atm:

=> = 1,293 ( kg/m3)

Trong đó:

: khối lượng riêng của SO2 ở 00C và áp suất 0,101.106 Pa, kg/m3

: khối lượng riêng của không khí ở 00C và áp suất 0,101.106 Pa, kg/m3 + Khối lượng riêng của pha khí ở 300C và 1atm:

= = 1,293 = 1,165 (kg/m3)

Trong đó:

: khối lượng riêng của pha khí ở 00C, kg/m3

P: áp suất làm việc, atm

P0: áp suất của hỗn hợp khí ở điều kiện chuẩn, atm

T0: nhiệt độ pha khí ở điều kiện chuẩn, 0K