Chương I: TỔNG QUAN I.1.Mục đích: - Thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt chất thải y tế với công suất 1 tấn rác/h.. thuật quốc gia về khí thải lò đốt chất thải rắn y tế biên soạn,Vụ
Trang 1M ỤC LỤC
Trang
Ch ương I : Tổng quan 4
I.1.Mục đích 4
I.2.Nội dung thiết kế đồ án 4
Ch ương II : Lựa chọn công nghệ xử lý khí thải lò đốt rác y tế 5
II.1.Thành phần rác y tế 5
II.2.Đặc điểm khí thải lò đốt rác y tế 5
II.3.Sơ đồ công nghệ - Thuyết minh 6
A.Tính nồng độ chất ô nhiễm - Sơ đồ công nghệ 6
B.Thuyết minh 10
Ch ương III : Thiết kế các công trình xử lý khí thải lò đốt rác y tế 11
III.1.Tháp giải nhiệt 11
A.Thiết kế tháp 11
B.Tính bơm nước 16
III.2.Cyclone 17
A.Thiết kế cyclone 17
B.Xử lý bụi 20
III.3.Tháp hấp thụ 20
A.Thiết kế tháp 20
B.Xử lý dung dịch sau hấp thụ 40
III.4.Quạt hút 42
III.5.Ống khói 43
Ch ương IV : Kết luận 45
Tài liệu tham khảo 46
Ph ụ lục 47
Trang 2Chương I: TỔNG QUAN
I.1.Mục đích:
- Thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt chất thải y tế với công suất 1 tấn rác/h
thuật quốc gia về khí thải lò đốt chất thải rắn y tế biên soạn,Vụ Môi trường và Vụ
Pháp chế trình duyệt và được ban hành theo Quyết định số /2008/QĐ-BTNMT
ngày tháng năm2008 của Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường
I.2.Nội dung thiết kế đồ án:
Trang 3Chương II: LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ THẢI
(Ngu ồn: Khảo sát đánh giá hiệu quả các lò đốt chất thải y tế khu vực phía Nam Đề tài
nghiên cứu cấp TP Hồ Chí Minh 2002, Đào Văn Lượng và các cộng tác viên)
II.2 Đặc điểm của khí thải lò đốt rác y tế:
- Đặc điểm khí thải lò đốt chất thải y tế:
Hàm lượng các khí HCl, HF thấp (vì thành phần nhựa trong rác thải
chủ yếu là PE)
Hàm lượng CO, SOx, bụi, VOCs: không ổn định, thấp nhưng vẫn vượt quá giới hạn cho phép
Trang 4 Hàm lượng NOx cao do đốt cháy thành phần N hữu cơ trong rác thải (khoảng 70 ÷80% thành phần khí NOx sinh ra), và một phần tạo thành do oxi phản ứng với nitơ trong không khí ở nhiệt độ cao
Nhiệt độ và lưu lượng khí thải biến động
Áp suất dư rất nhỏ <100 mm H2O
- Thành phần khí thải của lò đốt tùy thuộc vào thành phần rác thải và các yếu tố ảnh
hưởng đến quá trình đốt Khí thải lò đốt chất thải y tế phải đảm bảo đạt QCVN 02
: 2008/BTNMT quy định giới hạn tối đa cho phép đối với các thông số ô nhiễm
trong khí thải lò đốt chất thải rắn y tế
II.3.Sơ đồ công nghệ - Thuyết minh:
A.Tính nồng độ chất ô nhiễm - Sơ đồ công nghệ:
II.3.1 Tính toán lượng dầu sử dụng đốt 1 tấn rác, lưu lượng khí thải và nồng độ chất ô
nhiễm:
II.3.1.a.Lượng dầu sử dụng đốt 1 tấn rác:
Theo thực nghiệm , người ta tính được hệ số (kg dầu DO/ kg rác là 0,3 ÷ 0,5 Công suất
càng lớn thì hệ số càng nhỏ Với công suất 1 tấn/h ta lấy hệ số là 0,3
Trang 687,653
-Hệ số thừa không khí đối với dầu DO: α = 1,15
(Ngu ồn:trang 49 bài giảng Kiểm soát ô nhiễm không khí_cô Dư Mỹ Lệ)
-Lượng không khí cần đốt thực tế
423,65 1,15 = 508,34 𝑘𝑚𝑜𝑙
- Tính số kmol thành phần khí thoát ra trong 1 giờ
• 𝑛�� hình thành do đốt không hoàn toàn , n = 0,6%
Trang 7Lưu lượng khí thải thoát ra do đốt dầu và rác ở điều kiện 25 0 C,1 at:V =13218,4 m 3 /h
II.3.1.c.Sơ đồ công nghệ
*N ồng độ các chất khí ở điều kiện 25 0 C,1 at:
chỉ có NO2 không vượt quá tiêu chuẩn xả thải
Nồng độ CO giảm bằng cách kiểm soát quá trình đốt bằng cách tăng hiệu quả đốt hay
cung cấp lượng khí thừa α lớn hơn
Vì NO2là khí có độ độc cao nên ta có thể làm giảm nồng độ NO2 xuống bằng cách:
-Phân loại tại nguồn
-Kiểm soát quá trình cháy:
-Tuần hoàn khí cháy
Trang 8-Phân đoạn quá trình cháy và vận hành quá trình cháy trong điều kiện thiếu khí O2
-NH3bơm trực tiếp vào buồng đốt nhờ hệ thống bơm định lượng, các vòi
phun dòng tia NH3 tạo nên sự tiếp xúc tối đa giữa NH3 và NOx , giúp cho phản ứng
xảy ra triệt để
4NO +4NH3 + O24N2 + 6H2O 6NO2 +8NH3 + O27N2 + 12H2O
(Ngu ồn:trang 359 sách Quản lý và xử lý chất thải rắn _ thầy Nguyễn Văn Phước)
xử lý bụi và SO2
*Sơ đồ công nghệ:
B.Thuy ết minh công nghệ:
Khói chứa các chất khí có khả năng gây ô nhiễm phát sinh từ lò đốt rác theo
đường ống dẫn đi vào hệ thống xử lý.Đầu tiên, luồng khí thải có nhiệt độc cao khoảng
9000C được đưa qua thiết bị trao đổi nhiệt( tháp giải nhiệt) nhằm giải nhiệt trước khi đưa vào hệ thống xử lý.Ra khỏi thiết bị trao đổi nhiệt, nhiệt độ của luồng khí còn khỏang
3000C , khí thải tiếp tục đi vào cyclone để xử lý bụi.Sau khi qua cyclone, khí tiếp tục qua tháp hấp thụ.Trong tháp hấp thụ, khí thải đi theo chiều từ dưới lên trên và tiếp xúc với
dung dịch hấp thụ được phun từ trên xuống
Khí khói lò tiếp xúc với dung dịch hấp thụ dẫn tới sự hòa tan của chất khí gây ô
nhiễm vào pha lỏng, do đó trong tháp hấp thụ xảy ra phản ứng:
SO2 + H2O SO3
+ 2H+
SO3- + Ca(OH)2 CaSO3↓ + 2H2O
Khí thải sau khi qua tháp hấp thụ được hút ẩm bằng chất hút ẩm, sau đó qua hệ
thống quạt hút ,rồi qua ống khói thải ra ngoài
Dung dịch sau hấp thụ được qua bể lắng để lắng cặn, sau đó qua bể chứa châm hóa
chất tiếp tục tuần hoàn vào tháp hấp thụ
Việc quản lý và thải bỏ tro bụi qua quá trình đốt cũng như qua cyclone rất cần
thiết.Chúng là chất nguy hại đến sức khỏe và môi trường cần được đem đi chôn lấp
Khí thải Tháp giải nhiệt Cyclone hấp thụTháp Quạt hút khóiỐng
Trang 9Chương III THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH XỬ LÝ
Trang 11Nhiệt lượng khí truyền cho nước:
Lưu lượng nước cần làm mát: Q 2 = 106,34 m 3 /h
Phương trình truyền nhiệt:
Trang 12Tính K
𝛼�+ 1𝛼
�+ 𝛿𝜆Trong đó:
α1: hệ số cấp nhiệt từ chất khí nóng đến thành ống ( kcal/m2
.h.0C)
α2: hệ số cấp nhiệt từ thành ống đến nước (kcal/ m2
.h.0C) δ: bề dày ống vật liệu cách nhiệt =2mm=2.10-3
Đối với tấm chắn hình viên phân: C=1,72
đường kính tương đương: 𝐷�đ=√𝐷�− 𝑛 𝑑�=2,35m
Trang 13(ngu ồn: bảng V.II Trang 48 sổ tay quá trình thiết bị và công nghệ hóa chất tập 1)
Đường kính ống dẫn khí vào thiết bị trao đổi nhiệt dv=1m
Trang 14Nước ra ở nhiệt độ 550C được dẫn ra hệ thống làm mát để hạ nhiệt độ nước xuống là
300C và tuần hoàn lại thùng chứa nước Ống dẫn được làm bằng nhựa PVC,Φ=100mm
- Vận tốc nước đi trong đường ống:
v=�
� =����.�,����,��� =2,95 m/s
Tính chọn Cooling Tower của hãng LiangChi với các thông số:
nhiệt độ nước vào: 550
C Nhiệt độ nước ra: 300
C Nhiệt lượng giải phóng: Q=2619216 kcal
Lưu lượng nước
ρ.�.��=���.�,���.(�����)������� =105,3 m3
/h - Chọn tháp giải nhiệt nước tuần hoàn loại LiangChi Model: LBC-W-125RT
B.Tính bơm nước
Tính bể chứa: chọn bể chứa có kích thước : L x B x H =3m x 1,4m x 2m
Tính bơm nước : được dùng để đưa nước từ thùng chứa vào thiết bị làm mát
Trong quá trình giải nhiệt ta dùng một bơm duy nhất để bơm nước từ bể chứa giải nhiệt vào thiết bị giải nhiệt.Dựa trên đặt tính của quá trình và loại chất lỏng( nước trung tính) được bơm ta chọn loại bơm li tâm Hơn nữa bơm li tâm là loại bơm được sử dụng rộng
rãi hiện nay trong ngành công nghiệp
Trang 15-số vòng quay vg/ph: 1450-2900 vg/ph
-nhiệt độ: <800
C -chiều cao hút m: 4-5,5m
-có vỏ ngoài, bánh guồng làm bằng gang, trục làm bằng thép cacbon
Công suất máy bơm
N=�.�.ρ.�
����.� = ���,��.��.���,�.�,������.����.�,��� = 7,34 kW
Q: năng suất của bơm m3
/s H: áp suất toàn phần của bơm H=20m
ρ ∶khối lượng riêng của sảnước ở 300
Trang 17 Các thông số kích thước liên quan:
= 0,4.D
0,3
Khoảng cách từ tận cùng cyclone đến mặt
bích
H5 = (0,24÷0,32).D = 0,3.D
0,225
(Ngu ồn: tra bảng III.4 trang 524 sổ tay quá trình thiết bị và công nghê hóa chất tập 1)
* Tính số vòng quay của dòng khí trong thân cyclone
(Ngu ồn: CT III.38 trang 520 sổ tay quá trình thiết bị và công nghê hóa chất tập 1)
𝑛 = ���
� π.��=(�,�÷�).��
π.(�����)Trong đó
𝒱E : vận tốc ban đầu của dòng khí ở ống dẫn vào cyclone ở ống dẫn vào tại
tiết diện (a.b)
Trang 18Việc quản lý và thải bỏ bụi sau khi qua cyclone là vấn đề đáng phải quan tâm , nó
được xem là chất thải nguy hại sức khỏe con người và môi trường.lượng bụi thu được sau khi qua cyclone sẽ được đem đi chôn lấp
III.3.Tháp hấp thụ:
A.Tính chi ti ết tháp:
III.3.a.Tính cân bằng vật chất- cân bằng pha :
Các thông số đầu vào của khí vào tháp:
Nồng độ SO2 vào: CSO2 = 687,76 mg/m3
Trang 19- Sau khi qua cyclone, nhiệt độ khói thải khoảng 2730
C
- Do nồng độ ô nhiễm của NOx không quá cao so với tiêu chuẩn nên ta xem như xử
lý khí SO2, còn khí NOx sẽ được phân tán qua ống khói
- Lưu lượng khí thải ở 2730
082,0
1
=
T R
0005,01
Các thông số đầu ra:
Theo quy chuẩn về khói thải từ lò đốt rác y tế
Nồng độ SO2 đầu ra =300mg/m3ở 250
C Nồng độ SO2 của khí thải quy về ở 250
C là 1252,8 mg/m3Hiệu xuất xử lý SO2 của tháp:
Trang 20Tỷ số mol:
4100001,01
0001,01
𝐿��� = 𝐺��.�đ ���
��∗ = 270,4.�.���,��.�����������=42583 kmol H2O/ h Thông thường,trong các thiết bị hấp thụ, không bao giờ đạt được cân bằng giữa các pha, nghĩa là nồng độ cân bằng luôn lớn hơn nồng thực tế nên lượng dung môi tiêu tốn thực tế lớn lượng dung môi tối thiểu Thường ta cho lưu lượng thực lớn hơn 20% lưu lượng
dung môi tối thiểu, vậy lưu lượng lỏng cho vào tháp là:
=> Lth=(1+20%)𝐿���= 1,2.42583=51100 kmol H2O/ h
Vậy:nồng độ của SO2 ra khỏi tháp:
𝑋� = 𝐺��.�đ ���
��� = 270,4.�.��������������=2,12.10-6 molSO2/mol H2O
Phương trình đường làm việc Y = Ax + B trong đó
𝐴 =���
��� và 𝐵 = 𝑌�− ���
���𝑋�Nên: Y= 189X+ 10-4 qua 2 điểm A( 0, 10-4
) và B(2,12.10-6, 5.10-4) Phương trình đường cân bằng :
Trang 21Y= 𝟏�𝟏𝟗𝟔𝑿𝟏𝟗𝟕.𝑿
III.3.b Tính đường kính tháp:
Đường kính tháp hấp thụ có thể tính theo công thức:
y tb
V D
0:Tốc độ bắt đầu tạo nhũ tương,còn gọi là tốc độ đảo pha,m/s
Nên được xác định theo công thức sau:
( Nguồn CT IX.115 trang 187 Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2 )
4
10.32
1010.52
Khối lượng riêng trung bình của chất khí được tính theo công thức :
Trang 2274()/()18/
hp
kghp M
kgCaOHkgHO kgCaOHkmolCaOHkgHOkmolkgHO
(0.040.96)
999.360.04()0.96
33 22
0.04()984.35()/
Diện tích bề mặt riêng phần: a = 195 m2/m
3
Trang 23Khối lượng riêng vật liệu đệm: ρ = 600 (kg/m3)
( Nguồn tra bảng IX.8 trang 193 Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2 )
Đối với vật liệu là vòng sứ thì A = 0.022 , B = 1,75
V D
24214.4
0:Chiều cao của 1 đơn vị truyền khối
Tính số đơn vị truyền khối m y
Tính bằng phương pháp đồ thị
Vẽ đường cân bằng và đường làm việc trên cùng một đồ thị trong hệ tọa độ X,Y
Phương trình đường cân bằng là:
Y= ���.�
������
Phương trình đường làm việc:
Y= 189X+ 10-4
Trang 24Từ hình vẽ ta xác định được số đơn vị truyền khối là my=5
Tính chiều cao của 1 đơn vị truyền khối
tb l
L U
đường cân bằng
trung bình
Trang 25( Nguồn tra bảng I.114 trang 118 Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1 )
Tính : Pry chuẩn số Prandy của pha khí
SO2: Hệ số khuếch tán của S0
2 ở điều kiện chuẩn (00C,1atm)
�
�
=1,6.10-5 m2/s
Trang 26( Nguồn CT VIII.15 trang 134 Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2 )
( Nguồn CT VII I.14 trang 133 Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2 )
Trong đó:
μ là độ nhớt động học của nước ở 20oC,đơn vị là cP(hoặc,10-3Ns/m
2
, μ = 1,005.10-3 Ns/m
2
=1,005 cP;
A,B: các hệ số phụ thuộc vào tính chất dung môi
A = 1 đối với các chất khí, rượu, axit hữu cơ
Trang 27B = 4,7 đối với dung môi là nước
( Nguồn trang 14 Sách Bài tập quá trình thiết bị cơ học- thầy Nguyễn Văn Lục,thầy
Hoàng Minh Nam)
nên đảm bảo lớp đệm hoạt động tốt
Chiều cao phần tách lỏng Hc và đáy Hd được chọn theo bảng sau, phụ thuộc vào đường kính tháp
(Ngu ồn: bài giảng cô Dư Mỹ Lệ)
Trang 28suất đệm khô khi Rey=313,5< 400 được tính theo công thức
( Nguồn CT IX.119 trang 189 Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2 )
y: lưu lượng pha lỏng và pha khí (kg/s);Gx =6,5 kg/s;Gy =28,73kg/s
- ρx=984,35 kg/m3: khối lượng riêng của lỏng
- μx = 0,9844 10��N.s/m2 : độ nhớt của lỏng
S ức cản thủy lực của tháp đệm đối với hệ khí –lỏng và hơi -lỏng ở điểm đảo pha:
2
225 , 0 405
, 0 015
, 0 8 3
/ 55
,
461
] ) 35 , 984
974 , 0 ( ) 3 , 287
5 , 6 ( ) 10 2135
10 9844 , 0 ( 4 , 8 1
[
m N
L
G A
P
x
y m c y
x k
µ
ta xét công thức sau:
Trang 29Do phải chịu tác dụng hoá học với khí thải và dung dịch có tính ăn mòn cao nên ta phải
chọn vật liệu chế tạo tháp hấp thụ và các đường ống dẫn khí là loại thép hợp kim đặc biệt
là thép không gỉ, bền nhiệt và chịu nhiệt, chúng có tính chịu ăn mòn cao trong điều kiện làm việc của thiết bị
-Nhiệt độ làm việc t0C = 90
0
C -Áp suất làm việc P
lv = 1at = 9,81 (N/m2)
Chọn vật liệu là thép không gỉ để chế tạo thiết bị
( Nguồn tra bảng XII.4 trang 310 Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2 )
Chọn công nghệ gia công là hàn tay bằng hồ quang điện, bằng cách hàn giáp mối 2 bên
- Hệ số an toàn theo giới hạn mỏi: nbl = 1,5
( Nguồn tra bảng XIII 2-XIII 3 trang 356 Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất
tập 2 )
Tính bề dày thân tháp:
Các thông số ban đầu của tháp mà ta đã biết như sau:
Đường kính D = 1,6 m =1600 mm
Trang 30Chiều cao tháp H = 6,8 m
Khối lượng riêng của pha lỏng : ρ
10.550
10.220
( Nguồn CT XIII 2-XIII 3 trang 356 Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2 )
Ta lấy giá trị bé hơn trong 2 ứng suất cho phép ở trên làm ứng suất cho phép tiêu chuẩn
,
16
10 67
2
10.41,16.6,1
Trang 31Chiều dày của tháp được thiết kế khi tính đến các hệ số bổ sung là:
Vậy: Thân tháp hấp thu có bề dày S = 8 mm thoả mãn điều kiện bền và áp suất làm việc
K ết luận: Tháp cao: 6,8m, Đường kính tháp:1,6m, Bề dày 8mm
,
16
10 67 ,
2
10.41,16.6,1
Trang 32Bề dày thực tế của đáy (nắp):
V ậy bề dày của đáy và nắp là S = 8mm
Chọn đáy và nắp elip có gờ, chiều cao gờ h = 25 mm
( Nguồn tra bảng XIII.10-XIII.11 trang 382-33-384 Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ
m
2
Thể tích đáy
m
3
Đường kính phôi D
G
592,025.4
14,3
6,9
Chiều dài đoạn ống nối (ứng với đường kính ống 600mm)là 170mm
( Nguồn tra bảng XIII.32trang 434 Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2 )
- Ống dẫn khí ra:Lưu lượng khí đầu ra: G
c = G
d = �����,�
����.�,���= 6,87 m3/s
Trang 33→ đường kính ống khí ra
m v
G
591,025.4
14,3
6,87
L
3.4
14,3
0,287
L
5,1.4
14,3
0,287
Tính bích nối thân và đáy,nắp
Bích được dùng để ghép nắp với thân thiết bị và để nối các phần của thiết bị với nhau
Chọn kiểu bích liền vì áp suất làm việc không cao
Vật liệu là thép X18H10T
Chọn bích kiểu I (Nguồn tra bảng XIII.28trang 417 Sổ tay quá trình và thiết bị công
nghệ hóa chất tập 2 ),với áp suất làm việc lấy là 0,3N/m2
Trang 34số bulông
Theo bảng tra → chiều dài đoạn ống nối là 160mm
Ống tháo đệm được hàn vào thân thiết bị, bên ngoài có lắp mặt bích(bích liền bằng thép
để nối các bộ phận của thiết bị và ống dẫn)
( Nguồn tra bảng XIII.27 trang 417 Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2 )
số bulông
D= 600 mm và chiều dài đoạn nối ống là 170mm
Bích nối ống dẫn khí và thân được chọn như sau:
( Nguồn tra bảng XIII.27 trang 417 Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2 )
số bulông
Trang 35số bulông
số bulông
→ các thông số của lưới:
1 (mm)
Chi ều rộng bước b(mm) đệm 25x25
Lưới đỡ đệm được cấu tạo là 2 nửa vỉ thép không gỉ nối lại với nhau Bên trên có hàn các
lỗ tay để có thể dễ dàng cầm nắm khi tháo lắp Bề mặt lưới được cấu tạo bởi các thanh
thép không gỉ có kích thước =2mm
Bề dày của lưới 30mm
Đĩa phân phối:
Trang 36( Nguồn tra bảng XIII.9 trang 364 Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2 )
ta thấy khối thép dày 8mm thì có khối lượng 62,8 kg/1m2
-Kh ối lượng thân:
mt = V×ρ = π (D n −D t )×H× ρ
2 2 4