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

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

TỔNG QUAN

Tổng quan về khí thải lò hơi đốt dầu FO

Dầu FO là nguyên liệu phổ biến trong công nghiệp, cung cấp năng lượng cho các ngành như lò hơi hay chế biến thực phẩm Dầu đốt lò hơi phân thành 2 loại: dầu nặng và dầu nhẹ Khói thải từ dầu FO chứa các chất gây ô nhiễm như SO2, NOx, CO và mồ hóng, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người.

Khí SO2 là chất khí không màu, không cháy, có vị hăng Do quá trình quang hóa hay do sự xúc tác, SO2 dễ bị oxi hóa và biến thành SO3 trong khí quyển Đây là loại khí gây độc đối với con người: SO2 là chất kích thích dễ phản ứng với các cơ quan hô hấp của con người, gây rối loạn chuyển hóa protein và đường, thiếu vitamin B, C và ức chế enzyme oxydaza, khi nồng độ SO2 thấp có thể làm sưng niêm mạc Bên cạnh đó, nó còn gây hại cho động thực vật và ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường, gây mưa axit và hiệu ứng nhà kính

Khí NO2 là khí có màu nâu đỏ, có mùi gay gắt và cay, gây kích thích viêm tẩy và có tác hại đối với hô hấp của con người và động vật, tác động đến thần kinh và phá hủy mô tế bào phổi, làm chảy nước mũi, viêm họng.

Khí CO là loại khí không màu, không mùi, sinh ra từ quá trình cháy không hoàn toàn than Tiếp xúc với CO rất nguy hiểm, đặc biệt đối với phụ nữ mang thai và bệnh nhân tim mạch Khí CO kết hợp với hemoglobin cao gấp 200 lần oxi, ngăn cản quá trình vận chuyển oxi từ máu đến các mô, gây tử vong nếu không được xử lý kịp thời.

Tro, bụi trong dòng khí thải từ lò hơi đốt dầu FO khi thải một lượng lớn ra ngoài môi trường sẽ gây ra những tác động mạnh mẽ đối với sức khỏe con người đặc biệt là người già, trẻ em và những người bị bệnh về đường hô hấp.

Tác hại của SO 2

SO2 sinh ra trong quá trình đốt các nhiên liệu hàng ngày, bao gồm than đá, khí đốt, gỗ và các chất hữu cơ khác như phân khô, rơm rạ Đặc biệt, lò hơi khi hoạt động tiêu thụ một lượng lớn dầu FO, dẫn đến phát thải một lượng đáng kể SO2 vào khí quyển.

SO2 sinh ra sẽ rất lớn Khi nồng độ SO2 đạt đến 5 phần triệu thì các triệu chứng bệnh lí ở người tiếp

SO2 là một oxit axit, tan trong nước tạo thành dung dịch axit yếu H2SO3 (nhưng vẫn có đầy đủ tính chất hóa học của một axit)

SO2 là một chất khử khi tác dụng với chất oxi hóa mạnh

SO2 + Br2 + 2H2O  2HBr + H2SO4 (phản ứng làm mất màu nước màu nước Brom)

5SO2 + 2KMnO4 + 2H2O  K2SO4 + 2MnSO4 + 2H2SO4

SO2 là chất oxi hóa khi tác dụng với chất khử mạnh hơn.

Lưu huỳnh đioxit là một trong những chất gây ô nhiễm môi trường Do quá trình quang hóa hay do sự xúc tác khí SO2 dễ dàng bị oxi hóa và biến thành SO3 trong khí quyển, gọi chung là SOx.

Nó sinh ra như là sản phẩm phụ trong quá trình đốt cháy than đá, dầu, khí đốt.

Hầu hết dân cư sống quanh khu vực nhà máy có nồng độ SOx cao đều mắc các bệnh về đường hô hấp SOx nói chung, SO2 nói riêng là những chất có tính kích thích, ở nồng độ nhất địng có thể gây co giật ở cơ trơn của khí quản Ở nồng độ lớn hơn sẽ gây tăng tiết dịch niêm mạc đường khí quản Khi tiếp xúc với mắt chúng có thể tạo thành axit gây ảnh hưởng thị giác có thể dẫn đến mù lòa SOx có thể xâm nhập vào cơ thể con người qua các cơ quan hô hấp hoặc các cơ quan tiêu hóa sau khi được hòa tan trong nước bọt Cuối cùng chúng có thể xâm nhập vào hệ tuần hoàn Khi tiếp xỳc với bụi SOx cú thể tạo ra cỏc hạt axit nhỏ, nếu khớ thước của chỳng nhỏ hơn 2ữ3 àm, cỏc hạt này có thể xâm nhập vào các huyết mạch SO2 có thể xâm nhập vào cơ thể của người qua da và gây ra các chuyển đổi hóa học, dẫn đến hàm lượng kiềm trong máu giảm, amoniac bị thoát qua đường tiểu và có ảnh hưởng đến tuyến nước bọt.

Bảng 1.1: Nồng độ SO 2 và tác động

SO2 bị oxi hóa ngoài không khí và phản ứng với nước mưa tạo thành axit sulfuric hay các muối sulfate gây mưa axit, ảnh hưởng xấu đến môi trường dẫn đến một loạt các hiện tượng:

- Nước hồ bị axit hóa: mưa axit rơi trên mặt đất sẽ rửa trôi các chất dinh dưỡng có trong đất và mang các kim loại độc hại xuống ao hồ gây ô nhiễm nguồn nước trong hồ, làm ảnh hưởng các nguồn thức ăn, uy hiếp sự sinh tồn của các loài cá và các loài sinh vật trong nước

Rừng bị phá hủy nghiêm trọng dẫn đến hậu quả đáng kể đối với sản lượng nông nghiệp Mưa axit làm hỏng lá cây, cản trở quá trình quang hợp, khiến lá chuyển sang màu vàng và rụng sớm Điều này làm giảm độ màu mỡ của đất và kìm hãm sự sinh trưởng của cây cối Hậu quả trực tiếp là năng suất của các loại cây trồng bị giảm sút, gây ảnh hưởng đến an ninh lương thực và sinh kế của cộng đồng phụ thuộc vào nông nghiệp.

Khi tiếp xúc với môi trường có chứa hàm lượng SO2 từ 1÷2 ppm trong vài giờ có thể gây tổn thơng lá cây Đối với các loại thực vật nhạy cảm như nấm, địa y, hàm lượng 0,15÷0,3 ppm có thể gây độc tính cấp

Bảng 1.2: Giá trị pH và tác động

2.2.3 Đối với công trình kiến trúc

Mưa axit gây ăn mòn các công trình kiến trúc, làm thay đổi tính năng vật lí, thay đổi màu sắt vật liệu xây dựng như đá vôi, đá hoa cương, đá cẩm thạch, phá hủy các tác phẩm điêu khắc, tượng đài.

Sắt thép và các kim loại khác ở trong môi trường không khí nóng ẩm, bị nhiễm SO2 thì bị han gỉ rất nhanh SO2 cũng làm hư hỏng và giảm tuổi thọ của các sản phẩm bằng vải, nylon, tơ nhân tạo,giấy và đồ làm bằng da…

Các phương pháp xử lý SO 2

Hấp thụ là một quá trình cơ bản của kỹ thuật hóa học mà trong lĩnh vực kiểm soát ô nhiễm không khí được ứng dụng thường xuyên để xử lí hơi khí độc hại Đây là một quá trình truyền khối mà ở đó các phân tử chất khí chuyển dịch và hòa tan vào pha lỏng Sự hòa tan có thể diễn ra dồng thời với một phản ứng hóa học giữa các hợp phần giữa pha khí và pha lỏng 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 nơi có nồng độ cao hơn đến nơi có nồng độ thấp hơn Việc khử chất khí ô nhiễm diễn ra theo ba giai đoạn:

- Khuếch tán từ chất ô nhiễm đến bề mặt chất lỏng.

- Truyền ngang qua bề mặt tiếp xúc pha khí / lỏng (hòa tan).

- Khuếch tán chất khí hòa 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 khí diễn ra mạnh mẻ trong điều kiện diện tích bề mặt tiếp xúc lớn, độ hỗn loạn cao và hệ số khuếch tán cao Bởi vì một số hợp phần của hỗn hợp khí có khả năng hòa tan mới có thể hòa tan được trong chất lỏng, nên quá trình hấp thụ chỉ có hiệu quả cao khi lựa chọn dung dịch chất hấp thụ có tính hòa tan cao hoặc những dung chất phản ứng không thuận nghịch với chất khí cần hấp thụ

3.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ

Nhiệt độ ảnh hưởng đến quá trình trích ly bằng đường cân bằng lỏng lỏng Cụ thể, khi nhiệt độ tháp tăng, hệ số Henry tăng khiến đường cân bằng dịch chuyển về phía trục tung Theo đó, động lực trung bình giảm, thậm chí nếu đường làm việc không đổi, hệ thống có thể không hoạt động được Tuy nhiên, nhiệt độ tăng cũng làm tăng độ nhớt của cả hai pha, góp phần làm tăng hiệu quả trích ly.

- Áp suất: Nếu áp suất tăng (các điều kiện khác không đổi)  hệ số cân bằng tăng và cân bằng sẽ dịch chuyển về phía trục hoành Khi đường làm việc AB không đổi thì động lực trung bình tăng, quá trình truyền khối sẽ tốt hơn Tuy nhiên, tăng áp suất thường kèm theo tăng nhiệt độ Mặt khác, tăng áp suất cũng gây khó khăn cho vệc chế tạo và vận hành tháp

- Các yếu tố khác: tính chất của dung môi, loại thiết bị, cấu tạo thiết bị, độ chính xác của dụng cụ đo, chế độ vận hành tháp… đều ảnh hưởng đến hiệu suất hấp thụ Để hấp thụ khí SO2 có thể dùng nước, dung dịch hoặc huyền phù của muối kim loại kiềm hoặc kiềm pha

3.1.3 Hấp thụ bằng nước Đây là phương pháp đơn giản được áp dụng sớm nhất để loại bỏ SO2 trong khí thải, nhất là trong khói từ các loại lò công nghiệp.

Quá trình xảy ra theo phản ứng:

- Hấp thụ SO2 bằng cách phun nước vào dòng khí thải hoặc cho khí thải đi qua lớp vật liệu đệm (vật liệu rỗng) có tưới nước.

- Giải thoát khí SO2 ra khỏi chất hấp thụ để thu hồi SO2 (nếu cần) và nước sạch.

Mức độ hòa tan SO2 trong nước giảm khi nhiệt độ nước tăng cao, do đó nhiệt độ nước cấp vào hệ thống hấp thụ SO2 phải đủ thấp Còn để giải thoát khí SO2 khỏi nước thì nhiệt độ của nước phải cao Cụ thể là 100ºC thì SO2 sẽ tách hoàn toàn và trong khí thoát ra có lẫn cả hơi nước Bằng phương pháp ngưng tụ người ta có thể thu được khí SO2 với độ đậm đặc ≈ 100% dùng vào mục đích sản xuất axit sulfuric Lượng nước thực tế phải lớn hơn một ít so với lí thuyết vì nước sau khi ra khỏi thiết bị hấp không thể đạt tới mức bảo hòa khí SO2 Để giải hấp thụ phải đun nóng một lượng nước rất lớn, tức là phải có nguồn cấp nhiệt công suất lớn Ngoài ra để sử dụng lại nước trong quá trình hấp thụ phải làm nguội nước xuống gần 10ºC tức là phải cần đến nguồn cấp lạnh, đây là vấn đề không đơn giản và khá tốn kém.

Từ những vấn đề trên, phương pháp hấp thụ khí SO2 bằng nước chỉ áp dụng được khi:

- Nồng độ ban đầu của khí SO2 trong khí thải tương đối cao.

- Có sẵn nguồn cấp nhiệt (hơi nước) với giá rẻ.

- Có sẵn nguồn nước lạnh Có thể xả được nước có chứa ít nhiều axit ra sông ngòi.

Hình 1 – Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 bằng nước

1 – Tháp hấp thu; 2 – Tháp giải thoát khí SO2; 3 – Thiết bị ngưng tụ;

4,5 – Thiết bị trao đổi nhiệt; 6 – Bơm

3.1.4 Hấp thụ SO 2 bằng sữa vôi

Xử lý SO2 bằng sữa vôi là phương pháp được áp dụng rộng rãi trong công nghiệp vì hiệu quả xử lý rất cao, nguyên liệu rẻ tiền và có sẵn ở mọi nơi

Khí SO2 được thu hồi trong tháp rửa bằng sữa vôi, sữa vôi tác dụng với SO2 theo phản ứng:

SO2 + Ca(OH)2  CaSO3 + H2O Ưu điểm nổi bật của phương pháp này là công nghệ đơn giản, chi phí đầu tư ban đầu không lớn, có thể chế tạo thiết bị bằng vật liệu thông thường, không cần vật liệu chống axit và không chiếm nhiều diện tích xây dựng

Hình 2 – Sơ đồ xử lý SO2 bằng sữa vôi

3.2 Xử lý SO 2 bằng amoniac

Amoniac và khí SO2 trong dung dịch nước có phản ứng với nhau tạo ra muối trung gian amoni sulfic lại tác dụng tiếp với SO2 và nước để tạo ra muối amoni bisulfic:

(NH4)2SO3 + SO2 + H2O  2 NH4HSO3

Lượng bisulfic tích tụ dần trong dung dịch có thể hoàn nguyên bằng cách nung nóng trong chân không, kết quả thu được amoni sulfic và SO2 Amoni sulfic này có thể sử dụng tiếp để khử

2 NH4HSO3  (NH4)2SO3 + SO2↑ + H2O

Ngoài ra, trong dung dịch có thể xảy ra sự phân hủy sulfic và bisulfic amoni thành muối sulfate amoni và lưu huỳnh đơn chất:

2 NH4HSO3 + (NH4)2SO3  2(NH4)2SO4 + S + H2O

Lưu huỳnh đơn nguyên chất hình thành theo phản ứng trên lại tác dụng với amoni sulfic và tạo thành thiosulfate:

Sau đó (NH4)2S2O3 lại tác dụng với amoni bisulfic tạo thành lưu huỳnh đơn chất và nhiều hơn gấp 2 lần:

(NH4)2S2O3 + 2 NH4HSO3  2(NH4)2SO4 + 2S + H2O

Lưu huỳnh phản ứng với sulfit, làm tăng tốc độ phân hủy dd làm việc, dẫn đến dd làm việc chuyển hoàn toàn thành amoni sunfat và lưu huỳnh đơn chất.

Hình 3 – Sơ đồ xử lý SO bằng amoniac

1 – Scrubơ; 2,4 – Thiết bị làm nguội; 3 – Tháp hấp thu nhiều tầng;

5 – Tháp hoàn nguyên; 6 – Tháp bốc hơi; 7 – Thùng kết tinh;

8 – Máy vắt khô li tâm; 9 – Nồi chưng áp

Phương pháp này dựa trên các phản ứng:

MgSO3 lại tác dụng với SO2 tạo thành bisulfic:

Một phần magie sulfic tác dụng với oxy trong khói thải để tạo thành sulfate:

Magie sulfate không có hoạt tính đối với SO2 do đó phản ứng oxy hóa sulfic là không mong muốn Tuy nhiên, khi nồng độ MgSO4 trong dung dịch làm việc đạt 120÷160 g/L thì quá trình oxy hóa sulfic trong nước sẽ ngưng lại

Magie bisulfic có thể bị trung hòa bằng cách bổ sung thêm MgO mới:

Mg(HSO3)2 + MgO  2MgSO3 + H2O Độ hòa tan của magie sulfic trong nước rất hạn chế, do đó MgSO3 sẽ kết tủa thành tinh thể hexahydrat MgSO3.6H2O.

Các tinh thể được tách ra khỏi dung dịch huyền phù, sấy khô và xử lý nhiệt ở nhiệt độ 800÷900ºC để thu hồi MgO và SO2.

MgO được quay trở lại chu trình làm việc, còn SO2 đậm đặc có thể đưa lại công đoạn chế biến axit sulfuric và lưu huỳnh đơn chất.

3.4 Xử lý SO 2 bằng ZnO Ưu điểm chung của phương pháp này là quá trình phân ly kẽm sulfic ZnSO3 thành SO2 và ZnO, xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn đáng kể so với quá trình phân ly bằng nhiệt đối với MgSO3 Áp suất bão hòa của SO2 trên MgSO3 bằng 1 atm ở nhiệt độ 650ºC, trong khi đối với ZnSO3 áp suất hơi bão hòa như trên có nhiệt độ chỉ bằng 260ºC Điều đó cho phép tiến hành phân ly ZnSO3 trong lò múp và thu hồi SO2 với nồng độ ≈ 100% trong khi MgSO3 được phân ly trong dòng sản phẩm cháy của nhiên liệu nung và chỉ đạt nồng độ không quá 15÷20%.

3.5 Xử lý SO 2 bằng các chất hấp thụ hữu cơ

Quá trình xử lý SO2 trong khí thải bằng các chất hữu cơ được áp dụng nhiều trong công nghiệp luyện kim màu Chất hấp thụ SO2 được sử dụng phổ biến là các amin thơm như aniline

C6H5NH2, toluidin CH3C6H5NH2, xylidin (CH3)2C6H3NH2, và dimetyl-anilin C6H5N(CH3)2.

Lựa chọn phương pháp: Hấp thụ

Hấp thụ là quá trình mà trong đó chất khí gây ô nhiễm được hòa tan trong một chất lỏng, có vai trò quan trọng trong xử lí khí Hấp thụ dựa trên cơ sở của quá trình truyền khối, được mô tả và tính toán dựa vào phân chia hai pha (cân bằng pha và khuếch tán).

Quá trình hấp thụ mạnh hay yếu tùy thuộc vào bản chất hóa học của dung môivà chất ô nhiễm trong khí thải Như vậy để hấp thụ được một chất nào đó ta phải dựa vào độ hòa tan chọn lọc của chất khí trong dung môi để lựa chọn dung môi thích hợp (hấp thụ hóa học) Hiệu quả hấp thụ phụ thuộc phần lớn vào dung môi

Hấp thụ có thể đạt đến hiệu quả loại bỏ > 95%

Sử dụng kết hợp khi cần rửa khí có lẫn bụi hoặc các khí độc hại khác mà các chất khí có khả năng hòa tan tốt trong nước rửa.

Thu hồi các cấu tử quý, tách hỗn hợp thành cấu tử riêng

Sinh ra một lượng nước thải sau quá trình hấp thụ.

Không dùng để xử lí dòng khí có nhiệt độ cao.

Trong quá trình hấp thụ xảy ra quá trình tỏa nhiệt nên khi thiết kế nhiều trường hợp cần lắp đặt thêm thiết bị trao đổi nhiệt trong tháp hấp thụ để làm nguội, tăng hiệu quả xử lí, như vậy thiết bị sẽ trở nên cồng kềnh, vận hành phức tạp

 Việc lựa chọn chất hấp thụ phụ thuộc vào các yếu tố

Thành phần và tính chất của khí cần xử lí.

Thời gian sử dụng chất hấp thụ trong thiết bị.

Khả năng tiếp xúc giữa chất hấp thụ và chất ô nhiễm.

Các điều kiện khi lựa chọn dung dịch hấp thụ gồm: độ hòa tan tốt (có tính chọn lọc), độ nhớt thấp (giảm trở lực quá trình và tăng tốc độ hấp thụ) và nhiệt dung riêng thấp (giảm chi phí năng lượng khi hoàn nguyên dung môi).

Nhiệt độ sôi: phải khác xa với nhiệt độ sôi của chất hòa tan để dễ tách các cấu tử ra khỏi dung môi.

Nhiệt độ đóng rắn thấp: để tránh tắc nghẽn thiết bị, không tạo kết tủa, không độc, dễ thu hồii các cấu tử hòa tan Ít bay hơi, rẻ tiền, dễ kiếm, không độc với con người và không ăn mòn thiết bị.

Các chất hấp thụ phổ biến: nước, dung dịch bazơ (KOH, NaOH…).

4.3 Một số tháp hấp thụ xử lí khí

Hình 4 – Sơ đồ nguyên lí tháp phun

Là loại thiết bị hấp thụ đơn giản Trong tháp phun, chất lỏng được phun thành bụi mù (sương) từ phía trên xuống, khí thường đi từ dưới lên nhằm làm tăng diện tích tiếp xúc và để nồng độ thực tế của chất cần hấp thụ trong pha khí giảm dần theo chiều từ dưới đi lên và nồng độ chất bị hấp thụ trong pha lỏng được tăng dần theo chiều từ trên đi xuống Quá trình này rất có lợi cho việc tăng hiệu quả xử lý.

Phân loại tháp phun: Tháp phun rỗng

Tháp phun dạng đĩa quay Jet Tower

Vận hành dòng khí trong tháp cao làm cho khả năng hấp thụ tăng đáng kể. Đường kính tháp nhỏ nên mật độ tưới nhỏ (50-90 m3/m2), tiết kiệm dung dịch hấp thụ nhưng vẫn cho hiệu suất cao.

Thiết bị dễ bị ăn mòn, đòi hỏi phải có lớp phủ bảo vệ, làm tăng giá thành chế tạo thiết bị.

Cần phải có hệ thống tự động điều chỉnh lưu lượng dung dịchhấp thụ phun vào thiết bị Dung dịch phải được phun đều khắp tiết diện tháp.

Tháp có dạng hình trụ đặt thẳng đứng, được sử dụng trên nguyên tắc tạo ra sự tiếp xúc giữa chất ô nhiễm và dòng nước phun Dung dịch hấp thụ được phun thành giọt nhỏ xuyên qua dòng khí bốc lên trong thể tích rỗng của thiết bị.

Hình 5 – Sơ đồ nguyên lý tháp đệm

1 - Ống khí ra; 2 - Ống hoàn lưu; 3 - Ống phân phối lỏng hoàn lưu;

4 – Tầng đệm; 5 - Ống khí vào; 6 - Ống lỏng ra; 7 – Lưới đỡ đệm;

8 – Dòng nhập liệu vào; 9 – Đĩa phân phối lỏng. Được dùng phổ biến nhất Trong tháp, người ta thường nhồi các vật thể lồng cồng như ốc, sành sứ, lò so kim loại vụn than cốc để làm tăng diện tích tiếp xúc hai pha Khi vận hành, khí thải được đi từ dưới lên trên còn chất lỏng thì đi từ trên xuống dưới Lưu lượng của hai pha luôn được tính toán trước để thiết bị đạt hiệu quả cao nhất.

Hiệu quả xử lí cao.

Giá thành thiết bị chấp nhận được.

Khó khăn trong khâu rửa vật liệu đệm.

Dễ gây tắc nghẽn vật liệu đệm do tích tụ cặn, làm tăng trở lực quá trình hấp thụ Phân phối dung dịch hấp thụ phải đều khắp tiết diện tháp.

Hình 6 – Sơ đồ nguyên lí tháp mâm

Cấu tạo gồm thân hình trụ thẳng đứng, bên trong có đặt các tấm ngăn (mâm) cách nhau một khoảng nhất định Trên mỗi mâm hai pha chuyển động ngược hoặc chéo chiều:lỏng từ trên xuống (hoặc đi ngang), khí đi từ dưới lên hoặc xuyên qua chất lỏng chảy ngang; ở đây tiếp xúc pha xảy ra theo từng bậc là mâm.Tùy thuộc cấu tạo của mâm chất lỏng trên mâm có thể là khuấy lý tưởng hay là dòng chảy qua.

Tháp mâm có ống chảy chuyền: bao gồm tháp mâm, chóp, lỗ, xupap, lưới, Trên mâm có cấu tạo đặc biệt để lỏng đi từ mâm trên xuống mâm dưới theo đường riêng gọi là ống chảy chuyền, mâm cuối cùng ống chảy chuyền ngập sâu trong khối chất lỏng đáy tháp tạo thành van thủy lực ngăn không cho khí (hơi hay lỏng) đi theo ống lên mâm trên.

Pha khí dưới dạng hơi hoặc lỏng sử dụng áp suất để xuyên qua các khe hở như khe chóp, khe lưới hoặc khe xupap, sau đó sục vào pha lỏng có trên mâm Để đảm bảo phân bổ chất lỏng đều trên mâm, người ta sử dụng tấm ngăn có chức năng điều chỉnh chiều cao của chất lỏng.

Tháp mâm không có ống chảy chuyền: khi đó khí (hơi hay lỏng) và lỏng đi qua cùng một lỗ trên mâm.

Phân loại tháp mâm: Tháp mâm xuyên lỗ Tháp mâm chóp Tháp mâm van

Có thể sử dụng cho cả quá trình chưng cất lẫn hấp thụ Hiệu suất không thay đổi nhiều theo lưu lượng hơi.

Khi vận tốc khí lớn có thể gây ra sự lôi cuốn cơ học các giọt lỏng trong dòng hơi từ mâm dưới lên mâm trên làm giảm sự biến đổi nồng độ tạo nên bởi quá trình truyền khối, làm giảm hiệu suất.

Ngoài ra còn tạo độ giảm áp lớn cho pha khí làm tăng công suất máy nén khí cho tháp.

Sơ đồ công nghệ

Hình 8 – Sơ đồ công nghệ xử lý khí SO2

Thuyết minh sơ đồ công nghệ:

Khí thải được thải ra từ buồng đốt có nồng độ bụi tương đối cao nên phải xử lý bụi trước. Cho dòng khí có chứa bụi qua cyclone để thu hồi bụi bằng phương pháp lọc li tâm Sau đó dòng khí được đưa qua thiết bị giải nhiệt để làm hạ nhiệt độ xuống trước khi đi vào thiết bị chính.

Khí thải một phần đã được làm sạch, dùng quạt thổi khí từ dưới lên vào tháp đệm Dung dịch hấp thu NaOH được hệ thống ống dẫn bơm lên phần trên thân trụ và được đĩa phân phối tưới đều lên lớp vật liệu đệm, cả hai tiếp xúc nhau và xảy ra quá trình hấp thụ Khí ra ở đỉnh tháp được quạt hút đưa ra môi trường ngoài thông qua ống khói cao để phát tán.

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ THÁP HẤP THỤ

Các thông số ban đầu

Công suất lò hơi: 5 000 kg/h

Nhiệt độ khí đầu vào: 30 ºC Áp suất khí thải: 1atm

Dùng NaOH để hấp thụ ở nhiệt độ 30 ºC

Cân bằng vật chất, năng lượng cho lò hơi

2.1 Năng lượng cung cấp sinh hơi

Nhiệt lượng cung cấp cho lò hơi năng suất 5 tấn/h:

= 5000× 4.2 ×( 100−30 o.9 )+5000× 2019.7 = 12853889 (kJ/h) Trong đó: GN = kg/h : năng suất hơi, GN = 5000 kg/h

CN = kJ/kg.K : nhiệt dung riêng của nước, CN = 4.2 kJ/kg.K t2 = o C : nhiệt độ nước hóa hơi, t2 = 100 o C t1 = o C : nhiệt độ nước ban đầu, t1 = 30 o C p = kg/cm 2 : áp suất hơi trong lò hơi, chọn p = 10 kg/cm 2 H% = 0.8 – 0.9 : hiệu quả truyền nhiệt rN = kJ/kg : nhiệt hóa hơi của nước ở áp suất 10 kg/cm 2 (= 9,80665 bar,tra Bảng 1) trong LH, rN = 2019,7 kJ/kg

Bảng 2.1: Bảng tra áp suất và nhiệt hóa hơi

2.2 Lưu lượng FO sử dụng

Bảng 2.2: Thành phần hóa học và tỉ lệ của chúng trong dầu FO

Thành phần Tỷ lệ

Lưu lượng dầu FO cần cung cấp cho lò hơi năng suất 5 tấn/h:

2.3 Tính toán dòng khí thải

Tính toán thành phần khí thải

Tính toán các thông số bao gồm: lưu lượng dòng khí thải, thành phần và nồng độ các chất có trong dòng khí thải, nhiệt độ dòng khí thải (thảm khảo sách của thầy Trần Ngọc Chấn)

Hệ số thừa không khí α=¿ 1.2 (α = 1.2 – 1.5) (Trần Ngọc Chấn, Tập 3, trang 13)

Hệ số cháy không hoàn toàn về hóa học và cơ học η = 0.05 (η = 0.01 – 0.05)

Hệ số tro bay theo không khí a = 0.1

Thành phần của không khí khô:

Bảng 2.3: 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

Tổng số mol oxi cần thiết

LO2 = ∑Tổng mol oxi cho quá trình đốt cháy = 7.1024+2.505-0.0188+0.0125+0.0936 = 9.6947 kmol

Lượng không khí cần thiết

Hệ số thừa không khí α= 1.2

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 × 315 1.18 = 1.53 kg/h (Trích Trần Ngọc Chấn, Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải tập 3, Hà Nội: NXB Khoa học và kỹ thuật, 2001, trang 16.)

Tổng số mol trơ (không tính SO2)

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

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

Bảng 2.4: Nồng độ của các thành phần khí thải đầu vào (mg/m 3 )

Thành phần SO 2 CO NO 2 Bụi Đầu vào 4551.30 906.32 366.13

Nồng độ khí thải đầu ra

Theo QCVN 19:2009/BTNMT về nồng độ tối đa cho phép trong khí thải công nghiệp đối với bụi và

Bảng 2.5: Nồng độ của các thành phần khí thải đầu ra (mg/m 3 ) theo QCVN 19:2009

Tính toán cân bằng vật chất

G d , G c : suất lượng hỗn hợp khí vào – ra (kmol/h)

L d , L c : suất lượng chất lỏng vào – ra (kmol/h)

Y d, Y c : nồng độ đầu và cuối của SO2 trong pha khí (kmol SO2/kmol khí trơ)

X d , X c : nồng độ đầu và cuối của SO2 trong pha lỏng (kmol SO2/kmol dung môi)

Phương trình cân bằng của dung dịch hấp thụ SO2 bằng Ca(OH)2 được biểu diễn theo định luật Henry:

P = Hx và y* = P H t = mx Trong đó: y*: nồng độ cân bằng của pha khí, phần mol. x: nồng độ khí hòa tan trong pha lỏng, phần mol.

P: áp suất riêng phần của cấu tử khí hòa tan khi cân bằng.

P t : áp suất tổng của hệ hấp thu.

H: hệ số Henry (mmHg), đơn vị áp suất Ở nhiệt độ là 50 o C, hệ số Henry của SO2: H = 0.0653×10 6 (mmHg) (Trích Sổ tay quá trình thiết bị và công nghệ hóa chất - tập 2, NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội 1999, Bảng IX.1, trang 139). m: hệ số phân bố. m = P H t = 0.0653× 10 6

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

Vậy phương trình đường cân bằng: Y*= 1−84.92 85.92 × X × X

Y*: nồng độ SO2 trên cơ bản không khí ở điều kiện cân bằng(kmol SO2/kmol khí trơ) X: nồng độ SO2(kmol SO2/kmol dung môi)

Nồng độ thể tích ban đầu: y d = 0.5%=0.005

Nồng độ đầu vào của SO2 theo tỷ lệ số mol: y d = y d

1−0.005=5.025×10 -3 (kmol SO2/kmol khí trơ) Đầu ra: SO2 đầu ra đạt tiêu chuẩn loại B (0.5 g/m 3 )

Nồng độ mol của SO2 đầu ra: [SO2]= 0.5 64 =7.8125 × 10 −3 (mol/m 3 )

Nồng độ khí ban đầu:

Nồng độ phần mol của SO2 trong hỗn hợp khí đầu ra: yc = 7.8125 × 10 −3

Tỷ số mol của SO2 trong hỗn hợp khí đầu ra:

1−2.056×10 −4 = 2.056410 -4 (kmol SO2/kmol khí trơ) Hấp thụ SO2 bằng nước và ta lựa chọn dung môi sạch khi cho vào tháp nên : Xđ = 0 Suất lượng hỗn hợp khí ban đầu vào tháp:

273 ×(273+50) = 156.44 (kmol/h) Suất lượng dòng khí trơ trong hỗn hợp:

Gtr : suất lượng dòng khí trơ trong hỗn hợp (kmol/h)

X ¿ : nồng độ pha lỏng cực đại khi lượng dung môi sử dụng tối thiểu (kmol/kmol dung môi)

X ¿ là nghiệm của phương trình: Y* = Yd

Với: Ltr là lượng dung môi không đổi khi vận hành (kmol/h)

Phương trình đường cân bằng vật chất:

Gtr  (Yd - Yc) = Ltr  (Xc – Xd)

Xc = G L tr tr  (Yd – Yc) + Xd = 15467.79 155.66  (5.025 10 -3 – 2.056  10 -4 ) + 0 = 4.85 10 -5 (kmol SO2/kmol H2O)

Vậy phương trình đường làm việc đi qua 2 điểm:

Phương trình đường làm việc: Y = AX + B

B = Yc - G L tr tr  Xd = 2.056  10 -4 - 15467.79 155.66 0 = 2.056  10 -4 Vậy phương trình đường làm việc: Y = 99.37X + 2.056  10 -4

Thông số dòng khí, dòng lỏng

3.1 Các thông số vật lý của dòng khí

Lưu lượng thể tích khí trung bình đi trong tháp hấp thụ:

V y d , V y c : lưu lượng khí vào, ra khỏi tháp (m 3 /h).

Khối lượng riêng của chất khí: ρ= ρ 0

T P 0 = 22.4 M × 273 T Trong đó: ρ 0 = 22.4 M : là khối lượng riêng của chất khí ở đktc (kg/m 3 );

M: khối lượng mol của khí (kg/kmol);

T: nhiệt độ làm việc trung bình của tháp hấp thụ (T = 50 o C);

P, P0: áp suất riêng phần của khí tại điều kiện làm việc và đktc.

Khối lượng riêng trung bình của pha khí (Theo Bảng IX.104, trang 183, Sổ tay quá trình thiết bị) ρ y tb = y tb M SO2 +(1− y tb ) M kk

22.4×323  273 = 1.09 (kg/m 3 )Trong đó: ytb: nồng độ phần mol của SO2 lấy theo giá trị trung bình; yd = 0.005 yc = 2.056 10 -4

2 = 2.6×10 −3 Độ nhớt trung bình của hỗn hợp khí:

Mhh, M1, M2: khối lượng phân tử của hỗn hợp khí, SO2 và không khí (kg/kmol); m1, m2: nồng độ của SO2, không khí tính theo phần thể tích

Mhh = ytbM1 + (1 – ytb)M2 = 2.6×10 −3 ×64 + (1 - 2.6×10 −3 ) × 28.8 = 28.8915 (kg/kmol) m1 = ytb = 2.6×10 −3 m2 = 1 – ytb = 0.9974

0.01955×10 −3  μ hh = 1.95×10 − 5 N.s/m 2 Lưu lượng khối lượng pha khí trung bình:

Gd, Gc: lưu lượng khí vào và ra khỏi tháp (kg/s)

Gd = GtrMkk + GtrMSO2Yd = 155.66 × 28.8 + 155.66 × 64 × 5.025×10 -3 = 4533.07 kg/h

Gc = GtrMkk + GtrMSO2Yc = 155.66 × 28.8 + 155.66 × 64 × 2.056×10 -3 = 4503.49 kg/h

3.2 Các thông số vật lí của dòng lỏng

V x tb : lưu lượng dòng lỏng trung bình (m 3 /h)

Do lượng cấu tử hoà tan trong dung dịch nhỏ, xem quá trình hấp thu không đổi đáng kể thể tích nên:

1 ρ tr = 15467.79 × 18 × 995.68 1 = 279.63 m 3 /h Trong đó: ρ tr : khối lượng riêng của nước ở 50 o C, ρ tr = 995.68 kg/m 3

NaOH 10% có nghĩa là trong 100ml dung dịch NaOH 10% có chứa 10g NaOH.

 Số mol NaOH trong 100ml dung dịch NaOH 10%: nNaOH = 10 40 = 0.25 mol

Thể tích của H2O trong dung dịch: VH2O = 100 – 10.61 = 89.39 ml

Khối lượng H2O trong dung dịch = 89.39 × 10 -6 × 992 = 0.089kg = 89g

Phần mol NaOH trong dung dịch 10% 0.25 89

18+0.25 = 0.048 kmol/kmol Khối lượng mol của dung dịch NaOH 10%:

Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng: ρ x tb =ρ tb1 ×V tb + (1 - V tb ) ρ tb 2 (Bảng IX.104, trang 183, [2])

Trong đó: ρ tb 1 , ρ tb 2: khối lượng riêng trung bình của SO2, H2O trong pha lỏng (kg/m 3 )

Vtb: phần thể tích trung bình của SO2, H2O trong pha lỏng (ml)

Do lượng SO2 hòa tan trong dung dịch nhỏ nên Vtb = 0 Độ nhớt trung bình của pha lỏng: do lượng cấu tử SO2 hòa tan trong dung dịch nhỏ nên có thể xem μ x tb = μ H 2O = 0.8007 × 10 -3 N.s/m 2

Lưu lượng khối lượng trung bình của pha lỏng:

G x d , G x c : lưu lượng khối lượng dòng lỏng vào và ra khỏi tháp.

Đường kính tháp hấp thụ

Đường kính tháp hấp thu được tính theo công thức (Bảng IV.89, trang 181, [2]):

V y tb : lưu lượng trung bình của pha khí (m 3 /h) ω tb : vận tốc trung bình của khí qua tiết diện tháp (m/s)

Vận tốc làm việc thích hợp là: ω tb = 0.85 × ω s ( ω s là vận tốc sặc m/s)

2 σ d ρ ytb g V d 3 ρ xtb × ( μ μ x n ) 0.16 (Bảng IX.114, trang 187, [2]) Và: Y = 1.2 e −4 X

Gx, Gy : lưu lượng dòng chảy và dòng khí trung bình (kg/s)

Mà: X = ( G G xtb ytb ) 1 /4 × ( ρ ρ ytb xtb ) 1 /8 = ( 81.9 1.26 ) 1 /4 × ( 995.68 1.162 ) 1 /8 = 1.22

Tra (Bảng IX.8, trang 193, [2]) chọn đệm là vòng Rasdrig: 50×50×5mm có các thông số như sau:

Bề mặt riêng của đệm, σ d = 95 m 2 /m 3 ; ρ d = 600kg/m 3 ;

Hệ số phụ thuộc dòng đệm, vòng Rasdrig có a = 0.123;

Gia tốc trọng trường, g = 9.81 m/s 2 Độ nhớt của nước ở 20 o C, μ n = 1.005 × 10 -3 N.m/s Độ nhớt pha lỏng ở 50 o C μ x = μ H 2O = 0.8007 × 10 -3 N.m/s ω s √ σ d Yg V ρ ytb ( d 3 μ μ ρ x n xtb ) 0.16 = √ 95× 0.009 1.162× × 9.81 ( ×0.79 0.8007 1.005 3 ×10 × × 10 995.68 −3 −3 ) 0.16 = 0.638 m/s

Tính chiều cao tháp đệm

Áp dụng công thức xác định chiều cao của lớp đệm:

Trong đó: my: số đơn vị chuyển khối xác định theo nồng độ trong pha khí; hy: chiều cao của một đơn vị truyền khối.

Chiều cao tương ứng một đơn vị truyền khối: m

Trong đó: hG, hL: chiều cao của một đơn vị truyền khối pha khí, pha lỏng (m);

Gx, Gy: lưu lượng trung bình của pha lỏng, pha khí (kg/h); m: hệ số góc của đường cong cân bằng; l: lượng dung môi tiêu tốn riêng. hy và hL được xác định dựa vào các công thức thực nghiệm sau: hG = a ψ δ V d d

Vd: thể tích tự do của đệm, Vd = 0.79 (m 3 /m 3 ); a: hệ số phụ thuộc vào dạng đệm, đệm vòng có a = 0.123; δ d : bề mặt riêng của đệm, δ d = 95 (m 2 /m 3 );

Rey, Rex: chuẩn số Reynold cho pha khí, lỏng;

Pry, Prx: chuẩn số Prandt cho pha khí, lỏng; ψ: hệ số thấm ướt của đệm;

Các công thức tính chuẩn số Rey, Pry cho phá khí và Rex, Prx cho pha lỏng được tính như sau:

Ft: tiết diện ngang của tháp (m 2 ), Ft = π D 2

4 = 2.27 m 2 μ x : độ nhớt pha khí (N.s/m 2 ); μ y = μ hh =¿1.95 × 10 -5 (N.s/m 2 ); ω x : vận tốc khí đi trong tháp (m/s); ρ y : khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp khí trong tháp (kg/m 3 ) ρ y = ρ ytb = 1.162 kg/m 3

Dx, Dy: hệ số khuếch tán trong pha khí vào trong pha lỏng (m 2 /s).

5.1 Hệ số khuếch tán trong pha lỏng

Mb: khối lượng mol của dung môi (kg/kmol);

∅: hệ số kết hợp dung môi, ∅ = 2.6 với dung môi là nước;

VA: thể tích mol của dung chất (cm 3 /mol)

VA = 48.8 cm 3 /mol (Bảng VIII.2, trang 127, [2]) μ ' : độ nhớt của dung dịch (Cp) μ ' = μ H 2O = 0.8007 (Cp)

5.2 Hệ số khuếch án trong pha khí

P: áp suất khuếch tán (atm)

MA, MB : khối lượng mol khí SO2 và không khí (kg/kmol)

VA, VB: thể tích mol của SO2 và của không khí (cm 3 /mol)

VA = 48.8 cm 3 /mol (Bang3 VIII.2, trang 127,[2])

VB = 29.9 cm 3 /mol (Bảng VIII.2, trang 127, [2])

5.3 Tính Re x , Re y, Pr x, Pr y

5.4 Tính hệ số thấm ướt ψ

Mật độ tưới thực tế:

Mật độ tưới thích hợp Uth = B σ (m 3 /m 2 h) (B – hằng số khi hấp thu amoniac bằng nước, B = 0.158 m 3 /m 2 h) (Bảng IX.6, trang 177, [2])

Dựa vào (đồ thị hình IX.16, trang 178, [2]), chọn ψ = 1 để dung môi thấm ướt đều lên đệm.

5.6 Tính chiều cao một đơn vị truyền khối hdv = hG + m G G y x hL

Từ đồ thị đường cân bằng gần như là đường thẳng ta xác định được hệ số góc đường cân bằng Y* f(X) là m = 47.895

5.7 Xác định số đơn vị truyền khối

∆ Y d = Yd – Yd’ = Yd – mhenry Xc

= 5.025 × 10 -3 – 85.92 × 4.85 × 10 -5 = 8.58 × 10 -4 (kmol SO2/kmol khí trơ)

∆ Y c = Yc – Yc’ = 2.056 × 10 -4 – 0 = 2.056 × 10 -4 (kmol SO2/kmol khí trơ) Động lực trung bình của quá trình:

Số đơn vị truyền khối: my = Y ∆ Y d −Y c tb = 5.025× 10

Chọn chiều cao cột đệm là 10.5 m.

Vì chiều cao lớp đệm quá lớn nên chia cột đệm thành 3 phần Mỗi phần đệm cao 3.5 m.

Htháp = Hđệm + 2 × Hđệm – đệm + Hđệm – nắp + Hđệm - đáy

Hđệm-nắp = 1.5 m (Bảng XIII.10, trang 382, [2])

Hđệm-đáy = 1.2 m (Bảng XIII.10, trang 382, [2])

Vậy chiều cao tháp Htháp = 10.5 + 1.650 × 2 + 1.5 + 1.2 = 16.5 m.

TÍNH TOÁN CƠ KHÍ

Tính chiều dày thân tháp

Thiết bị làm việc ở môi trường ăn mòn, nhiệt độ làm việc ở 50 0 C, áp suất làm việc

 chọn vật liệu là thép không gỉ để chế tạo thiết bị.

Kí hiệu : thép X18H10T Theo ( Bảng XII.4, trang 310, [2])

Ta có theo (Bảng XIII.3, trang 356, [2]) :

Hệ số an toàn kéo: η k = 2.6

Hệ số an toàn chảy: η c = 1.5

Môi trường làm việc: Khối lượng riêng của pha lỏng ρ x = 995.68 kg/m 3

Theo (Công thức XIII.1 và XIII.3, trang 310, [2]), ứng suất cho phép của thép X18H10T:

Theo giới hạn bền: [ σ k ] = O k n k ×η = 540 2.6 ×1= 207.7 N/mm 2

Theo giới hạn chảy [ σ c ] = O c n c ×η = 220 1.5 × 1 = 146.67 N/mm 2

Ta lấy giá trị bé hơn trong trong 2 ứng suát cho phép ở trên làm ứng suất cho phép tiêu chuẩn: [ σ ] = 146.67 N/mm 2

Xác định áp suất làm việc cho môi trường

P t : áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng trong thiết bị

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].

0.26 ×0.95=¿535.9 > 50 (Chú thích (1), trang 360, [2]) Nên bề dày tối thiểu của thân trụ hàn chịu áp suất được tính theo công thức

Với C = C1 + C2 + C3 (hệ số bổ sung cho bề dày)

Dt: đường kính trong của tháp đệm, Dt = D = 1.7m = 1700mm (D: đường kính của tháp đệm)

C1: bổ sung do ăn mòn hóa học của môi trường

P: áp suất trong thiết bị

Do ta chọn vật liệu bền nên lấy tốc độ ăn mòn 0.1mm/năm và thời hạn sử dụng 20 năm

C2 = 0: do đại lượng bổ sung do hao mòn C2 chỉ cần tính đến trong trường hợp nguyên liệu có chứa các hạt chuyển động với vận tốc lớn trong thiết bị.

C3: hệ bổ sung do sai lệch khi chế tạo, lắp rắp Chọn C3 = 1.2 mm (Bảng XIII.9, trang 364, [2])

Do chiều cao tháp quá lớn, để đảm bảo tính an toàn, chọn chiều dày tháp là 6mm.

Kiểm tra ứng suất của thành theo áp suất thử σ=[ D t +(S−C)] × P 0

P0: áp suất thử, được xác định theo công thức P0 = 1.5P = 1.5×0.26 = 0.39N

Tính chiều dày đáy và nắp tháp

Chọn đáy và nắp là dạng elip có gờ.

Chiều dày đáy (nắp) được xác định theo công thức: (công thức c XIII.47, trang 385, [2])

D t = 1700 mm và h t = 425 mm ( Bảng XIII.10, trang 382, [2] ) h b : chiều cao phần lồi của đáy

Ta có h b = 0.25×D t ( Hình XIII.11, trang 381, [2] ) φ h = 1: hệ số bền của mối hàn hướng tâm k: hệ số không thứ nguyên, do chọn đáy lỗ được tăng cứng hoàn toàn nên cho k = 1

0.26 ×1×1 = 564.11 > 30 (Chú thích (1), trang 382, [2]) Nên đại lượng p ở mẫu số có thể bỏ qua Công thức chiều dày của đáy (nắp) trở thành

Vì S = 1.5 + C mm < 0.01 m nên tăng thêm 2mm so với giá trị C

Theo (Bảng XIII.11, trang 384, [2])chọn chiều dày S = 6.7 × 10 -3 ×1.5 = 10 × 10 -3 m Chọn S = 10 mm.

Kiểm tra áp suất thành của đáy (nắp) tháp đệm theo áp suất thử với công thức (công thức XIII.49, trang 386, [2]) σ=[ D t 2

Suy ra: Chiều dày đáy, nắp của tháp là 10mm

Vậy chiều dày của đáy và nắp là 10mm với chiều cao gờ h = 25mm

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 3.1: Các thông số của đáy (nắp) ứng với đường kính 1700[ CITATION Ngu \l 1066 ]

Thể tích đáy m 3 Đường kính phôi

3 Tính ống dẫn lỏng, ống dẫn khí vào tháp

3.1 Tính ống dẫn khí vào tháp Đường kính ống dẫn khí vào tháp dk = √ 0.75× ω V (m) (Công thức II.36, trang 369, [1])

V: Lưu lượng khí vào, V = 4146.016 m 3 /h ω: vận tốc dòng khí Tốc độ trung bình của dòng khí chuyển động trong ống dẫn của quaṭ 4 -15 m/s theo (Bảng II.2, trang 370, [1]), chọn ω = 15 m/s dk = √ 0.75× ω V = √ 0.75× 4146.016 15 × 3600 = 0.32 m = 320mm

Chọn đường kính ống dẫn khí vào là 350mm

Với d = 350 mm, vận tốc dòng khí trong tháp ω = 4 V π d k 2 = 4 × 4146.016 π ×0.35 2 ×3600 = 11.97 m/s

3.2 Tính ống dẫn khí ra Đường kính ống dẫn khí ra:

Chọn đường kính ống dẫn khí ra bằng với đường kính ống dẫn khí vào và bằng 350mm.

3.3 Tính ống dẫn lỏng vào Đường kính ống dẫn lỏng dl = √ 0.785× ω V (m) (Công thức II.36, trang 369, [1])

V: lưu lượng thể tích của lỏng (m 3 /s)

Tốc độ trung bình lỏng vào khoảng 1.5 – 2.5 m/s Chọn tốc độ lỏng vào ω=¿2 m/s (Bảng II.2, trang [1]) dl = √ 0.785 V × ω = √ 0.785 279.63 × 2 × 3600 =0.22 m = 220mm

Với dl = 250mm, vận tốc lỏng trong tháp ω= 4V π × d l 2 = 4×279.63 π ×3600×0.25 2 =1.58m/s

3.4 Tính ống dẫn lỏng ra: Đường kính ống dẫn lỏng ra:

Chọn đường kính ống dẫn lỏng ra khỏi tháp bằng với đường kính ống dẫn lỏng vào tháp là 250 mm

Mối ghép bích

 Bích nối nắp và đáy với thân thiết bị

Chọn bích liền kiểu I (Hình XIII.20, trang 406, [2] ) bằng thép CT3 để nối thiết bị

Dựa vào (Bảng XIII.27, trang 417, [2]), ta chọn:

Bích nối ống dẫn khí với thiết bị

D: Đường kính ngoài của bích

Dl: Đường kính mép vát

Bảng 3.2: 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 × (0.485 2 – 0.377 2 ) × 0.026 × 7850 = 14.92 kg

 Bích liền nối thiết bị

Bảng 3.3: Các thông số của bích liền nối thiết bị[ CITATION Ngu \l 1066 ]

(N/m 2 ) D t D D b D l D 0 đường kính bulong d b số bulong Z h mm cái mm

5 M20 36 32 Đường kính ngoài Dn = 1700 + 6 = 1706 mm m2 =4 π × ( D 2 – Dn 2) × h × ρ = 4 π × ( 1.82 2 – 1.706 2 ) × 0.032 × 7850 = 79.30 kg

 Bích nối ống dẫn lỏng với thiết bị

Bảng 3.4: Các thông số của bích nối ống dẫn lỏng với thiết bị[ CITATION Ngu \l 1066 ]

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= 4 × m1 + 4 × m2 + 4 × m3 = 4 × 14.92+ 4 × 79.30 + 4 × 3.56 = 391.12 kg

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

Khối lượng lớp tách ẩm = π× D 2

Lưới đỡ đệm

Bảng 3.5: Các thông số của lưới đỡ đệm Đường kính tháp (mm) Đường kính lưới

4 ×10 5 ×600×0.79 = 11296.80 kg Khối lượng dung dịch đệm md = π× D 2

4 ×10 5 ×995.68×0.79 = 18746.66 kg Khối lượng lưới đỡ đệm mldd = π× D 2

Chọn đường kính ống tháo đệm là 800 mm, chiều dài đoạn ống nối l = 150 mm.

Chọn đường kính ống nhập liệu tượng tự ống tháo đệm là 800 mm, chiều dài đoạn ống nối l 150 mm

Bảng 3.6: Các thông số của đĩa phân phối lỏng Đường kính tháp Đĩa phân phối loại 2 Đường kính đĩa Dd ống dẫn chất lỏng d x S t Số lượng lỗ

66 chiếc Đường kính lỗ là 40 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

Khối lượng thân: mt =4 π (Dn 2- Dt 2) × h × ρ = 4 π ( 1.706 2 – 1.7 2 ) × 16.5 × 7850 = 2078.93 kg

Khối lượng nắp: mn = 266 kg

Khối lượng đáy: mđ = 266 kg

Chọn chân đỡ tháp gồm 4 chân:

⟹ Tải trọng trên 1 chân Gc = 4 309466.55 = 77366.64 N

Bảng 3.7: Các thông số của chân đỡ (Tra bảng XIII.35, trang 437, [2])

⟹ Tải trọng trên 1 tai treo Gc = 4 309466.55 = 77366.64 N

Chọn Gc = 8 × 10 4 N ⟹ Các thông số của tai treo như sau:

Bảng 3.8: Các thông số của tai treo

8 Tính bơm - quạt - ống khói

1000×0.67 = kW = 19.33 0,746 = 8.46 Hp Theo bảng II.32 trang 439-[ CITATION Ngu92 \l 1066 ], ta chọn:

Bảng 3.9: 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 3.10: Hệ số dự trữ[ CITATION

⟹ Chọn bơm ly tâm có công suất 15 kW

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

1000×1×0 5×3600 = 10.38 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 × 10.38 42 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 = 50 – 29 = 21 > 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, l/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 21×1 15 = 11.80 m ⟹ Chiều cao ống khói là 12m.

Tính bơm - quạt - ống khói