NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ CO2 BẰNG DUNG DỊCH NƯỚC VÔI TRONG, QUY MÔ PHÒNG THÍ NGHIỆM (THEO NỒNG ĐỘ VÔI KHÁC NHAU)

Trong cuộc sống của con người hàng ngày người ta nhìn thấy quá trình đốt nhiên liệu diễn ra khắp mọi nơi. Trong sản phẩm cháy do nhiên liệu sản sinh ra rất nhiều chất khí độc hại cho sức khỏe con người, Nhất là khi quá trình cháy diễn ra không hoàn toàn. Các loại khí độc hại bao gồm: CO, CO2, SOx, NOx, hydrocacbon và tro bụi,... CO2 – Một trong những loại khí thải độc hại nhất, gây tác động trực tiếp và là nhân tố gây ra hiện tượng hiệu ứng nhà kính mạnh mẽ nhất lại chiếm hàm lượng cao trong quá trình đốt cháy nhiên liệu. Nồng độ các chất độc hại còn phụ thuộc vào nhiều vào kiểu loại động cơ, điều kiện vận hành,... Với sự gia tăng cả về số lượng động cơ lẫn hàm lượng phát thải các khí độc hại ra môi trường từ quá trình đốt gây nên hiện tượng ô nhiễm môi trường rất lớn. Đòi hỏi các nhà nghiên cứu phải tìm ra biện pháp giảm thiểu các thành phần độc hại này. Hiện nay, trong khi việc cải tiến thiết kế động cơ khó gây đột phá về giảm thành phần độc hại khí thải thì xử lý khí thải trên hệ thống thải là biện pháp hiệu quả để làm giảm thành phần độc hại này. Trên thực tế đó, nhóm em chọn đề tài “Nghiên cứu khả năng xử lý CO2 bằng dung dịch nước vôi trong, quy mô phòng thí nghiệm” để phục vụ mục đích nghiên cứu giảng dạy của nhà trường. Dựa trên những kiến thức đã học ở trường để xây dựng thiết kế thiết bị ở quy mô phòng thí nghiệm từ đó rút ra được kết quả về hiệu quả xử lí của mô hình xác định chế độ làm việc tối ưu nhất

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA MÔI TRƯỜNG NGUYỄN THỊ NGỌC TRÂM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ CO2 BẰNG DUNG DỊCH NƯỚC VÔI TRONG, QUY MÔ PHÒNG THÍ NGHIỆM (THEO NỒNG ĐỘ VÔI KHÁC NHAU) HÀ NỘI, 2016 TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA MÔI TRƯỜNG NGUYỄN THỊ NGỌC TRÂM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ CO2 BẰNG DUNG DỊCH NƯỚC VÔI TRONG, QUY MÔ PHÒNG THÍ NGHIỆM (THEO NỒNG ĐỘ VÔI KHÁC NHAU) Ngành: Quản lý Tài nguyên Môi trường Mã ngành: D850101 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: TS Chu Thị Thu Hà HÀ NỘI, 2016 LỜI CAM ĐOAN Tôi: Nguyễn Thị Ngọc Trâm xin cam đoan: - Đồ án tốt nghiệp thành từ nghiên cứu hoàn toàn thực tế dựa sở số liệu thực tế thực theo hướng dẫn giáo viên hướng dẫn Mọi tham khảo sử dụng đồ án trích dẫn nguồn báo cáo danh mục tài liệu tham khảo Mọi chép không hợp lệ, xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Sinh viên Nguyễn Thị Ngọc Trâm LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, em quan tâm giúp đỡ nhiệt tình thầy cô, bạn bè gia đình Trước tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô giáo khoa Môi trường trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội tạo điều kiện quan tâm giúp đỡ em suốt trình học tập nghiên cứu Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS Chu Thị Thu Hà quan tâm, bảo, hướng dẫn em tận tình suốt trình thực đồ án Em trân trọng gửi lời cảm ơn đến TS Nguyễn Thu Huyền, giảng viên Khoa Môi trường hướng dẫn giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt thời gian thực đồ án Cuối em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè, người giúp đỡ, ủng hộ, động viên suốt thời gian theo học trường nói chung thời gian thực đồ án nói riêng Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 29 tháng năm 2016 Sinh viên Nguyễn Thị Ngọc Trâm MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CÁM ƠN DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU Vấn đề ô nhiễm không khí tác hại sức khoẻ người nói riêng hệ sinh thái nói chung trở thành vấn đề xúc nhân loại Vì quốc gia có chương trình hành động riêng để bảo vệ môi trường đồng thời có chương trình hành động chung giới với mục đích đẩy lùi hiểm họa môi trường có khả xảy hành tinh Hiện tình trạng ô nhiễm môi trường không khí khắp nơi có nguồn gốc khác nhau, đặc biệt khí thải công nghiệp từ khu công nghiệp, nhà máy sản xuất thải mà chưa qua xử lý triệt để Môi trường không khí nước ta khu công nghiệp, đặc biệt nhà máy sản xuất hoá chất, vật liệu xây dựng, khí tồn dấu hiệu đáng lo ngại Việc phát tán luồng khí ô nhiễm vào môi trường gây ảnh hưởng lớn mà lại khó kiểm soát cho quan chức gây ảnh hưởng lớn cho môi trường sống sức khỏe người Vì công nghệ xử lý khí thải công nghiệp quan tâm người dân, doanh nghiệp nói riêng toàn xã hội nói chung Xử lý khỉ thải nhiệm vụ vô quan trọng việc bảo vệ môi trường, chống tác động khí thải môi trường Một môi trường không khí bị ô nhiễm ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe người, đến đời sống sinh vật ảnh hưởng phạm vi toàn cầu không khu vực định Thậm chí khí thải làm cho Trái Đất nóng lên, gây nên biến đổi khí hậu ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống người, sinh vật Trong sống người hàng ngày người ta nhìn thấy trình đốt nhiên liệu diễn khắp nơi Trong sản phẩm cháy nhiên liệu sản sinh nhiều chất khí độc hại cho sức khỏe người, Nhất trình cháy diễn không hoàn toàn Các loại khí độc hại bao gồm: CO, CO2, SOx, NOx, hydrocacbon tro bụi, CO2 – Một loại khí thải độc hại nhất, gây tác động trực tiếp nhân tố gây tượng hiệu ứng nhà kính mạnh mẽ lại chiếm hàm lượng cao trình đốt cháy nhiên liệu Nồng độ chất độc hại phụ thuộc vào nhiều vào kiểu loại động cơ, điều kiện vận hành, Với gia tăng số lượng động lẫn hàm lượng phát thải khí độc hại môi trường từ trình đốt gây nên tượng ô nhiễm môi trường lớn Đòi hỏi nhà nghiên cứu phải tìm biện pháp giảm thiểu thành phần độc hại Hiện nay, việc cải tiến thiết kế động khó gây đột phá giảm thành phần độc hại khí thải xử lý khí thải hệ thống thải biện pháp hiệu để làm giảm thành phần độc hại Trên thực tế đó, nhóm em chọn đề tài “Nghiên cứu khả xử lý CO2 dung dịch nước vôi trong, quy mô phòng thí nghiệm” để phục vụ mục đích nghiên cứu giảng dạy nhà trường Dựa kiến thức học trường để xây dựng thiết kế thiết bị quy mô phòng thí nghiệm từ rút kết hiệu xử lí mô hình xác định chế độ làm việc tối ưu Đề tài thực thời gian có hạn, kĩ làm việc nhiều mặt hạn chế nên không tránh khỏi sai sót định mong đóng góp quý báu thầy cô để đề tài hoàn thiện CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KHÍ CO2 CACBON DIOXIT (CO2) Giới thiệu 1.1 1.1.1  Dioxit cacbon hay cacbon dioxit (các tên gọi khác thán khí, anhidrit cacbonic, khí cacbonic) hợp chất điều kiện bình thường có dạng khí khí Trái Đất, bao gồm nguyên tử cacbon hai nguyên tử oxy Là hợp chất hóa học biết đến rộng rãi, thường xuyên gọi theo công thức hóa học CO2 Trong dạng rắn, gọi băng khô Hình 1.1 Cấu trúc phân tử CO2  Cacbon dioxit thu từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm khí thoát từ núi lửa, sản phẩm cháy hợp chất hữu hoạt động hô hấp sinh vật sống hiếu khí Nó số vi sinh vật sản xuất từ lên men hô hấp tế bào Các loài thực vật hấp thụ cacbon đioxit trình quang hợp, sử dụng cacbon ôxy để tạo cacbohyđrat Ngoài ra, thực vật giải phóng ôxy trở lại khí quyển, ôxy sinh vật dị dưỡng sử dụng trình hô hấp, tạo thành chu trình Nó có mặt khí Trái Đất với nồng độ thấp tác động khí gây hiệu ứng nhà kính Nó thành phần chu trình cacbon 1.1.2 Tính chất hóa lý CO2 • Cacbon dioxit khí không màu mà hít thở phải nồng độ cao (nguy hiểm gắn liền với rủi ro ngạt thở) tạo vị chua miệng cảm giác nhói mũi cổ họng Các hiệu ứng khí hòa tan màng nhầy nước bọt, tạo dung dịch yếu axit cacbonic • Tỷ trọng riêng 25 °C 1,98 kg m−3, khoảng 1,5 lần nặng không khí Phân tử cacbon dioxit (O=C=O) chứa hai liên kết đôi có hình dạng tuyến tính Nó lưỡng cực điện Do hợp chất bị ôxi hóa hoàn toàn nên mặt hóa học không hoạt động cụ thể không cháy • Ở nhiệt độ -78 °C, Cacbon dioxit ngưng tụ lại thành tinh thể màu trắng gọi băng khô Cacbon dioxit lỏng tạo áp suất 5,1 barơ; diều kiện áp suất khí quyển, chuyển trực tiếp từ pha khí sang rắn hay ngược lại theo trình gọi thăng hoa • CO2 oxit axit nên có tính chất hóa học oxit axit thông thường + Phản ứng với bazo ( tạo muối nước ) CO2 + NaOH CO2 + 2NaOH NaHCO3 Na2CO3 + H2O + Phản ứng với oxit bazo CaO + CO2 CaCO3 ( điều kiện nhiệt độ ) + Phản ứng với muối trung hòa tạo muối axit K2CO3 + CO2 + H2O K2SO3 + CO2 + H2O 2KHCO3 KHCO3 + KHSO3 + Phản ứng với nước ( axit H2CO3 không bền nên dễ vị phân hủy tạo thành ) CO2 + H2O H2CO3 Ngoài C CO2 có số oxh +4 tối đa nên bị khử CO2 + C • CO ( nhiệt độ ) Nước hấp thụ lượng định cacbon dioxit, nhiều lượng khí bị nén Khoảng 1% cacbon dioxit hòa tan chuyển hóa thành axit cacbonic Axit cacbonic phân ly phần thành ion bicacbonat (HCO3-) cacbonat (CO3−2) 1.1.3 Ứng dụng • CO2 lỏng rắn chất làm lạnh quan trọng, đặc biệt công nghiệp thực phẩm, chúng tham gia vào trình lưu trữ vận chuyển loại kem thực phẩm đông lạnh • CO2 sử dụng để sản xuất nước giải khát cacbonat hóa nước soda Theo truyền thống, trình cacbonat hóa bia vang nổ có lên men tự nhiên, số nhà sản xuất cacbonat hóa đồ uống cách nhân tạo • Bột nở sử dụng loại bánh nướng tạo khí cacbonic làm cho khối bột bị phình to ra, tạo lỗ xốp chứa bọt khí Men bánh mì tạo khí cacbonic 10 triệt để Nhiệt phát sinh khởi động cao làm nhiệt độ tăng lên 60 0C 700C đường ống tháp trình trao đổi nhệt diễn nhiệt độ giảm xuống 400C - 470C Có thể khắc phục nhược điểm cách lắp hệ thống trao đổi nhiệt ,tăng chiều cao thiết bị KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Việc thiết kế tháp đệm hấp thụ khí thải cho ta hiệu suất xử lý cao Những ưu điểm chọn phương pháp xử lý tháp đệm với dung dịch hấp thụ công nghệ thiết bị đơn giản, dễ vận hành, giá thành không cao so với thiết bị xử lý khác Hấp thụ dung dịch nước vôi, khả xử lý CO ứng dụng để xử lý loại khí khác như: SO 2, NH3, Do mở rộng phạm vi nghiên cứu đề tài Khí CO2 loại khí thải có ảnh hưởng đến sức khỏe người, gây ô nhiễm môi trường, phát sinh nhiều họat động đời sống sinh hoạt sản xuất công nghiệp Chính mà phương pháp xử lý khí thải tháp hấp thụ áp dụng rộng rãi việc xử lý khí thải từ nguồn khác  Sau trình nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu khả xử lý CO dung dịch nước vôi trong, quy mô phòng thí nghiệm” thu kết sau: - Xây dựng hệ thiết bị xử lý khí thải dung dịch nước vôi trong, quy mô phòng thí nghiệm - Từ trình nghiên cứu, lấy mẫu, phân tích xử lý số liệu; kết luận: Tại tốc độ quạt lớn Q = 427 m 3/h, chế độ thủy lực 0,35 l/s nồng độ Ca(OH) 0,04M hiệu suất xử lý khí thải thiết bị tối ưu a Nhận xét phương pháp hấp thụ:  Ưu điểm: 69 - Rẻ tiền, sử dụng H 2O làm dung môi hấp thụ Các khí độc hại SO2, HCl, HF, xử lý tốt với phương pháp - Có thể sử dụng kết hợp cần rửa khí làm bụi, khí thải có chứa bụi khí độc hại mà chất khí có khả tan tốt nước rửa  Nhược điểm: - Hiệu suất làm không cao, hệ số làm giảm nhiệt dộ dòng khí cao nên dùng xử lý dòng khí có nhiệt độ cao - Quá trình hấp thụ trình tỏa nhiệt nên thiết kế, xây dựng vận hành hệ thống, nhiều trường hợp phải lắp thêm thiết bị trao đổi nhiệt tháp hấp thụ để làm nguội thiết bị Như thiết bị trở nên cồng kềnh, phức tạp - Dễ xảy tượng ngập tháp điều chỉnh mật độ tưới pha lỏng không tốt - Khi chất khí không khả hòa tan tốt dung môi việc lựa chọn dung môi thay khó khăn b Tháp hấp thụ (Tháp đệm) Thường sử dụng môi trường ăn mòn, tỉ lệ lỏng/khí lớn, cho hiệu suất cao, dễ chế tạo vận hành, xử lý loại khí nồng độ cao Tháp cần thỏa mãn điều kiện: - Hiệu có khả cho khí qua - Trở lực thấp - Kết cấu đơn giản vận hành thuận tiện - Không bị tắc nghẽn cặn trình hấp thụ c Vật liệu chế tạo tháp hấp thụ Do phải làm việc môi trường ăn mòn nên vật liệu chế tạp tháp nên sử dụng vật liệu thép không gỉ hay loại thép hợp kim đặc biệt chúng có tính chống ăn mòn cao Kiến nghị Trong trình nghiên cứu khả xử lý khí thải thiết bị, điều kiện thời gian kinh phí hạn chế, khả chuyên môn chưa cao nên hiệu suất xử lý thiết bị thấp Những số liệu thu trình tài liệu thực tiễn mở rộng phạm vi cho nghiên cứu liên quan đến vấn đề nhằm nâng cao hiệu suất xử lý khí thải điều kiện khác nhau, phục vụ rộng rãi sản xuất đời sống 70 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] QCVN 19:2009/ BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia khí thải công nghiệp bụi chất vô [2] Nguyễn Bin (2004), Quá trình thiết bị công nghệ hóa học thực phẩm – Tập 1, NXB Khoa học kỹ thuật, HN [3] Trần Ngọc Chấn (2000), Ô nhiễm không khí xử lý khí thải – Tập 3, NXB Khoa học kỹ thuật, HN [4] Nguyễn Duy Động (2005), Thông gió kỹ thuật xử lý khí thải, NXB Giáo Dục, HN [5] Lê Xuân Hòa, Nguyễn Thị Bích Ngọc (2005), Lý thuyết thực hành Bơm – Quạt máy nén, NXB Đà Nẵng [6] Vũ Bá Minh (2015), Quá trình thiết bị CNHH&TP – Tập 3: Truyền Khối, NXB ĐHQG – HCM [7] Phan Tuấn Triều (2010), Giáo trình kĩ thuật Xử lí khí thải, http://voer.edu.vn/c/257454ce [8] Nguyễn Minh Tuyển (2005), Bơm máy nén quạt công nghệ, NXB Xây Dựng, HN [9] Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông (1992), Sổ tay trình thiết bị công nghệ hóa chất - Tập 1, NXB Khoa học kỹ thuật, HN [10] Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông (1992), Sổ tay trình thiết bị công nghệ hóa chất - Tập 2, NXB Khoa học kỹ thuật, HN PHỤ LỤC 72 PHỤ LỤC 1: Một số nội dung tham khảo Bảng I.219 Độ hòa tan số chất nước Bảng XIII.19 Bảng tính toán nắp thiết bị hình nón PHỤ LỤC 2: Một số kết đo thiết bị Bảng Kết đo vận tốc quạt thổi bếp than đầu quạt 73 Số Lần1 3,9 6,7 7,6 8,0 9,2 V(m/s) Lần2 3,8 6,6 7,8 8,1 9,4 Lần 4,1 6,5 7,7 8,2 9,3 Vtb (m/s) 3,9 6,6 7,7 8,1 9,3 Lưu lượng Q (m3/h) 4,4 7,5 8,7 9,1 10,5 S ( m2 ) 3,14.10-4 3,14.10-4 3,14.10-4 3,14.10-4 3,14.10-4 Bảng Kết đo vận tốc quạt hút đầu quạt Số Min max Lần1 7,5 12,4 V(m/s) Lần2 7,6 12,5 Lần 7,6 12,6 Vtb (m/s) 7,6 12,5 S ( m2 ) 9,5.10-3 9,5.10-3 Lưu lượng Q (m3/h) 260 427 Bảng Kết đo lưu lượng kế STT 2 Vạch số lít (l) 3,01 2,45 4,2 2,7 2,45 Thời gian (s) 16,05 12,04 6,88 7,98 3,51 2,03 PHỤ LỤC 3: Một số hình ảnh trình nghiên cứu 74 l/s 0,125 0,250 0,356 0,526 0,769 1,207 Thu thập tìm kiếm nguyên vật liệu Thu thập tìm kiếm nguyên vật liệu Thu thập tìm kiếm nguyên vật liệu Thu thập tìm kiếm nguyên vật liệu Nối ống dẫn khí vào tháp Nối ống dẫn khí vào tháp 75 Lắp đặt khung giá đỡ Bơm dung môi phiên 1.0 Bơm dung môi phiên 1.0 Bơm dung môi phiên 2.0 Guồng động bơm dung môi phiên 2.0 Lắp thử nghiệm lưu lượng kế 76 Lắp thử nghiệm lưu lượng kế ống nhựa cũ làm đệm Đệm cho vào tháp Chóp nón Tấm đỡ đệm khoan lỗ Gắn keo phần ống nối 77 Van điều chỉnh lưu lượng quạt hút Đo vận tốc gió dầu Máy lấy mẫu khí ống lấy mẫu khí đầu 78 Nước xả cặn lắng Lắp ráp điều chỉnh khung giá đỡ Lắp ráp chụp nón vào thân Quạt hút Lắp ráp khung tủ hút Lắp ráp khung tủ hút 79 Lắp ráp gia công khung tủ hút Lắp ráp gia công khung tủ hút Gia công mặt bích ống phân phối dung môi khoan lỗ phân phối phía Dung môi tưới bề mặt khoan lỗ Lò đốt hiếu khí ( lỗi hoạt động không ổn định khó vận hành) Lò đốt hiếu khí ( lỗi hoạt động không ổn định khó vận hành) 80 ống cấp dẫn khí đốt Lò đốt hiếu khí ( lỗi hoạt động không ổn định khó vận hành) Chop nón gắn gioong cao su Lưu lượng kế chạy với nước vôi Thùng hòa trộn 81 Lò đốt Lấy mẫu phân tích Máy đo khí đa TESTO 350XL Máy bơm sục khí Dung dịch hấp thụ trước lấy mẫu Dung dịch hấp thụ sau lấy mẫu Chuẩn độ dung dịch sau lấy mẫu Đo pH dung môi Điểm màu dung dịch trước chuẩn độ Điểm màu dung dịch sau chuẩn độ axit oxalic 82 83