thiết kế hệ thống xử lý khí thải, hơi axít, bụi cho dây chuyền công nghệ sản xuất

Đối với bể kẽm nóng rộng 2100mm, để đảm bảo nhiệt độ, tránh mất nhiệt trong quá trình xi mạ nên nhómthiết kế chụp hút 2 bên thành không thổi.. Vậy mổi bể sẽ được bố trí 20 chụp hút trên

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

- -ĐỒ ÁN MÔN HỌC

XỬ LÝ KHÍ THẢI NGÀNH XI MẠ

Xử lý khí thải Nhóm II

MỤC LỤC

GVHD: Ths Nguyễn Văn Hiển Trang 2

• Bản thuyết minh tính toán, thống kê khối lượng vật liệu

• Bản vẽ sơ đồ không gian hệ thống xử lý khí thải

• Bản vẽ các mặt bằng, mặt cắt cần thiết

• Bản vẽ chi tiết thiết bị xử lý

4. Thời gian thực hiện

5. Ngày giao đồ án 24/09/2010 Ngày hoàn thành dự kiến 30/11/2010

GVHD: Ths Nguyễn Văn Hiển Trang 3

Xử lý khí thải Nhóm II

CHƯƠNG I MỞ ĐẦU I.1 Mô tả phân xưởng mạ thép tráng kẽm

Phân xưởng mạ thép tráng kẽm có 7 bể dung dịch tham gia vào quá trình xi mạ(bảng 1) Tuy nhiên các bể dung dịch này thì chỉ có 2 bể axit HCl 15% có phát sinh hơiaxit và bể kẽm nóng có tỏa nhiệt trong quá trình nhúng kẽm để tiến hành xi mạ Các bểcòn lại là bể nước, bể dung dịch NaOH 10% và bể dung dịch NH4Cl 15% thì vấn đề môitrường không đáng quan tâm do không phát sinh hơi khí độc trong quá trình xi mạ

Như vậy, phân xưởng mạ thép tráng kẽm này có 2 vấn đề môi trường cần quan tâmnhất đó là hơi axit và nhiệt Tuy nhiên, ở bể HCl rộng 1500mm nên nhóm chọn hút 1 bên

thành kết hợp với thổi (trang 91, sách thiết kế thông gió công nghiệp) Đối với bể kẽm

nóng rộng 2100mm, để đảm bảo nhiệt độ, tránh mất nhiệt trong quá trình xi mạ nên nhómthiết kế chụp hút 2 bên thành không thổi

Khí thải sau khi thu hồi được tập trung tại trạm xử lý để xử lý

I.2 Thông số thiết kế

Ở nhánh B1, và B2 thì tuyến ống 1 ở mổi nhánh sẽ là đoạn bất lợi nhất.

Bể dài 20000mm, thiết kế mổi chụp hút dài 1000mm Vậy trên mỗi thành của bể kẽmnóng ta bố trí 20 chụp hút Tổng lượng chụp hút của bể là 40 chụp

 Đối với bể HCl (A)

Chọn tuyến ống 1 là tuyến ống bất lợi nhất

Do 2 bể HCl được bố trí gần nhau nên nhóm thiết kế đường ống hút được bố trí ở giữa 2

bể để hút cùng lúc hơi axit từ 2 bể

Mổi bể dài 20000mm và nhóm thiết kế mổi chụp hút dài 1000mm Vậy mổi bể sẽ được

bố trí 20 chụp hút trên thành và trên thành còn lại sẽ được bố trí 20 chụp thổi

 Cả hệ thống thì nhánh B 1 là tuyến ống bất lợi nhất.

II.2 Tính toán chụp hút, chup thổi

Thiết kế chụp hút và chụp thổi có kích thước bằng nhau

• Thiết kế chụp hút có 1 khe

• Chiều rộng mỗi khe 40mm

• Chiều rộng chụp là 400mm

• Chiều cao tổng của chụp hút là 140mm

II.3 Tính toán lưu lượng chụp hút, chụp thổi đối với bể HCl

(Chụp hút trên thành, thổi một bên, hút một bên)

II.3.1 Chiều rộng khe thổi.

Chiều rộng khe thổi b1 = 0.01- 0.03 Chọn b1= 0.02

GVHD: Ths Nguyễn Văn Hiển Trang 5

h: chiều co tối thiểu của khe thổi từ bề mặt dung dịch

II.3.4 Vận tốc nhỏ nhất trên trục luồng tại tiết diện cách miệng thổi một đoạn x=B

h : Chiều co tối thiểu của khe thổi từ bề mặt dung dịch

B: Chiều rộng bể

Ct là hệ số phụ thuộc nhiệt độ dung dịch trong bể

Với nhiệt độ khoảng 28-300C thì ct = 2

(trang 109, sách thiết kế thông gió công nghiệp)

II.3.5 Lưu lượng thổi

Lt: lưu lượng thổi

Chiều rộng khe thổi: b1 = 0.01- 0.03

GVHD: Ths Nguyễn Văn Hiển Trang 6

II.4 Tính toán lưu lượng chụp hút đối với bể kẽm nóng

II.4.1 Lưu lượng khe hút

Trong đó:

Btt- chiều rộng tính toán, m

l- chiều dài tính toán của 1 chụp hút,m

Htt – khoảng cách từ mặt dung dịch đến tâm khe hút,m

Lấy Htt= 0.43 + 0.07 = 0.5 m

/h

II.4.2 Lưu lượng hút của 1 chụp trên bể kẽm nóng

Lh= L0 kt kđ k1k2k3k4Lh= 1964x 1.55x0.5x1x1.2x1x1=1827 m3/h

Trong đó:

GVHD: Ths Nguyễn Văn Hiển Trang 7

Xử lý khí thải Nhóm II

Kt, kđ- hệ số kể đến hiệu số nhiệt độ dung dịch và nhiệt độ không khí trong phòng (kt),

và độ độc của chất tỏa từ dung dịch (kđ)

Kt= 1.55 (Bảng 4.7, trang 92, Sách thiết kế thông gió công nghiệp)

Kđ = 0.5 (Phụ lục 4.1, trang 272, Sách thiết kế thông gió công nghiệp)

k1 k2 k3 k4- hệ số kể đến cấu tạo của chụp (k1), sự hòa trộn của không khí trong bể( k2),

sự phủ kín bề mặt bốc hơi của dung dịch bằng vật nổi (k3) và bằng lớp tạo bọt (k4)

Ta chọn k3, k4 =1 do bể được nhúng sắt liên tục nên trên bề mặt dung dịch không có suất hiện vật nổi và lớp tạo bọt.

(Bảng 4.8, trang 92, Sách thiết kế thông gió công nghiệp)

II.4.3 Tổng lưu lượng hút trên bể mạ kẽm

Chọn 20 chụp hút trên mỗi thành bể có 40 chụp hút

Lh= 1827x40= 73080 m3/h

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN THỦY LỰC

Tính toán thủy lực cho cả hệ thống thổi và hệ thống hút, chúng ta cần phải xácđịnh các thông số về lưu lượng khí qua mổi đoạn ống cùng với vận tốc, đường kính ống,

hệ số ξ và tổn thất ma sát riêng trên mổi đoạn ống dẫn khí

III.1 Trình tự tính toán chụp hút và chụp thổi

• Xác định tuyến ống bất lợi nhất là tuyến ống xa nhất của một nhánh

• Tính toán lưu lượng của mổi chụp (chương II)

• Chọn vận tốc khí trong ống phải đảm bảo dao động trong khoảng 15 – 19m/s

• Tính toán đường kính ống dẫn khí dựa vào công thức: L = 3600..d2.v/4

• Dựa vào đường kính và vận tốc trên ta tra được thông số R

(Theo phục lục 3 – Sách kỹ thuật thống gió - Trang 380)

• Tùy theo cách thiết kế ta sẽ có số lượng van, co ở mổi tuyến ống Dựa vào phụ lục

4 ta sẽ xác định hệ số ξ

(Theo phục lục 4 – Sách kỹ thuật thống gió - Trang 380)

• Tổn thất áp suất trên đường ống của chụp thổi và chụp hút

Tổn thất áp suất trên đường ống của chụp thổi và chụp hút được tính theo công thức sau:

o ρ: khối lượng riêng của không khí (ρ = 1,24kg/m3)

o v: vận tốc chuyển động của không khí (m/s)

o g : gia tốc trọng trường của không khí g = 9.81(kg.m/s2)

Tính toán thủy lực cho từng đoạn ống sẽ được thể hiện trong các bảng tổng hợp sau

III.2 Tính toán thủy lực

III.2.1 Tính toán thủy lực cho bể HCl

 Đoạn 1 (là đoạn bất lợi):

o Lưu lượng LA1 = 1336 (m3/h)

o Vận tốc vA1 = 14.6 (m/s)

o Vậy đường kính dA1 = 180 mm (Suy ra từ công thức lưu lượng L =3600..d2.v/4)

o Tổn thất áp suất ma sát riêng RA1 = 1.4 (Pa) (Theo phục lục 3 – Sách kỹ

thuật thống gió - Trang 380)

 Đoạn 2:

o Lưu lượng LA2 = 2672 (m3/h)

o Vận tốc vA2 = 15.1 (m/s)

o Vậy đường kính dA2 = 250 mm (Suy ra từ công thức lưu lượng L =3600..d2.v/4)

o Tổn thất áp suất ma sát riêng RA2 = 0.988 (Pa) (Theo phục lục 3 – Sách kỹ

thuật thống gió - Trang 380)

Dựa vào trình tự tính toán các đoạn từ 3 – 21 được tính tương tự như đoạn 1, 2 Ta cóđược các thông số tính toán được thể hiện trong bảng sau:

KẾT QUẢ TÍNH TOÁN KHÍ ĐỘNG CỦA CHỤP HÚT BỂ HCl (NHÁNH A)

Tên

đoạn

ống l(m)

L(m3/h )

III.2.2 Tính toán thủy lực cho bể kẽm nóng

Nhánh B: gồm có B1 và B2 tuy nhiên do đặt chụp hút 2 bên thành nên lưu lượng mổi chụp

trên b1 sẽ bằng lưu lượng mổi chụp trên b2 So sánh tính bất lợi giữ 2 nhánh B1 và B2 thì

nhóm chọn B1 bất lợi hơn B2 để thuận tiện trong quá trình tính toán

 Đoạn 1 (bất lợi nhất):

o Lưu lượng LB1 = 3122 (m3/h)

o Vận tốc vB1 = 17.7 (m/s)

o Vậy đường kính dB1 = 250 mm (Suy ra từ công thức lưu lượng L =3600..d2.v/4)

o Tổn thất áp suất ma sát riêng RB1 = 1.34 (Pa) (Theo phục lục 3 – Sách kỹ

thuật thống gió - Trang 380)

o Tổn thất áp suất ma sát riêng RB2 = 0.844 (Pa) (Theo phục lục 3 – Sách kỹ

thuật thống gió - Trang 380)

Dựa vào trình tự tính toán các đoạn từ 3 – 21 được tính tương tự như đoạn 1, 2 Ta cóđược các thông số tính toán được thể hiện trong bảng sau:

KẾT QUẢ TÍNH TOÁN KHÍ ĐỘNG CỦA CHỤP HÚT BỂ HCl (NHÁNH B 1 và B 2 )

(Tra phụ lục 4 – sách kỹ thuật thông gió – trang 396)

(Tra phụ lục 4 – Sách kỹ thuật thông gió – trang 396)

III.4 Tính toán thủy lực chụp hút

Nhánh C: (gồm có C1 và C2 tuy nhiên do đặt chụp hút 2 bên thành nên lưu lượng mổi chụp trên C1 sẽ bằng lưu lượng mổi chụp trên C2)

o Tổn thất áp suất ma sát riêng RC1 = 2.69 (Pa) (Theo phục lục 3 – Sách kỹ

thuật thống gió - Trang 380)

o Tổn thất áp suất ma sát riêng RC2 = 3.28 (Pa) (Theo phục lục 3 – Sách kỹ

thuật thống gió - Trang 380)

Dựa vào trình tự tính toán các đoạn từ 3 – 21 được tính tương tự như đoạn 1, 2 Ta cóđược các thông số tính toán được thể hiện trong bảng sau:

KẾT QUẢ TÍNH TOÁN KHÍ ĐỘNG CỦA CHỤP HÚT BỂ HCl (NHÁNH C 1 và C 2 )

III.4.2 Tính toán tổn thất cục bộ cho bể HCl ( Nhánh C 1 và C 2 )

(Tra phụ lục 4 – sách kỹ thuật thông gió – trang 396)

Đối với chụp thổi

Kiểm tra nút cân bằng tại điểm I

(PC1-I - PC2-I )/ PB1-J = 0 % < 5%

Vì 2 nhánh C1 và C2 cùng thổi 2 bể HCl có kích thước bể và số lượng chụp thổi như nhaunên tại điểm cân bằng I trở lực luôn luôn đảm bảo <5% Vì thế không cần đặt van để điềuchỉnh

III.6 Tính toán thiết bị xử lý

Với lưu lượng L= 32.63 m3/s thì ta chọn 5 tháp hấp thụ cùng mắc song song nhauLưu lượng qua mỗi tháp hấp thụ là: L1= 32.63 /6 =5.44 m3/s

Chọn chiều cao của lớp vật liệu đệm là 1.2 m

Đối với nhà máy xi mạ thì nồng độ phát thải cho phép theo tiêu chuẩn loại B là

Cường độ bốc hơi được xác định bằng công thức

( trang 63, sách thiết kế thông gió công nghiệp)

Lượng Ca(OH)2 cần sử dụng để xử lý HCl:

Ca(OH)2 + 2 HCl  CaCl2 + 2 H2O

Lượng Ca(OH)2 cần sử dụng để xử lý HCl trong 1m3 khí thải:

MCa(OH)2 = 324.4mg

Lượng Ca(OH)2 cần sử dụng để xử lý HCl:

MCa(OH)2 =324.4x 40720 =13209.6 g =13.21 kg

Lượng Ca(OH)2 cần sử dụng để xử lý H2SO4:

Ca(OH)2 + H2SO4  CaSO4 + 2 H2O

Lượng Ca(OH)2 cần sử dụng để xử lý H2SO4 trong 1m3 khí thải:

MCa(OH)2 = 135.9mg

Lượng Ca(OH)2 cần sử dụng để xử lý H2SO4:

MCa(OH)2 =135.9 x 76734 =10428g =10.428kg

III.6.2 Chọn quạt cho hệ thống

III.6.2.1 Chọn quạt cho hệ thống hút

Thông số thiết kế quạt hút

Lht= 5.44 m3/s (lưu lượng qua mổi tháp đệm)

Chọn 2 quạt, 1 quạt sẽ hút hơi axit từ 3 tháp đệm với lưu lượng tổng cộng là 16.32m3/s và

1 quạt sẽ hút hơi axit từ 2 tháp đệm với lưu lượng tổng cộng là 10.88 m3/s

n: số vòng quay làm việc của quạt

Đường kính miệng hút của quạt 1 và quạt 2

Do1 = m

Do2 = m

Đường kính trong của bánh xe cánh quạt 1 và quạt 2: D1 = Do1, D’ 1 = Do2

Đối với bánh xe cánh quạt có bề rộng không đổi và cánh quạt uốn cong ra trước khi

(trang 353, sách thông gió công nghiệp)

Công suất tiêu thụ điện quạt 1

Trở lực của nhánh C1 = 4602.4

Trở lực của nhánh C2 = 4602.4

Như vậy: 2 nhánh có trở lực như nhau nên ta sẽ chọn 1 trong 2 nhánh trên làm tuyến ống

bất lợi nhất cho chuận lợi trong quá trình tính toán Ta chon nhánh C1

n: số vòng quay làm việc của quạt

Đường kính miệng thổi của quạt

Do = m

Đường kính trong của bánh xa cánh quạt: D1 = Do

Đối với bánh xe cánh quạt có bề rộng không đổi và cánh quạt uốn cong ra trước khi

(trang 353, sách thông gió công nghiệp)

Công suất tiêu thụ điện

N

III.6.3 Tính toán ống khói

III.6.3.1 Đường kính ống khói

, (m)Trong đó

L: Lưu lượng khí thải (m3/h)

v: tốc độ dòng khí trong ống khói Chọn v = 16(m/s)

Đường kính ống khói 1:

 Chọn Dok1 = 1.5(m)

Đường kính ống khói 2

 Chọn Dok1 = 1 (m)

Nhiệt độ khí thải: 28 -300C Nhiệt độ không khí xung quanh: 300C

Vậy ống khói 1 cần phải có chiều cao tối thiểu:

Theo tiêu chuẩn khí thải áp dụng cho khí thải công nghiệp TCVN 6991 :2001 cột B

Axit HCl được thải ra môi trường 7.5mg/m3

Axit H2SO4 được thải ra môi trường 13.125mg/m3

Ccp: nồng độ hơi axit cực đại cho phép thải ra môi trường

Nồng độ axít ra khi ra khỏi tháp đệm

Axit HCl ra khỏi tháp đệm 50mg/m3

Axit H2SO4 được thải ra môi trường 50mg/m3

L: lưu lượng khí thải, L1 = 19.6 m3/s

L2 =13 m3/s.

Tổng lượng axit cho phép thải ra môi trường : 7.5 +13.125 = 20.625mg/m3

M: Tải lượng ô nhiễm, g/s

F: hệ số kể đến loại chất khuếch tán với khí ta chọn F= 1

ΔT: hiệu số giữa nhiệt độ khí thải và nhiệt độ khí quyển (0C)

ΔT = 30 – 28 = 20C

m, n: các hệ số không thứ nguyên kể đến điều liện thoát ra của khí thải ở miệng ống khóiChọn m =1, n = 1

Chọn xây dựng ống khói bằng thép cao 44 m, đường kính 1600mm

Độ nâng cao luồng ống khói

h = 1.875

Chiều cao hữu dụng của ống khói:

H1 = h1 + h = 37 + 16.8 = 53.8 m

H2 = h + h = 32 + 16.8 = 48.8 m

III.6.3.2 Tính toán trở lực ống khói

Ống khói 1

Ống khói 2

Tra phụ lục 3 – Kỹ thuật thông gió – Trần Ngọc Chấn

Ta được R1 = 0,219 kG/m2.m; R2 = 0,209 kG/m2.mTổn thất áp suất trong ống khói 1

Tổn thất áp suất trong ống khói 2

Nồng độ khí thải khi thoát khỏi ống khói

H: chiều cao thực của ống khói, H = 44(m)

u1: vận tốc gió ở độ cao 1m, u1 = 3(m/s)

n: 0,15 ÷ 0,2 lấy n = 0,2

k1 = 0,1 ÷ 0,2 (m/s) lấy k1 = 0,15 (m/s)

ko = 0,5 ÷ 1m đối với điều kiện khí quyển ổn định và bằng 0,1 ÷ 1m khi khí quyển

ổn định Lấy ko = 1m

Nồng độ thoát ra khỏi ống khói 1

Nồng độ thoát ra khỏi ống khói 2

Khoảng cách Xm từ nguồn đến vị trí có nồng độ lớn nhấtỐng khói 1

Ống khói 2