Đồ án Kỹ thuật xử lý khí thải

MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 PHẦN I : XỬ LÝ SỐ LIỆU 2 1. Thông số đầu vào 2 2. Xử lý số liệu 2 3. Tính toán lan truyền ô nhiễm không khí 5 PHẦN II: TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH CHÍNH TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ THẢI 12 2.1. Xử lý bụi 12 1. Các thông số đầu vào 12 2. Tính toán kích thước buồng lắng 12 3.Hiệu quả lắng bụi của buồng lắng 14 4. Kích thước chi tiết của buồng lắng 16 5. Xử lý bụi bằng Xyclon 16 6. Tính toán túi lọc vải : 22 II. Xử lí khí: chọn khí xử lí là SO2 và NO2 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41

Đồ án Kỹ thuật xử lý khí thải MỤC LỤC MỤC LỤC MỞ ĐẦU PHẦN I : XỬ LÝ SỐ LIỆU Thông số đầu vào 2 Xử lý số liệu Tính toán lan truyền ô nhiễm không khí PHẦN II: TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH CHÍNH TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ THẢI 12 2.1 Xử lý bụi 12 Các thông số đầu vào 12 Tính toán kích thước buồng lắng .12 3.Hiệu lắng bụi buồng lắng .14 Kích thước chi tiết buồng lắng 16 Xử lý bụi Xyclon 16 Tính toán túi lọc vải : 22 TÀI LIỆU THAM KHẢO 40 GVHD: Mai Quang Tuấn SVTH: Đỗ Anh Tuấn – ĐH2CM2 Đồ án Kỹ thuật xử lý khí thải GVHD: Mai Quang Tuấn SVTH: Đỗ Anh Tuấn – ĐH2CM2 Đồ án Kỹ thuật xử lý khí thải MỞ ĐẦU Hiện vấn đề ô nhiễm không khí không vấn đề riêng lẻ quốc gia hay khu vực mà trở thành vấn đề toàn cầu Thực trạng phát triển kinh tế - xã hội quốc gia giới thời gian qua có tác động lớn đến môi trường làm cho môi trường sống người bị thay đổi ngày trở nên tồi tệ Những năm gần đây, nhân loại phải quan tâm nhiều đến vấn đề ô nhiễm môi trường không khí, : biến đổi khí hậu – nóng lên toàn cầu, suy giảm tầng ozon, mưa axit, bệnh đường hô hấp… Nguyên nhân chủ yếu phát thải khí thải từ nhà máy, khu công nghiệp, phương tiện giao thông Khí thải ngành công nghiệp gây ảnh hưởng lớn tới thành phần môi trường không khí Trái Đất Đặc biệt môi trường không khí, khí thải từ hoạt động công nghiệp chứa nhiều chất độc hại cho môi trường sức khoẻ người H 2S, HF, CO, CO2, NOx,…với nồng độ vượt ngưỡng tiêu chuẩn cho phép Mỗi ngành công nghiệp có đặc tính khí thải khác nhau, dựa vào đặc tính khí thải ngành nghề mà có biện pháp hướng giải khác để hạn chế tối đa phát thải khí môi trường GVHD: Mai Quang Tuấn SVTH: Đỗ Anh Tuấn – ĐH2CM2 Đồ án Kỹ thuật xử lý khí thải PHẦN I : XỬ LÝ SỐ LIỆU Thông số đầu vào - Lưu lượng nguồn thải: L = 30000 m3/ h = 8.33 (m3/s ) - Hàm lượng bụi 25 g/m3 = 25000 mg/m3 -Thành phần chất khí: Hàm lượng ( mg/m3 ) 25000 61 1929 32 12969 4716 Thành phần Bụi Cl SO2 H2S CO NO2 - Khối lượng riêng bụi : 2500 kg/m3 Cỡ hạt m ( % ) 0-5 5-10 19 10-20 20-30 12 30-40 12 40-50 14 50-60 12 60-70 13 - Nhiệt độ khí thải miệng ống khói :150oC - Nhiệt độ môi trường : 25oC Xử lý số liệu a Tính toán nồng độ tối đa cho phép Theo QCVN 19:2009 /BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia khí thải công nghiệp bụi chất vô Cmax = C Kp Kv Trong đó: + Cmax : Nồng độ tối đa cho phép hạt bụi chất vô khí thải công nghiệp + C : Nồng độ bụi chất vô theo cột B QCVN 19:2009 /BTNMT + KP:Hệ số lưu lượng nguồn thải KP = 0,9 (Vì lưu lượng nhà máy 30000m3/ h (mục 2.3 – QCVN 19: 2009 /BTNMT ) GVHD: Mai Quang Tuấn SVTH: Đỗ Anh Tuấn – ĐH2CM2 Đồ án Kỹ thuật xử lý khí thải +Kv : Hệ số vùng , Kv = 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 km; sở sản xuất công nghiệp, chế biến, kinh doanh, dịch vụ hoạt động công nghiệp khác có khoảng cách đến ranh giới khu vực km Bảng Nồng độ tối đa cho phép hạt bụi chất vô khí thải công nghiệp Thành phần Bụi Cl SO2 H2S CO NO2 C (mg/Nm3) – cột B QCVN 19/2009 Cmax ( mg/Nm3) 200 10 500 7.5 1000 850 180 450 6.75 900 765 b Tính toán nồng độ đầu vào khí thải Theo số liệu đầu vào, nồng độ chất vô (C1) miệng khói có nhiệt độ 150oC, nồng độ chất vô tối đa cho phép (Cmax ) nhiệt độ 25oC Vậy nên trước so sánh nồng độ để xem bụi khí thải vượt tiêu chuẩn ta cần quy đổi C1(150oC) C2 (25oC) Đây trường hợp điều kiện đẳng áp với p1 = p2 = 760 mmHg t1 = 150oC T1 = 423oK t2 = 25oC T2 = 298oK Từ phương trình trạng thái khí lý tưởng : PV = nRT Trong : C1, T1 : Nồng độ thành phần khí thải (mg / m3 ) nhiệt độ tuyệt đối T1 = 423oF C2, T2 : Nồng độ thành phần khí thải (mg/Nm3) nhiệt độ tuyệt đối T2 = 298oF GVHD: Mai Quang Tuấn SVTH: Đỗ Anh Tuấn – ĐH2CM2 Đồ án Kỹ thuật xử lý khí thải Bảng Nồng độ thành phần khói thải STT Thành phần Cmax Kết luận (mg/m3) ( mg/Nm3 ) ( mg/Nm3) Bụi 25000 25000 180 Vượt QC 138.89 lần SO2 1929 2738.14 450 Vượt QC 6.08 lần CO 12969 18409.02 900 Vượt QC 20.45 lần H2S 32 NO2 4716 Cl 61 6,75 Vượt QC 6.73 lần 6694.19 765 Vượt QC 8.75 lần 86.59 Vượt QC 9.62 lần 45.42 - Nhận xét: Dựa vào bảng số liệu  Những tiêu cần xử lý trước xả thải môi trường : Bụi, SO2, CO, H2S, NO2, Cl GVHD: Mai Quang Tuấn SVTH: Đỗ Anh Tuấn – ĐH2CM2 Đồ án Kỹ thuật xử lý khí thải - Hiệu suất tối thiểu để xử lý tiêu Trong đó: η : Hiệu suất tối thiểu để xử lý tiêu : Hàm lượng chất X hỗn hợp khí thải vào (mg/m3) : Hàm lượng chất X hỗn hợp khí thải ( mg/m3) Bảng 3: Hiệu suất tối thiểu để xử lý tiêu η Thành phần Bụi ( mg/Nm3 ) 25000 (mg/m3) 180 (%) 99,28 SO2 CO H2S NO2 Cl 1929 12969 32 4716 61 450 900 6,75 765 76.67 93.06 78.91 83.78 85.25 Tính toán lan truyền ô nhiễm không khí a Xác định nguồn thải nguồn cao hay nguồn thấp - Do nguồn thải ống khói nhà máy A nên nguồn điểm - Ta có: 20oC < = = 150 – 25 = 125oC Nguồn thải nguồn nóng - Xét nhà máy A: = 17,5 (m)  Nhà máy A nhà hẹp Ta có: bA = 15 (m) < 2,5hA = 2,5 lA = 35 (m) < 10hA = 10 = 70 (m)  Nhà máy A nhà ngắn  Nhà máy A hẹp, ngắn - Xét khu dân cư B GVHD: Mai Quang Tuấn SVTH: Đỗ Anh Tuấn – ĐH2CM2 Đồ án Kỹ thuật xử lý khí thải Ta có: bB =19 (m) < 2,5hB = 2,5 = 20 (m)Khu dân cư B khu dân cư hẹp lB = 60m < 10hB = 10 = 80 (m)  Khu dân cư B khu dân cư ngắn  Khu dân cư B khu dân cư hẹp,ngắn - Với nhà máy A tòa nhà hẹp đứng đầu : x1 = L1 = 45 (m) < 10hA = 10 x = 70 (m)  Nhà máy A khu dân cư B nhóm nhà - Do nhà máy A khu dân cư B nhóm nhà: Hgh = 0,36.(bz + L1) + hB = 0,36.( bA + L1 ) + hB = 0,36.( 15 + 45 ) + = 27.8 (m) Theo công thức Davidson W.F (Giáo trình Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải – Trường Đại Học Tài Nguyên Và Môi Trường Hà Nội) Độ nâng luồng khói là: h = D Trong đó: h: độ nâng luồng khói,m ; D: đường kính miệng ống khói, D= 1500mm=1,5m; : vận tốc ban đầu luồng khói miệng ống khói, m/s; : vận tốc gió, m/s Tk : nhiệt độ tuyệt đối khói miệng ống khói, Tk = 423oK : chênh lệch nhiệt độ khói nhiệt độ xung quanh = Tk – Txq = 150 – 25 =125oC GVHD: Mai Quang Tuấn SVTH: Đỗ Anh Tuấn – ĐH2CM2 Đồ án Kỹ thuật xử lý khí thải - Vận tốc ban đầu luồng khói miệng ống khói : = = = 4,72 (m/s) - Vận tốc gió miệng ống khói : Trong đó: = =5 = 5,56 (m/s) :vận tốc gió độ cao z (z= 24m ),m/s : vận tốc gió độ cao đặt máy quan trắc (z1= 10m), = m/s n : số mũ ( Do khí mức trung tính, độ ghồ ghề mặt đất 0,01m nên tra bảng 2.1 Giáo trình kỹ thuật xử lý khí thải ta có n = 0,12 ) > Độ nâng luồng khói: h = D = 1,5 = 1,55(m) • Độ cao hiệu nguồn thải là: Hhq = Hô + = 31 + 1,55 = 32,55 (m) Trong đó: Hhq : độ cao hiệu nguồn thải , m; Hô : chiều cao thực nguồn thải, Hô = 31(m); : độ cao nâng nguồn thải, = 1,55 m; Do Hhq = 32,55 (m) >Hgh = 27,8 (m)  Đây nguồn thải cao b.Tính toán khuếch tán chất chất ô nhiễm từ nguồn điểm cao Theo QCVN 05:2009/ BTNMT QCVN 06:2009/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng không khí xung quanh nồng độ tối đa cho phép số khí độc không khí xung quanh là: Thông số Thời gian trung bình Nồng độ cho phép (µg/m3) Clo 24h 30 SO2 năm 50 GVHD: Mai Quang Tuấn QCVN 06:2009/BTNMT QCVN 05:2009/ SVTH: Đỗ Anh Tuấn – ĐH2CM2 Đồ án Kỹ thuật xử lý khí thải BTNMT QCVN H2S 1h 42 06:2009/BTNMT QCVN 05:2009/ CO 24h 5000 BTNMT QCVN 05:2009/ NO2 năm 40 BTNMT QCVN 05:2009/ Bụi năm 140 BTNMT - Khoảng cách từ nguồn thải đến điểm tính toán : x = 45 + 10 = 55m Dựa vào bảng 2.11 bảng 2.12 ta có : = 8,5 , =5 Tính toán bụi: Áp dụng công thức khuếch tán theo mô hình Gauss sở: C= Trong đó: exp : hệ số khuếch tán theo phương ngang phương đứng, có thứ nguyên độ dài m M : lượng phát thải chất ô nhiễm nguồn điểm liên tục (g/s) : tốc độ gió miệng ống khói (m/s) : = 5,56 (m/s) - Lưu lượng phát thải chất ô nhiễm nguồn điểm liên tục : M= Cbụi max L = 0,18 8,33 = 1,5 (g/s) - Xét điểm nhà B có tọa độ x= 60, y= 0, z =  CB = exp  −  02 82 + 2   × 8,5 ×  −4 ÷ = 2,81 ×10 (g/m )  - Xét điểm nhà B có tọa độ x= 79 , y=0, z=  02 82   = 2,81 ×10−4 (g/m3 ) + 2 ÷   × 8,5 ×   CB = exp  −  Theo QCVN 05:2009/BTNMT_ Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng không khí xung quanh có Cbụi = 140 g/m3  Nồng độ bụi khuếch tán không đạt QCVN - Đối với khí SO2 GVHD: Mai Quang Tuấn SVTH: Đỗ Anh Tuấn – ĐH2CM2 Đồ án Kỹ thuật xử lý khí thải II Xử lí khí: chọn khí xử lí SO2 NO2 Các thông số đầu vào Công suất (Q) Nồng độ SO2 đầu vào Nồng độ H2S đầu vào Hiệu suất tối thiểu xử lý SO2 Đơn vị m3/h mg/m3 mg/m3 Hiệu suất tối thiểu xử lý NO2 Dung dịch hấp thụ (NaOH ) Khối lượng riêng than hoạt tính Đường kính hạt than Độ xốp lớp hấp thụ Nhiệt độ đầu vào tháp Nhiệt độ làm việc tháp Áp suất % % kg/m3 m % o C o C atm % Giá trị 30000 1929 32 76,67 83,78 20 500 0,004 37 150 30 Xử lý SO2 VÀ NO2 phương pháp hấp thụ Hấp thụ SO2 NO2 dung môi hấp thụ dung môi NaOH 20% Ta có: L = V= 30000 (m3/h ) Chọn điều kiện làm việc tháp nhiệt độ trung bình dòng khí vào dòng lỏng vào t0 = 300C A Gọi: • - Tính toán sở Gy: lưu lượng hỗn hợp khí vào tháp (kmol/h) Gx: lưu lượng nước vào tháp (kmol/h) Gtrơ: lưu lượng khí trơ (kmol/h) Yđ,Yc: nồng độ phần mol tương đối pha φ y (kmol/kmol) Xđ,Xc: nồng độ phần mol tương đối pha φx (kmol/kmol) Đầu vào Lượng mol hỗn hợp khí vào tháp: PV 1× 30000 Gđhhk = RT = 0, 082 × (273 + 150) = 864,9 (kmol/h) Đối với khí SO2 Lượng mol khí SO2 đầu vào: Gđ SO2 = Cđ SO2 × V 1929 × 10−3 × 30000 = = 904, 22 (mol/h) = 0,904 (kmol/h) M SO2 64 -Nồng độ phần mol SO2 hỗn hợp khí là: GVHD: Mai Quang Tuấn 26 SVTH: Đỗ Anh Tuấn – ĐH2CM2 Đồ án Kỹ thuật xử lý khí thải yđ SO2 = Gđ SO2 0,90422 = = 1, 045 × 10−3 (kmol/kmol) Gđ hhk 864,9 -Nồng độ phần mol tương đối SO2 là: Yđ SO2 = yđ SO2 1, 045 ×10−3 = = 1, 046 × 10−3 (kmol/kmol) − yđ SO2 − 1, 045 ×10−3 Đối với khí NO2: - Lượng mol NO2 đầu vào là: Gđ NO2 = Cđ NO2 × Q 4716 × 10−3 × 30000 = = 3075, 65 (mol/h) = 3,076 (kmol/h) M NO2 46 - Nồng độ phần mol NO2 là: yđ NO2 Gđ NO2 3, 076 = hhk = = 3,556 ×10−3 (kmol/kmol) Gđ 864,9 - Nồng độ phần mol tương đối NO2 là: Yđ NO2 yđ NO2 3,556 × 10−3 = = = 3,569 ×10−3 (kmol/kmol) NO2 −3 − yđ − 3,556 ×10 - Lượng mol khí trơ là: Gtrđ = G • hhk đ −G SO2 đ −G NO2 = 864,9 − 0,904 − 3, 076 = 860,92 (kmol/h) Đầu Đối với khí SO2 - Sản lượng mol SO2 hấp thụ là: ht GSO = % H SO2 G dSO2 = 0, 7667.0,904 = 0, 693 (kmol/h) - Sản lượng mol SO2 lại hỗn hợp khí đầu ra: GcSO2 = G d SO2 − GhtSO2 = 0,904 − 0, 693 = 0, 211 (kmol/h) Đối với khí NO2 - Sản lượng mol NO2 hấp thụ là: GhtNO2 = % H NO2 G NO = 0,8378.3, 076 = 2,577 (kmol/h) d - Sản lượng mol H2S lại hỗn hợp khí đầu ra: GcNO2 = G NO2 d − GhtNO2 = 3, 076 − 2,577 = 0, 499 (kmol/h) GVHD: Mai Quang Tuấn 27 SVTH: Đỗ Anh Tuấn – ĐH2CM2 Đồ án Kỹ thuật xử lý khí thải => Sản lượng mol khí đầu ra: c Gra = Gtr + GSO + GHc S = 860,92 + 0, 211 + 0, 499 = 861,93(kmol/h) - Nồng độ phần mol SO2 hỗn hợp khí đầu là: ycSO2 = GcSO2 0, 211 = = 2, 448.10−4 (kmol/kmol hhk) Gra 861,93 - Nồng độ phần mol tương đối SO2 là: - Nồng độ phần mol NO2 hỗn hợp khí đầu là: ycNO2 = GcNO2 0, 499 = = 5, 789.10−4 (kmol/kmolhhk) Gra 861,93 - Nồng độ phần mol tương đối NO2 là: (kmol/kmol) • Xây dựng đường cân bằng: Theo định luật Henry ta có: ycb = mx Lại có mối quan hệ phần mol x,y phần mol tương đối X, Y: - y= Y Y +1 x= X X +1 mX Thay x,y vào phương trình ycb = mx => Ycb = + (1 − m) X - Ta có : m = ψ P Tra bảng 3.1 trang 153 –[5] ta có: Ở 300C : + Với khí SO2 ψ = 0,0364.106 mmHg + Với khí NO2 ψ = 0,056.106 mmHg  mSO2 0, 0364.106 = = 47,895 ; 760 47,895 X Với SO2: + Ycb = − 46,895 X ; Với NO2: + Ycb = − 72, 684 X ; • 73, 684 X mNO2 0, 056.106 = = 73, 684 760 ycb = 47,895x ycb = 73,684x Xây dựng đường làm việc: GVHD: Mai Quang Tuấn 28 SVTH: Đỗ Anh Tuấn – ĐH2CM2 Đồ án Kỹ thuật xử lý khí thải Phương trình cân vật liệu tháp hấp thụ: Gtrơ.(Yđ – Yc) = Gx.(Xc – Xđ) (*) Giả thiết Xc = Xcbc lượng dung môi tối thiểu cần để hấp thụ là: - Yd − Yc Gxmin = Gtrơ X − X cbc d  Do Xđ = nên phương trình (*) trở thành: Gtrơ,(Yđ – Yc) = Gx.Xc Gx Y = G X + Yc tro mX - Từ phương trình đường cân Ycb = + (1 − m) X Y => Xcb = m − (1 − m)Y Với khí SO2: Yđ= 1,046.10-3 (kmol/kmol) 1, 046.10−3 = 2,182.10−5 47,895 + 46,895 ×1, 046.10 −3 1, 046.10−3 − 2, 449.10−4  = 31607,8374 (kmol/h) Gxmin = 860,92 × 2,182.10−5 − Lượng dung môi cần thiết để hấp thụ: Gx = β Gxmin Thông thường β = 1,2 ÷ 1,5 Chọn β = 1,2  Gx = 1,2 × 31607,8374 = 37929,40488 (kmol/h) Gx 37929, 40488  = = 44, 057 Gtro 860,92  Xcbc = Vậy phương trình làm việc khí SO2 là: Y = 44,057X + 2,449.10-4 Yd − 2, 449.10−4 1, 046.10−3 − 2, 449.10 −4 = = 1,818.10−5 Khi Yđ =1,046.10 Xc = 44, 057 44, 057 -3 (kmol/kmol)  xc =  xtb = Xc 1,818.10−5 = = 1,818.10−5 (kmol/kmol) −5 + X c + 1,818.10 xd + xc + 1,818.10−5 = = 9, 09.10−6 (kmol/kmol) 2 GVHD: Mai Quang Tuấn 29 SVTH: Đỗ Anh Tuấn – ĐH2CM2 Đồ án Kỹ thuật xử lý khí thải Số đệm lý thuyết N lt Số đệm thực tế là: Ntt = η = 0, 7667 = 9,13 => 10 đệm SO • Với khí NO2: Yđ = 3,569.10-3 (kmol/kmol) 3,569.10−3 = 4,827.10−5 (kmol/kmol) Xcbc = −3 73, 684 + 72, 684 × 3,569.10 3,569.10−3 − 5, 792.10−4  860,92 × = 53324, 6036 (kmol/h) Gxmin = 4,827.10−5 − Lượng dung môi cần thiết để hấp thụ: Gx = β Gxmin Thông thường β =1,2÷1,5 Chọn β =1,2   Gx = 1,2 53324,6036 = 63989,52432 (kmol/h)  Gx 63989,52432 = = 74,327 Gtro 860,92 Vậy phương trình làm việc khí NO2 : Y = 74,327X + 5,792.10-4 Yd − 5, 792.10−3 3,569.10−3 − 5, 792.10−4 = = 4, 022.10−5 Khi Yđ = 3,569.10 Xc = 74,327 74,327 -3 (kmol/kmol)  Xc 4, 022.10−5 xc = = = 4, 022.10−5 (kmol/kmol) −5 + X c + 4, 022.10  xd + xc + 4, 022.10−5 xtb = = = 2, 011.10−5 (kmol/kmol) 2 GVHD: Mai Quang Tuấn 30 SVTH: Đỗ Anh Tuấn – ĐH2CM2 Đồ án Kỹ thuật xử lý khí thải Số đệm lý thuyết N lt Số đệm thực tế là: Ntt = η = 0,8378 = 10, 74 => 11 đệm NO Tính khối lượng riêng: • Đối với pha khí: - Tính My: SO NO SO NO Áp dụng công thức: My = ytb × M SO + ytb × M NO + (1 − ytb − ytb ) × M KK 2 2 2 Trong đó: My: phân tử lượng trung bình hỗn hợp khí (kg/mol) M SO2 , M NO2 M KK : khối lượng phân tử SO2, NO2 không khí (kg/mol) ytb : phân mol trung bình khí hỗn hợp (kmol/kmol)  My = 6, 449.10−4 × 64 + 2, 067.10−3 × 46 + (1 − 6, 449.10−4 − 2, 067.10 −3 ) × 29 = 29, 05 M × 273ρ 29, 05 × 273 × 760 Tính ρ y = 22, × T × ρ = 22, × 303 × 760 = 1,168 (km/m3) o tb - Đối với pha lỏng: Tra bảng I.2 Trang – [3] 300C có: ρ NaOH = 1213,5 (kg/m3) • Độ nhớt: - Đối với pha lỏng: −3 Tra bảng I-101 – [3] : µ NaOH (20%) (30 C ) = 3,3.10 (N.s/m2) - Đối với pha khí: M y Áp dụng công thức: µ = y ytb × M SO2 µ SO2 + ( − ytb ) × M kk µkk Trong đó: µ y , µSO , µkk : độ nhớt trung bình pha khí, SO2 không khí điều kiện làm việc 300C (N.s/m2) M y , M SO2 , M kk : khối lượng phân tử pha khí, SO2 không khí điều kiện làm việc 300C (N.s/m2) Tra đồ thị I-35-[3] ta có: µSO (300C) = 0,013.10-3 (N.s/m2) µ kk (300C) = 0,0185.10-3 (N.s/m2) GVHD: Mai Quang Tuấn 31 SVTH: Đỗ Anh Tuấn – ĐH2CM2 Đồ án Kỹ thuật xử lý khí thải -> µy = My ytb × M SO2 µ SO2 + = (1 − ytb ).M kk µkk 29, 05 = 1,85.10−5 6, 449.10 × 64 (1 − 6, 449.10−4 ) × 29 + 0, 013.10−3 0, 0185.10−3 −4 (N.s/m2) * Tính vận tốc đảo pha: Y = 1,2.e-4X (II-187) Áp dụng công thức: ωs × σ d × ρ y Y= g × Vd × ρ x Trong đó: 0,16 µ  × x ÷  µn  + ωs : tốc độ đảo pha (m/s) + Vđ: thể tích tự đệm (m3/m3) + σ d : bề mặt riêng đệm (m2/m3) Ta chọn đệm vòng Rasiga đồ lộn xộn sứ kích thước 25x25x3 Vd = 0,785 (m3/m3) σ d = 90 (m2/m3) + g : gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m/s2)  + X =  Gx G  y 1   ρ y 8 × ÷ ÷ ρ ÷   x ρ x , ρ y : khối lượng riêng trung bình pha lỏng (kg/m3) Gx , G y : lưu lượng lỏng tháp (kg/h) Gx = 37929,40488 + 63989,52432 = 101918,9292 (kmol/h) = 101918,9292 40 = 4076757,168 (kg/h) Gy = 864,9 (kmol/h) = 864,9 x 29,05 (kg/h) = 25125,345 (kg/h)   X =  Gx G  y 1   ρ y   4076757,168   1,168  = × × ÷ ÷ = 1, 498 ÷  ρ ÷  25125,345 ÷   1213,5    x Từ phương trình Y ta có: ωs = 1, 2.e −4 X × g × Vd × ρ x 0,16 µ  σ d × ρ ytb ×  x ÷  µn  = GVHD: Mai Quang Tuấn 1, 2.e −4×1,498 × 9.81× 0, 7853 × 1213,5 0,16  3,3.10−3  90 × 1,168 ×  −3 ÷  0,8007.10  32 = 0, 73 (m/s) SVTH: Đỗ Anh Tuấn – ĐH2CM2 Đồ án Kỹ thuật xử lý khí thải Thông thường ωtb = 0,9.ωs => ωtb = 0,9.0,73 = 0,66 (m/s) TÍNH TOÁN THÁP HẤP THỤ • Tính đường kính tháp: Đường kính tháp: Công thức : D = 4×Q × 30000 = = 4, 01 (m) ≈ (m) 3,14 × 3600 × ωtb 3,14 × 3600 × 0, 66 d td < D 50 Kiểm tra: + ×V d Ta có: dtd = σ = d  × 0, 785 d 0, 0349 = 0, 0349 => td = = 8, 725.10−3 < 90 D 50 Thỏa mãn điều kiện Bề mặt tiết diện ngang thiết bị : (m2) f = • - π D 3,14 × 5, = = 25,5 (m2) 4 Tính toán chiều cao tháp: Chiều cao làm việc tháp xác định theo phương pháp số đơn vị chuyển khối: H lv = hdv × Ntt Trong đó: H lv : chiều cao làm việc tháp hdv : chiều cao đơn vị chuyển khối N tt : số bậc thay đổi nồng độ Gx,Gy: lưu lượng pha lỏng pha khí (kg/h) (Theo công thức IX.52 – trang 168 –[4]) GVHD: Mai Quang Tuấn 33 SVTH: Đỗ Anh Tuấn – ĐH2CM2 Đồ án Kỹ thuật xử lý khí thải Trong đó:  ρ × ωs hdv = 302.4 ×  y  µy  0,2 0,405  G  × σ −1,2 × V ×  y ÷ ÷ ÷  Gx   0,225 ρ  × y ÷  ρx  0,045 µ  × y ÷  µx  Gx m × Gy × G 1− m× y Gx lg σ = 90 (m2/m3) Vd = 0,785 (m2/m3) ρ y = 1,168 (kg/m3) ρ x = 1213,5 (kg/m3) (Tra barng I.23 – T35) µ y = 1,85.10-5 (N.s/m2) µ x = 3,3.10-5 (N.s/m2) Gx = 4076757,168 (kg/h) Gy = 25125,345 (kg/h) + Đối với SO2:  ρ × ωs hdv = 302.4 ×  y  µ y  0,2 0,405  G  × σ −1,2 × V ×  y ÷ ÷ ÷  Gx   0,2 0,225 ρ  × y ÷  ρx  µ  × y ÷  µx  0,405  1,168 × 0,362   25125,345  hdv = 302.4 ×  × 90−1,2 × 0.785 ×  ÷ ÷ −5  1,85.10   4076757,168  4076757,168 lg 47,895 × 25125,345 × 25125,345 − 47,895 × 4076757,168 0,045 Gx m × Gy × G = 1− m× y Gx lg 0,225  1,168  × ÷  1213,5  = 0,155(m) Ntt = 10  H lv SO2 = hdv × Ntt = 0,155 × 10 = 1,55 (m) + Đối với NO2: GVHD: Mai Quang Tuấn 34 0,045  1,85.10 −5  × −5 ÷  3,3.10  SVTH: Đỗ Anh Tuấn – ĐH2CM2 Đồ án Kỹ thuật xử lý khí thải 0,2 0,405  1,168 × 0,362   25125,345  hdv = 302.4 ×  × 90 −1,2 × 0.785 ×  ÷ ÷ −5  1,85.10   4076757,168  4076757,168 lg 73, 684 × 25125,345 × 25125,345 − 73, 684 × 4076757,168 0,225  1,168  × ÷  1213,5  = 0,13(m) Ntt = 11  H lvNO2 = hdv × Ntt = 0,13 ×11 = 1, 43 (m) Vậy chiều cao làm việc tổng cộng tháp đệm là: H lv = H lvSO2 + H lvNO2 = 1,55 + 1, 43 = 2,98 (m) Chiều cao phần tách lỏng Hc Hd chọn theo bảng sau, phụ thuộc vào đường kính tháp : D Hc (m) 1,0÷1,8 0,8 2,0÷2,6 1,0 2,8÷4,0 1,2 Với D = 4m chọn Hc = 1,2m Hd = 3m Hd (m) 2,0 2,5 3,0 Vậy chiều cao tổng cộng tháp H = H lv + H c + H d = 2,98 + 1, + = 7,18 (m) Chọn H=7,2(m) Các thông số thiết bị hấp thụ STT • Thông số Chiều cao đệm Đường kính tháp Chiều cao tách lỏng Hc Chiều cao phía đáy Tổng chiều cao tháp hấp thụ Đơn vị m m m m m Giá trị 2,98 1,2 7,2 Trở lực: Áp dụng công thức: ∆P = ∆Pu + ∆Pk Trong đó: ∆Pk : tổn thất đệm kho ∆Pu : tổn thất đệm ướt GVHD: Mai Quang Tuấn 35 0,045  1,85.10 −5  × −5 ÷  3,3.10  SVTH: Đỗ Anh Tuấn – ĐH2CM2 Đồ án Kỹ thuật xử lý khí thải Tháp hấp thụ đạt hiệu suất cao vận tốc khí vận tốc điểm đảo pha => Trở lực tháp đệm hệ khí-lỏng điểm đảo pha xác định công thức sau: m n   Gx   ρ y   µ x ∆Pu = ( + K ) ∆Pk = ∆Pk 1 + A  ÷  ÷     Gx   ρ x   µ y     ÷ ÷  (Theo IX–118–trang 189–[4])   c Trong đó: ∆Pu : tổn thất áp suất đệm ướt điểm đảo pha có tốc độ khí tốc độ khí qua đệm khô (N/m2) ∆Pk : tổn thất đệm khô (N/m2) Gx,Gy : lưu lượng pha lỏng khí (kg/h) Với khí SO2: - Gx = 4076757,168 (kg/h) = 1132,433 (kg/s) Gy = 25125,345 (kg/h) = 6,979 (kg/s) ρ x , ρ y : khối lượng riêng pha lỏng khí (kg/m3) ρ x = 1213,5 (kg/m3) ρ y = 1,168 (kg/m3) µ x , µ y : độ nhớt pha lỏng khí (N.s/m2) µ x = 3,3.10-3 (N.s/m2) µ y = 1,85.10-5 (N.s/m2) Vì 1,8 n 0,2 0,2  Gx   ÷  Gx  ρ  µ  y ÷  x   ρx   µ y 1,8   1132, 433   1,168   3,3.10 −3  = ÷ ÷  1213,5 ÷  1,85.10−5 ÷ = 25,82 > 0,5 ÷ 6,979        A= 10, m= 0,945, n= 0,525, c= 0,105 - Tổn thất áp suất đệm khô: Theo công thức IX.116 sổ tay tập Rey = ω y × dtd × ρ y × ω y × Vd × ρ y = µy µ y ×σ d GVHD: Mai Quang Tuấn 36 SVTH: Đỗ Anh Tuấn – ĐH2CM2 Đồ án Kỹ thuật xử lý khí thải  Rey = × 0, 66 × 0, 785 ×1,168 = 1453, 79 > 400 1,85.10−5 × 90 Tính trở lực đệm khô theo công thức: ∆Pk = 0,8 1,2 0,2 1,56 × H × ω1,8 y × ρ y ×σ d × µ y Vd3 1,56 × 2,98 × 0, 661,8 ×1,1680,8 × 901,2 × (1,85.10−5 ) 0,2 = 128,94 (N/m2) 0, 7853 = 0,105 0,945 0,525   3,3.10−3    1132, 433   1,168  ∆Pu = 128,94 1 + 10 ×  ÷ ×  1213,5 ÷ ×  1,85.10−5 ÷  = 7236,53  6,979         (N/m2) ∆P = ∆Pk + ∆Pu = 128,94 + 7236,53 = 7365, 47 (N/m2)  TÍNH TOÁN CƠ KHÍ : Thân tháp Các thông số ban đầu tháp mà ta biết sau : Đường kính D = 4m = 4000mm Chiều cao tháp H = 7,2m = 7200mm Khối lượng riêng pha lỏng : = 1213,5 (kg/m3) Áp suất làm việc tháp : P = Pmt + Pl Trong : Pmt : áp suất pha khí thiết bị, Pmt = 1atm = 0,1013 (N/mm2) Pl : áp suất thủy tĩnh cột chất lỏng thiết bị : Pl = g .H = 9,81.1213,5.7,2.10-6 = 0,086 (N/mm2) H lấy chiều cao tháp phòng trường hợp ngập lụt hay tắc nghẽn => P = 0,1013 + 0,086 = 0,1873 (N/mm2) Đường ống dẫn khí - Vận tốc khí ống khoảng 10 – 30 m/s Chọn vận tốc ống dẫn khí vào vận tốc ống dẫn khí v=30 m/s GVHD: Mai Quang Tuấn 37 SVTH: Đỗ Anh Tuấn – ĐH2CM2 Đồ án Kỹ thuật xử lý khí thải * ống dẫn khí vào - Lưu lượng khí vào Qv = Ghh × M kk 864,9 × 29 = = 5,96 (m3/s) ρd 1,168.3600 - Đường kính ống dẫn khí vào d= 4.Qv 4.5, 69 = = 0, (m) π v 3,14.30 - Chọn ống có đường kính ống tiêu chuẩn d = 400 mm, bề dày b = 13 mm làm thép không gỉ (Theo bảng XIII.32 trang 434 sổ tay trình thiết bị công nghệ hóa chất tập 2) chiều dài đoạn ống nối (ứng với d = 400 mm) 150 mm - Để đảm bảo phân phối khí tháp ta sử dụng đĩa đực lỗ với bề dầy 5mm lỗ có đường kính 50mm bước lỗ 50 mm * ống dẫn khí - Lưu lượng khí Qr = Gra M kk 861,93.29 = = 5,94 (m3/s) ρcuoi 1,168.3600 - Đường ống dẫn khí d= 4.Q 4.5,96 = = 0, (m) π v 3,14.30 - Chọn ống có đường kính ống tiêu chuẩn d = 400 mm, bề dày b = 13 mm làm thép không gỉ (Theo bảng XIII.32 trang 434 sổ tay trình thiết bị công nghệ hóa chất tập 2) chiều dài đoạn ống nối (ứng với d = 400 mm) 150 mm - Để đảm bảo phân phối khí tháp ta sử dụng đĩa đực lỗ với bề dầy 5mm lỗ có đường kính 50mm bước lỗ 50 mm 2.5.6.Đường ống dẫn lỏng - Vận tốc chất lỏng ống khoảng – m/s * ống dẫn lỏng vào - Chọn vận tốc ỗng dẫn lỏng vào v = m/s GVHD: Mai Quang Tuấn 38 SVTH: Đỗ Anh Tuấn – ĐH2CM2 Đồ án Kỹ thuật xử lý khí thải - Lưu lượng lỏng vào Qv = Ltb 50959, 4646 = = 0, 04 (m3/s) ρ NaOH 3600 1213,5.3600 - Đường kính ống dẫn lỏng vào 4.Qv 4.0, 04 = = 0,13 π v 3,14.3 d= - Chọn đường kính tiêu chuẩn d = 200 mm bề dày b =11 mm - Vật liệu làm nhựa PVC - Ống dẫn lỏng hàn vào thiết bị (Theo bảng XIII.32 trang 434 sổ tay trình thiết bị công nghệ hóa chất tập 2) chiều dài đoạn ống nối 130mm * Ống dẫn lỏng - Chọn vận tốc ống dẫn lỏng 1,5 m/s - Lưu lượng lỏng Qv = Ltb 50959, 4646 = = 0, 04 (m3/s) ρ NaOH 3600 1213,5.3600 - Đường kính ống dẫn lỏng d= 4.Qv 4.0, 04 = = 0,13 m π v 3,14.3 - Chọn đường kính tiêu chuẩn d = 200 mm bề dày b =11 mm (Theo bảng XIII.32 trang 434 sổ tay trình thiết bị công nghệ hóa chất tập 2) chiều dài đoạn ống nối 130mm - Tính cho nắp elip: Chọn đáy nắp tháp elip có gờ với chiều cao h = 50mm Tra theo bảng XIII.10 XIII.11 – trang 382,383,384 – Sổ tay trình thiết bị công nghệ hóa chất : Chiều cao Nắp elip có khoét lỗ không tăng cứng với d = 400mm - Tính bích: bích dùng để gắn phần thiết bị với GVHD: Mai Quang Tuấn 39 SVTH: Đỗ Anh Tuấn – ĐH2CM2 Đồ án Kỹ thuật xử lý khí thải TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Ô nhiễm không khí xử lý khí thải tập tập – GS.TS Trần Ngọc Chấn – NXB KH&KT năm 2001 2.Kiểm soát ô nhiễm không khí – PGS.TS Nguyễn Đinh Tuấn – NXB ĐHQGTPHCM năm 2007 3.Các trình thiết bị công nghệ hóa chất thực phẩm tập – GS.TSKH Nguyễn Bin – NXBKH&KT Sổ tay trình thiết bị công nghệ hóa chất, tập – Trần Xoa – NXBKH&KT HN Sổ tay trình thiết bị công nghệ hóa chất, tập – NXBKH&KT HN GVHD: Mai Quang Tuấn 40 SVTH: Đỗ Anh Tuấn – ĐH2CM2 [...]... sau khi xử lý : CBụi = × 100 = => Hiệu suất xử lý bụi : H = GVHD: Mai Quang Tuấn 0, 75 = 8,33 = 0,09 g/m3 11 = 99,64% SVTH: Đỗ Anh Tuấn – ĐH2CM2 Đồ án Kỹ thuật xử lý khí thải PHẦN II: TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH CHÍNH TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ THẢI 2.1 Xử lý bụi 1 Các thông số đầu vào Các đại lượng Đơn vị Số liệu m3/s 8,33 mg/m3 25000 % 55 Khối lượng riêng của bụi kg/m3 2500 Khối lượng riêng của khí thải kg/m3... Tổng cộng 13239,13 Đồ án Kỹ thuật xử lý khí thải Hiệu suất xử lý bụi sau khi đi qua xyclon và buồng lắng là : = < Hiệu suất cần phải xử lý đạt là 99,64%  phải xử lý tiếp bằng lọc túi vải Lượng bụi còn lại sau khi xử lý bằng xyclon là 11163,14 mg/m3 d Khối lượng bụi thu được trong 1 ngày - Khối lượng riêng của khí thải ở80oC : ρk = 1,2 = 0,77 (kg/m3) - Khối lượng riêng của hỗn hợp khí và bụi ở 80oC... Sau cùng còn giai đoạn rửa khí sẽ xử lý hết, đạt yêu cầu xử lý của cả hệ thống theo quy chuẩn GVHD: Mai Quang Tuấn 25 SVTH: Đỗ Anh Tuấn – ĐH2CM2 Đồ án Kỹ thuật xử lý khí thải II Xử lí khí: chọn khí xử lí là SO2 và NO2 Các thông số đầu vào Công suất (Q) Nồng độ SO2 đầu vào Nồng độ H2S đầu vào Hiệu suất tối thiểu xử lý SO2 Đơn vị m3/h mg/m3 mg/m3 Hiệu suất tối thiểu xử lý NO2 Dung dịch hấp thụ (NaOH ) Khối... sách ô nhiễm không khí và xử lý khí thải của thầy Trần Ngọc Chấn tập 2)  chọn D= 270mm - Chiều dài làm việc của túi lọc từ : 2000- 3500mm (theo sách ô nhiễm không khí và xử lý khí thải của thầy Trần Ngọc Chấn tập 2)  Chọn l= 2000mm Diện tích túi vải : Stúi = π × D × l = 3,14 × 0, 270 × 2 = 1, 6956 (m2) GVHD: Mai Quang Tuấn 22 SVTH: Đỗ Anh Tuấn – ĐH2CM2 Đồ án Kỹ thuật xử lý khí thải - Số túi vải :... giới hạn của hạt bụi: = 50 (1) Trong đó: : Độ nhớt của khí thải ở 100oC GVHD: Mai Quang Tuấn 12 SVTH: Đỗ Anh Tuấn – ĐH2CM2 Đồ án Kỹ thuật xử lý khí thải Hệ số nhớt động lực của khí thải ở 150oC, tính theo công thức gần đúng của Sutherland: 3 Ta được : µ150 C o 2 = 17,17 ×10 × 387 ×  273 + 150 ÷ = ( Pa.s) 387 + 150  273  −6 + L: lưu lượng khí thải, L = 8,33 (m/s) + : Khối lượng riêng của bụi, ρb... /BTNMT thì nồng độ khuếch tán của khí H2S đạt QCVN Sau khi tính toán ta thấy nồng độ bụi khuếch tán đến nhà B vượt quá QCVN 05 => phải tính lại hiệu suất xử lý Theo Gauss cơ sở: C= exp ( công thức 3.26 trang 78, GS,TS Trần Ngọc Chấn ) Với: Cbụi = 140.10-6 g/m3 ( QCVN 05 ) y = 0, z = 8, = 8,5 ; GVHD: Mai Quang Tuấn =5 10 SVTH: Đỗ Anh Tuấn – ĐH2CM2 Đồ án Kỹ thuật xử lý khí thải Cbui × 2 × π × u × δ y... ĐH2CM2 Đồ án Kỹ thuật xử lý khí thải b Xác định đường kính giới hạn của hạt bụi - Đường kính giới hạn của hạt bụi được tính theo công thức: do = r  4,5.µ L ln 2  2 2 2 π ρ b r2 − r1 n l  r1  3 ( ) Trong đó : L : lưu lượng khí thải đối với 1 xyclon : L = 4,167 m3 /h µ : hệ số nhớt động học của bụi , ở 1500 là (kg/m.s) ρ b : khối lượng riêng của bụi , ρ b = 2500 (kg/m3) r1 : Bán kính ống thoát khí. ..    2 × 8,5   = 2,5.10-8 (g/m3) ( H = = = 1,39 (m) B× H B × u 3600 × 3 × 0,5  Chọn H = 1,4 m Kiểm tra lại kích thước buồng lắng - Thời gian lưu của cỡ hạt bụi 50 m và dòng khí thải bên trong buồng lắng: GVHD: Mai Quang Tuấn 13 SVTH: Đỗ Anh Tuấn – ĐH2CM2 Đồ án Kỹ thuật xử lý khí thải τ2 = - l 5 = = 10 (s)... ĐH2CM2 Đồ án Kỹ thuật xử lý khí thải Tính lượng bụi thu được: - Khối lượng riêng của khí thải ở 150oC : ρk = 1,2 = 0,77(kg/m3) - Khối lượng riêng của hỗn hợp khí và bụi ở 150oC ρ hh = ρ b  – ρk ρhh – (ρb – ρk) Cv = 0  - 0,77 ρhh – (2500 – 0,77)  Cv C  + ρ k 1 − v  ρ hh  ρ hh  11163,14.10-6= 0 phh = 5,68 kg/m3 - Trong đó : + Cv = 11163,14 (mg/m3) =11163,14.10-6 (kg/m3): là nồng độ khí đi