tinh toan he thong xu ly khi thai lo hoi

Ở các lò hơi công suấtnhỏ thường cấp nhiệt bằng điện, một số lò hiện đại dùng nhiên liệu là khí đốt hóa lỏnggas-LPG kèm theo là hệ thống điều chỉnh tự động.. - Khí thải của lò hơi đốt th

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐỒNG NAI

KHOA TP-MT-ĐD



TIỂU LUẬN MÔN HỌC

XỬ LÝ KHÍ THẢI TÊN ĐỀ TÀI TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ THẢI LÒ

DANH SÁCH SINH VIÊN

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên chúng em xin gửi đến thầy Trần Hữu Tuấn lời cảm ơn và lời chúc sức khoẻchân thành nhất, vì trong suốt quá trình học và làm bài tiểu luận vừa qua thầy đã tậntình truyền đạt kiến thức cho chúng em

Và cũng xin gửi lời cảm ơn đến các bạn trong lớp đã giúp đỡ nhóm mình rất nhiệt tình

về vấn đề học tập cũng như làm bài tiểu luận trong thời gian qua

Cuối cúng chúng em xin hứa sẽ học tập siêng năng chăm chỉ để không phụ lòng mongmỏi của ba mẹ và quý thầy cô

Nhóm sinh viên thực hiện

3

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Thái độ làm việc:

Kỹ năng làm việc:

Kỹ năng trình bày:

Điểm số:

Biên Hòa, ngày… tháng… năm 2016

Giáo viên hướng dẫn

Th.S Trần Hữu Tuấn

MỤC LỤC

5

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

1.1 KHÁI QUÁT

- Lò hơi là nguồn cung cấp nhiệt khá phổ biến trong nhiều loại hình công nghệ,thường gặp trong các công đoạn sấy, gia nhiệt định hình, gia nhiệt cho các phản ứnghóa học, làm chín thực phẩm, khử trùng Trong nhiều ngành sản xuất, lò hơi là thiết bịkhông thể không có

- Lò hơi có thể được cấp nhiệt từ nhiều nguồn khác nhau Ở các lò hơi công suấtnhỏ thường cấp nhiệt bằng điện, một số lò hiện đại dùng nhiên liệu là khí đốt hóa lỏng(gas-LPG) kèm theo là hệ thống điều chỉnh tự động Với các lò hơi “sạch” như trênthường không có vấn đề về mặt khói bụi thải Tuy nhiên, thường gặp trong các cơ sở

tiểu thủ công nghiệp tại Thành phố Hồ Chí Minh là các lò hơi dùng nhiên liệu đốt lò

chính là gỗ củi, than đá hoặc dầu F.O Các sản phẩm cháy do việc đốt các nhiên liệutrên thải vào không khí thường là nguyên nhân dẫn đến tình trạng ô nhiễm môi trường

1.2 ĐẶC ĐIỂM KHÓI THẢI TỪ LÒ HƠI

- Đặc điểm khói thải của các loại lò hơi khác nhau, tùy theo loại nhiên liệu sửdụng

- SO2 chủ yếu sinh ra trong quá trình đốt nhiên liệu bằng than đá hoặc dầu F.O

- Khí thải của lò hơi đốt than chủ yếu mang bụi, CO2, CO, SO2, SO3, NOx.dothành phần hóa chất có trong than kết hợp với ôxy trong quá trình cháy tạo nên

- Hàm lượng lưu huỳnh trong than khoảng 0,5% nên trong khí thải có SO2 vớinồng độ khoảng 1333mg/m3

- Khí thải của lò hơi đốt dầu F.O thường có các chất sau: CO2, CO, SO2, SO3,

NOx, hơi nước

- Ngoài ra còn có một hàm lượng nhỏ tro và các hạt tro rất nhỏ trộn lẫn với dầucháy không hết tồn tại dưới dạng sol khí mà ta thường gọi là mồ hóng

Bảng: Nồng độ các chất trong khí thải lò hơi đốt dầu F.O

Bảng: Các chất ô nhiễm trong khói thải lò hơi

Lò hơi đốt bằng củi Khói + tro bụi + CO + CO 2

Lò hơi đốt bằng than đá Khói + tro bụi + CO + CO 2 + SO 2 + SO 3 + NO x

Lò hơi đốt bằng dầu F.O Khói + tro bụi + CO + CO 2 + SO 2 + SO 3 + NO x

( Trích Sổ tay hướng dẫn xử lý ô nhiễm môi trường trong sản xuất tiểu thủ công nghiệp - Xử lý khói lò hơi - Sở Khoa học, Công nghệ và môi trường Tp.HCM )

1.3 TÁC HẠI CỦA KHÍ SO 2

- Khí SO2 là loại khí không màu, không cháy, có vị hăng cay Do quá trìnhquang hóa hay do sự xúc tác, khí SO2 dễ dàng bị oxy hóa và biến thành SO3 trong khíquyển

- Khí SO2 là loại khí độc hại không chỉ đối với sức khỏe con người, động thực

vật mà còn ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường.

 Đối với sức khỏe con người

- SO2 là chất có tính kích thích, ở nồng độ nhất định có thể gây co giật ở cơ trơncủa khí quản Ở nồng độ lớn hơn sẽ gây tăng tiết dịch niêm mạc đường khí quản Khitiếp xúc với mắt, chúng có thể tạo thành axit

Bảng: Liều lượng gây độc

- SO2 có thể xâm nhập vào cơ thể con người qua các cơ quan hô hấp hoặc các

cơ quan tiêu hóa sau khi được hòa tan trong nước bọt Cuối cùng, chúng có thể xâmnhập vào hệ tuần hoàn

- Khi tiếp xúc với bụi, SO2 có thể tạo ra các hạt axit nhỏ có khả năng xâm nhậpvào các huyết mạch nếu kích thước của chúng nhỏ hơn 2-3 μm

- SO2 có thể xâm nhập vào cơ thể qua da và gây ra các chuyển đổi hóa học Kếtquả là hàm lượng kiềm trong máu giảm, ammoniac bị thoát qua đường tiểu và có ảnhhưởng đến tuyến nước bọt

- Trong máu, SO2 tham gia nhiều phản ứng hóa học, gây rối loạn chuyển hóađường và protein, gây thiếu vitamin B và C, ức chế enzyme oxydaza, tạo ramethemoglobine để chuyển Fe2+ (hòa tan) thành Fe3+ (kết tủa) gây tắc nghẽn mạch

máu cũng như làm giảm khả năng vận chuyển oxy của hồng cầu, gây co hẹp dây thanhquản, khó thở

1 - 2 Chấn thương lá cây sau vài giờ tiếp

xúc

 Đối với môi trường

- SO2 bị oxy hóa ngoài không khí và phản ứng với nước mưa tạo thành axit

sulfuric hay các muối sulfate gây hiện tượng mưa axit, ảnh hưởng xấu đến môi trường

- Phản ứng hoá hợp giữa lưu huỳnh điôxít và các hợp chất gốc hiđrôxyl:

SO 2 + OH -  HOSO 2

Phản ứng giữa hợp chất gốc HOSO2- và O2 sẽ cho ra hợp chất gốc HO 2- và

SO3

HOSO 2 - + O 2  HO 2 - + SO 3

- Lưu huỳnh triôxít SO3 sẽ phản ứng với nước và tạo ra H 2SO4 Đây chính làthành phần chủ yếu của mưa axít.

SO 3 (k) + H 2 O (l)  H 2 SO 4 (l)

- Nước hồ bị axit hóa: mưa axit rơi trên mặt đất sẽ rửa trôi các chất dinh dưỡngtrên mặt đất và mang các kim loại độc hại xuống ao hồ, gây ô nhiễm nguồn nước trong

hồ, phá hỏng các loại thức ăn, uy hiếp sự sinh tồn của các loài cá và các sinh vật kháctrong nước

Bảng: Các ảnh hưởng của pH đến hệ thủy sinh vật

pH<6,0 Các sinh vật bậc thấp của chuỗi thức ăn bị chết (phù

du ), đây là nguồn thức ăn quan trọng của cá.

pH<5,5 Cá không thể sinh sản được Cá con khó sống sót Cá lớn

bị dị dạng do thiếu dinh dưỡng Cá bị chết do ngạt.

pH<5,0 Quần thể cá bị chết.

pH<4,0 Xuất hiện các sinh vật mới khác với các sinh vật ban đầu.

- Rừng bị hủy diệt và sản lượng nông nghiệp bị giảm: mưa axit làm tổn thương

lá cây, gây trở ngại quá trình quang hợp, làm cho lá cây bị vàng và rơi rụng, làm giảm

độ màu mỡ của đất và cản trở sự sinh trưởng của cây cối

- Làm tổn hại sức khỏe con người: các hạt sulfate, nitrate tạo thành trong khíquyển làm hạn chế tầm nhìn Hơn nữa, do hiện tượng tích tụ sinh học, khi con người

ăn các loại cá có chứa độc tố, các độc tố này sẽ tích tụ trong cơ thể và gây nguy hiểmđối với sức khỏe con người

- Gây ăn mòn vật liệu và phá hủy các công trình kiến trúc

Nhược điểm: do độ hòa tan của khí SO2 trng nước quá thấp nên thường

phải dùng một lượng nước rất lớn và thiết bị hấp thụ phải có thể tích rất lớn, cồngkềnh Để tách SO2 khỏi dung dịch phải nung nóng lên đến 1000C nên tốn rất nhiềunăng lượng, chi phí nhiệt lớn

Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO 2 bằng nước

1, Tháp hấp thụ; 2,tháp giải thoát khí SO2; 2, thiết bị ngưng tụ;

4-5, thiết bị troa đổi nhiệt lò hơi

- Là phương pháp được áp dụng rất rộng rãi trong công nghiệp vì hiệu quả xử lýcao, nguyên liệu rẻ tiền và sẵn có ở mọi nơi

CaCO 3 + SO 2  CaSO 3 + CO 2 CaO + SO 2  CaSO 3 2CaSO 3 + O 2  2CaSO 4

hành thấp, chất hấp thụ rẻ, dễ tìm, làm sạch khí mà không cần phải làm lạnh và táchbụi sơ bộ, có thể chế tạo thiết bị bằng vật liệu thông thường, không cần đến vật liệuchống axit và không chiếm nhiều diện tích xây dựng

- Nhược điểm: đóng cặn ở thiết bị do tạo thành CaSO4 và CaSO 3, gây tắcnghẽn các đường ống và ăn mòn thiết bị

 Xử lý khí khí SO 2 bằng ammoniac

- Phương pháp này hấp thụ khí SO2 bằng dung dịch ammoniac tạo muối amonisunfit và amoni bisunfit theo phản ứng sau:

SO 2 + 2NH 3 + H 2 O  (NH 4 ) 2 SO 3 (NH 4 ) 2 SO 3 + SO 2 + H 2 O  2NH 4HSO3

sunfit và amoni bisunfit là các sản phẩm cần thiết

 Xử lý khí SO2 bằng magie oxit

- Các phản ứng xảy ra như sau:

MgO + SO 2  MgSO 3 MgSO 3 + SO 2 + H 2 O  Mg(HSO 3 ) 2 Mg(HSO 3 ) 2 + MgO  2MgSO 3 + H 2 O

axit sunfuric như là sản phẩm của sự thu hồi, hiệu quả xử lý cao, MgO dễ kiếm và rẻ

hao MgO khá nhiều

 Xử lý khí SO2 bằng kẽm oxit

- Phương pháp này dựa theo các phản ứng sau:

SO 2 + ZnO + 2,5 H 2 O  ZnSO 3 2,5H 2 O ZnSO 3 2,5 H 2 O  ZnO + SO 2 + 2,5H 2 O

- Ưu điểm: Có thể làm sạch khí ở nhiệt độ khá cao (200 - 2500C)

- Nhược điểm: Có thể hình thành ZnSO4 làm cho việc tái sinh ZnO bất lợi vềkinh tế nên phải thường xuyên tách chúng ra và bổ sung lượng ZnO tương đương

 Xử lý SO 2 bằng kẽm oxit kết hợp natri sunfit

- Phương pháp này dựa theo các phản ứng sau:

Na 2 CO 3 + SO 2  Na 2 SO 3 + CO 2

Na 2 SO 3 + SO 2 +H 2 O  2NaHSO 3 2NaHSO 3 + ZnO  ZnSO 3 + Na 2 SO 3 + H 2 O

- Ưu điểm: Không đòi hỏi làm nguội sơ bộ khói thải, hiệu quả xử lý cao.

- Nhược điểm: Hệ thống xử lý khá phức tạp và tiêu hao nhiều muối natri.

 Xử lý khí SO2 bằng các chất hấp thụ hữu cơ

- Phương pháp này được áp dụng nhiều trong xử lý khí thải từ các nhà máyluyện kim màu.

- Chất hấp thụ chủ yếu được dùng là xyliđin và đimetylanilin

quá trình công nghệ có thải khí SO2 một cách liên tục hay gián đoạn, cho phép làm

việc được với khí thải có nhiệt độ cao (trên 1000C)

vật liệu hấp phụ hoặc sản phẩm thu hồi được có lẫn nhiều axit sunfuric và tận dụngkhó khăn, phải xử lý tiếp mới sử dụng được

Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống xử lý khí NO2 theo phương pháp hấp phụ bằng than hoạt

tính

 Hấp phụ khí SO 2 bằng vôi, đá vôi, đolomit

- Nhược điểm: Cần chi phí đầu tư lớn do vật liệu chế tạo thiết bị đắt (thiết bị làm

việc trong môi trường ăn mòn mạnh và nhiệt độ cao)

CHƯƠNG II: ĐỀ XUẤT VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

Yêu cầu: Thiết kế hệ thống xử lí khí thải SO 2 từ lò hơi bằng thiết bị tháp hấp thụ(tháp đệm)

 Nguồn khói thải từ lò hơi có các thông số sau

- Cmax là nồng độ tối đa cho phép của bụi và SO 2 ( mg/Nm3)

- C là nồng độ của SO2 quy định tại mục 2.2 (mg/Nm3)

- Kp là hệ số lưu lượng nguồn thải quy định tại mục 2.3

- Kv là hệ số vùng, khu vực quy định tại mục 2.4

 Hiệu suất của quá trình xử lý bằng hấp thụ

E =.100% = 93,75%

 Lựa chọn dung dịch hấp thụ

- Các dung dịch thường dùng để hấp thụ khí SO2 có thể là nước, huyền phù sữa

vôi (FGD), dung dịch soda Na2CO3, dung dịch NaOH

- Nồng độ SO2 trong khói thải lò hơi theo đề bài là 8000 mg/m 3

 Chuyển sang nồng độ C ppm

C ppm =3364( ppm)

- Ta thấy, nồng độ SO2 ban đầu là rất lớn (3364 ppm > 2000 ppm) nên không áp

dụng phương pháp hấp thụ SO2 bằng huyền phù sữa vôi được.

- Đối với nồng độ cao, ta có thể áp dụng phương pháp hấp thụ SO2 bằng nước

hoặc bằng các dung dịch hấp thụ có chứa Natri như NaOH và Na2CO3

- Tuy nhiên, khí SO2 có độ hòa tan trong nước khá thấp nên thường phải dùng

một lượng nước rất lớn và thiết bị hấp thụ phải có thể tích rất lớn, cồng kềnh Mặtkhác, để tách SO2 khỏi dung dịch phải nung nóng lên đến 100 0C nên tốn rất nhiều nănglượng, chi phí nhiệt lớn

- NaOH và Na2CO3 là các chất hấp thụ có hoạt độ hấp thụ mạnh, có thể xử lý

SO2 ở bất kỳ nồng độ nào Do đó, dung dịch hấp thụ lựa chọn cho quy trình công nghệ

là dung dịch NaOH (pha loãng với nước)

SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ SO 2 BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ

Thuyết minh sơ đồ công nghệ

- Vì nồng độ bụi tương đối cao hơn so với nồng độ cho phép (300 mg/m3 > 200mg/m3) nên ta phải xử lý bụi Cho dòng khí thải có chứa bụi đi qua Cyclone để thu hồibụi

- Do nhiệt độ dòng khí thải cao (2500C) nên sau khi qua Cyclone, dòng khíđược dẫn qua thiết bị trao đổi nhiệt để giảm nhiệt độ xuống thích hợp cho quá trìnhhấp thụ xảy ra hiệu quả

- Dùng quạt thổi khí vào tháp đệm từ dưới lên Dung dịch hấp thụ NaOH đượcbơm từ thùng chứa lên tháp và tưới trên lớp vật liệu đệm theo chiều ngược với chiềucủa dòng khí đi trong tháp

- Các phản ứng xảy ra trong tháp

SO2 + 2NaOH  Na2SO3 + H2O

Na2SO3 + SO 2 + H2O  2NaHSO3

SO2 + NaHSO3 + NaHSO3 + H2O  3NaHSO3

- Khí sạch đi vào ống khói và thải ra môi trường có nồng độ SO2 đạt tiêu chuẩn

cho phép Cmax (Theo QCVN 19: 2009/BTNMT).

- Dung dịch sau khi hấp thụ có chứa nhiều natri sunfit, natri bisunfit và khóibụi Một phần dung dịch được bơm trở lại thùng chứa qua van điều chỉnh lưu lượng và

tiếp tục được bơm lên tháp tưới cho vật liệu đệm nếu lượng dung dịch NaOH còn dưnhiều Phần dung dịch còn lại được đưa đến bể lắng để lắng các cặn bẩn Cặn sau lắngđược đem chôn lấp còn nước sau lắng được đưa đi xử lí rồi mới thải ra môi trường.

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH HẤP THỤ

- Áp suất: Pt = 1atm = 760 mmHg = 1,0133.105 Pa

- Nồng độ đầu ra: CSO2c = 500 mg/m3

- Nhiệt độ của dung dịch NaOH: 250C

- Chọn điều kiện làm việc của tháp là nhiệt độ trung bình của dòng khí vào vàdòng lỏng vào, t0 = 400C Hỗn hợp khí xử lý xem như gồm SO2 và không khí

3.1.1 Đầu vào

- Suất lượng mole của hh khí đi vào tháp:

- Suất lượng mole của SO2:

- Suất lượng mole của cấu tử trơ:

- Nồng độ phân mole của SO2 trong hỗn hợp khí:

- Tỉ số mol:

- Khối lượng riêng của pha khí ở 00C và 1atm:

- Khối lượng riêng của pha khí ở 550C và latm:

3.1.2 Đầu ra

- Suất lượng mole của SO2 được hấp thụ:

- Suất lượng mole của SO2 còn lại trong hỗn hợp khí ở đầu ra:

- Suất lượng mole của khí ở đầu ra:

- Nồng độ phân mole của SO2 trong hỗn hợp khí đầu ra:

-Điều kiện làm việc của quá trình hấp thụ là ở 400C và áp suất 1atm.

Bảng: Bảng thể hiện độ hòa tan của SO 2 trong nước ở 40 0 C và áp suất 1atm

3.2.1 Tính toán cho cặp giá trị p *

SO2 = 60mmHg và C SO2 = 0,5gSO 2 /100gH 2 O

Y = 56,39X

3.3 XÁC ĐỊNH PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG LÀM VIỆC

- Đường làm việc đi qua 2 điểm (Xc, Yđ) và (Xđ, Yc).

 Vẽ đường cân bằng và đường làm việc trên cùng đồ thị

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THÁP HẤP THỤ

4.1 TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP HẤP THỤ

- Hấp thụ SO 2 bằng dung dịch NaOH 10% khối lượng

- Nhiệt độ làm việc của tháp hấp thụ là 400C

khí quyển).

- 20 0 C 0 0 C 20 0 C 40 0 C 60 0 C 80 0 C 100 0 C 120 0 C dd

NaOH

10%

(Trích Bảng 4 trang 11 - Bảng tra cứu Quá trình cơ học truyền nhiệt-Truyền khối-Nhà

xuất bản ĐH Quốc gia Tp.HCM - 2008)

Bảng: Độ nhớt động lực của dung dịch NaOH 10% (Cp) theo nhiệt độ

0 0 C 10 0 C 20 0 C 30 0 C 40 0 C 50 0 C

dd NaOH

(Trích Bảng 9 trang 16 - Bảng tra cứu Quá trình cơ học truyền nhiệt-Truyền

khối-Nhà xuất bản ĐH Quốc gia Tp.HCM - 2008)

4.1.1 Đường kính tháp hấp thụ

Trong đó:

D: đường kính tháp hấp thụ (m)

V: lưu lượng của dòng khí qua tháp hấp thụ (m3/s)

: vận tốc biểu kiến của dòng khí ứng với tổng tiết diện của tháp (m/s)

a cách xác định vận tốc của dòng khí

- Tính vận tốc biểu kiến của pha khí ứng với điểm lụt theo phương trình sau:

Trong đó:

: bề mặt riêng của đệm (m2/m3)

Vt: thể tích tự do của đệm (m3/m3)

: khối lượng riêng của pha khí và pha lỏng (kg/m3)

độ nhớt động lực của pha lỏng ở nhiệt độ làm việc (kg/m.s)

độ nhớt động lực của nước ở 200C (mPa.s)

L, G: suất lượng dòng lỏng và dòng khí ( kg/s)

C: hệ số phụ thuộc dạng quá trình, đối với quá trình hấp thụ

( C = 0,022 cho vật liệu đệm là vòng hay xoăn )

- Vận tốc làm việc của pha khí được xác định theo công thức sau:

- Khối lượng riêng của đệm:

( Trích Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học và thực phẩm Tập 3 Truyền khối

-Vũ Bá Minh)

- Khối lượng riêng của pha khí:

- Khối lượng riêng của pha lỏng:

- Nồng độ phần mol trung bình:

- Khối lượng mol của hỗn hợp khí:

Mhh = ytb-Mso2 + (l-ytb).Mkk

= 1,7865.10 -3 64 + (1-1,7865.10 -3 ).29 =29,063 (g/mol)

- Độ nhớt của SO2 ở nhiệt độ làm việc được tính theo công thức:

- Độ nhớt của pha khí được tính theo công thức:

- Chọn đường kính tháp = 2,6m

4.1.2 Kiểm tra điều kiện làm việc của tháp

4.2 TÍNH CHIỀU CAO THÁP HẤP THỤ

4.2.1 Chiều cao tháp hấp thụ

- Vì đường cân bằng là đường thẳng nên ta tính NOG theo cách sau:

- Động lực của quá trình tại đáy tháp hấp thụ:

Với Y*đ được tính theo phương trình cân bằng với X = Xc = 0,0000399

- Động lực của quá trình tại đỉnh tháp hấp thụ:

Với Y*đ được tính theo phương trình cân bằng với X = Xđ = 0

- Xét tỉ số

- Động lực trung bình của quá trình:

- Số đơn vị truyền khối tổng quát NOG: