Trong đó, có rất nhiều nhà máy xí nghiệp sử dụng lò hơi trong quá trình sảnxuất, có thể thấy loại lò hơi dùng dầu FO làm nhiên liệu đốt được sử dụng phổ biến.Các khí thải từ loại dầu đốt
TỔNG QUAN VỀ DẦU FO VÀ KHÍ THẢI LÒ HƠI ĐỐT DẦU FO
TỔNG QUAN VỀ DẦU FO
Dầu FO, hay còn gọi là dầu nhiên liệu hoặc dầu Mazut, là một phân đoạn nặng được chiết xuất từ quá trình chưng cất dầu thô paraffin và asphalt ở áp suất khí quyển và chân không Với điểm sôi cao, dầu FO chủ yếu được sử dụng làm nhiên liệu đốt lò trong các ngành công nghiệp như nồi hơi, lò nung và lò đốt dạng bay hơi, cũng như cho động cơ đốt trong của tàu biển Nhiệt trị của dầu FO đạt khoảng 10,175 kcal/kg với tỷ trọng từ 0,7 đến 0,97 kg/l.
Dầu FO nhẹ có độ sôi 200 – 3000C, tỷ trọng 0,88 – 0,92
Dầu FO nặng có độ sôi lớn hơn 320°C và tỷ trọng từ 0,92 đến 1 hoặc cao hơn Đặc biệt, độ nhớt của dầu FO rất cao, dao động từ 250 đến 7000 đơn vị Red - wood chuẩn, trong khi độ nhớt của dầu DO chỉ nằm trong khoảng 40 đến 70 đơn vị.
1.1.3 Các chỉ tiêu xác định chất lượng của dầu FO
Nhiên liệu đốt lò thường chứa lượng lưu huỳnh lớn, với nồng độ thay đổi tùy theo loại Lưu huỳnh có mặt dưới dạng hợp chất sunfua, disulfua hoặc di vòng, và khi đốt cháy, nó chuyển thành khí SO2 Khí này có thể tiếp xúc với oxy và chuyển thành SO3 Khi nhiệt độ khí thải giảm, SO2 và SO3 kết hợp với hơi nước tạo thành axit vô cơ ăn mòn kim loại Để hạn chế sự ăn mòn này, các biện pháp như sử dụng nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh thấp, giảm không khí thừa, duy trì bề mặt trao đổi nhiệt trên nhiệt độ điểm sương, và sử dụng các kim loại hoặc oxit kim loại như MgO, CaO để chuyển SO thành hợp chất được áp dụng.
Trước khi bị đốt cháy, nhiên liệu Diesel và nhiên liệu phản lực được phun ra dưới dạng hạt sương, từ đó tạo ra hỗn hợp cháy với không khí Quá trình bay hơi của nhiên liệu phụ thuộc vào bản chất của nó và kích thước hạt sương Độ nhớt cao khiến kích thước hạt lớn, tăng động năng và không gian trộn lẫn với không khí, nhưng đồng thời làm giảm khả năng bay hơi, dẫn đến quá trình cháy không hoàn toàn, giảm nhiệt và thải ra nhiều chất ô nhiễm Ngoài ra, độ nhớt lớn cũng làm tăng trở lực ma sát trong hệ thống bơm.
Tỷ trọng là yếu tố quan trọng trong nhiên liệu đốt lò, ảnh hưởng đến tính chất nhiên liệu, độ nhớt và độ bay hơi, từ đó tác động đến quá trình cháy Trong xử lý nhiên liệu, việc tách nước bằng phương pháp ly tâm yêu cầu tỷ trọng của nhiên liệu và nước phải khác nhau để đạt hiệu quả tối ưu Khi vận chuyển và lưu trữ, nước thường lẫn vào nhiên liệu; sự chênh lệch tỷ trọng lớn giữa hai loại này sẽ cải thiện quá trình lắng tách nước.
Nước không phải là thành phần chính của dầu mỏ, nhưng luôn hiện diện trong dầu thô và các sản phẩm từ dầu mỏ, gây ra nhiều tác hại Sự hiện diện của nước trong dầu thô và các sản phẩm có thể đến từ nhiều nguồn gốc khác nhau.
Để đánh giá khả năng tạo cặn, người ta sử dụng tiêu chuẩn độ cốc hoá, với hai loại cặn chính là cặn carbon conradson và cặn carbon rabostton Hàm lượng cặn carbon conradson trong dầu nhiên liệu đốt lò thường dao động từ 5-10% khối lượng, có thể lên đến 20% Tỷ lệ cao cặn carbon conradson trong nhiên liệu đốt lò luôn gây trở ngại cho quá trình vận hành.
Các hợp chất cơ kim và muối trong dầu mỏ chủ yếu tập trung ở dầu cặn, và khi đốt, chúng biến thành tro Tro này có mặt nhiều trong nhiên liệu đốt lò, gây giảm hiệu quả sử dụng bằng cách làm tắc ghi lò và giảm khả năng truyền nhiệt Ở nhiệt độ cao, một số kim loại như vanadi có thể kết hợp với sắt, tạo ra các hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp, dẫn đến nguy cơ thủng lò.
Nhiệt trị là chỉ tiêu chất lượng quan trọng của nhiên liệu đốt lò, thường có nhiệt trị cao (>10000 cal/g), góp phần làm cho nhiên liệu này được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp Nhiệt trị phụ thuộc vào thành phần hóa học của nhiên liệu; nhiên liệu có nhiều hydrocacbon parafinic và ít hydrocacbon thơm nhiều vòng sẽ có nhiệt năng cao hơn Ngoài ra, các thành phần không phải hydrocacbon trong dầu cặn cũng ảnh hưởng lớn đến nhiệt trị, đặc biệt là hợp chất lưu huỳnh, chủ yếu tập trung trong dầu cặn, làm giảm nhiệt năng khoảng 85 kcal/kg cho mỗi 1% lưu huỳnh.
Nhiên liệu đốt lò, giống như các sản phẩm dầu mỏ khác, có điểm chớp cháy đặc trưng cho mức độ hỏa hoạn của nó Bên cạnh đó, nhiên liệu này còn cần đạt các chỉ tiêu chất lượng khác như điểm đông đặc và độ ổn định oxy hóa.
ĐẶC ĐIỂM KHÍ THẢI LÒ HƠI ĐỐT BẰNG DẦU FO
Lò hơi đốt dầu FO hiện đang là loại phổ biến nhất trên thị trường nhờ vào đặc tính sinh nhiệt cao và độ tro thấp Dầu FO, một phức hợp của các hợp chất cao phân tử, không chỉ mang lại hiệu suất cao mà còn dễ dàng trong việc vận hành và tiết kiệm chi phí Tuy nhiên, khí thải từ lò hơi đốt dầu FO thường chứa các chất như CO2 và CO, điều này cần được chú ý trong quá trình sử dụng.
SO2, SO3, NOx và hơi nước là những thành phần chính trong khí thải, bên cạnh đó còn có một lượng nhỏ tro và các hạt tro siêu nhỏ hòa trộn với dầu cháy không hết, tồn tại dưới dạng sol khí, thường được 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 = 10,6 kg/m3.
- Lượng khí thải sinh ra khi đốt 1kg dầu FO là: VC20 từ 11,5 m3/kg đến 13,8 kg khí thải/ 1 kg dầu.
Nồng độ các chất ô nhiễm trong khí thải từ việc đốt dầu FO đạt tiêu chuẩn chất lượng trong lò hơi được thể hiện rõ qua bảng số liệu.
Bảng 1.1 Nồng độ các chất trong khí thải lò hơi đốt dầu FO trong điều kiện cháy tốt.
Chất gây ô nhiễm Nồng độ (mg/m3)
Sổ tay hướng dẫn xử lý ô nhiễm môi trường trong sản xuất tiểu thủ công nghiệp cung cấp các biện pháp hiệu quả để xử lý khói lò hơi, nhằm giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường Tài liệu này được biên soạn bởi Sở Khoa học, Công nghệ và Môi trường Tp.HCM, nhằm hỗ trợ các cơ sở sản xuất trong việc áp dụng các công nghệ và quy trình thân thiện với môi trường, đảm bảo tuân thủ các quy định về bảo vệ môi trường Việc thực hiện các hướng dẫn này không chỉ giúp cải thiện chất lượng không khí mà còn nâng cao hiệu quả sản xuất bền vững.
Bảng 1.2 Các chất ô nhiễm trong khói thải lò hơi.
Loại lò hơi Chất ô nhiễm
Lò hơi đốt bằng củi Khói + tro bụi + CO + CO2
Lò hơi đốt bằng củi Khói + tro bụi + CO + CO2 + SO2 + SO3 + NOx
CO là sản phẩm của quá trình cháy trong điều kiện thiếu oxy, gây ức chế hô hấp ở động vật và tế bào thực vật Nồng độ CO lên tới 0,8 ppm có thể dẫn đến tử vong cấp tính.
NOx, bao gồm NO và NO2, là các chất ô nhiễm phát sinh từ quá trình đốt cháy nhiên liệu, được thải vào khí quyển Gần ngọn lửa, khí NO chiếm từ 90% đến 95%, trong khi phần còn lại là NO2.
Hầu hết các loại nhiên liệu lỏng, đặc biệt là dầu đốt, đều chứa lưu huỳnh Khi chúng cháy, lưu huỳnh phản ứng với oxy để tạo ra khí oxit lưu huỳnh, trong đó khoảng 99% là khí sunfua đioxit (SO2).
Bụi là một sản phẩm phụ trong quá trình cháy của các nguyên liệu lỏng và rắn, thường tạo ra một lượng lớn bụi khi nhiên liệu được đốt Việc xử lý bụi là cần thiết để ngăn chặn sự phát tán ra môi trường, tránh gây ra các bệnh liên quan đến đường hô hấp và bảo vệ vệ sinh môi trường xung quanh nguồn thải.
TỔNG QUAN VỀ KHÍ SO 2
Khí SO2, hay còn gọi là lưu huỳnh đioxit, là sản phẩm chính từ quá trình đốt cháy lưu huỳnh Đây là một chất khí vô cơ không màu, nặng hơn không khí, với điểm nóng chảy -72,4°C và điểm sôi -100°C Khí SO2 có khả năng làm vẩn đục nước vôi trong, làm mất màu dung dịch brom và màu cánh hoa hồng Nó được sinh ra từ việc đốt cháy các nhiên liệu hóa thạch như than, dầu, cũng như trong quá trình nấu chảy các quặng nhôm, đồng, kẽm, chì và sắt.
Hình 1.1 Khí SO 2 (Nguồn: Internet) [2].
SO2 là một oxit axit, tan trong nước tạo thành dung dịch axit yếu H2SO3 (nhưng nó vẫn có đầy đủ tính chất hóa học của 1 axit).
- SO2 là chất khử khi tác dụng một chất oxi hóa mạnh.
SO2 + 2KMnO4 + 2H2O > K2SO4 + 2MnSO4 + 2 H2SO4
- SO2 là chất oxi hóa khi tác dụng với chất khử mạnh hơn.
1.3.3 Tác hại của khí SO2
Đối với sức khỏe con người:
SO2 là một chất kích thích, dễ hòa tan trong nước, gây ra phản ứng với hệ hô hấp của con người và động vật Độc tính của SO2 gây rối loạn chuyển hóa protein và carbohydrate, dẫn đến thiếu hụt vitamin B và C, đồng thời ức chế hoạt động của enzyme oxydaza Ở nồng độ thấp, SO2 có thể gây sưng viêm niêm mạc hô hấp.
Các loài thực vật nhạy cảm với khí SO2, như rêu và địa y, sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng khi khí này xâm nhập vào mô cây Khi SO2 kết hợp với nước, nó tạo ra axit sunfurơ (H2SO3), gây tổn hại cho màng tế bào và làm suy giảm khả năng quang hợp Kết quả là cây sẽ có biểu hiện chậm lớn, lá vàng úa và cuối cùng là chết.
Đối với môi trường: hại xuống ao hồ, gây ô nhiễm nguồn nước trong hồ, gây tác hại xấu đến sinh vật thủy sinh và các loài cá.
Gây ăn mòn vật liệu và phá hủy các công trình kiến trúc.
CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ KHÍ THẢI
PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ
Hấp thụ là quá trình trong đó hỗn hợp khí tiếp xúc với chất lỏng để hòa tan chọn lọc các cấu tử của khí, tạo thành dung dịch trong chất lỏng.
Cơ chế hấp thụ có thể chia làm 3 bước:
- Khuếch tán các phân tử chất ôn nhiễm thể khí trong khối khí đến bề mặt chất lỏng hấp thụ.
- Thâm nhập và hòa tan chất khí vào bề mặt của chất hấp thụ.
- Khuếch tán chất khí đã hòa tan trên bề mặt ngăn cách vào sâu trong lòng khối chất lỏng hấp thụ.
Phụ thuộc vào bản chất của sự tương tác giữa chất hấp thụ và chất bị hấp thụ trong pha khí, phương pháp hấp thu được chia làm 2 loại:
- Hấp thụ vật lý: dựa trên sự hòa tan của cấu tử pha khí trong pha lỏng.
- Hấp thụ hóa học: giữa chất bị hấp thụ và chất hấp thu hoặc cấu tử trong pha lỏng xảy ra phản ứng hóa học.
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ:
Khi nhiệt độ tăng, hệ số của định luật Henry cũng tăng, dẫn đến việc đường cân bằng dịch chuyển về trục tung Giả sử đường làm việc là P, Q không đổi, khi nhiệt độ tăng, động lực truyền khối sẽ giảm Nếu nhiệt độ tăng quá cao, không chỉ động lực truyền khối giảm mà quá trình cũng không thể thực hiện theo đường làm việc P, G đã cho Tuy nhiên, nhiệt độ cao có tác động tích cực vì làm giảm độ nhớt của dung môi, điều này có lợi trong trường hợp trở lực khuếch tán chủ yếu nằm trong pha lỏng.
Khi tăng áp suất (P) của hỗn hợp khí, hệ số cân bằng sẽ giảm, khiến đường cân bằng gần với trục hoành Điều này cải thiện quá trình truyền khối do động học quá trình lớn hơn Tuy nhiên, việc tăng áp suất cũng dẫn đến tăng nhiệt độ và gây khó khăn trong việc chế tạo thiết bị Do đó, quá trình hấp thụ chỉ được thực hiện ở áp suất cao đối với các chất khí khó hòa tan.
Hình 2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ, áp suất lên quá trình hấp thụ [1]
Các yếu tố như tính chất của dung môi, loại thiết bị sử dụng, cấu tạo của thiết bị, độ chính xác của dụng cụ đo và chế độ vận hành của tháp đều ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất của quá trình hấp thụ.
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, giúp giữ lại chất cần xử lý trong dung dịch và thu gom ở đáy tháp Kết quả là dòng không khí sạch thoát ra từ đỉnh tháp.
Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý quá trình hấp thụ.
Một số chất thấp thụ phổ biến:
Bảng 2.1 Một số chất hấp thụ phổ biến trong xử lý khí thải.
Dung dịch nước và chất huyển phù: NaOH, Na2CO3, NaHCO3, KOH, K2CO3, KHCO3, Ca(OH)2, CaCO3,…
NO Dung dịch FeCl2, FeSO4, Na2SO3, Na2S2O3,…
Nước, dung dịch: Na2SO3 (18 – 25%), NH4OH (5 – 15%), Ca(OH)2, Na2CO3 (15 – 20%), NaOH (15 – 20%), CaCO3, MgO,…
Dung dịch nước AsO3 (8 – 10g/l) + NH3 (1,2 – 1,5g/l) + (NH4)3AsO3 (3,5 – 6g/l), dung dịch K3PO4 (40 – 50%),
CO Nito lỏng, dung dịch [Cu(NH3)2]n
Cl2 Dung dịch NaOH, Ca(OH)2, Na2CO3, CCl4,…
Hơi, sương HCl Nước, dung dịch NaOH, KOH, Ca(OH)2, Na2CO3, K2CO3.
Nguyên tắc chọn chất hấp thụ
Khả năng hấp thụ cấu tử cần tách là cao nhất, không hòa tan hoặc hòa tan không đáng kể các cấu tử khác.
Nếu có xảy ra phản ứng hóa học thì các phản ứng hóa học và các tính chất thuận nghịch cần phải được biết trước.
Hoàn nguyên hiệu quả mà không gây kết tủa, bọt hay ăn mòn thiết bị Độ nhớt thấp giúp chất lỏng di chuyển dễ dàng, giảm trở lực và tăng hệ số truyền khối.
Không cháy, giá thành rẻ, dễ kiếm trong công nghiệp và ít độc hại.
2.1.2 Thiết bị hấp thụ a Tháp phun
Hình 2.3 Sơ đồ cấu tạo tháp phun.
Tháp hình trụ thẳng đứng hoạt động dựa trên nguyên tắc tạo sự tiếp xúc giữa chất ô nhiễm và dòng nước phun Dung dịch hấp thụ được phun thành những giọt nhỏ, xuyên qua dòng khí bốc lên trong không gian rỗng của thiết bị.
Cấu tạo đơn giản và giá thành thấp.
Hiệu suất hấp thụ thấp và thể tích chất lỏng phun qua vòi không đủ, dẫn đến hệ số thể tích và hệ số truyền khối cũng không cao.
Tốc độ của dòng khí ≤ 1 m/s để tránh hiện tượng chất lỏng bị kéo theo dòng khí.
Thiết bị hấp thụ rỗng không thích hợp khi mật độ tưới thấp, tiêu hao năng lượng để phun chất lỏng tương đối cao, từ 0,3 đến 1 kWh/m 3 b Tháp đệm
Hình 2.4 Sơ đồ cấu tạo tháp đệm.
Hình 2.5 Một số loại vật liệu đệm.
Chất lỏng được tưới trên lớp đệm rỗng và chảy xuống dưới tạo ra bề mặt ướt của lớp vật liệu đệm cho dòng khí từ dưới đi lên.
- Có bề mặt tiếp xúc pha lớn, hiệu suất cao.
- Trở lực trong tháp không lớn lắm.
- Giới hạn làm việc tương đối rộng.
- Khó làm ướt đều đệm.
- Nếu tháp quá cao thì chất lỏng không phân bố đều.
- Kém ổn định do sự phân bố các pha theo tiết diện tháp không đều.
- Tháp đệm khó chế tạo được ở kích thước lớn ở quy mô công nghiệp. c Tháp mâm:
Hình 2.6 Sơ đồ cấu tạo tháp mâm.
Tháp hình trụ thẳng đứng được thiết kế với các mâm khác nhau, cho phép pha lỏng và pha khí tiếp xúc hiệu quả Chất lỏng được đưa vào tháp từ đỉnh hoặc tại một mâm thích hợp, sau đó chảy xuống dưới nhờ trọng lực qua các ống chảy chuyền Đồng thời, pha khí di chuyển từ dưới lên qua các khe hở của mâm, tạo điều kiện cho quá trình trao đổi chất diễn ra.
- 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, hiện tượng lôi cuốn cơ học các giọt lỏng từ mâm dưới lên mâm trên xảy ra, dẫn đến sự biến đổi nồng độ do quá trình truyền khối Điều này làm giảm hiệu suất của hệ thống.
- Ngoài ta còn tạo độ giảm áp lớn cho pha khí làm tăng công suất máy nén khí cho tháp.
PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ
Hấp phụ là quá trình mà các phân tử khí, lỏng và ion được giữ lại trên bề mặt phân cách giữa các pha Bề mặt này có thể là lớp phim giữa khí và lỏng, lỏng và lỏng, khí và rắn, hoặc lỏng và rắn.
Xử lý khí thải bằng phương pháp hấp phụ là quá trình phân ly khí dựa trên ái lực của chất rắn với các loại khí trong hỗn hợp Trong quá trình này, các phân tử khí ô nhiễm bị giữ lại trên bề mặt của chất rắn, được gọi là chất hấp phụ Chất khí bị giữ lại trong chất hấp phụ được gọi là chất bị hấp phụ.
Hình 2.7 Quá trình hấp phụ. a Cơ chế hấp phụ
Bước 1: Các chất ô nhiễm trong khí thải tiếp xúc với lớp bên ngoài vật liệu hấp phụ.
Trong bước 2, các phân tử chất ô nhiễm bắt đầu di chuyển từ bề mặt của chất hấp phụ, nơi có diện tích chỉ vài mét vuông trên mỗi gram, vào các khe bên trong chất hấp phụ Kích thước của các khe này giảm dần từ 50 nm xuống còn 2 nm.
Bước 3: Các phân tử chất ô nhiễm dính chặt vào chất hấp phụ nhờ các lực liên kết.
Quá trình xử lý ô nhiễm bao gồm ba bước chính Bước 1 và 2 liên quan đến sự khuếch tán của chất ô nhiễm, diễn ra do sự chênh lệch nồng độ giữa lớp khí ô nhiễm và lớp khí gần bề mặt vật liệu hấp phụ Bước 3 là giai đoạn kết nối giữa chất ô nhiễm và chất hấp phụ, diễn ra nhanh hơn nhiều so với hai bước trước.
- Hấp phụ vật lý: hay hấp phụ Van der Waals là hiện tượng hấp phụ thuận nghịch, hiện tượng này kèm theo phản ứng tỏa nhiệt.
- Hấp phụ hóa học: là hấp phụ có kèm theo phản ứng hóa học giữa chất bị hấp phụ và chất bị hấp phụ.
Các chất hấp phụ phổ biến
Các chất hấp phụ công nghiệp thường gặp là than hoạt tính, silicagel, alumogen, zeolit và ionit.
- Các loại thiết bị hấp phụ hạt, tầng mỏng, tĩnh:
Một trong những ưu điểm nổi bật của thiết bị hấp thụ tầng mỏng là khả năng giảm thiểu lực cản đối với dòng khí Độ dày đồng nhất của lớp hấp phụ đóng vai trò quan trọng, vì sự khác biệt nhỏ trong độ dày có thể dẫn đến những thay đổi đáng kể trong tổng độ dày và có khả năng tạo ra rãnh.
- Các loại thiết bị hấp phụ hạt, tầng dày, tĩnh:
Các thiết bị hấp phụ tầng dày được sử dụng trong những trường hợp cần lượng hấp phụ lớn Tuy nhiên, việc tăng hiệu suất hấp phụ chưa đủ để quyết định việc sử dụng chúng Để đạt hiệu quả tối ưu, cần đảm bảo độ đồng nhất của tầng hấp phụ khi sử dụng chất hấp phụ.
PHƯƠNG PHÁP LỌC SINH HỌC
Lọc sinh học là một phương pháp xử lý ô nhiễm mới và hiệu quả, đặc biệt trong việc loại bỏ các chất khí có mùi hôi và các hợp chất hữu cơ bay hơi với nồng độ thấp.
Hệ thống lọc sinh học tạo điều kiện cho vi sinh vật phát triển, giúp phân hủy các chất khí có mùi hôi và chất hữu cơ gây bệnh trong khí thải Nó bao gồm một buồng kín, nơi chứa vi sinh vật và hấp thụ hơi nước, giữ lại chúng trong nguyên liệu lọc.
Lớp nguyên liệu lọc ẩm đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra điều kiện lý học và hóa học tối ưu để chuyển đổi các chất ô nhiễm từ pha khí sang pha lỏng Quá trình này còn hỗ trợ phân hủy sinh học các chất ô nhiễm nhờ vào sự hoạt động của màng sinh học.
- Giá thành thấp, giá vận hành thấp, ít sử dụng hóa chất.
- Thiết kế linh động, dễ áp dụng cho mọi loại hình công ty xí nghiệp.
- Linh động trong việc xử lý mùi hôi, các hợp chất hữu cơ bay hơi và các chất độc.
- Hiệu suất xử lý cao
- Không phân hủy được các hợp chất hữu cơ bay hơi có chứa clo.
- Các nguồn ô nhiễm có nồng độ hóa chất cao cần các hệ thống lớn và diện tích lắp đặt lớn.
MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SO 2 PHỔ BIẾN
Quá trình xử lý SO2 bằng nước diễn ra theo phản ứng:
Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO2 bằng nước bao gồm 2 giai đoạn:
- Hấp thụ khí SO 2 bằng cách phun nước vào dòng khí hoặc cho khí thải đi qua lớp vật liệu đệm có tưới nước.
- Giải thoát khí SO 2 ra khỏi chất hấp thụ để thu hồi SO2 nếu cần vào nước sạch.
Mức độ hòa tan của khí SO2 trong nước giảm khi nhiệt độ nước tăng, vì vậy nước cấp vào hệ thống hấp thụ khí SO2 cần có nhiệt độ đủ thấp để đảm bảo hiệu quả hấp thụ.
Để loại bỏ SO2 khỏi nước, nhiệt độ cần đạt ít nhất 100oC, lúc này SO2 sẽ bốc hơi hoàn toàn và hơi nước cũng sẽ thoát ra cùng Phương pháp ngưng tụ cho phép thu được SO2 với độ đậm đặc khoảng 100%, phục vụ cho việc sản xuất axit sunfuric.
Bảng 2.2 trình bày lượng nước lý thuyết cần thiết để hấp thụ 1 tấn SO2 đến trạng thái bão hòa, tùy thuộc vào nhiệt độ và nồng độ SO2 khác nhau trong khí thải.
Nồng độ SO 2 trong khí thải
Để thực hiện quá trình giải hấp, cần phải đun nóng một lượng nước lớn, điều này yêu cầu một nguồn cấp lạnh đáng kể Đây là một vấn đề không hề đơn giản và có thể tốn kém.
Từ những nhược điểm nói trên, phương pháp 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 cấp lạnh.
- Có thể xả được nước có ít nhiều axit ra sông ngòi.
Bảng 2.3 Sơ đồ hệ thống hấp thụ khí SO 2 bằng nước [1]
1 – Tháp hấp thụ; 2 – Tháp giải thoát SO 2 ; 3 – Thiết bị ngưng tựu;
4, 5 – Thiết bị trao đổi nhiệt; 6 – Bơm.
Do độ hòa tan của SO2 trong nước thấp nên phải cần lưu lượng lớn và thiết bị thấp thụ có thể tích lớn.
2.4.2 Hấp thụ SO 2 bằng CaCO 3 hoặc CaO [1]
Xử lý SO2 bằng vôi là một phương pháp phổ biến trong ngành công nghiệp nhờ vào hiệu quả cao trong việc loại bỏ khí độc này Phương pháp này sử dụng nguyên liệu vôi, không chỉ rẻ tiền mà còn dễ dàng tìm thấy ở khắp nơi, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường một cách hiệu quả.
Các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình xử lý như sau:
Khói thải sau khi được lọc sạch tro bụi sẽ đi vào scrubo 1, nơi khí SO2 được hấp thụ bằng dung dịch sữa vôi trên lớp đệm vật liệu rỗng Nước chứa acid chảy ra từ scrubo sẽ có nhiều sunfit và canxi sunfat dưới dạng tinh thể như CaSO3.0,5H2O và CaSO4.2H2O, cùng với một ít tro bụi còn sót lại, do đó cần tách các tinh thể này ra khỏi dung dịch bằng bộ phận tách tinh thể 2 Thiết bị này là một bình rỗng cho phép dung dịch lưu lại đủ thời gian để hình thành các tinh thể sunfit và sunfat canxi Sau khi tách tinh thể, một phần dung dịch sẽ được tưới cho Scruber, phần còn lại sẽ đi qua bình lọc chân không 3, nơi các tinh thể bị giữ lại dưới dạng cặn bùn và được thải ra ngoài Cuối cùng, đá vôi được đập vụn, nghiền thành bột và trộn với dung dịch loãng từ bộ lọc chân không số 3 cùng với nước bổ sung để tạo ra dung dịch sữa vôi mới.
Hiệu quả hấp thụ SO2 bằng sữa vôi đạt 98% Sức cản khí động của hệ thống không vượt quá 20 mm H2O.
Cặn bùn từ hệ thống xử lý thải có thể được tận dụng hoàn toàn làm chất kết dính trong xây dựng Quá trình này bao gồm việc chuyển sunfit thành sunfat thông qua lò nung.
Hình 2.8 Sơ đồ hệ thống xử lý SO 2 bằng CaCO 3 , CaO.[1]
1 – Tháp hấp thụ; 2 – Bộ phận tách tinh thể; 3 – Bộ lọc chân không
4, 5 – Máy bơm; 6 – Thùng trộn sữa vôi.
Công nghệ đơn giản, chi phí đầu tư không cao, có thể chế tạo thiết bị bằng vật liệu thông thường Hiệu quả xử lý cao.
Nhược điểm Đóng cặn ở thiết bị do tạo thành CaSO4 và CaSO3 gây tắc nghẽn các đường ống.
Ngoài 2 phương pháp kể trên, SO2 còn có thể được xử lý theo phương pháp hấp thụ bằng ammoniac, magie oxit (MgO), kẽm oxit (ZnO) hoặc các chất hấp thụ hữu cơ.
2.4.3 Hấp thụ bằng than hoạt tính [1]
Than hoạt tính là một giải pháp hiệu quả để hấp phụ khí SO2, với hệ thống đơn giản và linh hoạt, phù hợp cho mọi quy trình công nghệ thải SO2 liên tục hoặc gián đoạn Hệ thống xử lý này còn cho phép hoạt động hiệu quả với khí thải.
Khói thải được dẫn vào tháp hấp phụ 3 với cấu trúc nhiều tầng, nơi khí SO2 được giữ lại trong lớp than hoạt tính Sau đó, khói thải tiếp tục đi qua xiclon 4 để loại bỏ tro và bụi, trước khi được thải ra môi trường.
Than hoạt tính sau khi hoàn nguyên và bổ sung sẽ được chuyển lên phễu chứa để cấp vào tháp hấp phụ qua bộ phận khống chế liều lượng Than sẽ rơi từ tầng trên xuống tầng dưới nhờ hệ thống cào – đảo Sau khi bão hòa khí SO2, than hoạt tính từ tầng dưới cùng của tháp sẽ chảy xuống bunke.
Để thực hiện quá trình giải hấp phụ (hoàn nguyên) trong thiết bị, cần cung cấp nhiệt từ bên ngoài để nâng nhiệt độ của than lên từ 400 đến 450 độ C Quá trình này được hỗ trợ bởi thiết bị cấp nhiệt và quạt.
8 Để thúc đẩy quá trình hoàn nguyên người ta còn thổi khí trơ nóng hoặc hơi nước vào thiết bị hoàn nguyên Khí SO 2 thoát ra từ quá trình hoàn nguyên có nồng độ 40 – 50% và đạt khoảng 96 – 97% lượng khí SO2 có trong khói thải trước khi đi vào hệ thống lọc.
Sau khi hoàn nguyên, than hoạt tính được sàng lọc qua máy sàng 9 để loại bỏ các phần than quá vụn và bổ sung than mới vào phễu chứa 1.
Khí thoát ra từ quá trình hoàn nguyên ngoài SO2 còn chứa một số loại khí khác như H2S là 2 – 4%, lưu huỳnh S là 0,1 – 0,3% do có các phản ứng sau:
Hình 2.9 Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO 2 theo phương pháp hấp phụ bằng than hoạt tính [1]
1 – Phễu chứa vật liệu hấp phụ (than hoạt tính); 2 – Đo liều lượng; 3 – Tháp hấp phụ nhiều tầng; 4 – Xiclon; 5 – Bunke; 6 – Tháp giải hấp phụ; 7 – Thiết bị cấp nhiệt;
Hệ thống đơn giản và vạn năng này có khả năng áp dụng cho tất cả các quá trình công nghệ phát sinh khí thải SO2, bất kể là liên tục hay gián đoạn Ngoài ra, hệ thống còn có thể hoạt động hiệu quả với khí thải có nhiệt độ cao.
2.4.4 Hấp phụ bằng than hoạt tính có tưới nước – Quá trình LURGI
Xử lý khí SO2 bằng than hoạt tính có tưới nước để thu axit do công ty LURGI của Đức nghiên cứu áp dụng.
ĐỀ XUẤT VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT
TÍNH TOÁN SẢN PHẨM CHÁY
(Nguồn: Sách ô nhiễm không khí và xử lý khí thải tập 3 – Trần Ngọc Chấn)
Các hệ số sử dụng trong bài
- Hệ số thừa không khí: α = 1,4
- Hệ số cháy không hoàn toàn: = 0,03
- Hệ số tro bụi bay theo khói: a = 0,475
Lượng không khí khô lý thuyết cần cho quá trình cháy
Vo = 0,089 x Cp + 0,264 x Hp – 0,0333 x (Op - Sp)
Lượng không khí ẩm lý thuyết cần cho quá trình cháy
Lượng không khí ẩm thực tế
Vt = α x Va = 1,4 x 10,43 = 14,602 (m3 chuẩn/ kg FO) Trong đó α là hệ số thừa không khí.
Lượng sản phẩm cháy (Đơn vị: m 3 chuẩn/kg FO) ở điều kiện tiêu chuẩn ( tº
Bảng 3.2 Lượng sản phẩm cháy ở điều kiện tiêu chuẩn.
Sản phẩm cháy Công thức tính Phép tính Kết quả
Lượng sản phẩm cháy ở điều kiện thực tế (tºmt = 32ºC)
VSPC(tt) = VSPC(đktc) x (273 + tºmt) / 273
TÍNH TOÁN LƯU LƯỢNG VÀ NỒNG ĐỘ CHẤT THẢI
Ta có: 1L dầu FO = 0,95kg dầu FO => 3000 kg dầu/ ngày = 132 lít dầu/h
Bảng 3.3 Tải lượng các chất ô nhiễm trong khối thải
Chất khí Hệ số phát thải
Trong đó: S là lượng lưu huỳnh của dầu FO tính theo % khối lượng
Lượng khí cần thiết để đốt cháy 1kg dầu FO
Lượng không khí ở điều kiện chuẩn (1at, 273 0 K)
Lk0 = (mf – mNC) + Lt (kgkk/kg dầu)
= (1- 0,003) + 13,17 = 14,17 kgkk/kg dầu = 10,98 m 3 kk/kg dầu
Trong đó: mf = 1 là khối lượng nhiên liệu. mNC = 0,003 là hàm lượng tro trong dầu.
Khói thải khi đốt 1 kg dầu ở Tkhói = 2000C
Lk = Lk0 x α (273 + Tkhói) / 273 = 10,98 x 1,2 (273 + 200) / 273 = 26,63 m3/kg dầu Trong đó: ⭤ = 1,2 – 1,6, chọn ⭤ = 1,4
V1 = 26,63 m3/kg dầu x 132 l/h x 0,97 kg/l = 3409,7 m3/h Trong đó:
Tải trọng dầu F.O = 0,7 - 0,97 kg/l, chọn F.O = 0.97 kg/l.
Nhà máy A, hoạt động trong khu công nghiệp B từ ngày 29/10/2013, cần so sánh nồng độ khí thải với tiêu chuẩn QCVN 19:2009/BTNMT Theo quy định này, nồng độ tối đa cho phép của SO2 được xác định theo công thức tính cụ thể (mg/Nm³).
- K p là hệ số lưu lượng nguồn thải quy định tại mục 2.3 QCVN 19:2009/BTNMT với P 400
Trở lực qua lớp vòng đệm khô tách lỏng được tính theo công thức (IX.121 trang 189, sổ tay quá trình công nghệ hóa chất tập 2)
- k = 1,1 kg/m3: khối lượng riêng của pha khí
- = 95 m 2 /m 3 : Diện tích bề mặt riêng phần
- V t = 0,79 m3/m3: Thể tích tự do vật chêm
- 𝑣 = 0,287 m/s: Vận tốc khí qua tiết diện tháp
- k = 1,928.10-5 Pa.s: Độ nhớt động lực của pha khí
Tổn thất áp suất của đệm ướt
Vậy trở lực của tháp đệm là ∆𝐏 𝐭 = 𝐌𝐚𝐱(∆𝐏 𝐤 ; ∆𝐏 𝐮 ) = 𝟔𝟎𝟗, 𝟖𝟐𝟖 /𝐍 𝐦 𝟐
2 – NXB Khoa học và kỹ thuật Hà Nội, ta có: A = 10 ; m = 0,945; n = 0,525, c = 0,105.
- Lưới chắn lỏng gồm 2 lưới, giữa 2 lưới là lớp khâu sứ để giữ hạt lỏng không bị cuốn trôi theo dòng khí.
- Chiều dày lớp chắn lỏng : H = 160 (mm)
- Đường kính lỗ lưới: d = 5 (mm)
Lỗ sắp xếp theo hình lục giác đều, số lỗ trên một cạnh là: a = 𝐷 2×𝑡 −4× 𝑑 + 1 = 1100−4×5 + 1= 124,3
Tổng số lỗ trên lưới
Vận tốc khí qua lỗ
4.2.5 Tính toán cơ khí a Chọn vật liệu
Vật liệu chế tạo tháp hấp thụ và các đường ống dẫn khí cần phải là thép hợp kim đặc biệt thuộc nhóm thép không gỉ, bền nhiệt và chịu nhiệt Điều này là do chúng phải chịu tác dụng hoá học từ khí thải và dung dịch có tính ăn mòn cao, vì vậy tính chịu ăn mòn của chúng là rất quan trọng.
- Áp suất làm việc P lv = 1at = 9.81 (N/m2) = 0.981 Kg/m.s2
- Ký hiệu thép: Chọn X18H10T (khí SO 2 với nồng độ bất kỳ có To≤300oC)
(C 0.12%, Cr 18%, Niken 10%, T nằm trong khoảng 1 – 1.5%) (Bảng XII.4, trang309 [8])
- Chiều dày tấm thép: b = 4 – 25 (mm)
- Hệ số dẫn nhiệt ở nhiệt độ 20 o C – 100 o C: ƛ= 16,3 (W/m o C)
- Hệ số giãn của thép khi kéo ở nhiệt độ 20 o C – 100 o C= 16,6 (1/ oC) (Bảng XII.7, trang 313 [8])
- Chọn công nghệ gia công là hàn tay bằng hồ quang điện, bằng cách hàn giáp mối 2 bên.
- Hệ số an toàn bền kéo: n k = 2,6
- Hệ số an toàn bền chảy: n c = 1,5 b Tính bề dày thân tháp
Các thông số ban đầu của tháp mà ta đã biết như sau:
- Khối lượng riêng của pha lỏng: l = 1100 kg/m3
- Tốc độ ăn mòn của SO 2 = 0.1 mm/năm
- Hệ số hiệu chỉnh = 1 (thiết bị thuộc nhóm 2 loại II )
(Bảng XIII.2, trang 356 [8]) c Xác định áp suất làm việc trong tháp
P p mt p l (Công thức XIII.10, trang 366 [8])
- pmt : áp suất pha khí trong thiết bị, pmt = 1 at = 0,1013 (N/mm2)
- pl : áp suất thuỷ tĩnh của cột chất lỏng trong thiết bị p l = g × ρ l × H = 9.81 × 1100 × 6,1 = 65825,1 N/m 2 = 0,066 N/mm 2
H lấy bằng chiều cao tháp để đề phòng trường hợp ngập lụt hay tác nghẽn
P = 0.1013 + 0.066 = 0,1673 (N/mm 2 ) d Xác định ứng suất cho phép của thép X18H10T
Theo giới hạn bền kéo
Theo giới hạn bền chảy
Ta lấy giá trị bé hơn trong 2 ứng suất cho phép ở trên làm ứng suất cho phép tiêu chuẩn
[] = 146.66 x 10 6 (N/m 2 ) = 146.66 (N/mm 2 ) e Bề dày thân hình trụ hàn làm việc chịu áp suất trong tính theo lý thuyết vỏ mỏng
- P: Áp suất làm việc trong tháp, P = 0,1673 N/mm 2;
- ⭤h: Hệ số bền mối hàn: ⭤h = 0.95;
- [⭤]: Ứng suất cho phép tiêu chuẩn, [⭤] = 146,66 N/mm 2
Chọn hệ số bổ sung để quy tròn kích thước:
- C 0: hệ số quy tròn kích thước, C0 =1 mm
Hệ số bổ sung do ăn mòn (C1) được xác định cho các vật liệu bền có tốc độ ăn mòn từ 0,05 đến 0,1 mm/năm Đối với tốc độ ăn mòn này, ta chọn C1 = 0,05 x 20 = 1 mm, tính theo thời gian làm việc từ 15 đến 20 năm.
- C 2 : hệ số bổ sung do hao mòn cơ học (C2 = 0)
- C 3 : hệ số bổ sung do dung sai của chiều dày (Tra bảng XIII.9 – Sổ tay quá trình và thiết bị tập 2) C3 = 0,8 mm
Bề dày thực của thân thiết bị
Kiểm tra điều kiện bền
Áp suất cho phép trong thân thiết bị khi bề dày S = 10mm
= 1,66 N/mm 2 > P = 0,17041100+(10−1) với tốc độ ăn mỏn 0,05mm/năm, Ca= 1mm ;
- S: Bề dày thực của thân thiết bị, S = 10mm;
- ⭤h: Hệ số bền mối hàn: ⭤h = 0.95;
- [⭤]: Ứng suất cho phép tiêu chuẩn, [⭤] = 146,66 N/mm 2 ;
Vậy: Thân tháp hấp thụ có bề dày S = 10mm thoả mãn điều kiện bền và áp suất làm việc.
Kết luận: Tháp cao: 6,1m Đường kính tháp: 1,1m Bề dày: 10mm
Tính toán đáy và nắp tháp
Vì áp suất làm việc P = 0.1673 N/mm 2 Ta sẽ chọn đáy và nắp của tháp là elip, có gờ. Tra bảng XIII – 11 –tập 2 sổ tay thiết bị, ta có
- Chọn vật liệu làm đáy và nắp thiết bị cùng với vật liệu làm thân tháp.
- Đáy (nắp) làm bằng thép không gỉ X18H10T
- Áp suất làm việc phần dưới thân P = 0.1673(N/mm 2 )
- Chọn nắp là hình elip chuẩn: h t /D = 0,25 với Dt = 1100 mm
⭤ Chiều cao phần lồi của tháp: ht = 375 mm = 0,375m
Bán kính cong phía trong ở đỉnh đáy
Hệ số bền mối hàn h = 0.95
- [⭤]: Ứng suất cho phép tiêu chuẩn, [⭤] = 146,66 N/mm 2
- P: Áp suất làm việc trong tháp, P = 0,1673 N/mm 2
Bề dày thực tế của đáy (nắp)
- R t : bán kính cong phía trong ở đỉnh đáy, Rt = 1100mm;
- ⭤h: Hệ số bền mối hàn: ⭤h = 0.95;
- [⭤]: Ứng suất cho phép tiêu chuẩn, [⭤] = 146.66 N/mm 2 ;
- P: Áp suất làm việc trong tháp, P = 0,1673 N/mm 2 ;
Nhận xét: chọn bề dày đáy bằng bề dày nắp và bằng bề dày thân tháp = 10 mm
→ Hoàn toàn thỏa mãn áp suất cho phép ứng với bề dày
Vậy bề dày của đáy và nắp là S = 10mm
Bảng 4.6 Thông số của đáy.
Thể tích đáy, m 3 Đường kính phôi
Khối lượng nắp elip tra bảng XIII 11 trang 384 - Sổ tay quá trình và thiết bị hóa chất tập 2, ta có:
Khối lượng nắp và đáy elip
Tính đường ống dẫn khí
- Vận tốc khí trong ống khoảng 15 – 25 m/s
(Bảng II.2, trang 370 sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất tập 1)
Chọn vận tốc ống dẫn khí đi vào bằng vận tốc ống dẫn khí đi ra, V1 = V2 = 25 m/s Ống dẫn khí vào
Lưu lượng khí đầu vào: Gd = 0,558 = 0,496 m3/s
Đường kính ống khí vào d = √ 4×𝐺 𝑑 =√ 4×0,496 = 0,18 (m) = 180 (mm) ×
Ta chọn đường kính ống tiêu chuẩn là d = 200 mm
Vật liệu làm là thép không gỉ.
Chiều dài đoạn ống nối (ứng với đường kính ống 160mm)là 130mm.
(Bảng XIII.32, trang 434, [8]) Ống dẫn khí ra
Lấy đường kính ống dẫn khí vào tháp bằng ống dẫn khí ra khỏi tháp: d1 = d2 0 (mm)
Tính đường ống dẫn lỏng
Vận tốc lỏng trong ống đẩy của bơm nằm trong khoảng 1,5 – 2,5 (m/s) Chọn vận tốc lỏng vào tháp V = 2,5 m/s
(Bảng II.2, trang 370 [6]) Ống dẫn lỏng vào
Chọn vận tốc chất lỏng vào tháp v = 2,5 m/s p = 1109 +0
Lưu lượng lỏng đầu vào:
Đường kính ống lỏng vào d = √ 4×𝑄 𝑉 =√ 4×0,028 = 0.12 (m) = 120 mm ×⭤ 𝑣
- Chọn đường kính ống d = 125 (mm)
- Vật liệu làm ống là nhựa PVC.
- Ống dẫn lỏng được hàn vào thiết bị, bên ngoài có lắp mặt bích.
- Theo bảng XIII.32-trang 434 [8] thì chiều dài đoạn ống nối là 120 mm (ứng với đường kính ống d = 125 mm) Ống dẫn lỏng ra:
Vận tốc chất lỏng ra khỏi tháp nằm trong khoảng 1,5 - 2,5m/s (Bảng II.2/370/ [4])
Chọn vận tốc chất lỏng ra tháp V = 2 m/s
30,609 Lưu lượng lỏng đầu ra: QR
Đường kính ống lỏng ra d = √ 4×𝑄 𝑅 = √ 4×0,028 = 0,134 m = 134 mm ×⭤ 𝑣
- Chọn đường kính ống d = 150 (mm)
- Vật liệu làm ống là nhựa PVC.
- Ống dẫn lỏng được hàn vào thiết bị, bên ngoài có lắp mặt bích.
- Theo bảng XIII.32-trang 434 [8] thì chiều dài đoạn ống nối là 130 mm (ứng với
- 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
- Với áp suất làm việc lấy là 0.1673 N/mm 2 = 0.1673× 10 6 N/m 2
Bảng 4.7 Thông số đo của bích.
Số bulong Z h mm ci mm
Lưới đỡ đệm được làm từ hai nửa vỉ thép không gỉ nối lại, với thiết kế tiện lợi nhờ các lỗ tay hàn trên bề mặt giúp dễ dàng cầm nắm khi tháo lắp Bề mặt của lưới được cấu tạo bởi các thanh thép không gỉ có tiết diện chữ nhật, trong đó một cạnh có bề rộng 10 mm.
Bảng 4.8 Thông số đo của lưới đỡ đệm. Đường kính tháp
Chiều rộng bước b (mm) đệm 50 x 50
- Khối lượng riêng vật liệu đệm = 500 kg/m3 m = d × 𝜋 𝐷 4 2 ×
Khối lượng dung dịch đệm (tính cho trường hợp ngập lụt) md’
Khối lượng tổng cộng mà lưới đỡ đệm phải chịu m = md + md’ = 2303,47 + 4745,16 = 7048,63 Kg
Diện tích bề mặt lưới đỡ đệm
4.6.3 Bộ phận phân phối lỏng
Chọn theo tiên chuẩn thép X18H10T: dùng đĩa phân phối loại 2
Bảng 4.9 Thông số đĩa phân phối. Đường kính tháp Đĩa phân phối loại 2 Đường kính đĩa Dd ống dẫn chất lỏng d x S t số lượng ống (loại 2)
- Bước lỗ (khoảng cách giữa các lỗ) = 90 mm
4.6.4 Chân đỡ Để chọn được chân đỡ thích hợp, trước tiên ta phải tính tải trọng của toàn tháp Chọn vật liệu làm chân đỡ là thép CT3
Khối lượng riêng của thép CT là
Khối lượng riêng của thép không gỉ X18H10T là = 1.01 o = 7.93103 kg/ m3
Ta có thép tấm CT3 dày 25mm thì có khối lượng 196 kg/1m 2
Khối lượng thân mt= V = ⭤ × (D 2 – Dt 2) × H × ⭤ = ⭤ × (1,522 – 1,12) × 6.5 × 7.93 × 103
Theo bảng XIII.11 trang 384 [8] , ta có khối lượng đáy: mđáy = 209 kg
Theo bảng XIII.11 trang 384 [8] , ta có khối lượng nắp: mnắp = 209 kg
Khối lượng dung dịch thấm qua đệm m = [[ 𝐷 2 ×
- V t = 0.79 m3/m3 thể tích tự do vật chêm
- l = 1100 kg/m3 khối lượng riêng lỏng
Khối lượng lớp tách ẩm
Ta dùng lớp tách ẩm này để tách hơi lỏng ra khỏi khí trước khi hỗn hợp khí thoát ra ngoài qua ống dẫn khí ra.
Thể tích lớp tách ẩm = ×⭤ 𝐷 × ℎ= ⭤×1,1 × 0.3 = 0,5 m 2
Bộ phận phân phối lỏng: không đáng kể
Khối lượng lưới đỡ đệm
- h tb = 0.0025 m :chiều dày trung bình
- d = 1060 mm :đường kính lưới đỡ đệm
- thép = 7930 kg/m3;khối lượng riêng thép
4.6.5 Tính bích nối đáy tháp với thân, chọn bích liền bằng thép để nối thiết bị
- Đường kính ngoài của bích: D = 1240 mm
- Đường kính tâm bu lon: D b = 1190 mm
- Đường kính mép vát: D l = 1160 mm
Khối lượng bích m1 = ⭤ (D2 – Dn 2) × h× ⭤ = ⭤ (1,242 –1,122) × 0.025 × 7930 = 59,04 kg
Tính mặt bích nối ống dẫn và thiết bị Ống dẫn lỏng vào: D 3 = 125 mm
- Chọn loại bích liền bằng kim loại đen để nối Theo bảng XIII.26- trang 417- Sổ tay
- Đường kính ngoài của bích: D #5 mm
- Đường kính tâm bu long: D bl 0 mm
- Đường kính mép vát: D l = 178 mm
- Chiều cao bích: h = 14 mm m2 = ⭤ (D2 – Dn 2) × h× ⭤ = ⭤ (0.2352 –0.1332) × 0.028 × 7930 = 6,5 kg
4 4 Ống dẫn lỏng ra: D 4 = 150 mm.
Chọn bích liền bằng kim loại đen để nối Theo bảng XIII.26 ở trang 417 của Sổ tay quá trình và thiết bị hóa chất tập 2, các thông số đo của bích được cung cấp như sau.
- Đường kính ngoài của bích :D &0 mm
- Đường kính tâm bu long:D bl "5 mm
- Đường kính mép vát :D l = 202 mm
- Chiều cao bích: h = 16 mm m3 = ⭤ (D2 – Dn 2) × h× ⭤ = ⭤ (0.262 –0.1592) × 0.028 × 7930 = 7,4 kg
4 4 Ống dẫn khí vào và ra: D = 200 mm
- Chọn loại bích liền bằng kim loại đen để nối (Bảng XIII.26-trang 415 [8])
- Đường kính ngoài của bích :D= 290 mm
Khối lượng bích m4 = ⭤ (D2 – Dn 2) × h× ⭤ = ⭤ (0.292 –0.2192) × 0.022 × 7930 = 4.95 kg
Tính tổng khối lượng bích mb = 4m1 + 4m2 + 4m3 + 4m4 = 311,56(kg)
Khối lượng tổng cộng của tháp:
∑ 𝑚 = m tháp + m đáy + m nắp + m bích + m lđđ + m ta + m đệm + m dd
Ta chọn chân đỡ gồm 3 chân.
Tải trọng trên một chân: 69334,53/3 = 23111,51(N)
Bề mặt đỡ: 444×10 4 m 2 (Bảng XIII.35 –trang 437 [8])
Tải trọng cho phép trên mặt đỡ: 0,56×10 6
N/m 2 Các thông số về chân đỡ được trình bày ở bảng sau:
Bảng 4.10 Thông số chân đỡ.
Tính toán tương tự chân đỡ tải trọng trên một tai treo là 69334,53 /3 = 23111,51 N
Tải trọng cho phép trên mặt đỡ: 1.5×10 6 N/m 2
Bảng 4.11 Thông số tai treo.
L B B 1 H S l a d Khối lượng một tai treo mm kg
- V: Tốc độ dòng khí trong ống khói, v = 10 ÷ 20 m/s Chọn v = 10 m/s
=> Chọn chiều cao ống khói là 9 m
- A: Hệ số kể đến độ ổn định của khí quyển Chọn A = 200
- C cp = 200 mg/m3, nồng độ cho phép tính theo tiêu chuẩn loại B
- Q r : Lưu lượng khí thải (m3/h), Qr = 1692,5 m3/h = 0,47 m3/s
- M: Tải lượng ô nhiễm (g/s), M = Q r x Cb = 0,47 x 73,12 = 34,4 mg/s
- F: Hệ số kể đến loại chất khuếch tán Ứng với trường hợp không có thiết bị lọc bụi, F = 3
- m,n: Các hệ số không thứ nguyên kể đến điều kiện thoát ra của khí thải ở miệng ống khói Chọn m = 1, n = 1.
Kết luận, có nhiều biện pháp xử lý khí SO2 bằng phương pháp hấp thụ, nhưng cần lựa chọn phương pháp phù hợp dựa trên điều kiện cụ thể của nhà máy Đề tài “Thiết kế hệ thống xử lý SO2 trong khí thải của lò hơi đốt dầu FO, công suất 3 tấn hơi/h” đã đề xuất phương án hấp thụ SO2 bằng tháp đệm với dung dịch NaOH 10%, đạt hiệu quả xử lý 85,1% Khí thải sau khi xử lý đáp ứng tiêu chuẩn QCVN 19:2009/BTNMT, cột B.
Quy trình công nghệ được đề xuất là một giải pháp phổ biến, đơn giản về mặt kỹ thuật, giúp tiết kiệm chi phí xây dựng, vận hành và sửa chữa so với các công nghệ đắt tiền từ nước ngoài Nó cũng phù hợp với điều kiện khí hậu và thổ nhưỡng của khu vực.
Việc đề xuất công nghệ chỉ dựa trên lý thuyết mà không kết hợp với khảo sát thực địa dẫn đến nhiều thiếu sót Do đó, cần thực hiện các khảo sát thực tế để làm cơ sở cho việc thiết kế công nghệ, đồng thời kiểm tra chất lượng và hiệu quả của quy trình xử lý Để lựa chọn thiết kế quy trình chính xác và đúng mục tiêu, cần nắm vững và tìm hiểu kỹ tài liệu tham khảo, cũng như tham khảo ý kiến từ các thầy cô hướng dẫn nhằm tìm ra hướng đi đúng đắn và tiếp thu các góp ý để cải thiện đồ án.
Tính các thiết bị phụ khác
[1] Đinh Xuân Thắng, Kỹ thuật xử lý ô nhiễm không khí, NXB ĐHQG, 2012
[2] Nguyễn Đinh Tuấn, Kiểm soát ô nhiễm không khí, NXB ĐHQG TPHCM, 2007
[3] Trần Ngọc Chấn, Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải tập 3 – Lý thuyết tính toán và công nghệ xử lý độc hại, NXB Khoa học và kỹ thuật, 2001
[4] GS Nguyễn Bin, TS Trần Xoa và các tác giả, Sổ tay quá trình và công nghệ hóa chất – tập 1, 2, NXB Khoa Học Và Kỹ thuật – 2013
[5] QCVN 19:2009/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải công nghiệp đối với bụi và các chất vô cơ