ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÔNG KHÍ THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÓI LÒ HƠI ĐỐT DẦU FO CÔNG SUẤT HƠI 5000 KG/H

ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÔNG KHÍ THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÓI LÒ HƠI ĐỐT DẦU FO CÔNG SUẤT HƠI 5000 KG/H ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÔNG KHÍ THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÓI LÒ HƠI ĐỐT DẦU FO CÔNG SUẤT HƠI 5000 KG/H ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÔNG KHÍ THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÓI LÒ HƠI ĐỐT DẦU FO CÔNG SUẤT HƠI 5000 KG/H ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÔNG KHÍ THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÓI LÒ HƠI ĐỐT DẦU FO CÔNG SUẤT HƠI 5000 KG/H THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÓI LÒ HƠI ĐỐT DẦU FO CÔNG SUẤT HƠI 5000 KG/HTHIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÓI LÒ HƠI ĐỐT DẦU FO CÔNG SUẤT HƠI 5000 KG/HTHIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÓI LÒ HƠI ĐỐT DẦU FO CÔNG SUẤT HƠI 5000 KG/HTHIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÓI LÒ HƠI ĐỐT DẦU FO CÔNG SUẤT HƠI 5000 KG/HTHIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÓI LÒ HƠI ĐỐT DẦU FO CÔNG SUẤT HƠI 5000 KG/HTHIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÓI LÒ HƠI ĐỐT DẦU FO CÔNG SUẤT HƠI 5000 KG/HTHIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÓI LÒ HƠI ĐỐT DẦU FO CÔNG SUẤT HƠI 5000 KG/H

Giới thiệu về lò hơi

Lò hơi công nghiệp là thiết bị sử dụng nhiên liệu để đun sôi nước tạo thành hơi nước mang nhiệt để phục vụ cho các yêu cầu về nhiệt trong các lĩnh vực công nghiệp như sấy, đun nấu, hơi để chạy tuabin máy phát điện Tùy theo nhu cầu sử dụng mà người ta tạo ra nguồn hơi có nhiệt độ và áp suất phù hợp để đáp ứng cho các loại công nghệ khác nhau Trong nhiều ngành sản xuất thì lò hơi là thiết bị không thể thiếu.

Về nguyên lý hoạt động: Lò hơi chủ yếu dùng lượng nhiệt sinh ra của nhiên liệu biến thành nhiệt năng của hơi nước Hơi này cung cấp cho các quá trình Bộ phận cung cấp cho các quá trình công nghiệp tùy mục đích Ngoài ra, các nhà máy nhiệt điện thường dùng tuabin để chạy máy phát điện thì hơi được sử dụng là hơi quá nhiệt.

Cò 5 loại lò hơi chính được sử dụng trong công nghiệp bao gồm: Nồi hơi đốt than ghi xích, nồi hơi tổ hợp công nghiệp, đa năng, nồi hơi đốt trấu, nồi hơi đốt than, củi trấu, nồi hơi đốt gas, dầu.

So với các loại lò hơi đốt bằng nhiên liệu khác thì lò hơi đốt bằng dầu FO có chi phí khá cao, sinh ra ít tro, bụi hơn lò hơi đốt bằng than đá nhưng mặt khác lò hơi đốt dầu

FO sinh ra lượng SO2 cực kỳ lớn và chi phí xử lý SO2 rất tốn kém.

TỔNG QUAN VỀ KHÍ THẢI LÒ HƠI DÙNG DẦU FO

Tổng quan về khí thải lò hơi dùng dầu FO

Dầu là nhiên liệu phổ biến được sử dụng nhiều trong các lò công nghiệp Nhiên liệu dầu đốt trong lò được phân thành: Dầu nặng như dầu mazut và dầu nhẹ như dầu diesel và dầu hỏa.

Dầu FO, còn được gọi là dầu nhiên liệu hay dầu mazut, là phân đoạn nặng thu được khi chưng cất dầu thô parafin và asphalt ở áp suất khí quyển và trong chân không Dầu

FO có điểm sôi cao Trong kỹ thuật người ta còn chia thành dầu FO nhẹ và FO nặng.

Vì thế, các đặc trưng hoá học của dầu mazut có những thay đổi đáng kể nhưng không phải tất cả các đặc trưng này ảnh hưởng tới việc sử dụng chúng làm nhiên liệu và các kỹ thuật sử dụng để đạt hiệu quả cao.

Dầu FO được sử dụng làm nguyên liệu đốt lò trong công nghiệp nồi hơi, lò nung, lò đốt dạng bay hơi, dạng ống khói hoặc cho các loại động cơ đốt trong của tàu biển… Nhiệt trị của dầu FO là 10.175kcal/kg và tỷ trọng là 0.7 – 0.97 kg/l.

 Dầu FO nhẹ có độ sôi 200 - 3000ºC, tỷ trọng 0.88 – 0.92.

 Dầu FO nặng có độ sôi lớn hơn 3200ºC và tỷ trọng 0.92 – 1 hay cao hơn Độ nhớt của dầu FO rất cao và thay đổi trong phạm vi rộng từ 250 – 7000 đợn vị Red – Wood chuẩn, trong khi đó độ nhớt của dầu đo chỉ là 40 – 70 đơn vị.

2.1.1 Khí thải chủ yếu từ lò hơi

Khí SO2 là sản phẩm chủ yếu của quá trình đốt cháy các nhiên liệu có chứa lưu huỳnh (S) như than,…hay nguyên liệu chứa lưu huỳnh như đôt quặng Pirit sắt (FeS2),đốt cháy lưu huỳnh,…trong quá trình sản xuất acid Sunfuric(H2SO4) Trong tự nhiên,

SO2 được phát tán trong không khí chủ yếu là do đốt than, và một phần do núi lửa phun.

Trong lò hơi, khí SO2 chủ yếu sinh ra từ quá trình đốt nhiên liệu bằng than đá hay dầu FO.

2.1.2 Đặc điểm khí thải lò hơi đốt bằng dầu FO

Lò hơi đốt bằng dầu FO là loại phổ biến nhất hiện nay Dầu FO là một phức hợp của hợp chất cao phân tử Dầu FO dạng lỏng có lượng sinh nhiệt cao Độ tro ít nên ngày càng được sử dụng rộng rãi Mặt khác, vận hành lò hơi đốt dầu đơn giản và khá kinh tế.

Khí thải của lò hơi đốt bằng dầu FO thường có các chất sau: CO2, CO, SO2, SO3,

NOx, hơi nước…Ngoài ra còn có một hàm lượng nhỏ tro và các hạt tro rất nhỏ trộn lẫn với dầu cháy không hêt tồn tại dưới dạng sol khí mà ta thường gọi là mồ hóng.

Lượng khí thải khi đốt dầu FO ít thay đổi; nhu cầu không khí cần cấp cho đốt cháy hết 1kg dầu FO là VO20,6kg/m 3

Lượng khí thải sinh ra khi đốt 1kg dầu FO là VC20 ≈ 11,5m 3 /kg ≈ 13,8kg khí thải/ 1kg dầu.

Nồng độ các chất ô nhiễm trong khí thải: Với dầu FO dùng theo tiêu chuẩn chất lượng, khi đốt cháy trong lò hơi sẽ có nồng độ các chất trong khí thải như trong bảng sau:

Bảng 2.1 Nồng độ các chất trong khí thải lò hơi đốt dầu FO trong điều kiện đốt cháy tốt [6]

Chất gây ô nhiễm Nồng độ (mg/m 3 )

Thành phần khí thải khi đốt các loại nhiên liệu bao gồm như sau:

Bảng 2.2 Các chất ô nhiễm trong khói thải lò hơi [6]

Loại lò hơi Chất ô nhiễm

Lò hơi đốt bằng củi Khói + tro bụi + CO + CO2

Lò hơi đốt bằng than đá Khói + tro bụi + CO + CO2 + SO3 + NOx

Lò hơi đốt bằng dầu FO Khói + tro bụi + CO + CO2 + SO3 + NOx

CO: là sản phẩm của quá trịnh cháy trong điều kiện thiếu O2, CO gây ức chế hô hấp của động vật và tế bào thực vật Có thể gây tử vong cấp kì ở nồng độ 0,8 ppm.

NOx: bao gồm NO, NO2,…là những chất ô nhiễm do quá trình đốt cháy nhiên liệu phát thải vào bầu khí quyển, trong đó ở gần ngọn lửa khí NO chiếm 90 – 95% và phần còn lại là NO2.

SOx: hầu hết các loại nhiên liệu lỏng đều có chứa lưu huỳnh trong dầu đốt Khi cháy thành phần lưu huỳnh trong nhiên liệu phản ứng với oxy tạo thành khí oxit luu huỳnh, trong đó khoảng 99% là khí sunfua dioxit SO2.

Bụi: trong sản phẩm cháy của các nhiên liệu lỏng, rắn hầu hết đều có mang theo bụi;nhiên liệu khi cháy sinh ra một hàm lượng bụi lớn nhưng nhất thiết cần xử lý để tránh bụi phát tán ra môi trường gây ra các bệnh liên quan đến đường hô hấp và làm mất vệ sinh môi trường xung quanh nguồn thải.

Tổng quan về khí thải

2.2.1 Tổng quan về khí SO 2

Nguồn gốc: Nguồn phát thải SO2 chủ yếu là từ các trung tâm nhiệt điện, các lò nung, lò hơi đốt than, dầu và khí đốt có chứa lưu huỳnh hoặc hợp chất của lưu huỳnh Ngoài ra, một số công đoạn sản xuất trong công nghiệp hóa chất, luyện kim, cũng thải vào bầu khí quyển một lượng SO2 đáng kể.

Về tính chất: Khí sunfurơ là chất khí không màu, có mùi hăng cay khi nồng độ trong khí quyển là 1 ppm, là sản phảm của quá trình đốt cháy các nhiên liệu có chứa lưu huỳnh (ví dụ dầu FO).

SO2 có nhiệt độ nóng chảy ở -75ºC và nhiệt độ sôi ở -10ºC, rất bền với nhiệt

Khí SO2 là một chất khí ô nhiễm khá điển hình SO2 có khả năng hoà tan trong nước cao hơn các khí gây ô nhiễm khác nên dễ phản ứng với cơ quan hô hấp của con người và động vật. Độc tính chung của SO2 thể hiện ở rối loạn chuyển hoá protein và đường, thiếu vitamin B, C ức chế enzyme oxydaza Khi hàm lượng thấp, SO2 có thể làm sưng viêm mạc.

Ngoài ra khí SO2 xâm nhập vào cơ thể qua đường hô hấp và hòa tan vào nước bọt, từ đó qua đường tiêu hóa để ngấm vào máu, SO2 tham gia nhiều phản ứng hoá học để làm giảm dự trữ kiềm trong máu gây rối loạn chuyển hoá đường và protêin, gây thiếu vitamin B và C, tạo ra methemoglobine để chuyển Fe2+ (hoà tan) thành Fe3+(kết tủa) gây tắc nghẽn mạch máu cũng như làm giảm khả năng vận chuyển ôxy của hồng cầu,gây co hẹp dây thanh quản, khó thở Liều lượng của SO2 như sau:

Bảng 2.3 Liều lượng gây độc [7] mg SO2/m3 Tác hại

20 – 30 Giới hạn gây độc tính

50 Kích thích đường hô hấp, ho

130 – 260 Liều nguy hiểm sau khi hít thở (30 – 60 phút)

1000 – 1300 Liều gây chết nhanh (30 – 60 phút)

SO2 làm thiệt hại đến mùa màng, nhiễm độc cây trồng Khí SO2 trong khí quyển khi gặp các chất oxy hoá dưới tác động cảu nhiệt độ, ánh sáng chúng chuyển thành SO3. Khi gặp nước SO3 + H2O = H2SO4 là nguyên nhân gây nên mưa acid gây thiệt hại lớn. Nhà của, kiến trúc công trình làm bằng kim loại dễ bị ăn mòn, động vật và thực vật chậm phát triển hoặc chết.

2.2.2 Tổng quan về bụi Ô nhiễm bụi gây tác hại đến sức khoẻ đặc biệt nếu bụi chứa các chất độc hại Thành phần hoá học, thời gian tiếp xúc là các yếu tố ảnh hưởng đến các cơ quan nội tạng. Mức độ bụi trong bộ máy hô hấp phụ thuộc vào kích thước, hình dạng, mật độ hạt bụi và cá nhân từng người.

Bụi đất đã không gây ra các phản ứng phụ trong cơ thể do có đặc tính trơ và không chứa các hợp chất có tinh độc hại Bụi đất, cát có kích thước lớn, nặng, ít có khả năng đi vào phế nang phổi, ít ảnh hưởng đến sức khoẻ.

Bụi than tạo thành trong quá trình đốt nhiên liệu có thành phần chủ yếu là các hydrocacbon đa vòng là chất ô nhiễm có độc tính cao vì nó có khả năng gây ra ung thư.Khi tiếp xúc, phần lớn bụi than có kích thước lớn hơn 5 micromet bị các dịch nhầy ở các tuyến phế quản và các long giữ lại Chỉ có các hạt bụi có kích thước nhỏ hơn 5 micromet vào được phế nang Bụi vào phổi gây kích thước cơ học, xơ hoá phổi dẫn đến các bệnh hô hấp như khó thở, ho, khạc đờm, ho ra máu, đau ngực.

LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ

Các phương pháp xử lí khí thải từ lò hơi dùng dầu FO

Hấp thụ là quá trình lôi cuốn chọn lọc một cấu tử nào đó từ hỗn hợp khí bởi chất lỏng Dựa vào sự tương tác giữa chất hấp thụ (dung môi) và chất bị hấp thụ (chất ô nhiễm) trong pha khí, phân thành 2 loại hấp thụ:

Hấp thụ vật lý: Dựa trên sự hòa tan của cấu tử pha khí trong pha lỏng (tương tác vật lý) Hấp thụ vật lý được sử dụng rộng rãi trong xử lý khí thải

Hấp thụ hóa học: Cấu tử trong pha khí và pha lỏng có phản ứng hóa học với nhau

Quá trình hấp thụ mạnh hay yếu là tùy thuộc vào bản chất hóa học của dung môi và các chất ô nhiễm trong khí thải

Hấp thụ là một quá trình mà truyền khối mà ở đó các phân tử chất khí chuyển dịch và hòa tan vào chất lỏng Sự hòa tan có thể diễn ra đồng thời với một phản ứng hóa học giữa các hợp phần của pha lỏng và pha khí hoặc không có phản ứng hóa học

Truyền khối thực chất là một quá trình khuếch tán mà ở đó chất khí ô nhiễm dịch chuyển từ trạng thái có nồng độ cao đến trạng thái có nồng độ thấp hơn Việc khử chất khí diễn ra theo 3 giai đoạn:

1 Khuếch tán chất khí ô nhiễm đến bề mặt chất lỏng

2 Truyền ngang qua bề mặt tiếp xúc pha khí /lỏng

3 Khuếch tán chất khí hoàn tan từ bề mặt tiếp xúc pha vào trong pha lỏng

Sự chênh lệch nồng độ ở bề mặt tiếp xúc pha thuận lợi cho động lực của quá trình và quá trình hấp thụ diễn ra mạnh mẽ trong điều kiện diện tích tiếp xúc pha lớn,độ hỗn loạn cao và độ khuếch tán cao.Bởi vì một số hợp phần của hỗn hợp khí có khả năng hòa ta mới có thể hòa tan được trong chất lỏng,cho nên quá trình hấp thụ chỉ đạt hiệu quả cao khi lựa chọn dung dịch hấp thụ có tính hòa tan cao hoặc những dung dịch phản ứng không thuận nghịch với chất khí cần được hấp thụ

Thiết bị hấp thụ có chức năng tạo ra bề mặt tiếp xúc càng lớn càng tốt giữa hai pha khí và lỏng

Nguyên lý hoạt động của tháp hấp thụ như sau

Dòng khí được dẫn vào ở đáy tháp, dung dịch hấp thụ được phun ở đỉnh tháp

Dòng khí cần xử lý tiếp xúc với dung dịch hấp thụ, chất cần xử lý được giữ lại trong dung dịch hấp thụ và được thu ở đáy tháp Dòng không khí sạch thoát ra ngoài trên đỉnh tháp

Có nhiều dạng kiểu thiết bị hấp thụ khác nhau và có thể phân thành các loại chính sau:

1 Buồng phun, tháp phun: Trong đó chất lỏng được phun thành giọt nhỏ trong thể tích rỗng của thiết bị và cho dòng khí đi qua Tháp phun đươc sử dụng khi yêu cầu trở lực bé và khí có chứa hạt rắn

2 Thiết bị sục khí: Khí được phân tán dưới dạng các bong bóng đi qua lớp chất lỏng Quá trình phân tán khí có thể được thực hiện bằng cách cho khí đi qua tấm xốp, tấm đục lỗ hoặc bằng cách khuấy cơ học

3 Thiết bị hấp thụ kiểu sủi bọt: Khí đi qua tấm đục lỗ bên trong có chứa lớp chất lỏng mỏng

4 Thiết bị hấp thụ có đệm bằng vật liệu rỗng (tháp đệm): Là một tháp dạng cột bên trong chất gần đầy các vật liệu đệm nhằm tạo ra một bề mặt tiếp xúc cao nhất có thể để cho dòng khí (đi từ dưới lên)và dòng lỏng(từ đỉnh tháp xuống) tiếp xúc tốt với nhau khi chuyển động ngược chiều trong lớp đệm.Quá trình tiếp xúc này sẽ làm cho bụi và chất ô nhiễm trong khí thải bị giữ lại và bị hấp thụ bởi dòng chất lỏng.Tháp đệm thường được sử dụng khi năng suất nhỏ, môi trường ăn mòn, tỉ lệ lỏng:khí lớn Khí không chứa bụi và hấp thụ không tạo ra cặn lắng.

5 Tháp đĩa: Có cấu tạo là một thân tháp hình trụ thẳng đứng trong có gắn các đĩa có cấu tạo khác nhau.

Như vậy để hấp thụ được một số chất nào đó ta phải dựa vào độ hòa tan chọn lọc của chất khí trong dung môi để chọn dung môi cho thích hợp hoặc dung dịch thích hợp(trong trường hợp hấp thụ hóa học) Quá trịnh hấp thụ được thực hiện tốt hay xấu phần lớn là do tính chất dung môi quyết định, hiệu quả của quá trình phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc bề mặt giữa khí thải và chất lỏng, thời gian tiếp xúc, nồng độ môi trường hấp thu và tốc độ phản ứng giữa chất hấp thu và khí thải

Hấp phụ là hiện tượng tăng nồng độ của một chất tan (chất bị hấp phụ) trên bề mặt một chất rắn (chất hấp phụ) Chất đã bị hấp phụ chỉ tồn tại trên bề mặt chất rắn, không phân bố đều khắp trong toàn bộ thể tích chất hấp phụ (còn gọi là quá trình phân bố 2 chiều)

Trong kỹ thuật xử lý ô nhiễm không khí, phương pháp hấp phụ được dùng để thu hồi và sử dụng lại hơi của các chất hữu cơ, khử mùi các nhà máy sản xuất thực phẩm, thuộc da, nhuộm…

Có thể phân loại phương pháp hấp phụ như sau:

 Dựa vào bản chất quá trình hấp phụ:

Hấp phụ vật lý: là hấp phụ đa phân tử, Lực liên kết là lực hút giữa các phân tử

(Lực Vanderwaals) không tạo thành hợp chất bề mặt

Hấp phụ hóa học: là hấp phụ đơn phân tử, lực liên kết là lực liên kểt bề mặt tạo nên hợp chất bề mặt

 Dựa theo điều kiện hấp phụ:

Hấp phụ trong điều kiện động

Hấp phụ trong điều kiện tĩnh

Hấp phụ chọn lọc: Dựa vào ái lực khác nhau giữa chất ô nhiễm và bề mặt chất rắn, phụ thuộc vào bản chất hóa học của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ.

Hấp phụ trao đổi: Dựa vào cường độ hoặc ái lực của các ion chất hấp phụ và chất bị hấp phụ

Quá trình hấp phụ có thể được tiến hành trong lớp chất hấp phụ đứng yên, tầng sôi hoặc chuyển động Tuy nhiên trên thực tế phổ biến nhất là thiết bị với lớp chất hấp phụ không chuyển động được bố trí trong tháp đứng, tháp nằm hoặc tháp vòng Tháp đứng được sử dụng khi cần xử lý lưu lượng nhỏ

Hình 3.2 Sơ đồ hấp phụ [9]

3.1.3 Một số phương pháp hấp thụ SO 2 Để hấp thụ SO2 ta có thể sử dụng nước, dung dịch hoặc huyền phù của muối kim loại kiềm hoặc kiềm thổ

Là phương pháp đơn giản được áp dụng sớm nhất để loại bỏ khí SO2 ra khỏi khí thải từ các lò công nghiệp

Lựa chọn công nghệ xử lý

 Hấp thụ khí SO 2 bằng dung dịch Ca(OH) 2

Chất thải thứ cấp của nó được đưa về dạng thạch cao CaSO4 không gây ô nhiễm thứ cấp cho nguồn nước và có thể tách ra khỏi nước đem chôn lấp an toàn.

Là loại dung dịch rẻ tiền, dễ kiếm.

Dung dịch này ngoài nhiệm vụ hấp thụ các chất SO2, CO2, còn có tác dụng làm nguội khí thải đáp ứng yêu cầu tiêu chuẩn về nhiệt độ khí thải đầu ra của ống khói.

 Thiết bị xử lý: Tháp đệm vòng sứ rasig với vật liệu chế tạo tháp là hợp kim thuộc nhóm thép không gỉ

Có khả năng chịu đựng môi trường hoá chất và nhiệt độ cao

Lớp đệm có tác dụng tăng diện tích và thời gian tiếp xúc giữa 2 pha khí - lỏng để quá trình hấp thu xảy ra triệt để hơn, thởi gian và tiết diện tiếp xúc giữa khí thải và dung dịch hấp thụ càng lớn thì hiệu quả loại bỏ càng lớn Bố trí chuyển động ngược chiều: khí chuyển động từ dưới lên, dung dịch từ trên xuống.

Ngoài ra lớp đệm vòng sứ còn có tác dụng va đập, kết dính bụi trong khí thải vào dung dịch hấp thu sau đo được tách ra ở dạng cặn trong bể lắng

Có tấm thép chống gỉ đục lỗ để đỡ và phân phối đều khí qua tiết diện ngang của tháp.

Về ưu điểm: phương pháp này có quy trình công nghệ đơn giản, chi phí xử lý thấp,chất hấp thụ dễ tìm Có thể chế tạo bằng vật liệu thông thường, không cần đến vật liệu chống axit và không chiếm nhiều diện tích xây dựng.

Về nhược điểm: Thiết bị đóng cặn do tạo thành CaSO4 và CaSO3, gây tắc đường ống và ăn mòn thiết bị.

Khí thải từ lò hơi

Sơ đồ quy trình công nghệ:

Khí thải ra môi trường đạt tiêu chuẩn của QCVN 19:2009/BTNMT Ống khói

Bể lắng cặn Tháp hấp thụ xử lý SO2

Thiết bị trao đổi nhiệt

TÍNH TOÁN THÁP HẤP THỤ

Tính toán thành phần khí thải

Các thành phần của không khí khô như sau:

Bảng 4.1 Các thành phần không khí khô

Thành phần không khí khô CO 2 H 2 O O 2 N 2 SO 2

Tính toán cho 100kg dầu FO

Thành phần Carbon Hydro Oxi Nito Lưu huỳnh Tro

Phân tử khối ( kg/kmol) 12,01 1,008 15,999 14,007 32,06

Lượng Oxi cần thiết ( kmol) 7,1024 2,505 -0,0188 0,0125 0,0936

Bảng 4.2 Các thành phần nguồn thải

Khối lượng dầu FO cần sử dụng

B: lượng dầu cần sử dụng kg/h

Hg: entanpi của hơi nước 665 kcal/kg

Hf: entanpi của nước cấp 85 kcal/kg η: hiệu suất của lò hơi

GCV: Nhiệt trị của dầu FO 9800 kcal/kg

Tổng số mol oxi cần thiết

LO2 = ∑Tổng mol oxi cho quá trình đốt cháy = 7,014+2,505-0,0188+0,0125+0,0936 9,6947 kmol

Lượng không khí cần thiết

Hệ số thừa không khí α= 1,15

Lượng không khí thực tế cho quá trình đốt

Lượng khí thải phát sinh

Lượng NO2 phát sinh từ đốt dầu mNO2 = 1,723*10 -3 *348 1.18 [ CITATION Trầ01 \l 1066 ]

Gtr = 24,6243+0,1483+19,7973+0,0373+5,0605+ 46,3350+0,1 = 196,1027 kmol/h Lưu lượng thải ở đktc

Nồng độ khí thải đầu vào ở đktc ( mg/m 3 )

Nồng độ khí thải đầu vào Tải lượng (mg h )

Bảng 4.3 Nồng độ của các thành phần khí thải đầu vào

Thành phần SO 2 CO NO 2 Bụi Đầu vào 4730,23 942,29 389,36 157.94

Nồng độ khí thải đầu ra

Theo QCVN 19:2009/BTNMT về nồng độ tối đa cho phép trong khí thải công

Thành phần SO 2 CO NO 2 Bụi Đầu ra 500 1000 850 200

Bảng 4.4 Nồng độ khí thải đầu ra

Tính toán cân bằng vật chất

Tỉ số mol của SO2 đầu vào và đầu ra:

Yđ = mol SO2 đầu vào

64 = 1,75*10 -4 kmol SO2/kmol trơ Lượng khí SO2 bị hấp thụ

GSO2 = Gtr*( Yđ –Yc) = 196,1027*( 0,001658 - 1,75*10 -4 ) = 0,2912 kmol/h

Khối lượng riêng của nước ở 40 o C là ρ H 2 O = 992 kg/m 3

Khối lượng riêng của Ca(OH)2ρ Ca(OH) 2 5%= 2200 kg/m 3

Nhiệt độ làm việc của tháp là t = 40 o C → T = 313 o K Áp suất P = 1atm = 760mmHg = 1,0133*10 5 Pa

Suất lượng khí thải đầu vào G = 196,4284 kmol/h

Suất lượng khí trơ Gtr = 196,1027 kmol/h

Khối lượng riêng dung dịch hấp thụ ρ x 0

Khối lượng mol phân tử dung dịch hấp thụ

Phần trăm thể tích Ca(OH)2 trong dung dịch φ%Ca(OH) 2 ρ Ca(OH) 2

Khối lượng mol hỗn hợp khí đầu vào

Khối lượng riêng hỗn hợp khí đầu vào ở 0 o C ρ đ = M đ

22,4 = 1,2993 kg/m 3 Khối lượng hỗn hợp khí đầu ra

Khối lượng riêng hỗn hợp khí đầu ra ở 0 o C ρ c =M c

Khối lượng mol trung bình hỗn hợp khí

Khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp khí ở 40 o C ρ y = 1 2 (ρ đ+ ρ c )* 273 273+40 = = 1 2 (1,2993+1,297)*273

273+40 = 1,1322 kg/m 3 Độ nhớt dung dịch hấp thụ ở 40 o C μ x = μ H20*(1+2,5*φ) = 0,656*10 -3 *(1+2,5*0,02318)= 6,9402*10 -4 Pa.s Độ nhớt dung dịch hấp thụ ở 20 o C μ 20 = μ H20*(1+2,5*φ) = 1,005*10 -3 *(1+2,5*0,02318)= 1,063*10 -3 Pa.s

Gđ,Gc: suất lượng hỗn hợp khí đầu vào – ra (kmol/h)

Lđ, Lc: suất lượng Ca(OH)2 đầu vào – ra (kmol/h)

Yđ,Yc : Nồng độ đầu và cuối của SO2 trong pha khí

Xđ,Xc: Nồng độ đầu và cuối của SO2 trong pha lỏng

Phương trình đường cân bằng thu được từ quá trình thực nghiệm: log

P * : áp suất riêng phần của khí SO2, mmHg

[SO2]: nồng độ SO2 trong dung dịch hấp thụ, kmol/kmol dung dịch

1+0.001658 = 1,2579 mmHg Thay vào phương trình cân bằng ta được

Xmax = 0,005472 kmol SO2/kmol dung dịch

Lượng dung dịch hấp thụ tối thiểu

Lượng dung dịch thực tế thường lấy bằng 2÷3 lần lượng tối thiểu, ta lấy lượng dung dịch hấp thụ bằng 3 lần lượng tối thiểu.

Lưu lượng thể tích dung dịch hấp thụ

9,6849*18,7079 1020,0037 = 2,928 m 3 /h Nồng độ SO2 trong pha lỏng đầu ra

159,6849 = 0,0018234 kmol SO2 /h Lượng Ca(OH)2 sử dụng

Lượng Ca(OH)2 cần thiết trong 1h m = 0,2912 *74 = 21,55 kg/h

Từ bảng số liệu trên ta vẽ được đường cân bằng như sau:

Hình 4.1 Biểu đồ đường cân bằng Đường làm việc

C S O 2 ( k h í) Đường làm việc qua 2 điểm ( Xđ =0,

Ta có đường làm việc như sau:

Hình 4.2 Biểu đồ đường cân bằng và đường làm việc

Từ đồ thị ta có phương trình đường làm việc

Đường kính tháp

Đường kính tháp được xác định theo công thức

Gtb: Lưu lượng khối lượng trung bình của pha khí (kg/s)

⍴y: Khối lượng riêng trung bình pha khí ở 40ºC (kg/m 3 )

⍵y: Vận tốc dòng khí đi trong tháp (m/s)

⍵gh được xác định theo công thức lg[ ⍵ gì V gh 2 ìσì⍴ R 3 ì ⍴ y x ì ( à à 20 x ) 0,16 ]= A-1,75ì( G L tb tb ) 0,25 ì ( ⍴ ⍴ y x ) 0,125 CITATION Ngu \l 1066 [2] Trong đó: σ: diện tích bề mặt riêng của vật liệu đệm (m 2 /m 3 )

VR: phần thể tích tự do của vật liệu đệm (m 3 /m 3 ) àx: độ nhớt động lực học của pha lỏng ở nhiệt độ làm việc (Pa.s) à20: độ nhớt động lực học của pha lỏng ở 20ºC (Pa.s)

Gtb, Ltb: lưu lượng khối lượng các pha tương ứng (kg/h)

⍴ x , ⍴ y : khối lượng riêng pha lỏng và pha khí (kg/m 3 )

A = 0,002 cho vật chêm hay vòng xoắn n được xác định dựa vào mục tiêu quá trình và chế độ thuỷ động của tháp

Chế độ thuỷ động N Điểm ngập lụt 1

Bảng 4.5 Các loại chế độ chảy

Chọn chế độ dòng chảy chuyển tiếp

Vật liệu đệm được chọn theo bảng như sau:

Bảng 4.6 Các thông số của vật liệu đệm [ CITATION Ngu \l 1066 ]

Dạng đệm Kích thước đệm, mm Bề mặt riêng σ ,m 2 /m 3 Thể tích tự do

Khối lượng riêng xốp ρ, kg/m 3 Đệm vòng sứ

Vận tốc dòng khí trong tháp ω y = 0,65*2,23 = 1,45 ≈ 1,5 m/s Đường kính tháp hấp thụ

Chọn đường kính tháp theo tiêu chuẩn là D = 1,1 m

Tính lại vận tốc dòng khí ω y =1,59

0,785* 1,1 2 *1,1322 = 1,47 m/s n =1,47 2,23 = 0,66 đảm bảo được chế độ chảy chuyển tiếp

Chiều cao tháp

Chiều cao lớp vật liệu đệm

Y đ dY Y- Y * = 2,36 Chọn số đơn vị truyền khối là 2,5

Chiều cao của một đơn vị truyền khối ho = hy+ m¿ G L tr tr

Với: hy = v R φ∗ψ∗σ∗ℜ 0,25 y ∗Pr 0,66 y là chiều cao tương đương của một đơn vị truyền khối trong pha khí.

Chiều cao của một đơn vị truyền khối trong pha lỏng: hx = 119* δ x *ℜ x

Chuẩn số Raynon pha khí Rey = 0,4 * ω y * ρ y σ*μ y [ CITATION Ngu \l 1066 ]

Chuẩn số Pran pha hơi Pry =μ ρ y y* D y [ CITATION Ngu \l 1066 ]

Chuẩn số Raynon pha lỏng Rex = 0,0 4* L S*σ*ψ*μ tb x [ CITATION Ngu \l 1066 ]

Chuẩn số Pran pha lỏng Prx = μ x ρ x ∗D x CITATION Ngu \l 1066 [2]

Chiều dày tương đương của màng chất lỏng δ x = ( μ ρ x 2 x

Do sử dụng vật liệu đệm là vòng sứ rasiga nên hệ số φ =0,123

Diện tích mặt cắt ngang tháp

Mật độ tưới thực tế

Mật độ tưới thích hợp

Uth = B* σ = 0,158*195 = 30,81 m 3 /m 2 h ( trong đó B là hệ số phụ thuộc quá trình 0,158 nếu là quá trình hấp thụ)

Do hệ số thấm ướt ψ được xác định theo đồ thị phụ thuộc vào tỉ số U U tt th

Tra đồ thị IX.16-[ CITATION Ngu \l 1066 ] ta được ψ =0,1

4.4.1 Tính hệ số khuếch tán

Hệ số khuếch tán của SO2 trong không khí ở 0 o C, 1 atm

Hệ số khuếch tán của SO2 trong pha khí ở 40 o C

Hệ số khuếch tán của SO2 trong dung dịch hấp thụ ở 40 o C

6,9402* 10 -6 * 44,8 0,6 = 2,3776*10 -6 m 2 /s C=2,6 là hệ số kể đến sự kết hợp của phân tử nước

Theo bảng 5.4 trang 227 sách Ví dụ và Bài tập- tập 10

4.4.2 Tính các chuẩn số Độ nhớt của hỗn hợp khí:

4.4.3 Tính chiều cao tương đương của một đơn vị truyền khối trong các pha hy = v R φ*ψ*σ∗Re y 0,25 * Pr y 0,66 =0,750,123*0,1*195∗179,94 0,25 *1,33 0,66 = 1,38 m hx = 119* δ x *ℜ x 0,25 *Pr x 0,5 = 119*3,6137*10 -5 * 2,58 0,25 * 0,286 0,5 = 0,0029 m

Ta có m= 0,309 ( hệ số góc trung bình của đường cân bằng, ta chia đường cân bằng ra thành nhiều đoạn nhỏ, xem mỗi đoạn như đoạn thẳng và có hệ số góc riêng, m là giá trị trung bình của các hệ số góc)

Chiều cao của một đơn vị truyền khối ho = hy+ m¿ G L tr tr

Chiều cao lớp vật liệu đệm

Tỷ lệ chiều cao trên đường kính H D= 3,5 1,1 = 3,18 < 4D nên đảm bảo được lớp đệm hoạt động tốt

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

Bảng 4.7 Chiều cao phần tách lỏng và đáy

Theo bảng chiều cao cần thiết của phần tách lỏng (Hc) và phần đáy (Hđ) là: Đường kính D = 1,1 m chọn Hc = 0,8 m và Hđ = 2,0 m

Vậy tổng chiều cao của tháp hấp thu là:

Trở lực của tháp đệm khô

Do Rey > 400, Nên tổn thất áp suất của đệm khô xác định theo CT IX.121, trang 189,

Trở lực của tháp đệm ướt

Theo bảng IX.7 trang 189- sách Số tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, ta có:

Chọn vật liệu

Do các vật liệu của tháp luôn tiếp xúc với dung dịch có tính ăn mòn và nhiệt dòng khí nhiệt độ cao nên các vật liệu chế tạo tháp hấp thụ cần phải được chọn loại thép hợp kim đặc biệt không gỉ, bền chịu nhiệt và chống tính ăn mòn cao trong điều kiện làm việc.

Mã hiệu thép: X18H10T (Cr 18%, Ni 10%, T nằm trong khoảng 1 – 1,5%)

Giới hạn bền chảy σ ch = 220.10 6 N/m 2

Chiều dày thép 4 – 25 mm Độ dãn tương đối:  = 38%

Tính bề dày thân tháp

Các thông số ban đầu của tháp mà ta đã biết như sau: Đường kính D = 1,1 m = 1100 mm

Khối lượng riêng của pha lỏng ρ x = 1020,0037 kg/m 3

Hệ số hiệu chỉnh  = 1 (thiết bị thuộc nhóm 2 loại II ) Điều kiện sản xuất: Các chi tiết hoặc các bộ phận bị đốt nóng trực tiếp bằng ngọn lửa, khí lò, điện trở.

Chọn cách hàn là hàn tay bằng hồ quan điện, kiểu hản là hàn giáp mối hai bên, có đường kính ≥ 700 mm→ hệ số bền mối hàn φ h = 0,95 [Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, XIII.8, tr 364].

4.6.1 Xác định áp suất làm việc trong tháp :

Trong đó pmt: áp suất pha khí trong thiết bị, pmt = 1 atm = 0,1013 (N/mm 2 ) pl: áp suất thuỷ tĩnh của cột chất lỏng trong thiết bị pl= g × ρ x × H= 9,81 × 1020,0037 × 6,3 × 10 -6 = 0,063 ( N/mm 2 )

4.6.2 Xác định ứng suất cho phép của thép X18H10T

2,6 ×1,0 = 211,54 N/mm 2 Theo giới hạn chảy:

Ta lấy giá trị bé hơn trong 2 ứng suất cho phép ở trên làm ứng suất cho phép tiêu chuẩn

Ta có [σ] P φ h = 146,67 0,1643 *0,95= 892,69 >50, do đó có thể bỏ đại lượng p và khi đó chiều dày thân tính bằng:

 Bề dày tối thiểu của thân là:

2×146,67×0,95 +C= 0,65 + C mm Chọn đại lượng bổ sung

C1 = 1.5 (mm): hệ số bổ sung do bào mòn hóa học trong thời hạn sử dụng thiết bị là 15 năm với tốc độ ăn mòn 0.1mm/năm

C2 = 0: hệ số bổ sung do bào mòn cơ học

C3 = 0,8 (mm): hệ số bổ sung do dung sai âm (tra bảng XIII – 9 – tập 2 sổ tay thiết bị)

 Bề dày thực của thân thiết bị:

Chọn S= 4 mm ứng với đường kính tháp từ 1000 đến 2000 mm

Kiểm tra lại ứng suất thiết bị theo áp suất thử tính toán:

Kiểm tra điều kiện bền:

Vậy thân tháp có bề dày S= 4 mm thỏa điều kiện bền và áp suất làm việc

Tính đáy và nắp

Ta có áp suất làm việc trong tháp là 0,2048 N/mm 2 > 7.10 -4 N/m 2 nên sử dụng nắp dạng elip có gờ

Chọn vật liệu làm đáy và nắp thiết bị cùng với vật liệu làm thân tháp.

 Các thông số đã biết:

 Đáy (nắp) làm bằng thép không gỉ X18H10T

 áp suất làm việc phần dưới thân P = 0,1643(N/mm 2 )

Bán kính cong phía trong ở đỉnh, đáy:

Chiều dày đáy và nắp thiết bị

Chiều dày đáy, nắp thiết bị được xác định theo công thức

P: áp suất trong của thiết bị hb: chiều cao phần lồi của đáy và nắp

[σ]: ứng suất cho phép của thiết bị φ h : hệ số bền của mối hàn hướng tâm, mối hàn tay bằng hồ quang điện, vật liệu thép cacbon không gỉ.

C: đại lượng bổ sung k: hệ số không thứ nguyên, chọn k=1

0,1643×1×0,95 = 848,06 >30 nên đại lương P ở mẫu số có thể bỏ qua, chiều dày nắp được tính theo công thức:

⟹ S = 0,68 + 2,3 = 3 mm Theo quy chuẩn các loại thép tấm ta lấy S = 4 mm

Kiểm tra ứng suất của đáy, nắp thiết bị theo áp suất thử σ =[ D t 2 +2 h b ( S-C) ] P

Vậy đáy, nắp tháp có bề dày S= 4 mm thỏa điều kiện bền và áp suất làm việc

Chọn đáy và nắp elip có gờ, chiều cao gờ h = 25 mm Theo bảng XIII.10 và XIII.11- trang 382,383,384[ CITATION Ngu \l 1066 ], như sau:

Bảng 4.8 Các thông số của đáy (nắp) ứng với đường kính 1100 [ CITATION Ngu \l 1066

Thể tích đáy m 3 Đường kính phôi

Tính đường ống dẫn khí

Vận tốc khí trong ống khoảng 10 – 30 m/s

Chọn vận tốc ống dẫn khí đi vào bằng vận tốc ống dẫn khí đi ra, v = 16 m/s Ống dẫn khí vào : Lưu lượng khí đầu vào: Gd = 4406,7161 m 3 /h = 1,22 m 3 /s

 đường kính ống khí vào d = √ 4× G d π×ν = √ 4×1,22 π×16 = 0,31 m

Chọn đường kính ống tiêu chuẩn là d = 300 mm Ống dẫn khí ra : Lưu lượng khí đầu ra: Gc = 4399,42 m 3 /h = 1,22 m 3 /s

 đường kính ống khí ra d = √ 4× G c π×ν = √ 4×1,22 π×16 = 0,31 m

Chọn đường kính ống tiêu chuẩn là d = 300 mm

Theo bảng XIII.32-trang 434 [ CITATION Ngu \l 1066 ] thì chiều dài đoạn ống nối l = 140 mm

Tính đường ống dẫn lỏng

Chọn vận tốc lỏng trong ống là v = 1,5 m/s

Lưu lượng dung dịch hấp thụ L = 2,928 m 3 /h = 0,813*10 -3 m 3 /s

Ta chọn đường kính ống tiêu chuẩn d = 40 mm.Theo bảng XIII.32-trang 434-sách Sổ tay quá trình và thiết bị thì chiều dài đoạn ống nối l = 90 mm

Tính bích

Bích được dùng để ghép nắp với thân thiết bị và để nối các phần của thiết bị với nhau. Chọn kiểu bích liền vì áp suất và nhiệt độ làm việc không cao

Chọn bích kiểu I ở bảng XIII.27, tr 417 [ CITATION Ngu \l 1066 ] Ta được thông số của các bích như sau:

Bích nối ống dẫn khí với thiết bị

D: Đường kính ngoài của bích

Dl: Đường kính mép vát

Bảng 4.9 Các thông số của bích nối ống dẫn khí với thiết bị [ CITATION Ngu \l 1066 ]

(N/m 2 ) D y D n D D δ D 1 đường kính bulong d b số bulong Z h mm cái mm

Khối lượng bích: m1 =4 π ( D 2 – Dn 2)×h× ρ= 4 π ( 0,435 2 – 0,325 2 )×0,022×7850 = 11,34 kg

Bích liền nối thiết bị

Bảng 4.10 Các thông số của bích liền nối thiết bị [ CITATION Ngu \l 1066 ]

D t D D b D l D 0 đường kính bulong d b số bulong Z h mm cái mm

3 M20 24 22 Đường kính ngoài Dn = 1100 + 8 = 1108 mm m2 =4 π ( D 2 – Dn 2) × h × ρ = 4 π ( 1,24 2 – 1,108 2 ) × 0,022 × 7850 = 42,04 kg

Bích nối ống dẫn lỏng với thiết bị

Bảng 4.11 Các thông số của bích nối ống dẫn lỏng với thiết bị [ CITATION Ngu \l 1066 ]

(N/m 2 ) D y D n D D δ D 1 đường kính bulong d b số bulong Z h mm cái mm

Tổng khối lượng bích: m= 4m1 + 4m2 + 4m3 = 217,92 kg

Ta chọn lớp tách ẩm dày 300mm và dùng vật liệu đệm

Khối lượng lớp tách ẩm = π× D 2

Lưới đỡ đệm

Dựa vào (Bảng IX.22, trang 230, [2])

Bảng 4.12 Các thông số của lưới đỡ đệm [ CITATION Ngu \l 1066 ] Đường kính tháp (mm) Đường kính lưới

4 ×3,5×600×0,75 = 1496,77 kg Khối lượng dung dịch đệm md = π× D 2

4 ×3,5×1020,0037×0,75 = 2544,52 kg Khối lượng lưới đỡ đệm mldd = π× D 2

Chọn đường kính ống tháo đệm là 300 mm Theo bảng XIII.32-trang 434[ CITATION Ngu \l 1066 ] thì chiều dài đoạn ống nối l = 150 mm

Chọn đường kính ống nhập liệu tượng tự ống tháo đệm là 300 mm Theo bảng XIII.32-trang 434 [ CITATION Ngu \l 1066 ] thì chiều dài đoạn ống nối l = 150 mm

Bảng 4.13 Các thông số của đĩa phân phối lỏng [ CITATION Ngu \l 1066 ] Đường kính tháp Đĩa phân phối loại 2 Đường kính đĩa Dd ống dẫn chất lỏng d x S t số lượng lỗ

70 mm 55 chiếc Đường kính lỗ là 44,5 mm, khoảng cách giữa các lỗ là 70 mm

Chân đỡ

Chọn vật liệu làm chân đỡ là thép X18H10T

Khối lượng riêng của thép X18H10T là: o = 7.85.10 3 kg/m 3

Theo bảng XIII.9/364 Với độ dày là 4mm thì có khối lượng là 31,4 kg

Khối lượng thân: mt =4 π (Dn 2- Dt 2)×h× ρ= 4 π ( 1,108 2 – 1,1 2 )×6,3×7850 = 686,1 kg

Khối lượng nắp: mn = 54,4 kg

Khối lượng đáy: mđ = 54,4 kg

Chọn chân đỡ tháp gồm 4 chân:

⟹ Tải trọng trên 1 chân Gc = 51534,38 4 = 12883,59 N

Bảng 4.14 Các thông số của chân đỡ [ CITATION Ngu \l 1066 ]

Tai treo

⟹ Tải trọng trên 1 tai treo Gc = 51534,38 4 = 12883,59 N

Chọn Gc = 2,5 × 10 4 N ⟹ Các thông số của tai treo như sau:

Bảng 4.15 Các thông số của tai treo [ CITATION Ngu \l 1066 ]

Tính bơm - quạt - ống khói

Theo bảng II.32 trang 439-[ CITATION Ngu92 \l 1066 ], ta chọn:

Bảng 4.16 Hiệu suất của bơm ly tâm [CITATION Ngu92 \l 1066 ]

Công suất làm việc của bơm

Với β là hệ số dự trữ như sau:

Bảng 4.17 Hệ số dự trữ [ CITATION Ngu92 \l 1066 ]

⟹ Chọn bơm lý tâm có công suất 1,12 hp

Vận chuyển dòng khí từ lò hơi có nhiệt độ cao nên chọn công thức:

1000×1×0,5×3600 = 11,03 kW Với Q: lưu lượng dòng khí vào thiết bị

∆ P: trở lực của thiết bị η tr : lắp trực tiếp với trục động cơ điện nên η tr =1

N > 5 ⟹ Hệ dự trữ k3 chọn là 1,1

Công suất thiết lập đối với động cơ điện của quạt Nđc = k3 ×N = 1,1 × 11,03 ,13 Hp

Chọn vận tốc dòng khí trong ống khói là 16 m/s Đường kính ống khói

Chênh lệch nhiệt độ = T khói - T kkxq = 40 – 29 = 11 > 0 ⟹ Nguồn nóng

Ccp : Nồng độ cho phép của chất ô nhiễm SO2

Cnền: Nồng độ nền của chất ô nhiễm cần tính toán

A: Hệ số phụ thuộc phân bố nhiệt theo chiều cao khí quyển

M: Lưu lượng khí đầu ra g/s

N : số nguồn thải m,n : các hệ số không thứ nguyên kể đến điều kiện thoát ra của khí thải ở miệng ống khối

F: Hệ số vô thứ nguyên tính đến vận tốc lắng chất ô nhiễm trong khí quyển

Tích số m.n tạm nhận = 1 nên giả sử chọn m =1 và n = 1 thì

(500-0) ×√ 3 1 11×1,224 = 15,98 m ⟹ Chiều cao ống khói là 16m