ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ CO2 VÀ BỤI

XỬ LÝ CO2

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CHI TIẾT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ THẢI CHỨA CO2

VÀ BỤI

I. ĐỀ SUẤT SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ THẢI

Thải ra theo QC

23:2009/BT NMT

Khí thải (CO2 và bụi)

Khí thải (CO2 và bụi)

Chụp hút

Cyclon

Tháp hấp thụ

Ống khói

Thuyết minh sơ đồ công nghệ:

Bụi và khí CO2 được thu gom ngay tại vị trí phát sinh thông qua các chụp hút bốtrí trên các máy công cụ Các chụp hút được nối vào hệ thống ống dẫn, dưới tác dụngcủa lực hút ly tâm bụi được dẫn theo hệ thống đường ống vào cyclone Tại cyclonedưới tác dụng của lực ly tâm các hạt bụi có kích thước lớn hơn 7,04 μm sẽ được giữlại trong cyclone , bụi ra khỏi cyclone với nồng độ 53.31 mg/m3 đạt yêu cầu tiêuchuẩn Dòng khí sau khi ra khỏi cylone sẽ được dẫn vào tháp hấp thụ để xử lý khíCO2 bằng nước khí thải được quạt thổi đưa vào đáy tháp qua đĩa phân phối khí , dichuyển lên đỉnh tháp, dung môi hấp thụ được bơm lên tháp từ trên xuống qua hệthống phân phối lỏng đi xuống đáy tháp Phản ứng xảy ra tại bề mặt thấm ướt của vậtliệu đệm Khí thải sau khi sử lý qua lớp tách ẩm , sau đó được dẫn vào đường ốngđược quạt thổi vào ống khói cao 4.408m với nồng độ 300mg/m3 CO2 & 61.362mg/m3 bụi phân tán ra ngoài

KẾT KUẬN:

a. Ưu điểm:

- Không ô nhiễm môi trường vì không thải ra khí CO2 và SO2 và các chất thải khác

-Làm sạch thêm môi trường vì tận thu được các rác thải xây dựng như đất đào móng ao,tường bê tông, gạch, ngói vỡ, sỉ lò than, sành, sứ

-Nguyên liệu đầu vào vô tận và sử dụng được tất cả các loại vật chất cứng như:các loạiđất, ruộng, đồi, phù sa, bãi tải khai các loại khoáng sản…

-Mức độ đầu tư rẻ và phù hợp với các nhà đầu tư

II. TÍNH TOÁN CHI TIẾT

Chọn kiểu xyclon IIH – 15 (SN15:160)

a.Diện tích của xyclon:

Diện tích tiết diện ngang của xyclon:

F==0.14 (m2)

vtu: vận tốc tối ưu của dòng khí đi qua xyclon

Chọn vtu = 3m/s (Trang 115, “Kiểm soát ô nhiễm không khí” của Nguyễn Đình Tuấn Phạm vi vận tốc Vtu: 1,0 m/s đến 5m/s, [m/s])

Kiểm tra lại vận tốc thực tế với vận tốc tối ưu:

(Thoả điều kiện vận tốc thực và vận tốc tối ưu là không chênh quá 15%)

b. Tính các kích thước của cyclone

Dùng phương pháp chọn: dựa vào “Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ tập

1, bảng III.4 trang 524” ta tính toán kích thước tỉ đối so với D = 0,45 m ứng với cyclon dạng IIH – 15 (đường kính từ 40-800mm)

Kích thước từ tận cùng cyclone đến bích h5 (0.240.32)D 0.130 m

c. Tính toán đường kính giới hạn của hạt bụi

Đường kính giới hạn của hạt bụi

Trong đó

•

• µ: hệ số nhớt động học của bụi, Pa.s

• ρb:khối lượng riêng của bụi, ρb= 1200kg/m3

• r1: bán kính ống thoát khí sạch r1= 0.5d1=0.5

• r2: bán kính thân cyclon, r2=0.5D=0.5

• n: số vòng quay của khí bên trong cyclon

• vE: vận tốc của khí ở ống dẫn vào cyclon, m/s

Vận tốc của khí vào cyclon

vE= Trong đó:

a: Chiều cao cửa vào bên

b: Chiều rộng của cửa vào

Hệ số nhớt động học của bụi

Số vòng quay của khí bên trong cyclon

Đường kính giới hạn của hạt bụi

Với đường kính cỡ hạt δ0 = 7.04 µm thì ứng với các hạt bụi ≥ 7.04 µm thì sẽ được xyclon xử lý sạch bụi với hiệu suất 100%

d. Hiệu quả lọc theo cấp cỡ hạt

Với

Trong đó:

• l: chiều cao làm việc của cyclone, l=h2-a= 1.017-0.297=0.72m

• n: số vòng quay của dòng khí bên trong cyclon, n = 7.4 vòng/s

Lượng bụi trong khí thải, mg/m3 280 320 200

Hiệu quả lọc theo cỡ hạt lấy theo

g. Hiệu suất xử lý cyclon

h. Kiểm tra đầu ra

- Theo QCVN 19: 2009/BTNMT về “Khí thải công nghiệp đối với bụi

và các chất vô cơ”:

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 x Kp x KvTrong đó:

- Cmax là nồng độ tối đa cho phép của bụi và các chất vô cơ trong khí thải công nghiệp, tính bằng miligam trên mét khối khí thải chuẩn (mg/Nm3);

- C là nồng độ của bụi và các chất vô cơ quy định tại mục 2.2;

- Kp là hệ số lưu lượng nguồn thải quy định tại mục 2.3;

- Kv là hệ số vùng, khu vực quy định tại mục 2.4

2.2 Nồng độ C của bụi và các chất vô cơ làm cơ sở tính nồng độ tối đa cho phép

trong khí thải công nghiệp được quy định tại Bảng 1 dưới đây:

Bảng 1 - Nồng độ C của bụi và các chất vô cơ làm cơ sở tính nồng độ tối đa cho

phép trong khí thải công nghiệp T

17 Nitơ oxit, NOx (cơ sở sản xuất hóa chất), tính 2000 1000

theo NO2

18 Hơi H2SO4 hoặc SO3, tính theo SO3 100 50

19 Hơi HNO3 (các nguồn khác), tính theo NO2 1000 500

Trong đó:

- Cột A quy định nồng độ C của bụi và các chất vô cơ làm cơ sở tính nồng độ tối đacho phép trong khí thải công nghiệp đối với các cơ sở sản xuất, chế biến, kinh doanh,dịch vụ công nghiệp hoạt động trước ngày 16 tháng 01 năm 2007 với thời gian áp dụngđến ngày 31 tháng 12 năm 2014;

- Cột B quy định nồng độ C của bụi và các chất vô cơ làm cơ sở tính giá trị tối đa chophép trong khí thải công nghiệp đối với:

+ Các cơ sở sản xuất, chế biến, kinh doanh, dịch vụ công nghiệp hoạt động kể từ ngày

16 tháng 01 năm 2007;

+ Tất cả các cơ sở sản xuất, chế biến, kinh doanh, dịch vụ công nghiệp với thời gian ápdụng kể từ ngày 01 tháng 01 năm 2015

II.3. Hệ số lưu lượng nguồn thải Kp được quy định tại Bảng 2 dưới đây:

Bảng 2: Hệ số lưu lượng nguồn thải Kp

Loại 1 Nội thành đô thị loại đặc biệt (1) và đô thị loại I (1); rừng

đặc dụng (2); di sản thiên nhiên, di tích lịch sử, văn hóađược xếp hạng (3); cơ sở sản xuất công nghiệp, chế biến,

0,6

kinh doanh, dịch vụ và các hoạt động công nghiệp khác

có khoảng cách đến ranh giới các khu vực này dưới 02

km

Loại 2

Nội thành, nội thị đô thị loại II, III, IV (1); vùng ngoại

thành đô thị loại đặc biệt, đô thị loại I có khoảng cách

đến ranh giới nội thành lớn hơn hoặc bằng 02 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 02 km

0,8

Loại 3

Khu công nghiệp; đô thị loại V (1); vùng ngoại thành,

ngoại thị đô thị loại II, III, IV có khoảng cách đến ranh

giới nội thành, nội thị lớn hơn hoặc bằng 02 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 02 km (4)

1,0

Chú thích:

(1) Đô thị được xác định theo quy định tại Nghị định số 42/2009/NĐ-CP ngày

07 tháng 5 năm 2009 của Chính phủ về việc phân loại đô thị;

(2) Rừng đặc dụng xác định theo Luật Bảo vệ và phát triển rừng ngày 14 tháng

12 năm 2004 gồm: vườn quốc gia; khu bảo tồn thiên nhiên; khu bảo vệ cảnhquan; khu rừng nghiên cứu, thực nghiệm khoa học;

(3) Di sản thiên nhiên, di tích lịch sử, văn hóa được UNESCO, Thủ tướngChính phủ hoặc bộ chủ quản ra quyết định thành lập và xếp hạng;

(4) Trường hợp nguồn phát thải có khoảng cách đến 02 vùng trở lên nhỏ hơn 02

km thì áp dụng hệ số vùng, khu vực Kv đối với vùng có hệ số nhỏ nhất;

(5) Khoảng cách quy định tại bảng 3 được tính từ nguồn phát thải.

 Cmax=61.362 Đổi Cra về theo điều kiện ở nhiệt độ 250C

T: chu kì xả bụi= 7 ngày=168h

VK: Thể tích khí = 1500 m3/h

Vbụi=Chọn Htrụ= 0.2mD=0.45M

Chọn vật liệu là cyclon là thép CT3 có ρ=7850 (kg/m3) Gỉa sử chọn thép dày 4mm

Xác định thể tích cyclone ướt: Vx=Vnx-Vtrx

Trong đó:

Vnx=thể tích bên ngoài cyclone

Vtrx=thể tích bên trong cyclone

Tính thể tích bên ngoài cyclone

Vnx=Vntrx+ Vnchx

Trong đó:

Vntrx: : thể tích bên ngoài phần hình trụ của cyclone ướt:

Vnchx: thể tích bên ngoài phần hình chop của cyclone

Khối lượng cyclone m=

1. Tính toán khối lượng của thùng chứa bụi

Chọn vật liệu làm thùng chứa bụi là thép CT3 có ρ=7850 kg/m3 Giả sử chọn thép dày 4mm

Thể tích thùng chứa: Vth=Vnth-Vtrth

Trong đó:

Vnth: thể tích bên ngoài thùng chứa

Vtrth: thể tích bên trong thhùng chứa

Tính thể tích bên ngoài thùng chứa

Trọng lượng thùng mth=

Chọn bích nối

 Bích nối cyclone và buke

+ Chọn bích liền bằng kim loại đen để nối thiết bị

Theo bảng XIII.26 – trang 409 – Sổ tay quá trình thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, ta có:

Dt = 165 (mm) chọn Dt = 200(mm)

Đường kính trong của ống : Dt = 200 (mm)

Đường kính ngoài của ống : Dn = 219 (mm)

Đường kính ngoài của bích : D = 290 (mm)

Đường kính tâm Bulong : Db = 255 (mm)

Nhiệt độ dung môi: 25Oc

Nhiệt độ làm việc của tháp: 25Oc

Bảng số liệu dường cân bằng

Suất lượng mol hỗn hợp

Suất lượng mol khí trơ

Gtr= Ghh x ( 1 - Yđ) = 60.38 x ( 1 – 0.00806) = 59.89 ( kmol/h)Suất lượng CO2 đầu vào:

Suất lượng ml còn lại trong đầu ra:

GCO2 r = GCO2v – GCO2 hấp thụ = 0.49 – 0.438 = 0.052 ( kmol/h)

Lượng dung môi tối thiểu để hấp thụ:

số lượng dung môi cần thiết với k= 1.5

L = k x Lmin = 1.5 x 58.83 = 88.245 ( kmol/h)

Suất lượng Etanolamin đầu vào:

Suất lượng Etanolamin đầu ra:

GXc= GXđ + M = 1.4989 + 0.00535 = 1.504 ( kg/s)

Suất lượng trung bình Etanolamin

Nồng độ dung môi ra khỏi tháp:

Tạo độ đường làm việc

A ( Xđ,Yc), B (Xc,Yđ)

A( 0, 0.000806)

B (0.0049, 0.00806)

Xác định bậc truyền khối

X và Y* được lấy từ bảng số liệu đường cân bằng

Y được tính từ phương trình đường làm việc Y = 1.48X + 0.000806

Bảng số liệu xác định bậc truyền khối

Y* x Y Y-Y*

Y*

1/Y-0.0015

3 0.003

0.0053

0.0037

7 265.150.0022

6

0.003

7

0.0063

0.0040

8 244.950.0029

8

0.004

3

0.0072

0.0042

5 235.340.0037

3

0.005

4

0.0087

0.0043

2 231.690.0051

6

0.005

8

0.0094

0.0042

6 234.690.0058

1

0.006

6

0.0106

0.0040

3 248.020.0073

3 0.007

0.0112

0.0038

7 258.440.0080

6

0.007

4

0.0117

0.0036

8 271.68246.18

Khối lượng riêng xốp: d= 600 (kg/m3)

Khối lượng riêng của pha lỏng: l = 1012 ( kg/m3)

Khối lượng riêng của pha khí: ytb= 1.169 (kg/m3)

hoy : là chiều cao 1 đơn vị truyền khối (m)

hy: chiều cao 1 đơn vị truyền khối ứng với 1 pha khí (m)

hx: chiều cao 1 đơn vị truyền khối ứng với 1 pha lỏng(m)

B: hệ số phụ thuộc B = 0.158 (m3/m.h) tra bảng IX.6 trang 177 sổ tay quá trình thiết bị công nghệ hóa chất tập 2)

a: diện tích bề mặt vật liệu chèm = 195 m2/m3)

Uth= 0.158 x 195 = 30.81 (m3 etanolamin / m2.h)

Hệ số thấm ướt = 0.345 Tra hình IX.6 trang 178 sổ tay quá trình thiết bị công nghệ hóa chất tập 2

Chuẩn độ cho pha khí

Chuẩn số Reynold của pha khí:

Chuẩn số Pran

Dx, Dy hệ số khuyến tán CO2 trong pha lỏng và pha khí ở 25Oc

Tra bảng 42 trang 428 sách VD & BT 10

Chuẩn số cho pha lỏng

Chiều cao 1 đơn vị truyền khối pha khí:

∆Y: Ysau – Ytrước

0.0007

0 1.035714286 0.80290.0043 0.0072

0.00073

0.0006

0 1.208333333 0.87740.0049 0.008

0.00073

0.0005

4 1.342592593 0.9350.0054 0.0087

0.00073

0.0049

0 0.147959184 0.9760.0058 0.0094

0.00073

0.0004

5 1.611111111 1.0130.0062 0.01

0.00073

0.0004

3 1.686046512 1.0410.0066 0.0106

0.00073

0.0004

0.007 0.0112

0.00073

0.0003

8 1.907894737 1.0880.0074 0.117

0.00073

Vậy chiều cao toàn tháp hấp thụ là

Hth = Hđ + (0.8-1) = 1 +0.8 = 1.8 (m)

Trong đó:

0.8 – 1: khoảng cảnh cho phép của đỉnh và đáy

Tổn thất áp suất của đệm ướt:

Tổn thất áp suất đệm khô:

Bảng IX.119 trang 189 sổ tay quá trình thiết bị công nghệ hóa chất tập 2

Hệ số phụ thuộc chuẩn số Renoyd ( hệ số trở lực của đệm)

Vì Rey = 161.245 > 40

Tốc độ khí được tính trên toàn bộ tiết diện tháp

Dtđ: đường kính tương ứng của đệm

Suy ra

Tiến độ thực của khí trong đệm

Trong đó : H: chiều cao lớp đệm

Các hệ số A,m n, c, phụ thuộc vào

Tra bảng IX.7 trang 189 sổ tay quá trình thiệt bị công nghệ hóa chất tấp 2

Giới hạn kéo:

Giới hạn chảy:

Khối lượng riêng:

Chọn công nghê gia công là hàn tay hồ quang điện và kiểu hàn là tháp nói bên đường kính >700 tra bảng XIII.8 trang 363, sổ tay quá trình thiết bị công nghệ hóa chất tập 2

Ứng suất cho phép của vật liệu bền (công thức XIII.1, XIII.2 trang 355 sổ tay quá trình

và thiết bị cong nghê hóa chất tập 2)

theo thời hạn bền

Thời hạn chảy

Tính nắp đáy

Chon nắp và đáy thiết bị dang elip có giờ

Đường kính tháp: D =800mm

Tra bảng XIII.11, XIII.10 trang 382, 385 sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2

Đáy:

Chiều cao hình elip: hđ= 200mm

Chiều cao giờ: h= 25

Bể dày đáy: s = 4mm

Khối lượng: m= 30kg

Nắp:

Chiều cao hình elip: hđ= 200mm

Chiều cao giờ: h= 25

Tích bích nối vào thân tháp

Ta chọn bích liền bằng thép kiểu 1 để nói thiết bị, tra bảng XIII.27, trang 418 sổ tay quátrình và thiết bị công nghê hóa chất tập 2

Với đường kính Dtháp= 800mm áp suất P= 1atm

Đường kính ngoài của tháp D0 = Dtrong + s*2 = 800 + 4*2 = 808(mm)

Đường kính ngoài của bích D = 930mm

Đường kính tâm bulon: Dz = 880 (mm)

Tính bích nối ống dẫn lỏng vào thiết bị

Ta chọn bích nối kim loại đen kiểu 1 để nối tra bảng XIII.26, trang 409 sổ tay quá trình

và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2

Đường kính trong của ống dẫn lỏng: D= 40mm

Đường kính ngoài của ống dẫn lỏng: D0= 48mm

Đường kính ngoài của bích: D= 130 mm

Đường kính ngoài của ống dẫn lỏng: D0= 53mm

Đường kính ngoài của bích: D= 130 mm

Đường kính ngoài của bích: D= 260 mm

Đường kính ngoài của ống dẫn lỏng: D0= 198mm

Đường kính ngoài của bích: D= 260 mm

Đĩa phân phối

Tra bảng IX.22, trang 230 sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập2Đường kính tháp: D= 800 mm

Chọn đĩa phân phối loại 2

ống dẫn chất lỏng: d *s = 44.5*2.5

Đường kính đĩa: Dd= 500mm

Chọn vật liệu là thép không rỉ kí hiệu X18H10T có bề dày ống: s= 3mm

Khối lượng toàn tháp

Khối lượng nắp và đáy: m = 30 +30 = 60kg

Khối lượng thân tháp: trong đó H= 1.8

Khối lượng tất cả các bích: m = 31.55 +1.09+1.05 + 2.82 x2 = 39.33 (kg)Vậy khối lượng toàn tháp:

m = 39.33+ 142.88+ 60+ 2552.68 =2794.89 (kg)

Tải trọng toàn tháp:

Pt = m*g = 2794.89*9.81 = 27417.87 (N)

Tải trọng cho 1 chân tháp

Chọn tải trong cho phép G=1.104 N

Tra bảng XIII.35 trang 437 sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2:

Khối lượng 1 tay treo 2kg

2 Tính ống khối

Tính chiều cao ống khói

A=200 vì khảo sát trời quang mây

Với v là vận tốc dòng khí vào ống khói, chọn v = 20m/s

H : chiều cao ống khói (m)

rT : hiệu của nhiệt độ làm việc và nhiệt độ ngoài trời,

n1 là hệ số phụ thuộc vào Vm với Vm=0.65

Vm < 0,5 suy ra : n1 = 4,4Vm = 4,4 1.672 Vậy : H1=H0

 Kiểm tra lại nồng độ CO2 thải ra ngoài: Cm=mg/m 3 < CCO2 cho phép