Đồ án kỹ thuật xử lý khí thải với số liệu cho trước

MỤC LỤC CHƯƠNG I: ĐỀ XUẤT DÂY TRUYỀN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 1 1.Xử lý số liệu: 1 1.1Tính toán nồng độ cho phép: 1 1.2 Tính toán nồng độ đầu vào của khí thải: 2 1.3 Đề xuất và thuyết minh sơ đồ công nghệ. 3 1.4 Tính toán lan truyền chất ô nhiễm 5 CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG XỬ LÝ BỤI 10 I.BUỒNG LẮNG BỤI. 10 1.Tính toán kích thước buồng lắng bụi 10 2.Hiệu suất lọc bụi của buồng lắng 12 II.XYCLON CHÙM 14 CHƯƠNG III: XỬ LÝ KHÍ 19 1.Tính toán số liệu đầu vào: 19 2.Tính toán số liệu đầu ra: 20 3.Xây dựng đường cân bằng và đường làm việc: 22 4.Tính toán lượng dung dịch Na2CO3 cần dùng để hấp thụ khí H2S và NO2: 24 5.Tính toán tháp hấp thụ khí H2S và NO2: 24

SỐ LIỆU ĐẦU BÀI

MỤC LỤC

CHƯƠNG I: ĐỀ XUẤT DÂY TRUYỀN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ

+ Hệ số lưu lượng nguồn thải Kp=0,9 Vì 20000 < 35000 < 100000 m3/h

(Lưu lượng thải của nhà máy 35 000 m3/h) (mục 2.3-QCVN 19/2009)

+ Hệ số vùng, Kv=1 Khu công nghiệp; đô thị loại V; vùng ngoại thành, ngoại

đô thị loại II, III, IV có khoảng cách đến ranh giới nội thành, nội thị lớn hơnhoặc bằng 2 km; cơ sở sản xuất công nghiệp, chế biến, kinh doanh, dịch vụ vàcác hoạt động công nghiệp khác có khoảng cách đến ranh giới các khu vực nàydưới 2 km

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

công nghiệp

1.2 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

80oC, nhưng nồng độ các chất vô cơ tối đa cho phép (Cmax) ở nhiệt độ 25oC Vậynên, trước khi so sánh nồng độ để xem bụi hoặc khí thải nào vượt tiêu chuẩn tacần quy đổi C1(80oC)  C2 (25oC)

Đây là trường hợp điều kiện đẳng áp với: Áp suất p1=p2= 760 mmHg

Khí thải chứa bụi

buồng lắng Nhờ tác dụng của lực hấp dẫn làm cho các hạt bụi lắng xuống khi điqua thiết bị Các hạt bụi này sẽ rơi vào bình chứa hoặc được đưa ra ngoài bằngvít tải hay băng tải Hỗn hợp khí chưa sử lý hết bụi được đưa sang Xyclon.Không khí vào Xyclon sẽ chảy xoáy theo đường xoắn ốc dọc bề mặt trong của

vỏ hình trụ Xuống tới phần phễu, dòng khí sẽ chuyển động ngược lên trên theođường xoắn ốc và qua ống tâm thoát ra ngoài Hạt bụi trong dòng không khíchảy xoáy sẽ bị cuốn theo dòng khí vào chuyển động xoáy Lực ly tâm gây tácđộng làm hạt bụi sẽ rời xa tâm quay và tiến về vỏ ngoài Xyclon Đồng thời, hạtbụi sẽ chịu tác động của sức cản không khí theo chiều ngược với hướng chuyểnđộng, kết quả là hạt bụi dịch chuyển dần về vỏ ngoài của Xyclon, va chạm với

nó, sẽ mất động năng và rơi xuống phễu thu Ở đó, hạt bụi đi qua thiết bị xả đi rangoài Hỗn hợp khí chưa xử lý hết bụi lại tiếp tục được đưa sang thiết bị lọc bụitúi vải để loại bỏ bụi ra khỏi dòng khí thải sao cho đạt QCVN 19:2009/BTNMT.Hỗn hợp khí còn lại được đưa sang tháp hấp thụ bằng dung dịch Na2CO3 , dungdịch được bơm từ thùng chứa lên tháp Dung dịch này sau khi hấp thụ ở đáytháp được đưa ra bồn chứa Tại đây, dung dịch lỏng này sẽ được xử lý sao chonồng độ của nước thải đạt được nồng độ cho phép để có thể thải ra môi trường

1.4 Tính toán lan truyền chất ô nhiễm

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

- Ta có: 20oC < = = 80 – 25 = 55oC < 100oC Nguồn thải là nguồn nóng

Trong đó :

• Hgh : Chiều cao giới hạn của nguồn điểm (m)

• bz: Khoảng cách từ mặt sau (mặt làm chuẩn) của nhà đến nguồn thải (m)

• D: Đường kính miệng ống khói, m D = 1m

• w: Vận tốc ban đầu của luồng khói tại miệng ống khói, m/s

w = Với: L: lưu lượng nguồn thải m3/s

L = = 9,72 m3/s

Suy ra: w = = 12,38 m/s

• u: Vận tốc gió u(z) = u(10) = 5 m/s (Do Hô = 10m)

• Tkhói: Nhiệt độ tuyệt đối của khói tại miệng ống khói, K

• : Chênh lệch nhiệt độ giữa khói và không khí xung quanh, độ C hoặc K

→ = 1 = 4,11 m

Ta có: Hhq = Hống + = 10 + 4,11 = 14,11 m

Do: Hhq > Hgh→ Đây là nguồn thải cao

 Sự khuếch tán bụi và khí từ nhà A sang nhà B.

- Xét nồng độ chất ô nhiễm khi khuếch tán với nồng độ thải ra:

• M – lượng phát thải chất ô nhiễm tại nguồn điểm liên tục, g/h

• H – chiều cao hiệu quả của nguồn thải, m

• p,q – hệ số khuếch tán theo chiều đứng và chiều ngang p = 0,05; q = 0,08 (Vìkhí quyển ở mức trung tính (cấp D), tức là khí quyển có độ rối trung bình (Trang48_Kỹ thuật XLKT-ĐH TN và MT HN)

- Khoảng cách từ nguồn (chân ống khói) đến vị trí có nồng độ cực đại Cmax trênmặt đất là:

(CT 2.23_trang 48_Kỹ thuật XLKT-ĐH TN và MT HN)

xM = = = = 141,1 (m)

tiêu

Cmax cho phép ( theo QCVN09:

2009) (mg/Nm 3 )

Tải lượng chất ô nhiễm (g/s) M= L×C=

C max trên mặt đât (g/m 3 )

C max =

Nồng độ cho phép theo quy chuẩn 05:2013- 06:2009

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG XỬ LÝ BỤI

 Các thông số đầu vào

Khối lượng riêng của bụi kg/m3 4000

Độ nhớt của không khí ở 0oC kg/m.s 17,17.10-6

Bảng: Dải phân cấp cỡ hạt Đường kính

- Hiệu suất xử lý bụi: = 98,2(%)

Từ đặc điểm bụi và hiệu suất xử lý ta chọn hệ thống xử lý bụi gồm có: buồnglắng, xyclon chùm, thiết bị lọc bụi tĩnh điện

1. Tính toán kích thước buồng lắng bụi

Chọn nghĩa là buồng lắng có thể lọc toàn bộ cỡ hạt d 0

Chọn 2 buồng lắng đặt song song

Lưu lượng tính toán của mỗi buồng là:

• B: chiều rộng một buồng lắng, m

• l : chiều dài một buồng lắng, m

• L1: lưu lượng khí mỗi buồng, L1 = 4,86 m3/s

• µ: hệ số nhớt động lực của khí thải ở 80oC

• δmin: đường kính nhỏ nhất của hạt bụi mà buồng lắng có thể giữ lại được

• trọng lượng riêng của bụi ( kg/m3)

• µ: hệ số nhớt động lực của khí thải ở 80oC, µ = 2,1 10-5 Pa.s

• ρ: khối lượng riêng của khí thải ở 800C:

• B: chiều rộng của buồng lắng bụi B = 2,5m

• : chiều dài của buồng lắng bụi l = 7,5m

 = = 50 m (khớp với giá trị lựa chọn ban đầu)

Như vậy các hạt bụi có đường kính 50 đều bị lắng hết xuống đáy buồng lắng.

2. Hiệu suất lọc bụi của buồng lắng

 Hiệu quả lắng theo cỡ hạt

Theo cỡ hạt, hiệu quả lắng được tính theo :

Trong đó:

+ µ : Độ nhớt của khí thải ở 80oC, µ = 2,1 10-5 Pa.s

+ L1 : Lưu lượng khí thải, L1 = 4,86 (m3/s)

+ ρb : Trọng lượng riêng của bụi, ρb = 4000 kg/m3

+ l : Chiều dài buồng lắng, l = 7,5 (m)

T

 Các thông số đầu vào

 Kích thước của xyclon

Chọn xyclon con bằng gang có đường kính quy ước Dqư = 150mm với cánhhướng dòng loại chân vịt α = 25° Lưu lượng cực đại của một xyclon con: Lqư =

250 m3/h

- Số lượng xiclon con là: n = => Chọn 144 chiếc

- Tổ hợp 144 xyclon con thành 12 dãy, mỗi dãy 12 chiếc Lúc đó kích thước mỗi cạnh tiết diện ngang hình vuông của xyclon chùm sẽ là K = 2220mm

Bề cao của ống dẫn khí vào khi nhận vvào = 10m/s:

I = = = 0,8 m

Trong đó:

• L: lưu lượng khí vào xyclon chùm, L = 9,72m3/h

• n: số lượng xyclon con trong một dãy, n = 12

• M = 180mm = 0,18 m (theo bảng 7.10 trang 128 GT Ô Nhiễm Không Khí và Xử

- Vậy sức cản khí động của riêng bản thân xyclon chùm sẽ là:

∆p = ξ v 2 = 90 3,82 = 649,8 Pa

Trong đó:

• ξ: hệ số sức cản cục bộ Với cánh hướng dòng chân vịt α = 25°, ξ = 90

• �: khối lượng đơn vị của khí thải ở điều kiện 80 °C, áp suất dư trong xyclon chùm là 5 mmHg: � = 0,464 = 0,464 = 1 kg/m3

• V: vận tốc quy ước của khí, v = 3,8 m/s

 Tính toán số liệu chi tiết xyclon theo kích thước tiêu chuẩn của

Stairmand C.J ta có:

- Đường kính của xyclon : D = 0,15 m

- Đường kính ngoài của ống ra d1 = 0,5 D = 0,075 m

- Đường kính trong của cửa thoát bụi là : d2 = 0,3 D = 0,045 m

- Đường kính thùng chứa bụi : d3 = D = 0,15 m

- Chiều cao cửa vào : a = 0,5 D = 0,075 m

- Chiều cao ống tâm có mặt bích: h1 = 0,5 D = 0,075 m

- Chiều cao phần hình trụ: h2 = 1,5 D = 0,225 m

- Chiều cao phần hình nón: h3 = 2,5 D = 0,375 m

- Chiều cao bên ngoài ống trung tâm: h4 = 0,5 D = 0,075 m

- Chiều cao thùng chứa bụi: h5 = 0,5 D = 0,075 m

- Chiều cao tổng cộng của xyclon: H = h 2 + h 3 + h 4 + h 5 = 0,75 m

- Chiều rộng cửa vào: b = 0,2 D = 0,03 m

- Chiều dài cửa ống vào: l = 0,5 D = 0,075 m

 Xác định đường kính giới hạn của hạt bụi.

- Đường kính giới hạn của hạt bụi:

δ =

Trong đó:

L: Lưu lượng khí thải đối với 1 xyclon: L = 250 m3/h = 0,07 m3/s

: hệ số nhớt động của bụi ở 800 C: = 2,110-5 (kg/m.s)

: Khối lượng riêng của bụi, = 4000 ( kg/m3)

r1: bán kính ống khí sạch, r1 = 0,5 d1 = 0,0375 m

r2: Bán kính của xyclon: r2 = D/2 = 0,075 m

n: Số vòng quay của dòng khí bên trong xyclon

n = = = = 20 vòng/s

Với: : vận tốc của khí ở ống dẫn vào xyclon, v e = 10 m/s

l: Chiều cao làm việc của xyclon: l = H – a = 0,225 – 0,075 = 0,15 m

Với: H: Chiều cao thân hình trụ của xyclon (m)

a: Chiều cao cửa vào (m)

-theo cỡ hạt

trung bình(%)

Lượng bui bị

giữ lai trong

- Hiệu suất xử lý bụi sau khi xử lý bằng buồng lắng và xyclon :

= 100% = 92,2 %< Hiệu suất xử lý cần đạt được là : 98,2 % → phải xử lý tiếpbằng thiết bị lọc bụi bằng điện

CHƯƠNG III: XỬ LÝ KHÍ

Xử lý 2 khí: NO2 và H2S

 Các thông số đầu vào

1 Tính toán số liệu đầu vào:

Vì nhiệt độ khí thải là 800C và qua các quá trình lọc bụi thì nhiệt độ dòng khíthải đã bị giảm xuống Vậy giả sử nhiệt độ khí thải sau quá trình lọc bụi đã bịgiảm xuống còn 300C

- Lượng mol khí đầu vào:

- Nồng độ phần mol tương đối:

3 Xây dựng đường cân bằng và đường làm việc:

 Xây dựng đường cân bằng:

- Phương trình đường cân bằng có dạng: y* = mx

PTCB vật chất:

Có = 0

- Ta có: thay vào PTCB =>

_nồng độ cân bằng ứng với nồng độ đầu của hỗn hợp khí

- Lượng dung môi tối thiểu của quá trình hấp thụ:

(CT 3.6_Các quá trình, thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm-Tập 4)+ Chọn hệ số thừa dư thực tế là 1,2

 Lượng dung môi thực tế: = 1,2

- Lượng dung môi cần thiết:

- Phương trình đường làm việc có dạng:

• Phương trình đường làm việc của khí H2S:

+ Phương trình đi qua 2 điểm:A2(0; 5,4×10 -6)

B2(2,2; 1,6×10 -5)

Giải hệ phương trình ta được: a = 481,8; b = 5,4×10 -6

 Phương trình làm việc có dạng: Y= 481,8X+5,4 × 10 -6

• Phương trình đường làm việc của khí NO2:

+ Phương trình đi qua 2 điểm:A3(0; 3,7×10 -4)

B3(2,8; 8,51×10 -3)

Giải hệ phương trình ta được: a=290714,3; b=3,7×10 -4

 Phương trình làm việc có dạng: Y=290714,3 X+3,7×10 -4

4 Tính toán lượng dung dịch Na 2 CO 3 cần dùng để hấp thụ khí H 2 S và NO 2 :

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

( CT IX.114_Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ _Tập 2_Trang 187)

(Bảng I.102_Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất_tập 1_Trang 95)

- Động lực trung bình tại đỉnh tháp hấp thụ:

thay vào PTCB Y* = 609,211X ta được:

 = 1,34(

 = =

= (

- Động lực trung bình tại đáy tháp hấp thụ:

thay vào PTCB Y* = 609,211X ta được:

- Động lực trung bình tại đỉnh tháp hấp thụ:

thay vào PTCB Y* = 2552,632X ta được:

 = 7,15(

 = =

= (

- Động lực trung bình tại đáy tháp hấp thụ:

thay vào PTCB Y* = 2552,632X ta được:

 = 0(

 = =

- Động lực trung bình của quá trình:

+ H: Chiều cao của đoạn đệm (m)

+ hy: Chiều cao một đơn vị chuyển khối (m)

+ ny: Số đơn vị chuyển khối

Chiều cao của một đơn vị truyền khối:

+ Theo Kafarov – Duneski thì:

hdv = 200( CT 3.29_Các quá trình thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm-Tập

4_Trang 170)Trong đó: + : Tiết diện tự do của đệm (m2/m2) có trị số bằng thể tích tự do củađệm

 n = 2,6665:2,5 = 1,0666 (đoạn đệm) => Chọn 1 đoạn đệm => Lấy Hlv=2,5m

 Chiều cao thực tế của tháp đệm:

H = HLV + ZL + ZC + (n – 1)hTrong đó: + ZL, ZC: Lần lượt là khoảng cách từ lớp đệm đến nắp và từ lớp đệmđến đáy tháp (m)

150020002500

w_Vận tốc làm việc của khí trong tháp, m/s;

- Kích thước chi tiết của thiết bị hấp thụ: