Đồ án môn học kỹ thuật xử lý khí thải

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU. 1 CHƯƠNG 1: MỤC TIÊU THIẾT KẾ 2 1.1. Thông số đầu vào. 2 1.2. Xử lý số liệu. 3 1.3. Đề xuất và thuyết minh sơ đồ công nghệ 5 1.4. Tính toán lan truyền chất ô nhiễm không khí. 5 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG XỬ LÝ BỤI. 12 2.1. Tính toán xyclon. 12 2.2. Tính toán lọc túi vải. 16 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ 21 1. Tính toán số liệu đầu vào: 21 2. Tính toán số liệu đầu ra: 22 3. Xây dựng đường cân bằng và đường làm việc: 23

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: MỤC TIÊU THIẾT KẾ 2

1.1 Thông số đầu vào 2

1.2 Xử lý số liệu 3

1.3 Đề xuất và thuyết minh sơ đồ công nghệ 5

1.4 Tính toán lan truyền chất ô nhiễm không khí 5

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG XỬ LÝ BỤI 12

2.1 Tính toán xyclon 12

2.2 Tính toán lọc túi vải 16

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ 21

1 Tính toán số liệu đầu vào: 21

2 Tính toán số liệu đầu ra: 22

3 Xây dựng đường cân bằng và đường làm việc: 23

LỜI NÓI ĐẦU.

Bảo vệ môi trường hiện nay là vấn đề bức xúc trên toàn cầu, nhất là tạicác quốc gia đang phát triển Nước ta đang trên đường hội nhập với thế giới nênviệc quan tâm đến môi trường sống trong đó bảo vệ môi trường không khí xungquanh không bị ô nhiễm đã và đang được Đảng và nhà nước, các cấp chínhquyền, tổ chức và mọi người dân quan tâm Đó không chỉ là trách nhiệm củamỗi cá nhân mà còn là trách nhiệm của toàn xã hội

Một trong các biện pháp tích cực bảo vệ môi trường sống, bảo vệ môitrường không khí xung quanh tránh không bị ô nhiễm bởi sự có mặt của các chất

lạ là việc xử lý khí thải nói chung, đặc biệt là khí thải tại các nhà máy, đáp ứngđược các tiêu chuẩn môi trường hiện hành

Hướng tới mục tiêu bảo vệ môi trường không khí xung quanh và tổng hợpcác kiến thức đã học tại khoa Môi Trường- Trường Đại Học Tài Nguyên và MôiTrường Hà Nội, em nhận đồ án môn học kỹ thuật xử lý khí thải

Trong quá trình thực hiện đồ án em đã được sự giúp đỡ tận tình của cácthầy cô giáo trong bộ môn Công nghệ - Khoa Môi Trường, đặc biệt là cô giáoNguyễn Thu Huyền Em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô giáo

đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án môn học

Con xin gửi lời cảm ơn gia đình đã luôn động viên, khuyến khích, tạođiều kiện tốt nhất cho con trong quá trình làm đồ án môn học

Mình xin gửi lời cảm ơn tới những người bạn tốt đã hỗ trợ mình trongviệc tìm kiếm tài liệu, trao đổi thông tin, kiến thức

Với trình độ và thời gian còn hạn chế nên đồ án của em không tránh khỏinhứng thiếu sót, em rất mong nhận được sự chỉ bảo, góp ý của thẩy cô giáo vàcác bạn

CHƯƠNG 1: MỤC TIÊU THIẾT KẾ

1.1 Thông số đầu vào.

20 –30

30 –40

40 –50

50 –60

60 –70

1.2 Xử lý số liệu.

a Tính toán nồng độ tối đa cho phép.

- Theo QCVN 19:2009/ BTNMT Nồng độ tối đa cho phép của bụi và các

chất vô cơ trong khí thải công nghiệp được tính theo công thức sau:

vụ và các hoạt động công nghiệp khác có khoảng cách đến ranh giới các khu vựcnày dưới 2 km

Bảng 1: Nồng độ tối đa cho phép đối với hạt bụi và các chất vô cơ trong khí thảicông nghiệp

TT Thông số C(mg/Nm

3) - cột b

Cmax(mg/Nm3)

b Tính toán nồng độ đầu vào của khí thải.

- Theo số liệu đầu vào, nồng độ các chất vô cơ (C1) tại miệng khói cónhiệt 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 vượttiêu chuẩn ta cần quy đổi

- Nhận xét: Dựa vào bảng số liệu ta thấy những chỉ tiêu cần được xử lý

trước khi thải ra ngoài môi trường là: Bụi, Cl, SO2, H2S, CO, NO2 Chọn xử lýBụi, Cl, CO

1.3 Đề xuất và thuyết minh sơ đồ công nghệ

Quy trình công nghệ

Thuyết minh quy công nghệ

- Vì nồng độ bụi cao hơn rất nhiều so với nồng độ cho phép (15000mg/

m3> 180 mg/m3) nên ta phải xử lý bụi, cho dòng khí thải đi qua lần lượt xyclone

và túi lọc vải để thu hồi bụi

- Sau khi thu hồi bụi xong khí sẽ được thổi vào tháp hấp thụ để loại bỏ

Clo, dung dich hấp thụ Na2CO3 (5%) được bơm từ thùng chứa lên tháp và đượctưới đều lên lớp vật liệu đệm theo chiều ngược với chiều dòng khí đi trong tháp

- Khí đi qua tháp hấp thụ lại tiếp tục được thổi vào tháp hấp phụ CO bằng

than hoạt tính để loại bỏ khí CO Khí sạch đi ra sẽ có hàm lượng bụi, nồng độClo và CO đạt tiêu chuẩn cho phép Cmax (Theo QCVN 19: 2009/BTNMT)

1.4 Tính toán lan truyền chất ô nhiễm không khí.

a Xác định nguồn thải là nguồn cao hay nguồn thấp.

- Do nguồn thải là ống khói của nhà máy A nên đây là nguồn điểm.

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

Xét nhà máy A

Ta có:

Khí vào cyclone

Túi lọc vải Tháp hấpthụ Clo Tháp hấp phụCO

Khí ra Na2C03

- Chiều rộng: b = 30m> 2,5 × HA = 2,5 × 10 = 25m → nhà A : nhàrộng

- Chiều dài: l = 110m> 10 × HA = 10 × 10 = 100m → nhà A : nhàdài

→ Khu dân cư B là khu dân cư rộng và ngắn

Gió thổi A → B Khoảng cách từ nhà A đến khu dân cư B: x1(m)

Ta có: x1 = 85m > 8 × HA = 80m → nhà độc lập

Ta có : Hgh = 0,36bz + 1,7 Hnh (Công thức 4.2 trang 149, GS,TS.Trần Ngọc Chấn)

Trong đó :

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

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

Trong đó:

D: Đường kính miệng ống khói, m D = 1,5m

w: Vận tốc ban đầu của luồng khói tại miệng ống khói, m/s

w =

L

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

∆ T: Chênh lệch nhiệt độ giữa khói và không khí xung quanh, độ C hoặcK

→ ∆ h = 1,5 ×(6,293,49)1,4×(1+ 75

100+273) = 4,1 m

Ta có: Hhq = Hống + ∆ h = 35 + 4,1 = 39,1 m

Do: Hhq> Hgh→ Đây là nguồn thải cao

b Tính toán khuếch tán chất ô nhiễm từ nguồn thải cao (khuếch tán từnhà máy A đến khu dân cư B)

Trong đó:

C: Nồng độ chất ô nhiễm tại nơi tiếp nhận, g/m3

M: Lượng phát thải chất ô nhiễm tại nguồn điểm liên tục, g/s.

Khoảng cách từ nguồn thải tới điểm tính toán

Khoảng cách từ nguồn thải tới điểm tính toán

x = 105 + 40 = 145 (m)

Khí quyển cấp D

Theo hình 3.9 trang 83 GS,TS Trần Ngọc Chấn ta có: σ y = 15

y = 0 (điểm tính toán dọc theo trục hướng gió), z = 5 m

→C = 2× π × 2,76× 15× 82 × exp (2× 8−522)= 7,9×10-4 (g/m3)

Sự khuyến tán khí thải từ nhà A sang nhà B

- Tính Cmax của khí thải trên mặt đất (theo Gauss biến dạng)

Ta có: σ z , max = H

√2 = 39,1

√2 = 27,65Theo hình 3.10 trang 84 GS,TS Trần Ngọc Chấn ta có: x = 750m

→ Điểm Cmax không rơi vào nhà B

C: Nồng độ chất ô nhiễm tại nơi tiếp nhận, g/m3

M: Lượng phát thải chất ô nhiễm tại nguồn điểm liên tục, g/s

u: Tốc độ gió, m/s Ta có : HB = 5m => u5 = 2,76 m/s

σ y: Tra ở hình 3.9 trang 83 GS,TS Trần Ngọc Chấn

σ z: Tra ở hình 3.10 trang 84 GS,TS Trần Ngọc Chấn

H: Chiều cao hiệu quả của nguồn thải, m H = 39,1 m

y: Tọa độ của điểm tính toán theo phương vuông góc với hướng gió,chiều ngang, m

z: Tọa độ của điểm tính toán theo phương vuông góc với hướng gió,chiều cao, m

+ Sự khuyếch tán khí Clo từ nguồn thải A đến nhà B

Sự khuyếch tán khí Clo từ nguồn thải đến đầu nhà B phía trên mái nhà

Ta có : M: Lượng phát thải chất ô nhiễm tại nguồn điểm liên tục, g/s.

Cmax(mg/Nm3)

Hiệusuất

xử lýbụi,khíthải(%)

Nồng độ bụi, khíkhuếch tán đếnnhà B (μg/m3) QCVN0

5(μg/mg/m3)

QCVN06(μg/mg/m3)

Theo bẳng trên ta thấy nồng độ bụi khi đạt tiêu chuẩn xả thải ở nhà máy

A theo QCVN19-2009 nhưng vẫn vượt tiêu chuẩn QCVN05-2013 Nên ta sẽtính lại hiệu suất xử lý bụi của nhà máy

Tại điểm cuối trên mái nhà B: Cbụi = 100μ g/m3 = 1× 10-4 g/m3

Theo Gauss cơ sở ta có:

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG XỬ LÝ BỤI.

2.1 Tính toán xyclon.

a Các thông số đầu vào.

Khối lượng riêng của bụi kg/m3 3000

Tính toán số liệu chi tiết xyclon theo kích thước tiêu chuẩn của Stairmand C.J ta có:

- Đường kính của xyclon : D = 1,1 m

- Đường kính ngoài của ống ra d1 = 0,5 ×D = 0,55 m

- Đường kính trong của cửa thoát bụi là : d2 = 0,3 × D = 0,33 m

- Đường kính thùng chứa bụi : d3 = D = 1,1 m

- Chiều cao cửa vào : a = 0,5 × D = 0,55 m

- Chiều cao ống tâm có mặt bích: h1 = 0,5 ×D = 0,55 m

- Chiều cao phần hình trụ: h2 = 1,5 ×D = 1,65 m

- Chiều cao phần hình nón: h3 = 2,5 × D = 2,75 m

- Chiều cao bên ngoài ống trung tâm: h4 = 0,5 × D = 0,55 m

- Chiều cao thùng chứa bụi: h5 = 0,5 × D = 0,55 m

- Chiều cao tổng cộng của xyclon: H = h2 + h3 + h4 + h5 = 5,5 m

- Chiều rộng cửa vào: b = 0,2 × D = 0,22 m

- Chiều dài cửa ống vào: l = 0,5 × D = 0,55 m

c Xác định đường kính giới hạn của hạt bụi.

- Đường kính giới hạn của hạt bụi:

δ0 = √ 4,5× μ × L

π3× ρ b ×(r22−r12)× n2× l × ln(r2

r1)Trong đó:

L: Lưu lượng khí thải đối với 1 xyclon: L = 2,7775m3/s

v e = N × a ×b L = 4 × 0,55 ×0,2211,11 = 23 m/s

l: Chiều cao làm việc của xyclon: l = H – a = 1,65 – 0,55 = 1,1 m

Với: H: Chiều cao thân hình trụ của xyclon (m)

a: Chiều cao cửa vào (m)

= - 6,45 × 109

Bảng 5:phân cấp cỡ hạt của hạt bụi

Khối lượng bụi thu được trong 1 ngày

- Khối lượng riêng của khí thải ở 100oC :ρk = 1,2 Kg/m3

- Khối lượng riêng của hỗn hợp khí và bụi ở 100oC

Cv =15000 (mg/m3) = 15.10-3(kg/m3): là nồng độ khí đi vào xyclon

 ρk = 1,2 (kg/m3): là khối lượng riêng của khí

 ρb = 3000 (kg/m3): là khối lượng riêng của bụi

- Lượng hệ khí đi vào xyclon

→Kích thước thùng chứa bụi: 1×1× 0,4

2.2 Tính toán lọc túi vải.

a Thông số đầu vào:

- Lưu lượng khí thải đi vào: L = 40000 m3/h = 11,11 m3/s

- Khối lượng riêng của bụi: ρ b = 3000 kg/m3

- Khối lượng riêng của khí ở 100oC: ρ k = 1,2 kg/m3

- Nồng độ bụi vào thiết bị: Cb = 2203,5 (mg/m3)

Nhiệt độ khí đầu vào là 100oC nên ta chọn vật liệu lọc của thiết bị lànitron (do độ bền nhiệt khi tác động lâu dài 120oC và tức thời 150oC, khá bềnhóa học đối với axit, chất kiềm và chất oxi hóa…)

- Thiết bị lọc túi vải có hệ thống rung lắc cơ học

- Diện tích 1 túi vải:

S t ú i=π × D × h=π ×0,25 ×3,5=2,749 m2

Trong đó:

D: Đường kính túi lọc (theo quy phạm D = 125 – 300 mm),

chọn D = 250mm

h: Chiều cao túi lọc (theo quy phạm h = 2 – 3,5 m), chọn h = 3,5 m

- Tổng diện tích bề mặt túi vải:

L: Lưu lượng khí vào thiết bị (m3/h)

v: Cường độ lọc (m3/m2.h), v = 15 – 200 m3/m2.h, tùy thuộc vào khí, vảilọc, pha phân tán nhiệt độ và được xác định bằng thực nghiệm Chọn v = 105

Chọn số túi lọc: n = 150 túi, chia làm 6 đơn nguyên, mỗi đơn nguyên có

25 túi được chia thành 5 túi hàng dọc và 5 túi hàng ngang

Chọn khoảng cách:

Giữa các túi: d1 = 0,1 m

Giữa các hàng: d2 = 0,1 m

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

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

- Chiều dài của 1 đơn nguyên:

L1=D ×n1+(n1−1)×d1+2 ×d3+2 ×δ

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

- Chiều cao thu hồi bụi: Chọn H3 = 1 m

- Chiều cao của thiết bị: H = H1 + H2 + H3 = 3,5 + 0,3 + 1 = 4,8 m

Tính toán trở lục của thiết bị:

Mà (C A)net = 0,027 m/s

→ Vậy chọn phương pháp hoàn nguyên rung cơ học

Thời gian rung lắc 1 túi lọc khoảng 1 phút nên quá trình rung lắc của cảchu trình làm việc khoảng 10 phút

- Khối lượng riêng của hỗn hợp khí và bụi được tính theo công thức:

ρ hh=C b

ρ hh × ρ b+(1−C b

ρ hh)× ρ k

Trong đó:

Khối lượng riêng của bụi là: ρ b = 3000 kg/m3

Khối lượng riêng của khí ở 1000C: ρ k = 1,2 kg/m3

Nồng độ bụi trong hỗn hợp khí vào:

Thể tích bụi thu được trong 1 ngày:

V b=m

ρ b=

108,16

3000 = 0,036 m3Chọn thùng chứa bụi có chiều cao h = 0,35, chiều rộng B = 0,35, chiềudài l = 0,35 m

→Kích thước thùng chứa bụi: 0,35× 0,35× 0,35

Như vậy hiệu suất xử lý bụi tổng cộng qua 3 thiết bị buồng lắng, xyclon,túi vải là:

η=14823,72

15000 × 100 %=98,82 %

Hiệu suất xử lý bụi cần đạt tới là 99,8 %, lượng bụi còn lại sễ được xử lýcùng với quá trình xử lý khí thông qua tháp đệm

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ

Vì lưu lượng khí thải vào tháp hấp thụ lớn nên chia ra làm 4 tháp hấp thụđặt song song

TÍNH TOÁN CHO 1 THÁP HẤP THỤ

1.Tính toán số liệu đầu vào:

Vì nhiệt độ khí thải là 1000C và qua các quá trình lọc bụi thì nhiệt độdòng khí thải đã bị giảm xuống Vậy giả sử nhiệt độ khí thải sau quá trình lọcbụi đã bị giảm xuống còn 300C

y c Cl2 = G c

Cl2

G r y = 1,385 402,48=3,441 ×10

3.Xây dựng đường cân bằng và đường làm việc:

Xây dựng đường cân bằng:

- Phương trình đường cân bằng có dạng: y* = mx

R² = 1

Đường cân bằng

Đường cân bằng Linear (Đường cân bằng)

Xây dựng đường làm việc:

X cb.d_nồng độ cân bằng ứng với nồng độ đầu của hỗn hợp khí

- Lượng dung môi tối thiểu của quá trình hấp thụ:

G X min=G tr(Y đ−Y c)

X cb.d =402,479×

(2,63× 10−5−3,441 ×10−6)

3,98 ×10−8 =231162,499 (Kmol/h)(CT 3.6_Các quá trình, thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm-Tập 4)

Phương trình đường làm việc của khí Cl2:

+ Phương trình đi qua 2 điểm: A1(0; 3,441×10-6)

B1(3,317×10−8; 2,63×10-5)Giải hệ phương trình ta được: a=689,15; b=3,441×10-6

Phương trình làm việc có dạng: Y=689,15X+3,441×10-6

R² = 1

Đường làm việc

Đường làm việc Linear (Đường làm việc)

4 Tính toán lượng dung dịch Na 2 CO 3 cần dùng để hấp thụ khí Cl 2 : Phương trình phản ứng chủ yếu xảy ra trong tháp hấp thụ:

( CT IX.114_Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ _Tập 2_Trang 187)

(CT I.6_Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất_Tập 1_Trang 6)

Khối lượng riêng của pha khí ở 0oC, 1 atm

×( ρ y

ρ x)

1

8 = ( 1,749× 10−41,1715× 10−4)

 μ x=1,03 10 −3

(N s /m2

) độ nhớt pha lỏng(Tra bảng I.101_x=5%_Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóachất_Tập 1_Trang 100)

 μ n= 1,005.10 −3

(N s/m2

) độ nhớt của nước ở nhiệt độ 200C

(Bảng I.102_Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất_tập 1_Trang95)

- Động lực trung bình của quá trình:

+ H: Chiều cao của đoạn đệm (m)

+ hy: Chiều cao một đơn vị chuyển khối (m)

+ ny: Số đơn vị chuyển khối

Chiều cao của một đơn vị truyền khối:

+ Theo Kafarov – Duneski thì:

+ C: Hằng số phụ thuộc từng loại khí (Tra bảng I.113_Sổ tay quá trình

và thiết bị công nghệ hóa chất_Tập 1)

( CT trang 172_Các quá trình, thiết bị trong công nghệ hóa chất và thựcphẩm-Tập 4)

phẩm-Trong đó:H_Chiều cao lớp đệm, m;

w_Vận tốc làm việc của khí trong tháp, m/s;

- Chọn đáy và nắp tháp là elip có gờ với chiều cao gờ h = 40mm

- Chọn vật liệu làm đáy và nắp tháp cùng với vật liệu làm thân tháp vớichiều dày tấm thép b = 12 mm

- Chọn chiều dày của nắp và đáy elip có gờ S = 10mm

- Theo bảng XIII.10 và XIII.11- trang 383,384,385 - Sổ tay quá trình vàthiết bị công nghệ hóa chất Tập 2, các thông số của đáy và nắp như sau:

Dt (mm) ht (mm) Bề mặt trong

(m2)

Thể tíchV.10-3 (m3)

Đường kínhphôi D (mm)

 Nắp elip có khoét một lỗ không được tăng cứng với d = 500mm

 Đáy elip có khoét một lỗ không được tăng cứng với d = 250mm

Chiều rộng của bước: b= 41,5 mm

(9) Đĩa phân phối:

 Chọn đĩa phân phối loại 1

 Theo bảng IX.22 trang 230 Sổ tay quá trình và thiết bị hóa chất tập 2, ta

có các thông số của đĩa ứng với đường kính tháp 1,2m như sau:

(10) Cửa nhập vật liệu và của tháo đệm.

 Chọn kích thước của nhập liệu giống như cửa tháo đệm

 Chọn cửa hình vuông có kích thước cạnh a= 250 mm

Kích thước chi tiết của thiết bị hấp thụ:

Khối lượng riêng của

- Tỉ số khối lượng đầu vào:

29=3,46 10

−3

( kgCO kgk hí t hả i)

- Phần khối lượng đầu vào:

v

y = y v M CO

y v M CO+(1− y v) M kk=

3,575 10 −3 28 3,575 10 −3 28+(1−3,575 10 −3).29=3,45 10

- Tỉ số khối lượng đầu ra:

28

29=7,72.10

−4

( kgCO kgk hí t hải)

- Phần khối lượng khí đầu ra:

- Hiệu suất lý thuyết:

- Chọn chu trình hấp phụ làm việc trong 8h: T= 8h

- Khối lượng than hoạt tính cần dùng trong 8h

mthan = ❑a ×8=30,930,07 ×8≈3534,86(kg)

Trong đó: a: hoạt độ của than đối với CO( a=0,07 kgCO/kg than)

- Thể tích của than trong lớp hấp phụ:

V=m than

ρ than=3534,86500 = 7,07 (m3)

c Chiều cao tháp hấp phụ

- Chiều cao làm việc của tháp : Hlv= V F=7,073,14= 2,25 m

- Chiều cao phần tách lỏng Hc và cách đấy Hđ được chọn theo bảng sau,phụ thuộc vào đường kính tháp

5 Cửa dẫn khí vào, ra và cửa dẫn than

 Hoàn nguyên vật liệu hấp phụ :

Hoàn nguyên bằng nhiệt (dùng hơi nước): than hoạt tính được sấy nóng

để khả năng hấp phụ giảm xuống và lúc đó các khí CO sẽ thoát ra và có thể thuhồi bằng cách cho ngưng tụ Sau đó, than hoạt tính được làm nguội và đưa vào

sử dụng lại với thời gian hoàn nguyên trong 1h