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
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA MÔI TRƯỜNG BÀI TẬP LỚN MÔN: KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI Nhóm sinh viên thực : 03 lớp : ĐH3CM1 giảng viên hướng dẫn : ThS Mai Quang Tuấn THÀNH VIÊN NHÓM Trần Thị Hương Lan Hà Diệu Linh Nguyễn Thị Cẩm Ly Nguyễn Tiến Mạnh Bùi Bình Minh Bùi Thị Minh Đỗ Trung Nam Hoàng Văn Nam Nguyễn Hoài Nam Dương Thị Kiều Nga Hà Nội, tháng năm 2016 Bài tập lớn Xử lý khí thải MỤC LỤC SVTH: Nhóm 3_ĐH3CM1 GVHD: ThS.Mai Quang Tuấn Bài tập lớn Xử lý khí thải LỜI MỞ ĐẦU Sự tiến khoa học kỹ thuật thúc đẩy mạnh mẽ phát triển ngành sản xuất công nghiệp, làm cho xã hội loài người biến đổi rõ rệt Các nhà máy, xí nghiệp, khu công nghiệp, trại chăn nuôi tập trung hình thành tất phát triển hướng tới tạo sản phẩm mới, đáp ứng nhu cầu người tạo điều kiện sống tốt Nhưng đồng thời thải loại thất thải khác làm cho môi trường ngày trở nên xấu Các chất thải độc hại có tác động xấu tới người, sinh vật, hệ sinh thái, công trình nhân tạo Nếu môi trường tiếp tục suy thoái dẫn hậu nghiêm trọng cho loài người Vì việc bảo vệ môi trường, giảm thiểu tác động có hại chất ô nhiễm vấn đề toàn cầu Khí thải từ ống khói nhà máy, xí nghiệp, khu công nghiệp xem nguyên nhân dẫn đến tình trạng ô nhiễm không khí Các chất khí độc hại như: SO x , NOx , VOC, CO, CO2, hydocacbon, bụi dần gia tăng bầu khí Gây nên tượng, hiệu ứng nhà kính, mưa axít, sương mù quang hóa tác động xấu đến người, sinh vật hệ sinh thái, hoạt động lao động sản xuất Để bảo vệ môi trường bảo vệ cho sống người, sinh vật khí thải từ ống khói nhà máy, từ hoạt động khác cần xử lý trước thải vào môi trường không khí Hiện có nhiều phương pháp dây chuyền công nghệ để xử lý khí thải áp dụng cụ thể loại khí thảivà nhà máy Mục tiêu tập lớn Thiết kế trạm xử lý khí thải sinh hoạt cho nhà máy để khí thải sau qua hệ thống xử lý đạt QCVN 119/2009,cột B trước thải môi trường, góp phần kiểm soát ô nhiễm khí thải sinh hoạt sinh SVTH: Nhóm 3_ĐH3CM1 GVHD: ThS.Mai Quang Tuấn Bài tập lớn Xử lý khí thải LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành tập lớn này,Nhóm xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo tận tình hướng dẫn, giảng dạy suốt trình học tập, nghiên cứu rèn luyện Trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội Xin chân thành cảm ơn giúp đỡ tận tình thầy cô giáo môn công nghệ - khoa môi trường, đặc biệt thầy giáo hướng dẫn ThS Mai Quang Tuấn Các thành viên nhóm xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn tới thầy cô giáo giúp đỡ nhóm hoàn thành tập lớn Mặc dù có nhiều cố gắng để thực tập lớn cách hoàn chỉnh nhất, nhiên tránh thiếu sót Kính mong quý thầy giáo, cô giáo toàn thể bạn bè góp ý để tập lớn nhóm hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn! Hà nội, tháng năm 2016 Sinh viên Nhóm 3_DH3CM1 SVTH: Nhóm 3_ĐH3CM1 GVHD: ThS.Mai Quang Tuấn Bài tập lớn Xử lý khí thải CHƯƠNG I: XỬ LÝ SỐ LIỆU Thông số đầu vào: - Lưu lượng khí thải : L = 20.000 m3/h Bảng 1: Thành phần khí bụi S TT CHỈ TIÊU NỒNG ĐƠN VỊ 1500 800 700 1800 mg/m3 mg/m3 mg/m3 mg/m3 mg/m3 ĐỘ Bụi tổng SO2 H2S CO NO2 Bảng 2: Cỡ hạt bụi phần trăm khối lượng C ỡ hạt ÷5 ÷ 10 ÷ 20 ÷ 30 ÷ 40 ÷ 50 ÷ 60 > 60 ( µm) % 1 - Ống khói nhà máy A H ống khói = 80 m ,đường kính ống khói D = 40 cm, nhà máy A cách khu dân cư B L1 = 55 m, tốc độ gió vị trí quan trắc u = 2,5 m/s, nhiệt độ khí thải Tk = 70 oC, nhiệt độ môi trường xung quanh trung bình: T xq = 20 o C Khí cấp D Độ nhám mặt đất 0,01 - Hệ thống phát thải nằm 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 2km; sở sản xuất công nghiệp, chế biến, kinh doanh, dịch vụ hoạt động công nghiệp khác có khoảng cách đến ranh giới khu vực 2km) - Nhà A có: h = 10 m , b = 20 m , l = 40 - Nhà B có: h = 10 m , b = 20 m, l= 35 m Tính toán Cmax so sánh với QCVN 19: 2009/BTNMT Theo QCVN 19: 2009/ BTNMT nồng độ cho phép bụi chất vô khí thải công nghiệp tính theo công thức: Cmax = Kp.Kv.C Trong • C: nồng độ chất ô nhiễm quy định cột B SVTH: Nhóm 3_ĐH3CM1 GVHD: ThS.Mai Quang Tuấn Bài tập lớn Xử lý khí thải • Kv: hệ số vùng , khu vực III: Kv = • Kp: hệ số lưu lượng nguồn thải Kp : L ≤ 20.000 m3/h Kp = - Theo số liệu đầu vào, nồng độ chất vô (C 1) miệng khói có nhiệt độ 70oC, - nồng độ chất vô tối đa cho phép (C max) nhiệt độ 25oC Vậy nên, trước so sánh nồng độ để xem bụi khí thải vượt tiêu chuẩn ta cần quy đổi C1(70o C) => C2 (25oC) Đây trường hợp điều kiện đẳng áp với: Áp suất p1= p2= 760 mmHg t1 = 70oC => T1= 343 K t2=25oC => T2 =298 K Từ phương trình khí lý tưởng : PV=nRT Trong đó: • C1, T1: Nồng độ thành phần khí thải (mg/m 3) nhiệt độ tuyệt đối T1= 343 K • C2, T2 : Nồng độ thành phần khí thải (mg/Nm 3) nhiệt độ tuyệt đối T = 298 K Áp dụng công thức ta có bảng nồng độ chất ô nhiễm ở 70 oC 25oC Bảng 3: Nồng độ chất ô nhiễm ở nhiệt độ 70 oC, 25oC So sánh với QCVN 19-2009( cột B) Nồng Nồng độ Cmaxcho phép C độ chất ô chất ô nhiễm ở ( TheoQCVN19 nhiễm ở 70oC 25oC hỉ tiêu :2009) xét (mg/m3) (mg/m ) (mg/Nm3) B ụi tổng S O2 H S C O N O2 Nhận 1500 1500 200 Xử lý 800 920,8 500 Xử lý 5,8 7,5 700 805,7 1000 1800 2071 850 Khôn g xử lý Khôn g xử lý Xử lý Bảng cho thấy nồng độ thông số bụi tổng, SO 2, NO2 vượt tiêu chuẩn cho phép nên cần xử lý thông số SVTH: Nhóm 3_ĐH3CM1 GVHD: ThS.Mai Quang Tuấn Bài tập lớn Xử lý khí thải CHƯƠNG II:TÍNH TOÁN KHUẾCH TÁN Ô NHIỄM Tính toán lan truyền chất ô nhiễm 1.1 Xác định đặc điểm nguồn thải Xét nhà A có: h = 10 m b = 20 m < 2,5 h —» nhà A nhà hẹp Xét nhà B có: h = 10 m b = 20 m < 2,5 h —» nhà B nhà hẹp X1 =35 m < 10h —» A B nhóm nhà Vậy chiều cao giới hạn ống khói tính theo công thức: Hgh = 0,36( bz + X1) + h’ (trong h’ chiều cao nhà B = 10m) Hgh =0,36( bz + X1) + h’ =0,36( Theo Davidson ta có Trong đó: + w = = = 44,2 (m/s) + u = u60 =u10./s) Vậy = 18 (m) Hhq = H = 90 + 18 = 108 (m) > Hgh = 25(m) Vậy nguồn phát thải nguồn cao 1.2 Tính toán nồng độ chất ô nhiễm ở 1km, 2km, 3km so với nguồn thải = EXP Thông số cần tính = 20,48.10-6 (Pa.s) u = 2,5 m/s = 2000 kg/m3 g = 9,81 m/s2 , tra vị trí x= 1, 2, km SVTH: Nhóm 3_ĐH3CM1 GVHD: ThS.Mai Quang Tuấn km km km 32,5 52 65 Bài tập lớn Xử lý khí thải 75,2 139,5 200 Hhq= 108 m M: tải lượng chất ô nhiễm tính theo công thức: M= L.C (g/s) M= C L = 1,5 20000 = 30000 = 8,33 (g/s) = 0,066 (m/s) - x = km =EXP = 9,28.10-6 - x = km =EXP = 0,38.10-6 - x = km =EXP = 0,27.10-6 1.3 Tính Cmax vị trí xuất Cmax Áp dụng công thức Bosanquet Pearson ta có - Trị số nồng độ cực đại Cmax = = = 10-5 (g/m3) - Khoảng cách từ nguồn đến vị trí có nồng độ cực đại xM = = = 1080 (m) CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG XỬ LÝ I XỬ LÝ BỤI Ta có hàm lượng bụi đầu vào C = 1500 mg/m 3; hàm lượng bụi yêu cầu sau xử lí C1 = 200 mg/m3 Hiệu suất xử lí bụi đạt yêu cầu : H = 100 = 100% = 87 % Với thành phần bụi bảng ta dùng buồng lắng bụi để xử lí Chọn: - Khối lượng đơn vị bụi: = 2000 kg/m3 - Khối lượng đơn vị không khí 20: = 1,2 kg/m3 - = 17,17.10-6 Pa.s (T.16 – ÔNKK XLKT tập – GS.PTS Trần Ngọc Chấn) SVTH: Nhóm 3_ĐH3CM1 GVHD: ThS.Mai Quang Tuấn Bài tập lớn - Xử lý khí thải Tính toán buồng lắng: Lưu lượng dòng khí vào 20000 m3/h nên ta sử dụng buồng lắng Lưu lượng khí vào buồng lắng L1 = = = 5000 (m3/h) Ta có phương trình buồng lắng: Bl = Hệ số nhớt động lực không khí 70 (áp dụng công thức 5.14) [2] = = 17,17.10-6 = 20,48.10-6 (Pa.s) Chọn đường kính giới hạn hạt bụi buồng lắng ta có: Bl = = = 10,4 (m2) Ta chọn chiều rộng B = 2,5 (m); chiều dài buồng lắng l = 4,2 (m) Khi ta có đường kính giới hạn hạt bụi là: = = = 4,99.10-5 (m) = 50 Thỏa mãn đường kính giới hạn - Chọn vận tốc khí buồng lắng u = 0,3 m/s (< m/s) (Tr.64) [2] ) - Khi chiều cao buồng lắng: H = = = 1,85 (m) Kiểm tra lại kích thước buồng lắng: - Thời gian lưu cỡ hạt bụi 50m dòng khí thải bên buồng lắng: - = 14 (s) Đối với hạt bụi vận tốc rơi giới hạn tuân theo định luật Stokes m/s Thời gian lắng hạt bụi cỡ 50m là: s đảm bảo hạt bụi cỡ 50m lắng hoàn toàn buồng lắng Kiểm tra hiệu lọc buồng lắng theo cỡ hạt theo công thức L1 = 5000 m3/h = 1,38 m3/s ɳ()= 5,555 = 5,555 = 4.1010 Bảng : Hiệu lọc theo cỡ hạt buồng lắng C ỡ hạt H iệu suất 1 SVTH: Nhóm 3_ĐH3CM1 GVHD: ThS.Mai Quang Tuấn 0 6 00 > 60 00 00 Bài tập lớn Xử lý khí thải Bảng : Phân cấp theo cỡ hạt bụi sau khỏi buồng lắng cỡ hạt -5 50 - 10 - 20 - 30 - 40 - 50 phân cấp cỡ hạt ban đầu lượng bụi m3 50 (mg/m3) 80 95 hiệu lọc theo cỡ hạt ,5 ,5 lượng bụi lại sau buồng 48,9 75,5 lắng(mg/m ) 75,5 phân câp cỡ hạt 8,7 2 2 40 2 05 00 3,5 ,8 t ổng 1 3,2 65 > 2,3 1 70 77,6 10 60 – 60 00 500 mg/m3 - 00 96 (mg/m3) - - 00% Hiệu suất xử lí bụi buồng lắng là: = = × 100%= 46,9 % < 87 % Như xử lý bụi buồng lắng chưa đạt yêu cầu xử lí nên ta tiếp tuc xử lí bụi xyclon Tính toán xyclon - Nhiệt độ khí thải vào thiết bị : 70oC - Với lưu lượng L = 20000 m3/ h - Chọn xyclon làm việc song song => Lưu lượng tính cho xiclon : L’= 20000/2 = 10000 m3/h - Nồng độ bụi đầu vào: Cv = 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 xử lý khí thải – tập – GS.TS Trần Ngọc Trấn): SVTH: Nhóm 3_ĐH3CM1 GVHD: ThS.Mai Quang Tuấn 10 Bài tập lớn Xử lý khí thải - Đường kính thân hình trụ (đường kính xiclon): D (m) - Bán kính thân hình trụ: r2 = 0,5.D - Đường kính ống trung tâm : d1= 0,5.D - Bán kính ống trung tâm: r1 = 0,5.d1 = 0,25D - Chiều dài miệng ống dẫn khí vào: a = 0,5D - Chiều rộng miệng ống dẫn khí vào: b = 0,2D - Chiều cao thân hình trụ: h = 1,5D - Chiều cao thiết bị xiclon: H = 1,5D+2,5D = 4.D - Chiều cao phần bên ống trung tâm: h1 = 0,5 D - Chiều cao ống trung tâm : h2 = h1+ 0,5D = D - Đường kính cửa tháo bụi: d3=( 0,3÷0,4).D - Xác định đường kính xiclon (D) Chọn = 20 µm = 10-5 m = (1) Trong : l = h – a = 1,5D – 0,5D = D + µ= 20,48.10-6 (Pa.s) : độ nhớt động lực + n: số vòng quay dòng khí xiclon (vòng/s) = (vòng/s) + ve : vận tốc khí ống dẫn vào xiclon SVTH: Nhóm 3_ĐH3CM1 GVHD: ThS.Mai Quang Tuấn 11 Bài tập lớn Xử lý khí thải ve = = (m/s) Thay n = ; r2 = 0,5.D ; 0,25D vào (1) ta có = = D = = = 0,99 (m) Chọn đường kính xyclon D = m Khi = = 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 = 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 = 0,25 m - Chiều dài miệng ống dẫn khí vào: a = 0,5D = 0,5 m - Chiều rộng miệng ống dẫn khí vào: b = 0,2D = 0,2 = 0,2 m - Chiều cao thân hình trụ: h = 1,5D = 1,5 = 1,5 m - Chiều cao thiết bị xiclon: H = 1,5D+2,5D = 4.D = = m - Chiều cao phần bên ống trung tâm: h1 = 0,5 D = 0,5 = 0,5 m - Chiều cao ống trung tâm : h2 = h1+ 0,5D = D = m - Đường kính cửa tháo bụi: d3 = ( 0,3÷0,4).D = 0,3 ÷ 0,4 m => Chọn d3 = 0,3m Hiệu lọc theo cỡ hạt xiclon : ɳ(d) = x 100% Với : • n = = = 9,4 (vòng/s) • α = - =- 9,42 = -8.109 Kết tính toán hiệu lọc theo cỡ hạt ɳ() thể bảng sau : Bảng : Hiệu lọc theo cỡ hạt η() (μm) SVTH: Nhóm 3_ĐH3CM1 GVHD: ThS.Mai Quang Tuấn 12 Bài tập lớn Xử lý khí thải η (%) 8,9 7,4 00 1 00 00 00 Hiệu lọc theo khối lượng hệ thống : Bảng : Bảng phân cấp cỡ hạt ban đầu hạt bụi Đường kính cỡ hạt d(s) (μm) –5 Phần trăm khối lượng (%) 8,7 Lượng bụi 1m3 khí thải 48,9 (mg/m3) Hiệu lọc theo cỡ hạt H% lấy trung bình theo cỡ ,45 hạt Lượng bụi lại sau qua 34,8 xiclon (mg/m3) – 10 - 20 2 2 8,15 1 96 _ 00,0 ,0 00 3,5 00,0 ,0 1 t ổng ,8 05 00,0 7,4 1 - 50 3,2 77,6 8,7 08,5 75,5 - 40 2,3 75,5 - 30 ,0 80,7 - Hiệu suất làm xiclon: • • • - = 100% = 64,7 % Nhận thấy hàm lượng bụi sau xử lí xyclon 280,7 mg/m3 > 200 mg/m3 theo quy chuẩn nên ta tiếp tục xử lí bụi túi vải - Khối lượng bụi thu Khối lượng riêng hỗn hợp khí thải 70oC : hh = b.y1 + (1 – y1)k Trong : y1 = C1 = 796 mg/m3 k = 1,2 kg/m Thay vào ta có phương trình: hh 1,59 =0 hh = 1,99 kg/m Lượng hệ khí vào xyclon Gv = hh L = 1,99.20000 = 39800 (kg/h) Nồng độ bụi hệ khí vào thiết bị túi vải (% khối lượng) yv = = 100% = 0,04 % Nồng độ bụi hệ khí khỏi thiết bị: yr = yv (1- η) = 0,04% (1 – 0,647) = 0,014 % Lượng hệ khí khỏi thiết bị SVTH: Nhóm 3_ĐH3CM1 GVHD: ThS.Mai Quang Tuấn 13 Bài tập lớn Xử lý khí thải Gr = Gv = 39800 = 39789,7 (kg/h) - Lượng khí hoàn toàn: Gs = Gv = 39800 = 39784 (kg/h) Lưu lượng hệ khí khỏi thiết bị: Lr = = = 33158 (kg/h) Năng suất thiết bị lọc theo lượng khí hoàn toàn: Ls = = = 33153 (kg/h) Lượng bụi thu được: Gb = Gv - Gr = 39800 – 39789,7 = 10,3 (kg/h) Khối lượng bụi thu ngày: m = 10,3.16 = 164,8 (kg/ngày) Thể tích bụi thu ngày : V = = = 0,08 (m3/ngày) Chọn chiều cao thùng chứa bụi: H’ = 0,6 m Kích thước thùng chứa bụi : B*l = 0,4*0,4 Tính toán túi vải - Lưu lượng dòng khí vào túi: L = 20000 m3/h - Hàm lượng bụi: Cv = 280,7 mg/m3 - Hàm lượng bụi theo tiêu chuẩn 19:2009 Cr = 200 mg/m3 => Hiệu suất xử lí túi vải: η = = 28,7 % Chọn vật liệu lọc: vải tổng hợp bền nhiệt( nhiệt độ khí thải 80 oC) hóa, giá thành rẻ, bền môi trường axit 3.1 Kích thước túi vải - Đường kính túi : D = 125 ÷ 300 mm chọn D = 200 mm = 0,2 m - Chiều dài l = ÷ 3,5m chọn l = m - Diện tích túi vải: Stúi = = = 0,2 = 1,88 (m2) - Chọn hiệu suất bề mặt lọc: η = 90% - Diện tích bề mặt lọc: S = = = 411,5 (m2) - Trong đó: q: cường độ lọc Theo bảng trang 164 ô nhiễm không khí xử lí khí thải tập 2- Trần Ngọc Chấn vải tổng hợp q = 0,5÷1 m 3/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 224 túi chia thành đơn nguyên đơn nguyên thiết kế thành n2 = hàng hàng n1 = túi 3.2 Kích thước thiết bị - Khoảng cách túi theo chiều ngang chiều dọc d1 = 8cm - Khoảng cách từ túi áo đến mặt thành thiết bị: d2 = 8cm SVTH: Nhóm 3_ĐH3CM1 GVHD: ThS.Mai Quang Tuấn 14 Bài tập lớn Xử lý khí thải - Chọn đế dày thành thiết bị: = 0,003 m - Chiều dài đơn nguyên: L1 = D.n + (n1-1)d + +2d2 = 0,28 +(8-1)0,08 + 23 + 20,08 = 2,3 m - Chiều rộng đơn nguyên là: B1 = D n2 + (n2 – 1) d1 + 2d2 + = 0,2 + (7 – 1) 0,08 +2 0,08 + 0,003 = m 3.3 Tính toán trở lực thiết bị = A Trong đó: • A: hệ số thực nghiệm kể đến độ ăn mòn độ bẩn A = 0,25÷2,5, chọn A=2 • n: hệ số thực nghiệm, n= 1,25÷1,3 Chọn n= 1,3 • q = 54 m3/m2.h Vậy : = A qn = 2.541,3 = 357,4 (N/m2) 3.4 Khối lượng bụi thu - Khối lượng riêng hỗn hợp khí thải 70oC : hh = b.y1 + (1 – y1)k Trong : • y1 = • C1 = 280,7 mg/m3 • k = 1,2 kg/m3 Thay vào ta có phương trình: hh 0,56 = hh = 1,56 kg/m3 - Lượng hệ khí vào túi vải Gv = hh L = 1,56.20000 = 31200 (kg/h) - Nồng độ bụi hệ khí vào thiết bị túi vải (% khối lượng) yv = = 100% =0,018 % - Nồng độ bụi hệ khí khỏi thiết bị: yr = yv (1- η) = 0,018 (1 – 0,287) = 0,013% - Lượng hệ khí khỏi thiết bị Gr = Gv = 31200 = 31198 (kg/h) - Lượng khí hoàn toàn: Gs = Gv =31200 = 31194 (kg/h) - Lưu lượng hệ khí khỏi thiết bị: Lr = = = 25998 (kg/h) - Năng suất thiết bị lọc theo lượng khí hoàn toàn: Ls = = = 25995 (kg/h) - Lượng bụi thu được: Gb = Gv - Gr = 31200 – 31198 = (kg/h) - Khối lượng bụi thu ngày: m = 2.16 = 32 (kg/ngày) - Thể tích bụi thu ngày : V = = = 0,016 (m3/ngày) Chọn chiều cao thùng chứa bụi: H’ = 0,6 m Kích thước thùng chứa bụi : B*l = 0,2*0,2 SVTH: Nhóm 3_ĐH3CM1 GVHD: ThS.Mai Quang Tuấn 15 Bài tập lớn Xử lý khí thải CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ XỬ LÝ KHÍ 1.Tháp hấp thụ SO2, NO2 Hấp thụ SO2, NO2 huyền phù nước vôi Ca(OH) 2, với tỉ lệ pha loãng Ca(OH)2 4% nước 1:24, ⍴Ca(OH)2=2200kg/m3, ⍴H2O=1000kg/m3 Ta chọn tháp hấp thụ tính toán với tháp sau: nhiệt độ khí thải vào thiết bị hấp thụ 65oC, Giả thiết nhiệt độ khói thải sau khỏi tháp 25oC Nhiệt độ làm việc 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/m3 -Phần trăm thể tích Ca(OH)2 huyền phù: %V=.100%=18,587% I.1 Xử lí NO2 dùng tháp đệm với dung môi sử dụng dung dịch Ca(OH)2 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 NO2 là: 1,12.10-4 kmol/kmol Gđhhk = = = 805 kmol/h -Nồng độ phần mol tương đối NO2 là: SVTH: Nhóm 3_ĐH3CM1 GVHD: ThS.Mai Quang Tuấn 16 Bài tập lớn Xử lý khí thải = = 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 NO2 là: = 4,6.10-4 kmol/kmol -Nồng độ phần mol tương đối 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 trình xử lý = = 60% - Khối lượng NO2 vào tháp = L = 20000.1800 = 36.106 (mg/h) = 36 (kg/h) - Khối lượng NO2 khỏi tháp = L = 20000.850 = 17 (kg/h) - Khối lượng NO2 giữ lại = 36 – 17 = 19 (kg/h) - Thể tích NO2 bị giữ lại tháp V = = = 17,3 (m3/h) - Nồng độ NO2 khỏi tháp = (1 – η) = 1800 (1 – 0,6) = 720 (mg/m3) Tính toán lượng dung dịch sữa vôi cần dùng: SVTH: Nhóm 3_ĐH3CM1 GVHD: ThS.Mai Quang Tuấn 17 Bài tập lớn Xử lý khí thải 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 I.2 Xử lí SO2 dùng tháp đệm với dung môi sử dụng dung dịch Ca(OH)2 Tính toán xử lí khí SO2 với thông số sau: Nồng độ bụi đầu vào: =800 (mg/m3) Nồng độ bụi đầu tra theo cột B TCVN 19: 2009/BTNMT: 200 (mg/Nm 3) = 500(mg/Nm3) Giả sử nhiệt độ khí thải sau 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 khí thải: = = 50 % - Tính toán dung dịch hấp thụ: Ca(OH)2 - Khối lượng SO2 khỏi tháp = L = 20000.800 = 16.106 (mg/h) = 16 (kg/h) - Khối lượng SO2 khỏi tháp = L = 20000.500 = 107 (kg/h) - Khối lượng SO2 giữ lại = 16, – 10 = (kg/h) Ta có Phương trình phản ứng: 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: SVTH: Nhóm 3_ĐH3CM1 GVHD: ThS.Mai Quang Tuấn 18 Bài tập lớn Xử lý khí thải 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 dung dịch Ca(OH)2 4% 25oC là: - Thể tích dung dịch Ca(OH)2 1h cung cấp vào tháp: VCa(OH)2=3/h II Tính toán kích thước tháp hấp thụ Xây dựng phương trình đường cân Phương trình đường cân có dạng: Trong đó: m = với 0,09395.106 torr Hệ số Henrry (Tra bảng 3.1 – T153 – TL8) p: áp suất (atm) với p = 1atm=760torr m = = 123,6 Vậy PTCB: y = 123,6x Xây dựng phương trình đường làm việc 0,283(kmol/h) = 721,6 (kmol/h) Gtrơ = - = 721,6 – 0,283=721,317 (kmol/h) Nồng độ phần mol SO2 = = 3,92.10-4 (kmol/kmol) = (1 – ) = (1 – 0,5) 3,92.10-4 = 1,96.10-4 (kmol/kmol) = =3,92.10-4 (kmol/kmol) = = 1,96.10-4 (kmol/kmol) - Giả sử nước ban đầu không chứa SO2 nên Xđ = xđ = (kmol/kmol) - Phương trình cân vật chất : Có Xđ = nên Phương trình đường làm việc có dạng : Ta có SVTH: Nhóm 3_ĐH3CM1 GVHD: ThS.Mai Quang Tuấn 19 = Bài tập lớn = => = Xử lý khí thải (1) thay vào (1) ta được: =3,2.10-6 (kmol/kmol) = 721,6× = 44198 (kmol/h) Lượng dung môi thực tế thiết bị hấp thụ không đạt cân pha điều có nghĩa nồng độ cân lớn nồng độ thực tế Lượng dung môi thực tế lấy (1,2 ÷ 1,5) lượng dung môi tối thiểu Suy Gx = 1,2 = 1,2 44198 = 53037,6 (kmol/h) = = 73,5 Vậy 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) Tính toán thông số thực tế tháp đệm Tính đường kính tháp Chọn vận tốc khí làm việc tháp wy = 1,4 (m/s) D= Ta có đường kinh tháp: L ( m) 0, 785.ω = = 2,3 (m) Do lưu lượng khí thải lớn ta chia làm tháp mắc song song Khi đường kính tháp là: D = = 1,62 (m) lấy 1,7 (m) Tra bảng ta được: Chiều cao phía tháp Hđ = 1000mm = 1m Chiều cao phía tháp Hc = 2000mm = 2m Chọn vật liệu đệm Do vòng sứ Rasich loại vật liệu dùng phổ biến để làm vật liệu đệm hệ thống xử lý khí thải Nhờ có hình dáng vật lý đặc biệt, vòng sứ Raschig có độ bền học diện tích bề mặt cao nhiều lần so với vật liệu thông thường khác Với thành phần hóa học chủ yếu SiO 2, Al2O3 nên vòng sứ Rasich có khả chịu nhiệt độ cao lên đến 800 oC bền vững môi trường có tính acid bazơ cao nên ta chọn vật liệu đệm vòng sứ xếp lộn xộn 10x10x1,5 với bề mặt riêng a = 440(m2/m3) Số viên m3 700000 viên SVTH: Nhóm 3_ĐH3CM1 GVHD: ThS.Mai Quang Tuấn 20 Bài tập lớn Xử lý khí thải Tính chiều cao làm việc tháp - Tính động lực trung bình theo pha khí - Xét điểm M(xđ;yc): ∆yđ = | yc - | = 1,96.10-4 (kmol/kmol) - Xét 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 diện tích làm việc tháp F = = = = 1219,3(m2) Thể tích làm việc tháp hấp thụ Vlv = = = 2,77(m3) Chiều cao làm việc tháp: Hlv = = = 1,2 (m) Vậy chiều cao thực tế tháp H = Hđ + Hlv + Hc = + + 1,2 = 4,2 m SVTH: Nhóm 3_ĐH3CM1 GVHD: ThS.Mai Quang Tuấn 21 Bài tập lớn Xử lý khí thải TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Ngọc Chấn, “Ô nhiễm không khí xử lý khí thải - Tập 1”, nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Trần Ngọc Chấn, “Ô nhiễm không khí xử lý khí thải - Tập 2”, nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Trần Ngọc Chấn, “Ô nhiễm không khí xử lý khí thải - Tập 3”, nhà xuất Khoa học Kỹ thuật TS Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông, “Sổ tay trình thiết bị công nghệ hóa chất - Tập Bộ môn trình thiết bị công nghệ hoá chất (khoa Hoá, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội)”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật TS Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông, “Sổ tay trình thiết bị công nghệ hóa chất - Tập Bộ môn trình thiết bị công nghệ hoá chất (khoa Hoá, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội)”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật TS Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông, “Sổ tay trình thiết bị công nghệ hóa chất - Tập Bộ môn trình thiết bị công nghệ hoá chất (khoa Hoá, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội)”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Nguyễn Bin, “ Sổ tay trình tập 1”, nhà xuất xây dựng GS.TS Nguyễn Bin, “ Các trình, thiết bị công nghệ hóa thực phẩm”, tập 4, Nhà xuất khoa học kỹ thuật SVTH: Nhóm 3_ĐH3CM1 GVHD: ThS.Mai Quang Tuấn 22 [...]... 3_ĐH3CM1 GVHD: ThS.Mai Quang Tuấn 21 Bài tập lớn Xử lý khí thải TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Trần Ngọc Chấn, “Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải - Tập 1”, nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật 2 Trần Ngọc Chấn, “Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải - Tập 2”, nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật 3 Trần Ngọc Chấn, “Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải - Tập 3”, nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật 4 TS Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng... ThS.Mai Quang Tuấn 15 Bài tập lớn Xử lý khí thải CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ XỬ LÝ KHÍ 1.Tháp hấp thụ SO2, NO2 Hấp thụ SO2, NO2 bằng huyền phù là nước vôi trong Ca(OH) 2, với tỉ lệ pha loãng 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... % Nồng độ bụi hệ khí đi ra khỏi thiết bị: yr = yv (1- η) = 0,04% (1 – 0,647) = 0,014 % Lượng hệ khí đi ra khỏi thiết bị SVTH: Nhóm 3_ĐH3CM1 GVHD: ThS.Mai Quang Tuấn 13 Bài tập lớn Xử lý khí thải Gr = Gv = 39800 = 39789,7 (kg/h) - Lượng khí sạch hoàn toàn: Gs = Gv = 39800 = 39784 (kg/h) Lưu lượng hệ khí đi ra khỏi thiết bị: Lr = = = 33158 (kg/h) Năng suất của thiết bị lọc theo lượng khí sạch hoàn toàn:... SVTH: Nhóm 3_ĐH3CM1 GVHD: ThS.Mai Quang Tuấn 17 Bài tập lớn Xử lý khí thải 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 I.2 Xử lí SO2 dùng tháp đệm với dung môi sử dụng là dung dịch Ca(OH)2 Tính toán xử lí khí SO2 với thông số sau: Nồng độ bụi đầu vào:... 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 : vận tốc của khí ở ống dẫn vào xiclon SVTH: Nhóm 3_ĐH3CM1 GVHD: ThS.Mai Quang Tuấn 11 Bài tập lớn Xử lý khí thải 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... I.1 Xử lí NO2 dùng tháp đệm với dung môi sử dụng là dung dịch Ca(OH)2 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: SVTH: Nhóm 3_ĐH3CM1 GVHD: ThS.Mai Quang Tuấn 16 Bài tập lớn Xử lý khí thải. .. η() (μm) 5 1 0 SVTH: Nhóm 3_ĐH3CM1 GVHD: ThS.Mai Quang Tuấn 2 0 3 0 12 4 0 5 0 Bài tập lớn Xử lý khí thải η (%) 1 8,9 5 7,4 1 00 1 1 00 00 1 00 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 Phần trăm khối lượng (%) 8,7 1 Lượng bụi trong 1m3 khí thải 48,9 (mg/m3) Hiệu quả lọc theo cỡ hạt H% lấy trung bình theo cỡ ,45 hạt... 1 m3 là 700000 viên SVTH: Nhóm 3_ĐH3CM1 GVHD: ThS.Mai Quang Tuấn 20 Bài tập lớn Xử lý khí thải 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.. .Bài tập lớn Xử lý khí thải - Đường kính thân hình trụ (đường kính xiclon): D (m) - Bán kính thân hình trụ: r2 = 0,5.D - Đường kính ống trung tâm : d1= 0,5.D - Bán kính ống trung tâm: r1 = 0,5.d1 = 0,25D - 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 -... đường làm việc có dạng : Ta có SVTH: Nhóm 3_ĐH3CM1 GVHD: ThS.Mai Quang Tuấn 19 = Bài tập lớn = => = Xử lý khí thải (1) thay vào (1) ta được: =3,2.10-6 (kmol/kmol) = 721,6× = 44198 (kmol/h) Lượng dung môi thực tế vì trong các thiết bị hấp thụ không bao giờ đạt được cân bằng giữa các pha điều đó có nghĩa nồng độ cân bằng luôn lớn hơn nồng độ thực tế Lượng dung môi thực tế lấy bằng (1,2 ÷ 1,5) lượng dung