đồ án nộp 17 12 lần 1 đã chuyển đổi

đồ án xử lý khí thải từ lò đốt. Hiện nay, với mức độ dân số tăng nhanh đã làm cho các hoạt động nông nghiệp, công nghiệp hay dịch vụ phát triển mạnh. Những sự thay đổi này một mặt là hương đến việc phục vụ nhu cầu cũng như là tạo điều kiện sống một cách tốt nhất đến con người, mặt khác chính những sự thay đổi này đã gây ảnh hưởng lớn đến môi trường đó là xả thải các chất đa dạng và nguy hại. Các chất thải độc hại có tác động xấu đến con người, động thực vật cũng như là các công trình nhân tạo khác. Môi trường suy thoái đồng nghĩa với việc chúng ta sẽ gặp những nguy hiểm nghiêm trọng. Vì vậy, hiện nay vấn đề bảo vệ môi trường không chỉ là trách nhiệm của những nhà chức trách đúng đầu mà đó là trách nhiệm của toàn nhân loại. Trong thời kỳ này, các khu công nghiệp lớn nhỏ ngày một mở rộng và phát triển một cách vượt bậc. Có rất nhiều nhà máy xí nghiệp sử dụng lò hơi công suất vừa và nhỏ để lấy hơi phục vụ cho sản xuất. Nhiên liệu có thể là dầu FO, than đá,.. nhưng nhằm giảm chi phí sản xuất, các nguyên liệu gỗ thừa từ quá trình sản xuất được tái sử dụng cho lò hơi đốt củi khá phổ biến. Hầu hết lượng khí phát sinh từ quá trình đốt củi, than, … chưa qua xử lý vượt quá tiêu chuẩn khí thải cho phép theo QCVN 192009BTNMT. Trong đó gần 99% các sản phẩm của quá trình cháy là các chất như nitơ, hơi nước, CO, CO2,…bên cạnh đó trong quá trình đốt sinh ra một hàm lượng lớn muội than, tro bụi và một số loại khí độc hại gây tác động trực tiếp cho sức khỏe con người và sinh vật. Do tính chất và mức độ quan trọng như vậy, nên việc lựa chọn đề tài ‘Thiết kế hệ thống xử lý khí thải nồi hơi đốt củi, công suất 5 tấn hơih’

Chương 1: MỞ ĐẦU

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, với mức độ dân số tăng nhanh đã làm cho các hoạt động nông nghiệp, công nghiệp hay dịch vụ phát triển mạnh Những sự thay đổi này một mặt là hương đến việc phục vụ nhu cầu cũng như là tạo điều kiện sống một cách tốt nhất đến con người, mặt khác chính những sự thay đổi này đã gây ảnh hưởng lớn đến môi trường đó là xả thải các chất đa dạng và nguy hại Các chất thải độc hại có tác động xấu đến con người, động thực vật cũng như là các công trình nhân tạo khác Môi trường suy thoái đồng nghĩa với việc chúng ta sẽ gặp những nguy hiểm nghiêm trọng Vì vậy, hiện nay vấn đề bảo vệ môi trường không chỉ là trách nhiệm của những nhà chức trách đúng đầu mà đó là trách nhiệm của toàn nhân loại

Trong thời kỳ này, các khu công nghiệp lớn nhỏ ngày một mở rộng và phát triển một cách vượt bậc Có rất nhiều nhà máy xí nghiệp sử dụng lò hơi công suất vừa và nhỏ

để lấy hơi phục vụ cho sản xuất Nhiên liệu có thể là dầu FO, than đá, nhưng nhằm giảm chi phí sản xuất, các nguyên liệu gỗ thừa từ quá trình sản xuất được tái sử dụng cho lò hơi đốt củi khá phổ biến Hầu hết lượng khí phát sinh từ quá trình đốt củi, than, … chưa qua xử lý vượt quá tiêu chuẩn khí thải cho phép theo QCVN 19/2009/BTNMT Trong đó gần 99% các sản phẩm của quá trình cháy là các chất như nitơ, hơi nước, CO, CO2,…bên cạnh đó trong quá trình đốt sinh ra một hàm lượng lớn muội than, tro bụi và một số loại khí độc hại gây tác động trực tiếp cho sức khỏe con người và sinh vật Do tính chất và

mức độ quan trọng như vậy, nên việc lựa chọn đề tài ‘Thiết kế hệ thống xử lý khí thải nồi

hơi đốt củi, công suất 5 tấn hơi/h’

Đề xuất đưa ra dây chuyền công nghệ xử lý khói thải – bụi từ nồi hơi đốt củi

Đề xuất việc tính toán và thiết kế công trình đơn vị

Chương 2: TỔNG QUAN VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Nồi hơi

Nồi hơi - lò hơi (Tiếng anh: steam boiler) là thiết bị sử dụng nhiên liệu (than, củi, trấu, giấy vụn…) để đun sôi nước tạo thành hơi nước mang nhiệt để phục vụ cho các yêu cầu về nhiệt trong các lĩnh vực công nghiệp như giặt là, sấy gỗ, khách sạn … Tùy theo nhu cầu sử dụng mà người ta tạo ra nguồn hơi có nhiệt độ và áp suất phù hợp để đáp ứng cho các yêu cầu khác nhau Để vận chuyển nguồn năng lượng có nhiệt độ và áp suất cao này người ta dùng các ống chịu được nhiệt, chịu được áp suất cao chuyên dùng cho nồi hơi (lò hơi)

Điều đặc biệt của nồi hơi (lò hơi) mà không thiết bị nào thay thế được là tạo ra nguồn năng lượng an toàn không gây cháy để vận hành các thiết bị hoặc động cơ ở nơi cần cấm lửa và cấm nguồn điện (như các kho xăng, dầu)

Trong các nhà máy công nghiệp có sử dụng nhiệt thì người ta sử dụng thiết bị nồi hơi (lò hơi) để làm nguồn cung cấp nhiệt, cung cấp hơi và dẫn nguồn nhiệt, nguồn hơi đến các hệ thống máy móc cần sử dụng

Nồi hơi được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp, mỗi ngành công nghiệp đều có nhu cầu sử dụng nhiệt với mức độ và công suất khác nhau Các công

ty như: công ty may mặc, công ty giặt khô sử dụng nồi hơi (lò hơi) để cung cấp hơi cho

hệ thống cầu là, các nhà máy như: nhà máy chế biến thức ăn gia súc, nhà máy bánh kẹo,

sử dụng nồi hơi (lò hơi) để sấy sản phẩm Một số nhà máy sử dụng nồi hơi để đun nấu, thanh trùng như nhà máy nước giải khát, nhà máy nước mắm, tương hay dầu thực vật

Công suất nồi hơi hay công suất nhiệt của nồi hơi là khả năng nhiệt hoá hơi của nồi hơi trên một đơn vị thời gian Khi ta nói nồi hơi có công suất 1 T/h (1 Tấn hơi / 01 giờ hoặc là 1000 kg/h) nghĩa là trong 01 giờ nồi hơi này có thể làm hoá hơi (bốc hơi) một khối lượng nước là 1m3 tới một áp suất nhất định nào đó

2.2 Tính chất nguyên liệu đầu vào

Củi là bất kỳ vật liệu bằng gỗ được thu thập và sử dụng làm nhiên liệu Nói chung, củi không được xử lý cao và ở dạng nhật ký hoặc nhánh có thể nhận biết được, so với các

dạng nhiên liệu gỗ khác như viên hoặc dăm Củi có thể ở trạng thái khô hoặc tươi / ướt

Nó thường được phân loại là gỗ cứng hoặc gỗ mềm Thành phần nguyên tố của củi gỗ được xác định gồm: Cacbon 50%, hydro 6,5%, oxi 42,2%, nitơ 0,5%, độ tro 0,8%

Quá trình củi cháy trong lò hơi, là quá trình cháy lớp nhiên liệu rắn trong buồng đốt ghi thủ công Không khí cần cho sự cháy được quạt vào dưới mặt ghi và đi lên trên tham gia vào quá trình cháy Khi cháy có nhiệt độ cao đi qua các hàng ống lửa củ lò hơi (nồi hơi), sau khi truyền nhiệt cho áo nước bên ngoài làm nước sinh hơi, khói lò được gom thải ra ngoài qua ống khói Dòng khói thải ra ở ống khói có nhiệt độ vẫn còn cao khoảng 120ºC - 150ºC, phụ thuộc nhiều vào cấu tạo lò

Khi đốt củi, thành phần các chất trong khí thải thay đổi theo tùy loại củi, tuy vậy lượng khí thải sinh ra là tương đối ổn định

2.3 Tính chất và tác hại của nguyên liệu đầu ra

Bảng 2.1: thông tin các chất thải ô nhiễm từ nồi hơi

Lò hơi đốt củi Khói, tro bụi, CO, CO2, NOx

Lò hơi đốt than Khói, tro bụi, CO, CO2, SO2, SO3, NOx

Lò hơi đốt dầu, gas Khói, tro bụi, CO, CO2, SO2, SO3, NOx

(theo sổ tay hướng dẫn xử lý ô nhiễm môi trường trong sản xuất tiểu thủ công nghiệp)

2.3.1 Khói

Khói là tập hợp các khí và các hạt chất lỏng hoặc chất rắn lơ lửng trong không khí sinh ra khi một nguyên liệu bị đốt cháy hoặc chưng khô, kèm theo đó là một lượng không khí bị cuốn theo và trộn lẫn vào các phần tử đó Thường thì nó là sản phẩm phụ không mong muốn của sự cháy (trong bếp lò, đèn dầu, nến, lò sưởi), mặt khác nó cũng có tác dụng phòng trừ sâu bọ, truyền tín hiệu, chế biến thức ăn (xông khói), hút thuốc (thuốc lá, thuốc lào, ) hoặc sử dụng trong quân sự

2.3.2 Tro bụi

Lượng tro bụi có trong khói thải chính là một phần của lượng không cháy hết và lượng tạp chất không cháy có trong củi, lượng tạp chất này thường chiếm tỷ lệ 1% trọng lượn củi khô Tro bị cháy cuốn theo vào dòng khí lò tạo thành một lượng bụi nhất định trong khí thải lượng bụi này có nồng dộ dao động rất lớn vì phụ thuộc vào các thao tác của công nhân đốt lò Bụi phát sinh lớn nhất khi công nhân nạp thêm củi vào lò hay ‘chọc ghi’ Nó còn phụ thuộc vào vận tốc dòng khí cháy trong lò và cấu tạo lò Bụi trong khói thải lò hơi đốt củi có kích thước hạt từ 500µm tới 0,1µm, nồng đô dao dộng trong khoảng

từ 200-500 mg/m3 Khi củi bị ướt hay mục, lượng khói với cỡ hạt nhỏ bay ra nhiều hơn

Trong phổi người, bụi có thể là nguyên nhân gây kích thích cơ học gây khó khan cho các hoạt động của phổi, chúng có thể gây nên các bệnh về đường hô hấp Bụi khói được tạo ra trong quá trình đốt cháy nhiên liệu nên có thể chứa các hydrocacbon đa vòng với độc tố cao gây ung thư Bụi góp phần gây ô nhiễm môi trường, làm giảm độ trong suốt của khí quyển, làm giảm năng suất cây trồng, gây nguy hiểm cho các phương tiện giao thông đường bộ

