Đồ án Đề tài xử lý khí

thải ra trong điều kiện kỵ khí dưới sự tác dụng của vi khuẩn trong nước xuất hiện H2S,NH3, CH4 … các chất này rất độc cho ao nuôi và các động vật thuỷ sinh.- Các trường học trước đây thư

Amôniăc là một chất không màu, mùi khai và xốc, nhẹ hơn không khí (Khối lượng

đều có phân tử phân cực

1.1.3 Tính chất hóa học

nghĩa, amôniăc có thể phân huỷ sinh ra các đơn chất N2 và H2 Amôniăc phân huỷ ở nhiệt

thuận nghịch

2NH3  3H2 + N2

1.1.4 Tính bazo

Nhúng hai đũa thuỷ tinh vào hai bình đựng dung dịch HCl đặc và dung dịch NH3đặc sau đó đưa hai đầu đũa thủy tinh lại gần nhau thì sẽ thấy khói màu trắng Khói màutrắng là những hạt nhỏ của tinh thể muối amoni clorua Chất này được tạo do hai khí

nung nóng Khí NO sinh ra, đi tới bình cầu là nơi có nhiệt độ thường, thì hoá hợp vớitrong không khí tạo ra khí NO2 màu nâu đỏ

lại hoá hợp ngay với NH3: NH3 + HCl  NH4Cl

1.1.7 Tính acid

Như ta đã biết NH3 là một bazơ tuy nhiên nó còn là một acid:

Li3N(s)+ 2NH3 (l)  3Li+(am) + 3 NH2−(am)

NH3 như là Ligand Tetraamminecopper(II), [Cu(NH3)4]2+, có màu xanh dươngđậm khi thêm ammonia vào trong dung dịch muối đồng (II) Diamminesilver(I),[Ag(NH3)2]+, được gọi là tác chất Tollens' reagent

1.1.8 Điều chế

 Tổng hợp từ thiên nhiên:

Trong không khí có một lượng amôniăc không đáng kể sinh ra do quá trình phân

rã của động vật và thực vật

Trong cơ thể các động vật trong quá trình trao đổi chất sinh ra NH3 và nó ngay lậptức chuyển thành Urê

 Tổng hợp hoá học

với vôi sống:

2 NH4Cl + 2 CaO  CaCl2 + Ca(OH)2 + 2 NH3

nên phải thêm xúc tác để cho sản phẩm và hiệu suất mong muốn

bón hoá học Amôni Sunphat là một loại phân bón tốt Amôni Nitrat cũng được sử dụngnhư một loại phân bón và còn như một dạng thuốc nổ

200atm ta điều chế Urê (NH2)2CO là chất rắn màu trắng, tan tốt trong nước, chứa khoảng46%N :

thải môi trường, kiểm soát vệ sinh môi trường,các phương pháp phân tích dạng vết

c Kỹ nghệ điện tử

NH3 được sử dụng trong công nghệ sản xuất chất bán dẫn và một số vật liệu cao

hơi hoá học: Chemical Vapor Deposition (CVD)

d Một số ứng dụng khác

b Đối với động vật thuỷ sinh

nhưng có mật độ nuôi lớn

c Triệu chứng

Cá thở dốc trên mặt nước, mang cá bị tím hoặc đỏ bầm, Cá bị hôn mê và mất phản

xạ, Cá bị chết chìm ở đáy nước, Cá bị ghẻ xước ở vây hoặc cơ thể

hắt hơi khi hít phải, Cổ họng bị rát, mắt, môi và mũi bị phỏng, tầm nhìn bị hạn chế, Mạchmáu bị giảm áp nhanh chóng, Da bị kích ứng mạnh hoặc bị phỏng.Trong một số trườnghợp nếu hít phải NH3 nồng độ đậm đặc có thể bị ngất, thậm chí bị tử vong

hô hấp rõ rệt.Trị số giới hạn cho phép làm việc với đủ phương tiện phòng hộ trong mộtgiờ là từ 210-350 mg/m3

