XỬ LÝ KHÍ NO2
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN MÔI TRƯỜNG NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC: KĨ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI GVHD: Nguyễn Trung Dũng Nhóm 3.11 : MSSV: Nguyễn Tuấn Vũ Trần Thành Luân Nguyễn Văn Mẫn 1411090470 1411090376 1411090377 BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN MÔI TRƯỜNG 1411090315 Nguyễn Lâm Thúy An NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC “KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI” I II NHÓM SINH VIÊN: 3.11 Nhóm 3.11 Nguyễn Tuấn Vũ Trần Thành Luân Nguyễn Văn Mẫn Nguyễn Lâm Thúy An NGÀY GIAO ĐỒ ÁN: 14/02/2017 NGÀY NỘP ĐỒ ÁN: 14/05/2017 NHIỆM VỤ CHUNG: ĐƯA RA HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ VÀ THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH XỬ LÝ KHÍ THẢI CỤ THỂ THEO YÊU CẦU CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: Tính toán Thiết kế hệ thống xử lý khí thải chứa NO2 dung dịch kiềm NỘI DUNG CHI TIẾT 1.1 Các thông số tín toán − Lưu lượng : Gd = 1200kg/h (Ghh) − Nồng độ yêu cầu : y = 0.8% ( theo thể tích ) − H = 80% − Kiềm hấp thụ hoàn nguyên, X = − Các thông số khác tự chọn 1.2 Nhiệm vụ yêu cầu: − Đưa hệ thống xử lý khí tương ứng − Thiết kế công trình xử lý khí thải cụ thể sau: tính thiết bị hấp thụ 1.3 Sản phẩm phải nộp − Bài thuyết minh chi tiết đồ án( nêu tổng quát phương pháp xử lý khí thải nay;nêu tính đ đ − chất chất khí thải cần tính toán phương pháp xử lý chúng, thuyết trình chi tiết thiết kế công trình đon vị giao; tính toán dự toán giá thành,…) vẽ: + Bản vẽ sơ đồ hệ thống xử lí khí thải(A1) + Bản vẽ chi tiết công trình đơn vị( có kèm theo chi tiết cụ thể)(A0) GVHD: NGUYỄN TRUNG DŨNG MỤC LỤC NHÓM 3.11 GVHD: NGUYỄN TRUNG DŨNG LỜI CÁM ƠN Trước tiên em xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc tới thầy cô giáo trường Đại học Công Nghệ TP Hồ Chí Minh thầy cô giáo khoa Công nghệ SH – TP –MT nói chung, môn Kỹ thuật môi trường nói riêng tận tình giảng dạy, truyền đạt cho em kiến thức, kinh nghiệm quý báu suốt thời gian qua Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Nguyễn Trung Dũng , thầy tận tình giúp đỡ, trực tiếp bảo, hướng dẫn suốt trình làm đồ án Trong thời gian làm việc NHÓM 3.11 GVHD: NGUYỄN TRUNG DŨNG với thầy, em không ngừng tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích mà học tập tinh thần làm việc, thái độ nghiêm túc, hiệu quả, điều cần thiết cho em trình học tập làm việc sau Bước đầu vào thực tế, tìm hiểu đồ án, kiến thức em hạn chế nhiều bỡ ngỡ Do vậy, không tránh khỏi thiếu sót điều chắn, em mong nhận ý kiến đóng góp quý báu quý Thầy Cô bạn học lớp để kiến thức em lĩnh vực hoàn thiện Sau cùng, em xin kính chúc quý Thầy Cô Khoa Công Nghệ Sinh Học – Thực Phẩm – Môi Trường thật dồi sức khỏe, niềm tin để tiếp tục thực sứ mệnh cao đẹp truyền đạt kiến thức cho hệ mai sau CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ THẢI I CÁC KHÁI NIỆM VỀ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ : Ô nhiễm không khí vấn đề tổng hợp, xác định biến đổi môi trường theo hướng không tiện nghi, bất lợi sống người, động vật thực vật, mà lại hoạt động người gây với qui mô, phương NHÓM 3.11 GVHD: NGUYỄN TRUNG DŨNG thức mức độ khác nhau, trực tiếp gián tiếp tác động làm thay đổi mô hình, thành phần hóa học, tính chất vật lý sinh vật môi trường không khí Theo TCVN 5966-1995, ô nhiễm không khí có mặt chất khí sinh từ hoạt động người trình tự nhiên với nồng độ đủ lớn thời gian đủ lâu ảnh hưởng đến thoải mái, dễ chịu, sức khoẻ, lợi ích người môi trường Đối với môi trường không khí nhà cần phải kể thêm yếu tố vi khí hậu nhiệt độ, độ ẩm, xạ, gió II NGUỒN GỐC Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ : Để nghiên cứu vấn đề ô nhiễm không khí cần biết rõ tất nguồn phát sinh chất ô nhiễm, từ ta đề xuất giải pháp giảm thiểu xử lý ô nhiễm cách có hiệu Nguồn gây ô nhiễm không khí phân thành hai loại : Nguồn ô nhiễm tự nhiên Nguồn ô nhiễm nhân tạo 1.Nguồn ô nhiễm tự nhiên: Do tượng thiên nhiên gây như: Sa mạc, đất trồng bị mưa gió bào mòn tung lên trời, bụi đất, đá, thực vật… tượng núi lửa phun nham thạch Các trình hủy hoại, thối rửa thực vật động vật thải khí gây ô nhiễm Cụ thể sau: Hoạt động núi lửa:Sinh khí ô nhiễm chủ yếu dioxit l huỳnh (SO2), sunfua hydro (H2S), florua hydro (HF)… bụi Cháy rừng:Sinh chất ô nhiễm gồm bụi tro khí oxit nitơ (NOX) dioxit lưu huỳnh (SO2), monoxit cacbon (CO) Bụi gió, bão: sinh vùng khô hạn hay bán khô hạn NHÓM 3.11 GVHD: NGUYỄN TRUNG DŨNG Sự phân huỷ tự nhiên chất hữu (thực vật, xác động vật,…) điều kiện yếm khí đầm lầy… sinh khí metan (CH4), dioxit cacbon (CO2) Khi không thoát ngoài, tạo thành túi khí đất; Tác nhân sinh học phấn hoa, vi sinh vật (vi khuẩn, siêu vi khuẩn, nấm mốc, nấm men, tảo…), loại côn trùng nhỏ hay phận chúng 2.Ô nhiễm nhân tạo Phát sinh hoạt động người Các hoạt động sản xuất người tạo loại sản phẩm phục vụ nhu cầu thiết yếu họ, đồng thời nguồn gốc phát sinh chất độc hại có tác dụng xấu thân người Ở đây, ta đặc biệt quan tâm đến nguồn ô nhiễm nhân tạo 2.1 Nguồn đốt nhiên liệu :như động phương tiện giao thông, lò đốt dân dụng công nghiệp phát sinh bụi khí ô nhiễm CO, SO2, NOX , S+O2 => SOx C+ O2=> COx (CO2,CO) N +O2=> NOx Trong trình cháy nhiên liệu sản sinh cháy có chứa nhiều loại khí độc (nhất trình cháy không hoàn toàn) SO 2, CO, CO2, NOx, hydrocacbon tro bụi Khi trình cháy không hoàn toàn thiếu oxy hay cháy lửa bị nhiệt độ lửa bị giảm thấp, số nguyên tử cacbon hydro không cấp đủ lượng để hình thành gốc tự cho sản phẩm CO2 H2O xảy ngưng trệ phản ứng cháy giai đoạn trung gian dẫn đến trình sau: - Phát thải nguyên tử cacbon với oxy tạo thành CO2 - Kết hợp nguyên tử cacbon với hydro tạo thành hydro nhẹ nặng - Phát thải hydrocacbon oxy hóa phần (andehit, axit) NHÓM 3.11 GVHD: NGUYỄN TRUNG DŨNG 2.2 Các hoạt động sản xuất công nghiệp Công nghiệp có nhiều nguồn thải khác nhau: Nguồn điểm Nguồn đường Nguồn mặt Nguồn cao hay thấp Loại có tổ chức hay tổ chức Loại ổn định thường xuyên hay thải theo chu kỳ Nguồn nóng hay nguồn thải nguội Các chất thải hoạt động công nghiệp có đặc điểm nồng độ chất độc hại cao tập trung Quá trình ô nhiễm không khí hoạt động công nghiệp gồm trình chính: Quá trình đốt lấy nhiên liệu để lấy nhiệt Quá trình bốc rò rỉ, thất thoát chất độc trên dây truyền sản xuất Các nhà máy nhiệt điện thường dùng nhiên liệu than, dầu mazut, khí đốt, FO, diezen, Chất ô nhễm phát sinh đường vận chuyển hay trình xử lý nhiên liệu Ngành hóa chất phân bón thải vào khí nhiều khí độc hại khác Các chất thải khí công nghiệp hóa chất lại mang tính đẳng nhiệt nhiệt thấp môi NHÓM 3.11 GVHD: NGUYỄN TRUNG DŨNG trường sau khó phát tán loãng Các thiết bị công nghiệp hóa chất thường đặt trời nên việc rỉ khí khó kiểm soát Các nhà máy sản xuất xây dựng nhà Ximăng, xưởng bê tông, xưởng atfan, v.v chất khí thải trình đốt nhiên liệu than CO2 ,NOx, CO II.3 Tại khu chăn nuôi gia súc : Có sinh khí ô nhiễm amoniac (NH3), sunfuahydro (H2S) II.4 Các hoạt động cộng đồng: Như thu gom xử lý rác, lò thiêu… có sinh khí phân hủy vi sinh metan (CH4), amoniac (NH3), cacbonic (CO2), sunfuahydro (H2S)…, hay sản phẩm cháy oxit cacbon (CO, CO2), tro bụi… 2.5 Do sản phẩm tạo điều kiện tiện nghi cho sống người: Sử dụng chất tẩy rửa, thuốc xịt khử mùi, sơn vecni, keo dán, thuốc nhuộm, thuốc uốn tóc phát sinh dung môi hữu axeton (CH3COCH3), formaldehyt (HCHO) ; máy photocopy sinh khí ozon (O3); khu vực nhà xe, nơi đậu xe máy phát thải vào không khí xăng dầu hợp chất hữu 2.6 Các sinh hoạt cá nhân : Như hút thuốc tạo khí monoxit cacbon (CO), nicotin… Lượng phát thải chất ô nhiễm không khí từ nguồn tự nhiên lớn nhiều so với nguồn nhân tạo phân bố đồng giới Ở khu tập trung đông dân cư mật độ phát thải người tập trung gia tăng mức độ tác hại Tuy nhiên lĩnh vực khoa học quan tâm niều loại ô nhiễm nhân tạo NHÓM 3.11 GVHD: NGUYỄN TRUNG DŨNG 3.Phân loại nguồn ô nhiễm theo tính chất phát thải 3.1 Nguồn đường: Các đường dành cho phương tiện giao thông vận tải đường dành cho xe máy, ô tô, đường xe lửa cho tàu hoả, đường thủy, đường hàng không Giao thông vận tải nguồn ô nhiễm không khí đô thị Chúng tạo chất ô nhiễm không khí gồm bụi, oxit cacbon (CO, CO 2), dioxit lưu huỳnh (SO2), oxit nitơ (NOX), hydrocacbon, tetraetyl chì Bụi sinh đất cát, bụi đường lưu thông bụi sinh khói thải xe 3.2 Nguồn điểm: Ống khói nguồn đốt riêng lẻ, bãi chất thải, 3.3Nguồn vùng: Trong khu công nghiệp tập trung nhiều nhà máy có ống khải khí, đường ô tô nội thành, nhà ga, cảng, sân bay 4.Các chất ô nhiễm Có nhiều phương pháp phân loại chất ô nhiễm không khí khác tuỳ theo mục đích nghiên cứu 4.1 Dựa vào trạng thái vật lý, chất ô nhiễm chia thành: - Rắn: Bụi, khói, phấn hoa, nấm men, nấm mốc, bào tử thực vật… - Lỏng: Sol lỏng hay khí sương mù…; - Khí hơi: Oxit cacbon (COX), oxit nitơ (NOX), dioxit lưu huỳnh (SO2)… - Ô nhiễm vật lý: Nhiệt, phóng xạ… 4.2 Dựa vào hình thành, chất ô nhiễm phân thành loại: Chất ô nhiễm sơ cấp: chất ô nhiễm thải trực tiếp từ nguồn ô nhiễm Ví dụ chất vô silic, canxi, sắt,… chất hữu metan…, mồ hóng… NHÓM 3.11 GVHD: NGUYỄN TRUNG DŨNG Chất ô nhiễm thứ cấp: chất sau khỏi nguồn thay đổi cấu tạo hoá học tác động quang hoá hay hoá lý Như khí ozon (O3), sunfuarơ (SO3) 4.3 Dựa vào kích thước hạt chất ô nhiễm chia thành phân tử (hỗn hợp khí - hơi) aerosol (gồm hạt rắn, lỏng) Aerosol chia thành bụi, khói, sương Bụi hạt rắn có kích thước từ đến 50 µm Khói hạt rắn có kích thước từ 0,1 đến µm Sương bao gồm giọt lỏng có kích thước từ 0,3 đến µm hình thành ngưng tụ phun chất lỏng vào không khí 5.Ô nhiễm không khí hoạt động người : 5.1 Ô nhiễm không khí trình đốt nhiên liệu Trong sống ngày ta thấy trình đốt cháy nhiên liệu xảy khắp nơi chỗ Người ta phân biệt nguồn gây ô nhiễm đốt nhiên liệu thành nhóm: - Ô nhiễm phương tiện giao thông - Ô nhiễm đun nấu - Ô nhiễm nhà máy nhiệt điện - Ô nhiễm đốt loại phế thải đô thị sinh hoạt (rác thải) a Các loại khí độc hại trình đốt nhiên liệu Thành phần nhiên liệu: + C → COX + N → NOX NHÓM 3.11 GVHD: NGUYỄN TRUNG DŨNG 10 L: Công nén 1kg khí Nlt = = =21.77(kW) Nlt: Công suất lí thuyết (kW) * Công suât thực tế máy nén tính toán khí khí NO2: Ntt = Trong đó: Ndn : Công suất đẳng nhiệt , kW Ndn = Nlt = 21.77 (kW) : Hiệu suất đẳng nhiệt thường 0.65 – 0.75 Chọn η dn = 0.75 Ntt = = 29.03 (kW) * Công suất trục máy nén tính toán khí khí NO2: Nhd = = =29.93 (kW) Trong đó: Nhd: Công suất hiệu dụng, kW : Hiệu suất khí máy nén Đối với máy nén ly tâm = 0.96- 0.98 Chọn = 0.97 Công suất động điện tính toán khí khí NO2: Ndc = = 1.15 * = 36.97 (kW) Trong đó: : Hệ số dự trữ công suất thường lấy 1.1 – 1.5 Chọn = 1.15 : Hiệu suất truyền động (0.96 – 0.99) Chọn = 0.98 : Hiệu suất động điện = 0.95 Như ta chọn động điện có công suất lớn 36.97 kW NHÓM 3.11 GVHD: NGUYỄN TRUNG DŨNG 63 Chiều dày thân tháp tính toán khí khí NO2 Thiết bị làm việc áp suất quyển, dùng để hấp thụ CO2, thân tháp hình trụ, chế tạo cách uốn vật liệu với kích thước định sẵn, hàn ghép mối, tháp đặt thẳng đứng Thiết bị làm việc môi trường ăn mòn Nhiệt độ làm việc 250C Áp suất làm việc 1atm Chọn thân tháp làm vật liệu CT3 (Bảng XII.52 trang 352 STQTTBCN tập 2) Ký hiệu thép: CT3 Chiều dày thép – 20 mm Giới hạn bền kéo: = 380*106 (N/m2) Giới hạn bền chảy: = 240*106 (N/m2) Độ giãn tương đối: δ = 25% Độ nhớt va đập: = 0.8*106 (J/m2) trụ, làm việc chiu áp suất xác định theo công thức sau: S = + C (CT XIII.8 trang 360 STQTTBCN tập 2) Trong đó: Dt: đường kính tháp, m : hệ số bền thành hình trụ theo phương dọc, với thân hay có lỗ gia cố hoàn toàn mối hàn đặc Với hàn tay hồ quang điện, hàn giáp mối bên, thép cacbon, ta có: φ = φh = 0.95 (Bảng XIII.8 trang 362 STQTTBCN tập 2) C: hệ số bổ sung ăn mòn, bào mòn dung sai chiều dày, m NHÓM 3.11 GVHD: NGUYỄN TRUNG DŨNG 64 : ứng suất cho phép loại thép CT3 P: áp suất thiết bị, N/m2 P: áp suất thiết bị ứng với chênh lệch áp suất lớn bên bên tháp, N/m2 P = Pmt + Ptt Pmt: áp suất làm việc, Pmt = 101325 N/m2 Ptt: áp suất thủy tĩnh cột chất lỏng Ptt = x*g * H Với : ρx : Khối lượng riêng NaOH, kg/m3 g: Gia tốc trọng trường , g = 9.81 m/s2 H: Chiều cao cột chất lỏng H= 1.82m Ptt = 1063.75 * 9.81 *1.82 = 18992.4 (N/m2) P = Pmt + Ptt = 101325 + 18992.4 = 120317.4 (N/m2) Tính C C phụ thuộc vào độ ăn mòn, độ bào mòn dung sai chiều dày Đại lượng C xác định theo công thức: C = C1 + C2 + C3 Trong đó: C1: hệ số bổ sung ăn mòn Đối với vật liệu thép cacbon CT3 có độ bền 0.05 – 0.1mm/năm lấy C1 = 1mm NHÓM 3.11 GVHD: NGUYỄN TRUNG DŨNG 65 C2: đại lượng bổ sung hao mòn, C2 = C3: đại lượng bổ sung cho dung sai chiều dày, C3 = 0.4mm (tra bảng XIII.9 trang 364 STQTTBCN tập 2) C = + + 0.4 = 1.4 (mm) = 1.4*10-3 (m) Theo bảng XIII.4 trang 357, ta chọn giá trị nhỏ nhất, tính theo công thức sau: [σ] = * η - Theo giới hạn bền kéo ta có: η : Hệ số hiệu chỉnh, η = (Bảng XIII.2 trang 356 STQTTBCN tập 2) = 380 * 10-6 N/m2 η k : Hệ số an toàn bền, η k = 2.6 (Bảng XIII.3 trang 356 STQTTBCN tập 2) [σ] = * η = = 146.15*106 (N/m2) - Theo giới hạn bền chảy: [σ] = * η η : Hiệu số hiệu chỉnh, η = (Bảng XIII.2 trang 356 STQTTBCN tập 2) :Hệ số an toàn theo giới hạn chảy, =1.5 (Bảng XIII.3 trang 356 STQTTBCN tập 2) [σ] = * η = *1 = 160*106 (N/m2) Ta lấy giá trị bé giá trị vừa tìm được: [σ] = 146.15*106 NHÓM 3.11 GVHD: NGUYỄN TRUNG DŨNG 66 Do = = 1153.97 > 50 , Ta bỏ qua P mẫu số công thức tính chiều dài thân tháp S = + C = +1.4* =1.62*10-3 (m) Chọn S = 2mm Kiểm tra áp suất thành treo áp suất thử : σ = < (N/m2) Trong đó: P0: áp suất thử, xác định theo công thức P0 = Pth + Ptt Pth: áp suất thủy lực lấy theo bảng XIII.5 Chọn Pth = 1.5P = 1.5*120317.4 = 180476.1 (N/m2) Ptt: Áp suất thuỷ tĩnh , Ptt = 18992.4 (N/m2) P0 = Pth + Ptt =180476.1 + 18992.4 = 199468.5 (N/m2) σ = = = 87.59 * 106 (N/m2) Xét tỉ số = = 200*106 (N/m2) Vậy S= 2mm hợp lí Chiều dày nắp đáy thiết bị tính toán khí khí NO2 Nắp đáy phận quan trọng thiết bị, chế tạo loại vật liệu với thân thiết bị thép CT3 Thiết bị đặt thẳng đứng NHÓM 3.11 GVHD: NGUYỄN TRUNG DŨNG 67 Áp suất 120317.4 N/m2> 7*104 N/m2 người ta thường dùng nắp elip có gờ Áp suất tính toán P = 120317.4 N/m2 Chiều dày nắp dáy thiết bị xác định theo công thức: S= *+C Trong đó: P: Áp suất thiết bị h b : Chiều cao phần lồi đáy nắp, h b = 0.25 Dt = 0.25 * 0.5 = 0.125 m : Ứng suất cho phép thiết bị [σ] = 146.15*106 (N/m2) φ h :Hệ số bền mối hà hướng tâm , với mối hàn tay hồ quang điện, vật liệu thép cacbon, chọn φ h = 0.95 C: Đại lượng bổ sung , C=1.4 (mm) k : Hệ số không thứ nguyên, k = Vì * k * φ h = *1 *0.95 =1153.97 >30 nên ta bỏ qua đại lượng P mẫu số công thức tính chiều dài đáy nắp thiết bị: S = * + C = * + C = 0.00023 + C S =0.00023 + C