Xây dựng mô hình vật lý mô phỏng công nghệ xử lý khí thải lò đốt vỏ hạt điều phục vụ công tác giảng dạy

Đó là lý đo tôi thực hiện đề tài nghiên cứu: “Xây dựng mô hình vật lý mô phỏng công nghệ xử lý khí thải lò đốt vỏ hạt điều phục vụ công tác giảng dạy ” 1.2.. | Báo cáo đề tài: Xây dựng m

BOQ GIAO DUC VA ĐÀO TẠO

TRU /ÙNG ĐẠI HỌC KY THUAT CON G NGHE TP HO CHÍ MINH | -

KHOA MỖI TRƯỜN G VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC roe

.*«

"BẢO CÁO ĐÈ TÀI Non om KHOA HOC

"XÂY DỰNG MÔ HÌNH VẬT LÝ MO PHON G

CONG NGHE XU LY KHI THAI LO DOT VỎ

BAO CAO DE TAI NGHIEN CUU KHOA HQC

XAY DUNG MO HINH VAT LY MO PHONG

CONG NGHE XU LY KHÍ THAI LO DOT vo HAT DIEU PHUC VU CONG TAC GIANG DAY

Chi nhiém dé tai: ThS Lam Vinh Sơn

Nhóm cộng tác : Dang Duc Duy

Pham Hoang Trang THU VIEN xen

TRƯỜNG DH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM Trịnh Hoài Minh

1.4 Nơi và quy mô áp dụng kết quả nghiên cứu .-. -ccereeerrrrrrerrerrreen 02

000021202 NuUug 1 0000000000

HẠT ĐIỀU - KHÍ THÁI TRONG SAN XUAT VA CHE BIEN HẠT ĐIÊU 03

2.1 Hat ỂU Lo no ng ng 9819 c9 T0 ng H000 08010011119 03

2.1.1 Cấu tạo hạt điều .c cc2xtrtrrtrr.r tHirriiiririiiirriiiirrie 03

2.4 Các phương pháp xử lý khí thải lò đốt vỏ Hạt Điều -. c-cccccccersrrrrree 11

2.4.2 Phương pháp hấp phụ -52cs2cxterrtrrtrtiteriiriieriiriirriiriiireriir 13

2.4.3 Phương pháp đỐC -ccs c7c+ccccrrrrrrrtttrrttiriiiiiiriiiriiriiirrriire 14

2.4.4 X ử lý Đụi Ăn 21212.22.1111.1.10117210011111011100 15 Chương 3 GIỚI THIEU MO HINH VAT LY MO PHONG CONG NGHE XU LY

KHi THAI LO DOT VỎ 5/.062)200 Ẻ 16

3.1 Xây dựng sơ đồ khốii csccscsxvrrseeee M 16

3.2 Xây dựng mô hình vật lý -. -«ccerirrretritrrrrrrrrrrrirrrrirrrrirrrirrrirrrrtre 16

3.2.1.Giới thiệu mô hình tổng Quất ccccereeertriirirrrrtrrrrrrrrrrrirrdrrrrrrrriiiir 16 3.2.2 Thanh phan - chic nang cdc thiét bj Chin .cseccsescesssesstessssersnecnsnensnees 17

3.3 Các bước tiến hành khi chạy mô hình -+++++>+t+tteerrtrertrtrrrrrrrrriie 21

Chương 4 K ÉT LUẬN VÀ KIẾN NGH | -sc+screseerrrrtrrrrrrrrrrrre 23

4.1 Kết Luận 2+-22222xtttErErtEEErkrrirEtvE 211111110711 T ntPPTTn 23

4.2 Kiến nghị, -s-2s2S+x222x2117271127 1.111 7.1.11.11171110 1 0 23

Hiện nay bộ môn kỹ thuật xử lý khí thải chưa có các mô hình thực tế cho sinh viên

thực tập và quan sát Do vậy đây là đề tài thiết thực cho sinh viên học tập, đồng thời

phục vụ cho công tác giảng dạy của giáo viên nhằm nâng cao chất lượng môn học

Đó là lý đo tôi thực hiện đề tài nghiên cứu: “Xây dựng mô hình vật lý mô phỏng công

nghệ xử lý khí thải lò đốt vỏ hạt điều phục vụ công tác giảng dạy ”

1.2 MUC TIEU CUA DE TAI

Xây dựng mô hình vật lý phục vụ công tác giảng dạy thực hành xử lý chuyên ngành

Môi Trường - thuộc trường ĐH Kỹ Thuật Công Nghệ TPHCM

1.3 NOI DUNG DE TAI

¥ Thu thập tài liệu có liên qua đến ngành hạt điều, công nghệ sản xuất và

chế biến hạt điều, công nghệ xử lý khí lò đốt vó hạt điều

v“ Tham quan các mô hình xử lý khí lò đốt vỏ hạt điều

* Xây dựng mô hình vật lý mộ phỏng công nghệ xử lý

1.4 NƠI VÀ QUY MÔ ÁP DUNG KET QUA NGHIEN CUU:

Mô hình được xây dựng tại Phòng thí nghiệm mô hình — khoa Môi Trường và công

nghệ sinh học - Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.HCM

| Báo cáo đề tài: Xây dựng mô hình vật lý mô phỏng công nghệ xử lý khí thải lò đốt võ hạt điều phục vụ công tác giảng dạy

| Chương 2

HAT DIEU - KHI THAI TRONG SAN XUAT VA CHE BIEN HAT DIEU

re

Cay điều còn gọi là đào lộn hột, tên héa hoc 14 Anacardium Occidentalo, điều mọc tự

nhiên ở các bãi cát ven biển và trong các khu rừng ở vùng đảo Angti và Braxin, lưu

vực sông Amazon ở Nam Mỹ

Từ cây hoang đại, cây điều dần dần được trồng trên diện tích lớn ở Braxin, các nước

Châu Á và Châu Phi Hiện nay cây điều được trồng phổ biến ở khắp nơi, theo thống kê

trên thế giới có khoảng 50 nước trồng và chế biến hạt điều, trong đó các nước có sản

lượng lớn là Án Độ, Braxin, Kenya, Mazambique, Tantania, Malaysia, Srilanca,

Nigieria, Philippin Các nước tiêu thụ nhân hạt điều với số lượng lớn là Mỹ, Anh,

Pháp, Đức, Úc, Trung Quốc Năm 1980, Việt Nam bắt đầu phát triển cây điều với

khoảng 1000ha, năm 1999 là 18.9000ha, năm 2004 là 350.000ha và hiện nay Việt

Nam là nước đứng đầu thế giới về sản lượng và đứng thứ hai thể giới về chế biến hạt

điều

2.1 HAT DIEU:

2.1.1 Cau tao hat diéu:

Câu tạo của hat điêu gôm có 2 phan: nhan va vo

> Nhân chiếm khoảng 25 + 35% hat, có giá trị dinh dưỡng cao

»> Vỏ hạt điều chiếm 65 + 75% hạt gồm có 3 lớp:

- _ Lớp vỏ ngoài dai, cứng, láng nhân _

- - Lớp vỏ giữa xốp như tổ ong, chứa dầu vỏ hạt, còn gọi là đầu 1 “cashew”

- _ Lớp vỏ trong cùng cứng như đá bao bọc phần nhân và vỏ lụa

2.1.2 Thành phần của hạt điều

a) Nhân hạt điều

Bảng 2.1: Thành phân nhân h ạt điều

Báo cáo đề tài: Xây dựng mô hình vật lý mô phông công nghệ xử lý khí thải lò đốt vỏ hạt điều phục vụ công tác giảng dạy

Nhân ép nguội thu được dầu béo có màu vàng nhạt không mùi, không vị, chỉ số lưu

hóa của nhân này gần giống như dầu hạnh nhân: 78 + 83% axit linolic, 14 + 15% alic,

4% axit linolinic, tỷ trọng 0,924 + 0,925 ở nhiệt độ 16 + 18°C thì đặt lại Tuy nhiên,

thành phần chủ yếu của thành phần ép nguội nhân điều là sitostorin đó là một

lguén: Pham Văn Nguyên, 1991)

Thành phần hóa học của dầu vỏ: Thành phan chi yếu của dầu vỏ hạt là axit anacardic,

ngoài ra còn có một lượng nhỏ cardol và 2-methylcardol Trong thực tiễn tách nhân và

dầu vỏ hạt bằng phương pháp xử lý nhiệt ở 200°C (phương pháp chao dầu) axit

anacardic chuyển hóa thành cardanol

2.1.3 Tính chất dầu hạt điều

Cardol chiếm khoảng 13% công thức tông quát C24H3202 là chất lỏng màu vàng đỏ

nhạt, để ra không khí chất này chuyển thành màu nâu, hơi của chất này có tác dụng

kích thích đối với mắt, gây ho, viêm đường hô hấp Nhưng cardol không có tác dụng

xấu đến với đường tiêu hóa và không tan vào địch tiêu hóa

Axit anacardic là một thứ bột nhuyễn màu xanh lơ, trong suốt, có vị nồng và thơm, tan

được trong rượu, cồn và ete, nóng chảy ở 26°C, công thức tổng quat la C24H3203 trong

đó có 76,66% Cacbon, 9,3% Hydro, 13,94% 1a Oxy

Cardanol có điểm nóng chảy ở 53 + 55°C là thành phần quan trọng của dầu vỏ, màu

Báo cáo đề tài: Xâp dựng mô hình vật lý mô phỏng công nghệ xử lý khí thải lò đốt vỏ hạt điều phục vụ công tác giảng dạy

2.2.1 Xử lý nhiệt (rang)

Xử lý nhiệt là dùng nhiệt làm cho vỏ hạt điều phòng lên, nứt ra để dầu vỏ bên trong

thoát ra, đồng thời tạo ra một khoảng hở giữa vỏ và nhân, khi bóc vỏ nhân không bị dễ

vỡ và không bị đính ban dầu vỏ Có 2 cách rang:

a) Rang trực tiếp đơn giản — còn goi là phương pháp đốt (Dium roasting) b) Rang trong dau vỏ CNSL — còn gọi là chao dấu (Oil bath roasting) 2.2.2 Phân cỡ sơ bộ:

Phân cổ sơ bộ ra làm 3 loại lớn, trung bình, nhỏ để có chế độ âm hóa thích hợp

Hình 2.2 7ñiết bị dùng dé phân cỡ sơ bộ

(Hình chụp sau chuyến đi thực tế ở Bình Phước)

2.2.3 Rửa sạch đất cát bám ở vỏ:

Nếu không loại bỏ đất, cát thì các thành phần đất cát này sẽ lắng đọng trên bề mặt

truyền nhiệt của thiết bị chao, gây hiện tượng quá nhiệt cục bộ ở những nơi đó và làm

cho thiết bị mau hư hỏng, đất cát làm cho dầu dùng để chao mau bị đặc cản trở dầu vỏ

thoát ra trong quá trình chao

2.2.4 Âm hóa

Âm hóa thực chất là đưa thêm nước vào bên trong hạt điều, quá trình này giúp cho dầu

vỏ để thoát ra ngoài trong khi chao dầu làm cho nhân đẻo hơn và khó vỡ hơn

Báo cáo đề tài: Xây dựng mô hình vật lý mô phông công nghệ xử lý khí thải lò đốt võ hạt điều phục vụ công tác giảng dạp

Hình 2.3 7hiết bị tách vỏ cơ giới kết hợp thủ công

(Hình chụp sau chuyến di thực tế ở Bình Phước)

2.2.6 Say

Hình 2.4: rò xấy (Hình chụp sau chuyển di thực tế ở Bình Phước)

Sây với mục đích là làm giảm độ ẩm, làm khô nhân và quan trọng là làm giảm sự bám

dính của vỏ lụa và nhân giúp cho công đoạn bóc vỏ lụa dé dang hon

2.2.7 Bóc vỏ lụa

Sau khi đã sây đạt yêu cầu, nhân được chuyển sang công đoạn lột vỏ lụa Lột vỏ lụa

Sau khi phân cấp hạng đúng chuẩn, hạt điều được đóng vào thùng

Báo cáo đề tài: Xây dựng mô hình vật lý mô phông công nghệ xử lý khí thải lò đất vô hạt điều phục vụ công tác giảng dựy

2.3 KHi THAI TRONG SẢN XUẤT HẠT DIEU:

2.3.1 Thành phan, nguồn gốc của khói thải lò đốt vô hạt điều

Vỏ hạt điều được đưa vào làm nguyên liệu dùng đốt ở lò chao đầu, vỏ có chứa dầu

cashew làm cho khói thải của lò đốt đen đậm đặc mang nhiều bụi, chứa các chất độc

hại gây nguy hiểm đối với con người Từ đây có thể thấy được việc đầu tư xử lý khí

thải cho lò đốt vỏ hạt điều để đạt được tiêu chuẩn cho phép là hết sức cần thiết

Khói bụi, hơi Hydrocacbon cháy không hoàn toàn từ lò đốt chao hạt điều được cấp

nhiệt nhờ vào vỏ hạt điều và gas làm nhiên liệu lò đốt điều dẫn đến khí thải có chứa

bụi và các chất hữu cơ gây mùi thoát ra ở ống khói

Hydrocacbon hữu cơ từ chảo chao thoát ra là do sự phân hủy anacardic thành cardanol,

CO; và các hơi dẫn suất cardanol Các hợp chất này cũng được thải trực tiếp qua ống

khói

Khói bụi, hợp chất hữu cơ cháy không hoàn toàn chủ yếu là bụi, CO và các chất hữu

cơ bay hơi

Nguồn gây ô nhiễm môi trường do chế biến hạt điều gây ra có thể phân tích như sau:

v_ Hơi dầu bốc lên từ chảo chao:

Qúa trình chao được thực hiện từng mẻ gián đoạn bằng cách nhúng hạt điều khô vào

chảo dầu vỏ hạt điều đang sôi khoảng 180 — 2000C Ở nhiệt độ này dầu sẽ bay hơi

cùng với thao tác chao Hơi dầu bốc lên được hệ thống chụp hút thu gom và quạt đây

đưa đòng khí chứa hơi đầu ra môi trường bên ngoài Đây là nguồn ô nhiễm lớn chưa

được xử lý trước khi thải ra môi trường xung quanh

v_ Bụi từ lò đốt vỏ hạt điều

Việc đốt 1 lượng lớn vỏ hạt điều khá lớn sẽ tạo ra một lượng bụi tro đáng kể Tuy

nhiên điều đáng quan tâm trong lò đốt này là:

> Việc đốt cháy vỏ thường xảy ra không hoàn toàn nên tạo ra một lượng bụi

lớn

Báo cáo đề tài: Xây dựng mô hình vật lý mô phông công nghệ xử lý khí thải là đốt vỏ hạt điều phục vụ công tác giảng dạp

> Tro sinh ra không được lấy khỏi lò đốt thường bốc lên cùng dòng khí thải trong quá trình cấp vỏ đốt, làm nồng độ bụi trong dòng khí thải ra ống khói

dao động mạnh theo chu kỳ cấp nhiên liệu đốt

»> Việc cấp vỏ vào lò đốt không liên tục do thói quen của công nhân cũng là

một nguyên nhân đáng kể gây ra quá trình cháy không hoàn toàn của vỏ hạt

điều dẫn đến sự thăng giáng của các CÔN

VY Khoi thai phat sinh tir lo dot:

Thành phần chính của khói thải ngoài bụi còn có hỗn hợp khí thải chính gồm có

CO, CxHy (các hydro carbon), hơi dầu có trong hạt điều dạng chưa cháy hoặc cháy

không hoàn toàn Hỗn hợp khí thải này sẽ kết hợp với tro tạo nên m6 hóng dạng khói

đen làm tăng thêm nguồn ô nhiễm Đây cũng chính là nguồn ô nhiễm lớn hiện nay tại

các cơ sở chế biến hạt điều

v_ Hơi dẫu bay ra trong quả trình ly tâm:

Trong quá trình ly tâm hạt, một lượng hơi dầu bị bay hơi vào môi trường xung

quanh, tuy nhiên ở mức độ thấp có thể khắc phục được bằng một số giải pháp đơn

giản Ngoài ra hơi dầu trong vỏ hạt điều còn lan tỏa vào môi trường ở các khâu: phân

loại, tách vỏ cứng, bóc vỏ lụa, nhưng ở mức độ thấp hơn

Bang 2.3 Thành phần khỏi thải sau buồng đỗt vỗ

Chỗ độ TN > Đốt bình thường Đốt có điều chỉnh sự thất thoát

Nhận xét: Với chế độ đốt bình thường không có sự kiểm soát lượng không khí cung

cấp dẫn đến hàm lượng oxy nhiều khi dư thừa nhiều khi lại thiếu làm quá trình cháy

Báo cáo đề tài: Xây dựng mô hình vật lý mô phông công nghệ xử lý khí thải lò đốt vô hạt điều phục vụ công tác giảng dạy

không ổn định, trong lò đốt vỏ hạt điều thường xảy ra dội lửa, tắc nghẽn lò, gây nhiêu

khói

Quá trình nạp liệu dồn đống,chiều dầy lớp nhiên liệu đót quá lớn, lượng không khí cấp

không lan toả đều nên không đủ oxy cần thiết cho sự cháy hoàn toàn nhiên liệu Quá

trình cháy không kết thúc trong buồng đốt sẽ tạo ra CO, tổng Phenol, bụi trong sản

phẩm cháy có nồng độ đo được rất cao, nhưng nồng độ CO2 lại rất thấp

Việc bảo ôn buồng không tốt gây nên sự thất thoát nhiệt do truyền nhiệt và do bức xạ

nhiệt từ bên ngoài môi trường, đồng thời lượng oxy dư thừa quá lớn cũng làm mất mát

nhiệt trong buồng đốt, điều này sẽ kìm hãm sự cháy hoàn toàn nhiên liệu (vỏ hạt điều)

Bảng 2.4 Thành phần hơi dầu bốc lên trong chảo chao

Chéd6 TN > Dùng quạt hút đưa 1⁄2 dòng Dùng quạt hút, đưa 3⁄4 dòng

Nhiétdé (PC) | 70 72 73 73 75 75

Nhận xét: Tại vị trí miệng chảo chao, dầu vỏ hạt điều sôi ở 180 — 2000C, sẽ bốc hơi,

do đó chất ô nhiễm ở đây chủ yếu là tổng Phenol, nồng độ bụi đo được rất thấp

Khi không dung quạt hút can thiệp tổng Phenol trong hơi đầu tập trung nhiều tại hệ

thống bít kín miệng lò chao, nên nồng độ tổng Phenol đo được rat cao

Khi dung quạt hút thì tuỳ thuộc vào lưu lượng hút mà nồng độ tổng Phenol đo được có

sự dao động, song do sự bốc hơi liên tục trong chảo chao nên đến một thời điểm nào

đó việc tăng luư lượng quạt hút không còn tác dụng

Báo cáo đề tài: Xây dựng mô hình vật lý mô phỏng công nghệ xử lý khí thải lò đất vô hạt điều phục vụ công tác giảng đạp

Bảng 2.5 Kết quả nghiên cứu của các chế độ đốt trong buông đất lò đốt vỏ hạt điều

Thay đôi cấp li ệu

Thay đôi cấp liệu kết hợp điêu chỉnh O› tha

Khi thay đổi cấp độ chất ô nhiễm trong nguồn thải có xu hướng giảm thiểu Bụi giảm

được khoảng 50%, tổng Phenol khoảng 25% và CO giảm được khoảng 30% Điều này

còn chứng tỏ khi nhập liệu dồn đống, không những tro bụi bị thăng giáng làm nồng độ

bụi dao động mạnh theo chu kỳ cấp liệu mà chiều đày lớp nhiên liệu quá lớn dẫn đến

lượng không khí cung cấp không hoà trộn được để đốt cháy tốt nhiên liệu

Khi thay đổi cấp liệu kết hợp điều chỉnh O; thấp, nồng độ bụi và tổng Phenol có giảm

nhưng không nhiều, tuy nhiên nồng độ CO lại cao hơn Điều này chứng tỏ rằng việc

Th.S Lâm Vĩnh Sơn

Báo cáo đề tài: Xây đựng mô hình vật lý mê phòng công nghệ xử lý khí thải lò đốt vỏ hạt điều phục vụ công tắc giảng day

giảm oxy không tạo điều kiện xáo trộn tôt, cũng chưa cải thiện được chê độ đốt Ta ghi

nhận được một điều khi nồng độ oxy thấp thì tông tải lượng thải sẽ giảm hơn

Khi thay đổi cấp liệu kết hợp điều chỉnh O; thấp và bảo ôn lò đốt thất thoát nhiệt thì

điều kiện đốt có cải thiện hơn Kết quả cho thấy: Bụi giảm được từ 9 — 13%, tổng

Phenol 6 — 8% , CO giảm từ 24 — 36%

Khi các điều kiện trên đã được điều chỉnh tốt nếu giữ được nhiệt độ của lò luôn cao

hơn nhiệt độ cháy của dòng khí thải và ôn định thì phương pháp này mang lại hiệu quả

rất khả quan Các chất ô nhiễm còn có khả năng giảm thiểu nữa, cụ thể kết quả đo

được cho thấy bụi giảm được hơn 20%, tổng Phenol giảm từ 2 — 11%, CO giảm được

gần 24%

Kết quả nghiên cứu lựa chọn điều kiện đốt thích hợp đối với lò đốt vỏ hạt điều là cơ sở

đó cải tiên hoạt động của lò đốt của các cơ sở chế biến hạt điều hiện nay Nó đi theo

một hướng giải quyết mới đó là quan tâm đến việc giảm thiểu tại nguồn trước khi bắt

đầu vào xử lý cuối đường ống Điều này rất phù hợp với xu thế của một số ngành hoạt

động mang tính thủ công cao

2.3.2 Tác hại của khói thải:

Y Bui: lam kich thich co học va phát sinh phản ứng xơ hóa phối gây nên các bệnh

về hô hấp khi vào cơ thể Các loại bụi này có thành phần chủ yếu là các chất H,

C có khả năng gây ung thư

vx CO: gây rối loạn hô hấp

Y Phenol tir din sudt cardanol, cardol gây nhiễm độc cấp tính, nếu nhiễm nặng

phenol sẽ gây rối loạn tiêu hóa, rối loạn thần kinh, dị ứng da

2.4 CAC PHUONG PHAP XU LY KHi THAI LO DOT VO HAT DIEU

Trong công nghiệp chế biến hạt điều khí thải chứa chủ yếu các chất ô nhiễm dạng khí

và một phần tro bụi trong quá trình đốt vỏ hạt điều, nên ở đây chúng ta xem xét một số

phương pháp kỹ thuật xử lý khí thải dạng khí có chứa lẫn bụi có thể áp dụng được

trong công nghiệp chế biến hạt điều là: phương pháp hấp thụ, hấp phụ và đốt

2.4.1.Phương pháp hấp thu:

Nguyên tắc : Cơ sở của nguyên lý là dựa trên sự tương tác giữa chất cần hấp thụ

(thường là khí hoặc hơi) với chất hấp thụ (thường là chất lỏng) hoặc dựa vào khả năng