ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG: Đề xuất sơ đồ công nghệ và tính toán các công trình chính trong một hệ thống xử lý khí thải

MỤC LỤC CHƯƠNG 1. MỤC TIÊU THIẾT KẾ 5 1.1. Thông số đầu vào 5 1.2. Xử lý số liệu 5 1.2.1. Tính toán nồng độ tối đa cho phép 5 1.2.2. Tính toán nồng độ đầu vào của khí thải 6 1.3. Kết luận 7 CHƯƠNG 2. ĐỀ XUẤT SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ 8 CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN LAN TRUYỀN Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ 10 3.1. Tính toán khuếch tán 10 3.2. Tính toán chất ô nhiễm từ nguồn cao 11 CHƯƠNG 4. XỬ LÝ BỤI 14 4.1. Buồng lắng 14 4.1.1. Thông số tính toán 14 4.1.2. Tính toán kích thước buồng lắng 15 4.1.3. Kiểm tra lại kích thước buồng lắng: 16 4.1.4. Hiệu quả lắng bụi của buồng lắng 16 4.2. Xyclone 18 4.2.1. Thông số tính toán 18 4.2.2. Tính toán xử lý bụi 19 4.2.3. Các thông số xyclon 21 4.3. Túi lọc vải 21 4.3.1. Kích thước của thiết bị 21 4.3.2. Các thông số của túi vải 23 CHƯƠNG 5. XỬ LÝ KHÍ 24 5.1. Các thông số 24 Bảng 5.1. Các thông số 24 5.2. Tính toán xử lý NO2 bằng phương pháp hấp thụ, dung dịch hấp thụ là NaOH 20% 24 5.2.1. Đầu vào 24 5.2.2. Đầu ra 25 5.2.3. Xây dựng đường cân bằng 26 5.2.4. Xây dựng đường làm việc 26 5.2.5. Kích thước tháp đệm hấp thụ: 27 5.2.6. Tính toán một số thiết bị phụ trợ: 29 5.2.7. Các thông số của thiết bị hấp thụ 31 Bảng 5.2. Các thông số của thiết bị hấp thụ 31 5.3. Hấp thụ CO bằng than hoạt tính 31 5.3.1. Đầu vào: 31 5.3.2. Đầu ra: 32 5.3.3. Tính toán tháp hấp phụ: 33 5.3.4. Tính toán lượng than hoạt tính cần cho quá trình hấp phụ CO 33 5.3.5. Các thông số thiết kế tháp hấp phụ 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO 35

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

KHOA MÔI TRƯỜNG

ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

ĐỀ BÀI

Đề xuất sơ đồ công nghệ và tính toán các công trình chính

trong một hệ thống xử lý khí thải

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 MỤC TIÊU THIẾT KẾ 5

1.1 Thông số đầu vào 5

1.2 Xử lý số liệu 5

1.2.1 Tính toán nồng độ tối đa cho phép 5

1.2.2 Tính toán nồng độ đầu vào của khí thải 6

1.3 Kết luận 7

CHƯƠNG 2 ĐỀ XUẤT SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ 8

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN LAN TRUYỀN Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ 10

3.1 Tính toán khuếch tán 10

3.2 Tính toán chất ô nhiễm từ nguồn cao 11

CHƯƠNG 4 XỬ LÝ BỤI 14

4.1 Buồng lắng 14

4.1.1 Thông số tính toán 14

4.1.2 Tính toán kích thước buồng lắng 15

4.1.3 Kiểm tra lại kích thước buồng lắng: 16

4.1.4 Hiệu quả lắng bụi của buồng lắng 16

4.2 Xyclone 18

4.2.1 Thông số tính toán 18

4.2.2 Tính toán xử lý bụi 19

4.2.3 Các thông số xyclon 21

4.3 Túi lọc vải 21

4.3.1 Kích thước của thiết bị 21

4.3.2 Các thông số của túi vải 23

CHƯƠNG 5 XỬ LÝ KHÍ 24

5.1 Các thông số 24

Bảng 5.1 Các thông số 24

5.2 Tính toán xử lý NO2 bằng phương pháp hấp thụ, dung dịch hấp thụ là NaOH 20% 24

5.2.1 Đầu vào 24

5.2.2 Đầu ra 25

5.2.3 Xây dựng đường cân bằng 26

5.2.4 Xây dựng đường làm việc 26

5.2.5 Kích thước tháp đệm hấp thụ: 27

5.2.6 Tính toán một số thiết bị phụ trợ: 29

5.2.7 Các thông số của thiết bị hấp thụ 31

Bảng 5.2 Các thông số của thiết bị hấp thụ 31

5.3 Hấp thụ CO bằng than hoạt tính 31

5.3.1 Đầu vào: 31

5.3.2 Đầu ra: 32

5.3.3 Tính toán tháp hấp phụ: 33

5.3.4 Tính toán lượng than hoạt tính cần cho quá trình hấp phụ CO 33

5.3.5 Các thông số thiết kế tháp hấp phụ 34

TÀI LIỆU THAM KHẢO 35

ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

Họ và tên sinh viên: Vũ Thị Thu Quỳnh

Lớp : ĐH2KM2

Họ và tên giảng viên hướng dẫn: Mai Quang Tuấn

1- Đề xuất sơ đồ công nghệ và tính toán các công trình chính trong một hệ thống xử

lý khí thải theo các số liệu dưới đây:

- Lưu lượng khí thải: 2.000 m3/giờ

2- Thể hiện các nội dung nói trên vào :

- Bản vẽ sơ đồ công nghệ xử lý khí thải cho nhà máy A

- Bản vẽ chi tiết công trình xử lý bụi

- Bản vẽ chi tiết công trình xử lý khí

Sinh viên thực hiện Giảng viên hướng dẫn

CHƯƠNG 1 MỤC TIÊU THIẾT KẾ 1.1 Thông số đầu vào

- Lưu lượng nguồn thải: L = 2000 m3/ h = 0,56 (m3/s )

- Khối lượng riêng của bụi : 2000 kg/m3

- Khối lượng riêng của khí: 1,2 kg/m3

- Độ ẩm của bụi: 55%

- Nhiệt độ khí thải tại miệng ống khói :110oC

- Nhiệt độ môi trường : 25oC

Bảng 1.2 Kích thước bụi và % khối lượng

 C : Nồng độ của bụi và các chất vô cơ theo cột B của QCVN

19:2009/BTNMT

 KP:Hệ số lưu lượng nguồn thải KP = 1 (Vì lưu lượng của nhà máy 2000m3/

h (mục 2.3 – QCVN 19: 2009 /BTNMT )

 Kv : Hệ số vùng , Kv = 1 Khu công nghiệp ; đô thị loại V; vùng ngoại

thành, ngoại thị đô thị loại II, III, IV có khoảng cách ranh giới nội thành

nội thị lớn hơn hoặc bằng 2 km; cơ sở sản xuất công nghiệp, chế biến, kinhdoanh, dịch vụ và các hoạt động công nghiệp khác có khoảng cách đến

ranh giới các khu vực này dưới 2 km

Bảng 1.3 Nồng độ tối đa cho phép đối với hạt bụi và các chất vô cơ trong khí

thải công nghiệp

Thành phần

C (mg/Nm 3 ) – cột B QCVN 19/2009

C max ( mg/Nm 3 )

- Theo số liệu đầu vào, nồng độ các chất vô cơ (C1) tại miệng khói có nhiệt độ

là 110oC, nhưng nồng độ các chất vô cơ tối đa cho phép (Cmax ) ở nhiệt độ

25oC Vậy nên trước khi so sánh nồng độ để xem bụi và khí thải nào vượt tiêuchuẩn ta cần quy đổi

C1(110oC) → C2 (25oC)Đây là trường hợp điều kiện đẳng áp với p1 = p2 = 760 mmHg

Bảng 1.4 Nồng độ các thành phần trong khói thải

- Nhận xét: Dựa vào bảng số liệu  Những chỉ tiêu cần xử lý trước khi xả thải

ra ngoài môi trường là : Bụi, H2S, CO, NO2

- Hiệu suất tối thiểu để xử lý các chỉ tiêu

¿C v−C r

C v

×100 %

Trong đó:

 :Hiệu suất tối thiểu để xử lý từng chỉ tiêu

 C v : Hàm lượng chất X trong hỗn hợp khí thải vào (mg/m3)

 C r : Hàm lượng chất X trong hỗn hợp khí thải ra ( mg/m3)

Bảng 1.5 Hiệu suất tối thiểu để xử lý các chỉ tiêu

CHƯƠNG 2 ĐỀ XUẤT SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ

Sơ đồ dây truyền xử lý bụi và khí

Tháp hấp phụ

NaOH 10%

Tháp đệm hấpthụ

Thiết bị lọc túivải

xyclonBuồng lắngKhói thải

Than hoạt tính

- Theo đề bài thành phần bụi có kích thước từ 50 μ m trở lên chiếm 24%, đểloại bỏ thành phần bụi này trong khí thải ta sẽ dùng buồng lắng để lắng sơ bộ chúng.Buồng lắng là một không gian hình hộp có tiết diện ngang lớn hơn nhiều lần so vớitiết diện của đường ống dẫn khí vào để vận tốc dòng khí giảm xuống còn rất nhỏ nhờvậy mà hạt bụi đủ thời gian để rơi xuống chạm đáy dưới tác dụng của trọng lực và bịgiữ lại tại đó mà không bị dòng khí mang theo Buồng lắng được sử dụng cho trườnghợp bụi thô và dùng để tách sơ bộ bụi trước khi vào thiết bị tách bụi có khả năng táchbụi nhỏ hơn sẽ làm giảm tải lượng và chi phí bảo quản thiết bị.

- Tiếp theo, chúng ta xử dụng xyclon để xử lý các hạt bụi có kích thước béhơn Xyclon hay còn gọi là thiết bị lọc bụi li tâm kiểu đứng, nó hoạt động dựa trênnguyên tắc không khí chuyển động xoắn ốc khiến cho các hạt bụi tiến dần về phíathành ống của thân hình trụ, va chạm vào đí, mất động năng và rơi xuống đáy phễu

do chịu tác dụng của lực li tâm Tại đây sẽ tách được các hạt bụi có kích thước < 20

µm, tuy nhiên hiệu quả lọc bụi sẽ giảm khi kích thước hạt bụi < 5µm Vì vậy chúng

ta tiếp tục xử lý bằng túi lọc vải để đảm bảo hiệu suất xử lý đạt yêu cầu

- Túi lọc vải dùng để lọc những hạt bụi có kích thước nhỏ hơn Do hiệu suấtđầu bài yêu cầu là 99,55%, tức là phải lọc gần như hết tất cả những hạt bụi có kíchthước nhỏ nhất, lựa chọn thiết bị túi lọc vải là phù hợp vì hiệu suất lọc bụi của nó cóthể lên tới 99%

- Lựa chọn xử lý CO, NO2: đối với NO2 chúng ta dùng phương pháp hấp thụbằng NaOH 10%; còn đối với CO chúng ta dùng phương pháp hấp phụ bằng thanhoạt tính Cả 2 phương pháp này có ưu điểm tiết kiệm được chi phí; chất hấp thụ dễkiếm; giá cả không quá đắt; và không ăn mòn thiết bị nhiều

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN LAN TRUYỀN Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

 Trong đó: bz : Khoảng cách từ mặt sau nhà đến nguồn thải

h’: chiều cao của nhà B

- Chọn cấp gió ổn định là cấp D

 Độ gồ ghề zo = 0,01

- Vận tốc gió tại miệng ống khói: u=u1.(z z1)n

 Trong đó: u: vận tốc gió ở độ cao bất kì (m/s)

u1 : vận tốc gió ở độ cao xác định z1 (m/s), chọn u10 = 3m/s

z: độ cao cần xác định của vận tốc gió (m), z = h = 100 (m)(h:chiều cao ống khói )

z1: độ cao đã xác định, chọn z1 = 10 (m)n: chỉ số mũ, n = 0,12

 Trong đó: w: Vận tốc ban đầu của luồng khói tại miệng ống

u: Vận tốc gió tại miệng ống khói, u = 3,95 m/s

TK: Nhiệt độ tuyệt đối của khói tại miệng ống khói, K

∆ T: Chênh lệch nhiệt độ giữa khói và không khí xung quanh, oChoặc K

- Độ cao hiệu quả của nguồn thải:

Hhq = h + ∆ h = 100 + 1,62 = 101,62 (m)

 Nhận thấy Hhq = 101,62 > Hgh = 15,08 => Nguồn thải là nguồn cao

3.2 Tính toán chất ô nhiễm từ nguồn cao

- Theo QCVN 05:2013/ BTNMT và QCVN 06:2013/BTNMT thì nồng độ tối

đa cho phép của một số khí độc trong không khí xung quanh là:

Bảng 3.1 Tính toán độ khuếch tán ô nhiễm khí thải đến khu dân cư B

Thông số Thời gian trung bình Nồng độ cho phép (µg/m 3 ) QCVN

 δ z (Cmax)=101,62

√2 =72(m) => δy = 80

- Thông số:

 M là tải lượng chất ô nhiễm thải vào khí quyển: M = L.C

 u là vận tốc gió tại miệng ống khói : u = 3,95 m/s

 x khoảng cách từ nguồn thải đến điểm cần tính toán, chọn x = 1000m

 H là chiều cao hiệu quả của nguồn thải H = H hq = 101,62 (m )

 δ y là hệ số khuếch tán theo chiều ngang (m )

 δ z là hệ số khếch tán theo chiều đứng (m )

- Tính toán nồng độ ô nhiễm cực đại

M (µg/

m 3 ) cho phép Nồng độ

(µg/m 3 )

Nhận xét

 Kết luận: Các khí sau khi được xử lý để đạt theo QCVN 19: 2008/BTNMT,

sau quá trình khuếch tán thì nồng độ của các khí ô nhiễm nằm trong giá trị

cho phép được quy định trong QCVN 05/2013 của BTNMT, QCVN 06:2009/ BTNMT

CHƯƠNG 4 XỬ LÝ BỤI 4.1 Buồng lắng

Bảng 4.1 Các thông số của bụi

Các đại lượng Đơn vị Số liệu

4.1.2 Tính toán kích thước buồng lắng

Hệ số nhớt của khí ở 1100C ( tính theo công thức gần đúng 5.14_sách ô

nhiễm không khí và xử lý khí thải tập 2_Trần Ngọc Chấn)

 L: Lưu lượng khí thải, L = 2000 m3/h

 ρb: Trọng lượng riêng của bụi, ρb = 2000 kg/m3

 ρk: Trọng lượng riêng của khí, ρk = 1,2 kg/m3

 l: Chiều dài buồng lắng (m)

B l = 4,56 m2

l ≥ 2,5BChọn B = 1,3 m  l = 3,5m

- Thông thường vận tốc tối đa của buồng lắng là 3m/s  chọn u = 0,4 m/s

- Thời gian lưu của cỡ hạt bụi 50µm và dòng khí thải bên trong buồng lắng:

a Hiệu quả lọc của buồng lắng theo cỡ hạt.

- Hiệu quả lọc của buồng lắng bụi theo đối với cỡ hạt δ, được tính theo công

Bảng 4.3 Hiệu quả lắng theo cỡ hạt bụi

Bảng4.4 Kích thước chi tiết của buồng lắng

STT Các thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị

8 Thể tích làm việc của buồng V m3 7,1

4.2 Xyclone

 Tính toán xiclon theo phương pháp chọn, dựa vào đường kính thân xiclon theo

theo Stairmand C.J( TL4-Trang 90- hình 3.12a)

- Đường kính thân trụ ( đường kính xyclon): D(m)

- Bán kính thân hình trụ: r2 = 0,5 D

- Đường kính ống trung tâm: d = 0,5D

- Lưu lượng khí thải L = 2000 (m3/h) = 0,56 (m3/s)

- Khối lượng riêng của bụi: ρb = 2000 kg/m3

- Nồng độ bụi đầu vào: Cv = 21,19 g/m3

- Nhiệt độ của khí thải: t = 1100C

- Áp suất của khí p = 1atm

- Vậy số vòng quay của ống dẫn khí trong xyclon là: n = 4 vòng/s

- Hiệu quả lọc theo cỡ hạt bụi:

1 1−exp(α δ2) 0,08 0,54 0,95 1 1 1

2 1−exp(α δ min2

- Vậy hiệu quả lọc theo khối lượng

Bảng 4.6 Hiệu quả lọc theo khối lượng

STT Thông số

tính toán 0-5 5-10 10-20Cỡ hạt20-30 30-40 40-50

1 Phần trăm

khối lượng (%)

2 Lượng bụi

trong 1m3 khíthải (g/m3)

3 Hiệu quả lọc

theo cỡ hạt (%)

4 Lượng bụi

còn lại sau khi qua xyclon

-5 Dải phân cấp

cỡ hạt sau khilọc

 ∆ p=K E × P v E=2 ×37,82=75,64 (N /m2)

10 Chiều cao phần bên ngoài ống

trung tâm

12 Đường kính trong của cửa tháo bụi d3 m 0,252

4.3 Túi lọc vải

- L=2000m3/h = 0,56 m3 /s

- ρb=2000 kg/m3

- Sau xiclon, nồng độ bụi là: 3,818 g/m3

- Chọn sử dung vật liệu vải tổng hợp Nitron (poliacrilonitril) có tải lượng khí từ0,5 – 1 m3/m2.phút

- Hiệu suất thiết bị: η ≥ C và o C−C max

 Chiều dài của thiết bị: 5 x 0,3 + 6 x 0,1 = 2,7 m

 Chiều rộng của thiết bị: 3 x 0,3 + 4 x 0,1 = 1,3 m

 Chiều cao của thiết bị = chiều cao ống tay áo + chiều cao phía trên ống tay

áo + chiều cao phía dưới ống tay áo + chiều cao thùng cấp bụi = 3,5 + 1 + 1,2 + 1,5 = 7,2 m

- Chọn 1h rũ bụi 1 lần để phục hồi bề mặt lọc

- Chọn máy nén khí để rung rũ bụi

 Rung rũ bụi bằng khí nén

 Thời gian rũ bụi 2s

 Thời gian giữa 2 lần giũ 64 phút

- Lượng khí đi vào thiết bị: Gv = Q.ρk = 2000.1,2 = 2400 kg/h

- Nồng độ bụi trong hệ thống đi vào thiết bị ( % khối lượng )

- Lượng khí thải sạch hoàn toàn

G s=G v 100−Y v

100 =2400.

100−0,32

100 =2392,32(kg/h)

- Lượng bụi thu được: G b=G v−G ra=2400−2392,72=7,28¿)

- Lưu lượng hệ khí đi ra thiết bị: Q r=G r

ρ k=

2392,721,2 =1993,93(m¿¿3 /h)¿

- Lượng bụi thu được trong 1 ngày là: m = 7,28.8 =58,24 (kg)

 Đạt yêu cầu xử lý theo quy chuẩn hiện hành

Bảng 4.8 Thông số túi vải

CHƯƠNG 5 XỬ LÝ KHÍ 5.1 Các thông số

- Sau thiết bị làm mát, nhiệt độ khí thải vào thiết bị hấp thụ là 350C Giả thiết

nhiệt độ khí thải sau khi ra khỏi tháp là 25oC Nhiệt độ làm việc của thiết bị

G đ hhk=P Q

R T=

1 ×2000 0,082× (273+30)=80,49(kmol h )

- Lượng mol NO2 đầu vào

- Nồng độ phần mol tương đối của NO2 là

Trong đó: ρ NO2: là khối lượng riêng của NO2, ρ NO2= 2,054 kg/m3

ρkk : là khối lượng riêng của không khí, ρkk = 1,2 kg/m3

y c NO2

=G c NO2

G c hhk=

0,03680,417=4,47 10

−4(kmolhhk kmol )

- Nồng độ phần mol tương đối của NO2 là

P là áp suất, mmHgnP= 1atm = 760 torr

Nhiệt độ làm việc trong tháp là 30OC, ta được

G min x =G tr (Y đ−Y c)

X cbc =80,417.

(9,08 10−4−4,47.10−4

)0,35.10−6 =105920,67 (kmol /h)

Lượng dung môi thực tế G X tt=1,2 ×Gx min=1,2 ×105920,67=127104,804(kmol

 Số đơn vị chuyển bậc thực tế là: Ntt = N¿

20,4=5 trong đó η là hệ số hiệu chỉnh (thường từ 0,2 – 0,9)

 Khối lượng riêng xốp : ρ=500(kg /m3)

- Diện tích của tháp điệm :

 hdv: chiều cao một đơn vị chuyển khối

 my số đơn vị chuyển khối

Theo Kafarov – Đưneski ( sách QTCB3 – Trang 170)

150020002500

ZL: Khoảng cách từ lớp đệm đến nắp

ZC: Khoảng cách từ lớp đệm đến đáy tháp

- Với đường kính là 1200 mm, theo bảng ta sẽ chọn ZL = 100 m, ZC = 200 m

- Chiều cao thực tế của tháp :

 H = hd + ZL + ZC = 4050 +1000 + 2000 = 7050 (mm) = 7,05 m

a) Đường ống dẫn khí

- Chọn ống có đường kính ống tiêu chuẩn d = 200 mm, bề dày b = 13 mm làm

bằng thép không gỉ (Theo bảng XIII.32 trang 434sổ tay QT và TBCNHC tập

2) thì chiều dài đoạn ống nối (ứng với d = 200 mm) là 130 mm

- Chọn ống có đường kính ống tiêu chuẩn d = 200 mm, bề dày b = 13 mm làm

bằng thép không gỉ (Theo bảng XIII.32 trang 434sổ tay QT và TBCNHC tập

2) thì chiều dày đoạn ống nối (ứng với d = 200 mm) là 130 mm

- Ống dẫn lỏng được hàn vào thiết bị (Theo bảng XIII.32 trang 434sổ tay QT và

TBCNHC tập 2) thì chiều dài đoạn ống nối là 150mm

- Chọn lưu lượng dung dịch sau khi hấp thụ tháo ra khỏi tháp bằng với lưulượng vào tháp

- Đường kính ống dẫn lỏng ra khỏi tháp: d3 = d4 = 500 mm

Bảng 5.2 Các thông số của thiết bị hấp thụ

ST

T

- Nồng độ phần mol của CO là:

y c CO=G c CO

G c hhk=

0,0980,58=1,12 10

- Lượng khí CO chuyển từ pha khí sang pha lỏng là:

⧍Y=Yđ–Yc=1,67.10-3 - 1,12.10-3 = 4,7.10-4 kmol/kmol

- Lượng CO vào tháp trong 1h

Ta chọn 1 tháp hấp phụ

- Chọn vận tốc khí đi trong thiết bị hấp phụ 0,5m/s

- Khối lượng riêng của than hoạt tính = 340kg/m3.

- Độ xốp bên trong của hạt 40 – 50 %

 Tổng chiều cao lớp vật liệu = 0,8.2 + 0,2 = 1,8 m

 Số lượng than hoạt tính cần cho mỗi tầng 5,92.10-3: 2 = 2,96.10-3 kg

- Vận tốc của khí được dẫn vào thiết bị trong đường ống chọn v0 = 3 m/s

- Tiết diện đường kính dẫn khí vào, ra khỏi tháp

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Giáo trình ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, Tập 1

2. Giáo trình ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, Tập 2

3. Giáo trình ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, Tập 3

4. Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất Tập 1

5. Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất Tập 2

6. Giáo trình kỹ thuật xử lý khí thải – Trường ĐH TN&MT Hà Nội