Đồ án xử lý khí thải

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA MÔI TRƯỜNG HOÀNG QUỐC HUY ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI Ngành Công nghệ Kỹ thuật Môi trường Mã ngành 751 04 06 TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

KHOA MÔI TRƯỜNG

HOÀNG QUỐC HUY

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Môi trường

Mã ngành: 751 04 06

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

KHOA MÔI TRƯỜNG

2

Phần trăm khối

lượng (%)

Chương I: Tính toán hiệu quả xử lý cần thiết và đề xuất yêu cầu

công nghệ, đề xuất dây chuyền công nghệ

1.Tính toán hiệu quả xử lý cần thiết

+ Chiều dài của nhà là l (m)

+ Chiều cao của nhà là h (m)

+ Khoảng cách giữa mép tường sau nhà 1 đến mép tường trước của nhà thứ

2 là L1 (m)

+ Khoảng cách từ mặt sau nhà đến nguồn thải bz (m)

+ Chiều cao tòa nhà thứ 2 là h’ (m)

- Ta có:

2,5hA = 2,5×10 = 25 (m) => bA<2,5hA

bA = 20 (m) => A là nhà hẹp

- Vận tốc gió tại miệng ống khói:

- Độ cao nâng của luồng khói:

4

= 1,5× (4,718

5,098)1,4 (1 + 150−25

150+273) = 1,7435 (m)

- Chiều cao hiệu quả của nguồn thải:

(CT 2.17_Trang 46_Kỹ thuật XLKT-ĐH TN và MT HN)

Hhq = Hô + ∆H = 35 + 1,7= 36,7 (m)

 Hhq> Hgh => Nguồn thải là nguồn cao

 Nguồn thải là: + Nguồn cao

Vì: Lưu lượng thải của nhà máy 30000m3/h (mục 2.3-QCVN 19/2009)

+ Hệ số vùng, Kv=1 Khu công nghiệp; đô thị loại V; vùng ngoại thành, ngoại đô thị loại II, III, IV có khoảng cách đến ranh giới nội thành, nội thị lớn hơn hoặc bằng 2 km; cơ sở sản xuất công nghiệp, chế biến, kinh doanh, dịch vụ và các hoạt động công nghiệp khác có khoảng cách đến ranh giới các khu vực này dưới 2 km

Khối lượng riêng của không khí ở 150oC

(Theo công thức trong sổ tay quá trình và thiết bị tập 1)

5

pk = 1,293 𝑝

(1+0,00367.𝑡)760 = 1,293 760

(1+0,00367 150).760 = 0,833 Trong đó : p là áp suất tính theo mmHg, t là nhiệt độ không khí tính bằng oC

Bảng: Nồng độ tối đa cho phép đối với hạt bụi và các chất vô cơ trong khí thải công

Tính toán nồng độ đầu vào của khí thải:

Theo số liệu đầu vào, nồng độ các chất vô cơ (C1) tại miệng khói có nhiệt độ là 150oC,

nhưng nồng độ các chất vô cơ tối đa cho phép (Cmax) ở nhiệt độ 25oC Vậy nên, trước

khi so sánh nồng độ để xem bụi hoặc khí thải nào vượt tiêu chuẩn ta cần quy đổi

Đánh giá Hiệu quả xử

lý yêu cầu

1.3Tính toán khuếch tán chất ô nhiễm từ nguồn cao

a Đối với khí SO 2 tính theo mô hình Gauss

8

- Mô hình khuếch tán Gauss:

9

-

- Từ kết quả chạy Gauss ta có:

11

- Mô hình khuếch tán Gauss:

12

- Từ kết quả chạy Gauss ta có:

14

- Mô hình khuếch tán Gauss:

15

- Từ kết quả chạy Gauss ta có:

17

- Mô hình khuếch tán Gauss:

18

- Từ kết quả chạy Gauss ta có:

20

- Mô hình khuếch tán Gauss:

21

- Từ kết quả chạy Gauss ta có:

23

- Mô hình khuếch tán Gauss:

24

- Từ kết quả chạy Gauss ta có:

25

d Đối với khí Clo

Áp dụng công thức xác định sự phân bố nồng độ chất ô nhiễm theo luật phân phối chuẩn Gauss (Mô hình Gauss đối với nguồn điểm cao)

 𝐶𝑚𝑎𝑥: Nồng độ cực đại của khí thải trên mặt đất, g/m3

 M: Lượng phát thải chất ô nhiễm tại nguồn điểm liên tục, g/s

𝑀 = 𝐶 × 𝑄 = 30 × 30000 = 900000 (mg/h) = 0,25 (g/s)

