Nghiên cứu và mô phỏng hệ thống xử lý khí thải trong quá trình thiêu xác gia cầm bằng phần mềm ansys fluent

Trang iv  Luận văn đề cập đn vic xây dựng mô hình tính toán và ứng dng phn mềm ANSYS FLUENT trong mô phỏng quá trình xử lỦ khí thải bên trong tháp hp th. Phương pháp mô phỏng này dựa trên cơ sở tình toán kt quả xử lỦ khí thải, Code Matlab và kt quả mô phỏng trên ANSYS FLUENT. Kt quả tính toán chính là nồng độ các khí thải SO 2 , NO 2 , CO 2 trong quá trình thiêu đốt xác gia cm sinh ra được xử lỦ bằng phương pháp hp th với cht hp th được sử dng là Ca(OH) 2 . Các kt quả tìm được, đem phân tích đối chiu với kt quả tính toán, Code Matlab và kt quả mô phỏng trên ANSYS FLUENT. Kt quả phân tích góp phn quan trọng trong vic tính toán và tối ưu hóa h thống. ABSTRACT The thesis refers to the formation of computational models and ANSYS FLUENT sofware application in simulation of the exhaust fumes treatment process in the obsorption tower. This simulation method based on the calculation of CODE MATLAB exhaust fumes treatment results and ANSYS FLUENT simulation results. The calculation result is the concentration of the exhaust fumes SO 2 , NO 2 , CO 2 born in the scorching process of identify birds and handled by the absorbing method that their absorbent is Ca(OH) 2 . The search results are analysed and compared with CODE MATLAB calculation results and ANSYS FLUENT simulation results. Analysis result played a key part to the calculation and optimization of the system. Trang v  Trang tựa TRANG Quyt định giao đề tài LỦ lịch cá nhân i Lời cam đoan ii Cảm tạ iii Tóm tắt iv Mc lc v Danh sách các chữ vit tắt x Danh sách các bảng xii Danh sách các hình xiv  1 1.1 Các kt quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố. 1 1.1.1 Nghiên cứu nước ngoài 1 1.1.1.1 H thống xử lỦ nhiều tng 1 1.1.1.2 Phương pháp loại bỏ SOx và NOx từ h thống lò đốt 2 1.1.2 Các nghiên cứu trong nước 4 1.1.2.1 Lò đốt và xử lỦ khói thải lò đốt cht thải nguy hại 4 1.1.2.2 Lò đốt rác y t 6 1.1.3 Các vn đề khoa học còn tồn tại cn nghiên cứu để giải quyt hin nay 8 1.2 Tính cp thit ca đề tài, Ủ nghĩa khoa học và thực tin ca đề tài 8 1.3 Xác định mc đích nghiên cứu, khách thể và đối tượng nghiên cứu 9 1.4 Xác định nhim v nghiên cứu và giới hạn ca đề tài 9 1.5 Phương pháp nghiên cứu 9 1.6 K hoạch thực hin 10  11 2.1 Xử lỦ khí và hơi bằng phương pháp thiêu hy 11 2.1.1 Thiêu hy bằng nhit 11 Trang vi 2.1.2 Thiêu hy bằng phương pháp hóa học 11 2.1.3 Thiêu hy bằng phương pháp đốt 11 2.1.3.1 Đốt không có cht xúc tác 12 2.1.3.2 Đốt có cht xúc tác 12 2.2 Phương pháp ngưng t 12 2.3 Xử lỦ hơi và khí thải bằng phương pháp hp ph 13 2.3.1 Khái quát về hin tượng hp ph 13 2.3.1.1 Hp ph vật lỦ 14 2.3.1.2 Hp ph hóa học 14 2.3 Xử lỦ khí thải bằng phương pháp hp th 15 2.3.1 Nguyên lỦ phương pháp hp th 15 2.3.1.1 Hp th vật lỦ 15 2.3.1.2 Hp th hóa học 17 2.3.1.2.1 Sự chuyển cht trong quá trình hp th 17 2.3.1.2.2 Cân bằng pha trong h khí – lỏng 18   20 3.1 Đối với NO X 20 3.1.1 Hp th NO X bằng than hoạt tính 20 3.1.2 Hp th NO X bằng silicagen 20 3.1.3 Hp th NO X bằng keo nhôm 20 3.1.4 Hp th NO X bằng than bùn có tính kiềm trong thit bị tng sôi 21 3.1.5 Hp th NO x bằng amoni cacbonat 21 3.1.6 Hp th NO x bằng nước 21 3.1.7 Hp th khí NOx bằng kiềm 22 3.2 Đối với khí SO 2 22 3.2.1 Hp th khí SO 2 bằng nước 22 3.2.2 Hp th khí SO 2 bằng dung dịch soda 23 3.2.3 Hp th khí SO 2 bằng dung dịch amoniac 23 3.2.4 Hp th khí SO 2 bằng các amin thơm 24 3.2.5 Hp th đồng thời khí SO 2 và NO x bằng NaOH và Na 2 CO 3 24 3.3 Đối với khí CO 2 25 Trang vii 3.3.1 Hp th khí CO 2 bằng các dung dịch etanolamin 25 3.3.2 Hp th khí CO 2 bằng dung dịch amoniac 25 3.3.3 Hp th khí CO 2 bằng dung dịch kiềm 26 3.3.4 Hp th khí CO 2 bằng nước 26 3.4 Đối với CO 27 C  29 4.1 Công sut và thành phn cn thiêu hy 29 4.2 Tính toán lượng vật cht vào lò và ra khỏi lò. 29 4.2.1 Cân bằng vật cht. 29 4.2.1.1 Lượng vật cht cp vào lò 30 4.2.1.1.1 Lượng không khí nạp vào lò 31 4.2.1.1.2 Tổng lượng vật cht vào lò 34 4.2.1.2 Lượng vật cht ra khỏi lò 34 4.2.2 Cân bằng nhit lượng 35 4.2.2.1 Nhit lượng đưa vào lò 36 4.2.2.2 Cân bằng nhit lượng ra khỏi lò 38 4.3 Tính toán thit k tháp hp th 40 4.4 Kt quả code matlab 44 C 5:    45 5.1 Mô hình hóa h thống. 45 5.2 Mô tả bài toán và điều kin biên. 46 5.2.1 Mô tả bài toán. 46 5.2.2 Điều kin biên 47 5.2.2.1 Điều kin biên vận tốc vào 47 5.2.2.2 Điều kin biên áp sut ra 48 5.3 Sử dung CFD trên ANSYS FLUENT mô phỏng quá trình xử lỦ bên trong tháp hp th. 48 5.3.1 Chia lưới tháp hp th 48 5.3.2 Thit lập điều kin mô phỏng 50 5.3.2.1 Thit lập điều kin vận tốc khí thải vào 50 5.3.2.2 Thit lập điều kin bin vận tốc cht hp th 51 Trang viii 5.3.3 Kt quả ảnh hưởng ca vận tốc đn quá trình hp th 51 C  54 6.1 Kt quả xử lỦ 54 6.2 Kt luận 55              57 1 Tính toán tháp làm nguội 57 2 Tính toán thit k xiclon 61 3 Tính toán thit k ống khói 63 4 Tính toán chọn bơm dung dịch Ca(OH) 2 65 5 Tính toán chọn bơm nước vào tháp làm nguội 67 6 Tính toán quạt hút 70 6.1 Tính quạt hút 1 70 6.2 Tính quạt hút 2 74 7 Tính toán các thit bị ph 76 7.1 Lưới đỡ đm 76 7.2 Chọn vật liu 77 7.3 Tính bích 77 7.4 Tính chân đỡ 79 8 Kiểm tra bằng Code Matlab 80    N TRONG  93 5.1 Mô hình hóa h thống 93 5.1.1 Mô hình chi tit tháp hp th 93 5.1.2 Xut bản v sang file SAT 93 5.2 Mô phỏng bằng ANSYS FLUENT 93 5.2.1 Khởi động chương trình ANSYS FLUENT 93 5.2.2 Mô hình số (Geometry) 94 5.2.3 Chia lưới 94 5.2.4 Tin hành mô phỏng (Setup) 96 5.2.4.1 Phn cài đặt 96 5.2.4.2 Phn Solution 102 Trang ix 5.2.4.3 Phn Results 104 5.2.4.4 Tháp đường kính 780mm cao 2500mm vận tốc khí bên trong tháp v tháp =1,2m/s 104 5.2.4.5 Tháp đường kính 850mm cao 2800mm vận tốc khí bên trong tháp v tháp =1,0m/s 110 5.2.4.6 Tháp đường kính 950mm cao 3200mm vận tốc khí bên trong tháp v tháp =0,8m/s 115 5.2.4.7 Tháp đường kính 1100mm cao 3700mm vận tốc khí bên trong tháp v tháp =0,6m/s 120 5.2.5 Kt quả mô phỏng 3 chiều 125  127 Trang x  STT Kụ HIU CÁCH VIT ĐY Đ 1 TCVN Tiêu chuẩn Vit Nam 2 DO Diesel Oil (Du diesel) 3 QCVN Quy chuẩn Vit Nam 4 QCVN 24:2009/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghip 6 QCVN 02:2008/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải lò đốt cht thải y t 7 NXB Nhà xut bản 8 ĐHQG Đại học Quốc gia 9 ĐHBKTPHCM Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh 10 G v Lượng vật cht nạp vào lò 11 G CT Lượng xác gia cm tiêu hy 12 G D Lượng du DO nạp vào lò 13 G kk Lượng không khí nạp vào lò 14 ltO G 2 Lượng oxi lỦ thuyt 15 G KKTT Lượng không khí tính toán 16 2 O  Khối lượng riêng ca Oxi 17 kk  Khối lượng riêng ca không khí 18 G AM,KK Lượng ẩm có trong không khí 19 G KKAm,TT Lượng không khí ẩm tính toán 20 Q CT Nhit lượng do xác gia cm đưa vào lò 21 Q D Nhit lượng do du DO mang vào 22 Q KK Nhit lượng do không khí đưa vào lò 23 Q AM Nhit lượng do ẩm không khí mang vào lò 24 C CT Q Nhit lượng do cht thải cháy 25 C CT Q Nhit lượng do nhiên liu cháy 26 Q khoi Nhit lượng ca khói mang đi 27 Q tro Nhit lượng ca tro xỉ 28 Q hoi Nhit lượng ca hơi nước 29 Q Mo Nhit lượng mt mát do mở cửa lò đốt 30 Q T Nhit lượng mt mát do tường lò 31 C d Nhit dung riêng ca du DO 32 t d Nhit độ ca du DO 33 C hn Nhit dung riêng ca hơi nước 34 r Nhit ẩn hóa hơi 35 c d q Nhit trị thp ca du DO 36 G bui Khối lượng bi 37 G tro Khối lượng tro 38 G k Khối lượng khói 39 L k Lưu lượng khói 40 D 1ln Đường kính ca tháp làm nguội 41 H 1ln Chiều cao phn hình tr ca tháp làm nguội 42 h 1ln Chiều cao chóp trên ca tháp làm nguội Trang xi 43 d k Đường kính ống khói 44 v k Vận tốc trong ống khói 45 h 2ln Chiều cao chóp đáy tháp 46 G n Khối lượng nước làm nguội 47 d nln Đường kính ống dẫn nước vào tháp làm nguội 48 v nln Vận tốc nước trong ống 49 d vln Đường kính lỗ vòi phun nước 50 d xln Đường kính ống xả nước về bể 51 D 1ht Đường kính tháp hp th 52 H 1ht Chiều cao phn hình tr ca tháp hp th 53 h 1ht Chiều cao chóp trên ca tháp hp th 54 h 2ht Chiều cao nắp đáy ca tháp hp th 55 d ddht Đường kính ống dẫn dung dịch Ca(OH)2 vào tháp hp th 56 d xddht Đường kính ống xả dd Ca(OH)2 về bể 57 v xht Vận tốc dung dich Ca(OH)2 trong đường ống xả ca tháp hp th 58 H h,ô Chiều cao hình học ca đường ống hút 59 H đ,ô Chiều cao hình học ca đường ống đẩy 60 h h,ô Tổn tht áp sut trên đường ống hút 61 h đ,ô Tổn tht áp sut trên đường ống đẩy 62 h f Tổn tht áp sut ca vòi phun 63 P m,h Trở kháng ma sát trên đường ống hút 64 P m,d Trở kháng ma sát trên đường ống đẩy 65 P c,h Trở kháng cc bộ trên đường ống hút 66 P c,d Trở kháng cc bộ trên đường ống đẩy 67 P ms Trở lực ma sát trong ống dẫn khói 68 P cb Trở lực cc bộ trong ống dẫn khói 69 CMA Calcium Magie Acetate 70 KPH Không phát hin 71 C R Nồng độ hơi ở đu ra 72 C o Nồng độ hơi ban đu 73 m i Khối lượng ca cht i được ngưng t 74 M i Phân tử lượng ca cht 75 V R Lưu lượng khí ở đu ra 76 V o Lưu lượng khí ở đu vào 77 x Nồng độ ca các cht khí hoặc hơi trong cht lỏng 78 T Nhit độ làm vic 79 S Din tích tip xúc giữa hai pha 80 P Áp sut riêng phn ca hơi hoặc khí trong pha khí 81 k D H số khuch tán ca cht được hp th trong pha lỏng 82 A Hằng số 83 R Hằng số khí = 8,31 kJ/kmol.độ 84 H Nhit hòa tan ca khí 85 K cb Hằng số cân bằng Trang xii :   Trang Các yêu cu công ngh, thit bị ca lò đốt. 5 Kt quả phân tích khói thải và tro lò đốt rác thải y t tại Bnh đa khoa Long Phú − Sóc Trăng 8 K hoạch thực hin. 10 2.1: Độ hòa tan một số khí trong nước 18 Độ hòa tan một số khí trong nước ở áp sut thường (cm 3 khí/lít nước) 19 3.1: Thứ tự hoạt động ca dung dịch kiềm 22 Thành phn hóa học ca xác gà theo khối lượng 29  Thành phn du DO và khối lượng các cht có trong x kg du DO 31  khối lượng mỗi cht tham gia quá trình cháy. 31  Hằng số cân bằng đối với sự hình thành NO 32  Hằng số cân bằng đối với sự hình thành NO 32  Nhit dung riêng ca các khí ở nhit độ 1100 0 C 38  Lượng vật cht ra khỏi lò. 40  Kt quả ca tháp có đường kính 780mm vận tốc 1,2 m/s và ống phun cht hp th 80mm vận tốc 3m/s 54  Kt quả ca tháp có đường kính 850mm vận tốc 1m/s và ống phun cht hp th 80mm vận tốc 3m/s 54 Trang xiii  Kt quả ca tháp có đường kính 950mm vận tốc 0,8m/s và ống phun cht hp th 80mm vận tốc 3m/s 54  Kt quả ca tháp có đường kính 1100mm vận tốc 0,6m/s và ống phun cht hp th 80mm vận tốc 3m/s 54 1: Nhit dung riêng và tỷ l phn trăm khối lượng thành phn hỗn hợp khí 58 : Giá trị cơ bản các thông số trong cht lượng môi trường không khí xung quanh có trong khí thải theo TCVN 5937:2005 63 3: Thông số cu ̉ a qua ̣ t hu ́ t 1 73 4: Thông số cu ̉ a qua ̣ t hu ́ t 2 76 [...]... chất thải Từ các giá trị về khí thải và nhiệt lượng sinh ra ta tính được hệ thống xử lý khí thải, dựa trên những tính toán đạt được dùng phần mềm SOLIDWORKS để mô hình hóa hệ thống xử lý khí thải và dùng phần mềm ANSYS FLUENT để tiến hành mô phỏng trên máy tính quá trình xử lý khí thải bên trong tháp hấp thụ trước khi thải ra môi trường Tiến hành kiểm tra đối chiếu với việc tính toán trong quá trình nghiên. .. chôn lắp và hiện nay xử lý xác động vật là thiêu đốt, khi xử lý bằng cách này phát sinh thêm vấn đề là khí thải sinh ra trong quá trình thiêu đốt Nên phần nghiên cứu của đề tài chủ yếu về xử lý khí thải sau khi thiêu đốt xác gia cầm 1.3 M c đích nghiên cứu, khách thể vƠ đ́i t ng nghiên cứu Dựa trên lượng vật phẩm cần đốt là xác gia cầm, từ đó tính được lượng khí thải sinh ra trong quá trình đốt và lượng... súc vật và gia cầm vẫn chưa có nhiều nghiên cứu Trong quá trình thiêu xác động vật có một số khí thải tương tự như thải các lò hơi [1], hệ thống xử lý khí thải trong khi thiêu đốt xác động vật dựa trên thiết kế những nghiên cứu các lò đốt rác thải sinh hoạt và lò hơi 1.1.1 Nghiên cứu n c ngoƠi 1.1.1.1 H th́ng x lý nhiều tầng Hình 1.1 Hệ thống xử lý khí thải nhiều tầng Như hình 1.1 cho thấy khí thải sau... nghiên cứu chính xác, có cơ sở tối ưu hóa hệ thống xử lý khí thải đưa vào hoạt động 1.4 Nhi m v nghiên cứu vƠ gi i h n của đề tƠi Nhiệm vụ tính toán lượng khí thải sinh ra khi thiêu 500 kg xác gia cầm và lượng nhiên liệu cần thiết để có thể đốt cháy hoàn toàn lượng xác gia cầm, tính toán hệ thống xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ, tìm chất hấp thụ cần thiết cho quá trình xử lý Từ đó, mô phỏng số quá. .. quá trình xử lý bên trong tháp hấp thụ của hệ thồng xử lý khí thải bằng phần mềm ANSYS FLUENT 1.5 Ph ng pháp nghiên cứu Tính toán hệ thống xử lý bằng phương pháp hấp thụ và mô phỏng quá trình xử lý bên trong tháp hấp thụ bằng phần mềm ANSYS FLUENT Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 9 Chương 1: Tổng quan 1.6 K ho ch thực hi n B ng 1.3: Kế hoạch thực hiện Chương Nội dung Kế hoạch 1 Tổng quan 2 tuần 2 Cơ sở lý. .. nước nên khả năng xử lý chưa cao và xử lý rác thải y tế do có nồng độ khí thải độc hại thấp hơn tiêu chuẩn Nên vấn đề còn tồn tại trong hệ thống là chưa xử lý tốt khí thải độc hại trong quá trình thiêu đốt, còn lượng khí thải chưa xử lý được thải trực tiếp ra môi trường gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người và môi trường xung quanh Do đó, đề tài này tập trung nghiên cứu xử lý khí thải tại vị trí tháp... qu nghiên cứu trong vƠ ngoƠi n c đƣ công b́ Hiện tại trên thế giới có nhiều nghiên cứu về các lò thiêu xác động vật nhằm đạt mục làm giảm khí thải sinh ra trong qua trình thiêu đốt đến mức thấp nhất để làm giảm ô nhiểm môi trường xung quanh và xử lý khí thải trong thiêu đốt rác thải sinh hoạt đô thị, y tế và chất thải độc hại trong công nghiệp, nhưng trong vấn đề xử lý khí thải sau khi thiêu đốt xác. .. điôxin/furan bằng than hoạt tính và cuối cùng thải qua ống khói ra ngoài 1.1.2.2 Lò đ́t rác y t Trong nghiên cứu quá trình thiêu đốt rác thải y tế, khí thải sinh ra trong quá trình thiêu đốt có những thành phần tương tự như quá trình thiêu đốt xác gia cầm Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 6 Chương 1: Tổng quan nhưng có hàm lượng nhỏ hơn và có nhiều loại khí thải khác Đặc điểm khí thải lò đốt chất thải y tế [6]:... chuẩn môi trường TCVN 6560:2005 300 250 2 100 100 0,55 0,16 115 1.1.3 Các vấn đề khoa học còn t n t i cần nghiên cứu để gi i quy t hi n nay Trong đề tài "Nghiên cứu công nghệ lò đốt và xử lý khói thải lò đốt chất thải công nghiệp nguy hại phù hợp với điều kiện Việt Nam" thì quá trình xử lý khí thải độc hại NOX, SO2, CO2 và CO chỉ mới 70 – 80 % [5] và chất hấp thụ dùng cho hệ thống là nước nên khả năng xử. .. đã mất hoạt tính và các muối của natri cần phải xử lý Để bảo đảm xử lý triệt để khí thải, nên kết hợp phương pháp xử lý ướt với phương pháp xúc tác [6] Hỗn hợp khí trước khi thải vào môi trường sẽ được dẫn qua thiết bị phản ứng chứa xúc tác (reactor) để xử lý CO, VOCs, NOx; tiếp đó qua tháp hấp thụ (xử lý ướt) xử lý các khí axit (HCl, SOx, ) và NOx còn sót Từ kết quả của đề tài nghiên cứu: “Khảo sát . cho quá trình xử lý. Từ đó, mô phỏng số quá trình xử lý bên trong tháp hấp thụ của hệ thồng xử lý khí thải bằng phần mềm ANSYS FLUENT.  Tính toán hệ thống xử lý bằng. dùng phần mềm SOLIDWORKS để mô hình hóa hệ thống xử lý khí thải và dùng phần mềm ANSYS FLUENT để tiến hành mô phỏng trên máy tính quá trình xử lý khí thải bên trong tháp hấp thụ trước khi thải. dựng mô hình tính toán và ứng dng phn mềm ANSYS FLUENT trong mô phỏng quá trình xử lỦ khí thải bên trong tháp hp th. Phương pháp mô phỏng này dựa trên cơ sở tình toán kt quả xử lỦ khí thải,