Đồ án xử lý khí thải: biện pháp xử lý khí thải cho các ngành công nghiệp

MỤC LỤC MỞ ĐẦU 2 CHƯƠNG II. TÍNH TOÁN HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ THẢI 3 I , KHUẾCH TÁN 3 1.1. Kết luận 5 1.2. Tính toán lan truyền ô nhiễm không khí 6 1.3 Lựa chọn phương pháp xử lý 13 1.4 Sơ đồ quy trình công nghệ 16 II,Xử lý bụi 17 1.1 Các thông số đầu vào 17 1.2.Tính toán kích thước buồng lắng 17 1.3 TÚI LỌC VẢI 21 III.Xử lý SO2 VÀ H2S bằng phương pháp hấp thụ 25 TÀI LIỆU THAM KHẢO 40

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 2

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ THẢI 3

I , KHUẾCH TÁN 3

1.1 Kết luận 5

1.2 Tính toán lan truyền ô nhiễm không khí 6

1.3 Lựa chọn phương pháp xử lý 13

1.4 Sơ đồ quy trình công nghệ 16

II,Xử lý bụi 17

1.1 Các thông số đầu vào 17

1.2.Tính toán kích thước buồng lắng 17

1.3 TÚI LỌC VẢI 21

III.Xử lý SO 2 VÀ H 2 S bằng phương pháp hấp thụ 25

TÀI LIỆU THAM KHẢO 40

MỞ ĐẦU

Hiện nay vấn đề ô nhiễm không khí không còn là vấn đề riêng lẻ của mộtquốc gia hay một khu vực mà nó đã trở thành vấn đề toàn cầu Thực trạngphát triển kinh tế - xã hội của các quốc gia trên thế giới trong thời gian qua đã

có những tác động lớn đến môi trường và đã làm cho môi trường sống củacon người bị thay đổi và ngày càng trở nên tồi tệ hơn Những năm gần đây,nhân loại đã phải quan tâm nhiều hơn đến vấn đề ô nhiễm môi trường khôngkhí, đó là : sự biến đổi của khí hậu – nóng lên toàn cầu, suy giảm tầng ozon,mưa axit, các bệnh về đường hô hấp… Nguyên nhân chủ yếu là sự phát thảikhí thải từ các nhà máy, khu công nghiệp, các phương tiện giao thông Khíthải trong các ngành công nghiệp hiện nay đã và đang gây ra những ảnhhưởng lớn tới thành phần môi trường không khí trên Trái Đất Đặc biệt đốivới môi trường không khí, khí thải từ các hoạt động công nghiệp có thể chứa

nghiệp đều có đặc tính khí thải khác nhau, dựa vào đặc tính của từng khí thảicủa từng ngành nghề mà chúng ta có các biện pháp và hướng giải quyết khácnhau để hạn chế tối đa sự phát thải khí ra ngoài môi trường

Tuy nhiên, còn nhiều nhà máy vẫn chưa đáp ứng được việc giải quyết các vấn

đề gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt chưa giải quyết được tình trạng ô nhiễmtrong không khí từ các nhà máy ra ngoài môi trường Xuất phát từ vấn đề trên,trong đồ án khí thải này, em đề xuất một số biện pháp xử lý khí thải cho cácngành công nghiệp giúp giải quyết các vấn đề ô nhiễm môi trường không khí

TRẦN THỊ HUYỀN –ĐH2CM2 Page 2

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI

CHƯƠNG II.

TÍNH TOÁN HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ THẢI

I , KHUẾCH TÁN

Công suất làm việc: L=30000 m3/h =8,333m3/s

bụi và các chất vô cơ

nghiệp được tính theo công thức:

Cmax = C * Kp * Kv

Trong đó:

-Cmax là nồng độ tối đa cho phép của bụi và các chất vô cơ trong khíthải công nghiệp,(mg/m3);

- C là nồng độ của bụi và các chất vô cơ quy định tại mục 2.2;

- Kp là hệ số lưu lượng nguồn thải quỵ định tại mục 2.3;

- Kv là hệ số vùng, khu vực quỵ định tại mục 2.4

Do nhà máy hoại động sau ngày 16/01/2007 nên C được lấy ở cột B,

bảng1 - QCVN 19: 2009/BTNMT Nhà máy xây dựng ở nông thôn nên

Kv = 1

Ngoài ra, công suất làm việc của nhà máy:

Q= 30000 m3/h > 20000m3/h

Ta có bảng 1: Nồng độ tối đa cho phép đối với hạt bụi và các chất vô cơtrong khí thải công nghiệp

Thành

phần

Ctt(mg/m3)

(mg/m3)

Cmax(mg/m3)

Tử bảng 1, so sánh Ctt và Cmax, ta nhận thấy hàm lượng bụi và Clo, SO2,

trước khi đưa ra ngoài

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

tiêu chuẩn ta cần quy đổi

C2 = C1 x T 1 T 2 = C1 x 423298

Trong đó:

nhiệt độ tuyệt đối T1=423oF

nhiệt độ tuyệt đối T2=298oFBảng 2.Nồng độ các thành phần trong khói thải ở 25oC

Trong đó:

: Hiệu xuất tối thiểu để xử lý từng chỉ tiêu

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

Cr: Hàm lượng chất X trong hỗn hợp khí thải ra (mg/m3) ở 25oC

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

Thành phần

1.2 Tính toán lan truyền ô nhiễm không khí

a Xác định nguồn thải là nguồn cao hay nguồn thấp

 Ta có: 20oC < ∆ t = t k − ¿ t xq = 100 – 25 = 75oC < 100oC Nguồn thải lànguồn nóng

Ta có: bA = 6 (m) <2,5hA = 2,5 × 3= 7,5 (m)  Nhà máy A là tòa nhàhẹp

lA = 45 (m) > 10hA = 10 × 3 = 30 (m)  Nhà máy A là tòa nhà dài

 Nhà máy A là tòa nhà hẹp, dài

Ta có: bB =45 (m) > 2,5hB = 2,5 × 7 = 17,5 (m)Khu dân cư B là khudân cư rộng

TRẦN THỊ HUYỀN –ĐH2CM2 Page 6

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI

lB = 90 > 10hB = 10 × 7 = 70 (m)  Khu dân cư B là khu dân cưdài.

 Khu dân cư B là khu dân cư rộng,dài

Do gió thổi từ nhà A đến nhà B mà nhà A là nhà hẹp đứng đầu gió nên:

x1 = L1 = 20 (m) < 10hA = 10 × 3 = 30 (m)

 Nhà máy A và khu dân cư B là cùng nhóm nhà

Hgh : Chiều cao giới hạn của nguồn điểm (m)

bz : Khoảng cách từ mặt sau ( mặt làm chuẩn ) của nhà đến nguồn thải.(m)

x1: khoảng cách của 2 nhà (m)

H n h ' : Chiều cao nhà B (m)

Thải – Trường Đại Học Tài Nguyên Và Môi Trường Hà Nội)

Độ nâng của luồng khói là: ∆h = D (ω u)1,4(1+∆ T

T K )

Trong đó: ∆h: độ nâng của luồng khói,m ;

D: đường kính của miệng ống khói, D= 1500mm=1,5m;

ω : vận tốc ban đầu của luồng khói tại miệng ống khói, m/s;

u : vận tốc gió, m/s

Tk : nhiệt độ tuyệt đối của khói tại miệng ống khói, Tk = 373K ∆ T : chênh lệch nhiệt độ giữa khói và nhiệt độ xung quanh

∆ T = Tk – Txq = 100 – 25 =75oC

- Vận tốc ban đầu của luồng khói tại miệng ống khói là : ω = 4 L

u25: vận tốc gió tại độ cao z (z= 25m ),m/s

u10 : vận tốc gió tại độ cao đặt máy quan trắc (z1= 10m), u10 = 2 m/s

n : chỉ số mũ ( Do khí quyển ở mức trung tính, độ ghồ ghề mặt đất là0,01m nên tra bảng 2.1 Giáo trình kỹ thuật xử lý khí thải ta có n = 0,12 )

> Độ nâng của luồng khói: ∆h = D (ω u)1,4(1+∆ T

T K ) = 1,5 (4,722,23)1,4(1+ 75

423) =5,05(m)

 Độ cao hiệu quả của nguồn thải là: Hhq = Hô + ∆ h = 25 + 5,05 = 30,05(m)

Trong đó: Hhq : là độ cao hiệu quả của nguồn thải , m;

Hô : là chiều cao thực của nguồn thải, Hô = 25m;

∆ h : là độ cao nâng của nguồn thải, ∆ h = 5,05 m;

Do Hhq = 30,05 (m) >Hgh = 15,64(m)

 Đây là nguồn thải cao

b.Tính toán khuếch tán chất chất ô nhiễm từ nguồn điểm cao

Theo QCVN 05:2009/ BTNMT và QCVN 06:2009/BTNMT Quy chuẩn kỹthuật quốc gia về chất lượng không khí xung quanh thì nồng độ tối đa chophép của một số khí độc trong không khí xung quanh là:

bình

Nồng độ cho phép(µg/m3)

06:2009/BTNMT

TRẦN THỊ HUYỀN –ĐH2CM2 Page 8

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI

- Vị trí xuất hiện Cmax

Ta có : δ z¿ ¿ = 30,05

√2 = 21,249

 Tra hình 2.12 trang 60 Giáo trình kỹ thuật xử lý khí thải xmax≈ 350 m

=> Vị trí Cmax ngoài khu dân cư B

Tính toán nồng độ chất ô nhiễm tại điểm đầu, giữa và cuối trên nóc nhàB

Áp dụng công thức khuếch tán theo mô hình Gauss cơ sở:

 Đối với khí CO:

- Lưu lượng phát thải của COlà: M = C max CO × L = 1000900 × 8,33= 7,5(g/s)Xét điểm 1 tại nhà B có tọa độ x= 36, y= 0, z = 7

 Nồng độ NO2 đạt QCVN 05 :2009 /BTNMT thì nồng độ khuếch tán của

 Đối với khí Clo:

- Lưu lượng phát thải của Clo là M = C max Cl × L = 10009 × 8,33=0,075(g/s)Xét điểm 1 tại nhà B có tọa độ x= 36, y= 0, z = 7

-Lưu lượng phát thải của H2S là M = C max H2 S : × L = 10006,75× 8,33=0,056(g/s)

- Xét điểm 1 tại nhà B có tọa độ x= 36, y= 0, z = 7

Kết luận

TRẦN THỊ HUYỀN –ĐH2CM2 Page 12

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI

a Đối với bụi

Chọn buồng lắng và túi lọc vải để xử lý bụi

tích ống dẫn khí vào Khi đó vận tốc dòng khí giảm đột ngột, làm chocác hạt bụi rơi xuống dưới tác dụng của trọng lực và bị giữ lại trongbuồng lắng

+ Đây là kiểu thiết bị đơn giản nhất hoạt động nhờ tác dụng của lực hấpdẫn làm cho các hạt bụi bị lắng xuống đi qua thiết bị Các hạt bụi này

sẽ rơi vào bình chứa hoặc được đưa ra ngoài bằng vít tải hay băng tải

5500C

+ Thiết bị vận hành đơn giản

+ Chế tạo đơn giản

+ Giá thành rẻ

+ Để đạt được hiệu quả cao thì thời gian lưu khí trong buồng lắng lớn+ Kích thước buồng lắng lớn, cồng kềnh

Chỉ lắng được hạt bụi cĩ kích thước lớn hơn 5µm, cịn lại các hạt bụi cĩ kích

thước nhỏ hơn 5 thì hiệu suất, và lượng thu hồi bằng khơng

a Đối với khí SO 2 , H 2 S, CO

NaOH 10%

Phương pháp hấp thụ: Sự hấp thụ là quá trình hút thu chọn lọc

một hay một số thành phần của hỗn hợp khí bằng chất hút thuthể dịch, ta gọi chất hút thu thể dịch là chất hấp thụ

Vì vậy ta có thể hiểu phương pháp hấp thụ là phương pháplàm sạch khí thải của các nhà máy, xí nghiệp để tách ra nhữngthành phần giá trị từ dòng khí và đưa nó trở lại vào quá trìnhcông nghệ để tiếp tục sử dụnghoặc là để tách ra những chấtđộc hại trong dòng khí trước khi thải vào môi trường xung quanh.Thông thường sử dụng làm sạch hấp thụ hợp lý khi nồng độ củathành phần khí độc hại trong dòng khí thải khá lớn: cao hơn 1% theothể tích

Sự hấp thụ gồm 2 phương thức: hấp thụ vật lý và hấp thụhóa học

TRẦN THỊ HUYỀN –ĐH2CM2 Page 14

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI

Khí thải saukhi đã xử lýKhí thải saukhi đã xử lý

Hình 1: Thiết bị hấp thụ

- Ưu điểm : thích hợp với các loại khí độc hại dễ hòa tan trongdung dịch hay dễ phản ứng với các tác nhân hấp thụ chứatrong nước như là các khí SO2, NOx,HF, HCl…

- Nhược điểm : nước thải của thiết bị sẽ bị nhiễm bẩn và nhiều khiphải có thiết bị xử lý nước kèm theo

Xử lý các chất độc hại có trong khí thải bằng phương pháphấp thụ được sử dụng nhiều khi lưu lượng dòng khí thải lớn với

pháp này mang lại hiệu quả kinh tế cao và có thể thu hồi cácchất sử dụng tuần hoàn hoặc chuyển sang công đoạn sản xuất rasản phẩm khác

- Quá trình hấp phụ khí bằng vật liệu rắn là một phương phápđể khử khí độc hại trong khí thải được áp dụng rất phổ biến

- Hấp phụ là quá trình phân ly khí dựa trên ái lực của một sốchất rắn đối với một số loại khí có mặt trong hỗn hợp khí nóichung và trong khí thải nói riêng, trong quá trình đó các phân tửchất khí ô nhiễm trong khí thải bị giữ lại trên bề mặt của vậtliệu rắn Vật liệu rắn sử dụng trong quá trình này được gọi làchất hấp phụ, còn chất khí bị giữ lại trong chất hấp phụ đượcgọi là chất bị hấp phụ

1.4 Sơ đồ quy trình cơng nghệ

Hấp phụ bằngthan hoạt tính

Thiết bị lọc túi vải

- Lựa chọn thiết bị buồng lắng để xử lý bụi

- Dựa vào dải phân cấp cỡ hạt bụi trên

Chọn đường kính giới hạn của hạt bụi là δmin = 50μgm

1.2.Tính toán kích thước buồng lắngBảng 3.2 Dải phân cấp cỡ hạt

ρb: Khối lượng riêng của bụi, ρb = 3000kg/m3

g: gia tốc trọng trường, g=9.8 m/s2

B.l = 18 μg L

ρ b g δmin2 = 18 23,87 10

−6 8,33

3000 9,8 (50 10−6

)2 = 48,7

Chọn l =8m thì B = 3m

Chọn vận tốc khí trong buồng lắng là 0,5m/s

Chiều cao buồng lắng: H = u B L =3600.0,5.315000 =2,78m Chọn H =3 m

Kiểm tra lại kích thước buồng lắng:

lắng:

τ2=l

u=

9 0,5=18s

tuân theo định luật Stokes

Vậy tiết diện đứng của buồng lắng bụi:

TRẦN THỊ HUYỀN –ĐH2CM2 Page 18

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI

V =F ×l=9× 8=¿72 m3

cộng

 Hiệu quả lắng bụi của buồng lắng

a Hiệu quả lắng theo cỡ hạt

Theo cỡ hạt, hiệu quả lắng được tính theo [2]:

η(δ)=5,555. ρ b g l B

μg L δ

2 (%)

Trong đó: + µ : Độ nhớt của khí thải ở 150oC, , μg1500C =23,87.10-6 Pa.s

+ L : Lưu lượng khí thải, L = 4,17 (m3/s)+ ρb : Trọng lượng riêng của bụi, ρb = 3000 kg/m3+ δ : Đường kính của hạt

+ l : Chiều dài buồng lắng (m) ,l=9m+ B: Chiều rộng buồng lắng (m) ,B=3m

→ Hiệu quả lắng của thiết bị: ηo=(Cb-Cks)*100%/Cb (%)

- Lưu lượng khí đầu vào Q = 30000 m3/h=500m3/phút

- Vận tốc làm việc của túi vải là: ω= 5 m/s

- Khối lượng riêng của bụi là : ρb = 3000 kg/m3

- Khối lượng riêng của khí ở 25oC là: ρk = 1.2 kg/m3

- Nồng độ bụi đi vào thiết bị: Cbv = 9249,05 mg/m3

- Giữa các túi vải: d1 = 0,1m.

- Giữa các hàng: d2 = 0,1m

- Giữa túi vải ngoài cùng đến mặt trong của thiết bị: d3 = 0,1m

- Chọn đế dày của thiết bị: δ = 0,003m

- Chiều dài của một đơn nguyên:

L1=D ×n1+(n1−1)×d1+2 d3+2 δ=0,3× 13+(13−1 )× 0,1+2.0,1+2.0,003=5,306 m

- Chiều rộng của một đơn nguyên:

B1=D ×n2+(n2−1)×d2+2 d3+2 δ=0,3× 6+(6−1) ×0,1+2.0,1+2.0,003=2,506 m

- Chiều cao bộ phận lọc: H1 = h = 3,4m

- Chiều cao bộ phận chấn động trên túi vải: H2 = 300mm =0,3m

- Chiều cao thu hồi bụi: H3 = 0÷1,5m Chọn H3 = 1m

- Chiều cao của thiết bị là: H = H1 + H2 + H3 = 3,4 + 0,3 + 1 = 4,7 m

Vậy chọn phương pháp hoàn nguyên rung cơ học

Thời gian lọc: Thời gian rung lắc 1 đơn nguyên khoảng 1 phút

Quá trình lọc 9 phút Vậy thời gian lọc tổng cộng của cả chu trình làmviệc khoảng 10 phút

Tính lượng bụi thu được:

- Khối lượng riêng của khí thải ở 150oC :

+ ρ k = 0,77 (kg/m3): là khối lượng riêng của khí ở 150oC

+ ρ b = 3000 (kg/m3): là khối lượng riêng của bụi

Thay vào ta được : ρ hh = 5,67 (kg/m3)

- Lượng hệ khí đi vào ống tay áo :

Trở lực của thiết bị là : ∆ p = A.vn

Với A= 25÷0,25 , hệ số thực nghiệm đối với từng loại vải, chọn A= 11n= 1,25÷ 1,35 Chọn n= 1,25

v: năng suất vải lọc m3/m2/h, v= 1m3/m2.phút = 60m3/m2.h

 ∆ p= 11×601,25 = 1836,88 N/m2

 Tính toán hiệu quả xử lý bụi của cả hệ thống

Như đã tính ở trên, hiệu suất xử lý của thiết bị lọc bụi túi vải là:98,05%

 Lượng bụi đi ra khỏi thiết bị là:

30000 = 99,3% ( = Hiệu suất tối thiểu cần xử lý )

quy chuẩn

TRẦN THỊ HUYỀN –ĐH2CM2 Page 24

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI

- Nồng độ phần mol tương đối của H2S là:

K h í ; 00C

= 3,5405.10−4

2,23 +

1−3,5405 10 −4 1,293 =0,773

GS02= %HSO2.GSO2=0,6439.0,5925 =0,3815 (kmol/h)

- Sản lượng mol SO2 còn lại trong hỗn hợp khí đầu ra:

c SO c

SO

ra

G y

6 3

5,87.1

6,7869.10 864,9

0

c

H S c

H S

ra

G y

> ρ k h í ;00C = 1,293 (kg/m3 )

bằng nhiệt độ làm việc của tháp)

TRẦN THỊ HUYỀN –ĐH2CM2 Page 28

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI

Phương trình đường cân bằng của SO2 : Y = 86,18 X

Nồng độ phần mol SO2 trong pha lỏng

Nồng độ phần mol H2S trong pha lỏng

C.Xây dựng đường làm việc

 Đối với khí SO2

- 2

max

SO

X là giao điểm của đường Y đ SO2

L G

ma

4 6 x

-Đường làm việc SO2 qua 2 điểm :

4 6

X là giao điểm của đường Y đ H2S

= 2,31 10−5 với đường cân bằng Y = 884,21X

L G

H S H S tr

-Đường làm việc H2S qua 2 điểm :

5 8

0, 2384 64

N

ht NaO

a

H OH

* Từ phương trình (5) ta tính được mNaOH cần để hấp thụ H2S

- Khối lượng riêng của dung dịch NaOH 10% ở 250C là:

- Nhiệt độ làm việc của tháp hấp thụ là 500C

TRẦN THỊ HUYỀN –ĐH2CM2 Page 32

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI

Bảng 1 : Khối lượng riêng của dung dịch NaOH 10% (kg/m 3 ) theo nhiệt

độ (ở áp suất khí quyển)

-20 0 C 0 0 C 20 0 C 40 0 C 60 0 C 80 0 C 100 0 C 120 0 C Dd

 Vật liệu đệm ( Bảng IX.8 – Trang 193 – Sách T2)

- Chọn vật liệu đệm là vòng xứ Raschig đổ lộn xộn có các thông số:

+ Kích thước : 50 ×50 ×5 (mm)

+ Bề mặt riêng : σ = 95 ( m2 /m3 )

+ Thể tích tự do : Vđ = 0,79 (m3/m3 )

+Số đệm trong 1 m3 : 58.102

+Khối lượng riêng của đệm : ρ đ =500( kg/m3)

( Trích Qúa trình và thiết bị công nghệ hóa chất và thực phẩm – Tập 3 –Truyền khối- Vũ Bá Minh )

 Tính vận tốc làm việc của tháp ( ω)

* Theo công thức : y=1,2 e−4 x ( ***) (CT IX.114 – T187 – Sách

T2)Với : y= ω dp

+ρ x: khối lượng riêng pha lỏng : ρ x = 1094 (kg/m3) ( Tra Trang 35_ sổ tay quátrình, tập 1)

2 2

0,0

H S H S H

t S

h d

(kmol/h TRẦN THỊ HUYỀN –ĐH2CM2 Page 34

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI

3 3

8,66.10 1,605

4, 4

.

0 2

1

2

0

1 1

x

H S x

c GSO

2.Chiều cao của tháp hấp thụ

a.Xác định số đơn vị truyền khối tổng quát của pha khí N Oy

-Vì đường cân bằng là đường thẳng nên ta tính NOy theo cách sau:

H S

H

Y S TB

y

Y

c d

-Chiều cao phần tách lỏng Hc và đáy Hđ được chọn theo bảng sau

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1.Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải tập 2 và tập 3 – GS.TS Trần NgọcChấn – NXB KH&KT năm 2001

2.Kiểm soát ô nhiễm không khí – PGS.TS Nguyễn Đinh Tuấn – NXBĐHQGTPHCM năm 2007

3.Các quá trình thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm tập 4 –GS.TSKH Nguyễn Bin – NXBKH&KT

4 Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất, tập 1 – Trần Xoa –NXBKH&KT HN

5 Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất, tập 2 – NXBKH&KT HN

TRẦN THỊ HUYỀN –ĐH2CM2 Page 40

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI