Đồ án tính toán chi tiết các tháp sử dụng để xử lý khí S02, công suất 160.000m3h bằng phương pháp hấp thụ (hấp thụ vật lý và hấp thụ hóa học).Hiện nay, do sự phát triển của các ngành công nghiệp tạo ra các sản phẩm phục vụ con người, đồng thời cũng tạo ra một lượng chất thải vô cùng lớn làm phá vỡ cân bằng sinh thái, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.Trong các loại ô nhiễm, ô nhiễm không khí ảnh hưởng trực tiếp đến con người, động vật, thực vật và các công trình xây dựng. Sức khỏe và tuổi thọ của con người phụ thuộc rất nhiều vào độ trong sạch của môi trường. Vì vậy, trong những năm gần đây ô nhiễm không khí từ các ngành sản xuất công nghiệp ở nước ta đang là vấn đề quan tâm không chỉ của nhà nước mà còn là của toàn xã hội, bởi mức độ nguy hại của nó đã lên tới mức báo động.SO2 là một trong những chất ô nhiễm không khí được sản sinh nhiều trong các ngành sản xuất công nghiệp và sinh hoạt. Việc sử lý SO2 có nhiều phương pháp khác nhau. Phương pháp nào được áp dụng để xử lý tùy thuộc vào hiệu quả và tính kinh tế của phương pháp đó. Vì vậy, đồ án môn học với nhiệm vụ thiết kế hệ thống xử lý khí SO2 cho nhà máy sản xuất axit sunfuric Tân Bình 2 đảm bảo đạt tiêu chuẩn môi trường cho dòng khí thải nhà máy là một trong những phương pháp góp phần vào việc xử lý khí thải ô nhiễm.
Đồ án môn học [1] Tính toán thiết kế xử lý khí MỤC LỤC Tính toán thiết kế hệ thống xử lý SO2 tháp hấp thụ với công suất 160.000 m3/h Đồ án môn học [2] Tính toán thiết kế xử lý khí DANH MỤC BẢNG, HÌNH Tính toán thiết kế hệ thống xử lý SO2 tháp hấp thụ với công suất 160.000 m3/h Đồ án môn học [3] Tính toán thiết kế xử lý khí MỞ ĐẦU Hiện nay, phát triển ngành công nghiệp tạo sản phẩm phục vụ người, đồng thời tạo lượng chất thải vô lớn làm phá vỡ cân sinh thái, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Trong loại ô nhiễm, ô nhiễm không khí ảnh hưởng trực tiếp đến người, động vật, thực vật công trình xây dựng Sức khỏe tuổi thọ người phụ thuộc nhiều vào độ môi trường Vì vậy, năm gần ô nhiễm không khí từ ngành sản xuất công nghiệp nước ta vấn đề quan tâm không nhà nước mà toàn xã hội, mức độ nguy hại lên tới mức báo động SO2 chất ô nhiễm không khí sản sinh nhiều ngành sản xuất công nghiệp sinh hoạt Việc sử lý SO có nhiều phương pháp khác Phương pháp áp dụng để xử lý tùy thuộc vào hiệu tính kinh tế phương pháp Vì vậy, đồ án môn học với nhiệm vụ thiết kế hệ thống xử lý khí SO2 cho nhà máy sản xuất axit sunfuric Tân Bình đảm bảo đạt tiêu chuẩn môi trường cho dòng khí thải nhà máy phương pháp góp phần vào việc xử lý khí thải ô nhiễm Tính toán thiết kế hệ thống xử lý SO2 tháp hấp thụ với công suất 160.000 m3/h Đồ án môn học [4] Tính toán thiết kế xử lý khí NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan công nghệ sản xuất axit sulfuric 1.1.1 Công nghệ sản xuất axit sulfuric giới Axit sulfuric, H2SO4, axit vô mạnh Nó hòa tan nước theo tỷ lệ Tên gọi cổ dầu sulfat, đặt tên nhà giả kim kỉ thứ 8, Jabiribn Hayyan sau ông phát chất Axit sulfuric có nhiều ứng dụng, sản xuất với sản lượng lớn chất hóa học nào, ngoại trừ nước Sản lượng giới năm 2001 165 triệu tấn, với giá trị xấp xỉ tỷ USD Ứng dụng chủ yếu bao gồm sản xuất phân bón, chế biến quặng, tổng hợp hóa học, xử lý nước thải tinh chế dầu mỏ Nguồn nguyên liệu sản xuất axit sulfuric giới từ nguồn nguyên liệu khác sau: - Đi từ lưu huỳnh: 65% - Đi từ khí thải ngành luyện kim (như SO2, H2S, ): 23% - Đi từ quặng pirit: 9% - Đi từ nguồn khác: 3% Các giai đoạn sản xuất Từ lưu huỳnh: S → SO2 → SO3 → H2SO4 Các phương trình phản ứng diễn sau: S + O2 SO2 2SO2 + O2 2SO3 SO3 + H2O H2SO4 Axit sulfuric sản xuất từ lưu huỳnh, ôxy nước theo công nghệ tiếp xúc Trong giai đoạn đầu lưu huỳnh bị đốt để tạo sulfur điôxit Nó bị ôxi hóa thành sulfur triôxit ôxy với có mặt chất xúc tác vanadi (V) ôxit Cuối sulfur triôxit Tính toán thiết kế hệ thống xử lý SO2 tháp hấp thụ với công suất 160.000 m3/h Đồ án môn học [5] Tính toán thiết kế xử lý khí xử lý nước (trong dạng 97-98% H 2SO4) để sản xuất axit sulfuric 98-99% Bên cạnh đó, SO3 bị hấp thụ H2SO4 để tạo ôleum (H2S2O7), chất sau bị làm loãng để tạo thành axit sulfuric (1)S(rắn) +O2 (khí) SO2 (khí) (2) 2SO2 + O2 (khí) 2SO3 (khí) (có mặt V2O5) (3) SO3(khí) + H2O (lỏng) H2SO4 (lỏng) Từ khí sulfua hydro: H2S → SO2 → SO3 → H2SO4 Các phương trình phản ứng: 2H2S + 3O2 2SO2 + 2H2O 2SO2 + O2 2SO3 SO3 + H2O H2SO4 Từ quặng pyrit sắt: FeS2 → SO2 → SO3 → H2SO4 Đốt quặng pyrit không khí: 4FeS2 + 11O2 2Fe2O3 + 8SO2 2SO2 + O2 2SO3 SO3 + H2O H2SO4 Từ quặng sulfua sắt: Đốt quặng sulfua sắt không khí: 4FeS + 7O2 2Fe2O3 + 4SO2 2SO2+ O2 2SO3 1.1.2 Công nghệ sản xuất axit sunfuric nhà máy hoá chất Tân Bình Axit Sunfuric kỹ thuật: sản xuất từ nguyên liệu lưu huỳnh theo phương pháp tiếp xúc Loại axit dùng rộng rãi nhiều ngành công nghiệp khác như: sản xuất phèn lọc nước, nước đổ bình ắc quy, sản xuất phân bón, thuốc nhuộm, sơn, dược phẩm, chất dẻo, sản phẩm gốc sunfat,… Tính toán thiết kế hệ thống xử lý SO2 tháp hấp thụ với công suất 160.000 m3/h Đồ án môn học [6] Tính toán thiết kế xử lý khí Axit Sunfuric tinh khiết: sản xuất theo phương pháp chưng cất Axit Sunfuric kỹ thuật Loại axit thường dùng phòng thí nghiệm, công nghệ điện tử sản xuất sản phẩm chất lượng cao Nguồn nguyên liệu: Nguồn nguyên liệu để sản xuất axit sunfuric lưu huỳnh khoảng (19.800 tấn/năm) Lưu huỳnh: sản phẩm từ mỏ thiên nhiên thu hồi từ nguồn khí thải (chủ yếu thu hồi từ nhà máy lọc dầu) nước ta mỏ lưu huỳnh công nghiệp hóa dầu chưa phát triển nên phải nhập từ nước khu vực Singapore, Malaysia, Indonesia nước Trung đông … Nguồn cung cấp lưu huỳnh từ nhiều năm nay, khả đảm bảo Quy cách Lưu huỳnh dạng bột, hàm lượng S 99 % Độ ẩm 2% Độ tro 0.5 % Acid tự 0.02 % Tạp chất khác 0.1 % Nhu cầu sử dụng 20.000 – 21.000 / năm Phương thức vận chuyển : đường biển tới cảng Tp Hồ Chí Minh sau đường kho nhà máy Lượng lưu huỳnh dự trữ tối đa : 3.400 (2 tháng sản xuất) Vật liệu phụ : xúc tác Monsanto – Mỹ Topse – Thụy Điển Xúc tác V2O5 : 13.200 lít/ năm Nguồn nguyên liệu động lực: Dầu DO Điện Nước : 30.000 tấn/năm : 1.220.400 KW : 210.000 m3/ năm Tính toán thiết kế hệ thống xử lý SO2 tháp hấp thụ với công suất 160.000 m3/h Đồ án môn học [7] Tính toán thiết kế xử lý khí Nguồn cung cấp nguyên liệu: công ty xăng dầu thuộc khu vực TP HCM Đồng Nai; Công ty điện lực Biên Hòa ; Công ty cấp nước Đồng Nai trạm bơm nhà máy Hóa chất Biên Hòa cung cấp Bảng 1 Định mức tiêu hao cho acid sunfuric STT Tên vật tư Đơn vị tính Định mức tiêu hao Lưu huỳnh Tấn 0.33 Xúc tác V2O5 Lít 0.4 Dầu DO Lít 0.5 Nước m3 3.5 Điện KWh 30 Phương pháp: sản xuất acid sunfulfuric kỹ thuật theo phương pháp tiếp xúc, từ nguyên liệu lưu huỳnh dạng bột Phương pháp gồm bước sau: Lưu huỳnh đốt cháy không khí tạo thành SO2 S + O2 SO2 + Q Chuyển hóa khí SO2 thành SO3 nhờ xúc tác phi kim loại V2O5 SO2 + O2 SO3 + Q Hấp thụ khí SO3 tạo thành acid sulfuric (H2SO4 98%) SO3 + H2O H2SO4 Phương án công nghệ lựa chọn dự án là: phương pháp tiếp xúc kép, hấp thụ khí SO3 hai lần Lý do: Tính toán thiết kế hệ thống xử lý SO2 tháp hấp thụ với công suất 160.000 m3/h Đồ án môn học [8] Tính toán thiết kế xử lý khí Từ phương pháp tiếp xúc, giới tồn loại dây chuyền tiếp xúc đơn (hấp thụ 1lần) tiếp xúc kép (hấp thụ lần) Dây chuyền tiếp xúc đơn dây chuyền phát minh để phục vụ công nghiệp sản xuất acid sulfuric theo phương pháp tiếp xúc Hiệu suất chuyển hóa SO2 thành SO3 ban đầu đạt 97.5%, sau nhờ cải tiến chất lượng xúc tác nên đạt 98.5% ÷ 99,5% Hàm lượng SO2 khí thải môi trường khoảng 500 mg/m3 Hiện nay, ô nhiễm môi trường trở nên trầm trọng có khả trở thành hiểm họa nhân loại Đa số nước giới ký công ước bảo vệ môi trường lãnh thổ Việt Nam tham gia công ước ban hành luật bảo vệ môi trường, quốc gia phải ban hành pháp lệnh bảo vệ môi trường lãnh thổ Việt Nam tham gia công ước ban hành luật bảo vệ môi trường Dây chuyền tiếp xúc kép đời hoàn cảnh đa số nước áp dụng trở thành phương pháp phổ biến giới Tham khảo công nghệ thông số kỹ thuật sản xuất acid sunfuric phương pháp tiếp xúc kép Mosanto Enviro – Chem Sytems Inc, thấy công ty hàng đầu giới thiết kế, công nghệ kỹ thuật sản xuất acid sulfuric Ngoài việc sản xuất chất xúc tác chất lượng cao, Envio – Chem Sytem Inc có khả tư vấn kỹ thuật cung cấp đầy đủ thiết bị lọc xử lí mùi, thiết bị làm nguội acid, hệ thống thu hồi nhiệt …Có liên quan đến công nghệ sản xuất acid sunfuric Dây chuyền sản xuất acid sulfuric theo phương pháp tiếp xúc kép hai lần họ phương pháp tối ưu có khả thực Sơ đồ công nghệ sản xuất nhà máy Tính toán thiết kế hệ thống xử lý SO2 tháp hấp thụ với công suất 160.000 m3/h Đồ án môn học [9] Tính toán thiết kế xử lý khí Lưu huỳnh Nấu chảy lưu huỳnh Đốt cháy (tao khí SO2)Không khí Hơi nước Sấy Không khí Khô Tạo nước ẩm Nơi cấp nước nồi Chuyển hóa Hỗn hợp SO2 Hấp thụ (tạo H2SO4) Xử lý khí Khí thải Hỗn hợp SO3 Hấp thụ (tạo H2SO4) H2SO4 Pha loãng Dd bisulfite Nước pha loãng Thành phẩm H2SO4 Hình 1: Sơ đồ công nghệ nhà máy hóa chất Tân Bình Tính toán thiết kế hệ thống xử lý SO2 tháp hấp thụ với công suất 160.000 m3/h Đồ án môn học [10] Tính toán thiết kế xử lý khí Đặc điểm khí thải nhà máy Quá trình sản xuất axit sulfuric tạo nhiều chất thải ảnh hưởng tới môi trường sống người.Các chất thải trình bao gồm: - Các khí axit (chủ yếu SO2) thải từ trình sản xuất - Khói bụi từ trình vận chuyển - Các chất thải rắn từ khâu chuẩn bị nhiên liệu rơi vã - Nước thải sản xuất nước thải sinh hoạt nhà máy - Khí axit chủ yếu SO2, phần SO3 H2SO4 Khí sinh chủ yếu trình hấp thụ tạo axit sulfuric, số trình khác thải đốt nguyên liệu, ôxi hóa SO2 thành SO3 1.2 Tác hại SO2 Khí SO2 loại khí không màu, không cháy, có vị hăng cay Do trình quang hóa hay xúc tác, khí SO2 dễ dàng bị oxy hóa biến thành SO3 khí Khí SO2 loại khí độc hại không sức khỏe người, động thực vật mà ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường 1.2.1 Đối với sức khỏe người SO2 chất có tính kích thích, nồng độ định gây co giật trơn khí quản Ở nồng độ lớn gây tăng tiết dịch niêm mạc đường khí quản Khi tiếp xúc với mắt, chúng tạo thành axit Bảng 2: Liều lượng gây độc mg SO2 / m3 Tác hại 20 – 30 Giới hạn gây độc tính 50 Kích thích đường hô hấp, ho Tính toán thiết kế hệ thống xử lý SO2 tháp hấp thụ với công suất 160.000 m3/h Đồ án môn học [32] Tính toán thiết kế xử lý khí E = = 39,22% NaOH chất hấp thụ có hoạt độ mạnh, xử lý SO nồng độ đồng thời thu hồi SO2 để tái sử dụng sản xuất axit sunfuric Do đó, dung dịch hấp thụ lựa chọn cho quy trình công nghệ dung dịch NaOH (pha loãng với nước) Sơ đồ công nghệ: Tính toán thiết kế hệ thống xử lý SO2 tháp hấp thụ với công suất 160.000 m3/h Đồ án môn học [33] Tính toán thiết kế xử lý khí Hình 1: Sơ đồ công nghệ xử lý khí thải nhà máy sản xuất hóa chất Tính toán thiết kế hệ thống xử lý SO2 tháp hấp thụ với công suất 160.000 m3/h Đồ án môn học [34] Tính toán thiết kế xử lý khí Thuyết minh sơ đồ công nghệ: Do nhiệt độ dòng khí thải cao (250 oC) nên sau qua Cyclone dòng khí dẫn qua thiết bị trao đổi nhiệt để giảm nhiệt độ xuống thích hợp cho trình xử lý xảy hiệu Dùng quạt thổi khí từ tháp đệm lên Dung dịch NaOH bơm từ thùng chứa lên tháp tưới lớp vật liệu đệm theo chiều ngược với chiều dòng khí tháp Các phản ứng xảy ra: SO2 + 2NaOH Na2SO3 + H2O Na2SO3 + H2O + SO2 2NaHSO3 NaHSO3 + Na2SO3 + H2O + SO2 3NaHSO3 Khí vào ống khói thải môi trường có nồng độ SO đạt tiêu chuẩn cho phép Cmax (Theo QCVN 19: 2009/BTNM) Dung dịch sau hấp thụ có chứa nhiều natri sunfit, natri bisunfit phần dung dịch bơm chở lại thùng chứa qua van điều chỉnh lưu lượng tiếp tục bơm lên tháp tưới cho vật liệu đệm lượng dung dịch NaOH dư nhiều Phần dung dịch lại đưa đến bể lắng để lắng cặn bẩn Cặn sau lắng đem chôn lấp nước sau lắng đưa xử lý thải môi trường Tính toán thiết kế hệ thống xử lý SO2 tháp hấp thụ với công suất 160.000 m3/h Đồ án môn học [35] Tính toán thiết kế xử lý khí CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ 3.1 Tính bể trộn Phương trình tổng quát: SO2 + NaOH NaHSO3 Nồng độ SO2 có m3 khí thải là: nSO2 = = 0,023 (mol) Theo phương trình nồng độ NaOH 1m3 khí là: nNaOH = 0,023 (mol) Vậy khối lượng NaOH cần dùng theo phương trình để xử lý 1m3 khí là: mNaOH = 0,023 * 40 = 0,92 (g) Theo bảng I.219 ‘ Sổ tay trình thiết bị Công nghệ hóa chất – Tập 1’ – Nguyễn Bin, độ tan NaOH dung dịch 25oC 53,25 % Vậy khối lượng dung dịch NaOH cần sử dụng để xử lý 1m3 khí thải là: mddNaOH = = 1,7 (g) Khối lượng nước sử dụng để pha dung dịch là: mH2O = 1,7 – 0,92 = 0,78 (g) Tính kích thước bể trộn: Sử dụng công thức tính thể tích PV = n*R*T (R = 0,082, t = 25oC, áp suất không khí 1atm) VNaOH = * 0,082 * (273 + 25) = 0,56 (lít) VH2O = * 0,082 * (273 + 25) = 1,06 (lít) Thể tích dung dịch cần để xử lý 1m3 khí thải là: Vdd = 0,56 + 1,06 = 1,62 (lít) = 1,62 * 10-3 (m3) Thể tích dung dịch cần dùng là: V = 1,62 * 10-3 * 160000 = 259 (m3) Ta có V = a * b * (c + 0,5) a : chiều dài bể trộn b : chiều rộng bể trộn c : chiều cao bể trộn, c = 3,5 m a * b = 259/3.5 = 74 Ta có bảng quan hệ chiều dài chiều rộng bể trộn sau: Tính toán thiết kế hệ thống xử lý SO2 tháp hấp thụ với công suất 160.000 m3/h Đồ án môn học [36] Tính toán thiết kế xử lý khí Bảng 1: Bảng quan hệ chiều dài chiều rộng bể trộn a (m) 10 15 b (m) 15 7,4 Từ bảng ta chọn a = 10 m, b = 7,4 m, bể trộn có lớp bảo vệ cao 0,5m, chiều cao bể trộn thực tế 3,5 m 3.2 Tính toán tháp hấp thụ : - Tính đường kính tháp hấp thụ : Dtháp = Trong : v: vận tốc dòng khí tháp, chọn v = m/s Q: lưu lượng khí vào tháp hấp thụ, Q = 160000 m3/h = 44,44 m3/s Do vận tốc dòng khí thải vào tháp 20m/s lớn ảnh hưởng tới trình hấp thụ, dẫn đến lượng khí SO2 khỏi tháp tương đối lớn Theo công thức vận tốc khí vào tháp tỉ lệ nghịch với bình phương đường kính Bảng 2: Bảng quan hệ đường kính tháp vận tốc vào tháp D (m) v (m/s) - 1,68 20 1,94 15 2,37 10 3,36 Chọn D = 3,36 (m), v = (m/s) Tính chiều cao tháp hấp thụ: Htháp = v * t Trong : v : vận tốc dòng khí tháp hấp thụ, v = m/s t : thời gian cần lưu dòng khí tháp t≥ Trong đó: △G = G(Yđ – Yc) kmol/s lượng khí chuyển pha đơn vị thời gian G: phần mol hỗn hợp khí vào tháp, xét khí SO2, G = = 1.020 (kmol/s) Yđ, Yc : nồng độ đầu vào đầu tháp hấp thụ khí thải △G = 1.020 * (1500 – 500) = 1.020.000 (kmol/s) β: hệ số chuyển khối β = 1,1 * (v)0,45 * (q)0,15 q: mật độ lưới Tính toán thiết kế hệ thống xử lý SO2 tháp hấp thụ với công suất 160.000 m3/h Đồ án môn học [37] Tính toán thiết kế xử lý khí q = = = 29,22 (m/h) Suy : β = 1,1 * (5)0,45 * (29,22)0,15 = 3,76 F: diện tích bề mặt tiếp xúc pha F = (Π * n * d2giọt dd )/4 Trong đó: D giọt dd = 0,001 m, đường kính giọt dung dịch hấp thụ vào tháp n: số giọt dung dịch vào tháp 1s n= Ldd: thể tích dung dịch hấp thụ cần cung cấp 1s Ldd = 259 / 3600 = 0,072 (m3) n = = 1,4 * 108 (giọt) Vậy ta có: F = (Π * 1,4 * 108 * 0,0012 )/4 = 110 (m2/s) △Y : động lực chuyển khối (kmol/kmol) △Y = (Yđ – Yc)/2 = (1500 – 500) /2 = 500 Vậy ta có: - - 3.3 t ≥ = 4,9 (s) Tóm lại, chiều cao tháp hấp thụ : H = 4,9 * = 24(m) Tính lưới phân phối khí thải Đường kính lưới phân phối khí : dlưới kt = Dtháp = 3,36 m Chọn đường kính lỗ khí thải: dlỗ kt = 10 mm = 0,01 m Số lỗ phân phối khí thải chọn là: ikt = 300 lỗ Tính lưới chặn chất lỏng hấp thụ Đường kính lưới chặn chất lỏng hấp thụ : dlưới chặn lỏng = Dtháp = 3,36 m Đường kính lỗ chặn chất lỏng hấp thụ : d lỗ chặn lỏng ≤ 1mm = 0,001m Số lỗ chặn chất lỏng hấp thụ : ikk = 3000 lỗ Tính thiết bị phụ trợ 3.3.1 Tính đường ống - Tính đường kính ống dẫn khí Để đảm bảo vận tốc dòng khí tháp 5m/s lựa chọn trên, cần xây dựng đường ống đủ lớn để vận tốc dòng khí ống 5m/s thay 20 m/s đề cho Vậy: dkhí = dkhí : đường kính ống dẫn khí thải Lkhí: lưu lượng khí thải (m3/s), L = 44,4 (m3/s) vkhí: vận tốc dòng khí ống, v = (m/s) Tính toán thiết kế hệ thống xử lý SO2 tháp hấp thụ với công suất 160.000 m3/h Đồ án môn học [38] Tính toán thiết kế xử lý khí dkhí = = 3,36 (m) - Tính đường ống dẫn dung dịch ddung dịch = ddung dịch : đường kính ống dẫn dung dịch Ldd: lưu lượng dung dịch xử lý (m3/s), L = 0,072 (m3/s) Để dung dịch hấp thụ khí đạt hiệu cao vận tốc dòng nước tháp (trong tháp) Vdd > Vkhí tháp vdd: vận tốc dung dịch ống, chọn vdd = (m/s) ddung dịch = = 0,12 (m) 3.3.2 Tính vòi phun(nvp) nvp = (g/m2) Trong đó: mdd = 1,7 g lượng dd hấp thụ đưa vào tháp ddd = 0,12 m đường kính ống dẫn dung dịch hấp thụ Vậy số vòi phun là: nvp = = 752 (vòi) 3.3.3 Tính tổng số lỗ phun: Chọn vòi phun hình lục giác đều, lỗ phun bố trí trung tâm đỉnh hình lục giác, đó, số lỗ phun vòi phun lỗ Vậy tổng số lỗ là: nlỗ = 752 * = 5264 (lỗ) Khoảng cách vòi phun: lvòi = Dtháp / nvp lvòi = 3,36/752 = 0,0045 (m) 3.3.4 Khoảng cách từ vòi phun đến vùng hấp thụ: h = (m) Tính toán thiết kế hệ thống xử lý SO2 tháp hấp thụ với công suất 160.000 m3/h Đồ án môn học [39] Tính toán thiết kế xử lý khí h α Với α góc chùm tia hấp thụ, chọn α = 10o Vậy h = = 0,012 (m) 3.3.5 Tính bể lắng: Theo phản ứng, sau xử lý m3 khí thải ta có: nNaHSO3 = nSO2 = 0,023 (mol) Nồng độ nước: nH2O = 0,78/18 = 0,043 (mol) Áp dụng công thức PV = nRT (R = 0,082, t = 25oC, áp suất không khí 1atm) Ta có : Thể tích NaHSO3 : V NaHSO3 = 0,023 * 0,082 * 298 = 0,56 (lít) Thể tích H2O : V H2O = 0,043 * 0,082 * 298 = 1,05 (lít) Thể tích sản phẩm thu sau xử lý 1m3 khí thải: Vbể lắng/m3 = V H2O +V NaHSO3 = 0,56 + 1,05 = 1,61 (lít) = 1,61 * 10-3 (m3) Thể tích bể lắng : Vbể lắng = 1,61 * 10-3 * 160000 = 258 (m3) V=a*b*c Tính toán thiết kế hệ thống xử lý SO2 tháp hấp thụ với công suất 160.000 m3/h Đồ án môn học [40] Tính toán thiết kế xử lý khí a : chiều dài bể lắng b : chiều rộng bể lắng c : chiều cao bể lắng, chọn c = 5m a * b = 258 / = 51,6 Ta có sau: Bảng 3: Bảng quan hệ chiều dài chiều rộng bể lắng a (m) 10 15 b (m) 103 5,2 3,4 Từ bảng ta chọn a = 10 m, b = 5,2 m, chiều cao bể lắng 5m 3.3.6 Tính bơm Công suất bơm N = (kw) Trong : Qdd = 0,072 m3/s η = 0,9 hiệu suất truyền động ρ: khối lượng riêng dung dịch hấp thụ (kg/m3) Khối lượng riêng dung dịch: ρ = 1,7/1,62 = 1,05 (g/l) = 1,05 (kg/m3) △Pb : tổn thất cục bơm △Pb = △Pống + △PH + △PV Trong đó: Tính: △Pống = (△Pms +Σξ) * △Pms = λ* Trong đó: chọn l = 25 m d= 0,12 m Tính λ: Tra bảng I.105 ‘Sổ tay trình thiết bị Công nghệ hóa chất – Tập 1’ – Nguyễn Bin, độ nhớt động lực dung dịch NaOH với nồng độ 53,25 % khoảng 1,1 cP Chuẩn số Re = = = 802 < 2000 λ = 64/Re = 64/ 802 = 0,08 △Pms = λ * l / d = 0,08 * 25/ 0,12 = 16,67 Σξ = đột mở + đột thu + đoạn cong + chất vật liệu làm ống dẫn = 2*0,9 + 2* 0,5 + 1*0,5 + 0,1 = 3,4 Vậy ta có: △Pống = (△Pms + Σξ) * = ( 16,67 + 3,4 ) * = 516,3 (N/m3) + Tính △PH = * ρ Trong đó: Htháp = 24 m chiều cao tháp hấp thụ Tính toán thiết kế hệ thống xử lý SO2 tháp hấp thụ với công suất 160.000 m3/h Đồ án môn học [41] Tính toán thiết kế xử lý khí vdd = m/s vận tốc dung dịch ống ρ = 1,05 (kg/m3) khối lượng riêng dung dịch hấp thụ Vậy ta có △PH = * 1,05 = 617,4 (N/m3) + Tính △PV = Trong đó: vdd = m/s vận tốc dung dịch ống v1 = vận tốc dung dịch hấp thụ bể chứa, hệ thống tuần hoàn dung dịch hấp thụ nên mực chất lỏng hấp thụ đầu ống hút coi không đổi, v1 = m/s Vậy ta có △PV = = 2,5 (N/m3) Vậy tổn thất cục bơm là: △Pb = △Pống + △PH + △PV = 516,3 + 617,4 + 2,5 = 1136,2 (N/m3) Vậy công suất bơm là: N = = = 0,94 (KW) Vậy chọn bơm có công suất (KW) 3.3.7 Tính quạt Công suất quạt tính theo công thức sau: Ntt = Trong đó: L: lưu lượng khí thải (m3/s) L = 44,4 m3/s P: áp suất quạt tạo nên (N/m2) : hiệu suất quạt = 0,55 : hiệu suất truyền động quạt lấy = 0,85 Áp suất quạt tạo nên: P = △PT + △PW Trong đó: △PT: trợ lực tháp hấp thụ (N/m2) △PW: trở lực đường ống (N/m2) - Tính trở lực tháp hấp thụ: △PT = △PTms + △PTcb (N/m2) Trong đó: △PTms tổn thất ma sát tháp hấp thụ (N/m2) △PTcb tổn thất cục tháp hấp thụ (N/m2) Tính tổn thấp ma sát tháp hấp thụ: △PTms = λ * (N/m2) Trong đó: λ: hệ số ma sát tháp hấp thụ HT = 24 m chiều cao tháp hấp thụ ω = m/s vận tốc dòng khí tháp hấp thụ ρk = 1,2 (kg/m3) khối lượng riêng không khí Tính toán thiết kế hệ thống xử lý SO2 tháp hấp thụ với công suất 160.000 m3/h Đồ án môn học [42] Tính toán thiết kế xử lý khí g = 9,81 m*s-1 gia tốc trọng trường d = 3,36 m đường kính tháp hấp thụ Tính λ: Re = Tra bảng I.113 ‘Sổ tay trình thiết bị Công nghệ hóa chất – Tập 1’ – Nguyễn Bin, độ nhớt động lực dung dịch hấp thụ nhiệt độ 25oC khoảng 1,1cP Re = = 16.036,3 > 2000 λ = = = 0,028 Tổn thất ma sát tháp hấp thụ là: △PTms = 0,028 * = 0,3 (N/m2) Tính tổn thất cục tháp hấp thụ: △PTcb = Σξ * (N/m2) Ta có Σξ = ξ1 + 3ξ2 + 2ξ3 = 0,1 + * 0,9 + * 0,5 = 3,8 Với: ξ1 chất vật liệu làm tháp hấp thụ (thép) ξ2 đột mở (cửa vào) ξ3 đột thu △PTcb = 3,8 * = 5,8 (N/m2) Vậy trở lực tháp hấp thụ là: △PT = △PTms + △PTcb = 0,3+ 5,8 = 6,1 (N/m2) - Tính trở lực đường ống: △PW = △PWms + △PWcb (N/m2) Tính tổn thất cục ống dẫn khí vào tháp hấp thụ: △PW2 = Σξ * (N/m2) Trong đó: = m/s vận tốc dòng khí vào tháp hấp thụ = 1,2 (kg/m3) khối lượng riêng không khí Σξ = chất vật liệu làm ống (thép) + đoạn cong = 0,1 + 0,5 = 0,6 Vậy trở lực đường ống là: △PW2 = 0,6 * = (N/m2) Tính tổn thất ma sát ống dẫn khí vào tháp hấp thụ: △PWms = (N/m2) Trong đó: l: chiều dài ống dẫn khí vào tháp hấp thụ, chọn l = 2m d = 3,36 m đường kính ống dẫn khí vào tháp λ: hệ số ma sát ống dẫn khí vào tháp Tính λ: Tra bảng I.113 ‘Sổ tay trình thiết bị Công nghệ hóa chất – Tập 1’ – Nguyễn Bin, độ nhớt động lực khí SO2 nhiệt độ 25oC khoảng 1,3 * 10-5 Ns/m2 Re = = 1.550.769 > 2000 Tính toán thiết kế hệ thống xử lý SO2 tháp hấp thụ với công suất 160.000 m3/h Đồ án môn học [43] Tính toán thiết kế xử lý khí λ = = = 0,009 Vậy tổn thất ma sát ống dẫn khí vào tháp hấp thụ là: △PWms = = 0,08 (N/m2) Vậy áp suất quạt tạo nên là: P = △PW + △PT = 6,1 + +0,08 = 15,18 (N/m2) Vậy công suất quạt là: NTT = = = 1,5 (W) Bảng 4: Các thông số kỹ thuật tháp hấp thụ quạt, bơm kèm TT Các thông số Tháp hấp thụ Đường kính (m) Chiều cao tháp (m) Công suất (W) Đường kính lưới phân phối khí thải (m) 3,36 Số lỗ phân phối khí thải (lỗ) 300 Đường kính lưới chặn chất lỏng hấp thụ (m) 3,36 Số lỗ chặn chất lỏng hấp thụ 3000 Vật liệu Quạt Máy bơm 3,36 24 1,5 1000 Thép không gỉ Bảng 5: Các thông số kỹ thuật thiết bị phụ trợ Tính toán thiết kế hệ thống xử lý SO2 tháp hấp thụ với công suất 160.000 m3/h Đồ án môn học TT [44] Các thông số Số liệu 3,36 Đường kính ống dẫn khí thải (m) Đường kính ống dẫn dung dịch hấp thụ (m) Số vòi phun (vòi) Tổng số lỗ phun (lỗ) Số lỗ phun/ vòi phun (lỗ) Khoảng cách vòi phun (m) Tính toán thiết kế xử lý khí 0,12 752 5264 0,004 0,011 Khoảng cách từ vòi phun đến vùng hấp thụ (m) Bảng 6: Các thông số kỹ thuật bể trộn dung dịch hấp thụ bể lắng TT Các thông số Bể trộn Bể lắng Chiều dài 10 10 Chiều rộng 7,4 5,2 Chiều cao Tính toán thiết kế hệ thống xử lý SO2 tháp hấp thụ với công suất 160.000 m3/h Đồ án môn học [45] Tính toán thiết kế xử lý khí KẾT LUẬN Khí SO2 loại khí thải có ảnh hưởng đến sức khoẻ người, phát sinh nhiều hoạt động sản xuất công nghiệp, áp dụng công nghệ xử lý khí SO2 theo phương pháp hấp thu tháp đệm nhiều lĩnh vực khác công nghệ đốt Thiết kế tháp đệm hấp thu khí SO giúp giải vấn đề khí thải từ lò đốt theo công nghệ nhiệt phân - ứng dụng phổ biến giới Việc thiết kế tháp đệm hấp thu khí thải cho ta hiệu suất xử lý lên đến 85 – 90% Những ưu điểm chọn phương pháp xử lý tháp đệm với dung dịch hấp thu sữa vôi NaOH công nghệ thiết bị đơn giản, dễ vận hành, giá thành không cao so với thiết bị xử lý khác Hấp thu dung dịch NaOH khả xử lý khí SO ta ứng dụng để xử lý khí có nguồn gốc acid khác như: HCl, HF … Do mở rộng phạm vi ứng dụng đề tài Tính toán thiết kế hệ thống xử lý SO2 tháp hấp thụ với công suất 160.000 m3/h Đồ án môn học [46] Tính toán thiết kế xử lý khí TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Văn Bôn - Kỹ thuật xử lý khí thải công nghiệp, Trường đại học Bách Khoa Tp.HCM [2] Trần Ngọc Chấn - Kỹ thuật thông gió,Trường Đại học Xây dựng, NXB Xây dựng [3] Nguyễn Quốc Hùng - Luận văn nghiên cứu xử lí khí thải công nghiệp chế biến hạt điều phương pháp đốt [4] Nguyễn Thành Vinh - Luận án cao học-Nghiên cứu thực nghiệm khả giảm thiểu SO2 trình đốt dầu phụ gia tự điều chế [5] Trần Ngọc Chấn - Ô nhiễm không khí xử lý khí thải - Tập 1, 3, NXB Khoa học Kỹ thuật [6] Vũ Bá Minh - Quá trình thiết bị công nghiệp hoá học – Truyền khối Tập 3, Trường đại học Bách Khoa TP.HCM [7] Phạm Văn Bôn – Vũ Bá Minh – Hoàng Minh Nam - Quá trình thiết bị công nghiệp hoá học – Ví dụ tập - Tập 10, Trường đại học Bách Khoa TP.HCM [8] Nguyễn Văn Phước - Quá trình thiết bị công nghiệp hoá học – Kỹ thuật xử lý chất thải công nghiệp - Tập 13, Trường đại học Bách Khoa TP.HCM [9] Sổ tay trình thiết bị công nghệ hóa chất - Tập 1, Bộ môn trình thiết bị công nghệ hoá chất (khoa Hoá, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội,) Nhà xuất khoa học kỹ thuật [10] Hồ Lê Viên -Thiết kế tính toán chi tiết thiết bị hoá chất [11] Nguyễn Duy Động - Thông gió kĩ thuật xử lý khí thải Tính toán thiết kế hệ thống xử lý SO2 tháp hấp thụ với công suất 160.000 m3/h [...]... kộm, chi phớ u t v vn hnh cao 1.3.4 X lý SO2 bng MgO Nguyờn lý quỏ trỡnh hp th Cỏc phn ng xy ra nh sau: MgO + SO2 MgSO3 + SO2 + H2O Mg(HSO3)2 + MgO 0 MgSO3 (1) Mg(HSO3)2 (2) 2MgSO3 + H2O (3) 8 00ữ900 C MgSO3 SO2 + MgO (4) Tớnh toỏn thit k h thng x lý SO2 bng thỏp hp th vi cụng sut 160. 000 m3/h ỏn mụn hc [24] Tớnh toỏn thit k x lý khớ Hỡnh 1 5: S h thng x lý SO2 bng magie oxit 1- srub 2- b lc 3-... nm 2000 n 2005 Tng thit hi kinh t trong nm 2005 ca Trung Quc lờn hn 60 t USD khi lng khớ thi SO 2 lờn n 25 triu tn 1.3 Cỏc phng phỏp x lý SO2 1.3.1 Hp th khớ SO2 bng nc Nguyờn lý quỏ trỡnh hp th Quỏ trỡnh hp th SO2 bng nc: SO2 + H2O H+ + HSO3- Hp th khớ SO2 bng nc l phng phỏp n gin c ỏp dng sm nht loi b khớ SO2 trong khớ thi, nht l trong khúi t cỏc loi lũ cụng nghip Tớnh toỏn thit k h thng x lý SO2. .. k h thng x lý SO2 bng thỏp hp th vi cụng sut 160. 000 m3/h ỏn mụn hc [32] Tớnh toỏn thit k x lý khớ E = = 39,22% NaOH l cht hp th cú hot mnh, cú th x lý c SO 2 mi nng v ng thi thu hi c SO2 tỏi s dng trong sn xut axit sunfuric Do ú, dung dch hp th la chn cho quy trỡnh cụng ngh l dung dch NaOH (pha loóng vi nc) S cụng ngh: Tớnh toỏn thit k h thng x lý SO2 bng thỏp hp th vi cụng sut 160. 000 m3/h ... lý SO2 bng thỏp hp th vi cụng sut 160. 000 m3/h ỏn mụn hc [27] Tớnh toỏn thit k x lý khớ Phng phỏp ny cng nh phng phỏp km oxit n thun khụng ũi hi lm ngui s b khúi thi, hiu qu kh SO2 t 96 ữ 98% Nhng nhc im ch yu l h thng x lý khỏ phc tp v tiờu hao nhiu mui natri u nhc im ca phng phỏp u im: khụng lm ngui s b khúi thi, hiu qu x lý cao Nhc im: h thng x lý khỏ phc tp v tiờu hao nhiu mui natri 1.3.7 X lý. .. x lý ri mi thi ra ngoi mụi trng Tớnh toỏn thit k h thng x lý SO2 bng thỏp hp th vi cụng sut 160. 000 m3/h ỏn mụn hc [35] Tớnh toỏn thit k x lý khớ CHNG 3: TNH TON DY CHUYN CễNG NGH 3.1 Tớnh b trn Phng trỡnh tng quỏt: SO2 + NaOH NaHSO3 Nng SO2 cú trong 1 m3 khớ thi l: nSO2 = = 0,023 (mol) Theo phng trỡnh thỡ nng NaOH trờn 1m3 khớ l: nNaOH = 0,023 (mol) Vy khi lng NaOH cn dựng theo phng trỡnh x lý. .. phng phỏp c ỏp dng rng rói trong cụng nghip vỡ hiu qu x lý cao, nguyờn liu r tin v cú sn mi ni CaCO3 + SO2 CaSO3 + CO2 Tớnh toỏn thit k h thng x lý SO2 bng thỏp hp th vi cụng sut 160. 000 m3/h ỏn mụn hc [20] CaO + SO2 2CaSO3 + O2 Tớnh toỏn thit k x lý khớ CaSO3 2CaSO4 Hỡnh 1 3: S h thng x lý khớ SO2 bng sa vụi 1- srub 2- b phn tỏch tinh th 3- b lc chõn khụng 4,5- mỏy bm 6-thựng hũa trn dung dch hp... vt liu thụng thng, khụng cn n vt liu chng axit v khụng chim nhiu din tớch xõy dng Nhc im: úng cn thit b do to thnh CaSO 4 v CaSO3, gõy tc nghn cỏc ng ng v n mũn thit b 1.3.3 X lý khớ SO2 bng ammoniac Nguyờn lý quỏ trỡnh hp th Phng phỏp ny hp th khớ SO2 bng dung dch ammoniac to mui amoni sunfit v amoni bisunfit theo phn ng sau: Tớnh toỏn thit k h thng x lý SO2 bng thỏp hp th vi cụng sut 160. 000 m3/h... bng ch ỏp dng c khi: - Nng ban u ca khớ SO2 trong khớ thi tng i cao - Cú sn ngun cp nhit (hi nc) vi giỏ r - Cú sn ngun nc lnh - Cú th x c nc cú cha ớt axit ra sụng ngũi Tớnh toỏn thit k h thng x lý SO2 bng thỏp hp th vi cụng sut 160. 000 m3/h ỏn mụn hc [19] Tớnh toỏn thit k x lý khớ Hỡnh 1 2: S h thng x lý khớ SO2 bng nc 1-thỏp hp th; 2-thỏp gii thoỏt khớ SO2 ; 3-thit b ngng t ; 4,5- thit b trao... khớ: 20 m/s Tớnh toỏn thit k h thng x lý SO2 bng thỏp hp th vi cụng sut 160. 000 m3/h ỏn mụn hc [31] Tớnh toỏn thit k x lý khớ + Nhit : 250oC + p sut: 4 atm Tớnh toỏn nng theo quy chun: Theo quy chun QCVN 19: 2009/BTNMT, nng ti a cho phộp ca bi v SO2 c tớnh theo cụng thc sau: Cmax = C * Kp * Kv Trong ú: Cmax: Nng ti a cho phộp ca bi v SO2 (mg/Nm3) C : Nng ca SO2 quy nh ti mc 2.2 (mg/Nm3) Kp : H... thỏp hp th vi cụng sut 160. 000 m3/h ỏn mụn hc [18] Tớnh toỏn thit k x lý khớ S h thng x lý khớ SO2 bng nc bao gm 2 giai on: Hp th khớ SO2 bng cỏch phun nc vo dũng khớ thi hoc cho khớ thi i qua lp vt liu m (vt liu rng) cú ti nc scrub Gii thoỏt khớ SO2 ra khi cht hp th thu hi SO 2 (nu cn) v nc sch Mc hũa tan ca khớ SO 2 trong nc gim khi nhit nc tng cao, do ú nhit nc cp vo h thụng hp th khớ SO 2