Luận văn Thiết kế tháp hấp thụ khí SO2 trong lò đốt rác y tế

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TPHCM Khoa Môi Trường Bộ môn Kỹ thuật Môi trường NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI Họ tên sinh viên: Trần Đình Thi MSSV: 0510020309 Lớp : 05-CĐKTMT-2 Ngành : Kỹ Thuật Môi Trường Ngày giao đồ án: 22/01/2014 Ngày hoàn thành đồ án: 12/05/2014 Đầu đề đồ án: Thiết kế tháp hấp thụ khí SO lò đốt rác y tế có nồng độ SO = 750 mg/m3 Q = 500 m3/h Yêu cầu số liệu ban đầu: - Thành phần, tính chất, nồng độ khí thải - Tổng quan các phương pháp xử lý - Khí sau xử lý đạt quy chuẩn kỹ thuật quốc gia hành Yêu cầu nội dung phần thuyết minh tính toán: - Lập thuyết minh tính toán bao gồm: • Đề xuất 01 phương án thuyết minh công nghệ xử lý khí thải cho đầu đề • Tính toán, thiết kế 01 công trình đơn vị chính sơ đồ công nghệ • Tính toán lựa chọn thiết bị (nếu có) cho công trình đơn vị tính toán Các vẽ kỹ thuật: Vẽ chi tiết 01 công trình đơn vị hoàn chỉnh: 01 vẽ khổ A1 TP.HCM, Ngày tháng năm GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) TS Lê Hoàng Nghiêm NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU……………………………………………………………… CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới Thiệu…………………………………………………………… 1.2 Tính chất SO2……………………………………………………… 1.3 Tính độc hại………………………………………………………… 1.3.1 Đối với người…………………………………………… 1.3.2 Đối với thực vật……………………………………………… 1.3.3 Đối với công trình kiến trúc………………………………… 1.4 Ứng dụng…………………………………………………………… 1.5 Ý nghĩa việc xử lý khí SO2…………………………………… 1.6 Các phương pháp hấp thụ SO2……………………………………… 1.6.1 Hấp thụ SO2 bằng nước……………………………………… 1.6.2 Hấp thụ SO2 bằng đá vôi CaCO3, vôi nung CaO hoặc vôi sữa Ca(OH)2 …… 1.6.3 Hấp thụ SO2 bằng NH3……………………………………… 1.6.4 Hấp thụ SO2 bằng MgO…………………………………… 1.6.5 Hấp thụ SO2 bằng ZnO……………………………………… 1.6.6 Hấp thụ SO2 bằng các hợp chất hữu cơ……………………… 1.6.7 Hấp thụ SO2 bằng Natri carbonat…………………………… 1.6.8 Hấp thụ SO2 bằng các chất hấp thụ thể rắn………………… 1.6.8.1 Hấp thụ SO2 bằng than hoạt tính………………………… 1.6.8.2 Hấp thụ SO2 bằng than hoạt tính có tưới nước – quá trình LURGI……………………………………………………………………… 10 1.6.8.3 Háp thụ SO2 bằng nhôm oxit kiềm hóa………………… 10 1.6.8.4 Hấp thụ SO2 bằng Mangan oxit………………………… 10 1.6.8.5 Hấp thụ SO2 bằng vôi dolomit trộn vào than nghiền… 10 1.7 Các loại thiết hấp thụ…………………………………………………11 1.7.1 Tháp rỗng…………………………………………………… 11 1.7.2 Tháp đệm…………………………………………………… 12 1.7.2.1 Sơ đồ cấu tạo…………………………………………… 12 1.7.2.2 Nguyên lý hoạt động…………………………………… 12 1.7.2.3 Ưu – nhược điểm – ứng dụng…………………………… 13 1.7.3 Tháp mâm…………………………………………………… 13 1.7.3.1 Sơ đồ cấu tạo……………………………………………… 13 1.7.3.2 Ưu - nhược điểm – ứng dụng…………………………… 15 1.7.4 Tháp màng…………………………………………………… 15 1.7.4.1 Tháp màng dạng ống………………………………………15 1.7.4.2 Tháp màng dạng tấm phẳng……………………………… 16 1.7.4.3 Tháp màng dạng ống khí lỏng ống cùng chiều…… 16 1.7.4.4 Ưu nhược điểm tháp màng…………………………… 16 CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN THIẾT BỊ XỬ LÝ KHÍ SO2 LÒ ĐỐT RÁC Y TẾ 2.1 Đề tài đồ án……………………………………………………… 18 2.2 Các số liệu ban đầu……………………………………………… 18 2.3 Lựa chọn sơ đồ công nghệ………………………………………… 18 2.4 Thuyết minh sơ đồ công nghệ…………………………………… 18 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THÁP HẤP THỤ 3.1 Tìm Yd Yc pha khí………………………………………… 20 3.2 Xây dựng đường cân bằng đường làm việc…………………….21 3.3 Tính khối lượng riêng trung bình………………………………… 22 3.4 Tính độ nhớt µx, µy………………………………………………… 23 3.5 Đường kính tháp…………………………………………………… 26 3.6 Thính chiều cao tháp đệm………………………………………… 26 3.7 Tính toán chiều dày thân tháp……………………………………… 29 3.8 Tính toán chiều dày nắp đáy thiết bị…………………………… 31 3.9 Tính toán đường ống dẫn khí……………………………………… 32 3.10 Tính toán đường ống dẫn chất lỏng……………………………… 32 3.11 Tính toán bơm…………………………………………………… 32 3.12 Tính toán máy nén khí…………………………………………… 40 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Tài liệu tham khảo MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, tốc độ đô thị hóa, công nghiệp hóa các thành phố các đô thị Việt Nam đã tăng mạnh mẽ có xu hướng tiếp tục tăng mạnh mẽ những năm tới Cùng với phát triển công nghiệp hóa đô thị hóa, nhiều loại chất thải khác hau từ hoạt động người có xu hướng tăng lên số lượng, từ nước cống, rác sinh hoạt, phân, chất thải công nghiệp đến chất thải độc hại rác y tế Nếu ta không có phương pháp đúng đắn để phân hủy lựng chất thải gây ô nhiễm môi trường vượt quá khả tự phân hủy tự nhiên Chất thải rắn y tế (CTRYT) chất thải nguy hại Trong thành phần CTRYT có các loại chất thải như: Chất thải lâm sàng nhóm A,B,C,D,E Các loại chất thải đặc biệt loại chất thải nhiễm khuẩn nhóm A, chất thải phẫu thuật nhóm E có chứa nhiều mầm bệnh, vi khuẩn gây bệnh có thể thâm nhập vào thể người bằng nhiểu đường nhiều cách khác Các vật sắc nhọn kim tiêm,… dễ làm trầy xước da gây nhiễm khuẫn Đồng thời, thành phần chất thải ý tế còn có các loại hóa chất dược phẩm có tình độc hại như: độc tính di truyển, tính ăn mòn da, gây phản ứng, gây nổ Nguy hiểm các loại chất thải phóng xạ phát sinh từ việc chuẩn bệnh bằng hình ảnh như: chiếu chụp X-quang, trị liệu, Cho đến nay, chôn lấp vẫn biện pháp xử lý CTR phổ biến nhất đối với nhiều nước thế giới đó có Việt Nam Ưu điểm chính công nghệ chôn lấp ít tốn kém có thể xử lý nhiều loại chất thải rắn khác so với công nghệ khác Tuy nhiên hình thức chôn lấp lại gây những hình thức ô nhiễm khác ô nhiễm nước, mùi hôi, ruồi nhặng, côn trùng,… Hơn nữa, công nghệ chôn lấp không thể áp dụng để xử lý triệt để các loại chất thải y tế, độc hại Ngoài ra, quá trình đô thị hóa nay, quỹ đất ngày thu hẹp dẫn đến khó khan việc lựa chọn vị trí làm bãi chôn lấp Vì vậy, áp dụng một số biện pháp xử lý rác khác song song với chôn lấp một nhu cầu rất thiết thực Công nghệ đốt chất thải rắn, một những công nghệ thay thế, ngày trở nên phổ biến ứng dụng rộng rãi đặc biệt với loại hình chất thải rắn y tế độc hại Việc đốt các chất thải rắn y tế có những nhân tố ô nhiễm như: Khói sinh lò đốt có nhiệt độ cao 1100oC có chứa bụi, những khí ô nhiễm SO x, NOx, CO2, CO,… cần phải xử lý Trong đó đặc biệt khí SO2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN SVTH: Trần Đình Thi GVHD: TS Lê Hoàng Nghiêm MSSV: 0510020309 1.1 Giới thiệu Sunfua dioxit một hợp chất hóa học có công thức SO Chất khí quan trọng sản phẩm chính đốt chát hợp chất lưu huỷnh nó mối lo môi trường đáng kể SO2 thường mô tả “mùi hôi lưu huỳnh bị đốt cháy” Nó sản phẩm tạo thành hoạt động núi lửa một số hoạt động công nghiệp khác SO2 loại chất ô nhiễm phổ biến nhất sản xuất công nghiệp cũng hoạt động sinh hoạt người Nguồn phát thải SO chủ yếu từ các trung tâm nhiệt điện, các loại lò nung, lò đốt nhiên liệu than, dầu khí đốt có chứa lưu huỳnh hoặc các hợp chất lưu huỳnh Ngoài một số công đoạn sản xuất công nghiệp hóa chất, luyện kim cũng thải váo bầu khí quyển một lượng SO đáng kể Trên thế giới hằng năm tiêu thụ gần tỷ tấn than các loại một tỷ tấn dầu mỏ Khi thành phần lưu huỳnh nhiên liệu trung bình chiếm 1% lượng khí SO2 thải vào khí quyển 60 triệu tấn/năm Đó chưa kệ lượng SO2 thải từ các ngành công nghiệp khác 1.2 Tính chất của SO2 Là một khí vô không màu, mùi kích thích mạnh, không cháy, có vị hang cay dễ hóa lỏng, dễ hòa tan nước với nồng độ thấp - - Có nhiệt độ nóng chảy – 75oC nhiệt độ sôi – 10oC - Rất bền nhiệt (ΔHott = - 296,9 kJ/mol Oxy hóa chậm không khí sạch, quá trình qquang hóa hay xúc tác khí SO2 dễ dàng bị oxy hóa biến thành SO khí quyển hòa tan nước tạo thành H2SO4 - - Có khả làm mất màu dung dịch Brom làm mất màu cánh hoa hồng - SO2 tan nước tạo thành axit yếu SO2 + H2O  H2SO3 - Là chất khư tác dụng với một chất oxy hóa mạnh SO2 + Br2 + 2H2O  2HBr + H2SO4 - Là chất oxy hóa tác dụng với chất khử mạnh SO2 + 2H2S  3S + 2H2O SO2 + 2Mg  S + 2MgO 1.3 Tính độc hại Khí SO2, SO3 gọi chung SOx, những khí thuộc loại độc hại không với sức SVTH: Trần Đình Thi GVHD: TS Lê Hoàng Nghiêm MSSV: 0510020309 khỏe người, động thực vật mà còn tác động lên các vật liệu xây dựng, các công trình kiến trúc, một những chất gây ô nhiễm môi trường Trong khí quyển, khí SO2 gặp các chất oxy hóa tác động nhiệt độ, ánh sáng chúng chuyển thành SO3 nhở có oxy không khí Khi gặp H 2O, SO3 kết hợp với nước tạo thành H2SO4 Đây chính nguyên nhân tạo các mưa axit ăn mòn các công trình, làm cho thực vật, động vật chết hoặc chậm phát triển, biến đất đai thành vùng hoang mạc Khí SO2 gây các bệnh viêm phổi, mắt, da Nếu H 2SO4 có nước mưa có nồng độ cao làm bỏng da người hoặc làm mục nát quần áo 1.3.1 Đối với người  SOx hợp chất SO2 những chất có tính kích thích, nồng độ nhất định có thể gây co giật trơn khí quản Ở nồng độ lớn gây tăng tiết dịch niêm mạc khí quản Khi tiếp xúc với mắt chúng có thể thành axit  SOx có thể thâm nhập vào thể người qua các quan hô hấp hoặc các quan tiêu hóa sau hòa tan nước bọt Và cuối cùng chúng có thể thâm nhập vào hệ tuần hoàn Khi tiếp xúc với bụi, SO x có thể tạo các hạt axit nhỏ, các hạt có thể có thể xâm nhập vào các huyết mạch nếu kích thước chúng nhỏ 3µm  SO2 có thể xâm nhập vào thể người qua da gây các chuyển đổi hóa học, kết nó hàm lượng kiềm máu giảm, ammoniac bị thoát qua đường tiểu có ảnh hưởng đến tuyến nước bọt Hầu hết dân cư sống quanh khu vực nhà máy có nồng độ SO2, SO3 cao mắc bệnh đường hô hấp Nếu hít phải SO2 nồng độ cao có thể gây tử vong  Độc tính SO2 Theo Henderson – Haggard Triệu chứng mg/m3 Ppm Chết nhanh 30’ – 1h 1300 – 1000 500 – 400 Nguy hiểm sau hít thở 30’ – 1h 260 – 130 100 – 50 50 20 Kích ứng đường hô hấp, ho 30 – 20 12 – Giới hạn độc tính 13 – 5–3 Giới hạn ngửi thấy mùi 1.3.2 Đối với thực vật SOx bị oxy hóa không khí phản ứng với nước mưa tạo thành axit sulfuric SVTH: Trần Đình Thi GVHD: TS Lê Hoàng Nghiêm MSSV: 0510020309 tác nhân chính gây tượng mưa axit, ảnh hưởng xấu đến phát triển thực vật Khi tiếp xúc với môi trường có chứa hàm lượng SO2 từ - 2ppm vài có thể gây tổn thương lá Đối với các loại thực vật nhạy cảm nấm, địa y, hàm lượng 0,15 - 0,30 ppm có thể gây độc tính cấp 1.3.3 Đối với công trình xây dựng Sự có mặt SOx không khí ẩm tạo thành axit tác nhân gây ăn mòn kim loại, bê-tông các công tr.nh kiến trúc SOx làm hư hỏng, làm thay đổi tính vật liệu, làm thay đổi màu sắc vật liệu xây dựng đá vôi, đá hoa, đá cẩm thạch; phá hoại các tác phẩm điêu khắc, tượng đài Sắt, thép các kim loại khác môi trường khí ẩm, nóng bị nhiễm SOx th bị han gỉ rất nhanh SOx cũng làm hư hỏng giảm tuổi thọ các sản phẩm vải, nylon, tơ nhân tạo, đồ bằng da giấy 1.4 Ứng dụng  Sản xuất axit sunfuric  Làm chất bảo quản: - Khí SO2 sử dụng làm chất bảo quản cho hoa khô, đặc tính kháng khuẩn nó Nó trì tươi sống ngăn ngừa mục nát, nhiên sử dụng chất bảo quản cũng làm cho các loại hoa có hương vị khác - Khí SO2 sử dụng nghành công nghiệp chế biến rượu vang Tuy tỷ lệ rất ít, đóng vai trò một chất kháng khuẩn chống oxy hóa Tùy từng quốc gia, có thể cho phép nồng độ SO2 rượu một mức độ nhất định Ở Mỹ 350 ppm, EU 160 ppm 210 ppm đối với rượu vang đỏ trắng, hồng Ở nồng độ thấp 50 ppm SO2 không ảnh hưởng đén mùi vị rượu, nếu nồng độ cao hơn, nó cũng tạo một hương vị khác - SO2 còn dùng quá trình vệ sinh thiết bị các nhà máy sản xuất rượu - Chống nấm mốc  Làm tác nhân khử: Điôxít lưu huỳnh cũng một chất khử Trong nước, sulfur dioxide có thể lamm phai màu Cho nên nó thường sử dụng để làm chất tẩy quần áo, tẩy trắng giấy, bột giấy Ngoài ra, nó c.n sử dụng để xử lý nước thải  Làm thuốc thử dung môi các ph.ng thí nghiệm: Lưu huỳnh dioxit một dung môi trơ đa đã sử dụng rộng rãi cho các muối hòa tan oxy hóa cao Nó cũng sử dụng một nguồn nhóm sulfonyl tổng hợp hữu SVTH: Trần Đình Thi GVHD: TS Lê Hoàng Nghiêm MSSV: 0510020309 Hh, Hd: chiều cao ống hút ống đẩy hmh, hmd: tổn thất áp suất trở lực gây ống hút ống đẩy ∆P ρ g : Áp suất toàn phần cần thiết để khắc ∆P phục sức cản thủy lực hệ thống, áp hmh + hmd= suất toàn phần bơm hiệu áp suất giữa hai giai đoạn hút đẩy ω1: vận tốc nước bể chứa, ω1=0 ω2: vận tốc nước vào tháp hay ống đẩy ω1’: vận tốc nước vào bơm ω2’: vận tốc nước khỏi bơm Thực tế: ω2 = ω2’ → P2 − P1 ω1' H = H + hm + + ρ g 2.g Xác định tổn thất áp suất trở lực gây đường ống hút bơm hmh = Trong đó: ∆Ph ρ g ∆Ph = ∆Pd + ∆Pm + ∆Pc : áp suất động lực học cần thiết để tạo ∆Pd tốc độ cho dòng chảy khỏi ống ρ ω h2 ∆Pm ∆Pd = : áp suất để khắc phục trở lực ma sát chảy ổn định ống thẳng L ρ ω h2 dh ∆Pc ∆Pm = λ : áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ ∆Pc = ξ ω h2 ρ + 2∆.ρP + ∆ωP2 ρ ρ ω∆h2Ph = ∆LPd ω + λ h m+ ξ hc dh 2 SVTH: Trần Đình Thi MSSV: 0510020309 37 GVHD: TS Lê Hoàng Nghiêm = ρ ω h2 =  L 1 + ξ + λ dh     dh = Đường kính ống hút: V 0, 785 × ωh Trong đó: V lưu lượng thể tích chất lỏng ống, m /s Theo bảng II.2(I-370) chất lỏng ống hút bơm có ωh=0,8-2,0 (m/s) Chọn ωh = 1,5 (m/s) ωh = 0, 07 = 1,5(m / s) 0, 2442 × 0, 785 Quy chuẩn dh=0.244m→ Chuẩn số Re chất lỏng ống hút Re = ωh d h ρ H 2O = µ H 2O 1,5 × 0, 244 × 997, 08 = 408337,56 > 4000 8,937.10−4 Dòng chế độ chảy xoáy nên hệ số ma sát tính sau  6,81 0,9 ∆  = −2.lg   ÷ + 3,  λ  Re  (I-380) Trong đó: ε: độ nhám tuyệt đối Chọn vật liệu làm ống thép nối không hàn ε = 0,07.10 −3 → Δ: độ nhám tương đối, xác định theo công thức: ∆= ε 0, 07 × 10−3 = = 2,87 × 10−4 dh 0, 244 0,9  6,81  2,87 ×10 −4  = −2.lg  +  ÷ 3, λ  408337,56   → Hệ số trở lực cục bộ: Chất lỏng vào ống thẳng, đầu ống hút có lắp lưới chắn đan bằng kim loại ξ = + ξc ξ c = ξ α Với SVTH: Trần Đình Thi MSSV: 0510020309 38 GVHD: TS Lê Hoàng Nghiêm λ = 0, 0165 Bảng II.16(I- ξF00 = 0,13 = 0,9 αFT= 1, Chọn → 382,384) → trở lực ống có lắp lưới chắn đan bằng kim loại ξ ong = + 0,13 ×1 = 1,13 ξ van = 1,9 ÷ 2,1 Trên ống hút còn lắp van chiều Theo I-399→ ξ =+ = 3,13 ξ h = 1,13 Chọn → Tra bảng II-34(I-441) phụ thuộc chiều cao hút bơm ly tâm vào nhiệt độ Ở nhiệt độ làm việc T=250C chiều cao hút bơm khoảng 4,5m đảm bảo không xảy tượng xâm thực Tuy nhiên để loại trừ khả dao động bơm nên giảm chiều cao hút khoảng 1÷1,5m so với giá trị bảng Vậy chọn chiều cao hút 3,5m → Áp lực toàn phần cần thiết để khắc phục sức cản thủy lực là: ∆Ph = 997, 08 3,5   ×1,52 × 1 + 3,13 + 0, 0165* = 4898,17( N / m ) ÷ 0, 244   4898,17 ∆P = 0,5(mh) 997, 08 × 9,81 ρ g → hmh = = Xác định tổn thất áp suất trở lực gây đường ống đẩy: Đường kính ống đẩy: Theo bảng II.2( I-370) vận tốc chất lỏng ống đẩy bơm ωd= 1,5-2,5 m/s Chọn ωd = 2,0 m/s dd = 0, 07 = 0, 211(m) 0, 785 × => Quy chuẩn dd = 21cm Vận tốc ống đẩy ωd = 0, 07 = 2(m / s) 0, 212 × 0, 785 lỏng ống đẩy SVTH: Trần Đình Thi MSSV: 0510020309 39 GVHD: TS Lê Hoàng Nghiêm Chuẩn số Re chất Re = ωd d d ρ H 2O µ H 2O = × 0, 21× 997, 08 = 468584,1 > 4000 8,937.10−4 Dòng chế độ chảy xoáy nên hệ số ma sát tính sau (I-380)  6,81 0,9 ∆  = −2.lg   ÷ + 3,  λ  Re  Trong đó: ε: độ nhám tuyệt đối Chọn vật liệu làm ống thép nối không hàn ε = 0,07.10 −3 → Δ: độ nhám tương đối, xác định theo công thức: ε 0, 07 ×10−3 ∆= = = 3,33 × 10−4 dd 0, 21  6,81 0,9 3,33 ×10−4  = −2.lg   ÷ + 3, λ  468584,1   → λ = 0, 0167 Theo bảng II.16(I-393), đối với thành nhẵn Re > 2.10 bỏ qua tổn thất ma sát ξcong=A.B.C θ = 90 → A = Góc Chọn: R = → B = 0,15 dd a = 0,5 → C = 1,45 b => θ ξ cong = × 0,15 × 1,45 = 0,2175 Hệ số trở lục cục bộ toàn ống đẩy: ξ = ξ cong + ξthang = 0, 2175 + 3,13 = 3,3475 Chọn chiều dài ống đẩy Hd=12m → Áp lực toàn phần cần thiết để khắc phục sức cản thủy lực là: ∆Pd = 997, 08  12  × ×  + 3,3475 + 0, 0167 × ÷ = 10572, 61( N / m ) 0, 21   → hmd = = SVTH: Trần Đình Thi MSSV: 0510020309 40 GVHD: TS Lê Hoàng Nghiêm ∆P 10572, 61 = 1, 08( md) 997, 08 × 9,81 ρ g →hm= hmh + hmd =0,5+1,08=1,58m P1 = 98100 − ∆Ph = 98100 − 4898,17 = 93201,83( N / m ) P2 = ∆Pd + P = 10572, 61 + 303900 = 314472, 61( N / m ) Vậy áp suất toàn phần bơm: H = 3,5 + 12 + 313472, 61 − 93201,83 1,52 + + 1,58 = 39,8( m) 997, 08 × 9,81 × 9,81 Công suất bơm: Công suất yêu cầu trục bơm: Áp dụng công thức: (kW) I-439 N= Q.g.H ρ 10 3.η Trong đó:ρ: khối lượng riêng nước, kg/m3 N: hiệu suất bơm, kW Q: suất bơm(m 3/s); Gx M H O ρ H O 3600 Q= ,m3/s 2 14000 ×18 997, 08 × 3600 → Q==0,07 m3/s g: gia tốc trọng trường(m/s2) H: áp suất toàn phần bơm tính bằng mặt cắt cột chất lỏng bơm η: hiệu suất bơm η = η 0.η tlη tk (I-439) Với : hiệu suất thể tích tính đến hao η hụt chất lỏng chảy từ vùng áp suất cao đến vùng áp suất thấp chất lỏng rò từ các chỗ hở bơm : hiệu suất thủy lực η tl : hiệu suất khí η tk Hiệu suất toàn phần phụ thuộc vào loại bơm suất Khi thay đổi chế độ làm việc bơm hiệu suất cũng thay đổi Đối với bơm ly tâm: SVTH: Trần Đình Thi GVHD: TS Lê Hoàng Nghiêm η = 0,85 ÷ 0,96 η tl = 0,8 ÷ 0,85 MSSV:η 0510020309 41 ck = 0,92 ÷ 0,96 ηηcktl0 == 0,95 0,85 0,95 Chọn: ;; η = η0.ηtlηtk = 0,95.0,85.0,95 = 0, 767 N= → 0, 07 × 997, 08 × 9,81× 39,8 Vậy công suất yêu = 35,5(kW ) 1000 × 0, 767 cầu trục bơm: Công suất động điện Ndc(kW) N dc = N η tr η dc η tr = 0,85 Với: : hiệu suất truyền động η dc = 0,95 N dc = : hiệu suất động điện N 35,5 = = 44(kW ) ηtr ηdc 0,85 × 0,95 Thông thường động điện chọn có công suất lớn so với công suất tính toán Chọn β=1,15 N dcc = β N dc = 1,15 × 44 = 50, 6(kW ) → Chọn công suất động điện 51 Kw 3.12 Tính toán máy nén khí Áp dụng công thức m −1   m  P2  m Ldb = R.T1  ÷ − 1 ( J / kg )  m −  P1    (I -465) Trong đó: PA, PB: áp suất trước sau nén, at T1: nhiệt độ đầu khí, K T1=25+273=298K m: số đa biến, m=1,2÷1,62 Chọn m=1,4 = 8314 8314 = = 281,16 My 29,5705 SVTH: Trần Đình Thi MSSV: 0510020309 42 GVHD: TS Lê Hoàng Nghiêm R: hằng số khí, R 2 B B A Pa A Áp dụng phương trình becnulli cho mặt cắt 1-1 mặt cắt A-A chọn mặt cắt 1-1 làm chuẩn P1 ω2 P ω2 + = A + A + Z A + hmh ρ g 2.g ρ g 2.g Do ống nằm ngang nên ZA=0 Chọn vận tốc khí bể chứa tĩnh: ω1 =0 PA P1 ω A2 = − − hmh ρ g ρ g 2.g → Phương trình becnulli cho mặt cắt 2-2 B-B Chọn mặt cắt B-B làm chuẩn PB ω B2 P ω2 + = + + Z B + hmd ρ g 2.g ρ g 2.g ωB = ω2 → Với: Vận tốc khí ống đẩy: PB P = + Z B + hmd ρ g ρ g  P1 = Pa: áp suất khí quyển, P1 = 9,81.104 (N/m2) SVTH: Trần Đình Thi MSSV: 0510020309 43 GVHD: TS Lê Hoàng Nghiêm  P2: áp suất cuối ống đẩy, N/m2 PA = P1 − ∆Ph PB = P2 + ∆Pd  ZB : chiều cao ống đẩy  Khối lượng riêng hỗn ρ : hợp khí thải điều kiện đầu vào khí ρ = 3.63 kg/m3  hmh, hmd : trở lực đường ống hút ống đẩy Xác định áp suất trước nén: PA = P1 − ∆Ph Trong đó:  P1 : áp suất khí quyển ∆Ph = ∆Pd + ∆Pm + ∆Pc → ∆Ph = * Đường kính ống hút [I-369] ρ ω h2 dh =  tâm) (như bơm ly   L 1 + λ + ξ  dh   V 0,785.ω h  V: Lưu lượng thể tích đầu vào khí thải V= G y M y ρ y 3600 = 1023, 08 × 29,5705 = 2,315( m3 / s) 3600 × 3, 63 Khí ống dẫn P > 1at ω = 15 ÷ 25m/s II.2(I-370) Chọn vận tốc hút ωh = 25m/s dh = 2,315 = 0,34(m) 0, 785 × 25 Chuẩn số Reynol Re = ωh d h ρ 25 × 0,34 × 3, 63 = = 1743220,34 > 4000 µ 1, 77.10−5 => Dòng chế độ chảy xoáy nên hệ số ma sát tính sau:  6,81 0,9 ∆  = −2.lg   ÷ + 3,  λ  Re  SVTH: Trần Đình Thi MSSV: 0510020309 44 GVHD: TS Lê Hoàng Nghiêm [I-380] Trong đó: ε: độ nhám tuyệt đối Chọn vật liệu làm ống thép nối không hàn ε = 0,07.10 −3 → Δ: độ nhám tương đối, xác định theo công thức: ∆= ε 0, 07 × 10−3 = = 2, 06 × 10−4 dh 0,34 0,9  6,81 2, 06 ×10 −4   = −2.lg   ÷ + 3, λ  1743220,34   → λ = 0, 0144 → * Hệ số trở lực cục bộ ống hút: ξ h = ξ1 + ξ Trong đó:  : Hệ số trở lực ống ξ1 =ξ10,5 thẳng, đoạn ống thẳng có đầu lồi phía trước có ξ : hệ số trở lực van  = 2÷,52,5 Chọn van chiều.Theo II.16 [I- ξ1 ξ=12,1 399] ta có dh =0,34 m => chọn ξ = ξ1 + ξ = 0,5 + 2,5 = →trở lực cục bộ ống hút Chọn chiều dài ống hút Hh =Lh =5 (m) ∆Ph = → 3, 63   × 252 × 1 + + 0, 0144 × = 4777, 72( N / m ) ÷ 0,34   ∆P 4777, 72 hmh = h = = 134,17( m) ρ g 3, 63 × 9,81 → PA = P1 − ∆Ph = 9,81.104 − 4777, 72 = 93322, 28( N / m ) * Xác định áp suất sau nén: Áp dụng công thức: PB = P2 + ρ g.Ld SVTH: Trần Đình Thi MSSV: 0510020309 45 GVHD: TS Lê Hoàng Nghiêm → Trong đó:  P2: áp suất cuối đường ống đẩy P2 = ∆Ph + ∆Pd + P ∆Pd = ρ ω d2  L 1 + ξ + λ d dd  Víi:    * Đường kính ống đẩy m /ms)/ s Theo II.2(I-370) khí ống ωωd d==1520÷(25 đẩy máy nén Chọn vận tốc đẩy dd = → → Quy chuẩn dd = 2,315 = 0,384(m) 38,5 cm 0, 785 × 20 Chuẩn số Re đường ống đẩy: Re d = ωd d d ρ 20 × 0,385 × 3, 63 = = 1579152,54 >> 4000 µ 1, 77.10−5 Dòng chế độ chảy xoáy nên hệ số ma sát tính theo công thức:  6,81 0,9 ∆  = −2.lg   ÷ + 3,  λ  Re  ε = 0,ε07: 10 −3 [I-380] Trong đó:  Độ nhám tuyệt đối, chọn vật liệu làm ống thép nối không hàn →  Độ nhám tương đối, ∆ : xác định theo công thức: ε 0, 07.10−3 −4 ∆= dd = 0,385 = 1,82.10 Thay vào công thức: 0,9  6,81 1,82.10 −4   = −2.lg  ÷ + 3,  λ  1579152,54   * Hệ số trở lực cục bộ đường ống đẩy Áp dụng công thức: ξ d = ξ1 + ξ + ξ SVTH: Trần Đình Thi MSSV: 0510020309 46 GVHD: TS Lê Hoàng Nghiêm → → λ = 0, 0142 Trong đó:  : hệ số trở lực ống ξ1 thẳng; =0,5  : hệ số trở lực van, chọn ξ van chiều Theo bảng II.16 ta có dd = 0,385 m có = 2,1÷ 2,5 => ξ chọn =2,5  : hệ số trở lực cục bộ ξ đường ống cong; =A.B.C Góc θ = 900 => A =1 Chọn =2 => B =0,15 R dd a b ξ3 = 0,5 => C =1,45 →= 1×0,15×1,45 = 0,2175 →Hệ số trở lực cục bộ đường ống đẩy ξ d = ξ1 + ξ + ξ = 0,5+ 2,5+ 0,2175= 3,2175 Chọn chiều dài ống đẩy Hd =Ld =5 (m) trở lực ống đẩy: ρ ωd2  Ld ∆Pd = 1 + ξ + λ  dd 79( = 3195, 3, 63 × 20N2 / m )  × 1 + 3, 2175 + × 0, 0142 ÷ ÷= 0,385    Tổn thất áp suất đường ống đẩy: hmd = ∆Pd 3195, 79 = = 89, 74( m) ρ ×g 3, 63 × 9,81 → Áp suất cuối đường ống đẩy P2 = ∆Ph + ∆Pd + P = 4777,72+3195,79+303900 = 311873,51(N/m2) →Vậy áp suất sau nén là: = 311873,51+ 3,63× 9,81×5 PB = P2 + ρ g.Ld = 312051,56(N/m2) Thay các số liệu vào công thức tính công máy nén ta có: SVTH: Trần Đình Thi MSSV: 0510020309 47 GVHD: TS Lê Hoàng Nghiêm m −1 1,4 −1     1,4 m  P2  m 1, 312051,56     Ldb = R.T1  ÷ − = 281,16 × 298 × − 1 = 120769,8( J / kg )   m −  P1  1, −  93322, 28 ÷      II.2 Công suất máy nén *Công suất lý thuyêt N lt = G.L (kW) 1000 [I-466] Trong đó:  G: Công suất máy nén, kg/s G= 1023, 08 × 29,5705 = 8, 4( kg / s ) 3600  L: Công nén kg khí  Nlt: Công suất lý thuyết ,kW N lt = 8, ×120769,8 = 1014,5( kW) 1000 → Công suất thực tê máy nén N tt = (kw) N dn η dn [I-466] Trong đó:  Ndn: công suất đẳng nhiệt, kw Ndn= 1014,5 kW  : hiệu suất đẳng nhiệt η dn thường bằng 0,65÷ 0,75 η dn Chọn = 0,7 N tt = N dn 1014,5 = = 1449,3(kW ) ηdn 0, máy nén N hd = N tt η ck SVTH: Trần Đình Thi MSSV: 0510020309 48 GVHD: TS Lê Hoàng Nghiêm → Công suất trục Trong đó:  Nhd: công suất hiệu dụng,kw  : hiệu suất khí máy η ck nén Đối với máy nén ly tâm =0,96÷ 0,98 Chọn = 0,97 N 1449,3 → N hd = tt = = 1494,1(kW) ηck 0,97 II.3 Công suất động điện N dc = β N hd η tr η dc [I-466] Trong đó:  hệ số dự trữ công suất ββ : thường lấy bằng 1,1÷1,15.Chọn =1,15  hiệu suất truyền độngηηtrtr : ( 0,96÷ 0,99 ) → = 0,98  hiệu suất động điện ηηdcdc : =0,95 N dc = β N hd 1494,1 = 1,15 × = 1604,8( kW) ηtr ηdc 0,98 × 0,95 động điện có công suất 1600 kW SVTH: Trần Đình Thi MSSV: 0510020309 49 GVHD: TS Lê Hoàng Nghiêm Như ta chọn CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ  Khí SO2 loại khí thải có ảnh hưởng đến sức khỏe người, phát sinh rất nhiều các hoạt động xử lý rác thải y tế, sản xuất công nghiệp, đó có thể áp dụng công nghệ xử lý khí SO2 theo phương pháp hấp thu bằng tháp đệm nhiều lĩnh vực khác công nghệ đốt  Thiết kế tháp đệm hấp thu khí SO2 đã giúp giải quyết vấn đề khí thải từ lò đốt theo công nghệ nhiệt phân - ứng dụng khá phổ biến thế giới  Việc thiết kế tháp đệm hấp thu khí thải có thể cho ta hiệu suất xử lý cao Những ưu điểm chọn phương pháp xử lý bằng tháp đệm với dung dịch hấp thu nước công nghệ thiết bị đơn giản, dễ vận hành, giá thành không cao so với các thiết bị xử lý khác.·Hấp thu bằng dung dịch nước khả xử lý khí SO ta có thể ứng dụng để xử lý các khí: NH3, CO2… Do đó mở rộng phạm vi ứng dụng đề tài SVTH: Trần Đình Thi MSSV: 0510020309 50 GVHD: TS Lê Hoàng Nghiêm - TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Xoa - Sổ tay quá tr.nh thiết bị công nghệ hóa chất - Tập Trần Xoa - Sổ tay quá tr.nh thiết bị công nghệ hóa chất - Tập Vũ Bá Minh – Truyền Khối – Tập Nguyễn Bin – Quá tr.nh thiết bị công nghệ hóa học thực phẩm –Tập - Trần Ngọc Chấn – Ô nhiễm không khí xử l khí thải – Tập SVTH: Trần Đình Thi MSSV: 0510020309 51 GVHD: TS Lê Hoàng Nghiêm [...]... - Trong phòng thí nghiệm - Trong trường hợp có năng suất thấp - Trong những hệ thống cần trở lực thấp (hệ thống hút chân không, ) CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN THIẾT BỊ XỬ LÝ KHÍ SO2 LÒ ĐỐ RÁC Y TẾ 2.1 Đề tài đồ án Thiết kế tháp hấp thụ khí SO 2 trong lò đốt rác y tế Nồng độ SO 2 là 750 mg/m3, công suất Q = 500 m3/h 2.2 Các số liệu ban đầu  Hỗn hợp khí cần tách: SO2 trong khí. .. hồi được từ khí thải là nguồn cung cấp nguyên liệu cho các nhà ma y sản xuất axit Sunfuric (H 2SO4) và lưu huỳnh nguyên chất 1.6 Các phương pháp hấp thụ SO2 1.6.1 Hấp thụ SO2 bằng nước  Hấp thụ SO2 bằng nước là phương pháp đơn giản được áp dụng sớm nhất để loại bỏ khí SO2 trong khí thải  Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 bằng nước bao gồm 2 giai đoạn: - Hấp thụ SO2 bằng cách... THIẾT KẾ THÁP HẤP THỤ Gy: lưu lượng hỗn hợp khí vào tháp( kmol/h) Gx: lưu lượng nước vào tháp( kmol/h) Gtrơ: lưu lượng khí trơ( kmol/h) Y : nồng độ phần mol tương đối của SO2 trong khí đi vào tháp ( kmol SO 2/kmol kk) Yc: nồng độ phần mol tương đối của SO2 trong khí đi ra khỏi tháp ( kmol SO 2/kmol kk) Xđ: nồng độ phần mol tương đối của SO2 trong nước đi vào tháp( kmol SO2/ kmol... cần hấp thụ trong dung môi (kmol SO2/ kmol H2O) Yc : Nồng độ cuối của cấu tử cần hấp thụ trong hỗn hợp khí (kmol/kmol khí trơ) Gx : Lưu lượng dung môi đi vào thiết bị hấp thụ (kmol/h) Gtr : Lưu lượng khí trơ đi vào thiết bị hấp thụ (kmol/h) Từ phương trình cân bằng vật liệu ta có : - Nồng độ cuối của cấu tử cần hấp thụ trong dung môi : - Lượng dung môi tiêu tốn thực tế :... không khí - Lưu lượng thể tích khí và lỏng trung bình đi trong tháp: SVTH: Trần Đình Thi MSSV: 0510020309 27 GVHD: TS Lê Hoàng Nghiêm Trong đó: Gytb: Lưu lượng khí trung bình đi trong tháp, kmol/h Mytb: Khối lượng phân tử trung bình của khí trong tháp, kg/kmol ρytb: Khối lượng riêng trung bình của khí trong tháp, kg/m3 Lượng hơi trung bình trong tháp: - Lượng lỏng trung bình trong tháp: ... 1.6.8 Hấp thụ SO2 bằng các chất hấp thụ thể rắn 1.6.8.1 Hấp phụ khí SO2 bằng than hoạt tính  Khói thải đi vào tháp hấp thụ gồm nhiều tầng, khí SO 2 được giữ lại trong lớp than hoạt tính của các tầng hấp thụ, sau đó khói đi qua cyclone để lọc sạch tro bụi trước khi thải ra khí quyển  Than hoạt tính được hoàn nguyên bằng cách nâng nhiệt độ lên 400- 450 oC Khí SO2 thoát... khí thải của lò đốt rác y tế  Lưu lượng khí vào tháp: 500 m3/h  Nồng độ SO2 đầu vào: Cđ = 750 ( mg/m3)  Nồng độ SO2 đầu ra: Cc = 300 (mg/m3) ( Theo QCVN 02:2012/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về lò đố chất thải rắn y tê) 2.3 Lựa chọn sơ đồ công nghệ Chọn phương pháp xử lý SO2: hấp thụ bằng H2O Vì tính chất nước sau hấp thụ không có cặn ( nước sau hấp thụ là H 2SO3)... chọn tháp hấp thụ bằng tháp đệm SO 2 là chất khí khó hấp thụ ở nhiệt độ cao (>60 oC), do đó phải giải nhiệt khí thải trước khi cho vào tháp hấp thụ Sơ đồ công nghệ: Ống khói Bơm dung môi Khí sau xử lý Bể chứa dung môi Tháp hấp thụ ( Tháp đệm) SVTH: Trần Đình Thi MSSV: 0510020309 21 GVHD: TS Lê Hoàng Nghiêm Ma y nén khí Ống khói 2.4Thuyết minh sơ đồ công nghệ - Hỗn hợp khí. .. dụng ở nhà ma y luyện kim Hamburg để khử SO 2 trong khói thải của lò thổi luyện đồng Nồng độ của khí trong khói thải dao động trong phạm vi 0,5 ÷ 8%, trung b.nh là 3,6%.Chất hấp thụ là hỗn hợp xylidin và nước tỉ lệ ≈ 1:1 - Quá trình khử SO2 bằng dimetylanilin – Quá tr.nh ASARCO: quá trình n y được nghiên cứu và áp dụng ở nhiều các nhà ma y luyện kim 1.6.7 Hấp thụ SO2 bằng Natri... thoát khí Khí sau khi ra khỏi tháp có nồng độ khí SO 2 giảm, mức độ giảm tu y thuộc vào hiệu suất hấp thụ của tháp hấp thụ - Nước sau khi hấp thụ SO2 đi xuống đa y tháp đi và ra ngoài theo đường ống thoát chất lỏng Nước sau khi hấp thụ nếu nồng độ SO 2 cao sẽ được xử lý và tái sử dụng SVTH: Trần Đình Thi MSSV: 0510020309 22 GVHD: TS Lê Hoàng Nghiêm CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT ... TẾ 2.1 Đề tài đồ án Thiết kế tháp hấp thụ khí SO lò đốt rác y tế Nồng độ SO 750 mg/m3, công suất Q = 500 m3/h 2.2 Các số liệu ban đầu  Hỗn hợp khí cần tách: SO2 khí thải lò. .. 2SO4) lưu huỳnh nguyên chất 1.6 Các phương pháp hấp thụ SO2 1.6.1 Hấp thụ SO2 bằng nước  Hấp thụ SO2 bằng nước phương pháp đơn giản áp dụng sớm nhất để loại bỏ khí SO2 khí thải... 1.6.7 Hấp thụ SO2 bằng Natri carbonat…………………………… 1.6.8 Hấp thụ SO2 bằng các chất hấp thụ thể rắn………………… 1.6.8.1 Hấp thụ SO2 bằng than hoạt tính………………………… 1.6.8.2 Hấp thụ SO2 bằng