ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI: Thiết kế hệ thống xử lý bụi và xử lý khí thải.

MỤC LỤCTrang A. LÝ THUYẾT 1. Phương pháp xử lý bụi ........................................................................ 3 2. Phương pháp xử lý khí......................................................................... 4 B. DÂY TRUYỀN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ................................................. 6 C. TÍNH TOÁN HỆ THỐNG XỬ LÝ ......................................................... 9 C1. Xử lý bụi I. Xử lý bụi bằng buồng lắng ................................. 9 II. Xử lý bụi bằng thiết bị lọc bụi tĩnh điện .............11 C2. Xử lý khí I. Xử lý SO2và NO2 bằng phương pháp hấp thụ ............................... 13 II. Xử lý co bằng phương pháp hấp phụ ............................................. 19 D. Các tài liệu tham khảo ............................................................ 27

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

KHOA MÔI TRƯỜNG

ĐỒ ÁN

KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI

Đề Tài:

Thiết kế hệ thống xử lý bụi và xử lý khí thải.

Sinh viên: Nguyễn Phương Thảo Lớp : ĐH2CM3

Giáo viên HG : Bùi Thị Thanh Thủy

Hà Nội, Năm 2015

MỤC LỤC Trang

A LÝ THUYẾT

1 Phương pháp xử lý bụi 3

2 Phương pháp xử lý khí 4

B DÂY TRUYỀN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 6

C TÍNH TOÁN HỆ THỐNG XỬ LÝ 9

C1 Xử lý bụi I. Xử lý bụi bằng buồng lắng 9

II. Xử lý bụi bằng thiết bị lọc bụi tĩnh điện 11

C2 Xử lý khí I. Xử lý SO2và NO2 bằng phương pháp hấp thụ 13

II. Xử lý co bằng phương pháp hấp phụ 19

D Các tài liệu tham khảo 27

Lọc bụi bằng phương pháp trọng lực: buồng lắng bụi: áp dụng cho bụi

có kích thước hạt d>50 μm Có ưu điểm là chế tạo đơn giản, chi phí vận hành và bảo trì thấp, giá thành thấp, rẻ tiền, nhưng buồng lắng bụi lại có diệntích lớn, hiệu suất không cao

Lọc bụi theo phương pháp li tâm có nhiều kiểu khác nhau: kiểu nằm ngang, kiểu đứng, các thiết bị thu hồi kiểu xoáy, kiểu động Thường dung thiết bị ly tâm kiểu đứng (xyclon) có hiệu suất lọc 70% đối với xyclon ướt

và xyclon chùm, đường kính cỡ hạt >10 μm Có ưu điểm là sử dụng rộng rãi,giá rẻ, vận hành dễ dàng, có thể vận hành bình thường ở nhiệt độ trên 5000C,

áp suất lớn, trị số tổn thất áp suất ổn định, thu hồi bụi ở dạng khô, hiệu quả

xử lý không phụ thuộc vào sự thay đổi nồng độ bụi

Lọc bụi bằng lọc màng, lọc túi: áp dụng đối với bụi có d = 2 -10 μm nhưng ít được sử dụng, phải có hệ thống rung để tái sinh vải lọc

b) Phương pháp ướt

Thường sử dụng cho nơi có nồng độ ẩm cao hoặc không khí tại nơi làm việc không đồng đều về nhiệt độ và độ ẩm Có rất nhiều phương pháp như: phương pháp sủi bọt, phương pháp rửa khí ly tâm, phương pháp rửa khíkiểu Ventury, phương pháp rửa khí kiểu dòng xoáy, phương pháp rửa khí kiểu đĩa quay Các phương pháp này có ưu điểm là dễ chế tạo, giá thành thấp, hiệu quả cao nhưng phải xử lý bùn cặn, khí thoát mang theo hơi nước làm rỉ đường ống

c) Lọc bụi kiểu tĩnh điện

Biện pháp lọc bụi có 2 loại: thiết bị lọc bụi loại khô và thiết bị lọc điện loại ướt, có nhiều loại lọc bụi bằng điện khác nhau: kiểu ống, kiểu tấm

bản, kiểu một vùng, kiểu hai vùng Ưu điểm của phương pháp này là hiệu suất thu hồi bụi cao, tốn ít năng lượng, có thể thu hồi bụi có kích thước nhỏ, chịu được nhiệt độ cao, nhưng chi phí chế tạo tốn kém hơn, không áp dụng đối với trong dây chuyền xử lý không khí có chứa chất cháy nổ.

2. Xử lý khí

a) Phương pháp hấp thụ

Hấp thụ là phương pháp làm sạch khí thải độc hại ( chất bị hấp thụ) vào trong môi trường lỏng (dung môi hấp thụ) Khi tiếp xúc với khí thải, chất độc hại sẽ tác dụng với các chất trong môi trường mỏng và được giữ lại theo 2 cách hấp thụ vật lý và hấp thụ hóa học

Hấp thụ vật lý: về thực chất chỉ là sự hòa tan các chất bị hấp thụ vào trong dung môi hấp thụ, chất khí hòa tan không tạo ra hợp chất hóa học với dung môi, nó chỉ thay đổi trạng thái vật lý từ thể khí biến thành dung dịch lỏng ( quá trình hòa tan đơn thuần của chất khí trong chất lỏng)

Hấp thụ hóa học: trong quá trình này chất bị hấp thụ sẽ tham gia vào một số phản ứng hóa học với dung môi hấp thụ Chất khí độc hại sẽ biến đổi

về bản chất hóa học và trở thành chất khác

Cơ cấu của quá trình này có thể chia thành ba bước:

bề mặt của chất lỏng hấp thụ

lòng khối chấtQuá trình hấp thụ mạnh hay yếu là tùy thuộc vào bản chất hóa học củadung môi và các chất ô nhiễm trong khí thải

b) Phương pháp hấp phụ

Khác với quá trình hấp thụ, trong quá trình hấp phụ người ta dung chất rắn xốp để hút các khí độc có trong khí thải trên bề mặt chất hấp phụ

Phương pháp nàu được dùng phổ biến nhất trong việc thu hồi các cấu tử quí

để sử dụng lại trong công nghiệp hóa chất Căn cứ vào bản chất lien kết giữachất hấp phụ và chất bị hấp phụ phân thành 2 loại:

Hấp phụ vật lý: là hấp phụ đa phân tử ( hấp phụ nhiều lớp), lực liênkết là lực hút giữa các phân tử, không tạo thành hợp chất bề mặt

Hấp phụ hóa học : là hấp phụ đơn phân tử ( hấp phụ một lớp) Lực liên kết là lực

liên kết bề mặt tạo nên hợp chất bề mặt

% 12 9 12 5 16 12 5 29 100Hàm

C - Nồng độ bụi, khí thải theo mục 2.2 QCVN 19:2009, cột B

Kp - Hệ số lưu lượng nguồn thải, Kp = 0,9

Kv - Hệ số vùng, khu vực, chọn Kv = 1 (khu vực loại 3)

3. Lựa chọn công nghệ xử lý

 Xử lý theo 2 giai đoạn chính: xử lý bụi - xử lý khí

+ Xử lý bụi: với thành phần bụi có các loại kích thước hạt như trên ta

xử lý bằng bằng buồng lắng bụi và thiết bị lọc bụi tĩnh điện tới khi đạt tiêu chuẩn cho phép

+ Xử lý khí: NO2 và SO2 được hấp thụ bằng dung dịch Ca(OH)2 ,và CO hấp phụ

bằng than hoạt tính

4. Quy trình công nghệ:

Thuyết minh dây chuyền công nghệ.

Dòng khí thải được đưa vào thiết bị buồng lắng chuyển động từ đường ống( nơi có tiết diện nhỏ) đi vào buồng lắng bụi (nơi có tiết diện lớn hơn rất nhiều lần), do đó khí và bụi sẽ chuyển động chậm lại, tạo điều kiện cho các hạt bụi lắng lại dưới tác dụng của trọng lực Sau khi xử lí tại buồng lắng, dòng khsi thải đã được loại bỏ biowst bụi tiếp tục được đưa sang thiết bị lọc bui tĩnh điện để lọc bụi tiếp đến khi nồng độ bụi đạt quy chuẩn Dòng khí đã loại sạch bụi được đưa từ dưới lên vào tháp đệm, tại đó xảy ra quá trình hấp thụ SO2 và NO2 bằng dung dịch Ca(OH)2 4% (phun từ trên xuống ) tưới trên lớp đệm bằng vật liệu rỗng Dung dịch sau hấp thụ chứa nhiều cặn được đưa đến hệ thống xử lý cặn Dòng khí ban đầu đã được xử lý bụi và xử lý SO2 và NO2 các thông số này hầu như đã đạt tiêu chuẩn cho phép, còn

Khí thải cần xử lý

Buồng lắng bụi và thiết bị lọc bụi tĩnh điện Thu bụi

Dd sau hấp thụ Tháp hấp thụ SO2, NO2

lại CO tiếp tục cho sang tháp hấp phụ bằng than hoạt tính Tại đây khí CO bị giữu lại trong các lớp than hoạt tính trong thiết bị và khí sạch sẽ đi ra ngoài, dung dịch thải ra sẽ được cho vào hệ thống xử lý nước thải Sau một thời gian than hoạt tính

đã bão hòa CO thì quá trình hấp phụ được dừng lại để tháo bỏ chất hấp phụ hoặc hoàn nguyên lại vật liệu hấp phụ để sử dụng lại Việc hoàn nguyên được thực hiện bằng hơi nước ở nhiệt độ cao ( 1000C) có thải giải thoát được hầu hết các chất ô

nhiễm đã bị hấp phụ trong than mà không làm hỏng vật liệu hấp phụ

C.TÍNH TOÁN HỆ THỐNG XỬ LÝ

C1: XỬ LÝ BỤII: Xử lý bằng buồng lắng

Chọn kích thước tối đa buồng lắng có thể lắng = 50

Ta dùng 2 buồng lắng mắc song song => lưu lượng 1 buồng lắng

= = 20000 m3/h

Hiệu suất lọc đối với từng cỡ hạt khác nhau

= 5,5555 = 0,26 %Tương tự ta được kết quả

2,7195

0,92525

1,964 0,474

9

2g/

Hiệu quả lọc theo

Hấp thụ khí SO2 NO2 bằng huyền phù là nước vôi trong Ca(OH)2 với tỉ lệ pha

= 2200 kg/m3

= 1000 kg/m3

Nhiệt độ khí thải 100°C, p = 1atm

+) Khối lượng phân tử pha loãng huyền phù:

+) Khối lượng riêng pha loãng:

= = 1022,305 (kg/m3)+) Phần trăm thể tích trong huyền phù:

Cd = = = 0,052 (mol/m3)+) Nồng độ phần mol:

yd= = = mol SO2/ mol kk+) Tỉ số mol:

Yd= = = ( mol SO2/mol kk)

+) Nồng độ SO2:

= == 1,25.10-3(mol/m3)+) Nồng độ phần mol:

yc== 3,8x10-5 (mol SO2/mol h2 khí)+) Tỉ số mol:

G = Ghh.(1-Yd) = 1307,8 (1-) = 1305,5 (kmol/h)+) Khối lượng SO2 đi vào tháp hấp thụ trong hỗn hợp khí thải trong 1 giờ:

= 63,88 (kg/h)

+) Khối lượng SO2 ra khỏi tháp trong 1 giờ:

= L Cra = 40000.80 = 3,2 (kg/h)+) Khối lượng SO2 được giữu lại trong 1 giờ:

= 63,88 –3,2= 60,88 (kg/h)

 = =2,9268 = 2,34 (kg/m3)+) Thể tích SO2 bị giữ lại trong tháp:

V= = = 25,93( m3/h)+) Nồng độ SO2 ra khỏi tháp:

Cd = = = 0,07 (mol/m3)+) Nồng độ phần mol:

yd= == 2,12.10-3( mol NO2/mol kk)+) Tỉ số mol:

yd= = = 2,12.10-3( mol NO2/mol hh khí)

+) Nồng độ NO2:

= == 1,74.10-3(mol/m3)+) Nồng độ phần mol:

yc== 5,27x10-5 (mol NO2/mol h2 khí)

+) Tỉ số mol:

Yc== = (NO2/mol kk)+) Hiệu suất quá trình hấp thụ:

= = = 97,5 %+) Khối lượng NO2 đi vào tháp hấp thụ trong hỗn hợp khí thải trong 1 giờ:

= 85,04 (kg/h)

+) Khối lượng NO2 ra khỏi tháp trong 1 giờ:

= L Cra = 40000.80 = 3,2 (kg/h)+) Khối lượng NO2 được giữu lại trong 1 giờ:

= 85,04-3,2 = 81,84 (kg/h)+) Nồng độ NO2 ra khỏi tháp:

= (1-) = 2126.(1-0,975) = 53,15 (mg/m3)

3 Tính toán lượng vôi sữa cần dùng cho 2 quá trình hấp thụ

PTPƯ:

Ca(OH)2 + SO2  CaSO3 + 2H2O (1)2Ca(OH)2 + 4NO2  Ca(NO3)2 + Ca(NO2)2 + 2H2O (2)+) Tính cần để hấp thụ SO2 theo (1):

== = 70,4 kg/h

== = 1760 kg/h Tính toán cần để hấp thụ NO2 theo (2):

+) Khối lượng dung dịch Ca(OH)2 cần dùng để hấp thụ NO2:

Hđệm= 0,2H= 1,8m lấy Hđệm= 2m

II: HẤP PHỤ CO BẰNG THAN HOẠT TÍNH

+) Nồng độ CO vào:

= x = (mg/m3)= 5,510 (g/ m3) +) Nồng độ khí ban đầu ( phương trình Clapayron)

Ck= = = 0,033 (mol/l)+) Nồng độ mol CO:

Cd = = = 0,197 (mol/m3)

+) Nồng độ phần mol:

yd= == 5,97.10-3( mol CO/mol kk)+) Tỉ số mol:

yd= = = ( mol CO/mol hh khí)

+) Nồng độ CO:

= == 0, 032(mol CO/mol hh khí)+) Nồng độ phần mol:

yc== 9,7x10-4 (mol CO/mol h2 khí)+) Tỉ số mol:

Yc== = (CO/mol kk)+) Hiệu suất quá trình hấp phụ:

= = = 83,8 %+) Khối lượng SO2 đi vào tháp hấp phụ trong hỗn hợp khí thải trong 1 giờ:

= (1-) = 6023.(1-0,838) = 975,726 (mg/m3)Chọn vận tốc khí đi trong thiết bị tháp hấp phụ = 1,5 m/s

Chiều cao phụ 2 đầu tháp h1=h2 = 1m

+) Tổng chiều cao của tháp: H = 5,08 m

2. Tính toán lượng than hoạt tính cần dùng cho quá trình

+)Các thông số của than là :

+ ρ = 340 (kg/m3)

+ Độ xốp bên trong của hạt 40 ÷50 %+ Độ xốp của lớp 37%

+ Diện tích bề mặt hấp thụ 1300 m2 /g( theo bảng X.1 – Trang 243 - Sổ tay 2) + Chọn than có kích thước hạt 2,85÷4 mm

+ Khối lượng riêng của than hoạt tính ~ 520 kg/m3

Chọn 5 tầng, mỗi tầng cao 500 mm, khoảng cách giữa các tầng là 145 mm

+) Khối lượng than hoạt tính cho mỗi tầng:

M1== 545 kg

+) Cửa tháo vật liệu hấp phụ: d= 250mm

sấy nóng để khả năng hấp phụ giảm xuống và lúc đó khí CO sẽ thoát ra và

có thể cho thu hồi bằng cách ngưng tụ Sau đó than hoạt tính được làm nguội

và sử dụng lại Thời gian hoàn nguyên là 1h

C3: TÍNH TOÁN KHUẾCH TÁN

ĐỀ BÀI

Đường kính ống khói: chân ống D = 3m, đỉnh ống d = 1m

Nhiệt độ môi trường: t= 25 oC

bL1

b

ll

2/3 bHướng

gió

Khối lượng riêng của không khí: ρ= 1,2 (kg/m3)

h: chiều cao tòa nhà

+) Vận tốc gió tại miệng ống khói:

u= u10.(= 1( = 1,257 (m/s)

( cấp độ khí quyển trung bình: chọn n = 0,25)

+) Độ nâng của luồng khói:

Theo công thức Davidson W.F:

h=D.(.(1+)

ω: vận tốc ban đầu của luồng khói tại miệng ống khói

ω== = 14,15 m/s

u= 1,257 m

Tk: nhiệt độ tuyệt đối tại miệng khói °K

T: chênh lệch nhiệt độ của khói và không khí

• Cx: nồng độ chất ô nhiễm tại nguồn tính toán (mg/m3)

Cx=.[+] = Mx6,4.10-4 (mg/m3)

1/ Với khí SO2

Cx= 35,134x11,11x6,4.10-4 = 0,249 (mg/m3) = 249 (µg/m3) 2/ Với khí NO2

Cx= 53,15x11,11x6,4.10-4 = 0,378 (mg/m3) = 378 (µg/m3) 3/Với khí CO

Cx= 975,726x11,11x6,4.10-4 = 6,937 (mg/m3) = 6937 (µg/m3)

 So sánh với QCVN 05:2009/BTNMT

 Bảng 1: Giá trị giới hạn các thông số cơ bản trong không khí xung quanh

 Đơn vị: Microgam trên mét khối (μg/m 3 )

 Nồng độ các khí phù hợp với QCVN 05:2009/BTNMT

Tài liệu tham khảo

1. Giáo trình Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải – Tập 2, Tập 3 – Trần Ngọc Chấn – Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật.

2. Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất – Tập 1, Tập 2 - Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật.

3. Giáo trình Các quá trình và thiết bị trong CN hóa chất và thực phẩm, Tập 4 – Nguyễn Bin.

4. QCVN 19 : 2009/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải công nghiệp đối với bụi và các chất vô cơ

5. QCVN 05:2009/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng không khí xung quanh