1.4 Cấp cứu và điều trị

Trong trường hợp hít phải NH3 cần đưa nhanh nạn nhân ra khỏi môi trường độchại, cho nằm nghỉ, thở oxi, điều trị triệu chứng; quan sát y học liên tục 24giờ trở lên đểphát hiện các biến đổi hô hấp

Trường hợp bị ô nhiễm da cần nhanh chóng rửa sạch bằng nước hoặc dung dịch cótác dụng trung hòa để bảo vệ da, điều trị triệu chứng.Trường hợp bị ô nhiễm mắt phảikhẩn trương rửa mắt thật kỹ

1.5 Các vấn đề môi trường liên quan đến NH

thải ra trong điều kiện kỵ khí dưới sự tác dụng của vi khuẩn trong nước xuất hiện H2S,NH3, CH4 … các chất này rất độc cho ao nuôi và các động vật thuỷ sinh.

- Các trường học trước đây thường không quan tâm đến vấn đề vệ sinh môi trường

đến sức khoẻ và tâm sinh lý của học sinh

ảnh hưởng lớn đến sức khoẻ công nhân và cộng đồng xung quanh

a Nguồn phát thải

 Làm phân bón

 Kỹ nghệ làm lạnh

 Kỹ nghệ điện tử

nghệ sản xuất các chất gây nghiện bất hợp pháp

b Các cộng nghệ xử lý:

 Xử lý hoá học

dịch acid loãng (HCl, H2SO4 ) để hấp thụ hoá học NH3

2NH3 + H2SO4 = (NH4)2SO4

 Xử lý sinh học

Bể sinh học màng vi lọc (MBR) xử lý nitơ, ammonia trong nước thải Việc khửchất ô nhiễm này chỉ thực hiện duy nhất một quá trình là khử nitrit “Quá trình này gồmhai giai đoạn chính đó là giai đoạn nitrit hóa bán phần và khử nitrit thông qua hệ thốngmàng vi lọc”.Trong đề tài “ Bước đầu nghiên cứu phân lập vi khuẩn có khả năng sử dụng

arthobacter cho việc xử lý NH3

Xử lý NH3 bằng hồ tuỳ tiện có thêm các chất trao đổi ion như Zeolit NH3 là mộtkhí độc, và cũng là một khí có nhiều ứng dụng trong kỹ nghệ.Tuy nhiên so với nhữngchất khí thải khác thì NH3 ít độc hại và xử lý tương đối đơn giản Vấn đề quan trọng làtrong kỹ thuật làm lạnh chúng ta cố gắng hạn chế tối đa sự cố môi trường xảy ra, đồngthời luôn có biện pháp đối phó để giảm thiểu thiệt hại và ảnh hưởng môi trường xungquanh

 Xử lý cơ học

Nhờ vào khả năng hoà tan tốt trong H2O, Khi sự cố môi trường xảy ra (rò rĩ khíamoniac) thì biện pháp đơn giản nhất đó là cách ly người dân và phun nước pha loãng.

Pha khí (hơi hay lỏng) xuyên qua các lỗ, khe chóp, khe lưới,hay khe xupap sụcvào pha lỏng trên đĩa Để phân phối đều chất lỏng người ta dùng tấm ngăn điều chỉnh

+ Ưu điểm: Hiệu suất truyền khối cao, hoạt động ổn định, làm việc với chất lỏngbẩn, ít tiêu hao năng lượng.

+ Nhược điểm: cấu tạo hức tạp, trở lực lớn, nặng

2 Tháp mâm lỗ

Tháp đĩa lưới hình trụ, bên trong có nhiều đĩa, có

lỗ tròn, hoặc rảnh Chất lỏng chảy từ trên xuống qua

các ống chảy chuyền Khi đi từ dưới lên qua các lỗ

hoặc rảnh đĩa Đĩa có thể lấp cân bằng hoặc xuyên

một góc với độ dóc 1/45- 1/50

+ Ưu điểm: chế tạo đơn giản, vệ sing dễ dàng, trở lực ít hơn tháp chớp, ít tốn kimloại hơn tháp chớp

+ Nược điểm: yêu cấu lấp đặt cao, mâm lấp phải rất phẳn

b Tháp đĩa không có ống chảy chuyền

Trong trường hợp này khí và lỏng cùng chảy

qua một lỗ trên đĩa, vì vậy không có hiện

tượng giảm chiều cao chất lỏng trên đĩa như

trong các loại tháp có ống chảy chuyền, và

tất cả bề mặt đĩa dều làm việc, nên hiệu quả

của đĩa cao hơn Vì vậy trong những năm

gần đây loại tháp này được sử dụng rộng rải

Tháp đĩa không có ống chảy chuyền cũng có

nhiều loại nhưng chủ yếu có hai loại: đĩa lỗ

và đĩa rảnh Đĩa lỗ được cấu tạo bởi các tấm

ngăn và tấm phẳng, trên có nhiều lỗ tròn

được bố trí đều Lỗ có đường kính 2-8mm

phụ thuộc vào chất lỏng Tháp đĩa rãnh là đĩa

gồm nhiều thanh hoặc là nhiều ống ghép lại

với nhau tạo thành các khe hở 3-4mm ngoài ra đĩa còn có cấu tạo hình sống, trên có lỗ

Các sống gần nhau hợp thành góc 900 Hơi đi từ dưới lên qua lỗ ở phần sống lồi, còn lỏng

đi từ trên xuống qua phần sống lõm

1.6.2 Tháp phun

Loại này gồm thân và 1 ống vòi phun

2 Những hạt chất lỏng sẻ được phun ra và

tiếp xúc với dòng khí đi từ dưới lên và quá

trình hấp thụ xảy ra Loại thiết bị này không

phù hợp với các loại khí khó hoà tan

Ngoài ra còn có những loại hấp thu cơ

học Chất lỏng bắn ra trong các phễu, ở đó khí

sẻ đươc tiếp xúc với chất lỏng và có quá trình

hấp thụ Khí chuyển động qua thiết bị theo đường ngoằn ngoèo giữa các bậc Chất lỏngchảy từ trên xuống và lấy ra ở đáy Bộ phận bắn tung chất lỏng được gắn vào một trụcquay, có tác dụng trì hoãn sự chảy của chất lỏng trong phễu, tạo khả năng tiếp xúc tốt vớipha khí

+ Ưu điểm: Tháp hấp thụ rỗng được thiết kế để dòng khí chuyển động theo tuyến

1.6.3 Tháp đệm

Cấu tạo gồm: thân tháp rỗng bên trong đổ đầy đệm làm từ vật liệu khác nhau (gỗ, nhựa, kim loại, gốm, ) với những hình dạng khác nhau (trụ, cầu, tấm, yên ngựa, lò xo, );lưới đỡ đệm, ống dẫn khí và lỏng vào ra Để phân phối đều lỏng lên khối đệm chứa trong tháp, người ta dùng bộ phận phân phối dạng: lưới phân phối (lỏng đi trong ống – khí ngoài ống; lỏng và khí đi trong cùng ống); màng phân phối, vòi phun hoa sen (dạng trụ, bán cầu, khe); bánh xe quay (ống có lỗ, phun quay, ổ đỡ);

Các phần tử đệm được đặc trưng bằng: đường kính d, chiều cao h, bề dày δ Đối với đệm trụ, h = d chứa được nhiều phần tử nhất trong 1 đơn vị thể tích

- Khối đệm được đặc trưng bằng các kích thước: bề mặt riêng a (m2/m3); thể tích tự do ε (m3/m3); đường kính tương đương d(tđ) = 4r(thủy lực) = 4.S/n = 4 ε/a; tiết diện tự do S (m2/m3)

Khi chọn đệm cần lưu ý: thấm ướt tốt chất lỏng; trở lực nhỏ, thể tích tự do và và tiết diện ngang lớn; có thể làm việc với tải trọng lớn của lỏng và khí khi ε và S lớn; khối lượng riêng nhỏ; phân phối đều lỏng; có tính chịu ăn mòn cao, rẻ tiền, dễ kiếm Để làm việc với chất lỏng bẩn nên chọn đệm cầu có khối lượng riêng nhỏ

Ưu – nhược điểm - ứng dụng

+Ưu: cấu tạo đơn giản; trở lực theo pha khí (hoạt động ở chế độ màng/quá độ) nhỏ

+Nhược: hoạt động kém ổn định, hiệu suất thấp; dễ bị sặc; khó tách nhiệt, khó thấm ướt

+Ứng dụng:

- Dùng trong các trường hợp năng suất thấp: tháp hấp thụ khí, tháp chưng cất,

- Dùng trong các hệ thống trở lực nhỏ (như hệ thống hút chân không, )

1.6.4 Tháp màng

Bề mặt tiếp xúc pha là bề mặt chất lỏng chảy thành màng theo bề mặt vật rắnthường là thẳng đứng Bề mặt vật rắn có thể là ống, tấm song song hoặc đệm tấm

a Tháp màng dạng ống:

Có cấu tạo tương tự thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống

chùm, gồm có ống tạo màng được giữ bằng hai vĩ ống ở hai

đầu, khoảng không giữa ống và vỏ thiết bị để tách khi cần

thiết Chất lỏng chảy thành màng theo thành ống từ trên

xuống, chất khí (hơi) đi theo khoảng không gian trong màng

chất lỏng từ dưới lên

b Tháp màng dạng tấm phẳng:

Các tấm đệm đặt ở dạng thẳng đứng được làm từ những vật liệu khác nhau (kimloại, nhựa, vải căng treo trên khung ) đặt trong thân hình trụ Để đảm bảo thấm ướt đềuchất lỏng từ cả 2 phía tấm đệm ta dùng dụng cụ phân phối đặc biệt có cấu tạo răng cưa

c Tháp màng dạng ống khi lỏng và khí đi cùng chiều:

Cũng có cấu tạo từ các ống cố định trên 2 vỉ, khí đi qua thân gồm các ống phânphối tương ứng đặt đồng trục với ống tạo màng Chất lỏng đi vào ống tạo màng qua khegiữa 2 ống Khi tốc độ khí lớn sẽ kéo theo chất lỏng từ dưới lên chuyển động dưới dạngmàng theo thành ống tạo màng Khi cần tách nhiệt có thể cho tác nhân lạnh đi vàokhoảng không gian giữa vỏ và ống Để nâng cao hiệu suất người ta dùng thiết bị nhiềubậc giống nhau

-Thủy động lực trong thiết bị dạng màng:

+ Khi Re < 300 – chảy màng , bề mặt pha nhẵn trơn

+ Khi 300 < Re < 1600 – chảy màng bắt đầu có gợn sóng

+ Khi Re > 1600 – chảy rối

Khi có dòng khí chuyển động ngược chiều sẽ ảnh hưởng lớn đến chế độ chảycủa màng Khi đó, do lực ma sát giữa khí và lỏng sẽ có cản trở mạnh của dòng khí làm bềdày màng tăng lên, trở lực dòng khí tăng Tiếp tục tăng vận tốc dòng khí sẽ dẫn đến cânbằng giữa trọng lực của màng lỏng và lực ma sát và dẫn đến chế độ sặc (nhiều khi phakhí chỉ 3-6m/s đã xảy ra sặc) Khi tốc độ vượt qua tốc độ sặc sẽ làm kéo chất lỏng theo pha khí ra ngoài

- Ưu và nhược điểm của tháp màng:

+ Ưu:

- trở lực theo pha khí nhỏ

- có thể biết được bề mặt tiếp xúc pha (trong trường hợp chất lỏng chảy thành màng)

- có thể thực hiện trao đổi nhiệt

+ Nhược:

- năng suất theo pha lỏng nhỏ

- cấu tạo phức tạp, khi vận hành dễ bị sặc

+ Ứng dụng:

- trong phòng thí nghiệm

- trong trường hợp có năng suất thấp

- trong những hệ thống cần trở lực thấp (hệ thống hút chân không, )

CHƯƠNG 2: SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ

Thiết minh quy trình công nghệ:

Khí xử lý khí NH3 được lấy từ các nhà máy sản xuất phân bón , sản xuất phân Ure,

sẽ được thu lại rồi sau đó dùng quạt thổi khí vào tháp hấp thụ (tháp mâm xuyên lỗ) Dungdịch dùng hấp thụ là nước Tháp hấp thụ làm việc nghịch chiều: nước được bơm lên bồncao vị mục đích là để ổn định lưu lượng, từ đó cho vào tháp từ trên đi xuống, hỗn hợp khíđược thổi từ dưới lên và quá trình hấp thụ xảy ra

Hấp thụ xảy ra trong đoạn tháp có bố trí các mâm Hỗn hợp khí trơ đi ra ở đỉnhtháp sẽ được cho đi qua ống khói để phát tán khí ra ngoài không gây ảnh hưởng đến côngnhân

Dung dịch sau hấp thụ ở đáy tháp được cho ra bồn chứa Tại đây, dung dịch lỏngnày sẽ được xử lỳ để sao cho nồng độ của nước thải đạt được nồng độ cho phép để có thểthải ra môi trường

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THÁP MÂM

XUYÊN LỖ3.1 Số liệu thiết kế ban đầu

- Năng suất lò hơi 5000 m3/h

- Nhiệt độ đầu vào của tháp 30oC

- Nhiệt độ ra 30oC

- Áp suất khí thải: p = 1atm = 760mmHg

3.2 Tính toán các số liệu thiết kế

3.2.1 Sơ đồ cân bằng vật chất của tháp mâm xuyên lỗ

DÒNG KHÍ RA DÒNG LỎNG VÀO

G, Gtr, yr L, Ltr, xv, Xv

DÒNG KHÍ VÀO DÒNG LỎNG RA

Ý nghĩa các kí hiệu tính toán:

Xv - Tỷ số mol khí trong dòng lỏng vào tháp hấp thụ ( kmolNH3/kmolH2O )

Xr - Tỷ số mol khí trong dòng lỏng ra tháp hấp thụ ( kmolNH3/kmolH2O )

Yv - Tỷ số mol khí trong hỗn hợp khí thải vào tháp hấp thụ (kmolNH3/kmolkk )

Yr - Tỷ số mol khí trong hỗn hợp khí thải ra tháp hấp thụ (kmolNH3/kmolkk )

xv - Phần mol khí trong pha lỏng đi vào tháp hấp thụ (kmolNH3/kmolhh )

xr - Phần mol khí trong pha lỏng ra khỏi tháp hấp thụ (kmolNH3/kmolhh )

yv - Phần mol khí trong dòng khí khi đi vào tháp hấp thụ (kmolNH3/kmolhh )

yr - Phần mol khí trong dòng khí khi đi ra tháp hấp thụ (kmolNH3/kmolhh )

G - Suất lượng hỗn hợp khí ( kmolhh/h )

Gtr-Suất lượng khí trơ (kmoltrơ/h )

THÁP HẤP THU

L - Suất lượng nước (kmolH2O/h )

Ltr - Suất lượng cấu tử lỏng trơ (kmoltrơ/h )

H là hằng số Henry phụ thuộc vào nhiệt độ của chất khí, mmHg

P áp suất của khí đang xét, mmHg

 Phương trình đường làm việc tương đương có dạng: Y* = 3.16×X+10-6

Từ đồ thị trên ta chọn số mâm lý thuyết là 1

Theo đồ thị số mâm lý thuyết Nlt = 11

Từ đồ thị 5.24a (stt2) mối liên hệ giữa hiêu suất mâm murphree và hiệu suất tổngquát

m = 3.17 = 0.801 × 10-3

ρx, ρy (kg/m3) khối lượng riêng của pha lỏng khí.

Gx, Gy (kg/h) lưu lượng pha lỏng, khí

Chọn D = 1(m) theo tieu chuẩn

3.2.6 Tính chiều cao tháp tính từ hai mép nối nắp và đáy

Được tính theo công thức sau: (theo công thức X.54/ trang 169 stt2)

+ h1 khoảng cách cho phép ở mép dưới nối nắp đến thiết bị phân phối lỏng( chọn h1= 0.25 m )

+ h2 khoảng cách từ thiết bị phân phối lỏng đến mâm thứ I (chọn h2 = 0.3 m)

+ h3 khoảng cách từ mâm cuối cùng tới mép trên nối đáy tháp ( chọn

3.2.7 Thuyết kế lổ trên mâm

- ρy (kg/m3 ) khối lượng riêng của khí

- ξ hệ số trở lực ( đối với đĩa lỗ ξ = 2.1, đối với đĩa lưới ξ = 1.4 ÷ 1.5, đốivới đĩa lưới ống làm bằng các đoạn lưới ống trên đĩa ξ = 0.9 ÷ 1)

Chọn ξ = 2.1

T = 3030K

Chương 4:TÍNH TOÁN CƠ KHÍ VÀ CÁC THIẾT BỊ

PHỤ TRỢ

Chọn vật liệu chế tạo thân, đáy, nắp của tháp là thép CT3 với

σk = 380×106

σc = 240×106 (theo bảng XII.4 stt2/trang 309)

Chọn thân thiết bị là thân hình trụ hàn:

Khi chế tạo loại này cần chú ý:

- Đảm bảo đường hàn càng rắn càng tốt, Chỉ hàn giáp nối

- Bố trí các đường hàn dọc ở các đoạn thân trụ riêng biệt lân cận cách nhau ítnhất 100mm

- Bố trí các mối hàn ở các vị trí dễ quang sát

- Không khoang lỗ qua mối hàn

- Chiều dày thân hình trụ được xác định theo công thức:

s = trong đó

D đường kính trong của thân thiết bị (m)

P = 0.16 ×106 áp suất làm việc trong thiết bị.

Chọn chiều dày thân st = 3mm (theo bản XII.9 stt2/trang 364)

Kiểm tra ứng suất của thành theo áp suất thử (dùng nước), áp suất thử được tínhtoán như sau (P0) ( công thức XIII.27 stt2/trang 366)

P0 = Pth + P1

Trong đó

P áp suất thử thuỷ lực được lấy theo bảng (XIII.5 stt2/trang 358),

chọn chiều dày đáy là 4mm.

4.3 Tính toán ống dẫn tháo liệu

4.3.1 Tính toán ống dẫn khí vào

Vận tốc khí trong ống khoảng 10-30 m/s Chọn tốc độ dòng khí vào bằng dòngkhí ra vv= 20 (m/s)

Vận tốc dòng lỏng trong ống dẫn vào, ra tháp từ 1.5 ÷ 2.5 m/s ( bảng II.2 trang

370, sổ tay quá trình và thiết bị công nghiệ hóa chất, tập 1) Chọn vận tốc vào là vx=2m/s

Lxv= = 13.48 m3/h = 3.8 × 10-3 m3/s

4.3.4 Vòi phun

Chọn vòi phun hoa sen

Chọn đường kính cho mỗi lỗ vòi sen:

ds = 10 (mm) = 0,01 m Chọn số lỗ trên vòi sen là 200 lỗ

vvòi = 0.24 m /sLưu lượng dung môi trên mỗi lỗ: