Đồ án Kỹ thuật xử lý khí thải

MỤC LỤCMỤC LỤC1MỞ ĐẦU2PHẦN I : XỬ LÝ SỐ LIỆU31. Thông số đầu vào32. Xử lý số liệu33. Tính toán lan truyền ô nhiễm không khí6PHẦN II: TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH CHÍNH TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ THẢI132.1. Xử lý bụi131. Các thông số đầu vào132. Tính toán kích thước buồng lắng133.Hiệu quả lắng bụi của buồng lắng154. Kích thước chi tiết của buồng lắng175. Xử lý bụi bằng Xyclon176. Tính toán túi lọc vải :232.2. Xử lí khí: chọn khí xử lí là SO2 và NO2271. Tính toán cơ sở282.TÍNH TOÁN THÁP HẤP THỤ35TÀI LIỆU THAM KHẢO40

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

MỞ ĐẦU 2

PHẦN I : XỬ LÝ SỐ LIỆU 3

1 Thông số đầu vào 3

2 Xử lý số liệu 3

3 Tính toán lan truyền ô nhiễm không khí 6

PHẦN II: TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH CHÍNH TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ THẢI 14

2.1 Xử lý bụi 14

1 Các thông số đầu vào 14

2 Tính toán kích thước buồng lắng 14

3.Hiệu quả lắng bụi của buồng lắng 16

4 Kích thước chi tiết của buồng lắng 19

5 Xử lý bụi bằng Xyclon 19

6 Tính toán túi lọc vải : 25

2.TÍNH TOÁN THÁP HẤP THỤ 37

TÀI LIỆU THAM KHẢO 42

MỞ ĐẦU

Hiện nay vấn đề ô nhiễm không khí không còn là vấn đề riêng lẻ của mộtquốc gia hay một khu vực mà nó đã trở thành vấn đề toàn cầu Thực trạngphát 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 củacon 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 khôngkhí, 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 thảikhí thải từ các nhà máy, khu công nghiệp, các phương tiện giao thông Khíthải trong các ngành công nghiệp hiện nay đã và đang gây ra những ảnhhưởng lớn tới thành phần môi trường không khí trên Trái Đất Đặc biệt đốivới môi trường không khí, khí thải từ các hoạt động công nghiệp có thể chứanhiều chất độc hại cho môi trường và sức khoẻ con người như H2S, HF, CO,

CO2, NOx,…với nồng độ vượt ngưỡng tiêu chuẩn cho phép Mỗi ngành côngnghiệp đều có đặc tính khí thải khác nhau, dựa vào đặc tính của từng khí thảicủa từng ngành nghề mà chúng ta có các biện pháp và hướng giải quyết khácnhau để hạn chế tối đa sự phát thải khí ra ngoài môi trường

PHẦN I : XỬ LÝ SỐ LIỆU

1 Thông số đầu vào

- Lưu lượng nguồn thải: L = 30000 m3/ h = 8.33 (m3/s )

- Nhiệt độ khí thải tại miệng ống khói :150oC

- Nhiệt độ môi trường : 25oC

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

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 150oC, 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(150oC) C2 (25oC)Đây là trường hợp điều kiện đẳng áp với p1 = p2 = 760 mmHg

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

- 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:

η : 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

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

- Ta có: 20oC < = = 150 – 25 = 125oC Nguồn thải là nguồn nóng

- Xét nhà máy A:

Ta có: bA = 15 (m) < 2,5hA = 2,5 7 = 17,5 (m)  Nhà máy A là nhà hẹp

lA = 35 (m) < 10hA = 10 7 = 70 (m)  Nhà máy A là nhà ngắn

 Nhà máy A là hẹp, ngắn

- Xét khu dân cư B

Ta có: bB =19 (m) < 2,5hB = 2,5 8 = 20 (m)Khu dân cư B là khu dân cư hẹp

lB = 60m < 10hB = 10 8 = 80 (m)  Khu dân cư B là khu dân cư ngắn

 Khu dân cư B là khu dân cư hẹp,ngắn

- Với nhà máy A là tòa nhà hẹp đứng đầu :

x1 = L1 = 45 (m) < 10hA = 10 x 7 = 70 (m)

 Nhà máy A và khu dân cư B là nhóm nhà

- Do nhà máy A và khu dân cư B là nhóm nhà:

Hgh = 0,36.(bz + L1) + hB = 0,36.( bA + L1 ) + hB = 0,36.( 15 + 45 ) + 8 =

27.8 (m)

- 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 = 423oK : chênh lệch nhiệt độ giữa khói và nhiệt độ xung quanh

= Tk – Txq = 150 – 25 =125oC

- Vận tốc ban đầu của luồng khói tại miệng ống khói là : = =

= 4,72 (m/s)

- Vận tốc gió tại miệng ống khói là : = = 5 = 5,56 (m/s)

Trong đó: :vận tốc gió tại độ cao z (z= 24m ),m/s

: vận tốc gió tại độ cao đặt máy quan trắc (z1= 10m), = 2 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: h = D = 1,5

= 1,55(m)

• Độ cao hiệu quả của nguồn thải là: Hhq = Hô + = 31 + 1,55 = 32,55 (m)Trong đó: Hhq : là độ cao hiệu quả của nguồn thải , m;

Hô : là chiều cao thực của nguồn thải, Hô = 31(m);

: là độ cao nâng của nguồn thải, = 1,55 m;

Do Hhq = 32,55 (m) >Hgh = 27,8 (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 Quy chuẩn kỹthuật quốc gia về chất lượng không khí xung quanh thì nồng độ tối đa chophép của một số khí độc trong không khí xung quanh là:

Thông số Thời gian trungbình Nồng độ cho phép(µg/m3)

M : lượng phát thải chất ô nhiễm tại nguồn điểm liên tục (g/s)

: tốc độ gió tại miệng ống khói (m/s) : = 5,56 (m/s)

- Lưu lượng phát thải chất ô nhiễm tại nguồn điểm liên tục là :

Theo QCVN 05:2009/BTNMT_ Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng

không khí xung quanh có Cbụi = 140 g/m 3

 Nồng độ bụi khuếch tán không đạt QCVN

• Đối với khí CO:

- Lưu lượng phát thải của COlà: M = L = 8,33 = 7,5 (g/s)Xét điểm 1 tại nhà B có tọa độ x= 60, y= 0, z = 8

- Lưu lượng phát thải củaNO2 là M = L = 8,33=6,37(g/s)

Xét điểm 1 tại nhà B có tọa độ x= 60, y= 0, z = 8

 Nồng độ NO2 không đạt QCVN 05 :2009 /BTNMT thì nồng độ khuếch tán của khí NO2 đạt QCVN

• Đối với khí Clo:

- Lưu lượng phát thải của Clo là M = L = 8,33=0,07(g/s)Xét điểm 1 tại nhà B có tọa độ x= 60, y= 0, z = 8

-Lưu lượng phát thải của H2S là M = L = 8,33=0,06(g/s)

- Xét điểm 1 tại nhà B có tọa độ x= 60, y= 0, z = 8

Sau khi tính toán ta thấy nồng độ bụi khuếch tán đến nhà B vượt quá QCVN

05 => phải tính lại hiệu suất xử lý

Theo Gauss cơ sở:

C = exp

( công thức 3.26 trang 78, GS,TS Trần Ngọc Chấn )

Với: Cbụi = 140.10-6 g/m3 ( QCVN 05 )

y = 0, z = 8, = 8,5 ; = 5

=> M = 2 2

2 exp

CBụi ở nhà A sau khi xử lý : CBụi = = 0,758,33 = 0,09 g/m3

=> Hiệu suất xử lý bụi : H = ×100 = = 99,64%

PHẦN II: TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH CHÍNH TRONG HỆ THỐNG

XỬ LÝ KHÍ THẢI 2.1 Xử lý bụi

1 Các thông số đầu vào

Khối lượng riêng của khí thải kg/m3 1,2

20-40

30-50

40-

50-60 60-70

Phần trăm

- Hiệu suất lắng bụi cần đạt được để xử lý đạt quy chuẩn là : 99,64%

- Lựa chọn thiết bị buồng lắng để xử lý bụi

- Dựa vào dải phân cách cỡ hạt bụi trên

 Chọn đường kính giới hạn của hạt bụi: = 50

(1)

Trong đó: : Độ nhớt của khí thải ở 100oC

Hệ số nhớt động lực của khí thải ở 150oC, tính theo công thức gần đúng của Sutherland:

Ta được : µ 150o C =

3 2

+ L: lưu lượng khí thải, L = 8,33 (m/s)

+ : Khối lượng riêng của bụi, ρb = 2500 kg/m3

+ l : Chiều dài buồng lắng (m)

Nếu chọn l = 5m thì chiều rộng của buồng lắng là B= 2,9m ≈ 3m

-Thông thường vận tốc tối đa của dòng khí trong buồng lắng là 3 m/s

 Chọn vận tốc của dòng khí trong buồng lắng là u = 0,5 m/s

Kiểm tra lại kích thước buồng lắng

- Thời gian lưu của cỡ hạt bụi 50 m và dòng khí thải bên trong buồng lắng:

2

5 10 0,5

l u

gh

H v

4, 2 5 21

V = × =F l × = (m3

)

3.Hiệu quả lắng bụi của buồng lắng

* Hiệu quả lắng theo cỡ hạt của buồng lắng:

Giả thiết rằng mọi cỡ hạt bụi trong dòng khí đi vào buồng lắng được phân bố đều đặn trên toàn tiết diện ngang ban đầu của nó

Theo cỡ hạt, hiệu quả lắng được tính theo :

Trong đó : + µ : Độ nhớt của khí thải ở 150oC, = 2,39 10 × −5 (Pa.s)

+ L : Lưu lượng khí thải, L = 2,083 (m3/s)

+ ρb : Trọng lượng riêng của bụi, ρb = 2500 kg/m3

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

+ B: Chiều rộng buồng lắng (m), B= 3m

TT 0-5 5-10 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 60-70 Tổng

cộng

2 Lượng bụi Gi trên 1m

3 khí thải (mg/m3)

3 Hiệu quả lọc theo cỡ hạt trung bình η (δ) % 0,26 2,31 9,24 25,66 50,28 83,12 100 100

4 Lượng bụi còn lại sau buồng lắng (100-η (δ)

%)*Gi/100 (mg/m3) 2244,15 4640,28 2042,1 2230,2 1491,6 590,8 0 0 13239,13

5 Dải phân cấp cỡ hạt của bụi còn lại sau lọc

→ Hiệu quả lắng của thiết bị: ηo=(Cb-Cks)*100%/Cb (%)

25000 13239,13

25000

b ks o

Lượng bụi còn lại sau khi xử lý bằng buồng lắng là 13239,13 mg/m3

4 Kích thước chi tiết của buồng lắng

a Kích thước chi tiết xyclon

Chọn 2 xiclon mắc song song với nhau : Lưu lượng của mỗi xyclon sẽ là 15000m3/h

Diện tích tiết diện ngang của xiclon là:

+N : số lượng xyclon đơn nguyên , N=2

- Đường kính của xyclon :

L

- Tốc độ thực tế của khí trong xyclon

- Đường kính ngoài của ống ra d1 = 0,5.D = 0,47 (m)

- Đường kính trong của cửa thoát bụi là : d2 =0,3.D = 0,29(m)

- Đường kính thùng chứa bụi : d3 = D = 0,94(m)

- Chiều cao cửa vào : a = 0,5.D = 0,47 (m)

- Chiều cao ống tâm có mặt bích: h1 = 0,5.D = 0,47 (m)

- Chiều cao phần hình trụ : h2 = 1,5.D = 1,41 (m)

- Chiều cao phần hình nón : h3 = 2,5.D = 2,35 (m)

- Chiều cao bên ngoài ống trung tâm : h4 = 0,5.D = 0,47 (m)

- Chiều cao thùng chứa bụi : h5 = 0,5.D = 0,47 (m)

- Chiều cao tổng cộng của xiclon : H = h2 + h3 + h4 + h5 = 4,7(m)

- Chiều rộng cửa vào : b = 0,2.D = 0,19 (m)

- Chiều dài của cửa ống vào l = 0,5.D = 0,47 (m)

b Xác định đường kính giới hạn của hạt bụi

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

( − )  

=

1

2 2

2 1

2 2

.

.

5 , 4

r

r l n r r

L d

- l : chiều cao làm việc của xyclon : l = H – a = 1,41 – 0,47 =0,94 m

Trong đó : H là chiều cao than hình trụ của xyclon (H= 1,41 m)

a: chiều cao cửa vào ( a= 0,47 m)

1

) exp(

1

2 0

Bảng Phân cấp cỡ hạt ban đầu của hạt bụi ST

60

Hiệu suất xử lý bụi sau khi đi qua xyclon và buồng lắng là :

= < Hiệu suất cần phải xử lý đạt là 99,64%  phải xử lý tiếp bằng lọc

túi vải

Lượng bụi còn lại sau khi xử lý bằng xyclon là 11163,14 mg/m3

d Khối lượng bụi thu được trong 1 ngày

- Khối lượng riêng của khí thải ở80oC :

=

hh

v k

hh

v b hh

C C

ρ

ρ ρ ρ

+ ρk= 0,77 (kg/m3): là khối lượng riêng của khí

+ ρb= 2500 (kg/m3): là khối lượng riêng của bụi

Thay vào ta được :ρhh= 5,68 (kg/m3)

- Lượng hệ khí đi vào xiclon

Gv = ρhh.L/N = 5,86 30000/2 = 87900 (kg/h)

- Nồng độ bụi trong hệ khí đi vào xiclon (theo % khối lượng)

Yv =

6 11163,14 10

5,68

v hh

C p

−

×

Y G

6 Tính toán túi lọc vải :

- Lưu lượng khí thải đi vào : Q= 30000m3 /h = 500 (m3/phút)

- Khối lượng riêng của bụi là : ρb = 2500 kg/m3

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

- Nồng độ bụi vào thiết bị là : Cv = 11163,14 mg/m3

- Nồng độ bụi tối đa cho phép là : Cmax = 180 mg/m3

- Chiều dài làm việc của túi lọc từ : 2000- 3500mm (theo sách ô nhiễm không khí và xử lý khí thải của thầy Trần Ngọc Chấn tập 2)  Chọn l= 2000mm

- Diện tích túi vải :

Chọn số túi vải là 300 túi, chia làm 2 đơn nguyên, mỗi đơn nguyên 150 túi

- Chọn hàng ngang 10 túi, hàng dọc 15 túi

- Lưu lượng khí cần lọc là : Q= 500 (m3/phút)

Chọn khoảng cách :

- Giữa các túi vải: d1 = 0,1m

- Giữa các hàng: d2 = 0,1m

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

- Chọn đế dày của thiết bị: δ = 0,003m

- Chiều dài của một đơn nguyên:

- Chiều cao bộ phận chấn động trên túi vải: H2 = 300mm

- Chiều cao thu hồi bụi: H3 = 0÷1,5m Chọn H3 = 1m

- Chiều cao của thiết bị là: H = H1 + H2 + H3 = 2 + 0,3 + 1 = 3,3 m

- Tỷ lệ khí hoàn nguyên:

500

0,984 508,18

Q

S = = (m/phút) = 0,016 (m/s)

- Phương pháp hoàn nguyên dùng cơ cấu rung cơ học: 0,01÷0,03 m/s

Mà tỷ lệ khí hoàn nguyên = 0,016 m/s

Vậy chọn phương pháp hoàn nguyên rung cơ học

Thời gian lọc: Thời gian rung lắc 1 đơn nguyên khoảng 1 phút

Quá trình lọc 9 phút Vậy thời gian lọc tổng cộng của cả chu trình làm việc khoảng 10 phút.

Tính lượng bụi thu được:

- Khối lượng riêng của khí thải ở 150oC :

=

hh

v k

hh

v b hh

C C

ρ

ρ ρ ρ

+ ρk= 0,77 (kg/m3): là khối lượng riêng của khí ở 150oC

+ ρb= 2500 (kg/m3): là khối lượng riêng của bụi

Thay vào ta được :ρhh= 5,68(kg/m3)

- Lượng hệ khí đi vào ống tay áo :

Chọn chiều cao thùng chứa bụi là 2m, chiều dài 2m, chiều rộng 0,805m Kíchthước thùng chưa bụi là : 2 2 0,805 × ×

Trở lực của thiết bị là : = A.vn

Với A= 25 0,25 , hệ số thực nghiệm đối với từng loại vải, chọn A= 10

n= 1,25 1,35 Chọn n= 1,25

v: năng suất vải lọc m3/m2/h, v= 0,8m3/m2.phút = 48m3/m2.h

 = 10 481,25 = 1263,43 N/m2

 Tính toán hiệu quả xử lý bụi của cả hệ thống

Theo tính toán ở trên hiệu suất xử lý của thiết bị lọc túi vải là 98,39% Lượngbụi đi ra khỏi hệ thiết bị là :

Hiệu suất tối thiểu xử lý SO2 % 76,67

Hiệu suất tối thiểu xử lý NO2 % 83,78

Khối lượng riêng của than hoạt tính kg/m3 500

- Gy: lưu lượng hỗn hợp khí vào tháp (kmol/h)

- Gx: lưu lượng nước vào tháp (kmol/h)

- Gtrơ: lưu lượng khí trơ (kmol/h)

- Yđ,Yc: nồng độ phần mol tương đối trong pha φy (kmol/kmol)

- Xđ,Xc: nồng độ phần mol tương đối trong pha φx (kmol/kmol)

2

3

904, 22 64

2

3

3 3

1,045 10

1,046 10

1 1,045 10 1

2

3

3075,65 46

NO NO

NO

đ đ

Q M

C G

−

× ×

- Nồng độ phần mol của NO2 là:

3,556 10 864,9

2

3

3 3

đ

NO NO

NO

y Y

G

−

- Nồng độ phần mol tương đối của SO2 là:

- Nồng độ phần mol của NO trong hỗn hợp khí đầu ra là:

5,789.10 861,93

• Xây dựng đường cân bằng:

- Theo định luật Henry ta có: ycb = mx

- Lại có mối quan hệ phần mol x,y và phần mol tương đối X, Y:

= +

Thay x,y vào phương trình ycb = mx => cb 1 (1 )

mX Y

m X

= + −

47,895 760

• Xây dựng đường làm việc:

- Phương trình cân bằng vật liệu trong tháp hấp thụ:

2,182.10 47,895 46,895 1,046.10

Số đệm lý thuyết là 7

Số đệm thực tế là: Ntt =

2

7 9,13

0, 7667

lt SO

3,569.10

4,827.10 73,684 72,684 3,569.10

Số đệm lý thuyết là 9

Số đệm thực tế là: Ntt =

2

9 10,74 0,8378

lt NO

N

η = = => 11 đệm

Tính khối lượng riêng:

• Đối với pha khí:

ρ ρ

ρ

- Đối với pha lỏng:

Tra bảng I.2 Trang 9 – [3] ở 300C có: ρNaOH = 1213,5 (kg/m3)

Trong đó: µy,µSO2,µkk: độ nhớt trung bình của pha khí, của SO2 và của không

khí ở điều kiện làm việc 300C (N.s/m2)

M y,M SO2,M kk: khối lượng phân tử của pha khí, của SO2 và của không khí ở điều kiện làm việc 300C (N.s/m2)

G

G

ρ ρ

G

ρ ρ

D <

Ta có: 4 4 0,785 0,0349

90

d td

d

V d

−

 Thỏa mãn điều kiện

Bề mặt tiết diện ngang của thiết bị : (m2)

• Tính toán chiều cao tháp:

- Chiều cao làm việc của tháp được xác định theo phương pháp số đơn vị

chuyển khối:

lv dv tt