Đồ Án Xử lý khí thải cho các ngành công nghiệp giúp giải quyết các vấn đề ô nhiễm môi trường không khí

Những năm gần đây, nhân loại đã phải quan tâm nhiều hơn đến vấn đề ô nhiễm môi trường không khí, đó là : sự biến đổi của khí hậu – nóng lên toàn cầu, suy giảm tầng ozon, mưa axit, các bệ

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 4

CHƯƠNG I : MỤC TIÊU THIẾT KẾ 5

1.1 Thông số đầu vào 5

1.2 Xử lý số liệu 5

a Tính toán nồng độ tối đa cho phép 5

b Tính toán nồng độ đầu vào của khí thải 6

1.3 Tính toán lan truyền ô nhiễm không khí 9

a Xác định nguồn thải là nguồn cao hay nguồn thấp 9

b.Tính toán khuếch tán chất chất ô nhiễm từ nguồn điểm cao 10

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH CHÍNH TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ THẢI 13

2.1 Xử lý bụi 13

2.1.1 Các thông số đầu vào 13

2.1.2 Đặc điểm của Xyclon 14

2.1.3 Tính toán Xyclon 16

a) Diện tích tiết diện Cyclon F ( m 2 ) 16

b) Đường kính của Cyclon 16

c) Vận tốc thực tế của dòng khí trong Cyclon 16

d) Các kích thước chi tiết của Cyclon 16

e) Xác định đường kính giới hạn của hạt bụi 17

f) Hiệu quả lọc theo cỡ hạt của Cyclon 17

g) Bảng thống kê chi tiết Cyclon 19

2.2 Xử lý khí thải 20

2.2.1 Xử lý SO 2 bằng phương pháp hấp phụ 20

2.2.1.1 Giới thiệu về phương pháp 20

2.2.1.2.Tính toán cân bằng vật chất 22

2.2.1.3 Đường kính tháp và lượng than 23

2.2.1.4.Chiều cao của tháp hấp phụ 23

2.2.1.5 Tính toán cơ khí 24

2.2.2.Xử lý H 2 S bằng phương pháp hấp thụ 27

A Tính toán cơ sở 27

 Đầu vào 27

B Xây dựng đường cân bằng 28

C.Xây dựng đường làm việc 29

D Tính toán lượng dung dịch NaOH cần dùng 30

E Tính toán tháp hấp thụ 30

1.Đường kính tháp hấp thụ 30

2.Chiều cao của tháp hấp thụ 33

a.Xác định số đơn vị truyền khối tổng quát của pha khí N Oy 33

3 Tính toán trở lực tháp 34

M Đ U Ở ĐẦU ẦU

Hiện nay vấn đề ô nhiễm không khí không còn là vấn đề riêng lẻ của một quốc gia hay một khu vực mà nó đã trở thành vấn đề toàn cầu Thực trạng phát triển kinh tế - xã hội của các quốc gia trên thế giới trong thời gian qua đã có những tác động lớn đến môi trường và đã làm cho môi trường sống của con người bị thay đổi và ngày càng trở nên tồi

tệ hơn Những năm gần đây, nhân loại đã phải quan tâm nhiều hơn đến vấn đề ô nhiễm môi trường không khí, đó là : sự biến đổi của khí hậu – nóng lên toàn cầu, suy giảm tầng ozon, mưa axit, các bệnh về đường hô hấp… Nguyên nhân chủ yếu là sự phát thải khí thải từ các nhà máy, khu công nghiệp, các phương tiện giao thông Khí thải trong các ngành công nghiệp hiện nay đã và đang gây ra những ảnh hưởng lớn tới thành phần môi trường không khí trên Trái Đất Đặc biệt đối với môi trường không khí, khí thải từ các hoạt động công nghiệp có thể chứa nhiều chất độc hại cho môi trường và sức khoẻ con người như H 2 S, HF, CO, CO 2 , NO x ,…với nồng độ vượt ngưỡng tiêu chuẩn cho phép Mỗi ngành công nghiệp đều có đặc tính khí thải khác nhau, dựa vào đặc tính của từng khí thải của từng ngành nghề mà chúng ta có các biện pháp và hướng giải quyết khác nhau để hạn chế tối đa sự phát thải khí ra ngoài môi trường.

Tuy nhiên, còn nhiều nhà máy vẫn chưa đáp ứng được việc giải quyết các vấn đề gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt chưa giải quyết được tình trạng ô nhiễm trong không khí từ các nhà máy ra ngoài môi trường Xuất phát từ vấn đề trên, trong đồ án khí thải này, em

đề xuất một số biện pháp xử lý khí thải cho các ngành công nghiệp giúp giải quyết các

vấn đề ô nhiễm môi trường không khí.

CHƯƠNG I : MỤC TIÊU THIẾT KẾ

1.1 Thông số đầu vào

- Lưu lượng nguồn thải: L = 25000 m3/ h = 6,94 (m3/s )

- Nhiệt độ khí thải tại miệng ống khói :110oC

- Nhiệt độ môi trường : 25oC

1.2 Xử lý số liệu

a Tính toán nồng độ tối đa cho phép

Theo QCVN 19:2009 /BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải công nghiệp đối với bụi và các chất vô cơ

C max = C × K p×K v

Trong đó:

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

+ C : Nồng độ của bụi và các chất vô cơ theo cột B của QCVN 19:2009 /BTNMT

+ KP:Hệ số lưu lượng nguồn thải KP = 0,9 (Vì lưu lượng của nhà máy

25000m3/ h (mục 2.3 – QCVN 19: 2009 /BTNMT )

+Kv : Hệ số vùng , Kv = 1 Khu công nghiệp ; đô thị loại V; vùng ngoại thành, ngoại thị đô thị loại II, III, IV có khoảng cách 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

Bảng 1 Nồng độ tối đa cho phép đối với hạt bụi và các chất vô cơ trong khí thải công nghiệp

b 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 110oC, 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 và khí thải nào vượt tiêu chuẩn ta cần quy đổi

C1(100oC) → C2 (25oC)Đây là trường hợp điều kiện đẳng áp với p1 = p2 = 760 mmHg

Bảng 2 Nồng độ các thành phần trong khói thải

- Nhận xét: Dựa vào bảng số liệu  Những chỉ tiêu cần xử lý trước khi xả thải ra

ngoài môi trường là : Bụi, SO2, CO, H2S, NO2, Cl

- Hiệu suất tối thiểu để xử lý các chỉ tiêu

¿C v−C r

C v ×100 %

Trong đó:

 :Hiệu suất tối thiểu để xử lý từng chỉ tiêu

C v : Hàm lượng chất X trong hỗn hợp khí thải vào (mg/m3)

C r : Hàm lượng chất X trong hỗn hợp khí thải ra ( mg/m3)

Bảng 3: Hiệu suất tối thiểu để xử lý các chỉ tiêu

1.3 Tính toán lan truyền ô nhiễm không khí

a Xác định nguồn thải là nguồn cao hay nguồn thấp

 Do nguồn thải là ống khói của nhà máy A nên đây là nguồn điểm

 Xét nhà máy A:

Ta có: bA = 10 (m) < 2,5hA = 2,5 × 5 = 12,5 (m)  Nhà máy A là tòa nhà hẹp

lA = 60 (m) > 10hA = 10 × 5 = 50 (m)  Nhà máy A là tòa nhà dài

 Nhà máy A là tòa nhà hẹp, dài

 Xét khu dân cư B

Ta có: bB =110 (m) > 2,5hB = 2,5 × 10 = 25 (m) Khu dân cư B là khu dân

cư rộng

lB = 120 > 10hB = 10 × 10 = 100 (m)  Khu dân cư B là khu dân cư dài

 Khu dân cư B là khu dân cư rộng,dài

 Với nhà máy A là tòa nhà hẹp đứng đầu :

x1 = L1 = 55 (m) > 10hA = 10 × 5 = 50 (m)

 Nhà máy A và khu dân cư B đứng độc lập với nhau

 Với nhà máy A có chiều ngang rộng đứng độc lập

Trong đó: ∆h: độ nâng của luồng khói,m ;

D: đường kính của miệng ống khói, D= 1500mm=1,5m;

ω : vận tốc ban đầu của luồng khói tại miệng ống khói, m/s;

u : vận tốc gió, m/s

Tk : nhiệt độ tuyệt đối của khói tại miệng ống khói, Tk = 383K

∆ T : chênh lệch nhiệt độ giữa khói và nhiệt độ xung quanh

- Vận tốc gió tại miệng ống khói là : u15 = u10(Z Z1)n = 1(1910)0,12= 1,08(m/s)

Trong đó: u19 :vận tốc gió tại độ cao z (z= 19m ),m/s

u10 : vận tốc gió tại độ cao đặt máy quan trắc (z1= 10m), u10 = 1 m/s

n : chỉ số mũ ( Do khí quyển ở mức trung tính, độ ghồ ghề mặt đất là 0,01m nên tra bảng 2.1 Giáo trình kỹ thuật xử lý khí thải ta có n = 0,12 )

> Độ nâng của luồng khói:

Hô : là chiều cao thực của nguồn thải, Hô = 19 m;

∆ h : là độ cao nâng của nguồn thải, ∆ h = 11,18 m;

Do Hhq = 30,18 (m) >Hgh = 10,9 (m)  Đây là nguồn thải cao

b.Tính toán khuếch tán chất chất ô nhiễm từ nguồn điểm cao

Theo QCVN 05:2009/ BTNMT và QCVN 06:2009/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuậtquốc gia về chất lượng không khí xung quanh thì nồng độ tối đa cho phép của một

số khí độc trong không khí xung quanh là:

Thông số Thời gian trungbình Nồng độ cho phép(µg/m3)

Ta có : δ z¿ ¿ = 30,18

√2 = 21,34

 Tra hình 2.12 trang 60 Giáo trình kỹ thuật xử lý khí thải xmax≈ 500 m =>

Vị trí Cmax ngoài khu dân cư B

Tính toán nồng độ chất ô nhiễm tại điểm đầu, giữa và cuối trên nóc nhà BTính theo công thức Gauss biến dạng ta có:

C = 2 π u δ M

y δ z exp¿

- Tùy thuộc vào độ xa thì nồng độ chất ô nhiễm ở các điểm của nhà là khácnhau, vì khoảng cách giữa 2 nhà là 55m <100m Chiều cao tối thiểu để tra

δ y , δ z nên chọn x= 100m Do vậy nồng độ chất ô nhiễm tại 3 điểm

đầu, giữa, cuối trên nóc nhà B là như nhau:

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH CHÍNH TRONG HỆ

THỐNG XỬ LÝ KHÍ THẢI

2.1 Xử lý bụi

2.1.1 Các thông số đầu vào

Khối lượng riêng của khí thải kg/m3 1,2

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

Thành phần bụi của khí thải từ nhà máy thải ra là:

- Bụi có đường kính 0- 5µm chiếm: 11%

- Bụi có đường kính 5-10µm chiếm: 7%

- Bụi có đường kính 10-20µm chiếm: 11%

- Bụi có đường kính 20-30µm chiếm: 14%

- Bụi có đường kính 30-40µm chiếm: 11%

- Bụi có đường kính 40-50µm chiếm: 9%

- Bụi có đường kính 50-60µm chiếm: 21%

- Bụi có đường kính 60-70µm chiếm: 16%

Nồng độ bụi đầu ra theoQCVN 19: 2009/BTNMT: Cr = 240 mg/m3.

Lựa chọn thiết bị xử lý bụi

Hiệu suất cần đạt được để xử lý đạt quy chuẩn là :

ɳ = 15000−24015000 =98,4 %

Chọn thiết bị xử lý là Xyclon

2.1.2 Đặc điểm của Xyclon

+ Thiết bị xyclon được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp có hiệu quả cao khi kích thước hạt bụi > 5 µm Thu hồi bụi trong xyclon diễn ra dưới tác dụng của lực ly tâm

+ Nguyên lý hoạt động: Dòng khí nhiễm bụi được đưa vào phần trên của xyclon Thân xyclon thường là hình trụ có đáy là chop cụt Ống khí bẩn vào thường có dạng khối chữ nhật, được bố trí theo phương tiếp tuyến với thân

xyclon Khí vào xyclon thực hiện chuyển động xoắn ốc, dịch chuyển xuống dưới và hình thành dòng xoáy ngoài Lúc đó, các hạt bụi, dưới tác dụng củ

aluwjc ly tâm văng vào thành xyclon Tiến gần đáy chop, dòng khí bắt đầu quayngược trở lại và chuyển động lên trên hình thành dòng xoắn trong Các hạt bụi văng đến thành, dịch chuyển xuống dưới nhờ lực đẩy của dòng xoáy và trọng lực và từ đói ra khỏi xyclon, qua ống xả bụi Khí sạch sau khí xử lý được đưa ra

ở phía trên đỉnh thiết bị bởi ống trụ tâm

+ Ưu điểm:

- Không có phần chuyển động nên tăng độ bền của thiết bị

- Có thể làm việc ở nhiệt độ cao ( đến 5000C )

- Thu hồi bụi ở dạng khô

- Trở lực hầu như cố định và không lớn (250-1500) N/m

- Làm việc cở áp suất cao

- Năng suất cao,rẻ

- Có khả năng thu hồi vật liệu mài mòn mà không cần bảo vệ bề mặtxyclon

- Hiệu suất không phụ thuộc sự thay đổi nồng độ bụi

- Chế tạo đơn giản+ Nhược điểm

- Hiệu quả vận hành kém khi bụi có kích thước nhỏ hơn 5 µm

- Không thể thu hồi bụi kết dính

2.1.3 Tính toán Xyclon

Chọn số Xyclon n=5 Khi đó lưu lượng khí cho mỗi Xyclon

6,94

1,3885

Q F





( m2 ) Trong đó :

- Qk là lưu lượng dòng khí ( m 3 /s)

- ω q là vận tốc dòng khí trong Cyclon ( 2,2 – 5 m/s ) Chọn ω q= 2,5 m/s



1,388 2,5

F  

0,552 ( m 2 )

( Theo giáo trình “ Xử lý khí thải” của Th.s Lâm Vĩnh Sơn)

b) Đường kính của Cyclon

k tt

Q v

V = 0.97−0.850.97 ×100 % = 12,3 % < 15 % => Đạt yêu cầu với V tt = 0,85 m/s

d) Các kích thước chi tiết của Cyclon

Chọn kích thước Cyclon theo tiêu chuẩn của Stairmand C.J

 Đường kính Cyclon : D = 850 ( mm )

 Đường kính trong của ống xả : d= 0,5.D = 0,5.850 = 425 ( mm )

 Đường kính trong của lỗ tháo bụi ( phễu ) : d p = 0,25.D = 0,25.850 = 212,5 mm

 Chiều rộng ống nối vào trong Cyclon : b’ = 0,15.D = 0,15.850 =127,5 mm

 Chiều rộng của ống nối vào ở miệng Cyclon : b = 0,2.D = 170 mm

 Chiều cao thùng chứa bụi : h 4 = 0,5.D = 425 mm

 Chiều cao của ống nối vào : a = 0,5.D = 0,5.850 = 425 mm

 Chiều cao ống tâm có mặt bích : h 1 = D = 850 mm

 Chiều cao phần hình trụ : h 2 = 1,5.D = 1275 mm

 Chiều cao phần thân hình nón : h 3 = 2,5.D = 2125 mm

 Chiều cao thiết bị Cyclon : H = 5.D = 5.850 = 4125 mm

 Hệ số trở lực  =250 N/m 2 ( Chương 6, trang 39, giáo trình xử lý khí thải của Th.s Lâm Vĩnh Sơn )

e) Xác định đường kính giới hạn của hạt bụi

Đường kính giới hạn của hạt bụi được tính theo công thức:

t t

     

3/2

6 387 273 110 17,17.10

- ρ b : là khối lượng riêng của bụi , ρ b= 3000 kg/m 3

- VE : là vận tốc của khí ở ống dẫn vào Cyclon

Lượng bụi

trong 1m 3 khí

       

 Đạt yêu cầu xử lý

g) Bảng thống kê chi tiết Cyclon

3 Đường kính trong của lỗ tháo bụi d p 0,2125 m

4 Chiều rộng của ống nối vào trong Xyclon

5 Chiều rộng của ống nối vào ở miệngCyclon (b) 0,17 m

9 Chiều cao ống tâm có mặt bích (h1 ) 0,85 m

10 Chiều cao phần hình trụ (h2 ) 1,275 m

11 Chiều cao phần thân hình nón ( h3 ) 2,125 m

13 Chiều cao của thiết bị Cyclon (H) 4,25 m

Khối lượng riêng của

Áp suất atm 1

2.2.1.1 Giới thiệu về phương pháp

Hệ thống xử lý SO2 bằng than hoạt tính có sơ đồ đơn giản và được áp dụng cho nhiều ngành công nghiệp thải ra khí SO2 khác nhau Hệ thống này có ưu điểm là có thể làm việc được với khí thải có nhiệt độ cao trên 1000C

Nhược điểm của phương pháp này tùy thuộc vào quá trình hoàn nguyên, quá trình này có thể làm tiêu hao nhiều vật liệu hấp phụ hoặc sản phẩm thu hồi là khí SO2 có nồng độ thấp có lẫn nhiều H2SO4

1,063.10-3(mol SO2/mol khí)-Tỷ số mol :

3 3

1,063.1

1 1, 0

0 0 3

v v

2 2

r

(mol/m3)-Nồng độ phần mol:

2 7, 03.10

31,8

r r

SO Ck

r r

2

4 4 9,79.10

(1 ) (1 9,79.10 ).2 9

SO r r

kk r

M M

Y

  2,134.10-4(kgSO2/kg khí thải)-Phần khối lượng khí đầu ra:

2 2

4

2, 21.10 2,

.28 (1 2, 21 ).29

SO r r

-Khối lượng than hoạt tính cần dùng trong 8h

mthan=m SO 2 ht

a 8= 4437,14(kg)trong đó a: hoạt độ của than đối với SO2 (a=0,07kgSO2/kg than)

- Thể tích của than trong lớp hấp phụ:

V = m than

ρ t = 4437,14500 = 8,87 (m3)

2.2.1.4.Chiều cao của tháp hấp phụ

-Chiều cao làm việc của tháp : Hlv= V F=8,873,14= 2,83 m

- Lưu lượng khí vào tháp Q = 6,94m3/s

- Vận tốc khí trong ống dẫn wk=10-30m/s => Chọn vận tốc trong ống dẫn khí vào bằng vận tốc trong ống dẫn khí ra wk=25m/s

Chọn ống với đường kính tiêu chuẩn 600mm, bề dày 13mm, làm bằng thép không

gỉ Chọn chiều dài ống nối 300 mm

 Hoàn nguyên vật liệu hấp phụ :

- Sau khi than hoạt tính bão hòa thì SO2 thì nó sẽ được chuyển qua bunke rồi được đưa vào tháp giải hấp phụ

- Ở nhiệt độ 400 – 5000C thì khí SO2 sẽ thoát ra khỏi than hoạt tính Khí SO2

thoát ra từ quá trình hoàn nguyên có nồng độ 40-50%

- Lượng than hoạt tính sau khi được hoàn nguyên sẽ được loại bỏ một số không đạt yêu cầu rồi được bổ sung thêm 1 lượng than hoạt tính mới trướckhi được đưa tuần hoàn trở lại tháp hấp phụ nhiều tầng

2.2.2.Xử lý H 2 S bằng phương pháp hấp thụ

Hấp thụ H2S bằng dung môi hấp thụ là dung môi NaOH 10%

- Lượng mol H2S đầu vào là:

- Nồng độ phần mol tương đối của H2S là:

- Sản lượng mol H2S còn lại trong hỗn hợp khí đầu ra:

6 3

5, 06.10

c

H S c

H S

ra

G y

Phương trình đường cân bằng của H2S : Y =884,21X

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

f(x) = 884.21 x − 0 R² = 1

Đường cân bằng

Đường cân bằng Linear (Đường cân bằng )

Nồng độ phần mol H2S trong pha lỏng

X là giao điểm của đường Y đ H2S

= 2,77 10−5 với đường cân bằng Y = 884,21X

L G

 

 

2 2 2

2

m x

8 a

H S H S tr

=> Sản lượng mol tối thiểu là:

-Đường làm việc H 2 S qua 2 điểm :

2 2

5 8

H S NaOH

H S

ht NaOH G M

E Tính toán tháp hấp thụ

1.Đường kính tháp hấp thụ

- Hấp thụ H2S bằng dung dịch NaOH 10 % khối lượng

- Nhiệt độ làm việc của tháp hấp thụ là 500C

Bảng 1 : Khối lượng riêng của dung dịch NaOH 10% (kg/m 3 ) theo nhiệt độ (ở

áp suất khí quyển)

-20 0 C 0 0 C 20 0 C 40 0 C 60 0 C 80 0 C 100 0 C 120 0 C Dd

+ ω là vận tốc làm việc của tháp: ω = (0.8 – 0.9)ω dp chọn ω = 0,8 ω dp

ω dp : là vận tốc đảo pha được xác định bằng công thức : y = 1,2× e−4 x

 Vật liệu đệm ( Bảng IX.8 – Trang 193 – Sách T2)

- Chọn vật liệu đệm là vòng xứ Raschig đổ lộn xộn có các thông số:

( Trích Qúa trình và thiết bị công nghệ hóa chất và thực phẩm – Tập 3 – Truyền khối- Vũ Bá Minh )

+ρ x: khối lượng riêng pha lỏng : ρ x = 1095 (kg/m3) ( Tra bảng 1 )

S

h d

1,8 10 3600

S

(kmol/h)+Sản lượng trung bình pha khí:

Chọn ω = 0,8 ω dp nên vận tốc làm việc của tháp là ω= 0,8. 7,6=6,08 (m/s)

Thay vào phương trình của D suy ra : D= √0,785.6,086,94 = 1,454(m)

Chọn D= 1,5 m

- Diện tích tiết diện của tháp: F=π × D4 2= 1,77 (m 2 )

2.Chiều cao của tháp hấp thụ

-Vì đường cân bằng là đường thẳng nên ta tính NOy theo cách sau:

- Động lực của quá trình tại đáy tháp hấp thụ

8 5

H S c