Chọn vật liệu đệm

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN THEO PHƯƠNG ÁN I

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THEO PHƯƠNG ÁN 2

1. Tính toán công trình xử lý bụi ( giống phương án 1)

2.5. Chọn vật liệu đệm

- 200C 00C 200C 400C 600C 800C 1000C 1200C dd NaOH

10%

- 1117 1109 1100 1089 1077 1064 1049

- Kích thước 25 x 25 x 3

- Bề mặt riêng 𝜎 = 200 𝑚2/𝑚3 - Thể tích tự do 𝜀 = 0,7 m3/m3 - Số đệm trong 1m3 = 50000

- Đường kính viên đệm de = 0,015 m - Khối lượng riêng xốp là 𝜌𝑥 = 530 kg/m3

 Tính vận tốc đảo pha

𝑤𝑑𝑝là vận tốc đảo pha được xác định bằng công thức:

x = (𝐺𝑥

𝐺𝑦)4 1 × (𝜌𝑦

𝜌𝑥)18 y = 1,2× 𝑒−4𝑥

( Công thức trang 170 Sách Các quá trình truyền chất, tập 3) 𝐺𝑋đ𝐶𝑙2 = 559840,08 (kmol/h)

𝐺𝑋𝑐𝐶𝑙2 = 𝐺𝑋đ𝐶𝑙2 + 𝐺𝐶𝑙2ℎ𝑡= 𝐺𝑋đ𝐶𝑙2+ 𝜂Cl2.GđCl2

= 559840,08 +0,88 × 0,027 =559840,1 (kmol/h) 𝐺𝐶𝑙2𝑥 = 𝐺𝐶𝑙2 đ + 𝐺𝐶𝑙2𝑐

2 = 559840,08 +559840,1

2 = 559840,09 (kmol/h) - Gx là suất lượng trung bình pha lỏng

𝐺𝑥 = 𝐺𝐶𝑙2𝑥 = 559840,09(𝑘𝑚𝑜𝑙 ℎ⁄ ) - Khối lượng phân tử pha lỏng :

=> Mdd = 19,048 (kg dd/ kmol dd) 𝐺𝑥 = 559840,09

3600 × 19,048 = 2962,17(kg s⁄ ) - Gy là suất lượng trung bình pha khí

𝑦𝐶𝑙𝑡𝑏2 = 𝑦𝐶𝑙2đ + 𝑦𝐶𝑙2𝑐

2 = 3,3. 10−5+ 4,02 . 10−6

2 = 1,85 . 10−5(kmol/kmol) 𝑀ℎℎ𝑘 = 𝑦𝐶𝑙𝑡𝑏2. 𝑀𝐶𝑙2+ (1 − 𝑦𝐶𝑙𝑡𝑏2). Mkk

= 1,85 . 10−5× 71 + (1 − 1,85 . 10−5). 29

= 29(kg/kmol) 𝐺𝑦 =𝐺đ+ 𝐺𝑐

2 = 804,95 + 804,926

2 = 804,938 (𝑘𝑚𝑜𝑙 ℎ⁄ ) = 6,5(𝑘𝑔 𝑠⁄ )

𝑥 = (𝐺𝑥

𝐺𝑦)14× (𝜌𝑦 𝜌𝑥)18

=> 𝑥 = (2962,17

6,5 )4 1 × (1,17415

1117 )18 = 1,96 Trong đó:

𝜌𝑥 = 𝜌𝑁𝑎𝑂𝐻 = 1117 (𝑘𝑔/𝑚3)

𝜌𝑦 là khối lượng riêng trung bình pha khí.

𝜌𝑦 =𝜌30ℎℎ𝑜𝐶 + 𝜌25ℎℎ𝑜𝐶

2 =1,164 + 1,1843

2 = 1,17415 (𝑘𝑔/𝑚3) 𝑦 = 1,2 × 𝑒−4𝑥 = 1,2 × 𝑒−4.1,96 = 4,72 . 10−4

Mà 𝑦 = 𝑤𝑑𝑝

2 𝜎𝜌𝑦 𝑔𝐹𝑡𝑑3𝜌𝑥 (𝜇𝑥

𝜇𝑛)0,16

𝑤𝑑𝑝 = √𝜎×𝜌𝑦×𝑔×𝜀3𝜌𝑥

𝑦(𝜇𝑥

𝜇𝑛)0,16

Trong đó: y = 4,72 . 10−4

Bề mặt riêng (𝜎) (m2/m3) :𝜎 = 200 (m2/m3) Thể tích tự do (m3/m3) : 𝜀 = 0,7 (m3/m3) - Chọn dung môi là NaOH 10%

à𝑥(250𝐶) = 1,655 ì 10−3 (𝑁. 𝑠 𝑚⁄ 2) à𝑛(250𝐶) = 0,8937 ì 10−3(𝑁. 𝑠 𝑚⁄ 2)

( tra bảng I.101&102, sổ tay quá trình tập 1)

𝑤𝑑𝑝 = √ 𝑦×𝑔×𝜀3×𝜌𝑥

𝜎×𝜌𝑦×(𝜇𝑥

𝜇𝑛)0,16 = √ 4,72 .10−4×9,81×0,73×1117

200×1,17415 ×(1,655×10−3

0,8937×10−3)0,16 = 0,048

→ w = 0,8.𝑤𝑑𝑝 = 0,8 × 0,048 = 0,0384(𝑚 𝑠⁄ )

→ Đường kính tháp : 𝐷 = √ 𝑉𝑥

0,785×𝑤= √ 0,87

0,785×0,0384= 5,48 (m) chọn D = 5,5 m

 Diện tích tiết diện của tháp :𝐹 =𝜋×𝐷2

4 = 23,8(𝑚2) Chiều cao tháp đệm :

- Chiều cao tương đương của một đơn vị truyền khối – theo Kafarov - Đưneski 𝐻𝑡đ= 200. (𝜀

𝜎)1,2. 1

𝜔0,4 = 200 × (0,7

200)1,2× 1

0,03840,4= 0,9 𝑚

* Với Cl2

- Động lực trung bình tại đỉnh tháp hấp thụ:

𝑋𝑐 = 4,17 . 10−8 (𝑘𝑚𝑜𝑙/𝑘𝑚𝑜𝑙)thay vào PTCB Y*=660,526X ta được:

 𝑌𝑐∗= 2,75.10−5 (kmol/kmol)

 ∆𝑌𝑐𝐶𝑙2= |𝑌đ− 𝑌𝑐∗| = |3,3 × 10−5− 2,75. 10−5| = 5,5 . 10−6 (kmol/kmol) - Động lực trung bình tại đáy tháp hấp thụ:

𝑋đ = 0(𝐾𝑚𝑜𝑙

𝐾𝑚𝑜𝑙)thay vào PTCB Y* = 660,526 X ta được:

 𝑌đ∗= 0(𝐾𝑚𝑜𝑙

𝐾𝑚𝑜𝑙)

 ∆𝑌đ𝐶𝑙2 = |𝑌𝑐− 𝑌đ∗| = | 4,02 . 10−6− 0|= 4,02 . 10−6 (𝐾𝑚𝑜𝑙

𝐾𝑚𝑜𝑙) - Động lực trung bình của quá trình:

∆𝑌𝑇𝐵𝐶𝑙2 = ∆𝑌đ

𝐶𝑙2−∆𝑌𝑐𝐶𝑙2

𝑙𝑛∆𝑌đ

𝐶𝑙2

∆𝑌𝑐𝐶𝑙2

= 4,02 .10

−6 − 5,5 .10−6 𝑙𝑛 4,02 .10−6

5,5 .10−6

= 4,7 x 10-6 (𝑘𝑚𝑜𝑙/𝑘𝑚𝑜𝑙)

𝑛𝐶𝑙2 = 𝑌đ𝐶𝑙2−𝑌𝑐𝐶𝑙2

∆𝑌𝑇𝐵𝐶𝑙2 = 3,3×10

−5−4,02 .10−6

5,5 .10−6 = 5,3

- Chiều cao tương đương của một đơn vị truyền khối – theo Kafarov - Đưneski 𝐻𝑡đ = 200. (𝜀

𝜎)1,2. 1

𝜔0,4 = 200 × (0,785

90 )1,2× 1

0,03840,4 = 2,5 𝑚 Ta có:

ℎ𝐶𝑙2 = 𝐻𝑡đ× 𝑛𝐶𝑙2 = 2,5 × 5,3 = 13,25 (𝑚) Vậy chiều cao tháp đệm : HLV = ℎ𝐶𝑙2= 13,25 m.

Chọn HLV = 13,5 m.

Theo bảng 6.31/128 sổ tay thiết bị và quá trình tập 3

Đường kính ZL, mm ZC, mm

400 – 1000 1200 – 2200

≥ 2400

600 1000 1400

1500 2000 2500 ZL: Khoảng cách từ lớp đệm đến nắp

ZC: Khoảng cách từ lớp đệm đến đáy tháp

Với đường kính là 4000 mm, theo bảng ta sẽ chọn ZL = 1400 m, ZC = 2500 m

Ta có: Hlv = n×hd ;hd = (2,5÷4) m chọn hd = 3,9m => n = 3,5: số đoạn đệm và cách nhau 0,5 m

Chiều cao thực tế của tháp :

H = hd + ZL + ZC = 3000.3 +1400 + 2500 + 2.0,5 = 15601 (mm) = 15,601 m 2.6. Lực trở của tháp đệm

Tổn thất áp suất của đệm khô

∆Pk =𝜆

8×𝐻𝑤2𝜎𝜌𝑦 𝜀3 Trong đó:

+ H: chiều cao lớp đệm, H = 3 m + 𝜀 = 0,7: thể tích tự do, m3/m3

+ w: vận tốc làm việc của khí trong tháp, w = 0,048 m/s + 𝜎: bề mặt riêng, 𝜎 = 200 m2/m3

+𝜌𝑦 = 1,1755 𝑘𝑔/𝑚3: khối lượng riêng trung bình của khí + à𝑦 = 1,921 ì 10−5 (𝑁. 𝑠/𝑚2): độ nhớt động lực của dũng khớ

=> Rey = 4𝑤𝜌𝑦

𝜎𝜇 = 58,8 > 40, chế độ chảy rối =>𝜆 = 16

𝑅𝑒𝑦0,2 = 7,1

∆𝑃𝑘 = 7,1

8 ×3,9 × 0,0482× 200 × 1,1755

0,73 = 5,5 𝑁/𝑚2 Tổn thất tháp hấp thụ

- Lưu lượng đi vào tháp: L =20000 m3/h = 5,5 m3/s - Đường kính tháp : D = 5,5 m

- Tốc độ khí đi trong tháp: w = 0,0384 m/s - Chuẩn số Re giới hạn:

𝑅𝑒𝑔ℎ = 6 × (𝐷

𝛿)8/7= 6 × ( 5,5

0,00075)8/7 = 156905,65 Trong đó : 𝛿 = 0,00075 : độ nhám của thiết bị - Hệ số ma sát :

𝜆 = 0,1 × [(1,46 × 𝛿

𝐷) + 100

𝑅𝑒𝑔ℎ] = 0,1 × [(1,46 ×0,00075

5,5 ) + 100 156905,65 ]

= 8,4. 10−5

- Hệ số trở lực cục bộ trong tháp hấp thụ :ξ = 1,5 Tổn thất áp suất :

∆𝑃 = (2 × ξ + 𝜆

𝐷) × 𝜌 ×𝑤2

2 = (2 × 1,5 +8,4. 10−5

5,5 ) × 1,8 ×0,03842 2

= 0,103 𝑁/𝑚2

= 0,103 𝑁/𝑚2

* Đường ống dẫn khí

- Vận tốc khí trong ống khoảng 10 – 30 m/s. Chọn vận tốc ống dẫn khí vào bằng vận tốc trong ống dẫn khí ra v=25 m/s

* Ống dẫn khí vào

- Lưu lượng khí vào

Qv=Gℎℎ.Mkk

ρđầu = 804,95.29

1,2928.3600= 5,1 m3/s Đường kính ống dẫn khí vào

d=√4.Qv

π .v =√ 4 . 5,1

3,14 .25= 0,51 m

- Chọn ống có đường kính ống tiêu chuẩn d = 500 mm, bề dày b = 13 mm làm bằng thép không gỉ. (Theo bảng XIII.32 trang 434sổ tayQT và TBCNHCtập 2) thì chiều dài đoạn ống nối (ứng với d = 500 mm) là 150 mm.

- Để đảm bảo phân phối khí đều trong tháp ta sử dụng đĩa đục lỗ với bề dầy 5mm lỗ có đường kính 50 mm bước lỗ 50 mm.

* Ống dẫn khí ra: Trong trường hợp này chọn ống khí ra có đường kính bằng ống dẫn khí vào.

2.7. Đường ống dẫn lỏng

Vận tốc chất lỏng trong ống khoảng 1 – 3 m/s

* Ống dẫn lỏng vào

- Chọn vận tốc ống dẫn lỏng vào v = 3 m/s - Lưu lượng lỏng vào

QV = GTB

ρNaOH =2962,17

1117 = 2,66 m3/s - Đường kính ống dẫn lỏng vào

d = √4. Qv

π . v = √4 . 2,66

3,14 .3 = 1,07 m - Chọn đường kính tiêu chuẩn d = 1000 mm

- Vật liệu làm nhựa PVC

*Ống dẫn lỏng ra chọn đường kính bằng với đường kính của ống dẫn lỏng vào

2.8. Tính toán thiết bị hấp phụ CO và SO2, H2S, NO2

Các thông số:

- Lưu lượng khí thải: L = 40 000m3/h. Chọn 2 tháp hấp thụ.

- Nồng độ CO đầu vào: 8450,51 mgN/m3 = 8,5 gN/m3 - Nồng độ CO đầu ra: 900 mgN/m3 = 0,9 gN/m3

- Nồng độ SO2 đầu vào : 1825,34mgN/m3= 1,82534gN/m3 - Nồng độ SO2 đầu ra : 450 mgN/m3= 0,45 gN/m3

- Nồng độ H2S đầu vào: 33,33 mgN/m3= 0,033 gN/m3 - Nồng độ H2S đầu ra: 6,75 mgN/m3 = 6,75.10-3 gN/m3 - Nồng độ NO2 đầu vào: 2366,59 mgN/m3= 2,4 gN/m3 - Nồng độ NO2 đầu ra: 765 mgN/m3= 0,765 mgN/m3 - Nhiệt độ khí vào tháp: tk= 25oC, áp suất: p =1atm - Khối lượng riêng của than: ρthan=500kg/m3

- Đường kính hạt than: dg = 0,004 m - Độ xốp lớp hấp phụ: ε = 37%

Vì trong hỗn hợp khí còn chứa khí NO2, tuy nhiên lượng NO2 trong hỗn hợp khí rất nhỏ nên ta coi như khí vào tháp hấp phụ chỉ có CO.

Giả sử khí sau khi qua tháp hấp phụ nhiệt độ của khí thải giảm xuống còn 25C 2.8.1. Tính toán cân bằng vật chất

Đối với CO ( giống phương án 1) Đối với SO2 ( giống phương án 1) Đối với H2S:

 Đầu vào:

- Nồng độ H2S = 0,033 g/m3 - Nồng độ khí ban đầu:

𝐶𝑘 = 𝑛

V= 𝑃

𝑅𝑇 = 1

0,082.(273+25)= 0,041(𝑚𝑜𝑙 𝑙⁄ ) = 41 (mol/m3) - Nồng độ mol H2S:

(H2S)𝑣 =0,033

34 = 1. 10−3(mol/m3) - Nồng độ phần mol tuyệt đối:

𝑦𝑣 =1. 10−3

41 = 2,4 . 10−5( mol/mol hh khí) - Tỷ số mol:

𝑌𝑣 = 𝑦𝑑

1 − 𝑦𝑑 = 2,4 . 10−5( mol CO/mol khí)

 Đầu ra:

- Nồng độ mol H2S: 6,75.10-3gN/m3 (𝐻2𝑆)𝑟 =6,75.10 − 3

34 = 1,99 . 10−4(mol/m3)

- Nồng độ phần mol:

𝑦𝑟 =1,99 . 10−4

41 = 4,86.10−6( mol H2S/mol hh khí) - Tỷ số mol:

𝑌𝑟 = 𝑦𝑐

1 − 𝑦𝑐 = 4,86.10−6( mol H2S/mol khí) - Hiệu suất lí thuyết:

η = 𝑦𝑣 − 𝑦𝑟

ȳ𝑣 × 100% = 2,4 . 10−5− 4,86.10−6

2,4 . 10−5 × 100% = 80%

- Lượng khí H2S đi vào tháp hấp phụ trong 1h:

𝑚𝐻𝑣2𝑆 = Q × 𝐶𝑣 = 20000/2 × 0,033 = 330 (g/h) = 0,33 (kg/h) - Lượng khí H2S đi ra khỏi tháp:

𝑚𝐻𝑟2𝑆= Cr×Q = 6,75.10-3 ×20000/2= 67,5 (g/h) = 0,0675 (kg/h) - Lượng H2S bị giữ lại trong tháp trong 1 giờ

𝑚𝐻𝑔𝑙2𝑆 = 𝑚𝐻𝑣2𝑆 - 𝑚𝐻𝑟2𝑆 =0,33 – 0,0675 = 0,2625 (kg/h) - Khối lượng riêng của H2S ở 30oC

𝜌30H2S𝑜𝐶 = 𝜌𝑜x 𝑇𝑜 × 𝑝

𝑃𝑇 = 𝑀

22,4 x 𝑇𝑜 × 𝑝

𝑃𝑜𝑇 = 34

22,4 x 273× 1

1 × (273+30) = 1,36 (kg/m3) - Thể tích H2S bị giữ lại trong tháp

V = 𝑚𝑁𝑂2

𝑔𝑙

𝜌30𝑜𝐶𝑁𝑂2 = 0,2625

1,36 = 0,2 m3 Đối với NO2

- Nồng độ khí ban đầu Ck = 𝑃

𝑅𝑇 = 1

0,082 × (273+25) = 0,041 (mol/l) = 41 (mol/m3) - Nồng độ mol NO2 ban đầu: 𝐶𝑁𝑂𝑏đ2 = 𝐶𝑁𝑂2

𝑣

𝑀𝑁𝑂2 = 2,4

46 = 0,06 (mol/m3) - Nồng độ phần mol ban đầu NO2:

𝑦𝑁𝑂𝑏đ2 = 𝐶𝑁𝑂2

𝑏đ

𝐶k = 0,06

41 = 1,46 x 10−3 (mol SO2/mol không khí)

 𝑌𝑁𝑂𝑏đ2 = 𝑦𝑁𝑂2

𝑏đ

1− 𝑦𝑁𝑂2𝑏đ = 1,46 x 10

−3

1−1,46x 10−3 = 1,46 x 10−3 (mol/mol) Đầu ra

Ta có: + Ở 250C: PV = n1’T1’ + Ở 300C: PV = n2T2

 n1’T1’ = n2T2 hay C1’T1’= C2T2

↔C2 = 𝐶1𝑇1

𝑇2 = 𝐶1×(273+25)

273+30 = 𝐶1×298

303 = 765 ×298

303 = 752,38 mg/Nm3

(Nồng độ các chất khí ở 250C là lấy theo cột B Bảng 1 QCVN 19:2009/BTNMT) - Nồng độ mol NO2 ra: 𝐶𝑁𝑂𝑟 2 = 752,38 mg/Nm3 = 0,76 g/Nm3

- Nồng độ mol của NO2 cuối: 𝐶𝑁𝑂𝑐 2 = 𝐶𝑁𝑂2

𝑟

𝑀𝑁𝑂2 = 0,76

46 = 0,017 (mol/m3) - Nồng độ phần mol cuối của SO2

𝑦𝑁𝑂𝑐 2 = 𝐶𝑁𝑂2

𝑐

𝐶k = 0,017

41 = 4,2 x 10−4 (mol SO2/mol không khí)

 𝑌𝑁𝑂𝑐 2 = 𝑦𝑁𝑂2

𝑐

1− 𝑦𝑁𝑂2𝑐 = 4,2 x 10

−4

1− 4,2 x 10−4 = 4,2 x 10−4 (mol/mol) - Hiệu suất của quá trình hấp phụ

η = 𝑌𝑁𝑂2

𝑏đ − 𝑌𝑁𝑂2𝑐

𝑌𝑁𝑂2𝑏đ x 100% = 1,46 x 10

−3 − 4,2 x 10−4

1,46 x 10−3 x 100% = 72 % - Lượng NO2 vào tháp trong 1 giờ

𝑚𝑁𝑂𝑣 2 = Q x 𝐶𝑁𝑂𝑣 2 = 10000 x 2,4 = 24000 (g/h) = 24 (kg/h) - Lượng NO2 ra khỏi tháp trong 1 giờ

𝑚𝑁𝑂𝑟 2 = Q x 𝐶𝑁𝑂𝑟 2 = 10000 x 0,76 = 7600 (g/h) = 7,6 (kg/h) - Lượng NO2 bị giữ lại trong tháp trong 1 giờ

𝑚𝑁𝑂

2

𝑔𝑙 = 𝑚𝑁𝑂𝑣 2 - 𝑚𝑁𝑂𝑟 2 = 24 – 7,6 = 16,4 (kg/h) - Khối lượng riêng của NO2 ở 30oC

𝜌30𝑜𝐶 𝑁𝑂2

= 𝜌𝑜x 𝑇𝑜 × 𝑝

𝑃𝑇 = 𝑀

22,4 x 𝑇𝑜 × 𝑝

𝑃𝑜𝑇 = 46

22,4 x 273× 1

1 × (273+30) = 1,85 (kg/m3) - Thể tích NO2 bị giữ lại trong tháp

V = 𝑚𝑁𝑂2

𝑔𝑙

𝜌30𝑜𝐶𝑁𝑂2 = 16,4

1,85 = 9 m3

- Thể tích của than trong lớp hấp phụ:

Đối với CO

𝑉 =𝑚𝑡ℎ𝑎𝑛

ρt =8685,72

500 = 17,4 𝑚3 Đối vs SO2

V = 𝑚𝑡ℎ𝑎𝑛

𝜌𝑡ℎ𝑎𝑛 = 613,4

340 = 1,80 (m3) Đối với NO2

V = 𝑚𝑡ℎ𝑎𝑛

𝜌𝑡ℎ𝑎𝑛 = 736

500 = 1,5 (m3) Đối với H2S

V = 𝑚𝑡ℎ𝑎𝑛

𝜌𝑡ℎ𝑎𝑛 = 314,3

500 = 0,7 (m3) - Chiều cao làm việc của tháp:

𝐻𝑙𝑣 =𝑉

𝐹 =17,4

1,13 = 15,4 𝑚

Chiều cao phần tách lỏng Hc và cách đáy Hd được chọn theo bảng sau , phụ thuộc vào đường kính tháp

D Hc (m) Hd (m)

1.0 – 1.8 0.8 2.0

2.0 – 2.6 1.0 2.5

2.8 – 4.0 1.2 3.0

(Trích tài liệu học tập Kỹ thuật xử lý khí thải - CBGD Dư Mỹ Lệ - Quá trình hấp thụ) Ta có D= 1,7 m =>Hc= 0,8 m và Hd=2 m

=> Tổng chiểu cao của tháp hấp phụ : H=Hlv+Hc+Hd= 15,4+0,8+2 = 18,2 m Chọn chiều cao tháp hấp phụ: H=18,2m

Chọn nắp tháp có đường kính d= 1,5 m

Cửa dẫn khí vào, ra và cửa dẫn than vào ra =0,5 m

ngày 21.01.2015 của ngày 21.01.2015 của

TỈ LỆ 1:40 SVTH GVHD

LÊ BẢO LINH ĐOÀN THỊ OANH

ĐỒ ÁN MÔN HỌC KĨ THUẬT XỬ LÍ KHÍ THẢI ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA MÔI TRƯỜNG

I II III IV

V

VI

STT I II III IV V VI

CHÚ THÍCH BUỒNG LẮNG BỤI XYCLON

TÚI LỌC BỤI THÁP HẤP THỤ BỂ CHỨA HÓA CHẤT BƠM

SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ

KHÍ VÀO

KHÍ RA

ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA MÔI TRƯỜNG

TỈ LỆ

3000 850

KHÍ VÀO KHÍ RA

4

3

1000

1 2

STT THIẾT BỊ ỐNG DẪN KHÍ VÀO ỐNG DẪN KHÍ RA THÙNG CHỨA BỤI CỬA XẢ BỤI 4

3 2 1

2200

1400 900