Đồ án khí thải
XỬ LÝ SỐ LIỆU
Thông số đầu vào
- Nhà A: - Nhà B: bA = 6m bB = 40m lA = 50m lB = 70m hA = 3m hB = 5m
Thông số khí thải nhà máy A:
Nồng độ khí thải (mg/m 3 )
- Cỡ hạt (: Đường kính cỡ hạt δ (μm) 0_5 5_10 10_20 20_30 30_40 40_50 50_60 60_70 Phần trăm khối lượng 12 12 13 13 10 16 12 12
Khí quyển trung tính (cấp D)
Tính toán nồng độ cho phép
Theo QCVN 19:2009/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải công nghiệp đối với bụi và các chất vô cơ
+ Cmax: Nồng độ tối đa cho phép đối với hạt bụi và các chất vô cơ trong khí thải công nghiệp.
Nồng độ bụi và các chất vô cơ được quy định theo cột B của QCVN 19:2009/BTNMT Hệ số lưu lượng nguồn thải Kp được xác định là 1, theo bảng 2 của QCVN 19:2009/BTNMT, trong khi lưu lượng thải của nhà máy đạt 20.000 m³/h.
+ Hệ số vùng, chọn Kv = 0,6 đối với đô thị loại I
Bảng 1: Nồng độ tối đa cho phép đối với hạt bụi và các chất vô cơ trong khí thải công nghiệp
STT Thành phần C (mg/m 3 ) - cột B, QCVN
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
Ở nhiệt độ 200 độ C, nồng độ tối đa cho phép của các chất vô cơ (Cmax) được xác định ở 25 độ C Do đó, trước khi so sánh nồng độ để xác định bụi hoặc khí thải nào vượt tiêu chuẩn, cần phải quy đổi nồng độ tương ứng.
C1(200 o C) C 2 (25 o C) Đây là trường hợp điều kiện đẳng áp với: Áp suất p1 = p2 = 760 mmHg t1= 200 o C T1= 473 o F t2 = 25 o C T2 = 298 o F
Từ phương trình khí lý tưởng: PV = nRT
C1, T1: Nồng độ của các thành phần trong khí thải (mg/m 3 ) ở nhiệt độ tuyệt đối T1 = 473 o F
C2, T2: Nồng độ của các thành phần trong khí thải (mg/Nm 3 ) ở nhiệt độ tuyệt đối T2 = 298 o F Bảng 2: Nồng độ các thành phần trong khói thải ở 25 o C
Từ tính toán trên, Ta được bảng số liệu:
C max mg/Nm 3 Kết luận
Phải xử lý bụi và các khí thải phát sinh (CO, Cl2, H2S, SO2, NO2)
Hiệu suất tối thiểu để xử lý các chỉ tiêu
: Hiệu suất để xử lý từng chỉ tiêu
Cv: Hàm lượng chất ô nhiễm trong hỗn hợp khí thải vào (mg/m 3 )
Bảng 1.6 Hiệu suất xử lý các chỉ tiêu
Tên C v (mg/Nm 3 ) C r (mg/Nm 3 ) ()
CÔNG NGHỆ XỬ LÝ
Tính toán lan truyền
Nhà A có kích thước: Chiều rộng b = 6 m
- Xét b = 6 m < 2,5hA = 7,5 m => Nhà hẹp l = 50 m > 10 hA = 30 m => Nhà dài
Nhà B có kích thước: Chiều rộng b = 6 m
- Xét b = 6 m < 2,5hB = 12,5m => Nhà hẹp l = 70 m > 10hB = 50m => Nhà dài
Ta có x1 là khoảng cách mép tường sau nhà thứ nhất đến mép tường trước nhà sau x1 = L1 = 15 m
Nhà A là nhà hẹp ở đầu hướng gió.
Xét x1 = 15 m < 10h = 30 m => Nhà A và nhà B là nhóm nhà
Nhà đầu hẹp, 2 nhà đứng trong nhóm nhà ta có:
Hgh = 0,36(bz + x) + hB = 0,36 ( b + x) + hB = 0,36 ( 6 + 15) + 5 = 11,84 (m) Trong đó: bz : Khoảng cách từ mặt sau nhà đến nguồn thải
Chọn độ nhám mặt đất là 0,01
Khí quyển trung tính cấp D
- Vận tốc gió tại miệng ống khói:
u0: Vận tốc gió quan trắc tại chiều cao z0 = 10m Ta có u0 = 2 m/s
z: Chiều cao ống khói HÔ = 10 m
- Vận tốc ban đầu của luồng khói tại miệng ống:
D: Đường kính ống khói Chọn D = 1000mm = 1m
- Độ cao nâng của luồng khói áp dụng công thức của Holland:
D là đường kính ống khói Chọn D = 1 m
w: Vận tốc ban đầu của luồng khói tại miệng ống, w = 1,77 m/s
u: Vận tốc gió tại miệng ống khói, u = 2 m/s.
TK: Nhiệt độ tuyệt đối của khói tại miệng ống khói, K
Nhiệt độ của khói là 80 o C
: Chênh lệch nhiệt độ giữa khói và không khí xung quanh, o C / K
- Nhiệt độ không khí xung quanh là 25 o C
- Độ cao hiệu quả của nguồn thải:
Xét Hhq = 18,81 m > Hgh = 11,84 m => Nguồn thải là nguồn cao
Tính toán khuếch tán tại nguồn điểm cao
Công thức tính toán tải lượng: M = C x L
C: Là nồng độ chất ô nhiễm
* Tính toán tải lượng phát thải bụi:
- Trước khi xử lý: Mtxl = (g/s)
- Sau khi xử lý: Msxl = (g/s)
* Tính toán tải lượng phát thải SO2 :
- Trước khi xử lý: Mtxl = (g/s)
- Sau khi xử lý: Msxl = (g/s) b Mô hình khuếch tán
Sử dụng phần mềm ENVIM 2011 với phần Cap.
Nhập các thông số về hướng gió và vận tốc tần suất theo quy định trong QCXDVN 02:2008/BXD - Quy chuẩn xây dựng Việt Nam, phần số liệu điều kiện tự nhiên dùng trong xây dựng.
Nhập dữ liệu cho tháng 1 và tháng 6 Chọn vị trí đặt ống khói cách khu dân cư 1km theo hướng gió.
Các thông số dữ liệu ống khói:
Nhiệt độ xung quanh: Txq = 25 0 C
Nhiệt độ khí thải: Tkt = 200 0 C
Lưu lượng L = 20000 m 3 /h = 5,56 m 3 /s Đường kính ống D = 1m
Các bước xây dựng mô hình lan truyền phát thải bụi trước xử lý:
* Kết quả chạy mô hình:
Các bước xây dựng mô hình lan truyền phát thải bụi sau xử lý:
Kết quả chạy mô hình
Mô hình lan truyền SO 2 sau xử lý: c Giá trị về nồng độ chất ô nhiễm
Giá trị nồng độ chất ô nhiễm được trình bày trong bảng dưới đây, với nồng độ trung bình 1 giờ phản ánh mức độ ô nhiễm trong suốt thời gian tính toán.
Bảng 1 Kết quả tính toán nồng độ phát thải tại mặt đất trung bình 1h
Phát thải TB 1h mùa Đông
Phát tán Bụi trước xử lý (àg/m 3 )
Phát thải TB 1h mùa Đông
TB 1h xử lý(àg/m 3 ) d Biểu đồ khuếch tán theo hướng gió
ĐỀ XUẤT DÂY TRUYỀN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ
2.3.1 Lựa chọn phương pháp xử lý:
Buồng lắng bụi hoạt động dựa trên nguyên lý khi dòng khí chứa bụi chuyển động từ ống dẫn có tiết diện nhỏ vào buồng lắng có tiết diện lớn, làm giảm tốc độ của khí và bụi, giúp các hạt bụi lắng xuống dưới tác dụng của trọng lực Cấu tạo của buồng lắng bụi là không gian hình hộp với tiết diện ngang lớn hơn nhiều lần so với ống dẫn khí, cho phép khí giảm tốc độ và tạo điều kiện cho bụi rơi xuống đáy và bị giữ lại Tuy nhiên, buồng lắng bụi cũng có những ưu điểm và nhược điểm riêng cần được xem xét.
+ Chi phí đầu tư ban đầu thấp, vận hành thấp.
Sử dụng thiết bị trong xử lý khí có nồng độ bụi cao, đặc biệt là trong ngành công nghiệp luyện kim và nấu chảy kim loại, giúp loại bỏ các hạt bụi lớn hiệu quả.
+ Tổn thất áp suất qua thiết bị thấp.
+ Buồng lắng bụi làm việc tốt với khí có nhiệt độ cao và môi trường ăn mòn.
+ Phải làm sạch thủ công định kì.
+ Cồng kềnh, chiếm nhiều diện tích, cần có không gian lớn khi lắp đặt.
+ Chỉ tách được bụi thô.
+ Không thể thu được bụi có độ bám dính và dính ướt.
Xyclon a) Nguyên tắc: Tách bụi bằng lực ly tâm.
Xyclon là một thiết bị hình trụ tròn, với miệng dẫn khí ở phía trên, giúp không khí chảy xoáy theo đường xoắn ốc dọc bề mặt trong Khi không khí xuống đến phần phễu, nó sẽ chuyển động ngược lên trên và thoát ra ngoài qua ống tâm Các hạt bụi trong dòng khí sẽ bị cuốn theo và nhờ lực ly tâm, chúng sẽ di chuyển ra xa tâm quay, va chạm với vỏ ngoài của Xyclon, làm mất động năng và rơi xuống phễu thu Tại đây, hạt bụi sẽ được xả ra ngoài Ưu điểm của Xyclon là khả năng tách bụi hiệu quả và dễ dàng vận hành, trong khi nhược điểm có thể là hiệu suất không cao với các hạt bụi nhỏ.
+ Không có bộ phận chuyển động;
+ Có thể làm việc ở nhiệt độ cao (đến 500 0 C);
+ Vận tốc khí làm việc lớn (2,2-5m/s);
+ Có khả năng thu bụi mài mòn mà không cần bảo vệ bề mặt Xyclon;
+ Chế tạo đơn giản, giá thành rẻ;
+ Chi phí vận hành sửa chữa thấp;
+ Có thể làm việc ở điêu kiện nhiệt độ, áp suất khác nhau;
+ Tách bụi có đường kính < 20
+ Không thể thu hồi được bụi có tính kết dính;
+ Tổn thất áp suất lớn;
+ Hiệu quả lọc bụi giảm khi kích thước hạt bụi < 5
Các loại lưới lọc bụi: a) Thiết bị lọc bụi túi vải:
Vật liệu lọc cho thiết bị này chủ yếu bao gồm vải bông, len dạ, vải sợi tổng hợp và vải sợi thủy tinh, trong đó vải tổng hợp được ưa chuộng nhất nhờ vào khả năng chịu nhiệt độ cao, độ bền tốt trước tác động cơ học và hóa học, cùng với giá thành hợp lý Thông số quan trọng nhất của vải lọc là tải trong khí qua vải, được đo bằng m³/m².ph.
Quá trình lọc bụi trên vải xảy ra theo 3 giai đoạn:
Trong giai đoạn đầu tiên, khi vải còn mới và sạch, bụi bẩn sẽ lắng đọng trên các lớp xơ bề mặt sợi Tại thời điểm này, hiệu suất lọc bụi của vải vẫn còn thấp.
Giai đoạn thứ 2 trong quá trình lọc bụi là khi một lớp bụi đã hình thành trên bề mặt vải, tạo thành môi trường lọc thứ hai Lớp bụi này có khả năng lọc bụi rất hiệu quả, nâng cao hiệu suất lọc trong giai đoạn này.
Sau một thời gian sử dụng, bụi bám trên vải lọc sẽ dày lên, gây cản trở cho dòng khí Do đó, việc làm sạch vải lọc là cần thiết Mặc dù sau khi làm sạch, vẫn còn một lượng bụi nằm giữa các sợi vải, nhưng trong giai đoạn này, hiệu suất lọc vẫn duy trì ở mức cao.
Thiết bị lọc bụi sử dụng túi vải lọc hình trụ có đường kính tối đa 600mm và chiều dài gấp 16 đến 20 lần đường kính Bên trong túi lọc thường có khung đỡ bằng thép, và các túi lọc được sắp xếp thành từng dãy song song hoặc so le để tối ưu hiệu quả lọc bụi.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống lọc bụi bắt đầu khi không khí chứa bụi được dẫn qua ống vào hộp phân phối, nơi không khí đi lên giữa các túi vải Bụi sẽ bị giữ lại trên bề mặt ngoài của ống, trong khi không khí sạch sẽ đi vào bên trong ống vải, tiếp tục di chuyển lên trên vào hộp góp và thoát ra ngoài Sau một thời gian sử dụng, bụi tích tụ nhiều trên bề mặt túi vải sẽ làm tăng trở lực của hệ thống, do đó cần tiến hành hoàn nguyên túi lọc để duy trì hiệu suất hoạt động.
Phương pháp hoàn nguyên bộ túi vải đóng vai trò quan trọng liên quan đến vật liệu vải lọc, sức cản khí động, tải trọng không khí cần lọc và chi phí năng lượng Hiện có hai phương pháp hoàn nguyên chính.
- Cơ khí: lắc rung và đôi khi vặn xoắn.
- Thổi bằng nén khí: thổi ngược, thổi liên tục hoặc thổi xung.
Thiết bị lọc túi vải có hiệu suất thu bụi cao đến trên 99% và tổn thất áp lực vao khoảng 1300-1400 N/m 2
Trở lực khí động của vải chưa bám bụi khi lưu lượng khí từ 0,3-2 m/s thường từ 5-
Nồng độ bụi sau khi lọc vải đạt mức 10-50mg/m³ Lưới lọc bụi kiểu tấm được chế tạo từ nhiều vật liệu khác nhau, tạo ra các lỗ rỗng với hai mặt căng lưới thép và vật đệm như sợi thủy tinh hoặc sợi tổng hợp Kích thước vật liệu đệm càng nhỏ thì lỗ rỗng càng nhỏ, giúp lọc bụi mịn hiệu quả Tùy thuộc vào lưu lượng không khí cần lọc, diện tích các tấm lọc được tính toán và sắp xếp hợp lý vào thiết bị, có thể là đứng, nghiêng, phẳng hoặc ngang Thiết bị lọc bụi dạng sơ sợi cũng là một giải pháp hiệu quả trong việc kiểm soát ô nhiễm không khí.
Thiết bị lọc dạng xơ sợi bao gồm nhiều lớp lọc với sự phân bố đồng đều các xơ sợi, được sử dụng để lọc bụi có nồng độ từ 0,5-5mg/m³ Các thiết bị này được phân loại thành nhiều loại khác nhau.
Các thiết bị lọc sơ mỏng có khả năng làm sạch hiệu quả các thể tích khí lớn, thu hồi bụi kích thước nhỏ từ 0,1-5 micron với hiệu suất trên 99% Chúng thường được thiết kế dưới dạng tấm phẳng hoặc lớp vật liệu mỏng với sợi nhỏ hơn 5 Vận tốc lọc của thiết bị này dao động từ 0,01 đến 0,1 m/s và nồng độ bụi ban đầu không vượt quá 5 mg/m³ Tuy nhiên, loại thiết bị này không cho phép tái sinh vật liệu lọc, do đó sau một thời gian sử dụng, cần phải thay thế toàn bộ bộ lọc hoặc vật liệu lọc.
Thiết bị lọc thô được cải tiến để khắc phục nhược điểm về thời gian sử dụng ngắn và yêu cầu thay thế thường xuyên Nhiều trường hợp sử dụng thiết bị lọc với nhiều lớp xơ sợi dày hơn và đường kính xơ sợi lớn hơn (từ 1-20) Với tốc độ lọc từ 0,05-0,1m/s, khả năng thu hồi bụi có kích thước trên 1 của bộ lọc này rất cao.
Ưu và nhược điểm của lưới lọc bụi:
+ Hiệu suất tách bụi cao >99%.
+ Tỏch được bụi cú kớch thước d 99%
- Tách được bụi có kích thước nhỏ.
- Tổn thất áp suất thấp.
- Có thể làm việc ở nhiệt độ và áp suất cao hay trong môi trường chân không.
- Dễ điều khiển và tự động hóa.
- Khi thay đổi thông số công nghệ, hiệu quả tách bụi giảm mạnh.
- Không thích hợp với việc làm sạch khí chứa chất dễ nổ.
Phải tùy thuộc vào hiệu suất yêu cầu xử lý bụi và đặc điểm của dòng khí thải mà lựa chọn phương pháp xử lý bụi.
Lựa chọn phương pháp xử lý khí: a) Phương pháp hấp thụ:
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ XỬ LÝ
Xử lý bụi
Các thông số đầu vào
Các đại lượng Đơn vị Số liệu
Nồng độ bụi ban đầu mg/m 3 20000
Khối lượng riêng của bụi kg/m 3 2000
Khối lượng riêng của khí thải kg/m 3 1,2 Độ nhớt của không khí kg/m.s 18,6.10 -6
Bảng: Dải phân cấp cỡ hạt Đường kính cỡ hạt δ (μm) 0_5 5_10 10_20 20_30 30_40 40_50 50_60 60_70 Phần trăm khối lượng 12 12 13 13 10 16 12 12
1 Xử lý bằng buồng lắng bụi:
- Lựa chọn thiết bị buồng lắng để xử lý bụi
- Dựa vào dải phân cấp cỡ hạt bụi trên
Chọn nghĩa là buồng lắng có thể lọc toàn bộ cỡ hạt d 0
(Sách kỹ thuật xử lý khí thải-ĐH TN và MT HN_trang 77) Trong đó:
+ à : Độ nhớt của khớ thải ở 200 o C
Hệ số nhớt động lực của khí thải ở 200 o C, tính theo công thức gần đúng củaSutherland:
(Sách kỹ thuật xử lý khí thải-ĐH TN và MT HN_trang 73)
L : lưu lượng khí thải, L = 5,56 (m 3 /s) ρb : Trọng lượng riêng của bụi, ρb = 2000 kg/m 3 l : Chiều dài buồng lắng (m) B: Chiều rộng buồng lắng (m)
- Hiệu suất tối thiểu cần để xử lý bụi: ηo=×100 = ×100% = 99,4%
- Chọn 2 buồng lắng đặt song song.
- Lưu lượng để tính toán của 1 buồng hoạt động là:
Tính toán cho 1 buồng lắng:
Chọn vận tốc khí trong buồng lắng là u = 0,35m/s ( Cần phải sử dụng đến Xyclon.
Kích thước chi tiết của buồng lắng:
STT Các thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị
6 Ống đầu vào, ống ra lxbxh m 0,4x0,3
8 Chiều cao thùng chứa bụi h m 1,2
9 Chiều rộng thùng chứa bụi b m 2
10 Chiều dài thùng chứa bụi L1 m 3,6
- Các thông số cần thiết cho tính toán và thiết kế:
+ Lưu lượng khí vào Xyclon: 20000 m 3 /h = 5,56 m 3 /s + Khối lượng riêng của hạt bụi: 2000kg/m 3
+ Nồng độ bụi vào Xyclon: 10,77 g/m 3
Đường kính của Xyclon được ký hiệu là D (m), trong khi chiều rộng của cửa dẫn khí vào là b (m) và chiều cao ống dẫn khí vào là a (m) Chiều cao của thân hình trụ được gọi là h1 (m), còn chiều cao làm việc hiệu quả của Xyclon là l (m) Bán kính ống trung tâm và thân hình trụ lần lượt được ký hiệu là r1 và r2 (m) Độ nhớt của khói thải được biểu thị bằng ký hiệu à (kg/m.s hoặc Pa.s), và trọng lượng riêng của bụi là (kg/m³).
L là lưu lượng khí thải (m 3 /s) -trọng lượng riêng của khí
Do hàm lượng bụi kích thước nhỏ sau khi đi qua buồng lắng vẫn chiếm trên 40%, chúng tôi đã thiết kế hai Xyclon giống nhau, một cái dự phòng Nhờ đó, hiệu quả lọc bụi chung của hệ thống đạt được tương đối cao, đồng thời tổn thất áp suất vẫn được giữ ở mức thấp.
Lưu lượng khí vào mỗi xyclon là 10000 m 3 /h = 2,78 m 3 /s
- Theo kích thước tiêu chuẩn của Xyclon theo Stairmand với loại lưu lượng khí thải nhỏ, ta có: b = 0,2D; a = 0,5D;
Diện tích tiết diện ngang của Xyclon:
Trong đó: F là diện tích tiết diện ngang của Xyclon (m 2 )
L là lưu lượng dòng khí (m 3 /s)
Wq là tốc độ quy ước (=2,2-2,5 m/s) => Chọn 2,5 m/s.
Vận tốc dòng khí tại cửa vào:
- Vận tốc tiếp tuyến trung bình bên trong Xyclon:
- Bán kính trung bình của Xyclon:
= 2,448 (n là số vòng quay; vg/s) min= = 3,210 -5 (m) = 32 m)
Tổng chiều cao làm việc của Xyclon:
- Thể tích làm việc của Xyclon:
- Hiệu suất của cỡ hạt: η() = x100%
1 Phân cấp cỡ hạt ban đầu (%klg)
Lượng bụi Gi trên 1m 3 khí thải
Hiệu quả lọc theo cỡ hạt η (δ)
Lượng bụi còn lại sau xyclon
Dải phân cấp cỡ hạt của bụi còn lại sau lọc CT:
Hiệu quả xử lý của thiết bị:
Như vậy, hiệu quả lọc của buồng lắng và Xyclon là không thỏa mãn yêu cầu => Cần phải sử dụng đến Lưới lọc bụi.
Diện tích tiết diện ngang của Xyclon:
Trong đó: F là diện tích tiết diện ngang của Xyclon (m 2 )
L là lưu lượng dòng khí (m 3 /s)
Vận tốc dòng khí tại cửa vào:
- Thể tích làm việc của Xyclon:
Kích thước chi tiết của Xyclon:
STT Các thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị
1 Chiều rộng của cửa dẫn khí vào b m 0,3
2 Chiều cao ống dẫn khí vào a m 0,75
3 Chiều cao của thân hình trụ H m 2,25
4 Chiều cao phần thân hình phễu H’ m 3,75
5 Bán kính ống trụ trung tâm r1 m 0,375
6 Bán kính thân hình trụ r2 m 0,75
7 Chiều cao toàn phần Htp m 6
- Trọng lượng riêng của bụi: b = 2000 (kg/m 3 )
- Trọng lượng riêng của khí: k = 1,2 (kg/m 3 )
- Nồng độ bụi vào thiết bị: Cv = 3,883 (g/m 3 ) = 3883 (mg/m 3 )
- Hiệu suất tối thiểu mà túi lọc bụi cần xử lý để bụi thải ra đạt QCVN
- Ta chọn loại túi vải tổng hợp (vì vải tổng hợp chịu được nhiệt độ cao, bền dưới tác dụng cơ học và hóa học, rẻ tiền)
chọn vận tốc lọc là V=1 (m/ph) = 0,016 m/s
(Sách kỹ thuật xử lý khí thải-ĐH TN và MT HN_trang 107)
- Tổng diện tích bề mặt túi vải:
- Chọn đường kính túi vải: D= (125mm - 300mm)
( Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải_tập 2_trang 162)
( Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải_tập 2_trang 162)
- Diện tích túi vải: f =Dh= 3,14= 3,3 (m 2 )
Chọn số túi vải là 54 túi Có 54 túi được chia thành 11 hàng ngang và 4 hàng dọc.
+ Giữa túi vải ngoài cùng đến mặt trong của thiết bị, đơn nguyên là d3= 0,1m +Chọn bề dày của thiết bị, đơn nguyên = 0,003m
+ Khoảng cách giữa các đơn nguyên b = 0,1m
Đặt 6 đơn nguyên thành 3 hàng dọc và 2 hàng ngang.
Chiều dài của một đơn nguyên:
Chiều dài của một đơn nguyên: lấy 4.5m
Chiều rộng của một đơn nguyên:
- Tổn thất áp lực của thiết bị lọc bụi túi vải vào khoảng 1300-1400N/m 2
( Kỹ thuật xử lý khí thải_ĐH TN và MT HN_trang 101)
Kích thước chi tiết của thiết bị lọc bụi túi vải:
STT Các thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị
4 Tổng diện tích bề mặt túi vải cần dùng
5 Khoảng cách giữa các túi d1 m 0,1
6 Khoảng cách giữa các hàng d2 m 0,1
7 Giữa túi vải ngoài cùng đến mặt trong của thiết bị, đơn nguyên d3 m 0,1
Xử lý khí
Xử lý 5 khí: CO, Cl2 ,SO2, H2S, NO2
Bảng 2.10 Các thông số đầu vào
Các đại lượng Đơn vị Số liệu
Nồng độ Cl2 ban đầu mg/m 3 40
Nồng độ SO2 ban đầu mg/m 3 800
Nồng độ H2S ban đầu mg/m 3 21
Nồng độ NO2 ban đầu mg/m 3 2110
Nồng độ CO ban đầu mg/m 3 3300
2.2.1 Tính toán số liệu đầu vào:
Nhiệt độ khí thải ban đầu là 200 °C, nhưng sau khi trải qua các quá trình lọc bụi, nhiệt độ của dòng khí thải đã giảm xuống còn 30 °C.
Bảng 2.11: Nồng độ các khí ở 30 0 C
- 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:
Bảng 2.12: Lượng mol và nồng độ phần mol đầu vào
2.2.2.Tính toán số liệu đầu ra:
C2 = = (Nồng độ các chất khí ở 25 0 C là lấy theo cột B QCVN 19:2009/BTNMT)
Bảng 2.13: Nồng độ các chất khí ở 30 0 C
TT Nồng độ Đơn Vị Ở 25 0 C Ở 30 0 C.
- Lượng mol hỗn hợp khí đầu ra:
- Lượng mol khí đầu ra:
- Nồng độ phần mol tuyệt đối:
= ( -Nồng độ phần mol tương đối:
Bảng 2.14: Khối lượng mol và nồng độ phần mol các khí đầu ra
Bảng 2.15: Hiệu suất xử lý các khí
- Lượng mol khí H2S bị hấp thụ:
- Lượng mol khí NO2 bị hấp thụ:
- Lượng mol khí SO2 bị hấp thụ:
- Lượng mol khí Cl2 bị hấp thụ:
- Lượng mol khí CO bị hấp thụ:
2.2.3 Xây dựng đường cân bằng và đường làm việc:
Xây dựng đường cân bằng:
- Phương trình đường cân bằng có dạng: y* = mx
Hệ số Henry được xác định theo bảng 3.1 trong tài liệu về các quá trình thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm, Tập 4, trang 153 Trong đó, áp suất được đo bằng mmHg và nhiệt độ trong tháp là 30°C.
Bảng 2.16: Phương trình cân bằng của các chất khí:
Xây dựng đường làm việc:
- Ta có: thay vào PTCB =>
: 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_Các quá trình, thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm-Tập 4)
+ Chọn hệ số thừa dư thực tế là 1,2.
Lượng dung môi thực tế: = 1,2
Lượng dung môi cần thiết: GX= Gtr
Xc = ( Bảng 2.17: Các thông số tính toán của các chất khí
4,59E-03 8,78E-04 7,41E-08 5,01E+04 6,01E+04 6,17E-08 Đơn vị Kmol/Kmol Kmol/Kmol Kmol/Kmol Kmol/h Kmol/h Kmol/Kmol
2.2.4 Tính toán lượng dung dịch Na 2 CO 3 cần dùng để hấp thụ khí Cl 2 và NO 2
Phương trình phản ứng chủ yếu xảy ra trong tháp hấp thụ:
2Cl2 + 3Na2CO3 ↔ 5NaCl + NaClO3 + 3CO2
2NO2 + Na2CO3 → NaNO3 + NaNO2 + CO2
- Từ phương trình hóa học:
2Cl2 + 3Na2CO3 ↔ 5NaCl + NaClO3 + 3CO2
- Từ phương trình hóa học:
2NO2 + Na2CO3 → NaNO3 + NaNO2 + CO2
Khối lượng dung dịch Na2CO3 cần thiết để hấp thụ các khí Cl2 và NO2 là:
Thể tích dung dịch Na2CO3 trong 1h cung cấp vào trong tháp:
2.2.5 Tính toán tháp hấp thụ khí Cl 2 và NO 2 :
( Bảng IX.8_Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ _Tập 2_Trang 193)
Chọn đệm xếp lộn xộn:
- Đệm vòng sứ Rasich (do các khí có tính axit)
- Bề mặt riêng của đệm () (m 2 /m 3 ): 95
- Thể tích tự do của đệm ((m 3 /m 3 ): 0,79
- Khối lượng riêng của đệm (: 500
Trong quá trình thiết kế tháp, lưu lượng pha khí theo thể tích được ký hiệu là Vy, trong khi vận tốc làm việc của tháp được xác định trong khoảng w = (0.8 – 0.9).
Chọn w= 0,8 là vận tốc đảo pha được xác định bằng công thức
Y = 1,2 ( CT IX.114_Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ _Tập 2_Trang 187)
+ Trong đó: X = 1000 là khối lượng riêng trung bình pha khí.
( CT IX.114_Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ _Tập 2_Trang 187)
(tra bảng I.56-Tại x=5% (Nội suy) _Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất_Tập 1_Trang 45)
= = 1,0466 = 1046,6 (CT I.6_Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất_Tập 1_Trang 6)
(Bảng I.8_Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất_tập 1_Trang 15)
Suất lượng trung bình của pha lỏng:
Trong đó : Mdd = 106 (kg dd/ kmol dd): khối lượng phân tử pha lỏng
Suất lượng trung bình của pha khí :
( CT IX.114_Sổ tay quá trình và thiết bị côg nghệ _Tập 2_Trang 187)
(Tra bảng I.101_x =5%_Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất_Tập 1_Trang
độ nhớt của nước ở nhiệt độ 20 0 C
(Bảng I.102_Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất_tập 1_Trang 95) o
= 2,57(m/s) + Trong đó: Bề mặt riêng ( (m 2 /m 3 ) : = 95 (m 2 /m 3 )
Thể tích tự do (m 3 /m 3 ) : Ftd = = 0,79(m 3 /m 3 ) Vậy, w = 0,8 (m Đường kính tháp :
Diện tích tiết diện ngang của tháp :
- Động lực trung bình tại đỉnh tháp hấp thụ: thay vào PTCB Y* = 660,53X ta được:
- Động lực trung bình tại đáy tháp hấp thụ: thay vào PTCB Y* = 660,53X ta được:
- Động lực trung bình của quá trình:
- Số đơn vị truyền khối:
- Động lực trung bình tại đỉnh tháp hấp thụ: thay vào PTCB Y* = 2552,63X ta được:
- Động lực trung bình tại đáy tháp hấp thụ: thay vào PTCB Y* = 2552,63X ta được:
- Động lực trung bình của quá trình:
- Số đơn vị truyền khối:
+ 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 truyền khối:
+ Theo Kafarov – Duneski thì: hdv = 200 ( CT 3.29_Các quá trình thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm-Tập
4_Trang 170) Trong đó: + : Tiết diện tự do của đệm (m 2 /m 2 ) có trị số bằng thể tích tự do của đệm
+ w: Vận tốc làm việc trong tháp (m/s)
Chiều cao làm việc của tháp:
- Ta có: hd = (2,54 m) (phụ thuộc vào đường kính tháp)
Chiều cao thực tế của tháp đệm:
H = HLV + ZL + ZC + (n – 1)h Trong đó: + ZL, ZC: Lần lượt là khoảng cách từ lớp đệm đến nắp và từ lớp đệm đến đáy tháp (m).
+ h: Khoảng cách giữa các lớp đệm (m) Chọn h =0,5 m
Bảng 2.18: Bảng lựa chọn Z L , Z C : Đường kính, mm ZL, mm Zc, mm
ZL = 1400 (mm) và Zc = 2500 (mm)
(4) Trở lực của tháp đệm: Độ nhớt của hỗn hợp khí thay đổi theo nhiệt độ:
(CT I.20_Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất_Tập 1_Trang 86)
Trong đó: + : Độ nhớt động lực của khí ở nhiệt độ 0 0 C;
+ C: Hằng số phụ thuộc từng loại khí (Tra bảng I.113_Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất_Tập 1)
Rey ( CT trang 172_Các quá trình, thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm-Tập 4)
Hệ số ma sát đối với đệm vòng và đệm đổ lỗn xộn:
Rey > 40 => Ở chế độ chuyển động xoáy:
CT 3.38_Các quá trình, thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm-Tập 4_Trang
Trở lực đệm khô trong tháp đệm:
Pkhô CT 3.36_Các quá trình, thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm-Tập 4_Trang
172) Trong đó: H_Chiều cao lớp đệm, m; w_Vận tốc làm việc của khí trong tháp, m/s;
Vận tốc khí trong ống khoảng 10-30 m/s Chọn vận tốc dẫn khí vào bằng vận tốc dẫn khí ra v m/s. Ống dẫn khí vào
- Đường kính ống dẫn khí vào: d = = = 0,59m Chọn d = 0,6 m.
- Chọn ống có đường kính ống tiêu chuẩn d = 1000 mm làm bằng thép không gỉ
Để đảm bảo phân phối khí đồng đều trong tháp, chúng tôi sử dụng đĩa đục lỗ dày 5mm với lỗ có đường kính 50mm và khoảng cách giữa các lỗ là 50mm Ống dẫn khí ra được thiết kế để tối ưu hóa quá trình này.
Trong trường hợp này chọn ống dẫn khí ra có đường kính bằng ống dẫn khí vào.
(6) Đường ống dẫn pha lỏng:
- Vận tốc chất lỏng trong ống khoảng 1 – 3 m/s Ống dẫn chất lỏng vào
- Chọn vận tốc ỗng dẫn lỏng vào v = 1 m/s
- Đường kính ống dẫn lỏng vào
- Chọn đường kính tiêu chuẩn d = 100 mm
- Vật liệu làm nhựa PVC Ống dẫn lỏng ra : Trong trường hợp này chọn ống dẫn pha lỏng ra có đường kính bằng ống dẫn pha lỏng vào.
Bảng 2.19: Kích thước chi tiết của thiết bị hấp thụ:
STT Thông số Đơn vị Giá trị
1 Chiều cao của 1 tấm đệm m 1,5
3 Khoảng cách từ lớp đệm đến nắp m 1,4
4 Khoảng cách từ lớp đệm đến đáy m 2,5
6 Tổng chiều cao của tháp hấp thụ m 6,5
7 Đường ống dẫn khí vào, ra m 0,6
2.2.6 Tháp hấp phụ khí H 2 S, CO, SO 2 bằng than hoạt tính
2.2.6.1 Tính toán số liệu đầu vào:
Nhiệt độ khí thải ban đầu là 200°C, nhưng sau quá trình lọc bụi, nhiệt độ đã giảm xuống còn 30°C.
Bảng 2.20: Bảng nồng độ khí đầu vào Đơn vị Ở 200 o C Ở 30 0 C
Nồng độ khí SO2 mg/m 3 800 1248,84
Nồng độ khí CO mg/m 3 3300 5151,49
2.2.6.2 Tính toán số liệu đầu ra:
C2 = = (Nồng độ các chất khí ở 25 0 C là lấy theo QCVN 19:2009/BTNMT)
Bảng 2.21: Bảng nồng độ khí đầu ra Đơn vị Ở 25 o C Ở 30 O C
Nồng độ khí SO2 mg/m 3 500 491,75
Nồng độ khí CO mg/m 3 1000 983,50
- Lượng H2S bị giữ lại trong 1 giờ mH2S = Q.(Cv – Cr)= 20000 (32,78 – 7,38) = 508000(mg/h) = 0,508(kg/h)
- Khối lượng riêng của H2S ở 30 0 C là
- Thể tích của H2S bị giữ lại trong tháp
- Lượng SO2 bị giữ lại trong một giờ mSO2 = Q.(Cv – Cr) = 30000(1248,84 – 491,75) = 15,14 (kg/h)
- Khối lượng riêng của SO2 ở 30 0 C là
- Thể tích của SO2 bị giữ lại trong tháp
- Lượng CO bị giữ lại trong một giờ
- Khối lượng riêng của CO ở 30 0 C là
- Thể tích của CO bị giữ lại trong tháp
Tính toán than hoạt tính cần cho quá trình hấp phụ CO, H2S và SO2 x : khối lượng riêng than x P0 kg/m 3 Độ xốp bên trong của hạt 40 – 50% xốp của lớp 37%
- Khối lượng than cần dùng trong 1h đối với H2S
Mthan Với a là hoạt độ hấp thụ của than hoạt tính với H2S; a= 0,014 (kg H2S /kg than)
- Khối lượng than cần dùng trong 1h đối với SO2
Mthan Với a là hoạt độ hấp thụ của than hoạt tính với SO2; a= 0,12 (kg SO2 /kg than)
- Khối lượng than cần dùng trong 1h đối với CO
Mthan Với a là hoạt độ hấp thụ của than hoạt tính với CO; a= 0,056 (kg SO2 /kg than)
+ Thể tích than trong lớp hấp phụ v= m 3 than = 500 kg/m 3 ( Tra bảng X.1, T242, Sổ tay quá trình công nghệ và hóa chất tập 2, khối lượng riêng từ 160 – 560 kg/ m 3 ).
Với độ rỗng của than là 37% thì thể tích thực của lớp than sẽ là
Thời gian lưu khí trong lớp than là t = = 7 (s)
Vr là thể tích phần rỗng của than Vr = 37%, Vthan = 5,24 m 3
Q là lưu lượng đi trong lớp xúc tác, Q = 0,8 m 3 /s
Tính toán tháp hấp phụ
Chọn vận tốc khí đi trong thiết bị hấp phụ bằng 2 m/s Đường kính tháp hấp phụ
Tiết diện của tháp hấp phụ
Xác định kích thước của thiết bị
Chọn tháp hấp phụ hình trụ đứng với lớp than bên trong theo hình dạng tháp nêm Tháp có tiết diện ngang 4,17 m, do đó chiều cao của lớp than sẽ được xác định dựa trên kích thước này.
Tiết diện ngang của tháp (S) thường lớn hơn 15% so với tiết diện ngang của lớp than, nhằm tạo ra không gian cần thiết cho các thiết bị phụ và việc lắp đặt thiết bị.
Chọn kích thước tháp có đường kính là Dt = = 2,01 m
Chiều cao của tháp H = Hthan ac
Hệ số ảnh hưởng ac, được xác định là 1,7, phản ánh số tầng lớp than trong quá trình tối ưu hóa khả năng tiếp xúc giữa than và khí thải Để đạt được hiệu quả tối đa, than được chia thành 4 tầng riêng biệt, giúp tăng cường sự tương tác giữa các thành phần này.
Bảng 2.22: Bảng lựa chọn Z C , Z L Đường kính, mm ZL, mm Zc, mm
Chiều cao xây dựng Hxd = H + ZL + ZC = 3,5 + 1,4 + 2,5 = 7,4(m)
Chiều cao một lớp than xúc tác = = 0,5m