26

Với: C: Là nồng độ Cmax cho phép theo QCVN 06:2009/BTNMT

Q: Lưu lượng khí thải, m3/s

 u: Vận tốc gió tại miệng ống khói, m/s

 δy: Hệ số khuếch tán theo chiều ngang, m

 H: Chiều cao hiệu quả của nguồn thải có dạng ống khói, m

- Nồng độ trên mặt đất dọc theo hướng gió theo trục x và với y = 0 (theo công thức

32.36 – [Trần Ngọc Chấn, “Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải - Tập 1”, nhà

xuất bản Khoa học và Kỹ thuật]:

27

𝐶𝑚𝑎𝑥 = 2 𝑀

𝜋 √2 𝑒 𝑢 𝛿𝑦 𝐻 =

2.0,033 3,14 √2 𝑒 1,2.100 58,21 = 7,827 10

N2 lỏng

Chụp hút Khí thải chứa bụi

Tháp hấp phụ SO2, NO2 Hấp phụ bằng than hoạt tính

Xyclon

28

Thuyết minh phương án 1:

- Bụi và khí được thu gom thông qua các chụp hút bố trí trên các máy công cụ, các chụp hút được nối vào hệ thống ống dẫn Khi đó vận tốc dòng khí giảm đột ngột, làm cho hạt bụi rơi xuống dưới tác dụng của trọng lực và bị giữ lại trong buồng lắng Nhờ tác dụng của lực hấp dẫn làm cho các hạt bụi lắng xuống khi đi qua thiết bị Các hạt bụi này sẽ rơi vào bình chứa hoặc được đưa ra ngoài bằng vít tải hay băng tải Hỗn hợp khí chưa sử lý hết bụi được đưa sang Xyclon Không khí vào Xyclon sẽ chảy xoáy theo đường xoắn ốc dọc bề mặt trong của vỏ hình trụ Xuống tới phần phễu, dòng khí

sẽ chuyển động ngược lên trên theo đường xoắn ốc và qua ống tâm thoát ra ngoài Hạt bụi trong dòng không khí chảy xoáy sẽ bị cuốn theo dòng khí vào chuyển động xoáy Lực ly tâm gây tác động làm hạt bụi sẽ rời xa tâm quay và tiến về vỏ ngoài Xyclon Đồng thời, hạt bụi sẽ chịu tác động của sức cản không khí theo chiều ngược với hướng chuyển động, kết quả là hạt bụi dịch chuyển dần về vỏ ngoài của Xyclon, va chạm với

nó, sẽ mất động năng và rơi xuống phễu thu Ở đó, hạt bụi đi qua thiết bị xả đi ra ngoài Hỗn hợp khí chưa xử lý hết bụi lại tiếp tục được đưa sang thiết bị lọc bụi túi vải để loại

bỏ bụi ra khỏi dòng khí thải sao cho đạt cột B QCVN 19:2009/BTNMT

- Hỗn hợp khí còn lại được đưa sang tháp hấp thụ bằng dung dịch Na2CO3 và

N2 lỏng , dung dịch được bơm từ thùng chứa lên tháp Dung dịch này sau khi hấp thụ ở đáy tháp được đưa ra bồn chứa Tại đây, dung dịch lỏng này sẽ được xử lý sao cho nồng độ của nước thải đạt được nồng độ cho phép để có thể thải ra môi trường Quá trình này xử được Cl2, H2S, CO

Khí đạt yêu cầu cột B QCVN 19/2009

Chụp hút Khí thải chứa bụi

Tháp hấp phụ H2S Hấp phụ bằng than hoạt tính

Xyclon

30

Thuyết minh phương án 2:

- Bụi và khí được thu gom thông qua các chụp hút bố trí trên các máy công cụ, các chụp hút được nối vào hệ thống ống dẫn Khi đó vận tốc dòng khí giảm đột ngột, làm cho hạt bụi rơi xuống dưới tác dụng của trọng lực và bị giữ lại trong buồng lắng Nhờ tác dụng của lực hấp dẫn làm cho các hạt bụi lắng xuống khi đi qua thiết bị Các hạt bụi này sẽ rơi vào bình chứa hoặc được đưa ra ngoài bằng vít tải hay băng tải Hỗn hợp khí chưa sử lý hết bụi được đưa sang Xyclon Không khí vào Xyclon sẽ chảy xoáy theo đường xoắn ốc dọc bề mặt trong của vỏ hình trụ Xuống tới phần phễu, dòng khí

sẽ chuyển động ngược lên trên theo đường xoắn ốc và qua ống tâm thoát ra ngoài Hạt bụi trong dòng không khí chảy xoáy sẽ bị cuốn theo dòng khí vào chuyển động xoáy Lực ly tâm gây tác động làm hạt bụi sẽ rời xa tâm quay và tiến về vỏ ngoài Xyclon Đồng thời, hạt bụi sẽ chịu tác động của sức cản không khí theo chiều ngược với hướng chuyển động, kết quả là hạt bụi dịch chuyển dần về vỏ ngoài của Xyclon, va chạm với

nó, sẽ mất động năng và rơi xuống phễu thu Ở đó, hạt bụi đi qua thiết bị xả đi ra ngoài Hỗn hợp khí chưa xử lý hết bụi lại tiếp tục được đưa sang thiết bị lọc bụi túi vải để loại

bỏ bụi ra khỏi dòng khí thải sao cho đạt cột B QCVN 19:2009/BTNMT

- Hỗn hợp khí còn lại được đưa sang tháp hấp thụ bằng nước và N2 lỏng , dung dịch được bơm từ thùng chứa lên tháp Dung dịch này sau khi hấp thụ ở đáy tháp được đưa ra bồn chứa Tại đây, dung dịch lỏng này sẽ được xử lý sao cho nồng độ của nước thải đạt được nồng độ cho phép để có thể thải ra môi trường Quá trình này xử được Cl, SO2, NO2, CO

- Hỗn hợp khí còn lại được đưa sang tháp hấp phụ bằng than hoạt tính để xử

lý H2S

31

Chương 2: Tính toán dây chuyền theo phương án 1

2.2 Tính toán công trình xử lý bụi

2.2.1 Tính thông số đầu vào

 Các thông số đầu vào

Khối lượng riêng của không khí kg/m3 0,833

Độ nhớt của không khí ở 0oC kg/m.s 17,7.10-6

Lựa chọn thiết bị buồng lắng để xử lý bụi

Dựa vào dải phân cấp cỡ hạt bụi trên

 Chọn đường kính giới hạn của hạt bụi: δmin = 50μm

Nghĩa là tại d = 50 μm buồng lắng có thể lọc toàn bộ cỡ hạt d ≥ 50 μm

32

Với công thức :

δ0 = √(ρ 18 μ.L

b− ρk).g.B.l (Theo SGK_trang 77) Trong đó:

+ µ : Độ nhớt của khí thải ở 150oC

Hệ số nhớt động lực của khí thải ở 150oC, tính theo công thức gần đúng của Sutherland :

+ L : lưu lượng khí thải, L = 8,33 (m3/s)

+ ρb : Trọng lượng riêng của bụi, ρb = 4000 kg/m3

+ ρk : Trọng lượng riêng của không khí, ρk = 0,833 kg/m3

+ l : Chiều dài buồng lắng (m)

Kích thước 1 buồng lắng: B x l x H = 2 x 6.5 x 2 (m)

 Kiểm tra lại đường kính giới hạn và vận tốc chuyển động của bụi:

- Đường kính giới hạn của bụi:

3,5.2 = 0,4 (m/s) < 3m/s => Thỏa mãn yêu cầu

( Vì thông thường vận tốc tối đa của dòng khí trong buồng lắng là u=3m/s_Sách kỹ

thuật xử lý khí thải-ĐH TN và MT HN_trang 82) + Thời gian lưu lại của bụi trong buồng lắng:

𝜏. = 𝑙

𝑢 =6,5

0,4=16,25 (s) + Thời gian rơi của hạt bụi ở vị trí phía trên góc trái trên cùng của buồng lắng đến lúc chạm đáy buồng lắng:

 Hiệu quả lắng bụi của buồng lắng

a Hiệu quả lắng theo cỡ hạt

Theo cỡ hạt, hiệu quả lắng được tính theo :

+ B: Chiều rộng buồng lắng (m)

b Hiệu quả lắng bụi của buồng lắng:

Dải phân cấp cỡ hạt của bụi còn lại sau lọc = 𝐺

 Kích thước chi tiết của buồng lắng:

STT Các thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị

2.1.2 Xử lý bằng Cyclon

- Các thông số cần thiết cho tính toán và thiết kế:

+ Lưu lượng khí vào Cyclon: 30000 m3/h + Khối lượng riêng của hạt bụi: 4000kg/m3

 Tính toán đường kính cyclon

37

Theo tiêu chuẩn stairmand hình 7.8a trang 97 sách ‘Ô nhiễm không khí và Xử lý

khí thải tập 2’ - Trần Ngọc Chấn có :

- Đường kính của xyclon : D = 1,1 m

- Đường kính ngoài của ống ra d1 = 0,5 × D = 0,6m

- Đường kính trong của cửa thoát bụi là : d2 = 0,3 × D = 0,33 m

- Đường kính thùng chứa bụi : d3 = D = 1,1 m

- Chiều cao cửa vào : a = 0,5 × D = 0,6 m

- Chiều cao ống tâm có mặt bích: h1 = 0,5 × D = 0,6 m

- Chiều cao phần hình trụ: h2 = 1,5 × D = 1,7 m

- Chiều cao phần hình nón: h3 = 2,5 × D = 3 m

- Chiều cao bên ngoài ống trung tâm: h4 = 0,5 × D = 0,6 m

- Chiều cao thùng chứa bụi: h5 = 0,5 × D = 0,6 m

- Chiều cao tổng cộng của xyclon: H = h2 + h3 + h4 + h5 = 6 m

38

- Chiều rộng cửa vào: b = 0,2 × D = 0,22 m

- Chiều dài cửa ống vào: l = 0,5 × D = 0,6 m

a Xác định đường kính giới hạn của hạt bụi

Dmin = √ 4,5 × 𝜇 × 𝐿

𝜋 3 × 𝜌𝑏 ×(𝑟22 − 𝑟1) × 𝑛 2 ×𝑙 × 𝑙𝑛 (𝑟2

𝑟1) Trong đó:

L: Lưu lượng khí thải đối với 1 xyclon: L = 2,778 m3/s

𝜇 : hệ số nhớt động của bụi ở 1500 C: 𝜇1000 = 2,18 × 10-5 (kg/m.s)

𝜌𝑏: Khối lượng riêng của bụi, 𝜌𝑏 = 4000 ( kg/m3)

r1: bán kính ống khí sạch, r1 = 0,5 × d1 = 0,3 m

r2: Bán kính của xyclon: r2 = D/2 = 0,6 m n: Số vòng quay của dòng khí bên trong xyclon

n = ( 0,7 ÷1) × ve3,14 ×(r1+ r2) = 0,7 × ve

3,14 ×(r1+ r2) = 0,7 × 16,41

3,14 ×(0,3+ 0,6) = 4,06vòng/s Với: 𝑣𝑒: vận tốc của khí ở ống dẫn vào xyclon

𝑣𝑒 = L

N ×a ×b = 6.5

3×0,6 ×0,22 = 16,41 m/s

l: Chiều cao làm việc của xyclon: l = H – a = 1,8 – 0,6 = 1,2 m

Với: H: Chiều cao thân hình trụ của xyclon (m) a: Chiều cao cửa vào (m)

= −4

9 𝜋

3 40002,5 × 10−5× 4,062× 1,2 ×0,6

2− 0,322,778

2400 × 100% = 75,1 % < Hiệu suất xử lý cần đạt được

là : 98,8 % → phải xử lý tiếp bằng túi lọc vải

2.1.3 Tính toán thiết bị lọc bụi túi vải

 Thông số đầu vào:

- Lưu lượng khí thải đi vào: Q = 30000 m3/h = 8,33 m3/s

- Khối lượng riêng của bụi: ρb = 4000 kg/m3

- Khối lượng riêng của khí ở 150oC: ρk = 0,833 kg/m3

- Khối lượng bụi vào mb = 598.3 = 1794 kg

- Nồng độ bụi vào = 1794.1000/(24.3,6.8,33) = 2493 mg/m3

Nhiệt độ khí đầu vào là 150oC nên ta chọn vật liệu lọc của thiết bị là nitron (do độ bền nhiệt khi tác động lâu dài 120oC và tức thời 150oC, khá bền hóa học đối với axit, chất kiềm và chất oxi hóa…)

- Thiết bị lọc túi vải có hệ thống rung lắc cơ học

- Diện tích 1 túi vải:

S túi = π × D × h = π × 0,25 × 3,5 = 2,749 m2Trong đó:

 D: Đường kính túi lọc (theo quy phạm D = 125 – 300 mm), chọn D = 250mm

 h: Chiều cao túi lọc (theo quy phạm h = 2 – 3,5 m), chọn h = 3,5 m

- Tổng diện tích bề mặt túi vải:

41

Trong đó:

 Q: Lưu lượng khí vào thiết bị (m3/h)

 v: Cường độ lọc (m3/m2.h), v = 15 – 200 m3/m2.h, tùy thuộc vào khí, vải lọc, pha phân tán nhiệt độ và được xác định bằng thực nghiệm Chọn v = 105 m3/m2.h

 η: Hiệu suất của thiết bị, lấy η = 90%

- Số túi lọc:

n = S

Stúi =

317,52,749 = 116 túi Chọn số túi lọc: n = 120 túi, chia làm 4 đơn nguyên, mỗi đơn nguyên có 30 túi được chia thành 6 túi hàng dọc và 5 túi hàng ngang

Chọn khoảng cách:

 Giữa các túi: d1 = 0,1 m

 Giữa các hàng: d2 = 0,1 m

 Giữa túi vải ngoài cùng đến mặt trong của thiết bị: d3 = 0,1 m

 Chọn độ dày của đế thiết bị: 𝛿 = 0,003 m

- Chiều dài của 1 đơn nguyên:

- Chiều cao bộ phận lọc: H1 = h = 3,5 m

- Chiều cao bộ phận chấn động trên túi vải: H2 = 0,3 m

42

- Chiều cao thu hồi bụi: H3 = 0 – 1,5 m Chọn H3 = 1 m

- Chiều cao của thiết bị: H = H1 + H2 + H3 = 3,5 + 0,3 + 1 = 4,8 m

 Tính toán trở lực của thiết bị:

→ Vậy chọn phương pháp hoàn nguyên rung cơ học

Thời gian rung lắc 1 túi lọc khoảng 1 phút nên quá trình rung lắc của cả chu trình làm việc khoảng 10 phút

 Tính lượng bụi thu được trong 1 đơn nguyên

- Khối lượng riêng của hỗn hợp khí và bụi được tính theo công thức:

𝜌ℎℎ = 𝐶𝑏

𝜌ℎℎ × 𝜌𝑏 + (1 −

𝐶𝑏

𝜌ℎℎ) × 𝜌𝑘Trong đó:

 Khối lượng riêng của bụi là: 𝜌𝑏 = 4000 kg/m3

43

 Khối lượng riêng của khí ở 1500C: 𝜌𝑘 = 0,833 kg/m3

 Nồng độ bụi trong hỗn hợp khí vào:

𝐶𝑏 = 2493 = 2493.10-6 kg/m3

→ 𝜌ℎℎ = 3271× 10−6

𝜌 ℎℎ × 4000 + (1 − 3271× 10−6

𝜌 ℎℎ ) × 0,833 Giải phương trình ta được: 𝜌ℎℎ = 4,057 kg/m3

Lượng hệ khí bụi đi vào ống tay áo:

𝐿𝑟 = 𝐺𝑟

𝜌ℎℎ = 30408,3

4,057 = 7495,3 m3/h = 2,08 m3/s Lượng bụi thu được:

44

𝑉𝑏 = 𝑚

𝜌𝑏 = 153,6

4000 = 0,039 m3

Chọn thùng chứa bụi có chiều cao h = 0,35, chiều rộng B = 0,3, chiều dài l = 0,4 m

→ Kích thước thùng chứa bụi: 0,3 × 0,4 × 0,35

Như vậy hiệu suất xử lý bụi tổng cộng qua 3 thiết bị buồng lắng, xyclon, túi vải là:

- Hấp thụ 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 thụ 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 cấu tử trong chất lỏng

Tháp hấp thụ

Tháp hấp thụ phải làm bằng thép không gỉ với lớp đệm vòng sứ bởi vì lớp đệm có tác dụng tăng diện tích và thời gian, tiếp xúc giữa 2 pha khí – lỏng để quá trình hấp thụ sảy

ra triệt để hơn, hiệu quả xử lý tốt, xử lý được với loại nồng độ cao

* Các thông số đầu vào

45

2.2.1 Các yếu tố đầu vào

Khối lượng riêng của hỗn hợp khí ρy

- Khối lượng riêng của pha khí ở 0oC và 1 atm:

Tra trong bảng 1.7 Sổ tay quá trình và thiết bị tập 1.

- Khối lượng riêng của pha khí ở 30oC và 1 atm:

−6( 𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑘𝑚𝑜𝑙ℎℎ𝑘 )

 Nồng độ phần mol tương đối của H2S là

- Khối lượng riêng của pha khí ở 25oC và 1 atm(xem như nhiệt độ dòng khí

ra bằng với nhiệt độ làm việc là 25oC) :

51

- Nồng độ ban đầu trong pha lỏng: 𝑥đH2S = 0

- Phương trình cân bằng vật chất: Gtrơ(𝑦đH2S− 𝑦𝑐H2S) = Gx (𝑥𝑐H2S − 𝑥đH2S)

𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑘𝑚𝑜𝑙 )

=> Gxmin = 478,83×Gtrơ = 487,83 × 402,122 = 196167,18 (kmol/h)

- Lấy hệ số thừa dư là 1,2

=> Lượng dung môi thực tế là: Gxtt = 1,2×Gxmin = 235400,62 (kmol/h)