đồ án xử lý khí thải

CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN LƯU LƯỢNGKhu vực hóa chất phải được bao quanh bởi tủ hút để ngăn chặn sự lan truyền của .các khí ra xung quanh.. Từ tính chất của dòng khí phát sinh từ Khu hóa chất n

CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN LƯU LƯỢNG

Khu vực hóa chất phải được bao quanh bởi tủ hút để

ngăn chặn sự lan truyền của các khí ra xung quanh

Yêu cầu của tủ hút là bao quanh và cách các mặt bên

và mặt trên của KW hóa chất một khoảng bằng 200

Lưu lượng qua miệng chụp hút: L = A.V trong đó:

• L: lưu lượng qua miệng hút (m3/h)

• A: tiết diện của chụp hút (m2); A= a2.b2 = 2,9 1,9 = 5,51 (m2)

• V: Vận tốc tại miệng của chụp hút (m/s); chọn V = 0,5 (m/s)

Lưu lượng qua miệng chụp hút: L = 5,51.0,5 = 2,76 (m3/s) = 9936 (m3/h)

1.2 Lò nấu nhôm.

Ta có lưu lượng của lò nấu nhôm: L= 4000 m3/h

1.3 Lò hơi

Lò hơi sử dụng nhiên liệu là dầu F.O

Bảng 1.1 Các thành phần khói thải khi sử dụng nhiên liệu đốt là dầu F.O

Chiềucaoốngkhói

h (m)

Địađiểm

B(Kg/h)

D(mm)

NhiệtđộkhóiTK(0C)

1

1.3.1 Tính toán sản phẩm cháy

Bảng 1.2 Tính toán sản phẩm cháy

ST

1 Lượng không khíkhô lý thuyết cần

cho quá trình cháy

VO = 0,089CP + 0,264HP – 0,0333(OP – SP) = 0,089.80 + 0,264.2,65 - 0,0333.(3,29-2,9)

liệu dầu)

= 1,723.10-3.8001,18 = 4,591 (kg/h)

=> VNOx = MNOx/B γNOx

Lưu ượng khói (SPC)

ở điều kiện chuẩn t=0

Lượng tro bụi với hệ

số tro bay theo khói

a=0,1-0,85 ( chọn

g/s Mbụi = 10.a.Ap.B/3600

= (10 0,5.5 800)/3600

5.556

Nồng độ phát thải các chất ô

nhiễm trong miệng ống khói

g/m3

Vậy lưu lượng do lò hơi thải ra L = 3,927 m 3 /s = 14137,2 m 3 /h

Khu vực hóa chất phải được bao quanh bởi tủ hút để

ngăn chặn sự lan truyền của các khí ra xung quanh

Yêu cầu của tủ hút là bao quanh và cách các mặt bên

và mặt trên của KW hóa chất một khoảng bằng 200

Lưu lượng qua miệng hút: L = A.V trong đó:

• L: lưu lượng qua miệng hút (m3/h)

• A: tiết diện của chụp hút (m2); A= d2.r2 = 4,4 2,9 = 12,76 m2

• V: Vận tốc tại miệng của chụp hút (m/s); chọn V = 0,5 m/s

Lưu lượng qua miệng chụp hút: L = 12,76.0,5 = 6,38 (m3/s) = 22968 (m3/h)

1.5 Máy nghiền cám

Ta có lưu lượng của máy nghiền cám: L = 3000 m3/h

4

1.6 Máy bào gỗ

Máy bào gỗ sử dụng chụp hút để thu bụi thải ra trong

quá trình bào gỗ Miệng chụp hút có hình chữ nhật

chụp hút được đặt trên bàn, ta có:

Chiều ngang của miệng chụp hút: 2250 mm = 2,25 m

Chiều cao của miệng chụp hút ta chọn 500 mm = 0,5

m

Lưu lượng qua miệng chụp hút: L = A.V

Trong đó:

• L: lưu lượng qua miệng chụp hút

• A: Diện tích mặt cắt ngang của chụp hút; A = 2,25.0,5 = 1,125 m2

• V: Vận tốc qua miệng hút; chọn V = 5 m/s

Vậy lưu lượng qua chụp hút là: L = A.V = 1,125.5 = 5,625 m3/s = 20250 m3/h

1.7 Thiết bị sấy

Ta có lưu lượng của thiết bị sấy là 7000 m3/h

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ 2.1 Hệ thống xử lý khí thải KW Hóa chất (1)

2.1.1 Chọn thiết bị

Khí thải từ khu vực hóa chất có các dung môi hữu cơ bay hơi (VOC, acetone,benzen, toluen…) gây nguy hại đến sức khỏe con người

Từ tính chất của dòng khí phát sinh từ Khu hóa chất như trên, ta đề ra biện pháp

để xử lý, đó chính là sử dụng tháp hấp phụ với vật liệu hấp phụ là than hoạttính

Trước hết cần hiểu rõ bản chất của quá trình hấp phụ Hấp phụ là một quá trìnhphân ly khí dựa trên ái lực của một số chất rắn đối với một số loại khí có mặttrong hỗn hợp khí nói chung và trong khí thải nói riêng, trong quá trình đó thìcác phân tử chất khí ô nhiễm trong khí thải bị giữ lại trên bề mặt của vật liệurắn

Quan trọng nhất trong quá trình này chính là việc chọn lựa vật liệu hấp phụ chophù hợp, vật liệu hấp phụ cần phải đáp ứng các yêu cầu sau:

1. Cấu trúc bên trong có lỗ xốp

3250

2250 1200

700

2000

Lớp than hoạt tính 0,5m

1,0m

Hình 2.2: Tháp hấp phụ bằng than hoạt tính

2. Có khả năng hấp phụ cao Có độ bền cơ học cần thiết

3. Có khả năng hoàn nguyên dễ dàng

4. Giá thành rẻ

Từ tính chất của khí thải là những chất hydrocacbon, mạch vòng…ta chọn thanhoạt tính có đường kính mao quản là 0.005 μm để có thể hấp phụ tốt các khí độcrất nguy hiểm đối với sức khỏe con người, vì than hoạt tính có ái lực mạnh đốivới các hydrocacbon…Mặt khác nó còn đáp ứng được nhiều vấn đề khác như:Giá thành tương đối rẻ, có khả năng hoàn nguyên, độ bền cơ học cần thiết

• L là Lưu lượng khí đầu vào: L = 2,76 m3/s = 9936 m3/h

• t là thời gian lưu t = 2 – 6 s; ta chọn t = 3 s

Quạt hút

0,15m

Tháp hấp phụ có đặc điểm như sau :

• Có 3 lớp than hoạt tính, mỗi lớp có bề dày d1 = 0,15 m

• Khoảng cách giữa 2 lớp than hoạt tính: d2 = 1,0 m

• Khoảng cách từ đáy tháp đến đáy lớp than hoạt tính dưới cùng d3 = 1,15 m

• Khoảng cách từ lớp than trên cùng đến mặt trên của tháp d4 = 0,5 m

2.1.3 Trở lực của tháp hấp phụ có lớp đệm than hoạt tính

∆P = 100 kG/m2 ( Thực nghiệm )

2.2 Hệ thống xử lý khí thải khu lò nấu nhôm và khu lò hơi

2.2.1 Lựa chọn thiết bị

 Khí thải Lò nấu nhôm

Lò nấu nhôm phát sinh ra các loại axit HCl (nồng độ 1300 mg/m3), H2SO4 (nồng

độ 1200 mg/m3) và bụi ( đường kính d< 10 µm, nồng độ 800 mg/m3), có lưulượng khí thải là L = 4000 m3/h

 Khí thải lò hơi

Lò hơi sử dụng nhiên liệu dầu F.O có lưu lượng khí thải L = 3,927 m3/s =14137,2 m3/h Với nồng độ chi tiết của bụi và các chất vô cơ trong khí thải đượcthể hiện trong bảng sau:

Bảng 2.1: Nồng độ của bụi và các chất vô cơ trong khí thải lò hơi

 Lưu lượng tổng cộng: L’ = 4000 + 14137,2 = 18137,2 m3/h

 Nồng độ bụi và chất vô cơ trong khí thải khi đó sẽ thay đổi và được tính theocông thức bảo toàn tải lượng: W1 + W2 = W3 (với W = L [m3/h] C [g/m3] )

Ví dụ: Ta sẽ tính nồng độ của HCl sau khi gộp khí thải của hai nhà máy Các

khí và bụi còn lại sẽ tính theo tương tự:

Áp dụng công thức bảo toàn tải lượng đối với HCl ta có:

WHCl1 + WHCl2 = WHCl3

Trong đó:

• WHCl1 là tải lượng của HCl trong lò nấu nhôm

• WHCl2 là tải lượng của HCl trong lò hơi

• WHCl3 là tải lượng của HCl sau khi gộp hai lò

=> L1.C1 + L2.C2 = (L1 + L2).C3

=> 4000.1,3 + 14137,2 0 = 18137,2.C3 (C 2 = 0 vì nồng độ HCl trong lò hơi bằng 0)

=> C3 = 0,287 g/m3

Các khí và bụi còn lại được tính tương tự và có kết quả trong bảng dưới đây

Bảng 2.2: Nồng độ của bụi và các chất vô cơ trong khí thải sau khi gộp từ khí

thải lò nấu nhôm và lò hơi.

Nồng độ(mg/m3)

 Dựa vào QCVN 19:2009/BTNMT ta tính được nồng độ tối đa cho phép của

bụi và các chất vô cơ trong khí thải của Lò nấu nhôm và Lò hơi được thải ramôi trường theo công thức:

Bảng 2.3: Nồng độ tối đa cho phép (tính theo cột B QCVN 19-2009 ) của bụi

và các chất vô cơ trong khí thải của Lò nấu nhôm và lò hơi

Từ những kết quả tính toán được ta đề xuất sơ đồ công nghệ xử lý như sau:

Hình 2.3 Sơ đồ công nghệ xử lý khí thải lò nấu nhôm và lò hơi

Thuyết minh:

Trước hết khí thải từ lò đốt dầu FO sẽ được đưa qua tháp giải nhiệt, sau đó khí

sẽ được dẫn qua Cyclon, tại đây bụi sẽ được xử lý Lúc này trong khí thải sẽ còn

CO, SO2, HCl và H2SO4

Để xử lý SO2, HCl, H2SO4 thì có nhiều biện pháp khác nhau, nhưng phươngpháp sử dụng tháp có lớp vật liệu đệm kết hợp phun dd kiềm (ở đây sử dụngNaOH) luôn được áp dụng phổ biến nhất vì hiệu quả xử lý cao, chi phí đầu tư vàvận hành chấp nhận được Khí SO2, HCl, H2SO4 sẽ được hấp thụ bởi dung dịchxút NaOH Trong thiết bị tháp hấp thụ có lớp sỏi tách ẩm được thiết kế ở giaiđoạn cuối cùng của tháp, nhờ đó khí đi ra là khí khô hoàn toàn

Tiếp theo khí sẽ được quạt hút dẫn đến buồng đốt Tại đây với nhiệt độ từ 650 –

8000C sẽ xảy ra quá trình oxy hóa CO thành CO2 ít độc hơn Sau đó khí thải sẽđược dẫn qua ống khói và thải ra môi trường

2.2.2 Tính toán thiết bị buồng đốt

Tháp hấp thụ

Cyclone liot

Tháp giải nhiệt Khí thải

Ống

Quạt hút

2.2.2.1 Tính lượng không khí đưa vào buồng đốt

Phương trình phản ứng chuyển hóa CO thành CO2

2CO + O2 → 2CO2

Lưu lượng khí thải vào; L = 18137,2 m3/h = 5,04 m3/s

Nồng độ CO trong khí thải: Cthải = 2,48 g/m3

Nồng độ CO ở khí thải cần đạt sau khi xử lý: CCOmax = 1 g/m3

Thực tế ta cần xử lý CO xuống tới nồng độ khoảng: CCOtt = 0,85 g/m3

Vậy tải lượng CO cần xử lý: W = L (Cthải – CCO tt) = 5,04.(2,48 – 0,85) =8,22 g/s

=> số mol CO cần xử lý : nCO = 8,22/28 =0,294 mol/s

=> Số mol O2 cần đưa vào: nO2 = nCO = 0,147 mol/s

Thể tích O2 cần đưa vào: VO2 = 22,47.0,147 = 3,3 L/s

Thể tích không khí cần đưa vào: Vkk = 5VO2 = 5.3,3 = 16,5 L/s

Đây cũng chính là lưu lượng không khí đưa vào Lkk = 0,0165 m3/s

2.2.2.2 Tính toán buồng đốt

Thể tích buồng đốt được tính theo công thức: V = (L + Lkk ).t = D2.H

Trong đó:

• V: thể tích buồng đốt

• L: lưu lượng khí thải vào; L = 18137,2 m3/h = 5,04 m3/s

• Lkk: lưu lượng không khí vào; Lkk = 0,0165 m3/s

• t: thời gian lưu khí thải trong buồng đốt: Tra biểu đồ quan hệ giữa nhiệt

độ và thời gian lưu của khí thải trong buồng đốt ( Giáo trình kỹ thuật xử

lý ô nhiễm không khí của PGS.TS Đinh Xuân Thắng, trang 260) tại

nhiệt độ 6500C với thời gian lưu t = 1s thì hiệu quả oxy hóa CO đạt

khoảng 95%

• H: chiều cao buồng đốt; H =2,5D

Thay H = 2,5D vào công thức ta có:

Tổn thất áp suất của tháp giải nhiệt: ∆P = 200 kG/m2 (số liệu thực nghiệm)

2.2.4 Thiết kế xiclon Li-ot

2.2.4.1 Tính toán kích thước xiclon Li-ot

Ta sử dụng Cyclone Li-ot, với thông số kĩ thuật được tra theo bảng dưới đây

Bảng 2.5 Thông số kĩ thuật của cyclone li-ot

Lưu lượng[m3/h]

Vận tốcvào

v [m/s]

Tổn thất áplực ∆P[Kg/m2]1

170245300345385410445495545585

-Ta thấy rằng với lưu lượng dòng khí là 18137,2 m3/h Dựa vào bảng trên ta có thể chọn xiclon Liot thứ 10.

Kích thước chi tiết của xiclon Liot là:

• ∆P: tổn thất áp suất của xiclon li-ot

• Hv : Hằng số đối với mỗi xiclon xác định

Hv = ; với R: bán kính ống dẫn khí vào; R=0,585/2 = 0,293 m

d: Đường kính ống dẫn khí ra; d = 0,585 m

=> Hv = 16 = 12,61

• ρk : khối lượng riêng không khí; ρk = 1,293 = 1,165 kg/m3

• Vv : vận tốc khí đi vào xiclon; Vv = = = 18,6 m/s

2.2.5.3 Tính lượng NaOH cho vào tháp rỗng

Vì H2SO4, HCL, SO2 có tính axid giảm dần nên NaOH sẽ phản ứng với lần lượt các chất theo thứ tự H2SO4, HCL, SO2 Do đó muốn xử lý SO2 đạt quy chuẩn thìphải xử lý hết H2SO4 và HCl

 Lượng NaOH phản ứng với H 2 SO 4

NaOH phản ứng với H2SO4 theo phương trình

2NaOH + H2SO4 → Na2SO4 + H2ONồng độ H2SO4 trong khí thải là : 0,265 g/m3

Để xử lý được SO2 thì ta phải xử lý hết H2SO4

Vậy lượng H2SO4 cần xử lý là:

MH2SO4 = L.( CH2SO4 – 0 ) = 3,927 (0,265 – 0) = 1,04 g/s

= > số mol H2SO4 : nH2SO4 = 1,04/98 = 0,01 mol/s

= > số mol NaOH: nNaOH = 2.nH2SO4 = 0,02 mol/s

= > khối lượng NaOH cần cung cấp: mNaOH = 0,02 40 = 0,8 g/s

 Lượng NaOH phản ứng với HCl

NaOH phản ứng với HCl theo phương trình

= > số mol NaOH: nNaOH = nHCl = 0,03 mol/s

= > khối lượng NaOH cần cung cấp: mNaOH = 0,03.40 = 1,2 g/s

 Lượng NaOH phản ứng với SO 2

NaOH phản ứng với SO2 theo phương trình

2NaOH + SO2 → Na2SO3 + H2ONồng độ SO2 trong khí thải là : 2,6 g/m3

Nồng độ SO2 cần đạt ở khí thải sau khi xử lý : 0,5 g/m3

Thực tế ta cần xử lý SO2 xuống tới nồng độ khoảng 0,35 g/m3

Vậy lượng SO2 cần xử lý là:

MSO2 = L ( Cthải – Cthực tế ) = 3,927 (2,6 – 0,35) = 8,836 g/s

= > số mol SO2: nSO2 = 8,836/64 = 0,138 mol/s

= > số mol NaOH: nNaOH = 2.nSO2 = 0,276 mol/s

= > khối lượng NaOH cần cung cấp: mNaOH = 0,276 40 = 11,04 g/s

Vậy lượng NaOH được cung cấp vào tháp hấp phụ trong một giây là:

mNaOH = 0,8 +1,2 + 11,04 = 13,04 g/s

Chọn dung dịch NaOH có nồng độ C% = 4%

2.2.5.4 Tính công suất bơm để phun dung dịch NaOH

Lưu lượng bơm: Qb = n.L

Trong đó:

• n: hệ số phun; n = 0,5 – 0,8 (L/m3 khí thải); Chọn n = 0,6 L/m3 khí thải

• L: Lưu lượng khí thải; L = 18137,2 m3/h = 5,04 m3/s

=> Qb = 0,6 5,04 = 3,024 L/s

Công suất bơm: N =

Trong đó:

• Q: lưu lượng bơm; Q = 3,024.10-3 m3/s

phun là h = 7,5 m, nên cột áp bơm là H ≥ h; Chọn H = 8 m

• ρ: Khối lượng riêng của dung dịch NaOH 4%, ρ = 1046 kg/m3

Từ tính chất của dòng khí phát sinh từ Khu hóa chất như trên, ta đề ra biện pháp

để xử lý, đó chính là sử dụng tháp hấp phụ với vật liệu hấp phụ là than hoạttính

Quan trọng nhất trong quá trình này chính là việc chọn lựa vật liệu hấp phụ cho phù hợp, vật liệu hấp phụ cần phải đáp ứng các yêu cầu sau:

1. Cấu trúc bên trong có lỗ xốp – để diện tích tiếp xúc lớn

2. Có khả năng hấp phụ cao – tức hút được một lượng lớn khí cần khử từ pha khí

Sơ đồ công nghệ

Hình 2.5 Sơ đồ công nghệ xử lý khí thải KW hóa chất (4)

2.3.2 Tính toán tháp rỗng hấp phụ có lớp đệm than hoạt tính

Thể tích tháp hấp thụ được tính theo công thức: V = L.t = D2.H

Trong đó:

• Lưu lượng khí đầu vào: L = 6,38 m3/s = 12,76 m3/h

• Thời gian lưu t = 2 – 6 s; ta chọn t = 3 s

Tháp hấp phụ có đặc điểm như sau :

• Có 3 lớp than hoạt tính, mỗi lớp có bề dày d1 = 0,2 m

• Khoảng cách giữa mỗi lớp than hoạt tính: d2 = 1,4 m

• Khoảng cách từ đáy tháp đến đáy lớp than hoạt dưới cùng d3 = 1,6 m

• Khoảng cách từ đỉnh của tháp đến lớp than hoạt tính trên cùng d4 = 0,4 m 2.3.3 Trở lực của tháp hấp phụ có lớp đệm than hoạt tính

Quạt hút

Lọc bụi tay

áo Khí thải

Thuyết minh:

Khí thải từ máy nghiền cám sẽ được dẫn qua lọc bụi tay áo, tại đây bụi sẽ đượcgiữ lại do kích thước hạt bụi lớn hơn kích thước các lỗ màng trên thiết bị lọc bụitay áo, nhờ đó ta sẽ thu hồi được bụi khí đi qua lỗ màng sẽ được dẫn ra ốngkhói để thải trực tiếp ra môi trường

2.4.2 Tính toán thiết bị

2.4.2.1 Kích thước thiết bị lọc bụi tay áo

 Tổng diện tích bề mặt lọc cần thiết

F = = (m2)Trong đó:

• L : lưu lượng khí thải đi vào thiết bị, L = 3000 m3/h

• : Năng suất lọc bụi của thiết bị, với = 90 m3/(m2.h)

• H : hiệu suất lọc bụi, với H = 99%

Thay vào công thức ta tính được F = = 33,67 m2

 Số lượng và kích thước lọc bụi tay áo

Đường kính ống tay áo : D = 0,125 – 0,3 m ; Chọn D = 0,2 m

Chiều cao ống tay áo : H = 2,5 – 3,5 m ; Chọn H = 3 m

Số lượng ống tay áo là : n = F/( πD2/4 + πDH)

Thay số tính được n = 33,67/( π.0,22/4 + π.0,2.3) = 17,57 (ống)

Ta chọn n = 18 ống

 Phân bố ống tay áo

Bố trí các ống tay áo thành 3 hàng, mỗi hàng 6 ống Khoảng cách giữa hai ống tay áo gần nhất là 8 cm

Khoảng cách từ ống tay áo ngoài cùng đến thành thiết bị là 8 cm

 Kích thước thiết bị

chiều dài thiết bị: a = D.n1 + m1.( n1 – 1 ) + 2m2

chiều rộng thiết bị: b = D.n2 + m1.( n2 – 1 ) + 2m2

trong đó:

• D: đường kính ống tay áo; D = 0,2 m

• n1: số ống tay áo theo chiều dọc thiết bị; n1 = 6

• n2: số ống tay áo theo chiều rộng thiết bị; n2 = 3

• m1 khoảng cách giữa các ống tay áo; m1 = 8 cm

• m2 khoảng cách giữa ống tay áo ngoài cùng đến thành thiết bị; m2 = 8 cmThế số vào ta được:

a = 0,2.6 + 0,08.( 6 – 1 ) + 2.0,08 = 1,76 m

b = 0,2.3 + 0,08.( 3 – 1 ) + 2.0,08 = 0,92 m

Diện tích của thiết bị : S = a.b = 1,76 0,92 = 1,62 m2

Chiều cao thiết bị: h = h1 + h2 + h3 Trong đó

• h1 chiều cao phía trên thân thiết bị, chọn h1 = 0,5 m

• h2 chiều cao thân thiết bị, h2 = 3 + 0,1 = 3,1 m

• h3 chiều cao buồng thu bụi, chọn h3 = 1,5 m

 Tổn thất áp suất trong thiết bị lọc bụi tay áo

∆Ptv = A

Trong đó:

• A: hệ số thực nghiệm tính đến ăn mòn và bụi bẩn; ta chọn A = 1,5

• : Năng suất lọc bụi của thiết bị, với = 90 m3/(m2.h)

• n : hệ số thực nghiệm; n = 1,25 – 1,3; ta chọn n= 1,3

Thay số vào công thức ta được: ∆Ptv = 1,5 901,3 = 520,72 N/m2 = 52,072 KG/m2

2.5 Hệ thống xử lý khí thải khu làm việc của máy bào gỗ

2.5.1 Chọn thiết bị

Máy bào gỗ có nồng độ gỗ phát sinh 600 mg/m3 ( bụi có đường kính 150 µm) Bụi do máy bào gỗ thải ra có thể thu hồi để sử dụng cho mục đích khác do đó ta

sẽ sử dụng thiết bị lọc bụi tay áo

Sơ đồ công nghệ đề xuất

Hình 2.8 Sơ đồ công nghệ xử lý khí thải máy bào gỗ

Lọc bụi tay áo

ống khói

Quạt hút

Xiclon liot Khí thải