Đồ án xử lý khí thải

MỤC LỤC CHƯƠNG I: XỬ LÝ SỐ LIỆU 1 1.Thông số đầu vào 1 2.Xử lý số liệu 2 2.1.Tính toán nồng độ tối đa cho phép 2 2.2.Tính toán nồng độ đầu vào của khí thải 2 2.3.Hiệu suất tối thiểu để xử lý các chỉ tiêu 3 3.Đề xuất dây chuyền công nghệ 4 CHƯƠNG II:TÍNH TOÁN KHUẾCH TÁN Ô NHIỄM 6 1.Tính toán lan truyền chất ô nhiễm 6 CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI 9 1.Tính toán buồng lắng bụi 9 1.1.Các thông số đầu vào 9 1.2.Tính toán kích thước buồng lắng bụi 9 2.Tính toán thiết bị Xyclon 13 2.1.Thông số đầu vào 13 2.2.Kích thước Xyclon 13 3.Tính toán thiết bị lọc bụi túi vải 17 3.1.Thông số đầu vào: 17 3.2.Tính toán trở lục của thiết bị: 18 3.3.Tính lượng bụi thu được trong 1 đơn nguyên. 19 CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ 21 TÀI LIỆU THAM KHẢO 37

MỤC LỤC

CHƯƠNG I: XỬ LÝ SỐ LIỆU

1. Thông số đầu vào

- Lưu lượng khí thải L = 40000 (m3/h) = 11,1(m3/s)

- Nhiệt độ của khí thải là 100oC

2.1. Tính toán nồng độ tối đa cho phép

- Theo QCVN 19:2009/BTNMT – Quy chuẩn kĩ thuật quốc gia về khí thải côngnghiệp đối với bui và các chất vô cơ:

Cmax = C Kp Kv (mg/Nm3)Trong đó:

+ Cmax : Nồng độ tối đa cho phép đối với bụi và các chất vô cơ trong khí thảicông nghiệp, (mg/Nm3)

+ C: Nồng độ của bui và các chất vô cơ theo cột B của[1]; C = 200 (mg/Nm3).+ Kp = 1 - Hệ số lưu lượng nguồn thải :L =40000m3/h thì Kp = 0,9

+ Kv = 1 - Hệ số vùng; Hệ thống phát thải nằm trong khu vực III ( khu côngnghiệp; đô thị loại V; vùng ngoại thành, ngoại đô thị loại II, III, IV có khoảngcách đến ranh giới nội thành, nội thị lớn hơn hoặc bằng 2km; cơ sở sản xuấtcông 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 2km)

Nồng độ tối đa cho phép của bụi tổng khí thải công nghiệp là:

Cmax = C Kp Kv = 200 0,9 1= 200 (mg/Nm3)Tính tương tự đối với các chất khí

2.2. 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 100oC

+ Nồng độ các chất vô cơ tối đa cho phép (Cmax) ở nhiệt độ25oC

Vậy nên, trước khi so sánh nồng độ để xem bụi hoặc khí thải nào vượt tiêuchuẩn ta cần quy đổi C1(100o C) => C2 (25oC)

- Đây là trường hợp đẳng áp với:

p1= p2 = 760mmHg

T1 = 373K ; T2 = 298K

- Từ phương trình khí lý tưởng: pV=nRT

C2 = C1 = C1.Trong đó:

+ C1: Nồng độ của các thành phần trong khí thải (mg/m3) ởnhiệt độ T1 = 373K+ C2: Nồng độ của các thành phần trong khí thải (mg/m3) ở nhiệt độ T2 = 298KÁp dụng công thức ta có bảng nồng độ chất ô nhiễm ở 100oC và 25oC

Bảng 4 Nồng độ các thành phần trong khói thảivà so sánh với

QCVN 19-2009( cột B)

Chỉ tiêu

Nồng độ chất ô nhiễm ở 100 o C (mg/m 3 )

Nồng độ chất

ô nhiễm ở

25 o C (mg/m 3 )

C max (mg/Nm 3 ) (QCVN 19:2009/BTNMT)

Kết luận

- Nhận xét: Dựa vào bảng số liệu ta thấy những chỉ tiêu cần được xử lý trước khithải ra ngoài môi trường là: Bụi, Cl, SO2

2.3. Hiệu suất tối thiểu để xử lý các chỉ tiêu

- Ta có công thức tính hiệu suất:

