Tính toán, thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò hơi đốt dầu do công suất 1,5 tấn h

Bên cạnhnhững lợi ích mà con người đạt được thì cũng kèm theo đó là một sôhiểm họa phát sinh từ các quá trình hoạt động của các công ty xí nghiệp và đặc biệt là hoạt động của các khu côn

-^TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM

Ệ Ị U ị ~ T " " T ‘ I

VIỆN KHCN & QUÁN LÝ MÔI TRƯƠNG

Tiểu luận môn

TÍNH TOÁN, THIẾT KÊ HỆ THổNG xử

CÔNG SUẤT 1,5 TẤN/H

TP HCM, tháng 6 năm 2010

MỤC LỤC

Hình 4.ĩ: Tháp dĩa 37

- Pham vi ứng dllng các thiết bi hấp thu 39

- Pham vi sử dung thiết bi hấp phu 40

LỜI MỞ ĐẦU

Như ta đã biết thời đại ngày nay là thời đại công nghiệp hóa; hiệnđại hóa đất nước, cuộc sống ngày càng nhộn nhịp, dân sô thê giới ngàycàng tăng thì đòi hỏi sản phẩm sản xuất từ các ngành công nghiệp, nôngnghiệp cũng phải tăng để phục vụ nhu cẩu của cuộc sống Bên cạnhnhững lợi ích mà con người đạt được thì cũng kèm theo đó là một sôhiểm họa phát sinh từ các quá trình hoạt động của các công ty xí nghiệp

và đặc biệt là hoạt động của các khu công nghiệp đã thải ra bầu trời mộtlượng khí độc ô nhiễm đáng kể như (Bụi, SOx, NOx, COx, HC 1 , H2SO4,

H2S )

Các loại khí độc này là một trong những nguyên nhân làm ảnhhưởng mạnh đến sức khỏe của con người và động vật, gây nên hiệntượng hiệu ứng nhà kính, mưa axit, làm mất cân bằng hệ sinh thái,

Do vậy để giảm được những mối hiểm họa đó, giúp cho môitrường sinh thái được trong lành thì cần có những biện pháp, những quytrình xử lý có hiệu quả Nêu không được xử lý tốt sẽ dẫn đến hàng loạtcác hậu quả môi trường không thể lường trước được

CHƯƠNG 1: TONG QUAN

1.1 Khái niệm chung

Không khí gồm 78,09% N2; 20,94% ơ2; 1- 4% hơi nước; 0,03% cơ2;các khí trơ khác như Xe, He, H2

Ô nhiễm không khí là sự có mặt của các chất trong khí quyển sinh

ra từ hoạt động của con người hoặc các quá trình tự nhiên và nêu nồng

độ đủ lớn và thời gian đủ lâu chúng sẽ ảnh hưởng đến sự thoải mái, dễchịu, sức khoẻ hoặc lợi ích của con người hoặc môi trường

Đôi với môi trường không khí trong nhà cần phải kể thẽm các yếu

tồ vi khí hậu như nhiệt độ, độ ẩm, bức xạ, gió

Gió, bão mang bụi và keo muối từ biển hay từ đất liền di chuyểnđến các vùng khác trẽn trái đất

sản phẩm của các phản ứng hoá học trong tự nhiên: trong khíquyển, các phản ứng hoá học luôn luôn diễn ra, ngay trong tầng khôngkhí thấp sát mặt đất, các khí hay hơi cũng luôn luôn chuyển hoá thànhchất rắn, chất lỏng nhờ các quá trình oxy hoá hay đông đặc Trong tầngkhí quyển cao hơn, các chất khí chuyển hoá hóa học do phản ứng quanghoá

Mùi sinh ra do sự phân hủy tự nhiên của các chất hữu cơ cũng là

một nguồn tự nhiên phát sinh chất ô nhiễm khí

Phấn hoa, vi khuẩn, nấm mốc

♦> Nhân tạo

• Giao thông vận tải

Các phương tiện giao thông vận tải khi hoạt động thải vào khôngkhí từ 150-200 chất, trong đó có các chất ô nhiễm chủ yếu là bụi, các khíoxit cacbon (COx: co, CO2), hydrocacbon, chì LƯỢng xe ô tô trên thêgiới đến cuối thê kỉ 20 đã đạt đến 500 triệu chiếc, trong đó Mỹ là nước

có nhiều ô tô nhất, bình quân 0,73 chiếc/người Theo sô liệu của Cụcthống kê, năm 1999 nước ta có khoảng 500.000 xe ô tô và 6.500.000 xegắn máy các loại Ở Thành phô Hổ Chí Minh lượng xe gắn máy các loạivào khoảng 1,5 triệu chiếc

• Sản xuất công nghiệp

Các ngành công nghiệp phát triển đi kèm với ô nhiễm không khínhư: sản xuất phân bón, hóa chất, luyện kim, hóa dắu, giấy, công nghiệpthuộc da, Phần lớn khí thải sinh ra do đốt các sản phẩm dầu mỏ vớicác chất ô nhiễm là CO2, co, NOx, SO2, Mỗi năm luỢng khí CO2 sinh

ra do đốt nhiên liệu thải vào khí quyển đến trên 5 tỉ tấn, đồng thời tốc

kỷ trước là 300 ppm, đến năm 2000 tăng lên 365 - 380 ppm và trongtương lai còn tăng nhanh hơn nữa Ngoài ra, hàng năm công nghiệp cònthải ra 200 triệu tấn SO2, 150 triệu tấn oxit Nitơ và 110 triệu tấn bụi.Nhà máy gang thép và luyện kim màu cũng thải vào khí quyển các loạibụi vô cơ và bụi kim loại độc hại Các nhà máy hóa chất thải ra các chấtkích thích, chất ăn mòn, chất có mùi hôi thối vô cơ và hũti cơ Nền côngnghiệp của Việt Nam gắn đây đã phát triển đủ tất cả các ngành nghề,với sản lượng tuy chưa cao nhưng do sự lạc hậu về công nghệ, thiết bị

cũ, nên tỷ lệ thải chất thải rất cao và đã hình thành các khu ô nhiễm côngnghiệp cực bộ, đặc biệt là các khu công nghiệp (KCN) cũ tập trung Cáckhí thải từ nhà máy ở nước ta thải ra ngày càng lớn và đa dạng

• Ố nhiễm không khí trong nhà.

Nguồn ô nhiễm do sinh hoạt của con người chủ yếu là bếp đun và

lò sưởi sử dụng các nhiên liệu than, củi, dầu lửa, khí đốt Nhìn chung,nguồn ô nhiễm này nhỏ, nhưng thường gây ô nhiễm cục bộ trong mộtphòng nhỏ hay trong ngôi nhà Các chất ô nhiễm là bụi tro, oxit cacbon(CO, CO2), oxit 1ƯU huỳnh (SO2), hơi dầu xăng, khí đốt (gas),

Các sản phẩm tạo điều kiện tiện nghi cho cuộc sống của conngười cũng tạo ra các chất ô nhiễm không khí: sử dụng chất tẩy rửa,thuốc xịt khử mùi, sơn vecni, keo dán, thuốc nhuộm, thuốc uốn tóc, hơi

photocopy sinh khí ozon (O3); khu vực nhà xe, nơi đậu xe máy sẽ phátthải vào không khí hơi xăng dầu là các hỢp chất hữu cơ

Các sinh hoạt cá nhân như hút thuốc sinh ra bụi và các khí monoxitcacbon (CO), nicotin Khói thuốc lá là chất ô nhiễm lớn nhất trong cácmôi trường kín như trong ôtô, tàu hoả, ở cửa hàng, trong lớp học, phònglàm việc,

Các chất ô nhiễm không khí sinh ra do phân hủy chất thải sinhhoạt từ ao, hồ, cống rãnh, bể tự hoại hoặc từ các thùng chứa rác, bô rác, chủ yếu là mêtan (CH4), suníua hydro (H2S), amoniac (NH3), mùi hôithôi của cá, thịt ươn,

LƯỢng phát thải chất ô nhiễm không khí từ nguồn tự nhiên lớnhơn nhiều so với nguồn nhân tạo nhưng phân bồ đồng đều trên thê giới

Ở khu tập trung đông dân cư thì mật độ phát thải do con người tập trungcao hơn và gia tăng mức độ tác hại

1.3 Đặc tính khí thải ỉò hơi đốt dầu DO

Trong quá trình hoạt động của các hệ thống lò hơi đốt dầu DO sinh racác chất khí ô nhiễm đặc trưng như bụi, COx, NOx, SOx

STT Ngành sản xuất Các chất ô nhiễm đặc trưng

Naành côna nahiêp năna lương

1 Nhà máy nhiệt điện, lò nung, nồi

hơi đốt bằng nhiên liệu hóa

thạch: than đá, dắu mỏ (DO, FO)

Bụi, SOx, NOx, COx, hydrocacbonaldehyt

Ngành công nghiêp luvên kim

6 sản xuất xi măng, vật liệu xây

Naành côna nahiêv nhe

metylmercaptan,dimetylsuníit ), Clo

15 Công nghệ thuộc da Mùi hôi

Nqành cônq nghiêp thưc phẩm

19 Chê biến sữa, thịt, cá, hải sản

Mùi hôi, clo, tác nhân lạnh (NH3,CFC )

mercaptan );

(nguồn: giáo trình kỹ thuật môi trường của viện khoa học công nghệ và

quản lý môi trường - Trường ĐH Công Nghiệp TPHCM)

Nồng độ CO

(ppm)

% Chuyển hóa Hb02 -> HbCO

Ảnh hưởng độc hại đối với con người

tầm nhìn

Nồng độ CO

(ppm)

% Chuyển hóa Hb02 -> HbCO

Ảnh hưởng độc hại đối vói con người

Mức độ độc hại đối với con người

Hủy hoại khí quản, chết nếu phơinhiễm 3-5 tuần

(Nguồn: giáo trình hóa môi trường của Hoàng Thái Long- ĐH Khoa học

Huế)

1.2.1 Tới cây côi (thực vật)

NOx chỉ ảnh hưởng đến thực vật khi nồng độ của nó đủ lớn.Người ta thấy ở vùng đô thị hóa cao, nồng độ NOxđạt khoảng 3,93ppm,

sự quang hỢp của thực vật chỉ giảm đi 25%

Một sô thực vật nhạy cảm đối với môi trường sẽ bị tác hại khinồng độ NƠ2 1 ppm và khoảng thời gian tác động trong khoảng mộtngày, nếu nồng độ N02ít, chỉ độ 0,35 ppm thì thời gian tác động khoảngmột tháng

Ngoài ra NOx còn ảnh hưởng tới quá trình quang hỢp

Ti lê ffia tãiie CO> Ti lệ cia tans co2

Khi nồng độ NOx lớn hơn 0,5 ^ 0,7ppm chúng sẽ làm giảm sự

hỢp với nhiều mức độ khác nhau đối với cùng thời gian tác động, sựgiảm quang hỢp đạt đến trạng thái cân bằng đối với NO nhanh hơn đốivới NO2 và sau khi môi trường hết ô nhiễm, sự quay trở lại trạng thái

hóa cao (nồng độ NO* đạt khoảng 3,93ppm), sự quang hỢp có thể bịgiảm đi 25%

1.2.2 Tới quá trình phát ưỉển kinh tê xã hội

> Không khí ở thành phô và khu công nghiệp bị ô nhiễm NOx mạnh

NO và NO2 hình thành khói quang học

> NOx làm phai màu thuốc nhuộm vải, làm hỏng vải, làm hoen gỉkim loại

1.3.1 Tới con người

Khí suníurơ gây tác hại chủ yếu ở đường hô hấp, kích thích và gâyngạt Hầu hết mọi người đều bị kích thích khi nồng độ SO2 trong khôngkhí bằng hoặc cao hơn 5 ppm Những người nhạy cảm có thể bị kíchthích ngay ở nồng độ thấp hơn 1-2 ppm SO2 Nhiễm độc SO2 ở nồng độcao hơn 5-10 ppm SO2 có thể gây co thắt phê quản mạnh

Ô nhiễm SO2 kèm với khói có thể gây ra hiện tượng synergism, đặcbiệt trong các sự cô sương khói kiểu London

Mặc dù nồng độ gây chết người khá lớn, đến 500 ppm, nhưng khí

SO2 vẫn được xem là tác nhân gây ô nhiễm không khí đáng kể nhất, do

Nồng độ (ppm) Thời gian tiếp

xúc

Ảnh hưởng

(Nguồn: giáo trình hóa môi trường của Hoàng Thái Long- ĐH Khoa học Huế)

1.3.2 Tới cây côi (thực vật)

> Đối với thực vật, ở nồng độ cao, SO2 phá hủy các mô lá, làm hưhại vùng rìa và vùng nằm giữa các gân lá Khi độ ẩm tương đốitrong không khí tăng lên thì tác hại của SO2 đối với thực vật cũngtăng lên Tác hại này trở nên nghiêm trọng khi những lỗ nhỏ trênlớp biểu bì bề mặt dùng để trao đổi khí bị nở ra Tiếp xúc lâu dàivới khí quyển chứa SO2 ở nồng độ thấp sẽ nguy hiểm với câytrồng hơn tiếp xúc với nồng độ cao trong thời gian ngắn

> Ngoài ra nó còn tác hại đến sự sinh trưởng của rau quả, làm chocây vàng lá, rụng lá hoặc bị chết

Tới quá trình phát triển kinh tê xã hộiLàm thay đổi tính năng vật liệu;Làm

thay đổi màu sắc các loại đá;Ăn mòn kim loại;Giảm độ bền của sản phẩm và

đồ tiêu dùng.=> Chất lượng sản phẩm giảm, ảnh hưởng đến các công trình

gây tổn thất không nhỏ trong quá trình sản xuất

Thành phần cháy % trọng lượng

s

0.21.6

v so 2 = 0,683.10 _2 S p = 0,011 (nrì chuẩn/ kg nhiên liệu)

LƯỢng N2 trong spc

Khối lương riêng của dầu DO ở 15°C: d = 0,97kg/lLƯỢng dầu cắn đốt trong 1 giờ: B = 2 * 0,97 = 1,94 kg/hCác đại lượng của quá trình cháy được tính:

LƯỢng kk khô cắn thiết cho quá trình cháy

Vo = 0,089C p + 0,264H p - 0,0333(0 p —S p )= 10,476 (m 5 chuẩn/ kg nhiênliệu)

LƯỢng không khí ẩm cần thiết cho quá trình cháy

V NO „ - —JTT -=9,451x10 (m chuẩn/ kg nhiên liêu)

V N 2 - =°’ SV NO X = 4,725x10 4m3 (m3 chuẩn/ kg nhiên liệu)

L'=ầ?-|=0-0133mVs

NO

3600

V Nĩ = 0,8.10_2JVp +0,79.Vf = 11,902 (m3 chuẩn/ kg nhiên liệu)

LƯỢng Ơ2 trong không khí thừa

Vo2 =0,21(a-l)V a =0,60304 (m3 chuẩn/ kg nhiên liệu)LƯỢng NOx trong Spc

^•PiVO,LƯỢng N2 tham gia phản ứng tạo NOx

LƯỢng O2 tham gia phản ứng tạo NOx

Vo, = V N0 =9,451x104 m3 (m3 chuẩn/ kg nhiên liệu)LƯỢng spc tổng cộng ở điều kiện chuẩn

Vspc = VSOj + VCOi + V co + VHi 0 + VVj + v 0ì + Vvo> - vw, - V0ỉ'=16,034 (m3

liệu)LƯU lương khói spc ở đk thực tê (tkhói=150°C)

Tải lượng CO2, p = 1,977

10 3 y m B.p rn *

-^ Fc0i =1,6593600

Tải lượng NOx

KÝ 5M

Tải lượng tro bụi a = 0,3

10 a.A p B -3

233 X 10~ 4 3600

Với M NO X = 1,723.10 _3 B'18 (kg/h)

Đại lượng( đơn vị: miligam/m3) TCVN 5939-2005C loại B)

s Chon nhiêt đô làm viêc của thiết bi tk =32°c

333 760 22,4

RT 760 * 0,082 * (273 -1-60)

S Chọn dung môi phun vào tháp đệm là nước

s Nhiệt độ nước đi vào tháp t = 25°c

S Áp suất làm việc của thiết bị p = 800 mmHg

V Hỗn hỢp khí xem như gồm S02 và khí thải

3.2.1 Xác định các dòng vật chất - Đường cân bằng pha

- Pha khíSuất lượng hỗn hỢp khí thải

Tỷ suất mol SƠ2 đầu ra

1+(1 - m ) X 1+(1-47,5)V

{ - r ƯÔ

M*„ = y, b M SOi +(1 -ỵj.M u = 4,353 *10~ 7 * 64 + (l- 4 f 353.10~ 7Ị * 29

M„,=29(dv.c)Phương trình đường cân bằng cho quá trình hấp thụ khi hấp thụ SƠ2

bằng nước

H 38000

m = ^ = = 47.5 (t=32°c, H =38000)

Trong đó: H là hằng sô Henry để xác định đường cân bằng

Phương trình đường cân bằng

mX _ 47,5X

V = mx Y =-=-—-

Xác định điểm Xcmax

Giả sử dung môi ban đầu đi vào tháp đệm là nước sạch, x đ =0

Ta xét giao điểm đường làm việc với đường cân bằng là điểm (Xc,Yd)Lúc này Y*cb = Yd = 0,668 * 10 3(mol/h) thế vào phương trình đường làmviệc ta có

0,668 *10 -3 = 47 ’ 5 5— -=> X cmax =1,405*10-\molSO, /moỉhp)

l+(l-47,5X cmax )Xác định lượng dung môi tối thiểu cần cho tháp

SO, ^ mol hp

\

Lượng dung môi cẩn thièt

Vì trong các thiết bị hấp thụ không bao giờ đạt được cân bằng giữacác pha điều đó có nghĩa nồng độ cân bằng luôn lớn hơn nồng độ thực têLƯỢng dung môi cần thiết lấy bằng 1,5 lượng dung môi tối thiểu

Ltt = 1,5 * Lmin = 1,5 * 48197 = 72295,5 (mol/h)=1301,319(kg/h) =0,3615(kg/s)

Nồng độ dung dịch ra khỏi tháp

• Khối lượng riêng

vận tôc khí đi ữong tháp

Tháp đệm có thể làm việc ở các chê độ thủy động khác nhau: chê độmàng, chê độ treo và chê độ nhũ tương Nêu sử dụng chê độ nhũ tươnggây ra hiện tượng khuấy trộn ngước, còn chế độ treo sẽ khó khăn vì chế

độ này sẽ tồn tại 1 khoảng rất hẹp Vì vậy chê độ màng thường đượcchọn cho sự làm việc của tháp nên vận tốc làm việc được chọn % =(80% -7- 90%) vận tốc sặc Ws

vận tốc sặc ứng với điểm đảo pha được tính bằng công thức thựcnghiệm

P x ,Pi : độ nhớt của nước ở 32°c và 25°c, Ns/m2

Ltb, Gtbi Suất lượng trung bình của pha lỏng và pha khí trong tháp(kg/s)

0,7679*10 0,8937*10'

Vtbi Lưu lượng khí trung bình đi qua tháp

v th = Vd +Vc = -i^-=37,7912(/n 3 /h)

Xác định chiều cao lóp đệm

Ta có phương trình đường làm việc:

Y = 49,69^+0.0002

vY - 0,0002

=> X = -~~—

49,69Phương trình đường cân bằng

1 —0,936(Y —0,0002)Bằng phương pháp tích phân số ta tính được n 0 y = 2,214Chiều cao một đơn vị chuyển khối

Re = y ? ; = 482,92

Trong đó:

ựy : ĐỘ nhớt trung bình của pha khí

Chiều cao tương đương của 1 đơn vị chuyển khối theo ĐƯneski

G, p x M,

*rẺx_y _/0*362 li8 ^ 1,159 0,7679*10~ 3

0 2

= 1,13 >0,5

Theo bảng IX 7 Trang 189 - sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóachất tập 2, ta có A = 10, m = 0,945, n = 0,525, c=0,105

Ap =50 > 49*(l + 10(^^) u ’ g45 *(-^) u - 525 *( 0,7679 * 10 ~ ) u ’ 105 = 588,95( N / m 2 )

0,012 1000 0,018*10“ 3

Chiều cao cột chất lỏng trong tháp

Gọi hclà chiều cao cột chất lỏng trong tháp (nhằm tạo ra áp lực lớn hơntổn thất áp suất trong tháp để giữ cho dòng khí thải vào tháp không đi ra

a) Đường Ống dẫn nước vào

Chọn đường ông dẫn nước vào có đường kính là 2cm

Bề dẩy của đường ống dẫn nước vào khoảng 3mm

b) Đường ống dẫn nước ra

LƯU lượng dòng lỏng tại đắu vào và đầu ra không chênh lệch nhiều nên

ta có thể xem lưu lượng dòng vào bằng lưu lượng dòng ra

3.23.3 Tính bề dày thân

a) Chọn vật liệu

Thiết bị làm việc ở môi trường ăn mòn

Nhiệt độ làm việc 32°c

Chọn vật liệu là thép không rỉ ( inox) X18H10T gồm có thành phẩn

còn lại là Fe , thân tháp phần vật liệu chứa đệm được làm bặng nhựaAcrylic trong suốt để tiện cho quan sát trong quá trình thí nghiệm

Giới hạn bền = 550.10 G (AÌ7m 2 )Giới hạn chảy ơc = 220.106 (N/m2)

Chiều dày tấm thép : b = 4-25 (mm)

ĐỘ giãn tương đối ỗ = 40%

Hệ sô dẫn nhiệt: X = 16,3 (W/m.°C)

Khối lượng riêng p = 7900 (kg/nC)

Chọn công nghệ gia công là hàn bằng tay, bằng cách hàn giáp mối haibên

Hệ số bền mối hàn:

Công thức XIII - 16 - tập 2 sổ tay thiết bị