Trong những năm gần đây, tốc độ đô thị hóa và công nghiệp hóa tại Việt Nam đã gia tăng mạnh mẽ và đang có xu hướng tiếp tục tăng trong những năm tới. Cùng với đó thì việc nâng cao giá trị của các sản phẩm từ nông nghiệp và các phụ phẩm của sản xuất công nghiệp bằng sự tiến bộ khoa học kỹ thuật đang là vấn đề được cả thế giới quan tâm. Nước ta là một nước có kinh tế chủ yếu là nông nghiệp, và để phát triển một nền kinh tế bền vững không gì hơn là áp dụng khoa học kỹ thuật chế biến các nông sản và phụ phẩm thành các sản phẩm có giá trị kinh tế cao. Nhưng ngoài phát triển kinh tế, xã hội thì việc bảo vệ môi trường là yếu tố không thể thiếu trong mọi hoạt động của con người, nhằm nâng cao chất lượng đời sống con người và thúc đẩy phát triển cho các thế hệ tương lai. Dựa trên cơ sở đó đề tài: “Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn của quá trình sản xuất furfural từ lõi ngô, công suất xử lý 50 tấnngày” được thực hiện. Như chúng ta đã biết ngô là loại cây nông nghiệp được trồng ở nhiều vùng sinh thái khác nhau và có diện tích thu hoạch lớn thứ hai tại Việt Nam sau lúa gạo. Ngoài những giá trị dinh dưỡng và lợi ích kinh tế mà ngô mang lại như: hạt ngô được con người thu hoạch cho nhu cầu lương thực; thân, lá được sử dụng làm thức ăn gia súc; thì lõi ngô cũng mang lại nhiều lợi nhuận, và được sử dụng nhiều trong công nghiệp sản xuất. Do lõi ngô có hàm lượng cellulose và lignin khá cao nên sau khi được thủy phân sẽ cho ra các chất sản phẩm có khả năng ứng dụng cao. Cho đến nay, chôn lấp vẫn là biện pháp xử lý chất thải rắn phổ biến đối với nhiều nước trên thế giới trong đó có Việt Nam. Ưu điểm chính của chôn lấp là ít tốn kém và có thể xử lý được nhiều loại chất thải rắn khác nhau. Tuy nhiên hình thức chôn lấp lại gây gây ra những hình thức ô nhiễm khác như ô nhiễm nước, mùi hôi, côn trùng, ruồi… Ngoài ra, trong quá đô thị hóa như hiện nay, quỹ đất ngày càng thu hẹp, dẫn đến khó khan trong việc lựa chọn vị trí làm bãi chôn lấp. Vì vậy, áp dụng một số biện pháp xử lý rác khác song song với chôn lấp là một nhu cầu rất thiết thực. Công nghệ đốt chất thải rắn, một trong những công nghệ thay thế, ngày càng trở nên phổ biến và được ứng dụng rộng rãi đặc biệt với loại hình chất thải rắn công nghiệp. Công nghệ đốt chất thải rắn sẽ ít tốn kém hơn nếu đi kèm với biện pháp khai thác tận dụng năng lượng phát sinh trong quá trình đốt.
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn trình sản xuất furfural từ lõi ngô, công suất xử lý 50 tấn/ngày MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN viii MỞ ĐẦU ix CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 CÁC QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT FURFURAL TỪ LÕI NGÔ 1.1.1 Giới thiệu Furfural 1.1.2 Nguyên liệu lõi ngô 1.1.3 Quy trình sản xuất 11 1.2 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CHẤT THẢI 15 1.2.1 Phương pháp chôn lấp 15 1.2.2 Phương pháp xử lý sinh học 15 1.2.3 Phương pháp nhiệt 16 1.2.4 Đề xuất công nghệ 20 CHƯƠNG TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT 25 2.1 CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ BAN ĐẦU: 25 2.2 TÍNH THỂ TÍCH KHƠNG KHÍ VÀ SẢN PHẨM CHÁY LÝ THUYẾT 25 2.2.1 Lượng khơng khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg nguyên liệu : 25 2.2.2 Thể tích sản phẩm cháy lý thuyết : 25 2.2.3 Thể tích khơng khí sản phẩm cháy thực tế : 26 2.3 ENTANPY CỦA KHƠNG KHÍ VÀ SẢN PHẨM CHÁY 28 2.3.1 Entanpy sản phẩm cháy lý thuyết Iko 28 2.3.2 Entanpy khơng khí lý thuyết : 28 2.3.3 Entanpy khói thực tế : 28 2.4 TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT [8] 29 2.4.1 Tổn thất nhiệt xỉ mang q6 29 i Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn trình sản xuất furfural từ lõi ngô, công suất xử lý 50 tấn/ngày 2.4.2 Tổn thất nhiệt thải môi trường xung quanh q5 29 2.4.3 Tổn thất nhiệt cháy khơng hồn tồn mặt học 29 2.4.4 Tổn thất cháy khơng hồn tồn mặt hố học q3 29 2.4.5 Tổn thất nhiệt khói thải mang q2 30 CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ LỊ NHIỆT PHÂN 31 3.1 NHIỆT LƯỢNG CỦA QUÁ TRÌNH NHIỆT PHÂN 31 3.2 KÍCH THƯỚC LỊ 31 3.2.1 Diện tích mặt cắt lò [11] 31 3.2.2 Chiều cao lò [10] 32 3.3 BỀ DÀY LÒ 33 3.3.1 Bề dày khung lò: 33 3.3.2 Bề dày lớp bảo ôn: 34 3.4 ĐĨA PHÂN PHỐI KHÍ 35 3.4.1 Áp suất qua lớp đĩa [11] 35 3.4.2 Vận tốc khí qua lỗ 35 3.4.3 Khoảng cách lỗ 35 3.5 ỐNG NỐI 36 3.5.1 Ống loop seal 36 3.5.2 Ống nạp liệu 37 3.5.3 Ống dẫn khí 37 CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ LỊ ĐỐT 39 4.1 NHIỆT LƯỢNG CỦA QUÁ TRÌNH ĐỐT 39 4.2 KICH THƯỚC CHÍNH TRONG LỊ 39 4.2.1 Diện tích mặt cắt lò : 39 4.2.2 Chiều cao lò : 40 4.3 BỀ DÀY LỚP XÂY LÒ 41 ii Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn trình sản xuất furfural từ lõi ngô, công suất xử lý 50 tấn/ngày 4.4 ĐĨA PHÂN PHỐI KHÍ 42 4.4.1 Áp suất qua lớp đĩa [11] 42 4.4.2 Vận tốc khí qua lỗ 42 4.4.3 Khoảng cách lỗ 42 4.5 ỐNG NỐI 43 4.5.1 Ống cấp khí sơ cấp 43 4.5.2 Ống cấp khí thứ cấp 43 4.6 ỐNG CẤP LIỆU BỔ SUNG 44 CHƯƠNG TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ 45 5.1 TÍNH CYCLONE [10] 45 5.1.1 Đường kính phần thân trụ cyclone : 45 5.1.2 Bề dày khung : 47 5.1.1 Bề dày lớp bảo ôn: 47 5.2 TÍNH NỒI HƠI [18] 48 5.2.1 Nhiệt độ tính tốn : 49 5.2.2 Vận tốc khói lưu thơng qua nồi : 49 5.2.3 Tổng diện tích trao đổi nhiệt đối lưu nồi : 50 5.2.4 Nhiệt độ trung bình logarit nồi : 50 5.2.5 Nhiệt lượng trao đổi theo phương trình truyền nhiệt : 50 5.3 CÔNG SUẤT QUẠT 50 5.3.1 Quạt cấp khí nhiệt phân : 50 5.3.2 Quạt cấp khí lị đốt : 51 5.4 ỐNG KHÓI 52 5.4.1 Đường kính ống khói 52 5.4.2 Chiều cao ống khói 52 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 54 iii Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn trình sản xuất furfural từ lõi ngô, công suất xử lý 50 tấn/ngày 6.1 KẾT LUẬN 54 6.2 KIẾN NGHỊ 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 iv Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn trình sản xuất furfural từ lõi ngô, công suất xử lý 50 tấn/ngày DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT CFB: Circulating Fluidized Bed CTR: Chất thải rắn QCVN: Quy chuẩn Việt Nam v Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn q trình sản xuất furfural từ lõi ngơ, cơng suất xử lý 50 tấn/ngày DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Cấu trúc phân tử furfural [1] Hình 1.2 Cây ngô Hình 1.3 Cấu trúc lõi ngô [7] Hình 1.4 Thành phần hóa học vi sợi cellulose [6] 10 Hình 1.5 Quy trình sản xuất Furfural liên tục ROSENLEW [5] 14 Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý công nghệ đốt nhiệt phân tầng sôi tuần hồn 23 Hình 2.1 Thiết bị lị đốt thùng quay kết hợp xử lý khí 19 Hình 2.2 Lị đốt tầng sơi 20 Hình 5.1 Hệ số kích thước mơ hình cyclone [17] 45 vi Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn q trình sản xuất furfural từ lõi ngơ, công suất xử lý 50 tấn/ngày DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Tính chất vật lý furfural Bảng 1.2 Áp suất furfural phụ thuộc nhiệt độ [2] Bảng 1.3 Hàm lượng pentosane sản lượng furfural nguyên liệu thô [4] Bảng 1.4 Thành phần hóa học lõi ngơ 11 Bảng 1.5 Ưu nhược phương pháp 24 Bảng 2.1 Các thơng số khói thải 27 Bảng 2.2 Entanpy khơng khí sản phẩm cháy 28 Bảng 3.1 Các thông số vật lý Nito 32 Bảng 3.2 Thơng số mặt bích thân 33 Bảng 3.3 Thành phần sản phẩm nhiệt phân 36 Bảng 4.1 Các thơng số vật lý khơng khí 40 Bảng 5.1 Kích thước cyclone 46 Bảng 5.2 Thơng số mặt bích thân cyclone 47 Bảng 5.3 Hệ số trữ k [19] 51 vii Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn trình sản xuất furfural từ lõi ngô, công suất xử lý 50 tấn/ngày LỜI CẢM ƠN Trước hết em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô công tác giảng dạy khoa Môi Trường - Trường Đại học Tài Nguyên Môi Trường TP.HCM Đã tận tâm dạy bảo truyền đạt kiến thức quý báu cho bọn em suốt trình học tập Đặc biệt em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn thầy TS Đỗ Hải Sâm, người hướng dẫn tận tình tạo điều kiện giúp đỡ tụi em suốt trình thực nhiệm vụ đồ án Em xin chân thành cảm ơn Thư viện trường ĐH Tài Nguyên & Môi Trường tạo điều kiện thuận lợi cho em có nguồn tài liệu cụ thể xác thực để tham khảo hoàn thành tốt đồ án giao Bên cạnh đó, em muốn chuyển lời cảm ơn sâu sắc đến bạn bè lớp cạnh bên ủng hộ tinh thần sát cánh bên em cần trợ giúp Một lần em xin chân thành cảm ơn Sinh viên thực hiện: viii Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn trình sản xuất furfural từ lõi ngô, công suất xử lý 50 tấn/ngày MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, tốc độ thị hóa cơng nghiệp hóa Việt Nam gia tăng mạnh mẽ có xu hướng tiếp tục tăng năm tới Cùng với thì việc nâng cao giá trị sản phẩm từ nông nghiệp phụ phẩm sản xuất công nghiệp tiến khoa học kỹ thuật vấn đề giới quan tâm Nước ta nước có kinh tế chủ yếu nông nghiệp, để phát triển kinh tế bền vững không gì áp dụng khoa học kỹ thuật chế biến nông sản phụ phẩm thành sản phẩm có giá trị kinh tế cao Nhưng phát triển kinh tế, xã hội việc bảo vệ mơi trường yếu tố khơng thể thiếu hoạt động người, nhằm nâng cao chất lượng đời sống người thúc đẩy phát triển cho hệ tương lai Dựa sở đề tài: “Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn trình sản xuất furfural từ lõi ngô, công suất xử lý 50 tấn/ngày” thực Như biết ngô loại nông nghiệp trồng nhiều vùng sinh thái khác có diện tích thu hoạch lớn thứ hai Việt Nam sau lúa gạo Ngoài giá trị dinh dưỡng lợi ích kinh tế mà ngô mang lại như: hạt ngô người thu hoạch cho nhu cầu lương thực; thân, sử dụng làm thức ăn gia súc; thì lõi ngô mang lại nhiều lợi nhuận, sử dụng nhiều cơng nghiệp sản xuất Do lõi ngơ có hàm lượng cellulose lignin cao nên sau thủy phân cho chất sản phẩm có khả ứng dụng cao Cho đến nay, chôn lấp biện pháp xử lý chất thải rắn phổ biến nhiều nước giới có Việt Nam Ưu điểm chơn lấp tốn xử lý nhiều loại chất thải rắn khác Tuy nhiên hình thức chơn lấp lại gây gây hình thức nhiễm khác ô nhiễm nước, mùi hôi, côn trùng, ruồi… Ngồi ra, q thị hóa nay, quỹ đất ngày thu hẹp, dẫn đến khó khan việc lựa chọn vị trí làm bãi chơn lấp Vì vậy, áp dụng số biện pháp xử lý rác khác song song với chôn lấp nhu cầu thiết thực Công nghệ đốt chất thải rắn, công nghệ thay thế, ngày trở nên phổ biến ứng dụng rộng rãi đặc biệt với loại hình chất thải rắn cơng nghiệp Cơng nghệ đốt chất thải rắn tốn kèm với biện pháp khai thác tận dụng lượng phát sinh trình đốt ix Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn trình sản xuất furfural từ lõi ngô, công suất xử lý 50 tấn/ngày CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 CÁC QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT FURFURAL TỪ LÕI NGÔ 1.1.1 Giới thiệu Furfural Furfural aldehyde dị vịng, có cơng thức hóa học OC4H3CHO cơng thức phân tử C5H4O2 Ngồi ra, furfural hay cịn có tên gọi furfurol, - furandehyde, fural, – furancacbonal, furol, andehyde đơn giản dãy furan Nó chất lỏng khơng màu có mùi hạnh nhân, ngồi có số tài liệu khác lại nói furfural có mùi mùi bánh mì đen làm [1] Hình 1.1 Cấu trúc phân tử furfural [1] Furfural hợp chất hữu có nguồn gốc từ nhiều loại sản phẩm phụ nông nghiệp, bao gồm lõi ngô, yến mạch, cám lúa mì mùn cưa, … sản phẩm trình phân giải pentosane, polysaccharide từ nhiều loại phế thải thực vật có thớ, sợi lõi ngơ, bã mía, gỗ, cỏ rác, … Tên furfural xuất phát từ tiếng Latin từ “furfur”, có nghĩa ngũ cốc, cám _ol cuối có nghĩa dầu [2] Furfural phát vào năm 1821 nhà hóa học người Đức Johann Wolfgang Dobereiner chưng cất cám với axit sunfuric Năm 1840, nhà hóa học người Scotland John Stenhouse phát chất tương tự furfural tạo cách chưng cất nhiều loại vật liệu trồng trọt, bao gồm ngô, yến mạch, cám mùn cưa… với dung dịch axit sulfuric, ông xác định cơng thức thực nghiệm C5H4O2 Trong năm 1845, với khám phá chức aldehyde phân tử, đặt tên Furfural (al aldehyde) Mãi đến năm 1901, nhà hóa học Đức Carl Harries suy luận cấu trúc Furfural Năm 1922, Công ty Quaker Oats bắt đầu sản xuất hàng loạt từ vỏ yến mạch Ngày nay, furfural sản xuất từ sản phẩm phụ nông nghiệp bã mía lõi ngơ Các quốc gia sản xuất furfural ngày Cộng hịa Dominican, Nam Phi Trung Quốc… Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn q trình sản xuất furfural từ lõi ngơ, cơng suất xử lý 50 tấn/ngày Chọn loại đĩa phân phôi khí đục lỗ theo hình trịn Vật liệu đĩa: thép khơng gỉ inox 304 Đường kính đĩa: D = 1000mm Chiều dày đĩa: S = 20 mm Kích thước lỗ d = mm Khoảng cách lỗ có bước t = 23 mm 4.5 ỐNG NỐI 4.5.1 Ống cấp khí sơ cấp Theo [11] lưu lượng khí sơ cấp vào lị >50% tổng lượng khí cần cấp vào lị 𝑑1 = √ × 𝑉𝑘𝑘1 , (𝑚 ) 𝜋 × 𝑣𝑘𝑘 Trong đó: Vkk1 : lưu lượng dịng khí qua ống Vkk1 = Vkk × 55% = 0,577 × 0,34 × 0,55 = 0,104 (𝑚3 /𝑠) vkk : vận tốc khí ống, chọn vkk = 10 𝑚/𝑠 Ta kết quả: 𝑑1 = 0,0957 m ≈ 100 mm 4.5.2 Ống cấp khí thứ cấp 𝑑2 = √ × 𝑉𝑘𝑘2 , (𝑚 ) 𝜋 × 𝑣𝑘𝑘 Trong đó: Vkk1 : lưu lượng dịng khí qua ống Vkk1 = Vkk × 45% = 0,577 × 0,34 × 0,45 = 0,085 (𝑚3 /𝑠) vkk : vận tốc khí ống, chọn vkk = 10 𝑚/𝑠 Ta kết quả: 𝑑2 = 0,0866 m ≈ 90 mm 43 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn trình sản xuất furfural từ lõi ngô, công suất xử lý 50 tấn/ngày 4.6 ỐNG CẤP LIỆU BỔ SUNG Để đưa tro từ lò khỏi lị ta sử dụng tải trục vít: 𝑑=√ 4×𝑊 , (𝑚 ) 𝜋×𝜌×𝑣 Trong đó: 𝑊 : tốc độ dòng nguyên liệu qua ống, W = 0,577 (𝑘𝑔/𝑠) ρ: khối lượng riêng than, ρ = 1300 kg/m3 𝑣: vận tốc nạp liệu trục vít nạp ống, v = 0,06 𝑚/𝑠 𝑑 = 0,097 m ≈ 100 mm Công suất vít xoắn: 𝑛 ≈ 60/√𝑑 = 60/√0,100 = 190 vịng/phút Chọn mơ tơ có cơng suất N = 0,2 kW = 0,27 HP 44 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn trình sản xuất furfural từ lõi ngơ, cơng suất xử lý 50 tấn/ngày CHƯƠNG TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ 5.1 TÍNH CYCLONE [10] Các thơng số liên quan đến kích thước để xây dựng mơ hình Cyclone tính tốn sau : 5.1.1 Đường kính phần thân trụ cyclone : 𝐷=√ 𝑉 ,𝑚 0,785 × 𝑤𝑞 Trong : V : Là lưu lượng khí vào cyclone, V = 2,616 x 0,577 = 1,51 m3/s wq : Tốc độ quy ước wq = 2,2 − 2,5 𝑚/𝑠, chọn wq = 2,4 m/s 𝐷=√ 1,51 = 0,895 𝑚 0,785 × 2,4 Chọn D = 0,9 m = 900 mm Hình 5.1 Hệ số kích thước mơ hình cyclone [17] 45 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn q trình sản xuất furfural từ lõi ngơ, cơng suất xử lý 50 tấn/ngày Từ đường kính D tìm được, ta dựa vào hình 5.1 để xác định kích thước cyclone, ta chọn theo Stairmand (1951) – High efficiency Bảng 5.1 Kích thước cyclone STT Thơng số Đường kính trụ Chiều cao cửa vào Chiều rộng vào Đường kính ống Chiều cao ống Chiều cao thân trụ Chiều cao tổng Đường kính ống bụi Ký hiệu D a b De S h H B Kích thước (mm) 900 450 180 450 450 1350 3600 337.5 a) Số vịng xốy cyclone : 𝑛= 𝐻 𝐻 3,6 3,6 + = + = 12 𝑣ị𝑛𝑔 𝑎 2𝑎 0,45 × 0,45 b) Vận tốc khí vào cyclone : 𝑤𝑡 = 𝑉 1,51 = = 18,64 𝑚/𝑠 𝑎 × 𝑏 0,45 × 0,18 c) Thời gian lưu hạt bụi : 𝜏 = 𝜋𝐷 × 𝑛 12 = 𝜋 × 0,9 × = 1,82 𝑠 𝑤𝑡 18,64 d) Đường kính hạt bụi nhỏ bị thu giữ trường hợp độ nhớt khơng khí 800oC, 𝜇 = 134,8 × 10−6 𝑑𝑝 = √ 9×𝜇×𝑏 𝜋 × 𝑛 × 𝑤𝑡 (𝜌𝑝 − 𝜌𝑔 ) × 134,8 × 10−6 × 0,18 =√ = 16,1 𝜇𝑚 𝜋 × 12 × 18,64(1600 − 1,17) 46 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn trình sản xuất furfural từ lõi ngô, công suất xử lý 50 tấn/ngày 5.1.2 Bề dày khung : Giả sử thiết bị hoạt động điều kiện áp suất mơi trường Trong đó: áp suất môi trường làm việc 𝑝𝑚𝑡 = 101325 𝑁/𝑚2 Theo số liệu kinh nghiệm bảng XII1.27, tr.417 – Sổ tay q trình thiết bị hố chất, tập – PGS TS Trần Xoa – NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2006 ta có bề dày thân lị mm với vật liệu thép inox 304 Bảng 5.2 Thơng số mặt bích thân cyclone 5.1.1 Stt Đại lượng Ký hiệu Đơn vị Thông số Áp suất p N/m2 1*10-6 Đường kính tháp Dt mm 900 Đường kính ngồi tháp D0 mm 912 Đường kính ngồi bích D mm 1030 Đường kính tâm bulong Db mm 980 Đường kính bulong db mm M20 Đường kính ngồi mép vát D1 mm 950 Số bulong Z 24 Chiều cao bích h mm 22 Bề dày lớp bảo ôn: Từ [12] ta chọn vật liệu lớp bảo ơn bơng sứ (fiber ceramic) Có hệ số dẫn nhiệt k = 0,153 W/Mk Hệ số truyền nhiệt qua vách: 𝑟 𝑟 ln ln ∆𝑇 1 𝑟1 𝑟2 ) , (𝐾/𝑊) 𝑅= = ×( + + + 𝑄 2𝜋𝐻 ℎ1 𝑟1 𝑘1 𝑘2 ℎ2 𝑟2 47 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn trình sản xuất furfural từ lõi ngô, công suất xử lý 50 tấn/ngày Trong đó: H: Chiều cao lị, m h1 , h2 : hệ số đối lưu nhiệt cyclone khơng khí h1 = 200 W/m2.K; h2 = 100 W/m2.K k1 , k : hệ số dẫn nhiệt nhiệt vật liệu inox 304 fiber ceramic k1 = 13 W/m.K; k = 0,153 W/m.K r1 , r2 , r3 : bán kính, m Giả sử nhiệt lượng thất ngồi 3,5% 𝑄𝑚 = 𝑄𝐶 × 3,5% = 0,1114 𝑘𝑊 => R = 0,0044 K/W Ta chọn bề dày lớp bảo ôn fiber ceramic 90 mm Ta hệ số truyền nhiệt qua lớp 0,456 0,546 ln ln 1 0,45 0,456 ) 𝑅′ = ×( + + + 2𝜋 × 3,6 200 × 0,45 13 0,153 100 × 0,546 = 0,055(𝐾/𝑊) > 𝑅 (đạ𝑡 𝑦ê𝑢 𝑐ầ𝑢) 5.2 TÍNH NỒI HƠI [18] Khói lò sau khỏi cyclone dẫn vào nồi để tận dụng nguồn nhiệt từ khói lị Nhiệt độ khói vào nồi nhiệt độ khói khỏi cyclone (t1), nên ta có t1 = 650oC Chọn sơ nhiệt độ khỏi dàn đối lưu 350oC Nước vào hâm có nhiệt độ t = 25oC khỏi nồi có nhiệt độ t = 180oC Sau ta tính Qcb Qtr Phương trình cân nhiệt phương trình truyền nhiệt : Qcb ( I1 I I kkl ) , [kJ/kg] Qtr k F t , [kJ/kg] Btt [18] [18] 48 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn trình sản xuất furfural từ lõi ngô, công suất xử lý 50 tấn/ngày Trong : Btt : Lượng tiêu hao nhiên liệu tính tốn, kg/s I1, I2 : Enthalpy khói vào ra, kJ/kg k :Hệ số truyền nhiệt, W/m2.K F : Tổng diện tích trao đổi nhiệt, m2 ̅̅̅ : Nhiệt độ trung bình logarit, oC ∆𝑡 Đặc điểm nồi hơi: Chọn ống có Ф50mm Bước ống s/d =100/50 Số ống ngang n1 = 1,4/0,1 +1 = 15 ống Số ống dọc n2 = 1,2/0,08 = 15 ống Chiều dài ống m Hệ số truyền nhiệt ống k = 40 W/m2 K Nhiệt lượng hấp thụ cân tính theo cơng thức Trong giá trị enthalpy tra từ bảng 3.2: Ta có: I1 = 5858,8 kJ/kg I2 = 3154,74 kJ/kg Thay vào công thức ta Qcb = 0,965×0,577×(5858,8 - 3154,74) = 1506 kJ/kg Để xác định nhiệt lượng trao đổi ta phải biết tổng diện tích trao đổi nhiệt nhiệt độ trung bình 5.2.1 Nhiệt độ tính tốn : Nhiệt độ tính tốn nhiệt độ trung bình khói dàn đối lưu 𝑡𝑓 = 650 + 350 = 500℃ 5.2.2 Vận tốc khói lưu thơng qua nồi : Lưu lượng khói dàn ống: 𝑉= 𝐵𝑡𝑡 × 𝑉𝑘 × (𝑡𝑓 + 273) 0,577 × 2,616 × (500 + 273) = = 0,56 𝑚3 /𝑠 273 273 Diện tích tiết diện khói ống : Fống = 15 × 15 × 0,052 × 0,785 = 0,44 𝑚2 Vận tốc khói ống : w = V/Fống = 0,56/0,44 =1,27 m/s 49 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn q trình sản xuất furfural từ lõi ngơ, cơng suất xử lý 50 tấn/ngày 5.2.3 Tổng diện tích trao đổi nhiệt đối lưu nồi : 𝐹 = 𝜋 𝑑 𝐿 𝑛 = 𝜋 × 0,05 × × (15 + 15) = 4,71 𝑚2 5.2.4 Nhiệt độ trung bình logarit nồi : ∆𝑇𝑚𝑎𝑥 = 650 − 25 = 625℃ ∆𝑇𝑚𝑖𝑛 = 350 − 180 = 170℃ ∆𝑇𝑡𝑏 = ∆𝑇𝑚𝑎𝑥 − ∆𝑇𝑚𝑖𝑛 625 − 170 = = 349,5℃ ∆𝑇𝑚𝑎𝑥 625 ln ln ∆𝑇𝑚𝑖𝑛 170 5.2.5 Nhiệt lượng trao đổi theo phương trình truyền nhiệt : 𝑄𝑡𝑟 = 40 × 4,71 × 349,5 = 114,12 kJ/kg 0,577 Sau xác định Qcb Qtr xác định sai số chúng 𝛿𝑄 = |𝑄𝑐𝑏 − 𝑄𝑡𝑟 | |1506 − 114,12 | = = 1,7% 𝑄𝑐𝑏 + 𝑄𝑡𝑟 1506 + 114,12 2 Ta thấy sai số nhỏ nên giá trị chấp nhận Vậy nhiệt độ khói khỏi nồi t = 350℃ 5.3 CƠNG SUẤT QUẠT 5.3.1 Quạt cấp khí nhiệt phân : Cơng suất u cầu quạt: 𝑁= 𝑄 × ∆𝑃 1000 × 𝜂 Trong đó: Q: suất quạt, Q = wmax x D = 1,134 x 1,3 ≈ 1,5 (m3/s) ∆𝑃: áp suất toàn phần (Pa) 𝜂: Hiệu suất tổng cộng quạt: 𝜂 = 𝜂1 × 𝜂2 × 𝜂3 = 0,98 × 0,97 × 0,95 = 0,9 Với: 𝜂1 : hiệu suất lý thuyết quạt 50 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn trình sản xuất furfural từ lõi ngô, công suất xử lý 50 tấn/ngày 𝜂2 = (0,95-0,97): hiệu suất ổ đỡ 𝜂3 = (0,9-0,95): hiệu suất hệ truyền đai 𝑁= 1,5 × 29885 = 49,8 𝑘𝑊 1000 × 0,9 Công suất thực tế quạt: 𝑁𝑡𝑡 = 1,15 × 49,8= 57,3 kW Bảng 5.3 Hệ số trữ k [19] N Ly tâm Hướng trục 5 5.3.2 Quạt cấp khí lị đốt : Cơng suất yêu cầu quạt: 𝑁= 𝑄 × ∆𝑃 1000 × 𝜂 Trong đó: Q: suất quạt, Q = 0,408 × 0,577 = 0,24 (m3/s) ∆𝑃: áp suất toàn phần (Pa) 𝜂: Hiệu suất tổng cộng quạt: 𝜂 = 𝜂1 × 𝜂2 × 𝜂3 = 0,9 × 0,97 × 0,95 = 0,829 Với: 𝜂1 : hiệu suất lý thuyết quạt 𝜂2 = (0,95-0,97): hiệu suất ổ đỡ 𝜂3 = (0,9-0,95): hiệu suất hệ truyền đai 𝑁= 0,24 × 36790 = 10,7 𝑘𝑊 1000 × 0,829 51 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn q trình sản xuất furfural từ lõi ngơ, cơng suất xử lý 50 tấn/ngày Công suất thực tế quạt: 𝑁𝑡𝑡 = 1,15 × 10,7 = 12,3 kW 5.4 ỐNG KHĨI 5.4.1 Đường kính ống khói 𝐷=√ × 𝑄𝑟 × 1,5 =√ = 0,33 (𝑚) 𝑣×𝜋 18 × 𝜋 Trong đó: Qr : lưu lượng khói, Qr = 0,577 × 2,616 = 1,5 m3/s V : tốc độ dịng khí ống khói (v=10-20 m/s), chọn v= 18 m/s Chọn D = 330 mm => v = 17,54 m/s 5.4.2 Chiều cao ống khói 𝐻=√ 𝐴×F×𝑛×𝑚 √𝑄𝑟 × ∆𝑡 Trong đó: A : Hệ số phụ thuộc phân bố nhiệt độ theo chiều cao khí quyển, chọn cho điều kiện khí tượng nguy hiểm xác định điều kiện phát tán thẳng đứng theo phương ngang chất độc hại khí quyển, tính tốn A = 200 - 240 Chọn A = 240 F: Hệ số không thứ ngun tính đến vận tốc lắng chất nhiễm khí Đối với chất khí F = m, n: hệ số thứ nguyên kể đến điều kiện khí thải miệng ống khói ; m, n = V > (m/s) ∆t: độ chênh lệch nhiệt độ khí thải khơng khí ∆t = 200 - 30= 170oC 𝐻=√ 𝐴×F×𝑛×𝑚 √𝑄𝑟 × ∆𝑡 =√ 240 × × × √1,5 × 170 = 6,15 𝑚 So sánh với QCVN 30 :2012/BTNMT xét thấy ống khói phải cao tối thiểu 20m phạm vi hoạt động nhà máy sản xuất Trường hợp phạm vi 40 m tính từ 52 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn q trình sản xuất furfural từ lõi ngơ, cơng suất xử lý 50 tấn/ngày chân ống khói có vật cản lớn (như nhà, rặng cây, đồi…) thì ống khói phải cao tối thiểu m so với điểm cao vật cản Tuy nhiên địa hình nằm Khu cơng nghiệp khơng có cơng trình cao thì ống khói cao 20m 53 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn q trình sản xuất furfural từ lõi ngơ, cơng suất xử lý 50 tấn/ngày CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 6.1 KẾT LUẬN Trong công nghệ xử lý chất thải rắn trình sản xuất furfural từ lõi ngô với công suất xử lý 50 tấn/ngày Với phương pháp xử lý nhiệt hệ thống nhiệt phân kết hợp đốt tầng sơi có tuần hồn hiệu suất xử lý cao đạt từ 80 – 90% nguồn thải Và phương pháp hiệu việc xử lý phế phẩm lõi ngô đồng thời giảm tối chi phí đầu tư cho trình thiết kế lắp đặt so với phương pháp khác Các thiết bị sử dụng để xử lý chất thải rắn lò nhiệt phân lò đốt sử dụng nguyên lý tầng sơi có dịng tuần hồn từ cyclone sử dụng cát thạch anh làm vật liệu mang nhiệt Dựa vào số liệu đầu vào phương pháp xử lý chất thải thì đồ án tính tốn, thiết kế thiết bị gồm lò nhiệt phân, lò đốt cyclone: Lị nhiệt phân: Đường kính lị: 1,3 m Chiều cao phản ứng: 3,4 m Bề dày thiết bị: 9,5 mm (thép không gỉ 304) Bề dày lớp bảo ôn: 88 mm (fiber ceramic) Đường kính ống nạp liệu: 110 mm Đường kính ống dẫn khí: 90 mm Kích thước ống loop seal: L = 250 mm; B = 125 mm; H = 172 mm Công suất quạt: 57,3 kW Lị đốt: Đường kính lị: m Chiều cao phản ứng: 4,63 m Bề dày gạch chịu lửa xây lò: 200 mm (gạch Samot) Đường kích ống cấp khí sơ cấp: 100 mm Đường kích ống cấp khí thứ cấp: 90 mm Cơng suất quạt: 12,3 kW Cyclone: Đường kính trụ: D = 900 mm Chiều cao cửa vào: a = 450 mm Chiều rộng vào: b = 180 mm Đường kính ống ra: De = 450 mm 54 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn trình sản xuất furfural từ lõi ngô, công suất xử lý 50 tấn/ngày Chiều cao ống ra: S = 450 mm Chiều cao thân trụ: h = 1350 mm Chiều cao tổng: H = 3600 mm Đường kính ống bụi: B = 337.5 mm Bề dày thiết bị: mm (thép không gỉ 304) Bề dày lớp bảo ôn: 90 mm (fiber ceramic) 6.2 KIẾN NGHỊ Trong trình tính tốn thiết kế, thơng số thiết kế đa phần tra tham khảo tài liệu q trình thiết bị, nhiên chưa có nhiều kinh nghiệm thực tiến cho việc thiết kế nên tránh sai sót khơng với thực tiễn Vì cần tham khảo tìm hiểu sâu từ tài liệu tính tốn nước ngồi phương pháp xử lý khác, cần tham khảo công trình thiết kế số liệu đơn vị sản xuất cung cấp 55 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn trình sản xuất furfural từ lõi ngô, công suất xử lý 50 tấn/ngày TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] Nguyễn Trọng Biểu, Thuốc thử hữu cơ, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2002 Nguyễn Kim Tuyến, nghiên cứu phương pháp quang phổ đo quang phân tích furfurol, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2006 Wolgang Gerhart, Ystephen Yamamoto, 1985, Ullmann, Furan and derivative, vol A12, Federal Rebublic of Germany, pp, 119-134, D, Sen, “Reference book on Chemical Engineering”, chapter 48, 282-284, Geneva, Switzerland, "Making and Marketing Furfural Added Value for AgroIndustrial Wastes", International Trade Center UNCTAD/GATT, 1979, Hồ Sĩ Tráng, Cơ sở hóa học gỗ xenluloza, tập 1, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2005 Báo cáo tổng kết đề tài KC,07, TN06/11-15 GS, TSKH Nguyễn Sỹ Mão, Lò Hơi, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2006 Phạm Duy Vũ, Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị nhiệt phân biomass sản xuất nhiên liệu sinh học, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2016 PGS, TS Trần Xoa, Sổ tay q trình thiết bị hố chất, tập 2, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2006 Prabir Basu, Circulating Fluidized Bed Boilers: Design, Operation and Maintenance Halifax NS, Canada, 2015 Zhennan Han, Xi Zeng, Changbin Yao, Yin Wang, and Guangwen Xu, Comparison of Direct Combustion in a Circulating Fluidized Bed System and Decoupling Combustion in a Dual Fluidized Bed System for Distilled Spirit Lees, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing- China, 2015 Grace, J R Hydrodynamics of gas fluidized beds in Fluidized bed boiler design and operations, Toronto: Pergamon Press, 1984 Theodore L.B, Adrienne S.L, Frank P.I, David P.D, Fundamentals of Heat and Mass Transfer, USA, 2012 Chaudhary Awais Salman, Techno Economic Analysis of Wood Pyrolysis in Sweden, Master of Science Thesis, Stockholm, Sweden, 2014 Bridgwater, Life cycle and techno-economic assessment of the northeast biomass to liquids project, funded by DECC, managed by NNFCC and conducted by North Energy and COPE Ltd, 2009 56 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn trình sản xuất furfural từ lõi ngô, công suất xử lý 50 tấn/ngày [17] A Surmen, A Avci, M.I Karamangil, Prediction of the maximum-efficiency cyclone length for a cyclone with a tangential entry, Powder Technol, 2011 [18] Trần Thanh Kỳ, Thiết kế lò Trung tâm nghiên cứu thiết bị nhiệt lượng (1990) [19] PGS, TS Trần Xoa, Sổ tay trình thiết bị hố chất, tập 1, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2006 57 ... ngô, công suất xử lý 50 tấn/ngày Hình 2.1 Thiết bị lị đốt thùng quay kết hợp xử lý khí [Nguồn: Trung tâm Cơng nghệ Thực phẩm Mơi trường] Kỹ thuật đốt lị đốt tầng sôi: Đốt tầng tầng sôi bao gồm việc... 45 vi Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống xử lý chất thải rắn q trình sản xuất furfural từ lõi ngơ, cơng suất xử lý 50 tấn/ngày DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Tính chất vật lý furfural Bảng... cơng nghệ áp dụng, chi phí xử lý khác Có cơng nghệ xử lý với chi phí thấp trình xử lý lại phát sinh ô nhiễm thứ cấp Có công nghệ xử lý đại, chi phí vận hành cao xử lý an tồn, khơng gây mùi, khơng