xây dựng các hệ thống xử lý khí thải

Khí chứa bụi thổi vào qua tháp rửa bằng dịch thể.

LỜI MỞ ĐẦU

Trong quá trình công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước, càng ngày càng

có nhiều nhà máy, khu công nghiệp tập trung được xây dựng và đưa vào hoạt động tạo ra một khối lượng sản phẩm công nghiệp chiếm một tỷ trọng cao trong toàn bộ sản phẩm của nền kinh tế quốc dân Bên cạnh đó sản xuất công nghiệp đã gây nên nhiều ảnh hưởng xấu đến môi trường trong đó có môi trường không khí Nếu không

có biện pháp thích đáng thì môi trường nói chung và môi trường không khí nói riêng sẽ đứng trước nguy cơ bị xấu đi trầm trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ của người dân Ô nhiễm không khí do hoạt động công nghiệp vẫn đang và sẽ là một trong những nguồn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng nhất Hầu hết các ngành công nghiệp đều sử dụng các loại nguyên liệu khác nhau để làm chất đốt nhằm cung cấp năng lượng cho quá trình công nghệ khác nhau Hầu hết các nhà máy đều sử dụng dầu để làm nguyên liệu Nguồn thải do chất đốt dầu và nhiều nguồn nguyên liệu khác nhưng (chủ yếu là dầu FO) được coi là nguồn thải quan trọng nhất Những khí thải này thải ra môi trường quá mức là nguyên nhân của mưa axit, hiệu ứng nhà kính, sự nóng lên của khí quyển…ảnh hưởng đến đời sống con người và sinh vật

Do vậy, cần phải có các biện pháp xử lý khí thải trước khi thải ra môi trường Và yêu cầu đặt ra đối với các nhà máy công nghiệp là phải xây dựng các hệ thống xử lý khí thải trước khi thải ra ngoài

- 1 -

CHƯƠNG 1: Tổng quan về phương pháp thu buị theo phương pháp ẩm 1.1 Các phương pháp thu bụi

Thu bụi theo phương pháp ẩm gồm:

Khí chứa bụi thổi vào qua tháp rửa bằng dịch thể Các hạt bụi trong khí được tách ra vì trong quá trình chuyển động chúng va chạm với các giọt dịch thể trở nên thấm ướt hoặc bám trên các giọt đó, khối lượng của chúng tăng lên, đồng thời cũng tăng thể tích, nên các hạt bụi có khả năng tách ra khỏi dòng khí Thiết bị thu bụi trong nhóm này gồm có: tháp rửa rỗng, tháp có ô đệm, thiết bị thu bụi theo phương pháp ẩm có vận tốc lớn (ống venturi)

Buồng thu bụi có bề mặt thấm ướt tiếp xúc với dòng khí chứa bụi các hạt bụi trên màng dịch thể sẽ bị thấm ướt, khối lượng riêng của chúng được tăng lên và

tự táchra khỏi dòng khí

Dòng khí chứa bụi được thổi qua lớp dịch thể, dưới tác dụng của áp suất thủy tĩnh và cột nâng vận tốc của các dòng khí, khí tạo thành bọt, trong đó chứa các hạt bụi Trong quá trình bọt khí chuyển động qua lớp dịch thể, hạt bụi sẽ chuyển động đến bề mặt thấm ướt và tự tách ra khỏi bọt khí Trong nhóm này thiết bị gồm

có : thiết bị sủi bọt, thiết bị thu bụi theo phương pháp ẩm qua các ô đệm Ngoài các thiết bị riêng biệt đã nêu trên còn có các thiết bị tổ hợp của 2, 3 phương pháp trên ghép lại VD tháp rửa có ô đệm, các hạt bụi được thu hồi là do các giọt dịch thể được phun vào thấm ướt hạt bụi đồng thời hạt cũng được thấm ướt ngay trên các bề mặt ẩm của ô đệm

1.1.1 Sự lắng bụi các hạt trên bề mặt các giọt dịch thể

Các hạt bụi lắng trên các giọt dịch thể dưới tác dụng các nhân tố sau:

1.1.2 Sự lắng các hạt bụi dưới tác dụng các lực quán tính

Thực chất quá trình lắng các hạt dưới tác dụng của lực quán tính như sau: dòng khí chứa bụi chuyển động bao quanh giọt dịch thể có đường kính là dk (bị

phân nhánh khi chuyển động gần tới giọt dịch thể và hợp chất lại khi chuyển động bao quanh vật ở phía sau giọt) Các hạt có kích thước lớn, dưới tác dụng của lực quán tính sẽ bị tách ra khỏi quĩ đạo dòng đến được bề mặt giọt dịch thể và lắng trên bề mặt đó Các hạt nhỏ không đủ động năng để thắng trở lực dòng do vậy sẽ chuyển động theo quĩ đạo dòng ( uốn theo đường cong bao quanh giọt dịch thể )

và được dòng khí cuốn theo Nếu các hạt bụi có khoảng cách e (so với bề mặt giọt)

được lắng trên bề mặt giọt có đường kính là dk thì hiệu quả lắng tỷ lệ với tỷ số

) (

Trong đó: m- khối lượng của hạt

ω- tốc độ chuyển động tương đối của hạt so với giọt dịch thể

k- thông số trở lực môi trường có vật rắn chuyển động hệ số này phụ tuộc vào sự chuyển động bao quanh giọt

dk - đường kính giọt thể

Đối với các hạt rắn dạng cầu, trong giới hạn của định luật Stốc có dạng:

stk d

d kd

m

k k

=

=

18

1 ω ρ ω

Trong đó: stk – tiêu chuẩn stốc, dạng đặc trưng các ảnh hưởng tính chất vật

lý của các hạt bụi và khí

d- đường kính của hạt

- 3 -

ρ- khối lượng riêng của hạt.

1.1.3 Sự lắng các hạt bụi dưới tác dụng của chuyển động nhiệt

Các hạt bụi có đường kính <1µm thực tế không bị lắng trên bề mặt giọt dịch thể dưới tác dụng của lực quán tính Tuy nhiên có thể bị lắng trên đường dòng bao quanh sát bề mặt giọt do tác dụng chuyển động nhiệt của các phân tử khí Hiệu quả lắng của các hạt rắn sẽ tăng khi thời gian tiếp xúc giữa khí với bề mặt giọt, nghĩa là giảm tốc độ khí chuyển động và tăng bề mặt tiếp xúc

1.1.4 Sự lắng các hạt bụi dưới tác dụng lực khuếch tán rối.

Khi dòng khí chuyển động với tốc độ 50 m/s hoặc lớn hơn và cường độ chảy rối cao sẽ xuất hiện khuếch tán ở trạng thái chảy rối, xảy ra sự va đập các hạt rắn vào bề mặt giọt thể các hạt có thể tách ra khỏi dòng để bám trên bề mặt giọt

1.1.5 Sự lắng bụi dưới tác dụng của lực tĩnh điện

Sự tác dụng điện tích hạt bụi và điện tích giọt dịch thể sẽ tạo ra khả năng lắng bụi Lực tĩnh điện chỉ có tác dụng khi khoảng cách giữa các hạt và giọt dịch thể không lớn và tốc độ dòng không cao

1.1.6 Sự lắng bụi dưới tác dụng quá trình khuếch tán có hướng.

Khi khí nóng chứa hơi nước được rửa bằng nước lạnh, ngoài những nguyên nhân lắng bụi trên bề mặt giọt dịch thể đã nghiên cứu còn có thể do các nhân tố sau:

Khi dòng khí được làm nguội xảy ra quá trình ngưng tụ hơi nước trên bề mặt hạt bụi, hạt này chính là trung tâm ngưng tụ do vậy hạt bụi được tăng kích thước

và dễ bị lắng

Hơi nước có thể bị ngưng tụ trên bề mặt dịch thể lạnh Sự c huyển động của các phân tử hơi nước trên bề mặt các giọt dịch thể đã tạo khả năng xáo trộn các hạt bụi đến bề mặt giọt(sự khuếch tán có hướng)

Nhân tố ảnh hưởng đến quá trình lắng bụi được nghiên cứu trong các thiết bị lọc bị theo phương pháp ẩm thì phương pháp thu bụi ẩm dưới tác dụng của lực quán tính và sự chuyển động nhiệt phân tử khí có ý nghĩa lớn

1.2 Sự thấm ướt các hạt bụi.

Quá trình lắng các hạt bụi trên bề mặt giọt dịch thể hoặc trên bọt dịch thể là

do các hạt bụi dược thấm ướt Sự thấm ướt là tính loang của dịch thể trên bề mặt vật rắn

Tháp rửa thu bụi theo phương pháp ẩm gồm 2 kiểu: tháp rồng và tháp có ô đệm trong đó khí cần làm sạch được chuyển qua tháp tiếp xúc với giọt dịch thể phun và qua ống phun

Vậy tháp xử lý khí dùng:

• Sử dụng khi cần lọc sạch bụi mịn với hiệu quả tương đối cao

• Kết hợp giữa lọc bụi và khử khí độc hại trong phạm vi có thể, nhất là với các lọai khí hơi cháy

• Kết hợp làm nguội khí thải

• Đặc biệt độ ẩm cao trong các lọai khí thải khi đi ra khỏi thiết bi lọc không gây ảnh hưởng gì đáng kể cho thiết bị cũng như các quá trình công nghệ liên quan

- 5 -

Chương 2: Tháp phun rỗng 2.1 Định nghĩa:Tháp phun rỗng là gì??

Tiết diện tháp có thể tròn hay hình chữ nhật

• Dòng khí và dịch thể trong tháp có thể chuyển động cùng chiều, ngược chiều hoặc cắt nhau

• Các mũi phun có thể bố trí một tầng hay nhiều tầng, hoặc đặt dọc trục thiết bị

• Các tháp rửa khí rỗng hoạt động có hiệu quả khi bụi có kích thước > 10µm

và kém hiệu quả khi kích thước bụi < 5µm

Dòng khí bụi được sục vào nước và bị chia ra thành các bọt khí Các hạt bụi

bị dính ướt và loại ra khỏi khí

2.5 Phương pháp tính toán

Thông số tính toán.

Lưu lượng dòng khí qua lát cắt hình hộp chữ nhật trong đơn vị thời gian

Lưu lượng nước phun

Đường kính giọt nước dn

Đường kính tháp D

Chiều cao H

Lưới phân phối khí

Vận tốc khí qua lỗ

Chiều dày thân thiết bị

Trở lực của ống dẫn vào và ra khỏi thiết bị

Ta có:

V vận tốc nước trong buồng phun

tổng thể tích các giọt nước trong khí và trong khối hộp

Lưu lượng nước qua khối hộp.

Ln= .V

α

α

Công thức tính lưu lượng khí thải từ 1 lò đốt:

Ta có:

• B : lưu lượng than đốt trong 1giờ (kg/h)

• V0200 Khí sinh ra khi đốt 1 kg than (Có thể lấy: V0 20 = 7,5 m3/kg)

• α- hệ số thừa không khí α=1,25 ÷ 1,3

• V0- Lượng không khí cần đốt 1 kg than (Vo = 7,1 m3/kg)

• t- Nhiệt độ khí thải gần đúng có thể lấy t ≈ 150 0 C

2.5.1.Đường kính giọt nước

vk-n : vận tốc tương đối giữa khí và nước (m/s) (100-300 m/s)

p n :khối lượng đơn vị của nước (kg/m3) (700-1200 kg/m3)

ơ : sức căng bề mặt của nước (N/m) (19-73).10-3 N/m

=

273

273.)1

20 0

t B

un :hệ số nhớt động lực của nước (Pas) (3.10-4- 5.10-2 Pas)

Lk, Ln : Lưu lượng khí và nước (m3/s)

Tỉ số giữa lưu lượng nước và khí:

Số lượng giọt nước chứa trong khối hộp

2.5.3 Lưới phân phối khí.

Chọn lưới có đặc tính dính

Chọn đường kính lỗ phân phối d

Lỗ sắp xếp theo hình lục giác đều

Đường kính trong của lưới D =D tháp

Số lỗ trên lưới phân phối:

Slưới =3,14 D2/4

S 1 lỗ =3.14 d2/4Vận tốc khí qua lỗ

Vận tốc nước qua lỗ

Gọi C là nồng độ bụi trong khí(kg/m3)

ne : là hiệu quả thu bụi của giọt nước

Khối lượng bụi được giữ lại trong khối hộp:

s m L

=

dn

dh S

N 6. . .3

Π

2 14 3

4

d n

Q v

4

d n

khối lượng bụi mb bị giữ lại trong khối hình hộp

nồng độ bụi C của bụi thay đổi (dC <0)

ta có lưu lượng bụi đi vào =C vk.S

Lk=vk.S Ln=a vn.S

Lấy tích phân (*) :

Trong đó:

H : chiều cao làm việc của thiết bị (m)

Vb=vk+vn: vận tốc tương đối của bụi với nước (m/s)

C1, C2 : Nồng độ bụi đầu và cuối của bụi qua thiết bị (kg/m3)

- 11 -

) / (

.

.

2

3

6 4

.

4

3 2

2

s kg dh

S C

dh S C

N C

d v

d

d v

d v

m

n b e

n

n b

e

n b

2

3

2

3

2

3

.

.

2

3

.

dh L v

L d

C

dC

dh d

C

dC

dh C

n dC

S

v

dh

S C

n m

dC

S

k k

n b

n e

n k

k

k

n b n e

n

n b

n

e k

n b e b

k

v n

v

v v L

L v n

v

L v

d

d v v

H v L d

v

L

C C n k n

b n

2

.

3 ln

L v H

n k n

n b e

2

3 exp 1

%

1 2

Chương 3: Tính toán tháp phun rỗng xử lý khí thải lò đốt 10 kg/h than 3.1 Các thông số tính toán

273 150 10.[7.5 (1.3 1).7.1].

273 149.2 / 0.04 /

L K = k.

( )2

0.040.070.6

k k

L L

−

−

) / ( 3600

10

Mb i = a Ap B kg s

• Trong đó:

• Ap : tỉ lệ % tro bụi trong khí thải (3%)

• a: hệ số tro bụi bay theo không khí (0,1 - 0,85)

• B lượng than đốt trong 1 giờ (10kg than)

Tải lượng tro bụi

Thể tích tổng cộng của những giọt nước trong dòng khí

Ở điều kiện làm việc ở nhiệt độ 1500C, một số thông số cơ bản:

n n

L n = α n.

5

5

10 97 , 8 07 , 0 28 , 5

10 31 , 3

L

n n

α

µn =0,184.10-3Pa/s

µ = 24,1.10-6 Pa.s

Chuẩn số Stk:

 Khối lượng bụi giữ lại trong tháp:

Số giọt nước chứa trong tháp:

v Stk

d

ρ δµ

e

Stk Stk

+

5 4 4

6 6.8,97.10 0,07.0,72

18750 t n 7,65.10

e C

C

v L d

H v L C

C

n k n

b n e

/ 10 22 , 4

84 , 2

044 , 1

2

3 ln

3 2

044 , 1 2

Hiệu quả thu giữ bụi với hạt bụi có đường kính 10.10-3 mm:

– Khối lượng riêng: ρ = 7850 (kg/m3)

Chọn công nghệ gia công là hàn tay bằng hồ quang điện, bằng cách hàn giáp mối 2 bên

1

28 , 5 2 , 149 10 65 , 7

.

2

72 , 0 88 , 5 10 36 , 119 83

1

2 1

4 3

C

C e n n k b n

v L d H v L

η

η

Hệ số bền mối hàn ϕ: thân hình trụ hàn dọc, hàn tay bằng hồ quang điện, hàn giáp mối 1 bên, đường kính D 650mm → hệ số bền mối hàn ϕh = 0,7 (Bảng XIII.8

– Trang 362 - Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2).

l

mt P P

Trong đó:

Pmt: Áp suất pha khí trong thiết bị, Pmt = 1at = 0,1013 (N/mm2)

Pl: Áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng trong thiết bị

) / ( 10 479 , 6 10 72 , 0 3 917 81 ,

H g

10

m N

n c

c

c =σ × η = × × = × σ

Trong đó:

σc: giới hạn bền chảy, σc = 240.106 (N/m2)

15 ,

Trong đó:

D: Đường kính của tháp, D=0.3m=300 mm

P: Áp suất làm việc trong tháp, P = 0,1078 (N/mm2)

ϕh: Hệ số bền mối hàn, ϕh = 0,7

[σ]: Ứng suất cho phép tiêu chuẩn, [σ] = 146,15 (N/mm2)

Chọn hệ số bổ sung để quy tròn kích thước:

C = C1 + C2 + C3 + C0

Với: C0: Hệ số quy tròn kích thước, C0 = 0,04 mm

C1: Hệ số bổ sung do bào mòn hóa học trong thời hạn sử dụng thiết bị là 15 năm với tốc độ ăn mòn 0,008 mm/năm, C1 = 0.12 mm

C2: Hệ số bổ sung do bào mòn cơ học, C2 = 0

C3: Hệ số bổ sung do dung sai âm (Bảng XIII.9-Trang 364-Sổ tay quá trình thiết bị công nghệ hoá chất tập 2)

- 17 -

< 0,1

[ ] [ ] ( ( ) ) ( ( ) ) 0,213( / )

008,032,0300

008,032,07,015,1462

1

C S D

C S

−+

 Ta chọn đáy và nắp của tháp là elip

 Chọn vật liệu đáy và nắp thiết bị cùng với vật liệu làm thân tháp là thép không gỉ CT3

ht: Chiều cao phần lồi của đáy, (m)

→ ht = D × 0,25 = 0,3× 0,25 = 0,075 (m)

 Bán kính cong phía trong ở đỉnh đáy R t

) ( 300 ) 1000 075 , 0 ( 4

300 4

2 2

mm h

D R

15 ,

'

mm P

R S

 Bề dày thực tế của đáy và nắp

S = S’ + C = 0,158 + 0,16 =0,32 (mm) Chọn về bề dày đáy = bề dày nắp và bằng bề dày thân tháp = 0,32 (mm)

 Kiểm tra điều kiện bền

3

1 1 , 04 10

300

008 , 0 32 ,

< 0,125

Áp suất cho phép trong thân thiết bị khi bề dày S = 0.32 (mm)

[ ] [ ] ( ( ) ) ( ( ) ) 0,213( / )

008,032,0300

008,032,07,015,1462

1

C S D

C S

−+

−

→ [P] > P Vậy bề dày của đáy và nắp là S = 0,32 mm

Chọn đáy và nắp elip có gờ, chiều cao gờ h = 2,5 (mm), ta có các thông số sau:

Bảng 1 Các thông số của đáy và nắp.

- 19 -

STT Đại lượng Đơn vị Thông số

04 , 0 785

LK : Lưu lượng khí vào tháp

v: Vận tốc khí trong ống vào và ra, v = 0,6 (m/s)

) ( 089 , 0 28 , 5 785 , 0

033 0 785

Ln: lưu lượng nước

v: Vận tốc dòng lỏng trong ống vào và ra, v = 5,28 (m/s)

Chọn d = 20 (mm)

 Vận tốc thực trong ống

) / ( 57 , 6 08 , 0 785 , 0

033 , 0 785

Chiều dài đoạn ống nối là 50 (mm) ứng với đường kính ống d = 80 (mm)

(bảng XIII.32-Trang 434-Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất, tập 2) 3.1.5 Tính bích

Bích được dùng để ghép nắp với thân thiết bị và để nối các phần của thiết bị với nhau

 Chọn kiểu bích liền vì áp suất và nhiệt độ làm việc không cao

 Vật liệu là thép CT3

 Chọn bích kiểu I (bảng XIII.27-trang 417-trang 230-Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất, tập 2)

 Các thông số đo của bích như sau:

Bảng 2 Thông số của bích dung để ghép nắp với thân thiết bị

- 21 -

2 2

2 0

Chọn loại bích liền bằng kim loại đen để nối

Chọn loại bích kiểu 1 (Bảng XIII.27-trang 409-Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất, tập 2)

Bảng 3 Thông số của bích nối ống dẫn với thiết bị.

3 Đường kính ngoài của bích D mm 95

5 Đường kính ngoài mép vát D1 mm 40

2 2

2 0

Bảng 4 Thông số của bích nối ống dẫn khí vào và ra.

3 Đường kính ngoài của bích D mm 60

 Khối lượng bích

( ) (0 , 060 0 , 031 ) 0 , 007 7850 0 , 114 ( )

4

14 , 3 4

2 2

2 0

3.1.6 Tính chân đỡ

Thường người ta không đặt trực tiếp thiết bị lên bệ mà phải có chân đỡ, chọn vật liệu làm chân đỡ là thép tải trọng cao Các thông số của chân đỡ ( tra trong bảng XIII.35 trang 437 Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất, tập 2)

Bảng 6: Các thông số của chân đỡ

Môi trường không khí của chúng ta đã bị ô nhiễm do các hoạt động của công nghiệp Mức độ ô nhiễm có xu hướng tăng lên do sự phát triển nhanh của các khu công nghiệp Các hệ thống xử lý khí thải tuy chưa nhiều nhưng đã phát huy tác dụng và góp phần đáng kể trong việc khống chế, giảm thiểu ô nhiễm không khí.Phương pháp xử lý bụi bằng phương pháp ẩm với tháp phun rỗng đã phần nào làm được điều đó.

Ngoài hấp thụ bụi hệ thống xử lý còn có khả năng thu hồi bụi, nước và Hệ thống này thường được áp dụng rộng rãi trong các nhà máy vì hiệu quả xử lý cao, chi phí đầu tư và vận hành thấp

Ngoài biện pháp xử lý trên ta có thể áp dụng sản xuất sạch hơn vào công đoạn đốt vỏ hạt điều; như vậy có thể giảm được chi phí xử lý và tiết kiệm nhiên liệu

Chúng ta có thể kiểm soát, khống chế các nguồn thải chất ô nhiễm không khí bằng nhiều biện pháp Bên cạnh đó cần phải có sự phối hợp đồng bộ của các cơ quan quy hoạch, xét duyệt, quản lý và công nghệ thì mới có thể khống chế và đảm bảo môi trường không khí đến mức tiêu chuẩn cho phép và xã hội chấp nhận

•