2.3.3 NO x

NO2 là khí có màu nâu đỏ có mùi gắt và cay, mùi của nó có thể phát hiện được vào khoảng 0.12 ppm NO2 là khí có kích thích mạnh đường hô hấp nó tác động đến hệ thần kinh và phá hủy mô tế bào phổi, làm chảy nước mũi, viêm họng Khi NO2 với nồng độ 100ppm có thể gây ung thư tử vong cho người và động vật sau ít phút Với nồng độ 5ppm

có thể gây ảnh hưởng xấu đến đường hô hấp Con người tiếp xúc lâu với NO2 khoảng 0.06 ppm có thể gây các bệnh trầm trọng về phổi

Bảng 2.2: Mức nguy hại của NO2 đối với con người

Nồng độ NO2

(ppm)

Thời gian phơi nhiễm

Mức độ độc hại đối với con người

50-100 Dưới 1h Viêm phổi khi phơi nhiễm 6-8 tuần

150-200 Dưới 1h

Hủy hoại khí quản nếu, chết nếu phơi nhiễm 3-5 tuần

Một số thực vật nhạy cảm cũng bị tác hại bởi NO2 khi ở nồng độ khoảng 1 ppm

NO2 cũng là tác nhân gây ra hiệu ứng nhà kính Khi NOx lớn hơn 0.5 – 0.7ppm chúng sẽ làm giảm sự quang hợp người ta thấy ở những vùng đô thị hóa cao, nồng độ NOx đạt cỡ

3.93ppm, sự quang hợp của thực vật giảm đi 25%

2.3.4 CO-CO 2

CO là chất khí không màu, không mùi, không vị và nhẹ hơn không khí chút ít CO

có thể tiếp tục cháy trong không khí tạo thành CO2 Hỗn hợp tới hạn của CO trong không khí có thể gây nổ, đặc biệt là ở nhiệt độ cao hoặc có mặt của tia lửa Nó tạo hợp chất bền với hemoglobin (mạnh gấp 250 lần so với O2) CO có thể thế O2 trong hemoglobin tạo ra cacboxy-hemoglobin, do đó làm giảm khả năng tải O2 của máu:

O2Hb + CO ⇌ COHb + O2Nhiễm độc cấp CO thường bị đau đầu, ù tai, chống mặt, buồn nôn, mệt mỏi, co giật rồi bị hôn mê Nếu bị nhiễm nặng thì bị hôn mê ngay, chân tay mềm nhũn, mặt xanh tím, bị phù phổi cấp Nhiễm độc mãn tính CO thường bị đau đầu dai dẵng, chống măt, mệt mỏi, sút cân

Mỗi năm trên thế giới có hàng trăm người bị chết do trúng độc khí CO Khi cấp cứu người bị nhiễm độc CO, trước hết phải đưa nạn nhân ra chỗ thoáng và cho thở oxy để phản ứng giải hấp CO xảy ra:

HbCO + O2 ⇌ HbO2 + CO

CO2 sinh ra thông qua sự đốt cháy các nguyên, nhiên liệu có chứa cacbon trong các ngành công nghiệp, dân dụng, kể cả sự đốt và cháy rừng CO2 có mặt ở khắp nơi và trong không khí nền, nó chiếm khoảng 0,3% Hiện nay theo số liệu của các nhà khoa học, hàm lượng CO2 trong khí quyển của trái đất ngày một tăng Điều này đã làm tăng hiệu ứng nhà kính của trái đất và hậu quả là làm tăng nhiệt độ trung bình của trái đất; hậu quả của nó là khôn lường theo sự cảnh báo của các nhà khoa học

CO2 là khí không màu, không cháy, có vị hơi chua và nặng hơn nhiều so với không khí Chính vì vậy mà CO2 thường tập trung lại dầy đặc hơn ở những chỗ thấp hay

ở phần đáy của không gian nơi nó được sinh ra CO2 tan tương đối tốt trong nước, nhất là ở nhiệt độ thấp

CO2 + H2O ⇔ H2CO3 ; (k1 = 4,01.10-7; k2 = 5,2.10-11)

Chương 3: ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ

3.1 Tính toán sản phẩm cháy và tải lượng chất ô nhiễm

Thành phần nguyên tố của củi gỗ được xác định gồm:

Q p = 81C p + 246H p – 26(O p -S p ) – 6W p ( Kcal/kg gỗ)

= 81 x 50+ 246 x 6,5 – 26 x 42,2 – 6 x 10 = 4491,8 ( Kcal/kg gỗ)

( chọn độ ẩm của củi gỗ là 10%)

Để được 1 tấn hơi hóa nhiệt cần 1 nhiệt lượng khoảng 840000 kcal để hóa hơi từ

nước (tham khảo tài liệu nhiệt học)

- Lượng nhiên liệu củi phải đốt để sinh ra 1 tấn hơi là:

𝛽1 = 840000 𝑘𝑐𝑎𝑙4491,8 𝑘𝑐𝑎𝑙

Giả sử, Oxi chiếm 21% và Nito chiếm 79% thể tích không khí thì thành phần % theo khối lượng của Oxi trong không khí là:

- Với hệ số thừa không khí là 1,5 thì lượng khí thải khi đốt 1 Kg củi gỗ :

Gk = Khối lượng sản phẩm cháy + Khối lượng Nito + Khối lượng O2 dư

= 2.43 + 6,14 × (76,7

100) × 1,5 + 1,43 × 0,5 = 10,2 (kg/1 kg củi) Giả sử khí thải ra khỏi tháp giải nhiệt có nhiệt độ 250C, áp suất bằng áp suất khí quyển thì khối lượng riêng của khí thải ẩm theo công thức của [TS Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông, KS Hồ Lê Viên – Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa học thực phẩm – Tập 1 NXB KH & KT] trang 15

m3

kg gỗ)

- Mà lưu lượng củi đốt là 935 kg/h → lượng khí thải trong 1 giờ

V = Vk × 935 = 10,397 × 935 = 9721,195 (Nm3/h)

Bảng 3.1: Bảng thống kê lượng chất ô nhiễm

QCVN 19:2009/BTNMT (mg/Nm3)

Hiệu suất cần xử lý (%)

3.2 Các phương pháp xử lý NOx

Khí NOx (chủ yếu là NO2) vừa có tính chất của một oxit axit để có thể chuyển hóa thành muối nitrat bằng phản ứng trung hòa, vừa có tính oxi hóa để tham gia những phản ứng oxi hóa khử Như trong phần tính chất của các khí thải đã trình bày, nếu có mặt của chất khử là NH3 hay ure, NO2 hoặc hỗn hợp của NO và NO2 sẽ phản ứng để chuyển thành N2 và nước ở nhiệt độ trên 900ºC hoặc trên 200ºC nếu có mặt của chất xúc tác Dựa trên những tính chất này hai hướng công nghệ xử lý đã được hình thành Đó là công nghệ xử lý bằng phương pháp trung hòa với sự có mặt của oxi không khí để chuyển hoàn toàn NO và NO2 thành muối nitrat Thứ hai là công nghệ xử lý bằng phương pháp oxi hóa khử không xúc tác và có sử dụng xúc tác

3.2.1 Xử lý trung hòa NO x bằng đường ướt

NO2 tác dụng với dung dịch kiềm mạnh tạo thành đồng thời hai muối nitrat và nitrit theo phương trình phản ứng:

2NO2 + 2NaOH → NaNO2 + NaNO3 + H2O

nhưng trong dung dịch kiềm loãng hay trong nước, NO2 chỉ tạo thành muối nitrat hay axit nitric và khí NO NO là một khí không bền, nó dễ dàng tác dụng với oxi không khí

3.2.2 Xử lý NOx bằng phương pháp khử ở nhiệt độ cao

Ở nhiệt độ cao trong 800ºC nếu thêm dung dịch ure vào hỗn hợp khí thải, NOx sinh ra qua quá trình đốt sẽ bị khử về N2, CO2 và nước theo các phương trình phản ứng sau:

NO + NO2 + (NH2)2CO → 2N2 + CO2 + 2H2O

(NH2)2CO + H2O → 2NH3 + CO22NO + 2NH3 + 1/2O2 → 2N2 + 3H2O 6NO2 + 8NH3 → 7N2 + 12H2O

Công nghệ khử NOx bằng ure ở nhiệt độ cao chính là lợi dụng nhiệt độ cao của khí thải hoặc nhiệt độ ngay trong lò đốt để giảm thiểu thải khí NOx Công nghệ xử lý này tuy hiệu quả không cao, nhưng đổi lại, chi phí đầu tư và vận hành rất thấp Toàn bộ công nghệ xử lý khí thải theo công nghệ này bao gồm các bước: (1) Khử NOx ở nhiệt

độ cao, (2) Trao đổi nhiệt, (3) Tách bụi thô và (4) xử lý cuối cùng để tách nốt bụi nhỏ và khí độc khác Sơ đồ công nghệ miêu tả sơ lược như hình dưới đây

3.2.3 Xử lý NOx bằng phương pháp xúc tác chọn lọc (SCR)

NO và NO2 là những chất khí có tính oxi hóa tương đối mạnh; bên cạnh đó những hợp chất, trong đó nitơ mang hóa trị âm thì lại có tính khử, như NH3, (NH2)2CO, các amin Chính vì thế mà những hợp chất mang hóa trị âm và hóa trị dương của nitơ kết hợp với nhau, ở những điều kiện nhất định nitơ sẽ chuyển trở về nitơ phân tử (N2) Phần trên đã xét quá trình oxi hóa khử này của các hợp chất nitơ ở nhiệt độ cao Khi có mặt của chất xúc tác thì nhiệt độ yêu cầu để phản ứng xẩy ra thấp hơn nhiều, trong khoảng từ 180 đến 450ºC Công nghệ khử NOx có xúc tác thông thường bao gồm các

bước: (1) trao đổi và ổn định nhiệt, (2) trộn đều hỗn hợp khí, (3) oxi hóa khử có xúc tác

và (4) thải, như sơ đồ sau

Xúc tác trong công nghệ này có nhiều loại khác nhau như V2O5, hỗn hợp oxit kim loại chuyển tiếp, zeolit mang kim lọai, Trong thực tế, V2O5 có thêm TiO2 mang trên nền gốm hay lưới kim loại được sử dụng nhiều nhất, do xúc tác loại này giá rẻ hơn nhưng lại cho hiệu quả xử lý cao và dễ tạo hình, lắp đặt

3.3 Đề suất công nghệ

Thuyết minh sơ đồ công nghệ:

Khí thải lò hơi được đưa vào cyclone nhằm loại bỏ một phần bụi có kích thước lớn hiệu xuất đạt được khoảng 60-80% Dòng khí tiếp tục được đưa vào tháp giải nhiệt, tại đây nước được bơm vào để làm giảm nhiệt độ của dòng khí Sau đó dòng khí vào tháp hấp thụ để được xử lý cũng như hấp thụ khí NOx bằng nước, song song đó lượng CO cũng được xử lý một phần không ít và lượng bụi lơ lửng nếu còn xót lại thì cũng được xử

lý gần như là triệt để Nước thải sau khi được sử dụng sẽ được thu hồi sau đó là xử lý và tuần hoàn ngược lại

Sở dĩ chọn phương pháp hấp thu vật lý và dung dịch hấp thu là nước bởi hiệu suất cần xử lý cho các chất ô nhiễm này thấp và nước là dung môi rẻ tiền Vận hành đơn giản lại dễ bảo quản, mặt khác nó có thể kết hợp xử lý khí với tách bụi và giải nhiệt nên sử dụng phương pháp này là tối ưu nhất

Lò hơi

Tháp giải nhiệt

Tháp hấp thụ Nước

Xử lý cặn, nước thải Quạt hút

Ống khói (QCVN 19:2019/BTNMT

)

cyclone

Nước thải

bụi Nước

Nước nóng

Chương 4: TÍNH TOÁN THÁP HẤP THỤ NOX

CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ THÁP HẤP THỤ:

- Nồng độ NO2 đầu vào: 1600 mg/m3

- Lưu lượng hỗn hợp khí đầu vào: 9722 m3/h

- Nhiệt độ khí đầu vào: 60oC

- Nhiệt độ dòng lỏng đầu vào: 25oC

4.1 Tính toán pha khí đầu vào

- Nồng độ phần khối lượng của NO2 trong hỗn hợp khí đầu vào:

yV

̅̅̅ = Khối lượng NO2Khối lượng hỗn hợp khí =

1600 (mg

m3)0,981 (mKg3)

- Lưu lượng khí trơ:

4.2 Tính toán pha khí đầu ra

Chọn hiệu suất của tháp hấp thụ là 90% (E = 0,9%)

- Khối lượng NO2 được hấp thu:

ρ0 =MNO222,4 × yR +

MKK22,4× (1 − yR)

= 46

22,4× 1,0037 × 10

−4+ 2922,4× (1 − 1,0037 × 10

Ta thấy rằng CR< TCVN 5939-2009, nên ta thiết kế tháp hấp thu có hiệu suất 90%

để khử NO2 trong khí thải

- Tỷ số mol của NO2 và khí trơ trong hỗn hợp khí đầu ra:

PNO∗ 2 - Áp suất riêng phần của NO2 trong pha khí (mmHg)

[NO2] - Nồng độ cân bằng (mol NO2/mol nước)

T – Nhiệt độ, T = 273 +60+25

2 = 315,5 (K) Với X* = [NO2] (mol NO2/mol nước)

Y = P∗

760−P ∗: Nồng độ của nO2 trong pha khí (mol NO2/ mol khí trơ) Thế X* bằng các giá trị chạy từ 0,001 đến 0,008, ta được các giá trị P*, Thế P* vào công thức Y, ta được các giá trị Y Từ các giá trị X* và Y ta vẽ được đường cân bằng pha

Bảng 4.1: Số liệu đường cân bằng

mol khí trơ) vào phương trình cân bằng ta được

Xmax = X* = 3,737 × 10−3(mol NO2/mol nước)

- Lưu lượng nước thực tế lấy bằng 3 lần lượng huyền phù lý thuyết:

l = 3 × lmin = 3 × 0,249 = 0,747 ( mol nước

mol khí trơ)

- Lưu lượng nước sử dụng:

LV = l × GTrơ = 0,747 × 328,344 = 245,27 (Kmol nước

4.4 Tính nhiệt độ làm việc của tháp và các pha

4.4.1 Nhiệt độ làm việc của tháp

Xét nhiệt độ làm việc của tháp khi không có sự trao đổi nhiệt giữa tháp hấp thụ vào môi trường

Khi đó cân bằng nhiệt lượng trong tháp hấp thu:

qhỗn hợp khí lỏng = qkhí + qlỏng

→ mhỗn hợpChỗn hợp(t2− t1) = mpha khíCpha khí(t1− t2) + mpha lỏngCpha lỏng(t2− t1) Với q là nhiệt lượng, q = mC(t2− t1); m là khối lượng, Kg/s; C là nhiệt dung riêng, J

Kg.độ

Theo công thức I.45 trang 152 [1]: Cpha khí = CNO2× y̅̅̅ + CV kk× (1 − y̅̅̅) V

= 6783 × 1,631x10−3+ 1,0048 × (1 − 1,631x10−3) =12,06( J

Kg.độ) Trong đó CNO2 = 6783 J

Kg.độ tra bảng I.177 trang 196 [1]

s ) ; G khí vào = 2,645 (

Kg

s ) Thế các giá trị t1 lỏng = 25℃, t1 khí = 60℃, t1 ban đầu của hh trong tháp = 25℃ và các giá trị tính được vào phương trình trên, ta được:

(2,645 + 1,226) × 1338,4 × (t2− 25)

= 2,645 × 12,06 × (60 − t2) + 1,226 × (4,2 × 103) × (t2− 25) → t2 = 42,54℃

Như vậy, nhiệt độ làm việc chung của tháp là 42,54℃, lấy nhiệt độ khí ra 42,54℃

4.4.2 Nhiệt do quá trình hấp thụ tỏa ra

Giả sử nhiệt tỏa ra từ quá trình hấp thu đều được dòng lỏng hấp thu hết, khoảng tăng nhiệt độ dòng lỏng đầu ra được xác định theo công thức:

∆t = q

C× (Xc− XV)

Trong đó:

C – Nhiệt dung riêng cuả nước (KJ/Kg.K) theo công thức I.44 Sổ Tay QTTB tập,

C = 4,2 ( KJ

Kg.độ)

q – Hiệu ứng nhiệt hấp thụ của NO2 trong huyền phù (KJ/Kg)

Hiệu ứng nhiệt hấp thụ được tính toán bằng Hệ quả 1 của định luật Gees: “Hiệu ứng nhiệt phản ứng bằng tổng nhiệt tạo thành của các sản phẩm phản ứng trừ đi tổng nhiệt tạo thành của các chất đầu”

Phương trình phản ứng chính của quá trình hấp thụ NO2 bằng nước:

KJmol) − 0 (

KJmol)

- Nhiệt độ tăng lên của dòng lỏng do nhiệt tỏa ra từ quá trình hấp thụ:

4.4.3 Nhiệt độ trung bình của pha khí và lỏng

- Nhiệt độ trung bình pha khí:

m3)

4.5 Xây dựng đường làm việc

Phương trình đường làm việc có dạng: Y = AX+B

Bảng 4.2: Số liệu đường làm việc

Khối lượng riêng pha lỏng: ρhp = 1000 (Kg/m3)(wiki)

µn: Độ nhớt của nước ở 200C, N.s/m2 Với µn = 1,005 × 10−3 (N s/m2)

- Độ nhớt pha lỏng (nước) ở nhiệt độ trung bình (38,7℃)

=4,3 × 10

−3× (51,27 + 273)1,5 1( 28,61/3 + 29,91/3 )2 (1

46 +

1

29)

1 2

= 1,57 × 10−5 (m

2

s )

- Dx hệ số khuếch tán của NO2 trong pha lỏng ở nhiệt độ trung bình 38,7℃:

VA,VB: thể tích phân tử của dung chất và dung môi, m3/kmol

MA, MB: khối lượng phân tử của chất tan và dung môi Kg/Kmol A,B: hệ số phụ thuộc trên tính chất của chất tan và dung môi

- µy độ nhớt của pha khí ở nhiệt độ trung bình 51, 27℃, tính theo công thức I.19 trang86 [1]

GTB : Lưu lượng trung bình của pha khí, (m3/s)

ωy : vận tốc dòng khí qua tiết diện tháp (m/s)

❖ Tính vận tốc dòng khí qua tiết diện tháp:

Vận tốc dòng khí qua tiết diện tháp đệm: ωy = (0,8 ÷ 0,9) ωS ’

Lg [ω

′ s

⁄ (ρytb

ρxtb)

1 8

Gx,Gy: Lượng lỏng và lượng hơi trung bình, kg/s

ρxtb, ρytb: Khối lượng riêng trung bình pha lỏng và hơi, kg/m3

µx : Độ nhớt của pha lỏng theo nhiệt độ trung bình N.s/m2Thay vào công thức:

Lg [ω′s

2

×310 ×1,090 9,81 × 0,71 3 ×1000× ( 6,7×10−4

1,005×10 −3)0,16] = 0,022 −1,75 (1,226

2,649)1⁄4 (1,090

1000)1⁄8 → Lg(ω′s2 × 0,09) = −0,593

→ ω′s2× 0,09 = 10−0,593