Tính toán thiết kế tháp hấp thụ và hấp phụ xử lý khí thải lưu lượng 28813 m3 h

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘIKHOA MÔI TRƯỜNG KỲ THI KẾT THÚC HỌC PHẦNHỌC KỲ 1 NĂM HỌC 2021 - 2022 Đề tài bài tập lớn: Tính toán thiết kế tháp hấp thụ và hấp phụ xử lýHọ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

KHOA MÔI TRƯỜNG

KỲ THI KẾT THÚC HỌC PHẦN HỌC KỲ 1 NĂM HỌC 2021 - 2022

Đề tài bài tập lớn: Tính toán thiết kế tháp hấp thụ và hấp phụ xử lý

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Huy Hoàng

Mã học viên: 20111070652

Lớp: DH10M1

Tên học phần: Quá trình và thiết bị chuyển khối

Mã học phần: MTCN2303

Giảng viên hướng dẫn: Ths Bùi Thị Thanh Thủy

Hà Nội, Ngày 1 tháng 12, năm 2021

Đặt vấn đề

Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường không khí, đặc biệt tại các đô thị khôngvấn đề riêng lẻcủa một quốc gia hay một khu vực mà nó đã trở thành vấn đềtoàn cầu.Thực trạng phát triển kinh tế - xã hội của các quốc gia trên thế giới trong thời gian qua đã có những tác động lớn đến môi trường, và đã làm cho môi trường sống của con người bị thay đổi và ngày càng trở nên tồi tệ hơn Những năm gần đây nhân loại đã phải quan tâm nhiều đến vấn đề ô nhiễm môi trường không khí đó là: sự biến đổi của khí hậu – nóng lên toàn cầu, sự suy giảm tầng ôzôn và mưa axít.Ở Việt Nam ô nhiễm môi trường không khí đang là một vấn đề bức xúc đối với môi trường đô thị, công nghiệp và các làng nghề Ô nhiễm môi trường không khí không chỉ tác động xấu đối với sức khỏe con người(đặc biệt là gây ra các bệnh đường hô hấp)mà còn ảnh hưởng đến các hệ sinh thái và biến đổi khí hậu như: hiệu ứng nhà kính, mưa axít và suy giảm tầng ôzôn,… Công nghiệp hóa càng mạnh, đô thị hóa càng phát triển thì nguồn thải gây ô nhiễm môi trường không khí càng nhiều, áp lực làm biến đổi chất lượng không khí theo chiều hướng xấu càng lớn

Ở Việt Nam, tại các khu công nghiệp, các trục đường giao thông lớn đều bị ô nhiễm với các cấp độ khácnhau, nồng độ các chất ô nhiễm đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép Và sự gia tăng dân số, gia tăng đột biến của các phương tiện giao trong khi cơ sở hạ tầng còn thấp làm cho tình hình ô nhiễm trở nên trầm trọng.Xuất phát từ vấn đề trên, nhóm chúng em lựa chọn đề tài “Ô nhiễm môi trường không khí” để nghiên cứu và qua đó em đề xuất một số biện pháp nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường không khí

Tháp hấp thụ là một loại tháp xử lý khí thải được sử dụng chất lỏng để loại bỏ các chất ô nhiễm của khí thải Dòng khí chứa chất ô nhiễm đi từ dưới lên trên, dung dịch hấp thụ được phun từ trên xuống Khi khí thải tiếp xúc với dung dịch hấp thụ

Tháp hấp thụ là một loại tháp xử lý khí thải được sử dụng chất lỏng để loại bỏ các chất ô nhiễm của khí thải Hấp thụ là quá trình các phân tử khí thải từ nhà máy xí nghiệp được lưu giữ lại trên bề mặt không cho chúng thoát ra ngoài Người ta dựa vào chính quá trình này để thực hiện công việc xử lý khí thải

2 Mục tiêu

- Tính toán và thiết kế được tháp hấp thụ và hấp phụ để xử lý khí thải lưu lượng

39237 m /h theo QCVN19-2009/BTNMT.3

3.Nội dung tính toán

Lập bảng so sánh nồng độ các chất cần xử lý với nồng độ quy chuẩn ( đổi về 25°C) Chất ô

nhiễm

Nồng độ

(mg/Nm )3

Nồng độ theo QCVN 19:2009 Cột B (mg/Nm3) Kv Kp

Cmax (mg/Nm )3

Nhận xét

Hiệu suất

NO2 1693,94 850 0,8 0,9 612 Xử lý 63,87%

SO2 1467,74 500 0,8 0,9 360 Xử lý 75,47%

CO 6021,33 1000 0,8 0,9 720 Xử lý 88,04%

H2S 37,27 7,5 0,8 0,9 5,4 Xử lý 85,51%

Chọn SO làm khí cần xử lý bằng tháp đệm hấp thụ 2

H S làm khí xử lý bằng tháp hấp phụ 2

A.Tính toán tháp đệm hấp thụ

Dữ liệu đầu vào :

t ° khí thải = 100°C

Qy = 28813 m3/h

CdSO2 = 386 mg/m 3

t °nc = 40°C

Cmax = 360 mg/Nm3

t ° tb = 100 40+

2 = 70° ,lấy nhiệt độ làm việc của tháp là 70 C° tháp làm việc ở 1 at = 760 mmhg ,đô thị loại 2

Có : Gy= PV

RT = 1.28813

0,082 100 273( + ) = 1310,2 kmol/h

Cso2d = 386 mg/m 3

=> G = GAd SO2d = 386.28813.10−6

64 = 0,17 kmol/h Gtr = Gy - GAd = 1310,2 - 0,17 = 1310,03 Kmol/h

Yd = GAd

Gtr = 0,17

1310,03 = 1,3.10 kmol/kmol-4

yd = GAD

Gy = 0,17

1310,2 = 1,3 10 kmol/ kmol-4

Có : C = Cmax :so2c T 1

T 0 x Kp x Kp = 500 : 100 38640 386++ x 0,8 x 0,9 = 357 mg/m 3 => C = 1,3.10 kg/mso2c -4 3

GSO2c = Gac = Cso2 c.Qy

M = 1,3.10− 4.28813

64 = 0,05 kmol/h

Yc = Gso c2

Gtr = 0,05

1310,03 = 3,8.10 kmol/kmol-4

y = c Gso c2

Gy = 0,05

1310,2 = 3,8 10-4 kmol/kmol

*Thiết lập phương trình đường cân bằng ,tính X*d:

hệ số henry của SO2 ở 70 C Ψ = 104000 torr ° ≈ 104000 mmhg

m = Ψ

P = 104000

760 = 2600

19

=> y* = 2600

19 x

Thay Yd vào y* => X*d = 2,05.10 kmol/kmol-6

Gtr.(Yd – Yc) = Gdm.(Xc – Xd)

0,18 = 105277,344 Xc

Xc = 1,7 10 kmol/kmol

xc = 1+ XX = 1,7 10−6 kmol/kmol

*Chọn nước là dung dịch hấp thụ ,tính Gx

Có : Gddmin = Gtr Yd Yc−

X∗d = 1248,95.2,8.10

− 4

−1,36.10−4

2,05.10−6 = 87731.12 kmol/h

Gdm = 1,2.Gdmmin = 1,2 87731,12 = 105277,344 kmol/h

GL = Gy( yd – yc ) = 1249,3.( 2,8.10-4 -1,6.10-4 ) = 0,15 kmol/h

Gx = Gdm + G = 87731,12+ 0,15 = 87731,27 kmol/hA

* Tính đường kính tháp :

Chọn loại đệm vòng thép Pall 50 x 50 x 1 mm

có σ = 108 m2/m3

= 0,9 mε /m

có ln[ωdp2

σ ρy

gVđρx(μx

μn)0,16

]=ln1,2 4− (Gx

Gy)0,25

(ρy

ρx)0,125

μx : độ nhớt trung bình pha lỏng theo nhiệt độ trung bình

μn : độ nhớt của nước ở 25 C°

vì chọn dung môi là nước nên μx

μn ≈ 1 => ln[x2 108 1,03

9,81.0 ,93 997]=ln1,2−4(87731,27

1249,3 )0,25

(1,03

997)0,125 => x = 0,76 => W = 0,76 dp

v = 0,9 0,76 = 0,7 m/sy

D= √ Qy

0,785.vy = √ 39237

0,785.0,7.3600 = 4.454 m

Chọn thiết kế 2 tháp đệm hấp thụ với đường kính 1 tháp D = 2,23 m Chọn Ky = 0,58 kmol/m h2

Gtr.(Yd – Yc) = Gdm.(Xc – Xd)

0,18 = 105277,344 Xc

Xc = 1,7 10−6 kmol/kmol

xc = X

1+ X = 1,7 10−6 kmol/kmol

Ta có phương trình đường cân bằng: y = 2600

19 x

xd = 0 => y*d = 0 => ∆yd = yc – y*d = 1,36 10-4

xc = 1,7 10−6 => y*c = 1,68 10−4 => ∆yc = yd – y*c = 1.12.10-4

∆ytb =

∆yd−∆yc

ln∆yd

∆yc

=1,36.10 − 1.12.10

ln1.36.10

−4

1,12.10−4

=1,236.10−4

F = G

Ky ∆ ytb = 0,15

0,58.1,236.10−4 = 2092,4 m2

V = Fσ = 2092,4108 = 19,4 m 3

Hlv = V

S =

V

πD2

4 = 19,4

π.2,23

2

4

5 m ≈ Chọn chiều cao 1 đoạn đệm hd = 2,5 m

tính số đoạn đệm n = Hlv

hd = 5 2,5 = 2 Tính chiều cao thực tế

H = Zl + ZC + n.hd + (n-1).0,5

= 1 + 2 + 2.2,5 +(2-1).0,5

= 8,5 m

=> Chiều cao thực tế của tháp : H = 8,5 m

Chiều cao 1 đoạn đệm : hd = 2,5 m

Chiều cao khoảng phân phối lại khí và lỏng : h = 0,5 m

Số đoạn đệm : 2

Đường kính tháp : D = 2,23 m

Bản vẽ Auto CAD

B.Tính toán tháp hấp phụ

t ° khí thải = 110°C

Qy = 39237 m3/h

CNO2d = 691 mg/m 3

Cmax = 850 mg/Nm = 661,35 mg/m3 3

Đô thị loại 2

Chọn than hoạt tính làm vật liệu hấp phụ

Có hoạt độ hấp phụ a = 0,2 ; khối lượng riêng d = 300 kg/m3

Kp = 0,9 ; Kv = 0,8

Có : Gy = 1249,3 kmol/h

Gy = 691 39237.10−3

46 =0,59 kmol/h

Gtr = Gy – GNO2d = 1249,3 – 0,59 = 1248,71 kmol/h

Yd = 0,59

1248,71 = 4,7 10 kmol/kmol-4

Cno2c = Cmax Kp Kv = 661,35 0,8 0,9 = 476,17 mg/m

GNO2c = 476,17.39237 10−6

46 = 0,4 kmol/h

Yc = 0,4

1248,71 = 3,2 10-4

GL = Gtr ( Yd – Yc)

= 1249,17 (4,7.10 – 3,2.10 )-4 -4

= 0,19 kmol/h

m = GL M = 0,19 46 = 8,74 kg/m3

*Tính đường kính tháp

Chọn Vy = 2 m/s

D = √ 39237

0,785.3600.2 = 2,63 m

mhb = 8,740,2 = 43,7 kg/h

T = 72h

mtt = mhp 72 = 43,7 72 = 3146,4 kg

V = mtt

d = 3146,4

300 = 10,5

S = πD2

4 = π 2,63

2

4 = 5,4 m 2

Hlv = V

S = 10,5

5,4 = 1,94 m

Chọn chiều cao lớp vật liệu hấp phụ 2 m

n = 1,94

2 = 0,97 Làm tròn n = 1

Tra Zl = 1,4 m

Zc = 2,5 m

Vậy H = 1,4 + 2,5 +1.2 + (1-1) 0,5 = 5,9 m

=> Chiều cao thực tế của tháp : H = 5,9 m

Chiều cao lớp vật liệu hấp phụ : hd = 2 m

Số đoạn vật liệu hấp phụ : n =1

Đường kính tháp : D = 2,63 m

bản vẽ CAD

4.Kết quả thực hiện

Nội dung tính toán :

+ Tính toán tháp đệm hấp thụ xử lý SO2

+ Tính toán tháp hấp phụ xử lý NO2

5 Kết luận

Đã tính được tháp đệm hấp thụ xử lý SO2 với kích thước như sau :

Chiều cao thực tế của tháp : H = 8,5 m

Chiều cao 1 đoạn đệm : hd = 2,5 m

Chiều cao khoảng phân phối lại khí và lỏng : h = 0,5 m

Số đoạn đệm : 2

Đường kính tháp : D = 2,23 m

- Đã tính được tháp đệm hấp phụ xử lý NO với kích thước như sau :2 Chiều cao thực tế của tháp : H = 5,9 m

Chiều cao lớp vật liệu hấp phụ : hd = 2 m

Số đoạn vật liệu hấp phụ : n =1

Đường kính tháp : D = 2,63 m

The end