ĐỒ án KHÍ THẢI xây DỰNG hệ THỐNG xử lý KHÍ THẢI

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 8

a Xác định nguồn thải là nguồn cao hay nguồn thấp 8

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 15

a) Diện tích tiết diện Cyclon F ( m 2 ) 15

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 18

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 21

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 26

A Tính toán cơ sở 26

D Tính toán lượng dung dịch NaOH cần dùng 30

E Tính toán tháp hấp thụ 31

1.Đường kính tháp hấp thụ 31

2.Chiều cao của tháp hấp thụ 34

a.Xác định số đơn vị truyền khối tổng quát của pha khí N Oy 34

3 Tính toán trở lực tháp 35

MỞ ĐẦU 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

+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 Thành phần C (mg/Nm

3 ) – cột B QCVN 19/2009

C max ( mg/Nm 3 )

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

t1 = 110oC T1 = 383oC

t2 = 25oC T2 = 298oC

Từ phương trình trạng thái khí lý tưởng : PV = nRT

C2, T2 : Nồng độ của các thành phần trong khí thải (mg/Nm3) ở nhiệt độtuyệt đối T2 = 298oF

Bảng 2 Nồng độ các thành phần trong khói thải ST

T

Thành

phần (mg/m 3 ) ( mg/Nm 3 )

C max ( mg/Nm 3 )

- 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

Trong đó:

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

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

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

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

min (%)

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

 Theo công thức của Davidson W.F (Giáo trình Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải – Trường Đại Học Tài Nguyên Và Môi Trường Hà Nội)

Độ nâng của luồng khói là: h = D

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

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

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

Tk : nhiệt độ tuyệt đối của khói tại miệng ống khói, Tk = 383K : chênh lệch nhiệt độ giữa khói và nhiệt độ xung quanh

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

= 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:

 Độ cao hiệu quả của nguồn thải là: Hhq = Hô + = 19 + 11,18 = 30,18 (m)

Trong đó: Hhq : là độ cao hiệu quả của nguồn thải , m;

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

: là độ cao nâng của nguồn thải, = 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 Quychuẩn kỹ thuật quốc 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)

 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 =

- Tùy thuộc vào độ xa thì nồng độ chất ô nhiễm ở các điểm của nhà

là khác nhau, vì khoảng cách giữa 2 nhà là 55m <100m Chiều cao tối thiểu

để tra nên chọn x= 100m Do vậy nồng độ chất ô nhiễm

tại 3 điểm đầu, giữa, cuối trên nóc nhà B là như nhau:

C =

=

exp

= 6,29 10-8 ( g/m3 ) = 0,063 ( /m3 )

So sánh với QCVN 05: 2009/BTNMT Quy chuẩn này quy định nồng độ tối đa cho phép của một số chất độc hại trong không khí xung quanh.

Nồng độ cho

m3)QCVN 05:2009QCVN 06:2009

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

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%

Nhiệt độ khí thải là t = 110oC

Khối lượng riêng của bụi: ρb = 3000 Kg/m3

Lưu lượng Q = 25000 m3 /h = 6,94 m3/s

Nồng độ bụi ban đầu: Cđ = 15g/m3= 15000 mg/m3

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 =

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 hiệuquả cao khi kích thước hạt bụi > 5 µm Thu hồi bụi trong xyclon diễn radưới tác dụng của lực ly tâm

+ Nguyên lý hoạt động: Dòng khí nhiễm bụi được đưa vào phần trêncủa xyclon Thân xyclon thường là hình trụ có đáy là chop cụt Ống khí bẩnvào thường có dạng khối chữ nhật, được bố trí theo phương tiếp tuyến vớithân xyclon Khí vào xyclon thực hiện chuyển động xoắn ốc, dịch chuyểnxuống dưới và hình thành dòng xoáy ngoài Lúc đó, các hạt bụi, dưới tácdụng củ aluwjc ly tâm văng vào thành xyclon Tiến gần đáy chop, dòng khíbắt đầu quay ngược trở lại và chuyển động lên trên hình thành dòng xoắntrong Các hạt bụi văng đến thành, dịch chuyển xuống dưới nhờ lực đẩy củadòng xoáy và trọng lực và từ đói ra khỏi xyclon, qua ống xả bụi Khí sạchsau 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 mặt xyclon

- 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 :

b) Đường kính của Cyclon

1.388

0, 785 0, 785 2.5

k q

Q D

Q v

Ðạt 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 dài ống dẫn khí vào : l = 0,6.D = 0,6.850 = 510 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 )

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

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

- n : Số vòng quay của dòng khí bên trong Cyclon

= 12,8 ( vòng/s )

Thay các số liệu vào công thức ta có :

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

Khối lượng riêng của

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 ápdụng cho nhiều ngành công nghiệp thải ra khí SO2 khác nhau Hệ thống này

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

 2

2,163

0,0338 64

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

3 3

1,063.1

1 1,0

0 0 3

v v

1,064.10 28

1 1 1, 064 10 2 9

v v

M SO

Y v

M kk

Y Y

r

(mol/m3)-Nồng độ phần mol:

31,8

r r

SO Ck

r r

2

4 4

9,79.10

SO r r

kk r

M M

2 2

4

2, 21.10 2,

.28 (1 2, 21 ).29

SO r r

- Tiết diện của tháp : F= = = 3,14(m2)

-Chọn chu trình hấp phụ làm việc trong 8h: T=8h

-Khối lượng than hoạt tính cần dùng trong 8h

mthan= 8= 4437,14(kg)

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

V = = = 8,87 (m3)

2.2.1.4.Chiều cao của tháp hấp phụ

-Chiều cao làm việc của tháp : Hlv= = = 2,83 m

 Hoàn nguyên vật liệu hấp phụ :

- Sau khi than hoạt tính bão hòa thì SO2 thì nó sẽ được chuyển quabunke 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 sốkhông 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

- Lượng mol hỗn hợp khí cung cấp đầu vào

- Lượng mol H2S đầu vào là:

- Nồng độ phần mol của H2S là:

- Nồng độ phần mol tương đối của H2S là:

=

- Lượng mol của cấu tử trơ là:

 Khối lượng riêng của pha khí ở 0 0 C , 1atm :

2 2

6 3

5, 06.10

796, 005 6,36.10

c

H S c

H S

ra

G y

 Khối lượng riêng của pha khí ở 00C , 1atm:

:nồng độ mol khí ở pha lỏng : nồng độ mol khí ở pha khí ở trạng thái cân bằng

Suy ra:

C.Xây dựng đường làm việc

L G

2 2 2

H S H S tr

=> Sản lượng mol tối thiểu là:

H S NaOH

H S

ht NaOH G M

= = = 1,88.10-4 (m3/h)

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

: là vận tốc đảo pha được xác định bằng công thức : y = 1,2

 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:

+ Bề mặt riêng : = 95 ( m2 /m3 )

+ Thể tích tự do : Vđ = 0,79 (m3/m3 )

+Số đệm trong 1 m3 : 58.102

+Khối lượng riêng của đệm : =500( kg/m3)

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

+ : khối lượng riêng pha lỏng : = 1095 (kg/m3) ( Tra bảng 1 ) + : độ nhớt pha lỏng : = 0,98 10-3 (N.s/ m 2 ) (Tra bảng 2)

t x

S

h d

S

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

Thay vào phương trình của D suy ra : D= =

1,454(m)

Chọn D= 1,5 m

2.Chiều cao của tháp hấp thụ

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

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

8 5

H S c

6,36.10 0 2

-Chiều cao phần tách lỏng Hc và đáy Hđ được chọn theo bảng sau



= 500,16 (Pa)

2 Đường kính của tháp m 1,5

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Giáo trình kỹ thuật xử lý khí thải – Đại học Tài nguyên và môi trường Hà Nội

2 Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải – Tập 2, 3 – Trần Ngọc Chấn – NXB

KH&KT

3 Sổ tay quá trình thiết bị công nghệ hóa chất – Tập 1, 2 - NXB KH&KT

4 Các quá trình thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm – Tập 4 –

GS.TSKH Nguyễn Bin

5 Quy chuẩn quốc gia về khí thải công nghiệp và bụi QCVN 19:2009/BTNMT

6 Quy chuẩn kỹ thuật quốc gian về chất lượng không khí xung quanh QCVN 05:2009/BTNMT

7 Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về một số chất độc hại trong không khí xung quanh QCVN 06:2009/BTNMT