Đồ án xử lí khí thải

Khi dòng khí chứa bụi chuyển động từ đường ống tiết diện nhỏ đi vàobuồng lắng bụi có tiết diện lớn hơn nhiều lần, do đó khí và bụi sẽchuyển động chậm lại tạo điều kiện cho các hạt bụi lắ

Mục lục

SỐ LIỀU ĐẦU BÀI

Khoảng cách giữa 2 nhà x1 = 100m.

Lưu lượng khí thải L = 45000m3/h = 12,5 m3/s

Tốc độ gió tại vị trí quan trắc u10 = 2 m/s

Nhiệt độ khí thải TK = 70oC = 343K

Nhiệt độ môi trường Tmt = 25oC = 298K

Khối lượng riêng của khí ở 70oC: ρb = 1,2 kg/m3

Khí quyển trung tính cấp D

Chương I Đề xuất công nghệ xử lý.

1 Xử lý số liệu.

1.1 - Tính toán đốt nhiên liệu

Trong đó: Kp là hệ số lưu lượng nguồn thải Vì 20000 < L <100000 nên Kp = 0,9

Kv là hệ số vùng, chọn vùng 3: Khu công nghiệp; đô thị loại V; vùngngoại thành, ngoại thị đô thị loại II, III, IV có khoảng cách đến ranhgiới nội thành, nội thị ≥ 2km; cơ sở sản xuất công nghiệp, chế biến,

kinh doanh, dịch vụ và các hoạt động công nghiệp khác có khoảng cáchđến ranh giới các khu vực này < 2km => Kv = 1.

Cmax là nồng độ tối đa cho phép của bụi và các chất vô cơ khác trong khíthải công nghiệp được thải ra môi trường (mg/Nm3)

→ Theo bảng trên ta thấy có 4 thống số cần xử lý đó là: SO2, H2S, NO2 và bụi

1.2 - Tính toán khuếch tán chất ô nhiễm

1.2.1 Kiểm tra nguồn thải

• M là tải lượng chất ô nhiễm: M = L.C* (g/s).

• u là vận tốc gió tại miệng ống khói: u = 2,45m/s

• x là khoảng cách từ nguồn thải đến điểm cần tính toán

• z là chiều cao của điểm cần tính toán so với mặt đất

z = hB= 15m

• H là chiều cao hiệu quả của nguồn thải H = 93m

• δy = δz là hệ số khuếch tán ngang và hệ số khuếch tán đứng, được xác định dựa vào hình 2.11 và 2.12 - sách giáo trình

Đối với Clo:

Áp dụng QCVN 05: 2009/BTNMT: Nồng độ giới hạn SO2 trung bình giờ là

10000 µg/m3 => Nồng độ cực đại của CO ở ngoài nhà B đạt quy chuẩn cho phép

 Buồng lắng bụi.

- Nguyên lý: tách bụi theo nguyên tắc trọng lực

Khi dòng khí chứa bụi chuyển động từ đường ống (tiết diện nhỏ) đi vàobuồng lắng bụi (có tiết diện lớn hơn nhiều lần), do đó khí và bụi sẽchuyển động chậm lại tạo điều kiện cho các hạt bụi lắng xuống dưới tácdụng của trọng lực Khí sạch đi ra ngoài và bụi được xả theo định kỳ

- Ưu điểm:

+ Chi phí đầu tư ban đầu và vận hành thấp

+ Cấu tạo đơn giản

+ Sử dụng trong xử lý bụi có nồng độ bụi cao chứa các hạt có kích thướclớn

+ Tổn thất áp suất qua thiết bị thấp

+ Làm việc tốt với khí có nhiệt độ cao và môi trường ăn mòn

+ Không thích hợp với hỗn hợp khí bụi có độ ẩm cao

+ Vật liệu làm túi lọc phụ thuộc vào thành phần, tính chất của bụi, khí và

Hấp thụ là quá trình xảy ra khi một cấu tử của pha khí khuếch tán vàopha lỏng do sự tiếp xúc giữa hai pha khí và lỏng Nếu quá trình xảy ra ngượclại, nghĩa là cần sự truyền vật chất từ pha lỏng vào pha khí, ta có quá trìnhnhả khí Nguyên lý của cả hai quá trình là giống nhau Quá trình hấp thụ tách

bỏ một hay nhiều chất ô nhiễm ra khỏi dòng khí thải (pha khí) bằng cách xử

lý với chất lỏng (pha lỏng) Lúc này hỗn hợp khí được cho tiếp xúc với chấtlỏng nhắm mục đích hòa tan chọn lựa một hay nhiều cấu tử của hỗn hợp khí

để tạo nên một dung dịch các cấu tử trong chất lỏng

3.1.2 – Thuyết minh.

- Bụi và khí được thu gom thông qua các chụp hút bố trí trên các máy công

cụ, các chụp hút được nối vào hệ thống ống dẫn, đưa vào buồng lắng bụi Trongbuồng lắng dòng khí có vận tốc giảm dần và các hạt bụi có kích thước lớn sẽ lắngxuống đáy buồng dưới tác dụng của trọng lực Các hạt bụi có kích thước nhỏ hơnkhông lắng xuống được sẽ theo dòng khí đi vào lưới lọc bụi Tại đây, các hạt bụinhỏ và vừa được giữ lại trên bề mặt hay trong thể tích lớp vật liệu lọc nhờ tác dụngcảu 3 lực: quán tính, tiếp xúc và khuếch tán

Lưới lọc bụi

Dung dịch NaOH 10%

Tháp hấp thụ

Ống khói

ngược chiều nhau và tiếp xúc tại phần đệm trong tháp Khi đó sẽ xảy ra các phảnứng sau:

2NaOH + SO2 → Na2SO3 +H2O (1)

H2S + 2NaOH → Na2S + 2H2O (2)

NO2 + NaOH → NaNO2 + NaNO3 + H2O (3)

Khí sạch đi ra phía trên tháp, dung dịch hấp thụ đi ra từ phía dưới của tháp

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ XỬ LÝ

1 Xử lý bụi.

1.1 – Tính toán buồng lắng bụi.

- Khối lượng riêng hạt bụi: ρb = 1200 kg/m3

- Khối lượng riêng của khí : ρk = 1,2 kg/m3

- Nhiệt độ của khí thải vào thiết bị : 70oC = 343 K

- Nồng độ bụi đầu vào: C v = 15000 mg/m3

- Nồng độ bụi đầu ra theo QCVN19:2009/BTNMT- cột B :

Cr = 200 mg/m3

- Độ nhớt động học của khí ở nhiệt độ 0oC: µo = 17,7 10-6 Pa.s

- Độ nhớt động học của khí ở nhiệt độ 70oC tính theo công thức gần đúng của Sutherland:

µt = µo Pa.s

 µ70oC = 17,7.10-6 = 2,11.10-5 Pa.s

- Với lưu lượng L = 45000 m3/h Chọn 2 buồng lắng làm việc song song

 Lưu lượng mỗi buồng lắng là: L’ = = 22500 m3/h = 6,25 m3/s

Hiệu suất tổng thể cần xử lý bụi là: η = 100% = 98,67 %

Bảng 2 Thành phần bụi theo khối lượng.

- Dựa vào dải phân cấp cỡ hạt bụi trên

Chọn = 5.10-5 m Nghĩa là tại = 50 m buồng lắng có thể lọc toàn bộ cỡ

- Thời gian lưu của khí trong buồng lắng: τ2 = = 20 s.

- Vận tốc giới hạn của hạt bụi:

vgh = = 0,16 m/s

- Thời gian lắng của hạt bụi: τ1 = = 18,75 s

 τ1 < τ2 đảm bảo các hạt bụi có δ = 50µm được lắng hoàn toàn trong buồng lắng

- Diện tích bề mặt cắt ngang của buồng lắng là: F = B.H = 4 3 = 12 m2

- Thể tích làm việc của buồng lắng bụi là: V = F.l = 12 10 = 120 m3

- Tính lại đường kính giới hạn:

δmin = = 4,9.10-5 m = 49 < δmin đã chọn ban đầu là 50

 Hiệu quả lọc theo cỡ hạt:

η( δ ) = 5,5555 = 5,5555

Kết quả tính toán được thể hiện trong bảng sau:

Bảng 3 Hiệu quả lọc bụi theo cỡ hạt η (%)

Hiệu quả lọc bụi theo khối lượng của hệ thống

Bảng 4 Bảng phân cấp cỡ hạt ban đầu của hạt bụi

Hiệu suất lọc bụi của buồng lắng: η = 100% = 53,7%

Như vậy, hiệu quả lọc của buồng lắng là 51,01% < hiệu suất tối thiểu cần đạt

được (98,67%) tiếp tục xử lý tiếp bằng túi vải

Thông số của buồng lắng bụi (đơn vị mm)

1.2 – Thiết bị lọc túi vải.

- Chọn thiết bị lọc bụi túi vải, chất liệu vải là vải tổng hợp do chịu được nhiệt

độ cao, bền dưới tác dụng cơ học và hóa học, rẻ tiền

- Khối lượng riêng hạt bụi: ρb = 1200 kg/m3

- Khối lượng riêng của khí : ρk = 1,2 kg/m3

- Nhiệt độ của khí thải vào thiết bị : 70oC = 343 K

- Nồng độ bụi đầu vào: C v = 824,28 mg/m3

- Nồng độ bụi đầu ra theo QCVN19:2009/BTNMT- cột B :

Chiều dài túi vải: l = 3m (Quy phạm 2,5 – 3,5m) - (theo sách ô nhiễmkhông khí và xử lý khí thải của thầy Trần Ngọc Chấn tập 2)

=>> Diện tích túi vải: Svải = π D.h = π.0,3.3 = 2,83 m2

Số túi vải: n = = 272,86 túi => Chọn n = 320 túi, chia làm 4 đơn nguyên, mỗi đơnnguyên gồm 80 túi Chọn hàng ngang n1 = 10 túi, hàng dọc

n2 = 8 túi

o Chọn khoảng cách: (Quy phạm 80 – 100 mm)

+ Giữa các túi d1 = 0,1 m

+ Giữa các hàng d2 = 0,1m

+ Giữa túi vải ngoài cùng đến mặt trong của thiết bị là d3 = 0,1m

o Chọn bề dày của thiết bị δ = 0,003m

• Chiều dài của 1 đơn nguyên:

• Chiều cao túi lọc vải: H1 = h = 3 m.

• Chọn chiều cao thùng chứa bụi : H2 = 1,5 m

• Chiều cao bộ phận chấn động trên túi vải: H3 = 0,5m

• Chiều cao phía dưới túi vải: H4 = 0,5m

• Chiều cao phần chứa ống dẫn khí nén giũ sạch bụi: H5 = 1m

 Chiều cao thiết bị là Htb = 3 + 1,5 + 1 + 0,5 + 0,5 = 6,5m

• Tỉ lệ khí hoàn nguyên:

= 0,97 m/phút = 0,016 m/s

Phương pháp hoàn nguyên rung cơ học: 0,01 – 0,03 m/s

Mà m/s => chọn phương pháp hoàn nguyên rung cơ học

Thời gian lọc: thời gian lắc rung 1 đơn nguyên là 1 phút, quá trình lọc 9 phút nên thời gian lọc tổng cộng của cả quá trình làm việc là 10 phút

Tính lượng bụi thu được:

- Lượng khí đi vào thiết bị lọc túi vải:

Qs = = 44739,45 (m3/h).

Thời gian lưu bụi t = 8h

- Khối lượng bụi cần chứa: mb = Gb t = 303,5 8 = 2428 kg

- Thể tích thùng chứa bụi: V = = 0,97 m3

Tính toán sức cản khí động của lưới lọc.

- Ta có công thức: (theo sách Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải của thầy Trần Ngọc Chấn tập 2 – trang 151 – công thức 8.51)

+ : hệ số sức cản khí động, tính theo công thức của Davies C.N

, với là hệ số lèn chặt của lưới lọc, = 0,034

 = 0,1

=>> Pa

Thông số của lưới lọc túi vải (đơn vị mm)

Khoảng cách giữa các

Giữa túi vải ngoài cùng

Chiều dài của 1 đơn

Chiều rộng của 1 đơn

2.1 – Tính toán số liệu đầu vào và ra.

Lưu lượng mol của cấu tử trơ:

* Khối lượng riêng pha khí ở 0 o C , 1atm

= + (Công thức trong sổ tay quá trình thiết bị tập 1)

- Lưu lượng mol SO2 còn lại:

2.2 – Phương trình đường cân bằng và đường làm việc.

2.2.1 – Phương trình đường cân bằng

Theo định luật Henry ta có: y* = m.x*

Ta thấy y ≈ Y do vậy có thể viết pt đường cân bằng với nồng độ phần mol tươngđối: Y = m X

+ p: áp suất: p = 760 mmHg.

2.2.2 – Phương trình đường làm việc

Ta có phương trình đường làm việc như sau:

Gtr.(Yđ – Yc) = Gx.(Xc – Xđ)

Coi ban đầu trong pha lỏng nồng độ chất đang xét không có, Xđ = 0 nên

Phương trình đường làm việc có dạng :

Giả thiết Xc = Xccb = Xmax, ta có:

 Khí SO 2

 Phương trình đường cân bằng.

 Phương trình đường cân bằng: Y = 47,89X (1)

- Nồng độ lớn nhất của khí SO2 là giao của:

- Lượng dung môi tối thiểu dùng cho quá trình hấp thụ:

= Gtr = 399,312 = 15399 (kmol/h)

- Lấy hệ số dư thừa là 1,2

=>Lượng dung môi thực tế:

 Phương trình đường làm việc.

- Lượng dung môi tối thiểu dùng cho quá trình hấp thụ:

= Gtr = 399,312 = 215844,32 (kmol/h)

- Lấy hệ số dư thừa là 1,2

=>Lượng dung môi thực tế:

C (Xđ; Yc) = (0; 5.10-6)

D (Xctt;Yđ) = (6,2.10-8; 4,5.10-5)

 Khí NO 2

 Phương trình đường cân bằng.

 Phương trình đường cân bằng: Y = 2552,63X

- Nồng độ lớn nhất của NO2 là giao của:

 Phương trình đường làm việc.

- Lượng dung môi tối thiểu dùng cho quá trình hấp thụ:

= Gtr = 399,312 = 458365,18 (kmol/h)

=>Lượng dung môi thực tế:

2.3 – Tính lượng dung dịch hấp thụ NaOH cần dùng.

Phương trình phản ứng chủ yếu xảy ra trong tháp hấp thụ:

SO2 + 2NaOH => Na2SO3 + H2O (1)

H2S + 2NaOH => Na2S + 2H2S (2)

2NO2 + 2NaOH → NaNO2 + NaNO3 + H2O (3)

* Từ phương trình (1) ta tính được mNaOH cần để hấp thụ SO2

Vậy khối lượng dung dịch NaOH 10% cần thiết để hấp thụ khí SO2, H2S, NO2 là:

M=

= 296,8 (kg/h)

- Khối lượng riêng của dung dịch NaOH 10% ở 200C là: ρNaOH = 1109 kg/m3

Bảng: Khối lượng riêng của dung dịch NaOH 10% (kg/m 3 ) theo nhiệt độ (ở áp suất khí quyển).

- Thể tích dung dịch NaOH trong 1h cung cấp vào trong tháp:

VNaOH = = = 0,27 (m3/h)

2.4 – Tính toán tháp hấp thụ.

- Gx: suất lượng trung bình pha lỏng

=> Gxtb = = = 275843,47 (kmol/h) => G xtb = (275843,27 19,0476) / 3600 = 1459,49 (kg/s)

- Gy: suất lượng trung bình pha khí

Ta có: Công thức tính độ nhớt của các khí ở nhiệt độ bất kỳ

= = 1542101,704

=> = 1,88.10-5 (Pa.s)

Gy = = =399,762 (kmol/h)

=> G y = 399,762 29,02 = 11601,09 (kg/h) = 3,33 (kg/s)

 : khối lượng riêng pha khí

 ρx : Khối lượng riêng của dung dịch NaOH 10% ở 300C là:

- Động lực trung bình của quá trình

- Số đơn vị truyền khối: nSO2 = 4,5

* Với H 2 S

- Động lực trung bình tại đáy tháp hấp thụ

- Động lực trung bình tại đỉnh tháp hấp thụ

- Động lực trung bình của quá trình

- Số đơn vị truyền khối

- Chiều cao tương đương của một đơn vị truyền khối

- Khoảng cách giữa hai đệm là h = 0,5m.

Vậy chiều cao thực tế của tháp đệm là:

+ Δpk = : tổn thất áp suất của đệm khô

(Công thức IX.119, T189 – Sổ thay quá trình và thiết bị tập 2)

D1 = = = 0,35 (m) = 350mm Phù hợp với ống tiêu chuẩn.

Bề dày b = 13 mm làm bằng thép không gỉ (Theo bảng XIII.32 trang 434 sổ tay

quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2) Chiều dài đoạn ống nối là 150 mm.

- Để đảm bảo phân phối khí đều trong tháp ta sử dụng đĩa đực lỗ với bề dầy 5mm

 Ống dẫn lỏng ra:

Vận tốc pha lỏng ra khoảng 1 - 3m/s, chọn v = 3 m/s

D4 = = 0,78 m

Chọn đường kính ống dẫn lỏng ra tháp : D4 =800 mm Do không có laoij ông tiêu chuẩn D = 800mm nên chia làm 2 ống dẫn lỏng ra, mỗi ống có d = 400mm.

Bề dày 13mm

Các thông số của thiết bị hấp thụ (đơn vị mm)

Chiều cao làm việc của tháp đệm mm 10000

Đường kính ống dẫn lỏng ra mm 400

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Trần Ngọc Chấn, “Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải - Tập 1”, nhà xuấtbản Khoa học và Kỹ thuật

2 Trần Ngọc Chấn, “Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải - Tập 2”, nhà xuấtbản Khoa học và Kỹ thuật

3 Trần Ngọc Chấn, “Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải - Tập 3”, nhà xuấtbản Khoa học và Kỹ thuật

4 TS Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông, KS Hồ Lê Viên “Sổ tay quá trình

và thiết bị công nghệ hóa chất - Tập 1, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật

5 TS Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông, TS Phạm Xuân Toản “Sổ tay quátrình và thiết bị công nghệ hóa chất - Tập 2, Nhà xuất bản khoa học và kỹthuật

6 Các quá trình thiết bị trong công nghê hóa chất và thực phẩm tập1, 2, 3, 4 –GS.TSKH Nguyễn Bin

7 Giáo trình “ Kỹ thuật xử lý khí thải”