η = 100 (%)

Trong đó: + η: hiệu suất tối thiểu để xử lý từng chỉ tiêu

+ Cv: Hàm lượng chất X trong hỗn hợp khí thải vào (mg/l) ở 25oC

+ Cr: Hàm lượng chất X trong hỗn hợp khí thải ra (mg/l) theo[1]

Bảng 5 Hiệu suất xử lý tối thiểu với các chỉ tiêu:

Thiết bị lọc bui ly tâm Xyclon

Thiết bị lọc bụi túi vải

Hấp thụ bằng

dd Ca(OH)2

Tháp hấp thụ Clo, S02

Khí thải đạt chuẩn thải ra môi trường

Thuyết minh quy công nghệ.

- Vì nồng độ bụi cao hơn rất nhiều so với nồng độ cho phép(20000mg/m3>200mg/m3) nên ta phải xử lý bụi, cho dòng khí thải đi qua lầnlượt buồng lắng, xyclon và túi lọc vải để thu hồi bụi

- Sau khi thu hồi bụi xong khí sẽ được thổi vào tháp hấp thụ để loại bỏ Clo,So2

dung dich hấp thụ được bơm từ thùng chứa lên tháp và được tưới đều lên lớp vậtliệu đệm theo chiều ngược với chiều dòng khí đi trong tháp

- Khí sạch đi ra sẽ có hàm lượng bụi, nồng độ Clo, SO2 đạt tiêu chuẩn cho phép

Cmax (Theo[1])

CHƯƠNG II:TÍNH TOÁN KHUẾCH TÁN Ô NHIỄM

1. Tính toán lan truyền chất ô nhiễm

: chiều cao ống khói 30m

: xác định theo công thức của Davidson:

Q = 12,5

D: Đường kính ống: 1m

: vận tốc ban đầu luồng khói

u: vận tốc gió tại miệng ống khói:

C: nồng độ chất ô nhiễm tại nơi tiếp nhận g/m3

M : lượng phát thải chất ô nhiễm g/s

Q=12,5m3/s ; =>> M=

u: vận tốc gió tại miệng ống, u=5,7m/s

y: tọa độ phương trực giao với trục hướng gió

z: tọa độ chiều cao của điểm

Theo Gauss biến dạng :

M : lượng phát thải chất ô nhiễm

Kết luận Đầu nhà B Giữa nhà B Cuối nhà B

đạt QCVN05,06/2009

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI

1. Tính toán buồng lắng bụi

1.1. Các thông số đầu vào

- Hiệu suất xử lý bụi: = 99 (%)

Từ đặc điểm bụi và hiệu suất xử lý ta chọn hệ thống xử lý bụi gồm có: Buồnglắng, Xyclon, Thiết bị lọc bụi túi vải

1.2. Tính toán kích thước buồng lắng bụi

- Kích thước buồng lắng bụi:

→ B l = = 56 m2

Với lưu lượng L = 40000 m3/h thì ta chọn 4 buồng lắng

Theo định luật stokes ta có: > 2

B.l = 14

Chọn l = 7m thì B = 2m

Chọn vận tốc trong buồng lắng là 1 m/s ( < 3m/s ) Thì chiều cao buồng lắng là:

H = = = 1,5mVậy chọn chiều cao buồng lắng là: H = 1, 5m

 Kiểm tra lại :

= Với: + δmin: đường kính nhỏ nhất của hạt bụi mà buồng lắng có thể giữ lại

trọng lượng riêng của bụi ( kg/m3)

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

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

 = = 50 m

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

 Hiệu suất của buồng lắng với hạt bụi có đường kính 40

Hiệu quả lọc

-Lượng bụi giữ

lại trong buồng

- Khối lượng riêng của hỗn hợp khí và bụi được tính theo công thức:

Trong đó: + Khối lượng riêng của bụi là: = 4000 kg/m3

+ Khối lượng riêng của khí ở 1000C: = 0,92kg/m3

+ Nồng độ bụi trong hỗn hợp khí vào buồng lắng

100% = 100% = 0,015 %Nồng độ bụi trong hệ khí ra khỏi buồng lắng: (% khối lượng)

= = 0,008 %Lượng hệ khí bụi đi ra khỏi thiết bị:

= 264000 = 263981kg/hLưu lượng khí đi ra khỏi buồng lắng:

= = 39997 m3/hLượng bụi thu được:

= 264000 – 263981 = 19 kg/hKhối lượng bụi thu được trong một ngày (làm việc 8 tiếng):

m = 19 8 = 152 kg/ngàyThể tích bụi thu được trong 1 ngày:

2. Tính toán thiết bị Xyclon

2.1. Thông số đầu vào

2.2. Kích thước Xyclon

Chọn 4 Xyclon

- Diện tích tiết diện ngang của xyclon là:

F = = 0,9m2

Trong đó: + L: lưu lượng dòng khí m3/s

+ N: Số lượng xyclon đơn nguyên, N = 4

- Đường kính của xyclon : D = 1 m

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

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

- Đường kính thùng chứa bụi : d3 = D = 1 m

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

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

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

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

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

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

- Chiều cao tổng cộng của xyclon: H = h2 + h3 + h4 + h5 = 5 m

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

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

 Xác định đường kính giới hạn của hạt bụi.

- Đường kính giới hạn của hạt bụi:

d0 =

Trong đó:+ L: Lưu lượng khí thải đối với 1 xyclon: L = 2,7 m3/s

l: Chiều cao làm việc của xyclon: l = h2 – a = 1,5 – 0,2 = 1,3 m

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

a: Chiều cao cửa vào (m)

→ =

= 14 10-5 m

 Hiệu quả lọc bụi theo cỡ hạt của xyclon

- Hiệu suất xử lý của xyclon :

= 100% = 69,22%

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

= 100% = 86,1%

Hiệu suất xử lý cần đạt được là : 99% → phải xử lý tiếp bằng túi lọc vải

 Khối lượng bụi thu được trong 1 ngày

- Khối lượng riêng của khí thải ở 100oC :ρk = 0,92 kg/m3

- Khối lượng riêng của hỗn hợp khí và bụi ở 110oC

Trong đó: +Cv = (mg/m3) = 10-6(kg/m3): là nồng độ khí đi vào xyclon

+ = 0,92 (kg/m3): là khối lượng riêng của khí

+ = 4000 (kg/m3): là khối lượng riêng của bụi

- Lượng hệ khí đi vào xyclon

- Thùng chứa bụi có chiều cao h = 0,25; chiều rộng B =0,3, chiều dài l = 0,5m

→ Kích thước thùng chứa bụi: L x B x H = 0,5 x 0,3 x0,25

3. Tính toán thiết bị lọc bụi túi vải

3.1. Thông số đầu vào:

- Lưu lượng khí thải đi vào: Q = 40000m3/h = 11,1 m3/s

- Khối lượng riêng của bụi: = 4000 kg/m3

- Khối lượng riêng của khí ở 100oC: = 0,92 kg/m3

- Nồng độ bụi vào thiết bị: Cb = (mg/m3)

- Thiết bị lọc túi vải có hệ thống rung lắc cơ học

- Diện tích 1 túi vải:

Trong đó: + D: Đường kính túi lọc (theo quy phạm D = 125 – 300 mm),

chọn D = 200mm

+ h: Chiều cao túi lọc (theo quy phạm h = 2 – 3,5 m), chọn h = 3 m

- Tổng diện tích bề mặt túi vải:

Trong đó: + Q: Lưu lượng khí vào thiết bị (m3/h)

+ v: Cường độ lọc (m3/m2.h), v = 15 – 200 m3/m2.h, tùy thuộc vào khí, vải lọc,pha phân tán nhiệt độ và được xác định bằng thực nghiệm Chọn v = 200

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

• Chọn độ dày của đế thiết bị: = 0,003 m

- Chiều dài của 1 đơn nguyên:

- Chiều cao bộ phận chấn động trên túi vải: H2 = 0,3 m

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

- Chiều cao của thiết bị: H = H1 + H2 + H3 = 3,5 + 0,3 + 1 = 4,3 m

3.2. Tính toán trở lục của thiết bị:

- Tỉ lệ khí hoàn nguyên:

= = = 0,03 m/sPhương pháp hoàn nguyên cơ cấu rung lắc cơ học: = 0,01 0,05 m/s

Mà = 0,03 m/s

Vậy chọn phương pháp hoàn nguyên rung cơ học

Thời gian rung lắc 1 túi lọc khoảng 1 phút nên quá trình rung lắc của cả chutrình làm việc khoảng 10 phút

3.3. Tính lượng bụi thu được trong 1 đơn nguyên.

- Khối lượng riêng của hỗn hợp khí và bụi được tính theo công thức:

Trong đó:

• Khối lượng riêng của bụi là: = 4000 kg/m3

• Khối lượng riêng của khí ở 1000C: = 0,92 kg/m3

• Nồng độ bụi trong hỗn hợp khí vào:

100 = .100 = 0,106 %Nồng độ bụi trong hệ khí ra khỏi túi lọc: ( % khối lượng)

= = 0,0106Lượng hệ khí bụi đi ra khỏi thiết bị

Gr = Gv = 115600 = 115485 kg/hLưu lượng khí đi ra khỏi túi lọc:

Lr = = 39960 m3/hLượng bụi thu được:

= 115600 – 115485 = 115 kg/h

Khối lượng bụi thu được trong một ngày ( làm việc 8 tiếng ):

→ Kích thước thùng chứa bụi: B x l x h = 0,5 0,6 0,8

Như vậy hiệu suất xử lý bụi tổng cộng qua 3 thiết bị buồng lắng, xyclon, túi vảilà:

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ

1. Thông số:

Lưu lượng: 40000m3/h

Lượng SO2 đầu vào: 891 mg/m3, H=55,2%

Lượng Cl đầu vào:71 mg/m3, H=62,4%

Nhiệt độ khí thải 100

• Tính toán số liệu đầu vào:

Giả sử qua các quá trình lọc bụi, nhiệt độ khí giảm còn 30

- Lượng mol hỗn hợp khí cung cấp đầu vào:

- Lượng mol khí đầu vào:

- Nồng độ phần mol tuyệt đối:

- Nồng độ phần mol tương đối:

Nồng độ mol các chất đầu vào

Lượng mol khí trơ:

2. Tính toán số liệu đầu ra:

- Lượng mol khí đầu ra:

- Nồng độ phần mol tuyệt đối:

- Nồng độ phần mol tương đối:

- Lượng mol khí đầu ra :

Nồng độ mol các chất đầu ra Thành

Khí clo 87,4 8,58 90,1

- Lượng mol khí clo bị hấp thụ:

- Lượng mol khí SO2 bị hấp thụ

3. Xây dựng đường cân bằng và đường làm việc:

o Phương trình đường cân bằng:

Phương trình đường cân bằng có dạng y*=mx

Vì y=Y nên Y*=mx

Trong đó, m là Hệ số Henry Tra bảng IX.1[4])

Với P: áp suất thủy ngần, mmHg

: 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_[4])

Trong quá trình hấp thụ, nồng độ cân bằng luôn lớn hơn nồng độ làm việc , vì thế lượng dung môi thực tế luôn lớn hơn lượng dung môi tối thiểu thường lớn hơn 20% ( trang 155 giáo trình “[4]”)

 Lượng dung môi thực tế: = 1,2

- Lượng dung môi cần thiết:

 Xc = (

Các đại lượng hóa chất cần dùng

- Phương trình đường làm việc có dạng:

Y = aX+b+ Phương trình đường làm việc đi qua các điểm:

• Phương trình đường làm việc của khí clo:

+ Phương trình đi qua 2 điểm:A2(0; 2,9x10-5)

B2(7,9x10-5;2,75x10-4)

Giải hệ phương trình ta được: a = 3,1; b = 2,9x10-5

 Phương trình làm việc có dạng: Y= 3,1X+2,9x10-5

• Phương trình đường làm việc của khí SO2:

+ Phương trình đi qua 2 điểm:A3(0; 8,27x10-4)

B3(3,6x10-4; 2,07x10-3)

Giải hệ phương trình ta được: a=3,5; b=8,27x10-4

→ Phương trình làm việc có dạng: Y= 3,5X+8,2710-4

4. Tính toán lượng Ca(OH)2 cần dùng để hấp thụ:

Phương trình phàn ứng chủ yếu xảy ra trong tháp hấp thụ

Ca(OH)2 + 2SO2 ==> Ca(HSO3)2 (dung dịch loãng)(1)

Ca(OH)2 + 2cl2 ==> Ca(0Cl)2 + 2H2O+ CaCl2 (2)

Từ phương trình hóa học(2) :

Từ phương trình hóa học

Ca(OH)2 + 2SO2 ==> Ca(HSO3)2

Khối lượng Ca(OH)2 cần để hấp thu dung dịch là 24,52kg/h

Khối lượng dung dịch Ca(OH)2 20% là:

• Xác định lượng dung môi tối thiểu của pha lỏng:

Ta thiết lập được phương trình cân bằng vật chất đối với hai khí trong tháp hấp thụ:

Với: ;

: Lưu lượng dòng mol của pha khí và pha lỏng ở đáy tháp (kmol/h) tại mộttiết diện bất kỳ của tháp hấp thụ

Tỷ suất mol của SO2 và Cl trong pha khí rất nhỏ nên có thể coi

Phương trình trên được viết lại là:

Ta xác định được giới hạn cực tiểu ứng với điểm

giao với đường cân bằng, tại đó các pha trong quá trình hấp thụ sẽ cân bằng, quá trình hấp thụ không thể xảy ra nữa

: Nồng độ cân bằng ứng với nồng độ đầu của pha khí

o Đối với Clo:

Cho kmolclo /kmoltrơ thay vào phương trình đường cân bằng

ta tìm được:

Điểm được ấn định:

Lưu lượng mol của pha khí không kể thành phần Clo:

Thay các trị số vào công thức, ta có:

Lượng dung môi thực tế cần hấp thụ:

Chọn =>>

o Đối với SO2 :

Cho kmol SO2 /kmoltrơ thay vào phương trình đường cân bằng ta tìm đượcĐiểm (X2;Y2) được ấn định:

Lưu lượng mol của pha khí không kể thành phần SO2

Thay các trị số vào công thức:

Lượng dung môi thực tế cần hấp thụ:

• Ống dẫn lỏng được hàn vào thiết bị (Theo bảng XIII.32 trang 434 [4]) thì chiều

dài đoạn ống nối là 150 mm

 ống dẫn lỏng ra

- Chọn vận tốc ống dẫn lỏng vào v = 2 m/s

- Lưu lượng lỏng ra.

Đường kính ống dẫn lỏng ra:

• Chọn đường kính tiêu chuẩn d = 300 mm bề dày b =11 mm

• Vật liệu làm nhựa PVC

• Ống dẫn lỏng được hàn vào thiết bị (Theo bảng XIII.32 trang 434[4]) thì chiều

dài đoạn ống nối là 150 mm

• Đĩa phân phối chất lỏng:

Theo bảng IX.22 [4] Chọn đĩa phân phối loại 2

+ Trong đó: X =

( CT IX.114_[4] _Trang 187)

- Ta có:

/= 1,0466(tra bảng I.56-Tại x=5% [6]_Trang 45)

• độ nhớt pha lỏng (Tra bảng I.107_x=5%_[6] _Trang 100)

• độ nhớt của nước ở nhiệt độ 200C (Bảng I.102_[5] _Trang 95)

- Động lực trung bình tại đáy tháp hấp thụ:

thay vào PTCB Y* = 2,89X ta được:

- Động lực trung bình tại đáy tháp hấp thụ:

thay vào PTCB Y* = 4,79X ta được:

+ 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 chuyền khối:

+ Theo Kafarov – Duneski thì:

hdv = 200( CT 3.29_[5] _Trang 170)Trong đó: + : Tiết diện tự do của đệm (m2/m2) có trị số bằng thể tích tự do củađệm

+ w: Vận tốc làm việc trong tháp (m/s)

 hy = 200 = 200 = 0,48655 (m)

 Đối với clo: HH2S = 0,48655 1,77 = 0,8612 (m)

 Đối với SO2: HSO2 = 0,48655 1,3934 = 0,678 (m)

 Chiều cao làm việc của tháp:

60010001400

150020002500

 Rey = = 157,13

 Hệ số ma sát đối với đệm vòng và đệm đổ lỗn xộn:

Rey > 40 => Ở chế độ chuyển động xoáy:

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

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

Kích thước chi tiết của thiết bị hấp thụ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] QCVN 19:2009/BTNMT

[2] Giao trình ô nhiễm kk và xử lí khí thải tập 1.Gs.ts Trần Ngọc Trấn

[3]giáo trình ô nhiễm kk và xử lí khí thải tập 2.gsts Trần Ngọc Trấn

[4]sổ tay giáo trình thiết bị và công nghệ hóa chất tập 2

[5]sổ tay giáo trình thiết bị và công nghệ hóa chất tập 4

[6] sổ tay giáo trình thiết bị và công nghệ hóa chất tập 1