Thiết kế hệ thống xử lý hỗn hợp khí thải ô nhiễm bụi và hơi nicotine từ lò sấy thuốc của dây chuyền sản xuất thuốc lá

Tính các thiết bị phụ trợ của tháp...26 Trang 3 DANH MỤC BẢNGBảng 1.1 Đặc điểm và tính chất của Nicotine...10Bảng 2.1 Nồng độ C của bụi và các chất vô cơ làm cơ sở tính nồng độ tối đa c

ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI ĐỀ TÀI: “Thiết kế hệ thống xử lý hỗn hợp khí thải ô nhiễm bụi và hơi Nicotine từ lò sấy thuốc của dây chuyền sản xuất thuốc lá” Số liệu: Lưu lượng khí 6000 m3/h T = 50oC ρk = 1,00484 kg/m3 Kích thước hạt bụi: d < 5 m (90%), nồng độ bụi : 820 mg/m3 Áp suất làm việc: P = 760 mmHg Nicotine đầu vào: C0 = 14,2 mg/m3 Nicotine đầu ra: Cc = 5.10-4 mg/m3 GVHD: ThS Dư Mỹ Lệ 91303295 SVTH: Võ Ngọc Quyền 91303391 Võ Quốc Sĩ  ĐAMH Xử lý khí thải – HK161 MỤC LỤC CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ 6 3.1 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ LỌC TÚI VẢI .6 3.1.1 Mục tiêu xử lý 6 3.1.2 Tính toán kích thước thiết bị lọc túi vải 6 3.1.3 Tính lượng bụi thu được 8 3.1.4 Tính toán cơ khí thiết bị túi vải 8 3.1.4.1 Tính ứng suất của thiết bị 8 3.1.4.2 Tính bề dày thân tháp 10 3.1.4.3 Tính đáy và nắp tháp .10 3.1.4.4 Tính chân đỡ 11 3.2 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ HẤP PHỤ 11 3.2.1 Mục tiêu xử lý .11 3.2.2 Tính toán pha loãng qua ống khói và giải nhiệt 11 3.2.3 Thiết lập đường đẳng nhiệt hấp phụ 12 3.2.4 Tính cân bằng vật chất 16 3.2.4.1 Trong hỗn hợp khí đầu vào thiết bị 16 3.2.4.2 Trong hỗn hợp khí đầu ra thiết bị 16 3.2.5 Tính đường kính tháp 17 3.2.6 Tính hệ số truyền khối 18 3.2.7 Tính thời gian hấp phụ một chu kỳ 20 3.2.8 Tính toán lượng than cần thiết .21 3.2.9 Tính nhiệt hấp phụ và sự thay đổi nhiệt độ khí sau hấp phụ 22 3.2.10 Tính toán cơ khí 23 3.2.10.1 Tính chiều dài thân, đáy, nắp 23 3.2.10.2 Tính các thiết bị phụ trợ của tháp 26 3.2.10.3 Tính quạt trong hệ thống xử lý .30 SVTH: Võ Ngọc Quyền & Võ Quốc Sĩ ĐAMH Xử lý khí thải – HK161 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Đặc điểm và tính chất của Nicotine .10 Bảng 2.1 Nồng độ C của bụi và các chất vô cơ làm cơ sở tính nồng độ tối đa cho phép trong khí thải công nghiệp 20 Bảng 3.1 Bảng thông số đầu vào và đầu ra của thiết bị hấp phụ 30 Bảng 3.2 Bảng thể hiện sự thay đổi áp suất hơi bão hòa của Nicotine theo nhiệt độ 31 Bảng 3.3 Bảng thể hiện đường đằng nhiệt hấp phụ của Benzene và Nicotine 32 Bảng 3.4 Bảng thể hiện sự tương quan giữa chiều cao lớp than hoạt tính và thời gian của một chu kỳ hấp phụ 39 SVTH: Võ Ngọc Quyền & Võ Quốc Sĩ ĐAMH Xử lý khí thải – HK161 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Công thức cấu tạo của Nicotine 10 Hình 1.2 Mô phỏng dạng 3D công thức cấu tạo của Nicotine 10 Hình 2.1 Sơ đồ khối Phương án 1 .21 Hình 2.2 Sơ đồ công nghệ xử lý dòng khí 22 Hình 3.1 Mục tiêu xử lý của thiết bị lọc túi vải 24 Hình 3.2 Bố trí túi vải trong thiết bị 25 Hình 3.3 Mục tiêu xử lý của thiết bị hấp phụ .29 SVTH: Võ Ngọc Quyền & Võ Quốc Sĩ ĐAMH Xử lý khí thải – HK161 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT WHO Tổ chức Y tế Thế giới (World Health Organization) VOCs Hợp chất hữu cơ bay hơi (Volatile organic compounds) LEL UEL Giới hạn cháy nổ thấp (Lower explosive limit) HAP Giới hạn cháy nổ cao (Upper explosive limit) Khí thải nguy hại (Hazardous Air Pollutants) SVTH: Võ Ngọc Quyền & Võ Quốc Sĩ ĐAMH Xử lý khí thải – HK161 CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ 3.1 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ LỌC TÚI VẢI 3.1.1 Mục tiêu xử lý Bụi: 820 mg/m3 Bụi: 8,2 mg/m3 Nicotine: 14,2 mg/m3 Nicotine: 14,2 mg/m3 ΔP E = 99% Thiết bị lọc túi vải Thu bụi 3.1.2 Hình 3.1 Mục tiêu xử lý của thiết bị lọc túi vải  Tính toán kích thước thiết bị lọc túi vải  Theo Bảng 1.6 – Vận tốc lọc đối với một số loại bụi [1], khi xử lý bụi thuốc lá, người ta thường dùng vận tốc lọc cho chế độ giũ bụi rung và thổi là từ 0,9 – 2,0 m/ph Chọn vận tốc lọc là 1,2 m/ph = 0,02 m/s  Chọn túi lọc làm bằng vải len bán sẵn trên thị trường, có đường kính D = 300 mm, chiều cao H = 3 m Vì vải len có khả năng cho khí xuyên qua lớ, bảo đảm độ sạch ổn định và dễ dàng phục hồi, có giá thành thấp, do nhiệt độ của dòng bụi không quá cao (500C), do không có mài mòn vật lý và ăn mòn hóa học  Diện tích một túi lọc là: F .D.H  .D2 .0,3.3  2 .0,32 2,90 4 4 (m2)  Diện tích vải lọc cần thiết là: SVTH: Võ Ngọc Quyền & Võ Quốc Sĩ ĐAMH Xử lý khí thải – HK161 Ffilter  Q 6000 / 60 98, 04 Vf  1, 2.0,85 (m )2  Với  : Hiệu suất làm việc của bề mặt lọc;  0,85  Số túi lọc cần thiết là: N  F filter 98,04 33,8 F 2,90 (túi)  Chọn số túi lọc là 36 túi  Bố trí các túi lọc thành 7 hàng, mỗi hàng 6 túi (thêm 1 hàng để hoạt động khi tiến hành giũ bụi)  Chọn khoảng cách giữa các túi lọc (ngang dọc như nhau) là d1 = d2 =100 mm; khoảng cách túi lọc với thành thiết bị là d3 = 100 mm d1 Hình 3.2 Bố trí túi vải trong thiết bị  Chiều dài thiết bị: L 1 00 7  300 6 2500 (mm)  Chiều rộng thiết bị: W 1 00 7  300 6 2500 (mm)  Chiều cao thiết bị: SVTH: Võ Ngọc Quyền & Võ Quốc Sĩ ĐAMH Xử lý khí thải – HK161 HT H  h1  h2 3 1 1,5 5,5 (m)  Trong đó:  H: chiều cao túi lọc; H = 3 m  h1: chiều cao bộ phận giũ bụi; h1 = 1 m  h2: chiều cao vùng thu hồi bụi; h2 = 1,5 m  Tổn thất áp lực: P 1 ,7Vf 40%Vf 1 ,7 1, 2(m / ph) 40% 1, 2(m / ph) 8, 27 6,70 0,3( ft / m) 0,3( ft / m) (in H20)  Chọn tổn thất áp lực của thiết bị là 10 in H20 = 2488,4 Pa 3.1.3 Tính lượng bụi thu được  Lượng hệ khí đi vào thiết bị túi vải: Gv Q.pk 6000.1,00484 6029,040 kg/h  Nồng độ bụi trong hệ thống khí tính theo phần trăm khối lượng khí đi vào thiết bị lọc túi vải: y C v  v 820.10 6 100 0, 082% pk 1,00484  Nồng độ bụi trong hệ thống khí tính theo phần trăm khối lượng đi ra khỏi thiết bị lọc túi vải: yr yv (1 ) 0,082 (1 0,85) 0,0123%  Lượng khí đi ra khỏi thiết bị: Gr Gv  100  yv 6029,04  100  0,082 6024,837 100  yr 100  0,0123 kg/h  Lượmg khí sạch hoàn toàn: Gs Gv  100  yv 6029,04  100  0,082 6024, 096 100 100 kg/h  Lượng bụi thu được: Gb Gr  Gs 6024,837  6024,096 0,741 kg/h 3.1.4 Tính toán cơ khí thiết bị túi vải 3.1.4.1 Tính ứng suất của thiết bị SVTH: Võ Ngọc Quyền & Võ Quốc Sĩ ĐAMH Xử lý khí thải – HK161  Chọn vật liệu:  Thiết bị làm việc ở t = 500C  Áp suất làm việc Plv= 1 atm = 101325 Pa  Chọn vật liệu là thép carbon (thường để chế tạo thiết bị) (Tra bảng XII.4, trang 309, Sổ tay QTTB tập 2)  Ký hiệu thép: CT3  Giới hạn bền kéo: k 380.106 Pa  Giới hạn chảy: c 240.106 Pa  Chiều dày tấm thép: b = 4 – 20 mm  Độ dãn tương đối:  25% Tra bảng XII.7, trang 313, Số tay QTTB tập 2)  Hệ số dẫn nhiệt:  50 W/m.0C  Khối lượng riêng:  7850 kg/m3  Áp suất thử thủy lực: Pth = 1,5Plv  Chọn công nghệ gia công là hàn tay bằng hồ quang điện, bằng cách hàn giáp mối hai bên (Tra bảng XIII.8, trang 362, Sồ tay QTTB tập 2)  Hệ số hiệu chỉnh  1  Hệ số an toàn bền kéo k 2,6  Hệ số an toàn bền chảy c 1 ,5  Hệ số bền mối hàn h 0,95  Ứng suất cho phép của vật liệu theo giới hạn bền kéo:    k   k  380.106 1 146,15.106  k 2, 6 Pa  Ứng suất cho phép của vật liệu theo giới hạn bền chảy:    c   c  240.106 1 160.106 c 1, 5 SVTH: Võ Ngọc Quyền & Võ Quốc Sĩ ĐAMH Xử lý khí thải – HK161  Vậy dùng  k  1 46,15.106 Pa để tính toán 3.1.4.2 Tính bề dày thân tháp  Áp suất tính toán trong thiết bị: P = Plv = 101325 Pa  k  h 146,15.106 0,95 1 370  50 P 101325  Bề dày tối thiểu thân thiết bị: S '  Dt P  C  2, 8 101325 1 , 02.10 3 2 k  h 6 2 146,15.10 0,95 m  Trong đó: Dt: đường kính quy đổi; Dt = 2,8 m  Chọn hệ số bổ sung để quy tròn kích thước: C= C1 + C2 + C3 = 1 + 1 + 0,4 = 2.4 mm Trong đó:  C1: hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học trong thời hạn sử dụng thiết bị là 15 năm với tốc độ ăn mòn 0,1mm/năm; C1 = 1 mm  C2: hệ số bổ sung do hao mòn; C2 = 1 mm  C3: hệ số bổ sung do dung sai âm (Tra bảng XIII.9, Sổ tay QTTB tập 2); C3 = 0,4 mm  Chiều dày thực của thân: S = S’ + C = 1,02 + 2,4 = 3,42 mm  Chọn S = 4 mm  Kiểm tra lại ứng suất thành thiết bị theo áp suất thử tính toán:  Áp suất thử Pth được tính theo công thức trong bảng XII.5, Sổ tay QTTB tập 2: Pth = 1,5Plv = 1,5.101325 = 151987,5  152000 Pa  Ứng suất theo áp suất tính toán:  [Dt  (S  C)].Pth [2,8  (4  2, 4).10 3].152000 140, 08.10 6  2(S  C).h 3 2(4  2, 4).10 0,95 Pa k 380.106 316,67.106   140,08.106  Xét 1, 2 1, 2  Vậy chọn S = 4 mm SVTH: Võ Ngọc Quyền & Võ Quốc Sĩ ĐAMH Xử lý khí thải – HK161 M KK : Khối lượng mol của không khí, M KK 29 kg / kmol  Các hằng số cấu tạo: (Tham khảo “Sổ tay quá trình và thiết bị tập 2, trang 127) Vòng Benzene: -15 Vòng Naptalen: -30 Vòng Antraxen: -47,5  Tra bảng VIII.2 “Sổ tay quá trình và thiết bị tập 2, trang 127” ta có thể tích mol: vKK 29,9 (cm3 / mol) Thể tích mol nguyên tố: C = 14,8 (cm3/nguyên tử) H = 3,7 (cm3/nguyên tử) N = 15,6 (cm3/nguyên tử) VN 1 0.14,8 14.3,7  2.15,6  15 216 (cm3 / mol) 4,3.10 7.3033/2 1  1 5,518.10 6  D 1.(2161/3  29,91/3)2 162 29 (m2/s)  Nội suy bảng giá trị các thông số của không khí ta được giá trị độ nhớt động học của không khí ở 30oC: 30  20  K  15,11.10   6 5  6  K 1,604.10 6 40  20 16,97.10  15,11.10 (m2/s)  Độ nhớt động lực của không khí ở 30oC K K K 1 ,604.10 5.1,00484 1, 612.10 5 (Pa.s)  Độ nhớt động lực của Nicotine ở 30oC: N 0, 007.10 3 (Pa.s)  Độ nhớt động học của hỗn hợp hơi ở 30oC: ytb  yd  yc 2 2,323.10 6  2,0907.10 7 1, 266035.10 6 2 (kmol Nicotine/kmol hỗn hợp) M hh 1 92.ytb  29.(1 ytb ) SVTH: Võ Ngọc Quyền & Võ Quốc Sĩ ĐAMH Xử lý khí thải – HK161 162.1, 266035.10 6  29.(1 1, 266035.10 6) 29,0002 (kg/kmol) M hh  ytb.M N  (1 ytb ).M K hh N K 29,0002 1, 266035.10 6.162 (1  1, 266035.10 6).29  hh  0,007.10 3  1, 612.10 5  hh 1 ,612.10 5 (Pa.s)   hh 1,612.10 5 1 ,382.10 5 hh 1,166648 (m2/s)  Hệ số truyền khối:  6 0,54 3.2.7 5,518.10 0,531  ky 1 , 6 (1,382.10 5 )0,54 0,0041,46 8,365  Nhận xét: Hệ số truyền khối khá lớn, điều này thể hiện sự chuyển động qua lại giữa 2 pha (rắn và khí) cao, nghĩa là tốc độ truyền khối lớn Tính thời gian hấp phụ một chu kỳ Từ đường đẳng nhiệt hấp phụ ta nhận thấy a 0 * 0,155 kg / kg nằm trong khu vực thứ hai (khu vực đường cong) nên thời gian hấp phụ được tính theo công thức:   a*N H  v  1 ln( Cd  1)  ln Cd  1   vCd  k y   CrHP CrHP    : Thời gian hấp phụ, s H : Chiều cao lớp than hoạt tính, m C d : Nồng độ ban đầu của chất bị hấp phụ trong lưu chất hơi khí, kg/m3 Cd 1 5,137.10 6 (kg / m3) a*N : Nồng độ chất bị hấp phụ cân bằng với nồng độ C d của lưu chất, kg/m3 a N * 0,155 kgkg 500 m3 kg 77,5 kg / m3 K y : Hệ số truyền khối, m/s K y 8,365 (m / s) SVTH: Võ Ngọc Quyền & Võ Quốc Sĩ