Đồ án khí thải

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Điểm số số TP.HCM, ngày Điểm số chữ tháng năm 2020 PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Điểm số số TP.HCM, ngày Điểm số chữ tháng năm 2020 LỜI NÓI ĐẦU Trong năm trở lại đây, q trình Cơng nghiệp hóa - Hiện đại hố ngày phát triển thúc đẩy kinh tế đất nước Song song với đó, xã hội Việt Nam có nhiều thay đổi mang tính đáng kể, tốc độ thị hóa ngày nhanh rút ngắn khoảng cách thành thị nông thôn Như hệ tất yếu q trình phát triển, thị lớn Hà Nội Thành phố Hồ Chí Minh gặp nhiều vấn đề môi trường nghiêm trọng, phát sinh từ hoạt động công nghiệp, nông nghiệp giao thơng Việc kiểm sốt xử lý nguồn phát sinh khí thải cơng nghiệp khơng thực hiệu lâu dài khơng khí bị nhiễm Một số loại hình sản xuất có q trình sinh khí thải điển hình HCl gây nhiễm đến mơi trường khơng khí nguy hại đến sức khỏe người, sinh vật như: Q trình sản xuất phân bón, dệt nhuộm; Q trình thiêu dốt chất dẻo, giấy rác thải cơng nghiệp; Quá trình mạ điện; Quá trình điện phân muối ăn sản xuất xút… Với mong muốn môi trường sống ngày cải thiện, yêu cầu cấp thiết đặt xử lý triệt để chất nhiễm đạt yêu cầu xả thải trước xả thải mơi trường bên ngồi, khơng ảnh hưởng đến mơi trường sống người dân khu vực xung quanh Do đó, đề tài “Thiết kế hệ thống xử lý khí thải acid nồng độ HCl 6g/m 3, công suất 4000 m3/h.” đề nhằm đáp ứng nhu cầu Với đề tài này, ta phải thiết kế công trình xử lý vừa hiệu vừa phù hợp với quy hoạch MỤC LỤC NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN i NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN .ii LỜI NÓI ĐẦU iii DANH SÁCH HÌNH ẢNH vi DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU vii DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT viii CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ KHÍ HYDROCLORUA 1.1 Đặc điểm lý hóa khí Hydroclorua (HCl) 1.2 Nguồn gốc phát sinh khí HCl 1.3 Ảnh hưởng HCl môi trường người 1.4 Các ứng dụng HCl 1.5 Các giới hạn nồng độ khí HCl môi trường CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ THẢI .4 2.1 PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ .4 2.1.1 Khái niệm hấp thụ .4 2.1.2 Chất hấp thụ 2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất trình hấp thụ 2.1.4 Các thiết bị hấp thụ .5 2.1.4.1 Các buồng phun, tháp phun .5 2.1.4.2 Tháp đệm 2.1.4.3 Tháp mâm .7 2.1.5 Lựa chọn thiết bị 2.1.6 Ứng dụng phương pháp hấp thụ 2.2 PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ .10 2.2.1 Khái niệm hấp phụ 10 2.2.2 Chất hấp phụ .10 2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất trình hấp phụ .11 2.2.4 Thiết bị hấp phụ 12 2.2.4.1 Thiết bị với lớp hấp phụ hạt, tầng mỏng, tĩnh .12 2.2.4.2 Thiết bị với lớp hấp phụ hạt, tầng dày, tĩnh 12 2.2.4.3 Thiết bị hấp phụ tầng sôi .13 2.2.4.4 Hệ thống tầng xoay .13 2.2.4.5 Một số loại khác 13 2.2.5 Ứng dụng phương pháp hấp phụ 13 2.3 PHƯƠNG PHÁP ĐỐT 14 2.3.1 Khái niệm 14 2.3.2 Các trình thiêu đốt 14 2.3.2.1 Thiêu đốt lửa trực tiếp khơng khí .14 2.3.2.2 Thiêu đốt buồng đốt (khơng có xúc tác) .15 2.3.2.3 Thiêu đốt buồng đốt (có xúc tác) 15 2.4 XỬ LÝ BỤI 15 2.5 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ HCl 16 2.5.1 Các thơng số khí thải 16 2.5.2 Lựa chọn phương pháp xử lý 16 2.5.2.1 Hấp thụ khí HCl dung dịch kiềm nước 16 2.5.2.2 Hấp phụ hydro clorua 16 CHƯƠNG 3.