BÀI TẬP LỚN MÔN: KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG I: XỬ LÝ SỐ LIỆU 3 1.Thông số đầu vào: 3 2.Tính toán Cmax và so sánh với QCVN 19: 2009BTNMT 3 CHƯƠNG II:TÍNH TOÁN KHUẾCH TÁN Ô NHIỄM 5 1.Tính toán lan truyền chất ô nhiễm 5 1.1.Xác định đặc điểm nguồn thải 5 1.2Tính toán nồng độ chất ô nhiễm ở 1km, 2km, 3km so với nguồn thải 5 1.3Tính Cmax và vị trí xuất hiện Cmax 6 CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG XỬ LÝ 7 I.XỬ LÝ BỤI 7 1.Tính toán buồng lắng: 7 2.Tính toán xyclon 9 3. Tính toán túi vải 13 3.1Kích thước túi vải 14 3.2Kích thước thiết bị 14 3.3 Tính toán trở lực của thiết bị 14 3.4Khối lượng bụi thu được 15 CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ XỬ LÝ KHÍ 16 1.Tháp hấp thụ SO2, NO2 16 1.1Xử lí NO2 dùng tháp đệm với dung môi sử dụng là dung dịch Ca(OH)2 16 1.2Xử lí SO2 dùng tháp đệm với dung môi sử dụng là dung dịch Ca(OH)2 18 II.Tính toán kích thước tháp hấp thụ 19 1.Xây dựng phương trình đường cân bằng 19 2.Xây dựng phương trình đường làm việc 20 3.Tính toán thông số thực tế của tháp đệm 21 TÀI LIỆU THAM KHẢO 23

KHOA MÔI TRƯỜNG

BÀI TẬP LỚN MÔN: KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI

Nhóm sinh viên thực hiện : 03

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU

Sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật thúc đẩy mạnh mẽ sự phát triển của các ngànhsản xuất công nghiệp, làm cho xã hội loài người biến đổi rõ rệt Các nhà máy, xínghiệp, các khu công nghiệp, trại chăn nuôi tập trung được hình thành tất cả sự pháttriển này đều hướng tới tạo ra sản phẩm mới, đáp ứng nhu cầu của con người tạo điềukiện sống tốt hơn Nhưng đồng thời thải ra các loại thất thải khác nhau làm cho môitrường ngày càng trở nên xấu đi Các chất thải độc hại có tác động xấu tới con người,sinh vật, hệ sinh thái, các công trình nhân tạo Nếu môi trường tiếp tục suy thoái thì cóthể dẫn hậu quả nghiêm trọng cho loài người Vì vậy việc bảo vệ môi trường, giảmthiểu tác động có hại của các chất ô nhiễm là vấn đề của toàn cầu Khí thải từ ống khóicác nhà máy, xí nghiệp, khu công nghiệp được xem là nguyên nhân chính dẫn đếntình trạng ô nhiễm không khí Các chất khí độc hại như: SOx , NOx , VOC, CO, CO2,hydocacbon, bụi đang dần gia tăng trong bầu khí quyển Gây nên các hiện tượng,hiệu ứng nhà kính, mưa axít, sương mù quang hóa tác động xấu đến con người, sinhvật và các hệ sinh thái, hoạt động lao động sản xuất Để bảo vệ môi trường và bảo vệcho cuộc sống của con người, sinh vật khí thải từ ống khói nhà máy, từ hoạt độngkhác cần được xử lý trước khi thải vào môi trường không khí Hiện nay có rất nhiềuphương pháp và các dây chuyền công nghệ để xử lý khí thải và được áp dụng cụ thểđối với từng loại khí thảivà từng nhà máy

Mục tiêu của bài tập lớn

Thiết kế trạm xử lý khí thải sinh hoạt cho nhà máy để khí thải sau khi qua hệthống xử lý đạt QCVN 119/2009,cột B trước khi thải ra môi trường, góp phần kiểmsoát ô nhiễm do khí thải sinh hoạt sinh ra

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành bài tập lớn này,Nhóm 3 xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo đã tận tình hướng dẫn, giảng dạy trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu

và rèn luyện ở Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội.

Xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo trong bộ môn công nghệ - khoa môi trường, đặc biệt là thầy giáo hướng dẫn ThS Mai Quang Tuấn Các thành viên trong nhóm xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô giáo đã giúp đỡ nhóm hoàn thành bài tập lớn này.

Mặc dù đã có nhiều cố gắng để thực hiện bài tập lớn một cách hoàn chỉnh nhất, tuy nhiên không thể tránh nổi những thiếu sót Kính mong quý thầy giáo,

cô giáo cùng toàn thể bạn bè góp ý để bài tập lớn của nhóm được hoàn thiện hơn.

Xin chân thành cảm ơn!

Hà nội, tháng 4 năm 2016.

Sinh viên

Nhóm 3_DH3CM1

CHƯƠNG I: XỬ LÝ SỐ LIỆU

1. Thông số đầu vào:

- Lưu lượng khí thải : L = 20.000 m3/h

Bảng 1: Thành phần các khí và bụi S

TT

CHỈ TIÊU

NỒNG ĐỘ

5 ÷ 10

- Ống khói ở nhà máy A và Hống khói = 80 m ,đường kính ống khói D = 40 cm,nhà máy A cách khu dân cư B là L1 = 55 m, tốc độ gió tại vị trí quan trắc u = 2,5 m/s,nhiệt độ của khí thải Tk = 70 oC, nhiệt độ môi trường xung quanh trung bình: Txq = 20

oC Khí quyển cấp D Độ nhám mặt đất 0,01

- Hệ thống phát thải nằm trong khu vực III ( khu công nghiệp; đô thị loại V;vùng ngoại thành, ngoại đô thị loại II, III, IV có khoảng cách đến ranh giới nội thành,nội thị lớn hơn hoặc bằng 2km; cơ sở sản xuất công nghiệp, chế biến, kinh doanh, dịch

vụ và các hoạt động công nghiệp khác có khoảng cách đến ranh giới các khu vực nàydưới 2km)

- Nhà A có: h = 10 m , b = 20 m , l = 40

- Nhà B có: h = 10 m , b = 20 m, l= 35 m

2. Tính toán C max và so sánh với QCVN 19: 2009/BTNMT

Theo QCVN 19: 2009/ BTNMT nồng độ cho phép của bụi và chất vô cơ trongkhí thải công nghiệp được tính theo công thức:

Cmax = Kp.Kv.C

Trong đó

• C: nồng độ chất ô nhiễm quy định ở cột B

• Kv: hệ số vùng , khu vực III: Kv = 1

• Kp: hệ số lưu lượng nguồn thải Kp : L ≤ 20.000 m3/h thì Kp = 1

- Theo số liệu đầu vào, nồng độ các chất vô cơ (C1) tại miệng khói có nhiệt độ là 70oC,nhưng nồng độ các chất vô cơ tối đa cho phép (Cmax) ở nhiệt độ 25oC Vậy nên, trướckhi so sánh nồng độ để xem bụi hoặc khí thải nào vượt tiêu chuẩn ta cần quy đổiC1(70o C) => C2 (25oC)

- Đây là trường hợp điều kiện đẳng áp với: Áp suất p1= p2= 760 mmHg

Áp dụng công thức ta có bảng nồng độ chất ô nhiễm ở 70 o C và 25 o C

Bảng 3: Nồng độ chất ô nhiễm ở nhiệt độ 70 o C, 25 o C và So sánh với

Nồng độ chất ô nhiễm ở

25 o C

(mg/m 3 )

C max cho phép ( TheoQCVN19 :2009)

(mg/Nm 3 )

Nhận xét

CHƯƠNG II:TÍNH TOÁN KHUẾCH TÁN Ô NHIỄM

1. Tính toán lan truyền chất ô nhiễm

1.1.Xác định đặc điểm nguồn thải

Vậy chiều cao giới hạn của ống khói được tính theo công thức:

Hgh = 0,36( bz + X1) + h’ (trong đó h’ là chiều cao nhà B = 10m)

Vậy nguồn phát thải là nguồn cao

1.2Tính toán nồng độ chất ô nhiễm ở 1km, 2km, 3km so với nguồn thải

= EXPThông số cần tính

75,2 139,5 200

Hhq= 108 mM: tải lượng chất ô nhiễm được tính theo công thức: M= L.C (g/s) M= C L = 1,5 20000 = 30000 = 8,33 (g/s)

Áp dụng công thức của Bosanquet và Pearson ta có

- Khối lượng đơn vị của bụi: = 2000 kg/m3

- Khối lượng đơn vị của không khí ở 20: = 1,2 kg/m3

- = 17,17.10-6 Pa.s (T.16 – ÔNKK và XLKT tập 2 – GS.PTS Trần Ngọc Chấn)

1. Tính toán buồng lắng:

- Lưu lượng dòng khí đi vào là 20000 m3/h nên ta sử dụng 4 buồng lắng

- Lưu lượng khí đi vào mỗi buồng lắng là L1 = = = 5000 (m3/h)

Ta chọn chiều rộng B = 2,5 (m); chiều dài buồng lắng l = 4,2 (m)

Khi đó ta có đường kính giới hạn của hạt bụi là:

Kiểm tra lại kích thước buồng lắng:

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

Kiểm tra hiệu quả lọc của buồng lắng theo cỡ hạt theo công thức

36

64

100

100

100

Bảng 5 : Phân cấp theo cỡ hạt của bụi sau khi đi ra khỏi buồng lắng

cỡ hạt - 5 0 - 10 5 0 - 20 1 0 - 30 2 0 - 40 3 0 - 50 4 50

– 60

180

195

240

210

270

165

90

1500mg/m3

phân câp

Hiệu suất xử lí bụi của buồng lắng là:

= = × 100%= 46,9 % < 87 % Như vậy xử lý bụi bằng buồng lắng vẫn chưa đạtyêu cầu xử lí nên ta tiếp tuc xử lí bụi bằng xyclon

2. Tính toán xyclon

- Nhiệt độ của khí thải vào thiết bị : 70oC

- Với lưu lượng L = 20000 m3/ h

- Chọn 2 xyclon làm việc song song

=> Lưu lượng tính cho mỗi xiclon là : L’= 20000/2 = 10000 m3/h

- Nồng độ bụi đầu vào: C v = 796 mg/m3

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

Stairmand C.J ( Hình 7.8a – giáo trình: ô nhiễm không khí và xử lý khí thải – tập 2 –

GS.TS Trần Ngọc Trấn):

- Chiều dài của miệng ống dẫn khí vào: a = 0,5D

- Chiều rộng của miệng ống dẫn khí vào: b = 0,2D

- Chiều cao của thân hình trụ: h = 1,5D

- Chiều cao thiết bị xiclon: H = 1,5D+2,5D = 4.D

- Chiều cao phần bên ngoài ống trung tâm:

h1 = 0,5 D

- Chiều cao ống trung tâm : h2 = h1+ 0,5D = D

- Đường kính trong của cửa tháo bụi: d3=( 0,3÷0,4).D

- Xác định đường kính xiclon (D)

Chọn min = 20 µm = 2 10-5 m

min = (1)Trong đó :

l = h – a = 1,5D – 0,5D = D

+ µ= 20,48.10-6 (Pa.s) : độ nhớt động lực

+ n: số vòng quay của dòng khí trong xiclon (vòng/s)

= (vòng/s)

ve = = (m/s)

Thay n = ; r2 = 0,5.D ; 0,25D vào (1) ta có

min = min =

D = = = 0,99 (m)

Chọn đường kính xyclon D = 1 m

Khi đó min = = 20,3 10-6 (m)

—» thỏa mãn đường kính giới hạn

Các thông số thiết kế xiclon:

- Đường kính thân hình trụ (đk xiclon): D = 1 m

- Bán kính thân hình trụ: r2 = 0,5.D = 0,5 m

- Đường kính ống trung tâm : d1= 0,5.D = 0,5 m

- Bán kính ống trung tâm: r1 = 0,5.d1 = 0,25D = 0,25 1 = 0,25 m

- Chiều dài của miệng ống dẫn khí vào: a = 0,5D = 0,5 m

- Chiều rộng của miệng ống dẫn khí vào: b = 0,2D = 0,2 1 = 0,2 m

- Chiều cao của thân hình trụ: h = 1,5D = 1,5 1 = 1,5 m

- Chiều cao thiết bị xiclon: H = 1,5D+2,5D = 4.D = 4 1 = 4 m

- Chiều cao phần bên ngoài ống trung tâm: h1 = 0,5 D = 0,5 1 = 0,5 m

- Chiều cao ống trung tâm : h2 = h1+ 0,5D = D = 1 m

- Đường kính trong của cửa tháo bụi:

Kết quả tính toán hiệu quả lọc theo cỡ hạt ɳ() thể hiện trong bảng sau :

Bảng 6 : Hiệu quả lọc theo cỡ hạt η ()

1

Hiệu quả lọc theo khối lượng của hệ thống :

Bảng 7 : Bảng phân cấp cỡ hạt ban đầu của hạt bụi Đường kính

cỡ hạt d(s) (μm) – 5 0 – 10 5 0 - 20 1 0 - 30 2 0 - 40 3 0 - 50 4 ổng t

Phần trăm

00 Lượng bụi

trong 1m 3 khí thải

(mg/m3)

148,9

175,5

175,5

177,6

105

13,5

796

Hiệu quả lọc

theo cỡ hạt H% lấy

trung bình theo cỡ

hạt

9,45

38,15

78,7

100,0

100,0

- Khối lượng bụi thu được

- Khối lượng riêng của hỗn hợp khí thải ở 70oC :

hh = b.y1 + (1 – y1)kTrong đó :

Chọn chiều cao thùng chứa bụi: H’ = 0,6 m

Kích thước thùng chứa bụi : B*l = 0,4*0,4

3 Tính toán túi vải

- Lưu lượng dòng khí đi vào túi: L = 20000 m3/h

- Hàm lượng bụi: Cv = 280,7 mg/m3

- Hàm lượng bụi đi ra theo tiêu chuẩn 19:2009 Cr = 200 mg/m3

=> Hiệu suất xử lí của túi vải: η = = 28,7 %

Chọn vật liệu lọc: vải tổng hợp bền nhiệt( nhiệt độ khí thải 80oC) và hóa, giáthành rẻ, bền trong môi trường axit

3.1Kích thước túi vải

Trong đó: q: cường độ lọc Theo bảng trang 164 ô nhiễm không khí và xử lí khí

thải tập 2- Trần Ngọc Chấn đối với vải tổng hợp q = 0,5÷1 m3/m2.ph chọn q = 0,9

m3/m2.ph = 54 m3/m2.h

- Số túi vải cần: n = = = 219 (túi)

- Chọn số túi vải thiết kế là 224 túi chia thành 4 đơn nguyên mỗi đơn nguyên thiết kếthành n2 = 7 hàng mỗi hàng n1 = 8 túi

3.2 Kích thước thiết bị

- Khoảng cách giữa các túi theo chiều ngang và chiều dọc d1 = 8cm

- Khoảng cách từ túi áo ngoài cùng đến mặt trong thành thiết bị: d2 = 8cm

3.4 Khối lượng bụi thu được

- Khối lượng riêng của hỗn hợp khí thải ở 70oC : hh = b.y1 + (1 – y1)k

Trong đó :

• y1 =

• C 1 = 280,7 mg/m3

• k = 1,2 kg/m 3

Thay vào ta có phương trình: hh 0,56 = 0 hh = 1,56 kg/m3

- Lượng hệ khí đi vào túi vải

Chọn chiều cao thùng chứa bụi: H’ = 0,6 m

Kích thước thùng chứa bụi : B*l = 0,2*0,2

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ XỬ LÝ KHÍ 1.Tháp hấp thụ SO 2 , NO 2

Hấp thụ SO2, NO2 bằng huyền phù là nước vôi trong Ca(OH)2, với tỉ lệ phaloãng Ca(OH)2 4% và nước là 1:24, ⍴Ca(OH)2=2200kg/m3, ⍴H2O=1000kg/m3

Ta chọn 1 tháp hấp thụ và tính toán với tháp như sau: nhiệt độ khí thải vào thiết

bị hấp thụ là 65oC, Giả thiết nhiệt độ khói thải sau khi ra khỏi tháp là 25oC Nhiệt độlàm việc của thiết bị T=30oC , p=1atm

-Khối lượng phân tử pha loãng huyền phù:

Mhp==18,56187 kg huyền phù/ kmol huyền phù

-Khối lượng riêng pha loãng

⍴pha loãng==1022,30 kg/m 3-Phần trăm thể tích Ca(OH)2 trong huyền phù:

%V=.100%=18,587%

Ta có: = 1800 mg/m3 (70oC)

= 850 mg/m3 (25oC)-Trong tháp:

= 1800 = 2,04.10-3 kg/m3

= 850 = 0,84.10-3 kg/m3

-Đầu vào:

-Lượng mol khí NO2 đầu vào:

-Nồng độ phần mol của NO2 là:

1,12.10-4 kmol/kmol

Gđhhk = = = 805 kmol/h-Nồng độ phần mol tương đối của NO2 là:

= = 1,12.10-3 kmol/kmol-Lượng mol khí trơ là:

Gtr=Gđhhk-GđNO2= 805 – 0,9 = 804,1 kmol/h

-Đầu ra:

-Lượng mol khí NO2 đầu ra:

GcNO2 = = 0,37 kmol/h-Lượng mol khí đầu ra:

Gchhk = Gtr + GcNO2 = 804,1 + 0,37 = 804,47 kmol/h-Nồng độ phần mol của NO2 là:

= 4,6.10-4 kmol/kmol-Nồng độ phần mol tương đối của NO2 là:

= = 4,6.10-4 kmol/kmol-Lượng khí NO2 chuyển từ pha khí sang pha lỏng là:

⧍Y= Yđ -Yc = 1,12.10-4 – 4,06.10-4 = 6,4.10-4 kmol/kmol

- Hiệu suất của quá trình xử lý

Phương trình phản ứng:

2Ca(OH)2 + 4NO2 Ca(NO3)2 + Ca(NO2)2 + 2H2O (2)

- Tính toán cần để hấp thụ NO2 theo (2)

= = = 30,6 kg/h Khối lượng dung dịch Ca(OH)2 cần dùng để hấp thụ NO2:

mdd = = = 765 kg/h

 Tính toán xử lí khí SO2 với thông số sau:

Nồng độ bụi đầu vào: =800 (mg/m3)

Nồng độ bụi đầu ra tra theo cột B TCVN 19: 2009/BTNMT: 200 (mg/Nm3)

= 500(mg/Nm3)

Giả sử nhiệt độ khí thải sau khi đi qua thiết bị xử lí bụi giảm xuống còn: 65oC

= = 440,8 (mg/m3) = 440,8.0,9.1 = 396,7 (mg/m3)

- Mức độ cần thiết phải xử lí SO2 trong khí thải:

= = 50 %

- Tính toán dung dịch hấp thụ: Ca(OH)2

- Khối lượng SO2 ra khỏi tháp trong 1 giờ

Ca(OH)2 + SO2 CaSO3 + 2H2O (1)

2Ca(OH)2 + 4NO2 Ca(NO3)2 + Ca(NO2)2 + 2H2O (2)

- cần để hấp thụ SO2 theo pt (1)

= = kg/h Khối lượng dung dịch Ca(OH)2 cần dùng để hấp thụ SO2:

mdd = = = 173,4375 kg/h

 Vậy khối lượng dung dịch vôi sữa 4% cần để hấp thụ là: 173,375+765=938,44 kg/h

Khối lượng riêng của dung dịch Ca(OH)2 4% ở 25oC là:

- Thể tích dung dịch Ca(OH)2 trong 1h cung cấp vào trong tháp:

VCa(OH)2=3/h

II. Tính toán kích thước tháp hấp thụ

1. Xây dựng phương trình đường cân bằng

Phương trình đường cân bằng có dạng:

Trong đó: m = với là Hệ số Henrry (Tra bảng 3.1 – T153 – TL8) =0,09395.106 torr

p: áp suất (atm) với p = 1atm=760torr

= = 3,92.10-4 (kmol/kmol) = (1 – ) = (1 – 0,5) 3,92.10-4 = 1,96.10-4 (kmol/kmol)

Ta có

Suy ra Gx = 1,2 = 1,2 44198 = 53037,6 (kmol/h).

= = 73,5Vậy phương trình đường làm việc có dạng:

Y = 73,5X + 1,96.10-4

Khi Yđ = thay vào PTLV ta được: Xc = 2,66.10-6 (kmol/kmol)

3. Tính toán thông số thực tế của tháp đệm

Chiều cao phía trên của tháp Hđ = 1000mm = 1m

Chiều cao phía dưới của tháp Hc = 2000mm = 2m

Chọn vật liệu đệm

Do vòng sứ Rasich là loại vật liệu được dùng phổ biến để làm vật liệu đệm trongcác hệ thống xử lý khí thải Nhờ có hình dáng vật lý đặc biệt, vòng sứ Raschig có độbền cơ học và diện tích bề mặt cao hơn rất nhiều lần so với các vật liệu thông thườngkhác Với thành phần hóa học chủ yếu là SiO2, Al2O3 nên vòng sứ Rasich có khả năngchịu được nhiệt độ cao lên đến 800oC và bền vững trong môi trường có tính acid hoặcbazơ cao nên ta chọn vật liệu đệm là vòng sứ xếp lộn xộn 10x10x1,5 với bề mặt riêng

a = 440(m2/m3) Số viên trong 1 m3 là 700000 viên

Tính chiều cao làm việc của tháp

- Tính động lực trung bình theo pha khí

- Xét tại điểm M(xđ;yc):

 ∆yđ = | yc - | = 1,96.10-4 (kmol/kmol)

- Xét tại điểm N(xc;yđ)

 ∆yc = | yđ - | = 0,62.10-4 (kmol/kmol)

Vậy động lực trung bình theo pha khí: ∆ytb = =1,16.10-4 (kmol/kmol)

Chọn Ky = 1, ta có G = Ky ∆ytb.F với F là diện tích làm việc của tháp

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Trần Ngọc Chấn, “Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải - Tập 1”, nhà xuất bản Khoahọc và Kỹ thuật

2. Trần Ngọc Chấn, “Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải - Tập 2”, nhà xuất bản Khoahọc và Kỹ thuật

3. Trần Ngọc Chấn, “Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải - Tập 3”, nhà xuất bản Khoahọc và Kỹ thuật

4. TS Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông, “Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóachất - Tập 1 Bộ môn quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất (khoa Hoá, trường Đạihọc Bách Khoa Hà Nội)”, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật

5. TS Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông, “Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóachất - Tập 2 Bộ môn quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất (khoa Hoá, trường Đạihọc Bách Khoa Hà Nội)”, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật

6. TS Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông, “Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóachất - Tập 3 Bộ môn quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất (khoa Hoá, trường Đạihọc Bách Khoa Hà Nội)”, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật

7. Nguyễn Bin, “ Sổ tay quá trình tập 1”, nhà xuất bản xây dựng

8. GS.TS Nguyễn Bin, “ Các quá trình, thiết bị trong công nghệ hóa thực phẩm”, tập 4,Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật