ĐỒ án tính toán thiết kế xử lý khí thải (Có bản cad)

CHƯƠNG 1: MỤC TIÊU THIẾT KẾThông số đầu vào.Nhà A: b = 13m, l = 50m, HA = 6mNhà B: b = 21m, l = 100m, HB = 9m L1 = 45m, Hống = 35m, u10 = 5ms, t_(khí thải)0 = 1100. Q = 25000 m3h.Thành phần chất khí.Thành phầnHàm lượng (mgm3)Clo67SO21851H2S33CO8574NO22401Hàm lượng bụi: 25gm3, khối lượng riêng của bụi: 2500kgm3Thành phần bụi.Cỡ hạt (µm)0 – 55 – 1010 – 2020 – 3030 – 4040 – 5050 – 6060 – 70%7572115141021Xử lý số liệu.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:Cmax = C × Kp × KvTrong đó:Cmax: là nồng độ tối đa cho phép của bụi và các chất vô cơ trong khí thải công nghiệp ( mgNm3 )C là nồng độ của bụi và các chất vô cơ cơ theo cột B của QCVN 19:2009 BTNMTKp: Hệ số lưu lượng ngồn thải. KP = 0,9 (Vì lưu lượng của nhà máy 40000m3 h (mục 2.3 – QCVN 19: 2009 BTNMT )Kv: Hệ số vùng, Kv = 1. Khu công nghiệp; đô thị loại V; vùng ngoại thành, ngoại thị đô thị loại II, III, IV có khoảng cách ranh giới nội thành nội thị lớn hơn hoặc bằng 2 km; 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 này dưới 2 km.Bảng 1: Nồng độ tối đa cho phép đối với hạt bụi và các chất vô cơ trong khí thải công nghiệp.TTThông sốC(mgNm3) cột bQCVN 192009KpKvCmax(mgNm3)1Bụi2000,911802Cl100,9193SO25000,914504H2S7,50,916,755CO10000,919006NO28500,91765

CHƯƠNG 1: MỤC TIÊU THIẾT KẾ

1.1. Thông số đầu vào.

1.2. Xử lý số liệu.

a. Tính toán nồng độ tối đa cho phép.

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

Cmax = C × Kp × KvTrong đó:

• Cmax: là nồng độ tối đa cho phép của bụi và các chất vô cơ trong khí thải côngnghiệp ( mg/Nm3 )

• C là nồng độ của bụi và các chất vô cơ cơ theo cột B của QCVN 19:2009 /BTNMT

• Kp: Hệ số lưu lượng ngồn thải KP = 0,9 (Vì lưu lượng của nhà máy 40000m3/ h(mục 2.3 – QCVN 19: 2009 /BTNMT )

• Kv: Hệ số vùng, Kv = 1 Khu công nghiệp; đô thị loại V; vùng ngoại thành,ngoại thị đô thị loại II, III, IV có khoảng cách ranh giới nội thành nội thị lớnhơn hoặc bằng 2 km; 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 vựcnày dưới 2 km

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

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 có nhiệt độ là

110oC, nhưng nồng độ các chất vô cơ tối đa cho phép (Cmax) ở nhiệt độ 25oC Vậynên trước khi so sánh nồng độ để xem bụi và khí thải nào vượt tiêu chuẩn ta cầnquy đổi

Khí racyclone

Tháp hấpthụ SO2,

H2S

Tháp hấp phụCOTúi lọc

vải

 Thuyết minh quy công nghệ.

- Vì nồng độ bụi cao hơn rất nhiều so với nồng độ cho phép (25000 mg/m3 > 180mg/m3) nên ta phải xử lý bụi, cho dòng khí thải đi qua lần lượt buồng lắng,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 SO2 và H2S,dung dich hấp thụ được bơm từ thùng chứa lên tháp và được tưới đều lên lớp vậtliệu 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 hoạttính để loại bỏ khí CO Khí sạch đi ra sẽ có hàm lượng bụi, nồng độ SO2, H2S 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.

- Ta có: 20oC < = = 110 – 25 = 85oC < 100oC Nguồn thải là nguồn nóng

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

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

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

L = = 6,94 m3/sSuy ra: w = = 3,93 m/s

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

• : Chênh lệch nhiệt độ giữa khói và không khí xung quanh, độ C hoặc K

→ = 1,5 = 1,06 m

Ta có: Hhq = Hống + = 35 + 1,06 = 36,06 m

Do: Hhq > Hgh → Đây là nguồn thải cao

b. Tính toán khuếch tán chất ô nhiễm từ nguồn thải cao (khuếch tán từ nhà máy Ađến khu dân cư B)

- Theo Gauss cơ sở ta có :

C = exp exp (Công thức 3.26 trang 78, GS, TS Trần Ngọc Chấn)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

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

- Sự khuyếch tán bụi từ nhà A đến vách tường đầu trên mái nhà B

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

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

• 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 = 9m => u9 = 4,94 m/s

• Tra ở hình 3.9 trang 83 GS,TS Trần Ngọc Chấn

• H: Chiều cao hiệu quả của nguồn thải, m H = 36,06 m

ngang, m

cao, m

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

C=

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

L = 6,94 (m3/s) ; CClo = 0,009 (g/m3) => M = L CClo = 0,0625 g/s

(mg/Nm3)

Hiệusuất xử

lý bụi,khíthải(%)

Nồng độ bụi, khíkhuếch tán đến nhà B

lý bụi của nhà máy

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

Theo Gauss cơ sở ta có:

C = exp exp

= = 0,596 g/s

→ Cbụi,A = = 0,0859 ( g/m3)

Vậy hiệu suất xử lý bụi là:

H = = = 99,66% m3/s

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG XỬ LÝ BỤI.

2.1 Tính toán buồng lắng bụi.

a. Các thông số đầu vào.

- Hiệu suất xử lý bụi: = 99,66 (%)

Từ đặc điểm bụi và hiệu suất xử lý ta chọn hệ thống xử lý bụi gồm có: buồng lắng,cyclon, lọc túi vải

b. Tính toán kích buồng lắng bụi.

 Kích thước buồng lắng bụi:

B l = (Công thức 6.11_trang 63_ Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, Trần Ngọc Chấn, T2)

Ta có: kích thước mỗi buồng lắng: B.l = 11,325 m2

H.B > 6 B.l = 11,325

Chọn l = 5 m thì B = 2,265 Vậy chọn chiều rộng của buồng lắng B = 2,5m

Chọn vận tốc trong buồng lắng là 1 m/s ( < 3m/s ) Thì chiều cao buồng lắng là:

H = = = 2,776m

Vậy chọn chiều cao buồng lắng là: H = 2,8 m

 Kiểm tra lại :

= Với:

• δmin: đường kính nhỏ nhất của hạt bụi mà buồng lắng có thể giữ lại được

• trọng lượng riêng của bụi ( kg/m3)

• µ: hệ số nhớt động lực của khí thải ở 110oC

µ= µo = 17,17 10-6 = 2,22 10-5 Pa.s

• ρ: khối lượng riêng của khí thải ở 1100C:

• : chiều dài của buồng lắng bụi l = 5m

Như vậy các hạt bụi có đường kính 50 đều bị lắng hết xuống đáy buồng lắng

 Hiệu suất của buồng lắng với hạt bụi có đường kính 40

• Khối lượng riêng của bụi là: = 2500 kg/m3

• Khối lượng riêng của khí ở 1100C: = 0,922 kg/m3

Lượng hệ khí bụi đi vào 1 buồng lắng:

Chọn thùng chứa bụi có chiều cao h = 0,6, chiều rộng B = 0,6, chiều dài l = 0,8 m

2.2. Tính toán xyclon.

a. Các thông số đầu vào.

b. Kích thước xyclon.

Chọn 2 cyclon mắc song song với nhau: lưu lượng của mỗi xyclon sẽ là 12477,6 m3/h

- Diện tích tiết diện ngang của xyclon là:

- Đường kính ngoài của ống ra d1 = 0,5 D = 0,6 m

- Đường kính trong của cửa thoát bụi là : d2 = 0,3 D = 0,36 m

- Đường kính thùng chứa bụi : d3 = D = 1,2 m

- Chiều cao cửa vào : a = 0,5 D = 0,6 m

- Chiều cao ống tâm có mặt bích: h1 = 0,5 D = 0,6 m

- Chiều cao phần hình trụ: h2 = 1,5 D = 1,8 m

- Chiều cao phần hình nón: h3 = 2,5 D = 3 m

- Chiều cao bên ngoài ống trung tâm: h4 = 0,5 D = 0,6 m

- Chiều cao thùng chứa bụi: h5 = 0,5 D = 0,6 m

- Chiều cao tổng cộng của xyclon: H = h2 + h3 + h4 + h5 = 6 m

- Chiều rộng cửa vào: b = 0,2 D = 0,24 m

- Chiều dài cửa ống vào: l = 0,5 D = 0,6 m

c. Xác định đường kính giới hạn của hạt bụi.

- Đường kính giới hạn của hạt bụi:

d0 = Trong đó:

L: Lưu lượng khí thải đối với 1 xyclon: L = 3,467 m3/s : hệ số nhớt động của bụi ở 1100 C: = 2,22 10-5 (kg/m.s): Khối lượng riêng của bụi, = 2500 ( kg/m3)

r1: bán kính ống khí sạch, r1 = 0,5 d1 = 0,3 m

r2: Bán kính của xyclon: r2 = D/2 = 0,6 mn: Số vòng quay của dòng khí bên trong xyclon

n = = = = 5,96 vòng/sVới: : vận tốc của khí ở ống dẫn vào xyclon = = = 24,08 m/s

l: Chiều cao làm việc của xyclon: l = H – a = 1,8 – 0,6 = 1,2 m

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

- Hiệu suất xử lý bụi sau khi xử lý bằng buồng lắng và xyclon :

= 100% = 87,02 % < Hiệu suất xử lý cần đạt được là : 99,66 %

→ phải xử lý tiếp bằng túi lọc vải

- Khối lượng riêng của khí thải ở 110oC :ρk = 0,922

- Khối lượng riêng của hỗn hợp khí và bụi ở 110oC

b

ρ

= 2500 (kg/m3): là khối lượng riêng của bụi

- Chọn thùng chứa bụi có chiều cao h = 0,4, chiều rộng B = 1, chiều dài l = 1 m

2.3. Tính toán lọc túi vải.

a. Thông số đầu vào:

- Lưu lượng khí thải đi vào: Q = 24962,4 m3/h = 6,934 m3/s

- Khối lượng riêng của bụi: = 2500 kg/m3

- Khối lượng riêng của khí ở 110oC: = 0,922 kg/m3

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

Nhiệt độ khí đầu vào là 110oC nên ta chọn vật liệu lọc của thiết bị là nitron (do độ bềnnhiệt khi tác động lâu dài 120oC và tức thời 150oC, khá bền hóa học đối với axit, chấtkiềm và chất oxi hóa…)

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

- Diện tích 1 túi vải:

• Q: Lưu lượng khí vào thiết bị (m3/h)

• v: Cường độ lọc (m3/m2.h), v = 15 – 200 m3/m2.h, tùy thuộc vàokhí, vải lọc, pha phân tán nhiệt độ và được xác định bằng thựcnghiệm Chọn v = 105 m3/m2.h

• Hiệu suất của thiết bị, lấy = 90%

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

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

=

= 1,856 m

= = 1,856 m

- Chiều cao bộ phận lọc: H1 = h = 3,5 m

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

- Chiều cao thu hồi bụi: H3 = 0 – 1,5 m 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 = 0,026 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 cả chu trình làmviệc khoảng 10 phút

b. Tính lượng bụi thu được trong 1 đơn nguyên.

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

Trong đó:

• Khối lượng riêng của bụi là: = 2500 kg/m3

• Khối lượng riêng của khí ở 1100C: = 0,922 kg/m3

Lượng hệ khí bụi đi vào ống tay áo:

Chọn thùng chứa bụi có chiều cao h = 0,4, chiều rộng B = 0,4, chiều dài l = 0,4 m

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

Hiệu suất xử lý bụi cần đạt tới là 99,66 %, lượng bụi còn lại sễ được xử lý cùng với quátrình xử lý khí thông qua tháp đệm

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ

 Thông số đầu vào.

Lưu lượng (Q) m3/h 25000

• Nồng độ phần mol của SO2 trong hỗn hợp khí:

• Nồng độ phần mol tương đối của SO2là:

= Đối với khí H2S

• Lượng mol H2S đầu vào là:

• Nồng độ phần mol của H2S là:

• Nồng độ phần mol tương đối của H2S là:

=

• Lượng mol của cấu tử trơ là:

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

= + Trong đó:

 Khối lượng riêng trung bình ở 00C, 1atm = = = 2,23 (kg/m3)

 Nồng độ trung bình ban đầu của hỗn hợp khí là:

= (kmol/kmolhhk)

 = 1,293 (kg/m3 )Suy ra =

Sản lượng mol SO2 được hấp thụ là:

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

• Đối với khí H2S

Sản lượng mol H2S được hấp thụ là:

Sản lượng mol H2S còn lại trong hỗn hợp khí đầu ra:

→ Sản lượng mol của khí đầu ra:

• Nồng độ phần mol của SO2 trong hỗn hợp khí đầu ra là:

• Nồng độ phần mol tương đối của SO2 là:

• Nồng độ phần mol của H2S trong hỗn hợp khí đầu ra là:

• Nồng độ phần mol tương đối của H2S là:

- Khối lượng riêng của pha khí ở 00C , 1atm:

= + Trong đó:

 Khối lượng riêng trung bình ở 00C, 1atm

= = = 2,23 (kg/m3)

 Nồng độ trung bình ban đầu của hỗn hợp khí là:

= (kmol/kmolhhk)

 = 1,293 (kg/m3 )Suy ra =

→ = 1,293 (kg/m3 )

- Khối lượng riêng pha khí ở 500C, 1atm (ta xem như nhiệt độ dòng khí ra bằngnhiệt độ làm việc của tháp)

- Phương trình đường cân bằng của H2S : Y =X

c. Xây dựng đường làm việc

 Đối với khí SO2

→ = 1,0571.10-5 (kmolSO2/kmol dung dịch)

- Nồng độ ban đầu (coi ban đầu trong pha lỏng nồng độ chất đang xét không có)

- Xác định tỉ lệ

→Sản lượng mol tối thiểu:

= 69,615.Gtr == 55363,626 (kmol/h)

- Sản lượng mol thực tế: (Lấy hệ số thừa dư là 1,2)

- Đường làm việc SO2 qua 2 điểm :

(( 0; )

- Từ đồ thị đường cân bằng và đường làm việc ta xác định số đệm lí thuyết

- Số đệm lí thuyết nlt = 4 → ntt = = 6,719  Chọn số đệm là 7

 Đối với khí H2S

Ta có: =

→ = 3,6105.10-8 (kmolSO2/kmol dung dịch)

- Nồng độ ban đầu (coi ban đầu trong pha lỏng nồng độ chất đang xét không có)

- Xác định tỉ lệ

→Sản lượng mol tối thiểu:

= 730,771.Gtr == 581170,0405 (kmol/h)

- Sản lượng mol thực tế: (Lấy hệ số thừa dư là 1,2)

(( 0; )

- Từ đồ thị đường cân bằng và đường làm việc ta xác định số đệm lí thuyết

- Hấp thụ SO2 và H2S bằng dung dịch NaOH 10 % khối lượng.

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

Bảng 6: Khối lượng riêng của dung dịch NaOH 10% (kg/m3) theo nhiệt độ (ở áp suất

(Trích Bảng 9 trang 16 – Bảng tra cứu Quá trình cơ học truyên nhiệt- Truyền khối – Nhà xuất bản ĐH Quốc gia Tp HCM – 2008)

: là vận tốc đảo pha được xác định bằng công thức : y = 1,2

- Vật liệu đệm ( Bảng IX.8 – Trang 193 – Số tay quá trính và thiết bị công nghệ hóa chất T2)

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

• : khối lượng riêng pha khí

• : khối lượng riêng pha lỏng : = 1295,5 (kg/m3) ( Tra Trang 9_ sổ tay quá trình, tập1)

Khối lượng phân tử lỏng

→ Sản lượng trung bình của pha lỏng là:

- Gy : Sản lượng trung bình pha khí:

 = 0,8 nên vận tốc làm việc của tháp là = 0,82,1597 =1,728 (m/s)

- Thay vào phương trình (*) suy ra : D= = 2,26( m)

- Diện tích tiết diện của tháp: F== 4,155(m2)

f. Chiều cao của tháp hấp thụ.

 Xác định số đơn vị truyền khối tổng quát của pha khí NOy

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

Động lực của quá trình tại đáy tháp hấp thụ :

Động lực của quá trình tại đỉnh tháp hấp thụ:

Động lực trung bình của quá trình

Số đơn vị truyền khối tổng quát NOy:

• Với H2S

Động lực của quá trình tại đấy tháp hấp thụ

Động lực của quá trình tại đỉnh tháp hấp thụ:

Động lực trung bình của quá trình

Số đơn vị truyền khối tổng quát NOy:

Ta có: Chiều cao của lớp đệm là:

Để đảm bảo phân phối khí đều trong tháp ta sử dụng đĩa đực lỗ với bề dầy 5mm lỗ

• Chọn đường kính tiêu chuẩn d = 300 mm bề dày b =11 mm

• Ống dẫn lỏng được hàn vào thiết bị (Theo bảng XIII.32 trang 434 sổ tay quá trình

và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2) thì chiều dài đoạn ống nối là 140 mm

• Ống dẫn lỏng được hàn vào thiết bị (Theo bảng XIII.32 trang 434 sổ tay quá trình

và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2) thì chiều dài đoạn ống nối là 140 mm

j. Nắp và đáy tháp.

- 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 với chiều dàytấm thép b = 12 mm

- Theo bảng XIII.10 và XIII.11- trang 382,383,384 - Sổ tay quá trình và thiết bịcông nghệ hóa chất Tập 2, các thông số của đáy và nắp như sau:

Thể tích V.10-3

(m3)

Đường kínhphôi D (mm)

k. Lưới đỡ đệm

trên có hàn các lỗ tay để có thể dễ dàng cầm nắm khi tháo lắp, dùng đỡ đệm có kích thước 5050

- Theo bảng IX.22- trang 230 - Sổ tay quá trình và thiết bị hóa chất tập 2, ta có các thông số của lưới ứng với đường kính tháp 2,3 m như sau:

l. Đĩa phân phối.

- Chọn đĩa phân phối loại 2 làm bằng thép không gỉ X18H10T.

- 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 2,3 m như sau:

m. Cửa nhập vật liệu và cửa tháo đệm

- Chọn cửa là hình vuông có kích thước cạnh: a = 440 m

Khối lượng riêng của than

y

=

- Hiệu suất lý thuyết:

- Lượng CO đi vào tháp hấp phụ trong 1 giờ là:

- Lượng khí CO bị hấp thụ trong 1 giờ là:

b. Đường kính tháp và khối lượng than hoạt tính cần dùng để hấp thụ CO.

- Chọn vận tốc khí đi vào tháp hấp phụ: ωk=2,5 (m/s)

- Tiết diện của tháp : F = = = 3,14(m2)

- Khối lượng than hoạt tính cần dùng trong 8h

mthan = 8= 821925,7(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===43,85 (m3)

c. Chiều cao tháp hấp phụ

- Chiều cao làm việc của tháp : Hlv= == 13,96 m

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

(Trích tài liệu học tập Kỹ thuật xử lý khí thải - CBGD Dư Mỹ Lệ - Quá trình hấp thụ)

 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 thu hồi bằngcách cho ngưng tụ Sau đó, than hoạt tính được làm nguội và đưa vào sử dụng lại với thời gian hoàn nguyên trong 1h