100% tải lên • Thiết kế hệ thống xử lý khí thải SO2 từ lò hơi bằng thiết bị tháp hấp thụ (tháp đệm) công suất 12000 m 3 _ngày 100% tải lên • Thiết kế hệ thống xử lý khí thải SO2 từ lò hơi bằng thiết bị tháp hấp thụ (tháp đệm) công suất 12000 m 3 _ngày100% tải lên • Thiết kế hệ thống xử lý khí thải SO2 từ lò hơi bằng thiết bị tháp hấp thụ (tháp đệm) công suất 12000 m 3 _ngày100% tải lên • Thiết kế hệ thống xử lý khí thải SO2 từ lò hơi bằng thiết bị tháp hấp thụ (tháp đệm) công suất 12000 m 3 _ngày100% tải lên • Thiết kế hệ thống xử lý khí thải SO2 từ lò hơi bằng thiết bị tháp hấp thụ (tháp đệm) công suất 12000 m 3 _ngày100% tải lên • Thiết kế hệ thống xử lý khí thải SO2 từ lò hơi bằng thiết bị tháp hấp thụ (tháp đệm) công suất 12000 m 3 _ngày100% tải lên • Thiết kế hệ thống xử lý khí thải SO2 từ lò hơi bằng thiết bị tháp hấp thụ (tháp đệm) công suất 12000 m 3 _ngày100% tải lên • Thiết kế hệ thống xử lý khí thải SO2 từ lò hơi bằng thiết bị tháp hấp thụ (tháp đệm) công suất 12000 m 3 _ngày100% tải lên • Thiết kế hệ thống xử lý khí thải SO2 từ lò hơi bằng thiết bị tháp hấp thụ (tháp đệm) công suất 12000 m 3 _ngày100% tải lên • Thiết kế hệ thống xử lý khí thải SO2 từ lò hơi bằng thiết bị tháp hấp thụ (tháp đệm) công suất 12000 m 3 _ngày100% tải lên • Thiết kế hệ thống xử lý khí thải SO2 từ lò hơi bằng thiết bị tháp hấp thụ (tháp đệm) công suất 12000 m 3 _ngày100% tải lên • Thiết kế hệ thống xử lý khí thải SO2 từ lò hơi bằng thiết bị tháp hấp thụ (tháp đệm) công suất 12000 m 3 _ngày100% tải lên • Thiết kế hệ thống xử lý khí thải SO2 từ lò hơi bằng thiết bị tháp hấp thụ (tháp đệm) công suất 12000 m 3 _ngày100% tải lên • Thiết kế hệ thống xử lý khí thải SO2 từ lò hơi bằng thiết bị tháp hấp thụ (tháp đệm) công suất 12000 m 3 _ngày100% tải lên • Thiết kế hệ thống xử lý khí thải SO2 từ lò hơi bằng thiết bị tháp hấp thụ (tháp đệm) công suất 12000 m 3 _ngày100% tải lên • Thiết kế hệ thống xử lý khí thải SO2 từ lò hơi bằng thiết bị tháp hấp thụ (tháp đệm) công suất 12000 m 3 _ngày100% tải lên • Thiết kế hệ thống xử lý khí thải SO2 từ lò hơi bằng thiết bị tháp hấp thụ (tháp đệm) công suất 12000 m 3 _ngày
Trang 1KHOA MOI TRUONG
Do an mon hoc:
KÝ tt Xf tÍ(IIAT trải
Dé tai:
Thiết kế hệ thông xử lí khí thải SO2
từ lò hơi bằng thiết bị thap hap thu (tháp đệm) công suất 12000 m3/ngày
GVHD: Th.s PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRINH THI MINH CHAU MSSV: 90604046
Trang 3Khoa Môi trường ĐỎ ÁN MÔN HỌC Họ và tên sinh viên : Trịnh Thị Minh Châu MSSV : 90604046 Lop : MO06KMT1 Ngành : KỸ thuật môi trường 1) Ngày giao đồ án : 15/04/2010 2) Ngay hoàn thành : 06/07/2010
3) Tén đề án : Thiết kế HTXL khí thai SO; tir 16 hơi bằng thiết bị tháp hấp thụ
(tháp đệm) công suất 12000 m/ngày 4) Nói dung :
- _ Giới thiệu tông quan về các phương pháp xử lý - _ Đề xuất công nghệ xử lí
- _ Tính toán thiết kế đựa trên công nghệ đã chọn
- _ Khái toán chỉ phí đầu tư
- _ Kết luận và kiến nghị
- _ Thực hiện các bản vẽ mô tả thiết kế
Giáo viên hướng dẫn
Trang 4CHUONG I
TONG QUAN
I KHAI QUAT 00 occ ec ccc cc ccece cece cee eccseucesee seen seesensesueeseunenevaess 5 II DAC DIEM KHOI THAI TU LO HOI
- _ Đặc điểm khói thải lò hơi đốt bằng than đá - - 5 - _ Đặc điểm khói thải lò hơi đốt bằng dầu F.O - 6 II TÁC HẠI CỦA KHÍ SO,
- _ Đối với sức khỏe con người ‹-cc-cccccccnssei 7
- _ Đối với thực VẬT c‹ óc HH ng ru 8 - _ Đối với môi trường ccsnnnSv nh chư 8 IV.CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SO;
- _ Hấp thụ khí SO; bằng nước ‹- ‹‹-ccccc c2 ccec 9
- _ Hấp thụ khí SO; bằng dung địch sữa vôi .-.- 10 - _ Xử lý khí khí SO; bằng ammoniac - ‹ -‹< 11
- _ Xử lý khí SO; bằng magie oXit - .-cccccccccs: 12
- _ Xử lý khí SO; bằng kẽm oXÍI ‹-ccc CS c Sài 13 - _ Xử lý SO; bằng kẽm oxit kết hợp natri sunft 13 - _ Xử lý khí SO; bằng các chất hấp thụ hữu cơ ‹ 14
-_ Hấp phụ khí SO; bằng than hoạt tính - ‹‹‹ :<<- 15
- _ Hấp phụ khí SO; bằng vôi, đá vôi, đolomit 15 CHƯƠNG II
ĐÈ XUẤT VÀ THUYÉT MINH QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ
Trang 5TINH TOAN QUA TRINH HAP THU
I CAN BANG VAT CHAT ccccecccceccececcecucescuseacescuceseusans 20 II XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG CÂN BẰNG -ccccccc se: 22
IIL XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG LÀM VIỆC -c-c-ccccccc: 26 CHƯƠNG IV
TÍNH TỐN THÁP HÁP THỤ
I TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP HẤP THỤ - - «+ <<: 28 II TINH CHIEU CAO THAP HAP THU
1 Chiéu cao tháp hâp thụ con 32 2 Tính trở lực tháp ch ky kh 36 II TÍNH CÁC CƠNG TRÌNH PHỤ TRỢ a Tính bơm cccc CC ng ng HH HH ng nu hy 37 b Tính quạt - co ng ng g9 SH ng nu ky 39 IV TÍNH CƠ KHÍ 1 Thân tháp n9 HS HS HH KH kh kh ưàt 40 2 Nắp và đáy tháp - TH TT ng nh như rxg 42 3 Duong 6ng dan kh ccccescceeccesceceuceueesaeceuseeeceenenss 43 4 Đường ống dẫn lỏng -.-ccc chen 45 5, Tính bích -ccc vn SH Hv vn nhe 46 6 Lưới đỡ đệm - LH n HH n HH nhàn 48 7 Đĩa phân phối -cc nọ ĐS SH HS na 49
§ Cửa nhập liệu và cửa tháo đệm - 49 9, Tải trọng toàn tháp con n n nh nha 49
10 Chân đỡ -.Lcc HS HS TH Đ nn TH TT cty ca 50
11 TaI Tr€O -c CC ng ng S ng HH Đ Đ Đ Đ Đn Đ kĐ ĐE ng gu vn 50
CHƯƠNGV: TÍNH TỐN GIÁ THÀNH - 51
CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN 52
Trang 7II
CHUONG I: TONG QUAN
KHAI QUAT
Lò hơi là nguồn cung cấp nhiệt khá phố biến trong nhiều loại hình công nghệ, thường gặp trong các công đoạn sấy, gia nhiệt định hình, gia nhiệt cho các phản ứng hóa học, làm chín thực phẩm, khử trùng Trong
nhiều ngành sản xuất, lò hơi là thiết bị không thể không có
Lò hơi có thể được cấp nhiệt từ nhiều nguồn khác nhau Ở các lò hơi
công suất nhỏ thường cấp nhiệt bằng điện, một số lò hiện đại dùng nhiên liệu là khí đốt hóa lỏng (gas-LPG) kèm theo là hệ thống điều
chỉnh tự động Với các lò hơi “sạch” như trên thường không có vẫn đề
về mặt khói bụi thải Tuy nhiên, thường gặp trong các cơ sở tiểu thủ công nghiệp tại Thành phố Hồ Chí Minh là các lò hơi dùng nhiên liệu
đốt lò chính là gỗ củi, than đá hoặc dầu F.O Các sản phẩm cháy do việc
đốt các nhiên liệu trên thải vào không khí thường là nguyên nhân dẫn
đến tình trạng ô nhiễm môi trường
DAC DIEM KHOI THAI TU LO HOI
Đặc điểm khói thải của các loại lò hơi khác nhau, tùy theo loại nhiên liệu sử dụng
SO; chủ yếu sinh ra trong quá trình đốt nhiên liệu bằng than đá hoặc dầu F.O
> Dac điểm khói thải lò hơi đốt bằng than đá
Khí thải của lò hơi đốt than chủ yếu mang bụi, CO;, CO, SO;, SOa,
NO, do thành phần hóa chất có trong than kết hợp với ôxy trong quá trình cháy tạo nên
Hàm lượng lưu huỳnh trong than khoảng 0,5% nên trong khí thải có SO; với nồng độ khoảng 1333mg/m’
Trang 8
> Đặc điểm khói thải lò hơi đốt bằng dâu F.O
- _ Khí thải của lò hơi đốt dầu F.O thường có các chất sau: CO;, CO, SO¿,
SO», NO,, hơi nước
- - Ngoài ra còn có một hàm lượng nhỏ tro và các hạt tro rất nhỏ trộn lẫn
với dầu cháy không hết tồn tại đưới đạng sol khí mà ta thường gọi là mồ hóng Bang: Nồng độ các chất trong khí thải lò hơi đốt dầu E.O Chất gây ô nhiễm | Nong dé (mg/m’) SO, va SO; 5217 - 7000 CO 50 Tro bụi 280 Hơi dầu 0,4 NO, 428
( Trích Số tay hướng dẫn xử lý ô nhiễm môi trường trong sản xuất tiểu thủ công nghiệp — Xứ lý khói lò hơi — Sở Khoa học, Công nghệ và môi trường Tp.HCM ) Bảng: Các chất ô nhiễm trong khói thải lò hơi
Loại lò hơi Chất ô nhiễm Lò hơi đốt bằng củi Khoi + tro bui + CO + CO,
Lo hoi d6t bang than da | Khoi + tro bui + CO + CO, + SO, + SO3 + NO,
Lò hơi đốt bằng dâu | Khói + tro bụi + CO + CO; + SO; + SOs + NO,
F.O
( Trích Số tay hướng dẫn xử lý ô nhiễm môi trường trong sản xuất tiểu thủ công nghiệp — Xứ lý khói lò hơi — Sở Khoa học, Công nghệ và môi trưởng
Tp.HCM )
Trang 9Ill TAC HAI CUA KHI SO,
Khí SO; là loại khí không màu, không cháy, có vị hăng cay Do quá trình quang hóa hay do sự xúc tác, khí SO; dễ dàng bị oxy hóa và biến thành SO; trong khí quyền
Khí SO; là loại khí độc hại không chỉ đối với sức khỏe con người, động thực vật mà còn ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường
> Đối với sức khỏe con người
SO; là chất có tính kích thích, ở nồng độ nhất định có thê gây co giật ở
cơ trơn của khí quản Ở nồng độ lớn hơn sẽ gây tăng tiết dịch niêm mạc đường khí quản Khi tiếp xúc với mắt, chúng có thể tạo thành axit
Bảng: Liều lượng gây độc mg SOz⁄m" Tac hại 20-30 Giới hạn gây độc tính 50 Kích thích đường hô hấp, ho
130-260 | Liêu nguy hiêm sau khi hít thở (30 - 60 phút) 1000 - 1300 Liêu gây chết nhanh (30 - 60 phút)
SO; có thể xâm nhập vào cơ thể con người qua các cơ quan hô hấp hoặc các cơ quan tiêu hóa sau khi được hòa tan trong nước bọt Cuối cùng, chúng có thê xâm nhập vào hệ tuần hoàn
Khi tiếp xúc với bụi, SO¿; có thể tạo ra các hạt axit nhỏ có khả năng xâm
nhập vào các huyết mạch nếu kích thước của chúng nhỏ hơn 2-3 ưn
SO; có thể xâm nhập vào cơ thê qua đa và gây ra các chuyên đổi hóa học Kết quả là hàm lượng kiềm trong máu giảm, ammoniac bị thoát
qua đường tiêu và có ảnh hưởng đến tuyến nước bọt
Trong máu, SO; tham gia nhiều phản ứng hóa học, gây rối loạn chuyên hóa đường và protein, gây thiếu vitamin B và C, ức chế enzyme oxydaza, tạo ra methemoglobine để chuyển Fe”” (hòa tan) thành Fe”
Trang 10(kết tủa) gây tắc nghẽn mạch máu cũng như làm giảm khả năng vận
chuyên oxy của hồng cầu, gây co hẹp dây thanh quản, khó thở > Đối với thực vật
- Cac loài thực vật nhạy cảm với khí SO; là rêu va dia y Bang: Nong d6 gây độc Nong dé (ppm) Túc hại
0,03 Ảnh hưởng đến sinh trưởng của rau quả
0,15 —0,3 Gây độc kinh niên
1-2 Chân thương lá cây sau vài giờ tiếp xúc
> Đối với môi trường
- - 9Q; bị oxy hóa ngồi khơng khí và phản ứng với nước mưa tạo thành axit sulñric hay các muối sulfate gây hiện tượng mưa axit, ảnh hưởng xâu đên môi trường
“* Quá trình hình thanh mua axit cia SO,
- _ Phản ứng hoá hợp giữa lưu huỳnh điôxít và các hợp chất gốc hiđrôxy!:
SO, + OH: — HOSO,:
- Phan tng gitta hop chất gốc HOSO;- và O; sẽ cho ra hợp chất gốc HO¿:
và SO+ :
HOSO;- + O; —› HO;- + SOa
- - Lưu huỳnh triôxít SOa sẽ phản ứng với nước và tạo ra H;SOa Đây chính là thành phần chủ yếu của mưa axít
SOz(k) + HạO() — H;5O„(Ù) “ Cac tac hai cia mua axit
- Nuc hé bi axit hoa: mwa axit roi trén mat dat sé ria tréi cdc chat dinh dưỡng trên mặt đất và mang các kim loại độc hại xuống ao hồ, gây ô nhiễm nguồn nước trong hồ, phá hỏng các loại thức ăn, uy hiếp sự sinh tôn của các loài cá và các sinh vật khác trong nước
Trang 11Bang: Cac ảnh hưởng của pH đến hệ thủy sinh vật
pH<6,0 | Cac sinh vật bậc thập của chuỗi thức ăn bị chết (phù du ), day là nguôn thức ăn quan trọng của cả pH<5,5 | Cá không thê sinh sản được Cá cơn khó sông sót Cá lớn bị đị đạng do thiếu đỉnh đưỡng Cá bị chết do ngạt pH<ã,0 | Quân thể cá bị chết pH<4.0 | Xuât hiện các sinh vật mới khác với các sinh vật ban đâu
- _ Rừng bị hủy diệt và sản lượng nông nghiệp bị giảm: mưa axit làm tốn thương lá cây, gây trở ngại qua trình quang hợp, làm cho lá cây bị vàng và rơi rụng, làm giảm độ màu mỡ của đất và cản trở sự sinh trưởng của cây cối
- - Làm tốn hại sức khỏe con người: các hat sulfate, nitrate tao thanh trong khi quyén làm hạn chế tầm nhìn Hơn nữa, do hiện tượng tích tụ sinh học, khi con người ăn các loại cá có chứa độc tố, các độc tô này sẽ tích
tụ trong cơ thể và gây nguy hiểm đối với sức khỏe con người
- _ Gây ăn mòn vật liệu và phá hủy các công trình kiên trúc
IV CAC PHUONG PHAP XU LY SO,
> Hap thu khí SO; bang nước
- La phuong phap đơn giản được áp dụng sớm nhất để loại bỏ khí SO;
trong khí thải, nhất là trong khói từ các lò công nghiệp
- _ w điểm: rẻ tiền, dễ tìm, hoàn nguyên được SO; + H;O âđ H + HSO;
- _ Nhược điểm: do độ hòa tan của khí SO; trng nước quá thấp nên thường phải dùng một lượng nước rất lớn và thiết bị hấp thụ phải có thể tích rất
Trang 12lớn, cồng kềnh Để tách SO; khỏi dung dịch phải nung nóng lên đến
100°C nên tốn rất nhiều năng lượng, chỉ phí nhiệt lớn
| Khi sach thoat ra Cratiat lanh —— : “Hor nbc YA
ước lam aguét
Hinh I4.la So dG hé thong xử lý khí SO-+ bằng nước:
( Trang 93 — O nhiém không khi và xử lý khí thải, tập 3 — Trần Ngọc Chấn ) > Hấp thụ khí SO› bằng dung dịch sữa vôi
- Là phương pháp được áp dụng rất rộng rãi trong công nghiệp vì hiệu quả xử lý cao, nguyên liệu rẻ tiền và sẵn có ở mọi nơi
CaCO; + SO, & CaSO; + CO, CaO + SO, & CaSO;
2CaSO3 + On > 2CaSOxu
- Uu diém: cong nghé don gian, chi phi du tu ban dau khéng lén, chi phi
van hanh thap, chat hap thu ré, dé tim, lam sach khi ma không cần phải làm lạnh và tách bụi sơ bộ, có thể chế tạo thiết bị bằng vật liệu thông thường, không cần đến vật liệu chống axit và không chiếm nhiều diện tích xây dựng
- Nhược diém: đóng cặn ở thiết bị do tạo thành CaSO¿x và CaSOa, gầy tắc
nghẽn các đường ống và ăn mòn thiết bị
Trang 13Kni sach thoat ra 3 oe ae | Sl } ON : Se sy by Can 3 a4 ty 3] —- 4 $i sy pe a 8á vôi aa In 2 : deci | WAL! lạ hi UL ——" Hinh 14.2 So đồ hệ thống xử lý khi SO, hằng sữa vôi:
struber, 2- bd phân kích tính thế: 3- bộ lọc chân không: 4: 5- máy bế: 6- thùng hòa trồn dung dich hip
thụ (sữa với - dạng huyện phù]; 7- máy đập: 5- mẻ: nuhiển đá vỏi
( Trang 95 — Ơ nhiễm khơng khí và xử lý khi thải, tập 3 — Tran Ngoc Chan )
> Xử |ý khí khí SO; bằng ammoniac
- _ Phương pháp này hấp thụ khí SO; bằng dung dịch ammoniac tạo muối amoni sunfit va amoni bisunfit theo phan tng sau:
SO, + 2NH; + HO ©(NH¿)¿5O2 (NH¿)»;5O¿ + SO; + HO <© 2NH,HSO;
- Uu diém: hiéu qua rat cao, chat hap thu dễ kiếm và thu được muối amoni sunft và amoni bisunft là các sản phẩm cần thiết
- Nhược diém: rat ton kém, chi phi dau tu và vận hành rat cao
LỄ tưu huunh
Hình 14.5 So do hé thống xử lý khí SƠ; bằng amoninc:
ã \ nmỗi: 3= thần hấp t1 "điều tầng; 5- thắp hoàn nưuyễên: 6- thắp bóc nơ
1- serubey; 2: 4- thiết bị làm nguội; 3- thân háp thụ nhiều tầng; 5- thắp uy [
hùng kết tính; S- máy vất khô ly tâm; 9- nöi chưng äp
(Trang 100 — Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 - Tran Ngoc Chan)
Trang 14> Xứ lý khí SO;› bằng magie oxit
- Cac phan tng xay ra như sau: MgO + SO, & MgSO;
MgSQx + SO; + HO <3 Mg(HSOa); Mg(HSO3)2 + MgO © 2MgSO3 + HO
- Uu diém: co thé lam sach khi nóng mà không cần làm lạnh sơ bộ, thu
được axIt sunfuric như là sản phẩm của sự thu hồi, hiệu quả xử lý cao,
MgO dễ kiếm và rẻ
- _ Nhược điểm: quy trình công nghệ phức tạp, vận hành khó, chi phí cao, ton hao MgO kha nhiéu es | fee Ne | = a WA |* | “hr | eal | _ ral | | =_=_= = | so do he thong xr ly SO, bing magie oxit Ket tinh thea chủ trình hin kh (Trang 105 — Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 — Trần Ngọc Chan)
Hình 14.9 Sư đã hệ thống xử lý SQ, bằng oxit magie “khong ket tinh":
l- serubo; 2- thùng áp lực; 3- bẻ chứa; 4- thong trung hoa; Š; 6; 7; 8; 9- nhu trong sơ đỏ hình Hà; 10- thing chuin bj dung dich moi
(Trang 106 — O nhiém không khí và xử lý khi thải, tập 3 — Trần Ngọc Chan)
ra aa ca
Trang 15> Xứ |ý khi SO, bang kém oxit
Phương pháp này dựa theo các phản ứng sau:
SO, + ZnO + 2,5 H,O © ZnSO; 2,5H;O ZnSO; 2,5H;O => ZnO + SO; + 2,5H;ạO
- _ w điểm: có thê làm sạch khí ở nhiệt độ khá cao (200 - 250°C)
- _ Nhược điểm: có thê hình thành ZnSO, lam cho viéc tai sinh ZnO bat loi
về kinh tế nên phải thường xuyén tach ching ra va b6 sung luong ZnO tương đương
> Xứ lý SO; bằng kẽm oxit kết hợp natri sunfit
- _ Phương pháp này dựa theo các phản ứng sau: Na,CO; + SO, & Na,SO;3 + CO, Na,SO3 + SO2+H,0 — 2NaHSO;
2NaHSO; + ZnO © ZnSO; + Na,SO3 + H,O
- Ulu điểm: không đòi hỏi làm nguội sơ bộ khói thai, hiệu quả xử lý cao
- Nhược điểm: hệ thông xử lý khá phức tạp và tiêu hao nhiều muối natri
Hình !4.12 Sơ đồ hệ thống xử lý SO-+ bằng kẽm oxit kết hợp với natri sunfit:
1- scrubo; 2; 5- be lang: 3; 4; 7- thang phan ứng; 6; 8- thiết bị lọc chân không; 9- mặy sấy hình trồng
nung hoan nguyen “nO va thu hoi SO,
(Trang 110 — Ô nhiễm không khi và xử lý khi thai, tap 3 — Tran Ngoc Chan)
ra aa ca
Trang 16> Xứ lý khí SO; bằng các chất hấp thụ hữu cơ
- Phương pháp này được áp dụng nhiều trong xử lý khí thải từ các nhà máy luyện kim màu
- _ Chất hấp thụ chủ yếu được dùng là xyliđin và đimetylanilin Quá trình sunfidin
- Chat hap thụ được sử dụng la hỗn hợp xyliđin và nước theo tỉ lệ 1:1
2C¿Ha(CHa);NH; + SO; <3 2C¿Ha(CH:);NH; 5O; - _ Nếu khí thải có nồng độ SO; thấp thì quy trình này không kinh tế vì tôn
hao xyliđm
MS
Hinh /4.13 Sư đã hẹ thống xử lý khí so, theo qua trinh sunfidin:
(Trang 112 — O nhiém khéng khi va xi ly khi thai, tap 3 — Tran Ngoc Chan)
Qué trinh khiz SO, bang dimetylanilin
- V6i khi thai cd trén 35% (thé tích) khí SO; thì dùng đimetylanilin làm chất hấp thụ sẽ có hiệu quả hơn dùng xyliđin
(Trang 113 — Ơ nhiễm khơng khí và xử lý khi thải, tập 3 — Trần Ngọc Chẩn)
Trang 17> Hấp phụ khi SO, bang than hoat tinh
- Phương pháp này có thể áp dụng rất tốt để xử lý khói thải từ các nhà máy nhiệt điện, nhà máy luyện kim và sản xuất axit sunfuric với hiệu quả kinh tế đáng kẻ
- Uu diém: so đồ hệ thông đơn giản va vạn năng, có thể áp dụng được
cho mọi quá trình công nghệ có thải khí SO; một cách liên tục hay gián đoạn, cho phép làm việc được với khí thải có nhiệt độ cao (trên 100°C) - Nhược điểm: tùy thuộc vào quá trình hoàn nguyên có thê là tiêu hao
nhiều vật liệu hấp phụ hoặc sản phẩm thu hồi được có lẫn nhiều axit
sunfuric va tan dung khó khăn, phải xử lý tiếp mới sử dụng được
Mink 3.123 SƠồẳ (ŒG hC tìntCstSE
hip phu hing thin ao
l- pheu chera vat licu hap phy Chan host t ' ¬ a 1 xichon: = bunke: G- ihe thap hap phu mhicu tins
thigt bi cap nhicr;, S- quit J— tY3iT
(Trang 116 — Ô nhiễm không khi và xử lý khi thải, tập 3 — Trân Ngọc Chấn)
> Hap phụ khí SO; bằng vôi, đá vôi, đolomdt
- _ điểm: hiệu suất hấp phụ cao
- _ Nhược điểm: cần chỉ phí đầu tư lớn đo vật liệu chế tạo thiết bị đắt (thiết
bị làm việc trong môi trường ăn mòn mạnh và nhiệt độ cao)
Trang 18CHUONG II: DE XUAT VA THUYET MINH QUY TRINH CONG NGHE Yêu cầu: Thiết kế hệ thống xử lí khí thai SO, tir 16 hoi bang thiét bị tháp hấp thụ (tháp đệm) * Nguồn khói thải từ lò hơi có các thông số sau - _ Lưu lượng khí: 12000 m”⁄h - _ Nồng độ SO;: 8000 mg/m’ Nhiệt độ khói thải: 250°C Nồng độ bụi: 300 mg/m” Áp suất: latm * Quy chuẩn
- Theo QCVN 19: 2009/BTNMT, nông độ tối đa cho phép của bụi và SOa được tính theo công thức sau:
Cmạ„ =C K; Ky
Trong đó:
- Crax la nồng độ tối đa cho phép của bụi và SO; ( mg/Nm)
- _ C là nồng độ của SO; quy định tại mục 2.2 (mg/Nm?) - _ K, là hệ số lưu lượng nguồn thải quy định tại mục 2.3
- K,là hệ số vùng, khu vực quy định tại mục 2.4 > Theo mục 2.2 QCVN 19: 2009/BTNMT - cột B, ta có: Cụụ¡ = 200 mg/Nm* Cso; = 500 mg/Nm” > Theo mục 2.3 QCVN 19: 2009/BTNMT, ta có lưu lượng nguồn thải là 12000 m*/h < 20000 m*/h nên hệ số K, = 1
> Theo muc 2.4 QCVN 19: 2009/BTNMT, ta chon hé sé K,= 1,0
Trang 19- Néng d6 téi da cho phép cua bui va SO>:
C;„/= 200 1 1 = 200 mg/Nm°* Csoz=500 1 1 = 500 mg/Nm”
- Vì thế, ta áp dụng QCVN 19: 2009/BTNMT cho đầu ra của HTXL
* Hiệu suất của quá trình xử lý bằng hấp thụ
E= 8000 - 500 100%=93,75%
8000
* Lựa chọn dung dịch hấp thụ
- Các dung dịch thường dùng để hấp thụ khí SO; có thể là nước, huyền phù sữa vôi (FGD), dung dịch soda Na;COa, dung dich NaOH
- _ Nông độ SO; trong khói thải lò hơi theo đề bài là 8000 mg/m’
> Chuyển sang nông độ Cppạ
_ 8000 22,4 (273 +55)
Cop = TẾ “22 mF (412139) 64.273 336A oom (apm)
- Ta thay, néng 46 SO, ban dau là rat lon (3364 ppm > 2000 ppm) nén
không áp dụng phương pháp hấp thụ SO; bằng huyền phù sữa vôi được
- _ Đối với nồng độ cao, ta có thể áp dụng phương pháp hấp thụ SO; bằng nước hoặc bằng các dung dịch hấp thụ có chứa Natri như NaOH và
Na¿COa
- _ Tuy nhiên, khí SO; có độ hòa tan trong nước khá thấp nên thường phải
dùng một lượng nước rất lớn và thiết bị hấp thụ phải có thể tích rất lớn,
công kênh Mặt khác, để tách SO; khỏi dung dịch phải nung nóng lên đến 100”C nên tốn rất nhiều năng lượng, chỉ phí nhiệt lớn
- - NaOH và Na;COa là các chất hấp thụ có hoạt độ hấp thụ mạnh, có thể xu ly SO, 6 bat ky nồng độ nào Do đó, dung dịch hấp thụ lựa chọn cho
quy trình công nghệ là dung dịch NaOH (pha loãng với nước)
Trang 21
> Thuyét minh sơ đồ công nghệ
- _ Vì nồng độ bụi tương đối cao hơn so với nồng độ cho phép (300 mg/m” > 200 mg/m) nên ta phải xử lý bụi Cho dòng khí thải có chứa bụi đi
qua Cyclone dé thu héi bui
- Do nhiét d6 dong khi thai cao (250°C) nén sau khi qua Cyclone, dong
khí được dẫn qua thiết bị trao đổi nhiệt để giảm nhiệt độ xuống thích hợp cho quá trình hấp thụ xảy ra hiệu quả
- _ Dùng quạt thôi khí vào tháp đệm từ đưới lên Dung dich hap thụ NaOH
được bơm từ thùng chứa lên tháp và tưới trên lớp vật liệu đệm theo chiều ngược với chiều của dòng khí đi trong tháp
- Cac phan ing xay ra trong thap
SO, + 2NaOH © Na;SO; + HO Na,SO;3 + SO, + H,O © 2NaHSO;
SO, + NaHSO3 + Na2SO3 + H,0 © 3NaHSO;3
- Khi sach di vao ống khói và thải ra môi trường có nồng độ SO; đạt tiêu
chuẩn cho phép C„;„(Theo QCVN 19: 2009/BTNMT)
- Dung dịch sau khi hấp thụ có chứa nhiều natri sunfit, natri bisunfit và khói bụi Một phần dung dịch được bơm trở lại thùng chứa qua van điều chỉnh lưu lượng và tiếp tục được bơm lên tháp tưới cho vật liệu đệm nếu lượng dung dịch NaOH còn dư nhiều Phần dung dịch còn lại được đưa đến bể lắng để lắng các cặn bẩn Can sau lang được đem chôn lấp còn nước sau lăng được đưa đi xử lí rôi mới thải ra môi trường
Trang 22CHUONG III: TINH TOAN QUA TRINH HAP THU
L CAN BANG VAT CHAT - _ Lưu lượng khí: 12000 m”⁄h
- _ Nồng độ SO; đầu vào: 8000 mg/m” - _ Nhiệt độ khí vào tháp: 55C
- Néng d6 bui: 300 mg/m
- Ap suat: P,= latm = 760 mmHg = 1,0133.10° Pa
- _ Nồng độ đầu ra: Csoạ°= 500 mg/m”
- _ Nhiệt độ của dung dịch NaOH: 25°C
- Chọn điều kiện làm việc của tháp là nhiệt độ trung bình của dong khí
Trang 23- _ Khối lượng riêng của pha khí ở 0C và latm: nn 3 oy 3 _l _ v1 Ya _ 3,362.10 4) 3,362.10 = 0.7719(kg /m’) Pra Đạo Pik 2,93 1,293 => Png =1,295(kg /m’) - _ Khối lượng riêng của pha khí ở 55°C và latm: T, = pi Pa 1/295.- 273 PT 1213155 = 1,078(ke / Stel) 3 2 Daura - Suat lượng mole cua SO, duge hap thu: M = 0,9375.G5 =09375.1,5 =140625(kmol /h)
- _ Suất lượng mole của SO; còn lại trong hỗn hợp khí ở đầu ra:
GA” = 0¡ ~M =15~1A0W25 = 006379(mol !h)
- Suất lượng mole của khí ở đầu ra:
Gp® =G," +6; =444,663+0,00375 = 444,757(kmol/h)
- N6ng d6 phân mole của SO; trong hỗn hợp khí đầu ra:
yao 24 = BORD — 0 211.102(møl 80, mol hhh) 0 444757 - - Tỉ sô mol: c_ 72 — 0211107 = = 0,211.10° 1-y{ 1-0,211.10° - _ Khối lượng riêng của pha khí ở 0C và latm: _l _ lem _0,211107 „1-0211107 Prac Đø¿ — Pu 233 1,293 => py, =1,293(kg /m) = 0,7733(kg/m’)
- _ Khối lượng riêng của pha khí ở 40”Cvà 1atm (ta xem như nhiệt độ dòng
khí ra bằng với nhiệt độ làm việc là 40”C):
PT, 0 1793 1 273
Pin = Po P T 1273440 = 1128(ke /m’ (kg m )
Trang 24II XAC DINH PHUONG TRINH CAN BANG
- Xac dinh duwong can bang thông qua các dữ kiện về độ hòa tan của SOs trong nước Bảng: Áp suất riêng phần của SO; (mmHg) tại bề mặt phân chia hai pha lỏng-khí mgSOz/100mgH;O | 10°C | 20°C | 30°C | 40°C | 50°C | 60°C | 70°C 0,0 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 0,5 21 | 29 | 42 | 60 | 83 | 111 | 144 1,0 42 | 59 | 85 | 120 | 164 | 217 | 281 1,5 64 | 90 | 129 | 181 | 247 | 328 | 426 2,0 86 | 123 | 176 | 245 | 333 | 444 | 581 2,5 108 | 157 | 224 | 311 | 421 | 562 | 739 3,0 130 | 191 | 273 | 378 | 511 | 682 | 897 3,5 153 | 227 | 324 | 447 | 603 | 804 4,0 176 | 264 | 376 | 518 | 698 4,5 199 | 300 | 428 | 588 | 793 5,0 223 | 338 | 482 | 661
(Trích Tài liệu học tập Kỹ thuật xử lý khi thai - CBGD Du My Lé - Qua
trinh hap thu)
- Piéu kién lam viéc cua qua trinh hap thụ là ở 40°C và áp suat latm
Trang 251 Tính toán cho cặp giá trị p so; = 60mmHg và Csọ; = 0,5gSO;/100gH;O “+ Pha khi - _ Nồng độ phần mole SO; trong pha khí: + _ Ps _ 60 1 - Tisdmol: —y 0,07895 I-y 1-0,07895 s* Pha lỏng — = 0,07895 760 = 0,08572 - N6ng d6 phan mole SO, trong pha long: 0,5
Trang 26s* Jẽ đường cân bằng ĐƯỜNG CÂN BẰNG ‘= 0.9 ae £ 0.8 a 2 0.7 2 -=- aw 0.6 O 2 o5 = = 0.4 se] 5 0.3 Ss = 0.2 c T2 0.1 0 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 Néng dé phan mol SO2 trong pha lỏng
- Duong can bang của quá trình hấp thy SO, tuan theo dinh luat Henry,
Trang 27Ta co:
y*, = 0,003362 (mol SO,/mol hh khi)
VỶa = 0.000211 (mol SO,/ mol hh khi)
- _ Do nồng độ phần mol của SO; trong pha khí thay đổi trong khoảng rất
nhỏ so với nồng độ được biểu diễn trên đồ thị nên ta chọn hệ số Henry
H = 56,39
> Phương trình đường cân bằng: y = 56,39x
Bang gia tri y.10” Y.10” x10” X.10” 0,33 0,3301 0,0059 0,0059 0,66 0,6604 0,0117 0,0117 0,99 0,991 0,0176 0,0176 1,32 1,3217 0,0234 0,0234 1,65 1,6527 0,0293 0,0293 1,98 1,9839 0,0351 0,0351 2,31 2,3153 0,041 0,041 2,64 2,647 0,0468 0,0468 2,97 2,9788 0,0527 0,0527 3,3 3,3109 0,0585 0,0585 3,63 3,6432 0,0644 0,0644
- Tir bang s6 liéu, ta thay giá trị của cặp y-x xấp xỉ giá trị Y-X nên xem
như phương trình đường cân bằng biểu diễn theo Y-X có dạng như sau: Y = 56,39X
Trang 28> Vẽ đường cân bằng (X-Y) ĐƯỜNG CÂN BÀNG aN 1 \ œ ra a ra a a ® a _ oi Số mol SO2 trong pha khí (10-3) = n o oa oO 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 Số mol SO2 trong pha lỏng (10-3) oO ° of
Ill XÁC ĐỊNH PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG LÀM VIỆC
1 Xac dinh Lyin
- Xmax la giao diém cia duong Y,‘ = 3,373.10° với đường cân bằng Y=56,39X Ta c6: 3,373.10” = 56,39 Xmax => Xmax = 0,0000598 (mol SO,/mol dung dich) Xa=0 Ya-Y, = (L/G).(X.-Xa) -_ Xác định tỉ lệ Cˆ” ) mi tr ¬.- _347110ˆ~0211.10ˆ G,”" X„„-0 — 00000598-0 max
= 52,876(kmol dd /kmol khi tro)
- Suat long mole téi thiểu:
(Li)min = 52,876.G,, = 52,876.444,663 = 23512 (kmol/h)
Trang 29
- Suat lượng mole thực tế: L= oc Lin -_ Chọn „= 1,5 7 L=1,5.23512 = 35268 (kmol/h) - _ Lưu lượng nước thực tế cần cung cấp: L= 35268 (kmolh) = 35268.18 = 634824 (kg/h) 2 Xác định Xạ và X Ta co: LO _ Mak G,, x, 7 Xx, X= Mh -Y,)= na 373.10" ~0,211.10°)
= 0,0000399(mol $O2/ mol dd)
- Pwong lam viéc di qua 2 diém (X,, Yq) va (Xa, Y,)
Trang 30CHUONG IV: TINH TOAN THAP HAP THU
I | TINH DUONG KINH THAP HAP THU
- Hap thu SO, bang dung dịch NaOH 10% khối lượng
- _ Nhiệt độ làm việc của tháp hấp thụ là 40C Bảng: Khối lượng riêng của dung dịch NaOH 10% (kg/m)) theo nhiệt độ (ở áp suất khí quyền) -20°C | 0%C | 20C | 40C | 60°C | §0°C | 100°C | 120°C dd NaOH - 1117 | 1109 | 1100 | 1089 | 1077 | 1064 | 1049 10%
(Trích Bảng 4 trang 11 - Bảng tra cứu Quá trình cơ học truyền nhiệt-Truyền
khối-Nhà xuất bản ĐH Quốc gia Tp.HCM - 2008)
Bảng: Độ nhớt động lực của dung dịch NaOH 10% (Cp) theo nhiệt độ 0C 10C 20°C 30°C 40°C 50°C dd NaOH 10% 1,86 1,45 1,16 0,98
(Trích Bảng 9 trang 16 - Bảng tra cứu Quá trình cơ học truyền nhiệt-Truyên
khối-Nhà xuất bản ĐH Quốc gia Tp.HCM - 2008) 1 Đường kính tháp hấp thụ \ 1D 0,785.0 Trong do: D: đường kính tháp hấp thụ (m)
V: lưu lượng của dòng khí qua tháp hấp thụ (m”/s)
z: vận tốc biểu kiến của dòng khí ứng với tổng tiết diện của tháp (m/$)
Trang 31
a Cách xác định vận tốc ; của dòng khí - _ Tính vận tốc biểu kiến của pha khí v jing với điểm lụt theo phương trình sau: vy? ơ 0,16 L 0,25 0,125 log cee = c= 2) (4 SVP Pr \ Hi G Øị Trong đó: c: bề mặt riêng của đệm (m”/m) Vị: thể tích tự đo của đệm (m’/m’)
Pes PL: khối lượng riêng của pha khí và pha long (kg/m’) xz„ độ nhớt động lực của pha lỏng ở nhiệt độ làm việc (kg/m.s)
zz; độ nhớt động lực của nước 6 20°C (mPa.s)
L, G: suất lượng dòng lỏng và dòng khí ( kg/s)
C: hệ số phụ thuộc dạng quá trình, đối với quá trình hấp thụ
(C =0,022 cho vật liệu đệm là vòng hay xoắn )
- _ Vận tốc làm việc của pha khí được xác định theo công thức sau: v =(0,75-0,9)v, b Tinh toan e Chon vat liéu đệm là vòng sứ Raschig xếp ngẫu nhiên có các thông số: - - Kích thước: 50 x 50 x 5 (mm) - - Bề mặt riêng: = 95 (m”/m?) - Thé tich ty do: V; = 0,79 (m°/m’)
- _ Khối lượng riêng của đệm: ø„ =500 (kg/m’)
Trang 32Khối lượng riêng của pha lỏng:
ø; =1100 (kg!m”)
Nông độ phần mol trung bình:
-3 -3
ys 346219 — =1865.10(mol SO, / mol hh ki)
- _ Khối lượng mol của hỗn hợp khí:
Man = Yib-Mso2 + (1-Yib)-Mix = 1,7865.10°.64 + (1-1,7865.10°).29 =29,063 (g/mol) - _ Độ nhớt của SO; ở nhiệt độ làm việc được tính theo công thức: „ 7+C[TY „ 7M (78+4Ý” Hoon = Bị T+C Fe =11,7.10° (273+40)+306 | 273 => py = 13,553.10" (Pas)
- _ Độ nhớt của không khí ở nhiệt độ làm việc được tính theo công thức:
Trang 342 Kiểm tra điều kiện làm việc của tháp
p= G,, _ 3,596
0,785.o„,.D”_ 0785.1103.267
= 0,614 (m/s)
- Taco: 2 9614 v, 0,73 = 0,83 (thda diéu kién)
Il TINH CHIEU CAO THAP HAP THU
1 Chiều cao tháp hấp thụ
a Xác định số đơn vị truyền khối tổng quát pha khí Noc
- _ Vì đường cân bằng là đường thẳng nên ta tính Noo theo cách sau:
- _ Động lực của quá trình tại đáy tháp hấp thụ:
AV, =¥,-¥; = 3373.10" ~5639.X =3373.10°~56,39.0 0000899 =1123.10°
Với Y” được tính theo phương trình cân bằng với X = X,= 0,0000399
Trang 35b Xác định chiều cao tổng quát của đơn vị truyền khối Học
+ mm A,
TB
Hạ =h y
Trong do:
m: hệ số góc của đường cân bằng
Trang 36- - Mật độ tưới làm việc: L„.3600 _ 186,6073600 = Ø,:0,785.D° _ 1100.0,785.2,6 = = = 115,086 (m? /m* h) - - Mật độ tưới tỗi ưu: U„ =Bø =0/158.95 =15,01 (m? /m’ h) Trong đó: B là hệ số phụ thuộc dàng quá trình Với quá trình hấp thụ thì B = 0,158 ; U 115,086 _ - Tỉsô-— = 7,67 U 15,01 => yel
(Tra hinh IX.16 trang 178 — S6 tay Qua trinh va thiét bị công nghệ hóa
chất, tập 2 - NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội) - _ Chiều cao một đơn vị truyền khối theo pha khí h; np - 2? 1480,399 °”.1,381°" ” 0951/0123 = 0,521 (m) s4 Tính h, 2 1/3 h, = | S | Res Pr Pi& - Chuan sé Reynolds: AT | 4,186,605 Re, = 0,785.D? 1,0 0,785.2,67.1,16.10°.95 = — = 1276 396 - _ Hệ số khuếch tán của SO; trong pha lỏng ở 20C: 105 L1 D, = ABu,'"2(y)2+yJ2Ƒ|M, M, 1/2 (71⁄3, yy1/3Ì | + | Trong do: D,: hé s6 khuéch tan
Va, Vu: thé tich phan tir cia dung chat va dung méi (cm*/mol) Mạ, Mạ: khối lượng phân tử của chất tan và dung môi (kg/kmol)
Trang 37
zz„ độ nhớt động lực của đđNaOH 10% ở 20°C (mPa.s) (zz,=1,86 Cp)
A, B: các hệ số phụ thuộc trên tính chất của chất tan và dung môi
( Chất tan là khí SO; nên A = 1, dung môi là dung dịch NaOH nên B = l ) (Trích trang 14 Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học và thực phẩm - Bài tập truyền khối - Trịnh Văn Dũng)
Trang 38c Chiều cao của lớp đệm H = N gH og =5,802.0,958 = 5,558(m) => Chọn chiều cao của lớp đệm H = 5,6 m d Chiều cao tháp hấp thụ - Chiều cao phần tách lỏng H, và đáy Hạ được chọn theo bảng sau D |H.(m | Hạ(m) 1,0-1,8 | 0,8 2,0 2,0-2,6 | 1,0 2,5 2,8-4,0 | 1/2 3,0 (Trích tải liệu học tập Kỹ thuật xử lý khi thai - CBGD Du My Lé - Qua trinh hap thu) © Chiều cao tháp hấp thụ Hị Hr=H+H,+ Hạ= 5,6 +1+2,5 = 9,l(m) => Chọn chiều cao của tháp Hr= 9,1 m 2 Tính trở lực tháp a Tốn thất áp suất của đệm khô khi Re, > 400 156.105 0 ””ơ”?>” — 156.5,6.0,614'Ẻ.1103989512(19,262.10 5)%2 Vv, 0,79° => AP, =214,488 (Pa) AP, =
b Tổn thất áp suất của điểm ướt:
«-s(«4£J& [Íe) Hie) \Le) \P1
Trong do:
A=8,4 c = 0,015
m = 0,405 n= 0,225
( Tra bảng IX.7, trang 189 - Số tay Quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2 - NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nói )
Trang 39- _ Tôn thât áp suât của đệm ướt: 116102 \ ””/ 359% “(1097 AP, =214.488|1+84|———| 19,262.10- | 186,607) [2 {1100 = 296,34 (Pa) Ill TINH CAC CONG TRINH PHU TRO a Tinh bom - _ Áp suất toàn phần của bơm: H= Po hị + H, + AH 0§ Trong do:
Pi, po: áp suất trên bề mặt chất lỏng khoảng hút và khoảng đây (Pa)
Hạ: chiều cao hình học đưa chất lỏng lên (m)
„- khối lượng riêng của dd NaOh 10% ở 25”C (kg/m?)
A/7: tốn thất áp suất do khắc phục trở lực trên đương hút và đường đây (kể
Trang 40Trong do:
7;¿ hiệu suất thé tích tính đến sự hao hụt chất lỏng chảy từ vùng áp suất
cao đến vùng áp suất thấp và do chất lỏng rò qua các chỗ hở của bơm
?;„ hiệu suất thủy lực, tính đến ma sát và sự tạo ra dòng xoáy trong bơm 7?,„ hiệu suất cơ khí tính đến ma sát cơ khí ở ô bi, ô lót trục
Bảng II.32 Hiệu suất của một số loại bơm Loại bơm 7, ?, nN Bom pittong - 0,8-0,94 | 0,9-0,95 Bom ly tam 0,85-0,96 | 0,8-0,85 | 0,92-0,96 Bơm xoáy lắc >0,8 >0,7 >0,9 Bơm răng khía 0,7-0,9 - -
( Trích Bảng II 32, trang 439, Số tay Quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất- Tap ]- NXB Khoa học và Kỹ thuật )
- _ Công suất yêu cầu của bơm: N= Q.H.p.g _0,169.10,071.1106,75.9,81 10002; 1000.0,7333 = 25,2 KW - Céng suat lam viéc cia bom: N, = BN =118.25,2=29,74 KW - Hés6 an toan céng suat z được cho ở bảng sau NKW)| ⁄ <1 2-1,5 1-5 1,5-1,2 5-50 1,2-1,15 >50 1,1
(Trích Bảng 1.1, trang 8-Bài tập Các quả trình cơ học - Nguyễn Văn Lục và Hoàng Minh Nam - NXB ĐHQG Tp.HCM)