ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI : Thiết kế hệ thống xử lý bụi và xử lý khí thải.

MỤC LỤC I, LÝ THUYẾT 1 1.Phương pháp xử lý bụi 1 2. Xử lý khí 2 II. DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 3 1.Thông số đầu vào 3 2. Tính toán thông số cần xử lý 4 3. Lựa chọn công nghệ xử lý 5 4. Quy trình công nghệ 5 III. TÍNH TOÁN HỆ THỐNG XỬ LÝ 6 1. Tính toán xử lý bụi 6 2. Tính toán xử lý khí 9 3, Xử lý CO bằng buồng đốt 17 IV. Tính toán khuếch tán 17 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 21

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

KHOA MÔI TRƯỜNG

ĐỒ ÁN

KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI

Đề Tài:

Thiết kế hệ thống xử lý bụi và xử lý khí thải.

Sinh viên : NGUYỄN HẢI ANH Lớp : ĐH2CM3

Giáo viên HG : Bùi Thị Thanh Thủy

Hà Nội, Năm 2015

MỤC LỤC

1.Thông số đầu vào 3

1 Tính toán xử lý bụi 6

I, LÝ THUYẾT 1.Phương pháp xử lý bụi

- Thiết bị thu hồi bụi khô dựa vào cơ chế lắng khác nhau như trọng lực( buồng lắng bụi ), quán tính, li tâm ( xyclon khô, ướt, chum, tổ hợp các thiết bịthu hồi xoáy và động)

- Lọc bụi bằng phương pháp trọng lực: buồng lắng bụi: áp dụng cho bụi

có kích thước hạt d ~40 μm Có ưu điểm là chế tạo đơn giản, chi phí vận hành

và bảo trì thấp, giá thành thấp, rẻ tiền, nhưng buồng lắng bụi lại có diện tíchlớn, hiệu suất không cao với bụi có kích thước nhỏ

- Lọc bụi theo phương pháp li tâm có nhiều kiểu khác nhau: kiểu nằmngang, kiểu đứng, các thiết bị thu hồi kiểu xoáy, kiểu động Thường dung thiết

bị ly tâm kiểu đứng (xyclon) có hiệu suất lọc 70% đối với xyclon ướt vàxyclon chùm, đường kính cỡ hạt ~15 μm Có ưu điểm là sử dụng rộng rãi, giá

rẻ, vận hành dễ dàng, có thể vận hành bình thường ở nhiệt độ trên 5000C, ápsuất lớn, trị số tổn thất áp suất ổn định, thu hồi bụi ở dạng khô, hiệu quả xử lýkhông phụ thuộc vào sự thay đổi nồng độ bụi

- Lọc bụi bằng lọc màng, lọc túi: áp dụng đối với bụi có d = 2 -10 μmnhưng ít được sử dụng, phải có hệ thống rung để tái sinh vải lọc

- Thường sử dụng cho nơi có nồng độ ẩm cao hoặc không khí tại nơilàm việc không đồng đều về nhiệt độ và độ ẩm Có rất nhiều phương pháp như:phương pháp sủi bọt, phương pháp rửa khí ly tâm, phương pháp rửa khí kiểuVentury, phương pháp rửa khí kiểu dòng xoáy, phương pháp rửa khí kiểu đĩaquay Các phương pháp này có ưu điểm là dễ chế tạo, giá thành thấp, hiệu quảcao nhưng phải xử lý bùn cặn, khí thoát mang theo hơi nước làm rỉ đường ống

- Nguyên tắc làm việc : Dòng hỗn hợp khí bụi đi qua thiết bị,dưới tácdụng của điện trường sinh ra một dòng điện một chiều,các hạt bụi sẽ tích điện

và chuyển về điện cực trái dấu,trung hòa bám vào đó và tách ra khỏi dòngkhí.Định kỳ dùng bộ gõ để tách khỏi điện cực.Hay bụi được tách ra khỏi dòngkhí nhờ lực tĩnh điện

_ Các thiết bị lọc bụi bằng điện gồm : Thiết bị lọc bụi bằng điện kiểuống,thiết bị lọc bụi kiểu tấm bản,thiết bị lọc bụi bằng điện hai vùng

_ Qúa trình tách bụi bằng lực tĩnh điện gồm 4 giai đoạn : quá trình tíchđiện cho hạt,chuyển động của hạt bụi trong điện trường,lắng bụi trên bề mặtđiện cực lắng,tách bụi ra khỏi điện cực lắng

d ) Lọc bụi bằng buồng lắng

_ Nguyên lý : Khi dòng khí chứa bụi chuyển động từ đường ống ( nơi cótiết diện nhỏ ) đi vào buồng lắng ( nơi có tiết diện lớn hơn rất nhiều ) ,do đókhí và bụi sẽ chuyển động chậm lại, tạo điều kiện cho các hạt bụi lắng lại dướitác dụng của trọng lực

2 Xử lý khí

Hấp thụ là quá trình truyền khối mà ở đó các phân tử chất khí chuyểndịch và hòa tan vào pha lỏng.Sự hòa tan có thể diễn ra đồng thời với một phảnứng hóa học giữa các hợp phần giữa pha khí và pha lỏng hoặc không có phảnứng hóa học Truyền khối thực chất là một quá trình khuếch tán mà ở đó chấtkhí ô nhiễm chuyển dịch từ trạng thái có nồng độ cao hơn đến trạng thái cónồng độ thấp hơn.Việc khử chất khí diễn ra theo 3 giai đoạn : khuếch tán chấtkhí ô nhiễm đến bề mặt chất lỏng,truyền ngang qua bề mặt tiếp xúc phakhí/lỏng ( hòa tan),khuếch tán chất khí hòa tan từ bề mặt tiếp xúc pha vàotrong pha lỏng

Hấp thụ vật lý : là quá trình dựa trên sự tương tác vật lý thuần túy,nghĩa

là chỉ bao gồm sự khuếch tán,hòa tan các chất cần hấp thụ vào trong lòng chấtlỏng hay chất rắn và sự phân bố của chúng giữa các phân tử của chất đó

- Hấp thụ hóa học : là quá trình hấp thụ đi kèm với một hay nhiều phản

ứng hóa học.Sau quá trình khuếch tán là quá trình xảy ra các phản ứng hóa

học.Như vậy sự hấp thụ hóa học không những phụ thuộc vào tốc độ khuếch táncủa chất khí hay hơi vào trong chất lỏng mà còn phụ thuộc vào tốc độc chuyểnhóa các chất hay tốc độ phản ứng của các chất.

Hâp phụ là quá trình truyền khối mà trong đó chất khí được liên kết vàomột chất rắn.Chất khí thâm nhập vào các mao quản của chất rắn nhưng khôngthâm nhập vào cấu trúc mạng tinh thể chất rắn.Sự liên kết giữa chất khí và chấtrắn có thể là liên kết vật lý hoặc hóa học.Liên kết vật lý được đặc trưng chủyếu bởi các lực hút tĩnh điện còn liên kết hóa học là liên kết tạo nên do sựtương tác hóa học giữa chất rắn và chất khí.Các bình áp lực có một sàn đỡ cốđịnh được sử dụng để giữ chất hấp phụ

Hấp phụ vật lý: các phân tử khí bị hút vào bề mặt chất hấp phụ nhờ lực

liên kết giữa các phân tử.Hấp phụ là quá trình tỏa nhiệt.Hấp phụ vật lý có tínhthuận nghịch nên có khả năng thu hồi chất bị hấp phụ có giá trị hoặc khi cầnhoàn nguyên chất hấp phụ đã bão hòa để tái sử dụng

Hấp phụ hóa học : Là kết quả của các phản ứng hóa học giữa chất bị hấp

phụ và vật liệu hấp phụ do vậy lực liên kết rất mạnh lượng nhiệt tỏa ra rấtlớn.Hấp phụ hóa học là quá trình không thuận nghịch

II DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ

1.Thông số đầu vào

Bảng 1:Thông số khí thải nhà máy A

C – nồng độ bụi, khí thải theo mục 2.2.QCVN 19:2009, cột B

KP – hệ số lưu lượng nguồn thải, Kp =0.9

KV – hệ số vùng, khu vực, chọn Kc =1 ( khu vực loại 3)Theo QCVN 19 : 2009/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải công nghiệp đối với bụi và các chất vô cơ

Bảng 2: Nồng độ tối đa cho phép

STT Chỉ tiêu Đơn vị Nồng độ C ( cột B) Cmax Kết quả

Buồng đốt

4 Quy trình công nghệ

Thiết bị lọc bụi tĩnh điện

Khí tiêu chuẩn đầu ra

Thuyết minh dây chuyền công nghệ :

Dòng khí thải được đưa vào thiết bị buồng lắng bụi theo phương tiếptuyến do tác dụng của trọng lực các hạt bụi có kích thước > 50μm sẽ rơi xuốngphía dưới đáy thiết bị và đưa ra ngoài còn khí thải lẫn ít bụi chưa lắng đượcchuyển động khỏi buồng lắng bằng ống dẫn khí Sau đó dòng khí được đưa vàothiết bị lọc tĩnh điện,tại đây các hatjbuij được tích điện và hút vào tấm điện cótích điện ngược lại.Sau đó dòng khí sạch đi ra ngoài,bụi được xả khỏi thiếtbị.Dòng khí qua thiết bị lọc bụi được đưa từ dưới lên vào tháp đệm, tại đó xảy

ra quá trình hấp thụ SO2 bằng dung dịch NaOH 10% (phun từ trên xuống ) tướitrên lớp đệm bằng vật liệu rỗng Dung dịch sau hấp thụ chứa nhiều cặn đượcđưa đến hệ thống xử lý cặn Dòng khí ban đầu đã được xử lý bụi và xử lý SO2

các thông số này hầu như đã đạt tiêu chuẩn cho phép, còn H2S tiếp tục chosang tháp hấp phụ bằng than hoạt tính Tại đây khí H2S bị giữ lại trong các lớpthan hoạt tính trong thiết bị và khí sau xử lý đi ra ngoài, dung dịch thải ra sẽđược cho vào hệ thống xử lý nước thải Sau một thời gian than hoạt tính đã bãohòa H2S thì quá trình hấp phụ được dừng lại để tháo bỏ chất hấp phụ hoặc hoànnguyên lại vật liệu hấp phụ để sử dụng lại Việc hoàn nguyên được thực hiệnbằng hơi nước ở nhiệt độ cao ( 1000C) có thải giải thoát được hầu hết các chất

ô nhiễm đã bị hấp phụ trong than mà không làm hỏng vật liệu hấp phụ Khí sau

đó được đưa qua buồng đốt để xử lý hết CO có mặt,khí thoát ra khỏi ống khói

phù hợp với các tiêu chuẩn và quy chuẩn cho phép

+

)3/2

− = 120 (m2)

Vì lượng bụi lớn nên ta chọn 2 buồng lắng mắc song song

 Diện tích mỗi buồng lắng là

B.l =60 (m2)

Chọn l = 10m

 B = 60

10 = 6 (m)Chọn vận tốc khí trong buồng lắng là 0,3m/s => u=0,3m/s

u B

L

.

b

.

.

Vậy chia buồng lắng thành 4 tầng

Hiệu quả lọc sau lắng là ŋ2 = ŋ1.n

Ta thấy hàm lượng bụi còn lại vẫn cao nên xử lý bụi bằng 1 thiết bị nữa là lọc

bụi tĩnh điện kiểu ống

10

T = 1.09Tính toán vận tốc :

n 2

= 1,73 ( s) Giả sử bụi có δ ≥ 1 μm trong dải 0 ÷ 5 chiếm 95%

a, Hấp thụ SO 2 bằng nước vôi trong

Hấp thụ SO2 bằng huyền phù là nước vôi trong Ca(OH)2, với tỉ l lệ pha loãng Ca(OH)2 4% và nước là 1:24, ρCa(OH)2=2200kg/m3, ρH2O=1000kg/m3

Sau thiết bị làm mát, nhiệt độ khí thải vào thiết bị hấp thụ là 100oC, Giả thiết nhiệt độ khói thải sau khi ra khỏi tháp là 25oC Nhiệt độ làm việc của thiết bị T=30oC , p=1atm

-Khối lượng phân tử pha loãng huyền phù:

Mhp=

18

96 , 0

ρpha loãng=

1000

96 , 0 2200

04

,

0

96 , 0 04 ,

10

Y

Y

Y −

= 96,5%

Xây dựng phương trình cân bằng

Đường cân bằng hấp thụ có dạng

Trong đó: m =

Hệ số Henry của SO2 ở 900C: Ψ = 0,15 mmHg

 phương trình đường cân bằng:

Xây dựng đường làm việc

Lượng khí trơ:

Hấp thụ SO2 bằng nước, chọn dung môi sạch khi vào tháp nên

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

thay vào phương trình đường cân bằng



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

Lượng dung môi thực tế lấy bằng 1,2 lần lượng dung môi tối thiểu:

Phương trình cân bằng vật chất:



Phương trình đường làm việc có dạng: Y= a.X + b

 Phương trình đường làm việc có dạng:

Phương trình đường làm việc đi qua 2 điểm: M ( 0; );

Khối lượng SO2 đi vào trong tháp hấp thụ là :

mSO2= L.Cbđ

SO2 = 40000 1100 = 44 (kg/h)Khối lượng SO2 ra khỏi tháp trong 1h là :

SO

gl SO OH Ca

M

m m

= 74.40,864 = 47,175 (kg/h)

mCa (OH) 22=

04 , 0

1 ) (OH 2

Ca

m

=1179,375 (kg/h)Vậy khối lượng Ca(OH)2 cần dùng cho quá trình hấp thụ SO2 là 1179,375 kg/h.Chọn vận tốc khí trong tháp là ω= 1m/s

 Ftháp =

ω

273 3600

) 273

= 4.40000.3600.1

Chiều cao công tác của tháp H1 = 2D = 3,8 (m)

Giả sử cứ 15mm khe có 150mm vật liệu đệm

- Chiều cao công tác của tháp : H1= 2D= 3,8 (m)

- Chiều cao phụ 2 đầu của tháp : h1 = h2 = 0,5 (m)

- Chiều cao tổng của tháp : H = 4,8 (m)

- Chiều cao lớp vật liệu đệm là : Hđ = 1 (m)

- Khoảng cách giữa cấc khe là : 15 (mm)

- Chọn 2 tầng đệm,chiều cao các tầng đệm là 0,5m

- Đường kính ống dẫn khí là 0,3m

mr

S

H2 = L.Cr = 40000.6,75 = 0,27 kg/h

Khối lượng H2S bị giữ lại trong tháp trong 1h là :

 Lượng than cần dùng cho 1 chu kỳ là :

• Chiều cao công tác của tháp H1 = 2D = 2.1,9=3,8 m

• Chiều cao phụ 2 đầu của tháp là h1 = h2 = 0,5m

• Chiều cao tổng cộng của tháp là H = 4,8 m

*,Tính toán lượng than hoạt tính cần cho quá trình hấp phụ H2S

• Chọn than bùn có kích thước hạt dạng hình trụ 2,85÷4mm

• Khối lượng riêng của than hoạt tính = 340kg/m3

• Độ xốp bên trong của hạt 40 – 50 %

• Tổng chiều cao lớp vật liệu = 0,8.5 + 0,2.4 = 4,8m

• Khối lượng than hoạt tính dùng để hấp phụ H2S là 895,2kg

• Số lượng than cần cho mỗi tầng là M = 1004,4:5=200kg

• Cửa tháo vật liệu hấp phụ, chọn d=0,15m/lớp

• Tiết diện đường kính dẫn khí vào, ra khỏi tháp

Chiều dài ống nối dẫn khí = 100mm

4 Chiều cao phần hình côn 2 đầu m 0,5

7 Đường kính ống dẫn khí m 1,2

8 Chiều dài ống nối dẫn khí m 0,1

Qúa trình hoàn nguyên : Than được sấy nóng đến khi H2S thoát ra ngoài ,thu hồi bằng phương pháp ngưng tụ

) ( công thức 2-2 trang 43- giáo trình )

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

W : Vận tốc ban đầu của luông khói tại miệng ống khói (m/s)

.

4

D

Q

4.40000 1,5 3600

2 )1,4 ( 1 + 100 25

100 273

− + )=8,96 (m)

kỹ thuật quốc gia về một số chất độc hại trong không khí xung quanh.

- Gọi M là điểm có nồng độ các khí cực đại với tọa độ xM là khoảng cách

từ điểm M tới chân ống khói theo trục Ox

(mg/m3) 0,078 0,0012 0,155

- Khoảng cách từ điểm M đến chân ống khói :

- Gọi C, D lần lượt là điểm chính giữa hướng gió ở đầu và cuối nhà B.+ Xét ảnh hưởng của nguồn tại điểm C:

Tra biểu đồ 2 hình 4.8.a trang 138 => = 0,012

 Ảnh hưởng của nguồn tại điểm C:

+ Xét ảnh hưởng của nguồn tại điểm D:

Tra biểu đồ 2 hình 4.8.a trang 138 => = 0,031

 Ảnh hưởng của nguồn tại điểm D:

50 (µg/ ) =0,05 (mg/ )

Đạt

H2S 0,0012 0,00001

3

0,000037

42 (µg/ ) = 0,042 (mg/ )

Đạt

5000 (µg/ ) = 5

Đạt

(mg/ )

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

TL1: Ô nhiễm không khí và xử lí khí thải – tập 1 – Trần Ngọc Chấn

TL2: Ô nhiễm không khí và xử lí khí thải – tập 2 – Trần Ngọc Chấn

TL3: Ô nhiễm không khí và xử lí khí thải – tập 3 – Trần Ngọc Chấn

TL4: Giáo trình kỹ thuật xử lí khí thải – Nguyễn Thu Huyền, Mai Quang Tuấn – Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội

TL5: Các quá trình, thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm ( Tập 4) – Nguyễn Bin