ĐỀ XUẤT VÀ THUYẾT MINH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ HCL 17 3.1 CƠ SỞ LỰA CHỌN 17 3.2 ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ 17 3.2.1 Công nghệ 17 3.2.2 Công nghệ 18 3.2.3 So sánh phương án 18 CHƯƠNG 4.TÍNH TỐN THIẾT BỊ XỬ LÝ KHÍ HCL .20 4.1 YÊU CẦU THIẾT KẾ 20 4.2 TÍNH TOÁN THÁP HẤP THỤ 20 4.2.1 Thông số đầu vào 20 4.2.2 Tính đường kính tháp 24 4.2.3 Tính chiều cao tháp hấp thụ 26 4.2.4 Tính trở lực tháp 30 4.3 TÍNH TỐN CÁC ỐNG DẪN VÀ CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ 30 4.3.1 Tính đường ống dẫn khí 30 4.3.2 Tính đường ống dẫn lỏng 31 4.3.3 Lưới đỡ đệm 31 4.3.4 Đĩa phân phối lỏng 31 4.3.5 Thân, đáy nắp tháp 32 4.3.6 Tính tốn quạt hút bơm 33 4.3.7 Tính tốn chiều cao ống khói 35 KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO .378 DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 1.1 Cấu trúc phân tử hydro clorua Hình 2.1 Một dạng buồng phun điển hình Hình 2.2 Cấu tạo tháp đệm điển hình Hình 2.3 Một số vật liệu đệm điển hình Hình 2.4 Hai dạng tháp mâm thơng dụng Hình 2.5 Sơ đồ hoạt động tháp mâm chóp Hình 2.6 Thiết bị xử lý bụi Hình 3.1 Sơ đồ cơng nghệ Hình 3.2 Sơ đồ cơng nghệ Hình 4.1 Đồ thị đường cân đường làm việc DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Diện tích bề mặt kích thước lỗ xóp chất hấp phụ Bảng 4.1 Hệ số vùng khu vực Kv Bảng 4.2 Hệ số lưu lượng ngồn thải Kp Bảng 4.3 Chiều cao phần tách lỏng Hc đáy Hđ Bảng 4.4 Bảng thông số lưới đỡ đệm Bảng 4.5 Bảng thông số phận phân phối lỏng Bảng 4.6 Hiệu suất số loại bơm Bảng 4.7 Hệ số dự trữ DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT BTNMT : Bộ Tài nguyên Môi trường QCVN : Tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia TC/QC : Tiêu chuẩn/Quy chuẩn WHO : Tổ chức Y tế giới Đồ án xử lý khí thải Đầ tài: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải acid nồng độ HCl 6g/m3, công suất 4000 m3/h CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ KHÍ HYDROCLORUA 1.1 Đặc điểm lý hóa khí Hydroclorua (HCl) Hình 1.1 Cấu trúc phân tử hydro clorua - Cơng thức phân tử: HCl (khí); Phân tử gam: 36,4606 g/mol; Độ hòa tan nước 20oC: 720g/L; Điểm nóng chảy: -114,2oC; Điểm sơi: -85,1oC; Hịa tan nước, dung dịch NaOH, Ca(OH)2; HCl khí độc hại, chất ăn mịn Hợp chất hóa học hydro clorua HCl, chất khí khơng màu, độc hại, có tính ăn mịn cao, tạo thành khói trắng tiếp xúc với ẩm Hơi trắng axít clohiđric tạo thành hydro clorua hòa tan nước Hydro clorua axit clohiđric hóa chất quan trọng cơng nghiệp hóa chất, khoa học, công nghệ Phân tử hydro clorua (HCl) phân tử hai nguyên tử đơn giản, bao gồm nguyên tử hydro nguyên tử clo kết hợp với thơng qua liên kết đơn cộng hóa trị Do nguyên tử clo có độ âm điện cao so với ngun tử hiđrơ nên liên kết cộng hóa trị phân cực rõ ràng Do phân tử tổng thể có mơmen lưỡng cực lớn với điện tích phần âm δ - nguyên tử clo điện tích dương δ + nguyên tử hydro, nên phân tử hai nguyên tử hydro clorua phân tử phân cực mạnh VÌ thế, dễ dàng hịa tan nước dung môi phân cực khác Khi tiếp xúc với nước, nhanh chóng bị ion hóa, tạo thành cation hydro (H3O+) anion clorua (Cl-) thơng qua phản ứng hóa học thuận nghịch sau: HCl + H2O → H3O+ + Cl− Dung dịch tạo thành gọi axit clohidric axit mạnh Hằng số điện li axit hay số ion hóa K a lớn, nghĩa HCl bị điện li hay ion hóa tồn phần nước Đồ án xử lý khí thải Đầ tài: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải acid nồng độ HCl 6g/m3, công suất 4000 m3/h 4.2 TÍNH TỐN THÁP HẤP THỤ 4.2.1 Thơng số đầu vào Lưu lượng khí: 4000 m3/h Nồng độ HCl đầu vào: 6.000 mg/m3 Nhiệt độ khí vào tháp: 300C Áp suất Pt = 1atm = 760 mmHg = 1,01133.105 Pa Nồng độ đầu CrHCl = 50 mg/Nm3 Nhiệt độ dung dịch hấp thụ: 300C Chọn điều kiện làm việc tháp nhiệt độ trung bình 300C  Ký hiệu tính tốn: Gđ, Gc: suất lượng mol tổng cộng pha khí vào thiết bị (kmol/h) Lđ, Lc: suất lượng mol tổng cộng pha lỏng vào thiết bị (kmol/h) Ltr, Gtr: suất lượng mol pha lỏng khí tơ (kmol/h) xđ, xc: phần mol pha lỏng vào thiết bị yđ, yc: phần mol pha khí vào thiết bị Xđ, Xc: tỉ số mol của khí pha lỏng vào thiết bị Yđ, Yc: tỉ số mol của khí pha khí vào thiết bị : khối lượng riêng khí HCl, =1,639 (kg/m3) : khối lượng riêng khơng khí, =1,293 (kg/m3)  Đầu vào: Suất lượng mol pha khí vào tháp: Gđ = = = 161 (kmol/h) Suất lượng mol HCl pha khí vào: GđHCl = = = 657,5 (mol/h) Suất lượng mol cấu tử trơ: Gtr = Gđ - GđHCl = (161 × 103) – 657,5 = 160342,5 (mol/h) Nồng độ phần mol HCl hỗn hợp khí: yđ = = = 4,1×10-3 (mol HCl/ mol hỗn hợp khí) Tỷ số mol: Yđ = = 4,12×10-3 Khối lượng riêng pha khí 00C 1atm: Khối lượng riêng pha khí 300C 1atm:  Đầu Suất lượng mol HCl hấp thụ: M = ŋ × GđHCl = 0,99 × 657,5 = 650,9 (mol/h) = 0,65 (kmol/h) 21 Đồ án xử lý khí thải Đầ tài: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải acid nồng độ HCl 6g/m3, cơng suất 4000 m3/h Trong đó: ŋ hiệu suất hấp thụ, ŋ=0,99 Suất lượng mol HCl cịn lại hỗn hợp khí đầu ra: GcHCl = GđHCl – M = 657,5 – 650,9 = 6,6 (mol/h) Suất lượng mol khí đầu ra: Gc = Gtr + GcHCl = 160342,5 + 6,6 = 160349,1 (mol/h) Nồng độ phần mol HCl hỗn hợp khí đầu ra: yc = = = 4,12×10-5 (mol HCl/ mol hỗn hợp khí) Tỉ số mol: Khối lượng riêng pha khí 00C 1atm: Khối lượng riêng pha khí 300C 1atm: (kg/m3)  Phương trình đường cân Đường cân dựa vào phương trình Henry: Y* = m.x* = x* (CT IX.3/138/[4]) Thay bằng: Y= (CT IX.4/140/[4]) Trong đó: + H số Henry phụ thuộc vào nhiệt độ khí (Tra bảng IX, Sổ tay q trình cơng nghệ hóa chất tập 2) + P áp suất khí xét + Hằng số Henry khí HCl nhiệt độ t = 300C + H = 0,0022.106 mmHg = 2200 mmHg Ycb = Yđ = Vậy phương trình đường cân : Y* = 2,895X Ta có Xmax = 1,419×10-3 Xmax tính từ pt cân thay Ycb== 4,12.10-3 → 1,419.10-3 Cho X thay đổi khoảng từ – 0,0002 với bước nhảy 0,00005 ta dựng đường cân Đối với khoảng thứ nhất: Từ cơng thức sau ta tính nồng độ cân bằng: Ycb = Yđ = (kmol HCl/kmol trơ) Tính tương tự cho khoảng tiếp theo: 22 Đồ án xử lý khí thải Đầ tài: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải acid nồng độ HCl 6g/m3, công suất 4000 m3/h STT Xd 0,00005 0,0001 0,00015 Nồng độ HCl Xc 0,00005 0,0001 0,00015 0,0002 Y* 1,448.10-4 2,895.10-4 4,343.10-4 5,792.10-4  Xác định Lmin Ltrmin = Gtr = 160,342× (kmol/h) Lượng dung môi cần thiết để hấp thụ: L = 1,5.Ltrmin = 1,5× = 691,34 (kmol/h) Với Chọn  Xác định Xc Ta có: Phương trình đường làm việc qua điểm C(Xd;Yc) D(Xc;Yd), tức C(0 ; ) D( ; ) Vậy phương trình đường làm việc: Ylv = 4,31X+4,12.10-5 Hình 4.1 Đồ thị đường cân đường làm việc 4.2.2 Tính đường kính tháp Hấp thụ HCl NaOH Nhiệt độ làm việc tháp hấp thụ 300C Đường kính tháp hấp thụ: D= = Trong đó: + D: đường kính tháp hấp thụ (m) 23 Đồ án xử lý khí thải Đầ tài: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải acid nồng độ HCl 6g/m3, công suất 4000 m3/h + Q: lưu lượng dịng khí qua tháp hấp thụ (m3/s) + : vận tốc biểu kiến dịng khí ứng với tổng tiết diện tháp (m/s) Cách xác định vận tốc dịng khí: (CT IX.115/187/[4]) Trong đó: + + + + + + + : vận tốc sặc (m/s) σ: bề mặt riêng đệm (m2/m3) Vt: thể tích tự đệm (m3/ m3) g: gia tốc trọng trường (m/s2) L, G: lượng lỏng lượng trung bình (Kg/s) ,: khối lượng riêng trung bình pha lỏng pha (Kg/m3) : độ nhớt pha lỏng theo nhiệt độ trung bình (30 0C), = 1,45.10-3 N.s/m2 (Bảng 9/16/[5 văn dũng]) + : độ nhớt nước theo nhiệt độ 200C, = 1,005.10-3 N.s/m2 Vận tốc làm việc pha khí xác định theo công thức sau: =s, chọn =s      - Chọn vật liệu đệm vòng sứ raschig xếp ngẫu nhiên với thơng số: Kích thước: 35×35×40 (mm) Diện tích bề mặt: = 0,123 (m2) Bề mặt riêng: 135 (m2/m3) (Bảng IX.8/193/[4]) 3 Thể tích tự Vt = 0,78 (m /m ) Khối lượng riêng đệm (kg/m3) Khối lượng riêng pha khí: Khối kượng riêng pha lỏnglà khối lượng riêng NaOh 30 0C: (kg/m3) (Bảng 4/11/[5]) - Nồng độ phần mol trung bình: - Khối lượng mol trung bình hỗn hợp: Mhh = = (g/mol) - Độ nhớt HCl nhiệt độ làm việc tính theo cơng thức: = (Pa.s) - Độ nhớt khơng khí nhiệt độ làm việc tính theo cơng thức: = (Pa.s) 24 Đồ án xử lý khí thải Đầ tài: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải acid nồng độ HCl 6g/m3, công suất 4000 m3/h - Độ nhớt pha khí: (Pa.s) Độ nhớt pha lỏng: (Pa.s) - Suất lượng dịng khí: Gtb=(kmol/h) = 4659,43 (kg/h) = 1,294 (kg/s) - Suất lượng dòng lỏng đầu ra: Lc = Ld+M = 691,34 +0,65 = 692 (kmol/h) = 13182,6 (kg/h) - Suất lượng pha lỏng: (kmol/h) - Vì dung dịch hấp thụ NaOH 10% nên: Lưu lượng NaOH: V = = = 3,3 ×10-3 - Tính : → → → (m/s) →(m/s) →D= = Chọn đường kinh tháp 1,2 m Vận tốc làm việc tháp: có: (thỏa điều kiện) 4.2.3 Tính chiều cao tháp hấp thụ Xác định số đơn vị truyền khối tổng qt pha khí NOG Động lực q trình đỉnh tháp hấp thụ: ∆Yd = Yd – 2,74×10-3 = 1,38×10-3 Với: tính theo phương trình cân với X=Xc= Động lực trình đỉnh tháp hấp thụ: Với tính theo phương trình cân với X=Xd=0 Động lực trung bình trình: 25 Đồ án xử lý khí thải Đầ tài: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải acid nồng độ HCl 6g/m3, công suất 4000 m3/h Số đơn vị truyền khối tổng quát NOG: NOG = Xác định chiều cao tổng quát đơn vị truyền khối HOG: Trong đó: + + +  - m: hệ số góc đường cân hy: chiều cao đơn vị truyền khối theo pha khí hx: chiều cao đơn vị truyền khối theo pha lỏng Tính hy Chuẩn số Reynolds: 1792,07 - Hệ số khuếch tán pha khí 00C, atm: D0 = × (m2/s) Với T: nhiệt độ hỗn hợp khí, T=303oK + VHCl, Vkk: thể tích mol khí khơng khí, + VHCl = 28,3(cm3/mol), Vkk= 29,9 (cm3/mol) + P: áp suất khí quyển, P=1at D0 = × = 1,275× 10-5(m2/s) - Hệ số khuếch tán pha khí 300C, 1atm: - Chuẩn số Prandl: Pry = Chiều cao đơn vị truyền khối theo pha khí hy: (CT IX.76/177/[4]) + + + + Trong đó: Vt: thể tích tự đệm (m3/m3) a: hệ số phụ thuộc dạng đệm (vòng rasching, a = 0,123) σ: bề mặt riêng đệm (m2/m3) : hệ số thấm ướt đệm () (Hình IX.16/178, [4])  Tính hx hx = 26 Đồ án xử lý khí thải Đầ tài: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải acid nồng độ HCl 6g/m3, công suất 4000 m3/h Chuẩn số Reynolds: Chuẩn số Prandl: : độ nhớt động lực dd NaOH 10% 300C, Hệ số khuếch tán pha lỏng: Dx = (m2/s) Trong + + + + + Dx: hệ số khuếch tán VA, VB: thể tích phân tử dung chất dung môi, (cm3/mol); Va=28,3 (cm3/mol) MA, MB: khối lượng phân tử chất tan dung môi (kg/mol) : độ nhớt động lực dd hấp thụ A, B: hệ số phụ thuộc tính chất chất tan dung mơi Thể tích phân tử dung mơi VNaOH = == 0,017 (m3/kmol) = 17 (cm3/mol) Hệ số khuếch tán HCl pha lỏng 200C: Hệ số khuếch tán pha lỏng 300C: Với b tính theo cơng thức: (CT VIII.16/135/[4]) Với 20oC 1000 kg/m3 → Chuẩn số Prandl: Prx = → Chiều cao tổng quát đơn vị truyền khối HOG:  Chiều cao lớp đệm H = NOG×HOG =×0,57 = (m) Tỷ lệ chiều cao đường kính nên đảm bảo lớp đệm hoạt động tốt (vì hoạt động tháo đệm chế độ chảy màng dịng khí đẩy chất lỏng tưới phía 27 Đồ án xử lý khí thải Đầ tài: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải acid nồng độ HCl 6g/m3, công suất 4000 m3/h thành tháp, gây ảnh hưởng đến đồng mật độ tưới lên đệm lớp đệm thường không cao lần đường kính tháp  Chiều cao tháp hấp thụ Bảng 4.3 Chiều cao phần tách lỏng Hc đáy Hđ [6] D 1-1,8 2-2,6 2,8-4,0 Hc (m) 0,8 1,2 Hđ (m) 2,5 Vì Dt = 1,2 m nên chọn Hc = 0,8m Hd = 2m Chiều cao tháp hấp thụ: HT = H + Hc + Hđ = + 0,8 + = 4,8 (m) 4.2.4 Tính trở lực tháp  Tổn thất áp suất đệm khô Trở lực qua lớp chắn lỏng hay trở lực qua lớp vịng đệm khơ tách lỏng Pk - tổn thất áp suất đệm khô Rey= 1810,54 > 400 tính theo cơng thức IX.121/189[4]: Trong đó: + + + + + +  H = 2m: chiều cao lớp đệm; k = 1,166 kg/m3: khối lượng riêng pha khí; = 135 m2/m3: diện tích bề mặt riêng phần đệm; Vt = 0,78 m3/m3: thể tích tự đệm; v = 0,98 m/s: vận tốc khí qua tiết diện tháp; k = Pa.s: độ nhớt động lực pha khí Tổn thất áp suất đệm ướt: Tra bảng IX.7/189/[4] ta có: = 1166,35 (N/m2) 4.3 TÍNH TỐN CÁC ỐNG DẪN VÀ CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ Chiều cao thân tháp H = 4,8m Đường kính tháp Dt = 1,2 m = 1200 mm 4.3.1 Tính đường ống dẫn khí Đường kinh ống dẫn khí: Trong đó: : Vận tốc khí ống 4-15 m/s, ta chọn vận tốc khí vào 15 m/s 28 Đồ án xử lý khí thải Đầ tài: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải acid nồng độ HCl 6g/m3, công suất 4000 m3/h Chọn đường kính ống dẫn khí vào tháp D1=350(mm) =0,35 (m) Chọn đường ống dẫn khí khỏi tháp D2=D1=350(mm), vật liệu thép không rỉ, bề dày ống b=5mm 4.3.2 Tính đường ống dẫn lỏng Ống đẫn lỏng vào: Trong đó: : Vận tốc lỏng vào tháp khoảng 1,5 – 2,5 m/s Chọn vận tốc 2,5 m/s Chọn đường kính ống dẫn lỏng vào D3 = 40 (mm) Bề dày ống b=5(mm), vật liệu thép không rỉ Ống dẫn lỏng ra: Trong đó: : Vận tốc lỏng tháp khoảng 0,1 – 0,5 m/s Chọn = 0,5 m/s Chọn đường kính ống dẫn lỏng D4 = 90 (mm) Bề dày ống b=5(mm), vật liệu thép không rỉ 4.3.3 Lưới đỡ đệm Chọn lưới đỡ đệm: (Bảng IX.22/230/[4]) Các thông số lưới: Bảng 4.4 Bảng thông số lưới đỡ đệm Đường kính tháp, mm Đường kính lưới D1, mm Chiều rộng bước b, mm đệm 35×35 1200 1165 30 Kích thước đệm: 35×35×4 mm Thể tích tự Chiều cao lớp đệm 4.3.4 Đĩa phân phối lỏng Chọn tiêu chuẩn thép X18H10T: dùng đĩa phân phối loại Bảng 4.5 Bảng thông số phận phân phối lỏng Đĩa phân phối loại Đường kính tháp Đường kính đĩa Dd ống dẫn chất lỏng d×S t mm 1200 750 44,5×2,5 Số lượng lỗ (loại 2) Chiếc 70 70 (Bảng IX.22/230/[4]) 4.3.5 Thân, đáy nắp tháp a) Chọn vật liệu: - Thiết bi ̣ làm việc môi trường ăn mịn 29 Đồ án xử lý khí thải Đầ tài: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải acid nồng độ HCl 6g/m3, công suất 4000 m3/h b) Nhiệt độ làm việc toC = 30oC; Áp xuất làm việc Plv = at = 9,81 (N/m2) = 760 mmHg; Chọn vật liệu thép không gỉ để chế tạo thiết bị; Ký hiệu thép: X18H10T ( C 0,12%; Cr 18%; N 10%; T nằm khoảng – 15%) ( Bảng XII.27/329/[4]) Giới hạn bền k = 550.106 ( N/m2) (Bảng XII.4/309/[4]) Giới hạn chảy: c = 220.106 ( N/m2) (Bảng XII.4/309/[4]) Chiều dày thép: b = – 2,5 (mm) (Bảng XII.4/309/[4]) Hệ số điều chỉnh: η = (Bảng XIII.2/356/[4]) Hệ số an toàn bên kéo: ηk = 2,6 (Bảng XIII.3/356/[4]) Hệ số an toàn bên chảy: ηc = 1,5 (Bảng XIII.3/356/4]) Hệ số bên mỏ hàn: = 0,95 (Bảng XIII.8/362/[4]) Khối lượng riêng: = 7900 (kg/cm3) Ứng suất cho phép vật liệu theo giới hạn bền: Theo giới hạn bền: [] = (N/m2) (CT XIII.1/355/[4]) Theo giới hạn chảy: [] = (N/m2) (CT XIII.2/355/[4]) Lấy giá trị bé ứng suất cho phép làm ứng suất cho phép tiêu chuẩn c) Bề dày thân: Áp suất làm việc tháp: P = Pmt + Ptt Trong đó: + : áp suất pha khí thiết bị, ; + : áp suất thủy tĩnh cột chất lỏng thiết bị; Ptt = g.H = 1105.9,81.4,8.10-6 = 0,052 ( N/mm2) H lấy chiều cao tháp để đề phòng trường hợp ngập lụt hay tắc nghẽn  P = Pmt + Ptt =0,1013+0,052 = 0,1533 (N/mm2) Áp suất thử tính tốn Po xác định sau theo bảng XIII.5/358/[4] Po = Pth + Ptt = 0,2+0,052 = 0,252 ( N/mm2) Chọn hệ số bổ sung để quy trịn kích thước: = 1,8 mm Trong 30 Đồ án xử lý khí thải Đầ tài: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải acid nồng độ HCl 6g/m3, công suất 4000 m3/h + : hệ số bổ sung bào mịn hóa học thời hạn sử dụng thiết bị 20 năm so với tốc độ ăn mòn 0,1 mm/năm; + : hệ số bổ sung bào mòn học; + : hệ số bổ sung dung sai âm; (Bảng XIII.9/364/ [4]) Chọn bề dày thân thiết bị b=10mm Kiểm tra ứng suất thành theo áp suất thử (dùng nước) Xác định ứng suất thân thiết bị theo áp suất thử tính tốn (N/mm2) < (N/mm2)  Vậy chọn bề dày thân tháp 10mm d) Nắp đáy tháp: Chọn nắp đáy tháp hình elip Đường kính 1200mm Bề dày nắp đáy tháp bề dày thân tháp S = 10mm Kiểm tra ứng suất cho phép (CT XIII.49/386/[4]) Trong đó: + K: Hệ số vơ thứ nguyên, K = + Tra bảng XIII.10/382/[4] có: Dt = 1200mm  hb = 300mm;  Vậy chọn chiều dày đáy nắp tháp S =10mm 4.3.6 Tính toán quạt hút bơm  Bơm Dựa vào đặt tính q trình áp suất khơng cao nên chọn bơm ly tâm Công suất bơm là: (CT II.189/439/[8]) + + Q: lưu lượng lỏng đầu vào, kg/s = 0,003m3/s H: chiều cao cột áp bơm, ta chọn Bảng 4.6 Hiệu suất số loại bơm Bơm pitong Bơm ly tâm Bơm xốy lốc Bơm khía 0,85-0,96 >0,8 0,7-0,9 0,8-0,94 0,8-0,85 >0,7 O,9-0,95 0,95-0,96 >0,9 (Bảng II.32/439/[6]) Ta chọn: 31 Đồ án xử lý khí thải Đầ tài: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải acid nồng độ HCl 6g/m3, công suất 4000 m3/h Bảng 4.7 Hệ số dự trữ 50 2-1,5 1,5-1,2 1,2-1,15 1,1 Chọn hệ số dự trữ Công suất bơm:  Chọn bơm có cơng suất 1Hp  Quạt Cơng suất quạt: Trong đó: + Q: lưu lượng khí đầu vào thiết bị, Q = 4.000 m3/h = 1,11 m3/s + P: Trở lực toàn phần thiết bị, P = 1463,67 N/m2 0,9 0,95 0,9 = 0,77 + Trong đó: + = Hiệu suất lý thuyết quạt = 0,9 + = Hiệu suất ổ đỡ, = (0,95 – 0,97) + = Hiệu suất truyền động, = (0,9 – 0,95) Công suất thực tế quạt: Ta có: 1Hp = 0,746kW  Chọn quạt có cơng suất 3,5Hp 4.3.7 Tính tốn chiều cao ống khói Lưu lượng HCl bị hấp thụ: QHCl = = = 16149,9 (lít/h) = 16,15 (m3/h) Trong đó: + + + + GHCl: suất lượng mol HCl hấp thụ, M = 0,65 kmol/h = 650 mol/h R: số khí lí tưởng, R = 0,082 atm.l/mol.K T: nhiệt độ khí HCl, T = 273 + 30oC = 303K P: áp suất làm việc, P = atm Lưu lượng khí khỏi tháp: Qr = Q – QHCl = 4000 – 16,15 = 3983,85 (m3/h) Lưu lượng khí trung bình trung bình vào tháp: Qtb = = = 3991,93 (m3/h) = 1,109 (m3/s) Lưu lượng dịng khí: Gy = Qtb = 1,109 1,077 = 1,2 (kg/s) Đường kính ống khói: 32 Đồ án xử lý khí thải Đầ tài: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải acid nồng độ HCl 6g/m3, công suất 4000 m3/h Dok = Trong đó: + Qr lưu lượng khí khỏi thiết bị hấp thụ, Qr = 3983,85 m3/h + V tốc độ dịng khí ống khói, Chọn v = 15 m/s Chiều cao ống khói: Trong đó: + + + + + + + + + + T = 30 - 20 = 100C: hiệu số nhiệt độ khí thải nhiệt độ khí M: tải lượng chất ô nhiễm M = Cb.Qr = 50 Cb nồng độ khí khỏi tháp, Cb = 50 mg/m3 Qr: lưu lượng khí thải Qr = m3/h = 1,107m3/s A: Hệ số phụ thuộc phân bố nhiệt độ theo chiều cao khí quyển, chọn cho điều kiện khí tượng nguy hiểmvà xác định điều kiện phát tán thẳng đứng theo phương ngang chất độc hại khí quyển, A = 200 – 240, Chọn A = 200 F: hệ số không thứ nguyên tính đến vận tốc lắng chất nhiễm khí chất nhiễm thể khí, F = m, n: hệ số không thứ nguyên tính đến điều kiện khí thải từ miệng ống khói Chọn m = 1, n = N: số nguồn thải, N = Ccp: nồng độ cho phép chất nhiễm ống khói, Ccp= 50 mg/m3 Cnền = (xem nơi xây dựng nhà máy nơi địa hình trống trải chưa có thêm nhà máy khác)  H = 9,97 m Chọn H =10m để phịng ngừa trường hợp có cố thiết bị thời tiết xấu với chiều cao tối thiểu 10m phát tán dịng khí đạt tiêu chuẩn 33 Đồ án xử lý khí thải Đầ tài: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải acid nồng độ HCl 6g/m3, công suất 4000 m3/h KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ  KẾT LUẬN Trong cơng cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước ta nay, bên cạnh phát triển kinh tế chất lượng sống nâng cao Vì việc quan tâm đến sức khỏe người cần thiết, mơi trường cần phải đảm bảo Để góp phần bảo vệ mơi trường sống việc xử lí khí thải vấn đề khơng thể thiếu Việc quy hoạch xây dựng hệ thống xử lí cho khu mang ý nghĩa thiết thực ảnh hưởng trực tiếp đến mơi trướng sống Khí HCl loại khí thải có ảnh hưởng đến sức khỏe người, phát sinh nhiều hoạt động sản xuất công nghiệp Áp dụng kiến thức học, em lựa chọn phương pháp xử lý HCl phương pháp phấp thụ, với tháp hấp thụ tháp đệm có ưu điểm như: cấu tạo đơn giản, dễ gia công, vận hành, sửa chữa, lớp đệm nhiều rãnh làm tăng khả tiếp xúc pha khí với pha lỏng Và dung dịch hấp thụ dung dịch NaOH 10% Với lựa chọn hiệu xử lý khí HCl đạt 85-90% phù hợp với yêu cầu phương án đề  KIẾN NGHỊ Khi đưa hệ thống xử lí vào vận hành cần phải thường xun kiểm tra, quan trắc để kịp thời sửa chửa, khắc phục ngững cố phát sinh trình vận hành Cần phải giáo dục ý thức bảo vệ môi trường cho công nhân cán nhà máy Cần đào tạo cán kĩ thuật quản lí mơi trường có trình độ, có ý thức trách nhiệm để quản lí, giám sát xử lí cố vận hành hệ thống 34 Đồ án xử lý khí thải Đầ tài: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải acid nồng độ HCl 6g/m3, công suất 4000 m3/h TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] QCVN 06:2009/BTNMT, Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia số chất độc hại khơng khí xung quanh [2] QCVN 19:2009/BTNMT, Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia thải công nghiệp bụi chất vô [3] Nguyễn Đinh Tuấn (chủ biên), Nguyễn Thanh Hùng, Kiểm sốt nhiễm khơng khí, NXB Đại học Quốc Gia TP.HCM, 2009 [4] Trần Xoa, Sổ tay Quá trình thiết bị cơng nghệ hóa chất, tập 2, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2006 [5] Trịnh Văn Dũng, Quá trình thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm – Bài tập truyền khối, NXB Đại học Quốc gia TP.HCM, 2012 [6] Dư Mỹ Lệ, Tài liệu học tập Kỹ thuật xử lý khí thải - Q trình hấp thụ [7] Vũ Bá Minh, Quá trình thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm – Tập – Truyền khối, NXB Đại học Quốc gia TP.HCM, 2013 [8] Trần Xoa, Sổ tay Quá trình thiết bị cơng nghệ hóa chất, tập 1, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2006 35 ... lửa trực tiếp không khí Phương pháp thiêu đốt lửa trực tiếp đuốc cháy bùng khí thải mỏ dầu khí, nhà máy lọc dầu 14 Đồ án xử lý khí thải Đầ tài: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải acid nồng độ HCl... Tính đường ống dẫn khí Đường kinh ống dẫn khí: Trong đó: : Vận tốc khí ống 4-15 m/s, ta chọn vận tốc khí vào 15 m/s 28 Đồ án xử lý khí thải Đầ tài: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải acid nồng độ... pha khí làm tăng cơng suất máy nén khí cho tháp Hình 2.4 Hai dạng tháp mâm thơng dụng.[3] Hình 2.5 Sơ đồ hoạt động tháp mâm chóp [3] Đồ án xử lý khí thải Đầ tài: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải