ĐỒ ÁN MÔN HỌC KĨ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI : Thiết kế hệ thống xử lý bụi và khí thải

Mục lục Mục lục 2 A) XỬ LÝ BỤI 3 I) SỐ LIỆU ĐẦU BÀI 3 Lời mở đầu 4 II) XỬ LÝ SỐ LIỆU 5 1)Tính nồng độ tối đa cho phép 5 2)Tính toán nồng độ đầu vào của khí thải 6 III) TÍNH TOÁN KHUẾCH TÁN CHẤT Ô NHIỄM 8 1) Đặc điểm của nguồn thải 8 2) Tính toán khuếch tán chất ô nhiễm từ nguồn cao 9 3) Hiệu suất tối thiểu cần xử lý 12 IV)TÍNH TOÁN THIẾT BỊ XỬ LÝ BỤI 13 1)Lựa chọn công nghệ xử lý bụi 13 2)Tính toán thiết bị 13 B) XỬ LÝ KHÍ 21 1)Tính toán xử lý SO2 21 2.Xử lí H2S 28 3) Xử lý CO (bằng phương pháp hấp phụ) 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO 37

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

KHOA MÔI TRƯỜNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

KĨ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI

Đề bài:

Thiết kế hệ thống xử lý bụi và khí thải

Sinh viên : Đỗ Thị Biên

Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Thanh Huyền

Hà Nội, 01/2015

Mục lục

Mục lục 2

A) XỬ LÝ BỤI 3

I) SỐ LIỆU ĐẦU BÀI 3

Lời mở đầu 4

II) XỬ LÝ SỐ LIỆU 5

1)Tính nồng độ tối đa cho phép 5

2)Tính toán nồng độ đầu vào của khí thải 6

III) TÍNH TOÁN KHUẾCH TÁN CHẤT Ô NHIỄM 8

1) Đặc điểm của nguồn thải 8

2) Tính toán khuếch tán chất ô nhiễm từ nguồn cao 9

3) Hiệu suất tối thiểu cần xử lý 12

IV)TÍNH TOÁN THIẾT BỊ XỬ LÝ BỤI 13

1)Lựa chọn công nghệ xử lý bụi 13

2)Tính toán thiết bị 13

B) XỬ LÝ KHÍ 21

1)Tính toán xử lý SO2 21

2.Xử lí H2S 28

3) Xử lý CO (bằng phương pháp hấp phụ) 33

TÀI LIỆU THAM KHẢO 37

ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ THẢI

A) XỬ LÝ BỤI

I) SỐ LIỆU ĐẦU BÀI

Khu dân cư B: có b = 10m ,l =40m ,hB = 5m

máy A cách khu dân cư B là L1 = 60m,tốc độ gió ở độ cao 10m cho u1 = 1(m/s) ,nhiệt

độ của khí thải Tk = 70oC ,lưu lượng Q = 45000 (m3/h)

II) XỬ LÝ SỐ LIỆU

1)Tính nồng độ tối đa cho phép

QCVN 19: 2009/BTNMT : Quy chuẩn này quy định nồng độ tối đa cho phép củabụi và các chất vô cơ trong khí thải công nghiệp khi phát thải vào môi trường khôngkhí

Nồng độ tối đa cho phép của bụi và các chất vô cơ trong khí thải công nghiệpđược tính theo công thức sau:

- Kp là hệ số lưu lượng nguồn thải quy định tại mục 2.3 tại bảng 2 : Hệ số lưu

nên Kp = 0,9

- Kv là hệ số vùng, do nhà máy hoại động sau ngày 16/01/2007 nên C được lấy ở

cột B bảng1 - QCVN 19: 2009/BTNMT khu công nhiệp nên theo quy định tại mục2.4 ở bảng 3 ta lựa chọn Kv = 1

=> Nồng độ tối đa cho phép của bụi tổng khí thải công nghiệp là :

Tính tương tự đối với các chất vô cơ ta có bảng sau:

Bảng 1:Nồng độ tối đa cho phép theo QCVN 19/2009

Thành phần

C (mg/m 3 )- cột B QCVN 19/2009 C max (mg/m 3 )

H2S 7,5 6,75

2)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

70oC, 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 hoặc khí thải nào vượt tiêu chuẩn ta cần quy đổi

Nhận xét : Dựa vảo bảng số liệu thì cần phải xử lý tất cả bụi và khí thải trước khithải ra ngoài môi trường gồm có: bụi , Clo , SO2 , H2S , CO , NO2.

III) TÍNH TOÁN KHUẾCH TÁN CHẤT Ô NHIỄM

1) Đặc điểm của nguồn thải

8 < 10 => nhà máy B là nhà hẹp,ngắn.

Gió thổi từ A sang B

=> Nhà máy A và khu dân cư B là nhóm nhà

b) Loại nguồn theo nhiệt độ khí thải

nhiệt độ xung quanh)

20oC < 100oC => nguồn thải từ nhà máy A là nguồn điểm ,cố định và lànguồn nóng

c) Phân loại theo chiều cao nguồn thải

Ta có : Hhq = Hô + H

Trong đó: Hô là chiều cao của ống khói so với mặt đất Hô = 38m

H là độ cao nâng của luồng khói

Theo công thức của Davidson ta có:

h’ là chiều cao của tòa nhà

Vì Hhq > Hgh => nguồn thải từ nhà máy A là nguồn cao

2) Tính toán khuếch tán chất ô nhiễm từ nguồn cao

 Đối với bụi

Theo mô hình Gauss cơ sở :

2.11 ta được hệ số khuếch tán theo chiều ngang = 9 ,tra bảng 2.12 ta được hệ số khuếch tán theo chiều đứng = 5

Khi tính toán nồng độ chất ô nhiễm trên mặt đất dọc theo trục gió (trục x) ta có y

= 0,và tính toán nồng độ ô nhiễm tại đỉnh của nhà B nên z = 5 m

So sánh với QCVN 06: 2009/BTNMT Quy chuẩn này quy định nồng độ tối đa

độ trung bình trong 1h

Vị trí xuất hiện Cmax

 Tra hình 2.11 trang 60 giáo trình kĩ thuật xử lý khí thải 500 m =>ngoài nhà B

Tính toán nồng đo chất ô nhiễm tại đầu ,giữa và cuối trên nóc nhà B

Tính theo công thức Gauss biến dạng :

C =

Tùy thuộc vào độ xa thì nồng độ ô nhiễm ở các điếm của nhà là khác nhau ,vìkhoảng cách từ nguồn thải đến đầu ,giữa ,cuối nhà B là nhỏ hơn 100m chiều cao tối

đầu ,giữa và cuối trên nóc nhà B là như nhau:

Tính toán tượng tự đối với các khí còn lại là : SO2, H2S,CO,NO2

Bảng 4:Nồng độ tại nhà B và so sánh với quy chuẩn

Thành

3) tạinhà B

Nồng độ cho

QCVN05/2009QCVN

Kết luận

: Hiệu xuất tối thiểu để xử lý từng chỉ tiêu

: Hàm lượng chất X trong hỗn hợp khí thải vào (mg/m3)

Tương tự đối với các khí ta có bảng sau:

Bảng 5:Hiệu suất xử lí của các chất

IV)TÍNH TOÁN THIẾT BỊ XỬ LÝ BỤI

1)Lựa chọn công nghệ xử lý bụi

 Nguyên lý làm việc của buồng lắng bụi

- Buồng lắng bụi có khả năng xử lý bụi thô có kích thước ≥ 50µm khá tốt

5_10

10_20

20_30

30_40

40_50

50_60

60_70

16

18

10

 Ưu điểm :

-Chi phí đầu tư ban đầu thấp,vận hành thấp

-Bụi lắng được ở dạng khô

- Cấu tạo đơn giản, dễ vận hành

 Nhược điểm:

-Chỉ lắng được bụi thô, không thể thu được bụi

- Tốn diện tích, hiệu quả không cao

- Phải làm sạch thủ công định kì

Đường kính hạt bụi nhỏ nhất :

Những đường bụi có đường kính đều được giữ lại 100% ở trong buồnglắng bụi

Trong đó: +µ : Độ nhớt của khí thải ở 700C

+ Hệ số nhớt động lực của khí thải ở 70oC, tính theo công thức gầnđúng của Sutherland :

+ L : lưu lượng khí thải, L = 12,5 (m3/s)

+ ρb : Trọng lượng riêng của bụi, ρb = 2500 kg/m3

+ ρkk : Trọng lượng riêng của khí thải, ρkk = 1,2 kg/m3

+ l : Chiều dài buồng lắng (m)

+ B: Chiều rộng buồng lắng (m)

Từ công thức trên ta được:

buồng lắng có L=11250 m3/h kích thước mỗi buồng lắng : B.l = 19,4 m2

Nếu chọn chiều dài l = 5 m chiều rộng buồng lắng là B = 4 m

Chọn vận tốc khí trong buồng lắng là 0,5m/s (< 3m/s vận tốc tối đa của dòng khítrong buồng lắng) Thì chiều cao của buồng lắng là :

Chọn H = 1,6 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:

Theo cỡ hạt, hiệu quả lắng được tính theo :

Trong đó: + µ : Độ nhớt của khí thải ở 70oC

+ L : Lưu lượng khí thải, L = 3,125 (m3/s)

+ ρb : Trọng lượng riêng của bụi, ρb = 2500 kg/m3

+ ρk : Trọng lượng riêng của bụi, ρb = 1,2 kg/m3

+ l : Chiều dài buồng lắng (m)

+ B: Chiều rộng buồng lắng (m)

Tính tương tự đối với các cỡ ta có bảng sau:

Bảng 7 :Hiệu quả lắng bụi của buồng theo cỡ hạt

Đườn

g kính cỡ

5-10

1

30-40

40-50

50-60

60-70

%

Khối

lượng

12

16

18

10

13

13

15

1000

1125

625

812,5

812,5

937,5

187,5

2,32

9,30

25,83

50,63

83,69

100

100Lượn

104,63

161,44

411,37

679,98

937,5

187,5

Coi hiệu quả lọc bụi theo cỡ hạt của buồng lắng là hiệu quả lọc của hạt bụi cóđường kính nhỏ nhất trong dải bụi

Hiệu suất lọc bụi của buồng lắng:

Nồng độ bụi đi vào thiết bị tiếp theo là :

b)Thiết bị túi lọc vải

Chọn túi vải lọc bằng vải len năng suất cao,biến động độ sạch ổn định,dễ phụchồi bền khoảng 6-7 tháng hoạt động liên tục,nhiệt độ giới hạn 90oC

Theo giáo trình: Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải tập 2 của thầy NguyễnNgọc Chấn

Chiều cao từ 2 3,5m: chọn chiều cao 3,5 m

Diện tích 1 túi vải:

Diện tích của bề mặt lọc :

S =

năng suất lọc : 0,6 1,2 m3/m2phút trên 1m2 bề mặt vải lọc,chọn = 1,2

m3/m2phút

hiệu suất làm việc của bề mặt lọc = 90%

Lưu lượng khí thải đi vào : Q = 45000 (m3/h) = 750 (m3/phút)

 Chọn số túi lọc vải để lắp đặt là 216 túi,chia làm 2 đơn nguyên ,mối đơnnguyên 108 túi

- Chọn hàng ngang 9 túi,hàng dọc 12 túi

- Lưu lượng khí cần nạp là:

Q = 750 (m3/phút)

- Khoảng cách giữa các túi lọc vải (ngang dọc như nhau) từ 8-10 cm, chọn 10cm

- Khoảng cách giữa các túi lọc vải ngoài cùng đến thành thiết bị từ 8-10cm, chọn10cm

- Chọn độ dày của thiết bị : = 0,003m

- Chiều dài của một đơn nguyên là:

 Vậy chọn phương pháp rung cơ học.

Thời gian lọc: thời gian rung lắc của 1 đơn nguyên khoảng 1 phút

Quá trình lọc 9 phút Vậy thời gian lọc tổng cộng của cả chu trình làm việc

khoảng 10 phút

 Tính lượng bụi thu được :

Khối lượng riêng của khí thải ở 700C :

+ = 0,96 (kg/m3) : khối lượng riêng khí ở 700C

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

Qv = 45000 m3/h lưu lượng khí vào túi lọc vải

 Nồng độ bụi trong hệ thống đi vào thiết bị túi lọc vải (% khối lượng)

 Lưu lượng hệ khí đi ra khỏi thiết bị lọc vải:

Chọn chiều cao của thùng chứa bụi là 2m,chiều dài 2m và chiều rộng 2m.Kích

Trở lực của thiết bị là:

p = A.vn

Với A = 25 0,25 ,hệ số thực nghiệm đối với từng loại vải,chọn A = 10

N = 1,25 1,35 chọn n = 1,3v: năng suất vải lọc m3/m2h, v = 0,8 m3/m2phút = 48 m3/m2h

 p = A.vn = 10.481,3 = 1533,25 N/m2

Tính toán hiệu quả xử lý bị của hệ thống

Theo tính toán thì hiệu suất xử lý của thiết bị túi lọc vải là 90%

Lượng bụi đi ra khỏi hệ thống thiết bị là:

mr = mv (1 - ) = 15009,72 (1-0,9) = 1500,972 (mg/m3)Vậy hiệu suất xử lý bụi của buồng lắng bụi và thiết bị lọc túi vải là:

Còn một lượng bụi sẽ theo khí đi vào tháp ,ở đây xảy ra quá trình rửa khí để loại

bỏ lượng bụi còn lại

B) XỬ LÝ KHÍ

1)Tính toán xử lý SO 2

bằng dung dịch kiềm NaOH 20%

Ta có: lưu lượng khí thải = 45000 m3 /h

Áp suất p1 = 1atm = 760 mmHg = 1,0133×105 Pa

Hiệu suất của quá trình hấp thụ tính ở bảng 5 : = 62,5%

Chọn điều kiện làm việc của tháp là nhiệt độ trung bình của dòng khí vàovà dònglỏng vào là 30oC Hỗn hợp khí xen như là SO2 và không khí

a) Thiết lập phương trình cân bằng và phương trình làm việc

Gtrơ= Gv

y - Gv

Nồng độ phần mol tuyệt đối của SO2 trong hỗn hợp khí:

Gr

y = Gtrơ + Gr

 Tính khối lượng riêng của hỗn hợp khí

Khối lượng riêng của pha khí ở 70oC và 1 atm: ρhh khí =

(Công thức trang 5- Sổ tay quá trình ,tập 1)

: khối lượng riêng của SO2 ở 70oC

vSO2: Nồng độ phần thể tích của SO2 trong hỗn hợp

vSO2 = = = 0,46 (molSO2/ mol hh khí)

ρkk : khối lượng riêng của không khí ở 70oC

(Công thức trang 14_ Sổ tay quá trình, tập 1)

vkk: Nồng độ phần thể tích của không khí trong hỗn hợp

 Phương trình đường cân bằng:

ψ là hệ số Henry (mmHg), ở nhiệt độ làm việc là 30oC thì ψ SO2=0,104×106

(tra ở bảng 3.1 –trang 153-các quá trình ,thiết bị trong công nghệ hóa chất và thựcphẩm-tập 4)→Ycb=

Trong đó m= là hệ số cân bằng pha

P là áp suất chung của hỗn hợp khí , P =1atm = 760mmHg

Phương trình đường cân bằng:

y*= 136,84x

 Phương trình đường làm việc

Phương trình cân bằng vật liệu đối với khoảng thiết bị kể từ 1 tiết diện bất kì tớiphần trên của thiết bị: Gtrơ .( Y - Yc) = Gx ( X - Xđ)

Gx là lưu lượng dung môi đi vào thiết bị hấp thụ (kmol/h);

Gtrơ là lượng khí trơ đi vào thiết bị hấp thụ (kmol/h)

Ta có: Yđ= Yv = 0,85(kmol SO2/k mol khí trơ)

Yc= Yr = 0,32(kmol SO2/ kmol khí trơ)

Do Xđ = 0 nên phương trình trở thành: Gtrơ .( Y - Yc) = Gx X

thụ là : Gx min = Gtrơ Từ phương trình đường cân bằng Ycb =

→ Xcb = Mà Yđ = 0,85(kmol SO2/k mol khí trơ)

→Xcb = = 3,36.10-3 (kmol SO2/ kmolNaOH)

→Gx min = 865,18× = 162221,25 (kmol/h)

Lượng dung môi cần thiết để hấp thụ Gx = β Gx min

Thông thường β =1,2 ÷1,5 .Chọn β =1,2→Gx = 1,2×162221,25 =194665,5(kmol/h)

khi Yđ = 0,85 (kmol SO2/kmol kk) thì Xc = =2,35×10-3

0.27368

0.41052

0.54736

Từ bảng ta có đồ thị đường cân bằng và đường làm việc

Gx, Gy là lượng lỏng và lượng hơi trung bình( kg/s)

ρy: khối lượng riêng của pha khí ,ρy=1,52 ( kg/m3)

ρxtb:khối lượng riêng của dung dịch NaOH 20% ở 30oC,ρxtb= 1219( kg/m3)

Chiều cao của tháp được tính theo công thức:Htt =hp(ntt-1)+Z.n +ZL+ZC

bằng xút NaOH 10%.Trước khi xử lí khí ta hạ nhiệt độ của khí thải xuống còn 35oC

Ta có: lưu lượng khí thải = 45000 m3 /h

+ Lưu lượng khí vào tháp: Gv

Nồng độ phần mol tuyệt đối của H2S trong hỗn hợp khí

Gr

H2S= Gv

H2S - Ght = 24,75 -16,98 =7,77 (kmol/h)+Lưu lượng khí ở đầu ra:

Gr

y = Gtrơ + Gr

 Tính khối lượng riêng của hỗn hợp khí

Khối lượng riêng của pha khí ở 30oC và 1 atm: ρhh khí =

(Công thức trang 5- Sổ tay quá trình ,tập 1)

: khối lượng riêng của H2S ở 30oC ;

vH2S: Nồng độ phần thể tích của H2S trong hỗn hợp

ρkk : khối lượng riêng của không khí ở 30 C

(Công thức trang 14_ Sổ tay quá trình, tập 1)

vkk: Nồng độ phần thể tích của không khí trong hỗn hợp

hay ρy = 1,03(kg/m3)

Nồng độ phần mol tuyệt đối của H2S trong hỗn hợp khí

 Phương trình đường cân bằng:

ψ là hệ số Henry (mmHg), ở nhiệt độ làm việc là 30oC thì ψ H2S=0,905×106

 Phương trình đường làm việc

Phương trình cân bằng vật liệu đối với khoảng thiết bị kể từ 1 tiết diện bất kì tớiphần trên của thiết bị: Gtrơ .( Y - Yc) = Gx ( X - Xđ)

Gx là lưu lượng dung môi đi vào thiết bị hấp thụ (kmol/h);

Gtrơ là lượng khí trơ đi vào thiết bị hấp thụ (kmol/h)

Ta có: Yđ= Yv = 0,016(kmol H2S/ kmol khí trơ)

Yc= Yr = 4,93×10-3(kmol H2S/ kmol khí trơ)

Do Xđ = 0 nên phương trình trở thành: Gtrơ .( Y - Yc) = Gx X

→Y= ×X + Yc Giả thiết Xc = Xcbc thì lượng dung môi tối thiểu cần để hấpthụ là:Gx min = Gtrơ Từ phương trình đường cân bằng Ycb =

→ Xcb = Mà Yđ = 0,016(kmol H2S/ kmol khí trơ)

→Xcb = = 1,32×10-5(kmol SO2/ kmol NaOH)

Từ bảng ta có đồ thị đường cân bằng và đường làm việc:

Số đĩa lí thuyết: Nlt = 3 đĩa →Số đĩa thực tế là Ntt = = = 4,37

ρy: khối lượng riêng của pha khí ,ρy=1,03( kg/m3)

ρxtb:khối lượng riêng của dung dịch NaOH 10% ở 30oC,ρxtb= 1104,5( kg/m3)

(công thức trang 169 giáo trình các quá trình thiết bị trong CNMT tập 4)

Trong đó: Vx: lưu lượng pha lỏng;Vx= Gx : ρx=63408960: 1104,5=5740,96 (m3/h)

=1,6 m3/s

- Nhiệt độ khí vào tháp: tk=25oC, áp suất: p=1atm

- Khối lượng riêng của than: ρthan=500kg/m3

- =247,86-40,5=207,36(kg/h)Đường kính tháp và khối lượng than hoạt tính cần dùng trong quá trình hấp phụCO:

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

- Đường kính tháp: D=

Chọn D=2,5 m

- Tiết diện của tháp: F= m2)

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

- Khối lượng than hoạt tính cần dùng trong 8h

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

- Thể tích của than trong lớp hấp phụ:

Chọn chiều cao tháp hấp phụ: H=13m

Chọn nắp tháp có đường kính 2,5 m

Cửa dẫn khí vào, ra và cửa dẫn than vào ra =0,5 m

TÀI LIỆU THAM KHẢO

xuất bản Khoa học và Kỹ thuật

xuất bản Khoa học và Kỹ thuật

xuất bản Khoa học và Kỹ thuật

công nghệ hóa chất - Tập 1 Bộ môn quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất (khoaHoá, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội)”, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật

5 TS Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông, “Sổ tay quá trình và thiết bịcông nghệ hóa chất - Tập 2 Bộ môn quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất (khoaHoá, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội)”, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật.

công nghệ hóa chất - Tập 3 Bộ môn quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất (khoaHoá, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội)”, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật

phẩm”, tập 4, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật