CHƢƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Thiết kế và chế tạo thiết bị
3.1.3. Tính tốn và thiết kế
Việc tính tốn thiết kế thiết bị hấp phụ hơi thủy ngân cịn phụ thuộc vào các yếu tốmơi trường khi đưa thiết bị ra thực tế ví dụ như nhiệt độ, độ ẩm, diện tích chiều cao. Trong thiết bị phần quan trọng nhất là cột hấp phụ, mục đích chính của phần thiết kế này là tính tốn thể tích của tầng hấp phụ từ đó đưa ra những thơng số về kích thước, đường kính, chiều cao của cột hấp phụ để lựa chọn thơng số thích hợp nhất phù hợp với yêu cầu của đề tài, do đây là mơ hình thử nghiệm và đặt ở mơi trường có các chất oxi hóa mạnh nên để giảm bớt chi phí, ống dẫn khí, cột rửa và cột hấp phụ chúng tôi chọn vật liệu là nhựa PVC.
3.1.3.1. Tính đƣờng kính và chiều cao cột rửa khí bổ sung
Làm việc tại những mơi trường có nhiệt độ cao, nguồn cung cấp khí thải thường có nhiệt độlớn kèm theo rất nhiều bụi bẩn nên việc hạ nhiệt độ của hơi nóng và loại bỏ bụi bẩn là hết sức cần thiết, cột số 1 sẽ đảm nhiệm vai trò này.
Áp dụng cơng thức:[1]
Trong đó:
S: Tiết diện cột rửa khí
Q: Cơng suất xử lí hơi thủy ngân v: Tốc độ dịng khí
R: Bán kính cột rửa khí Thơng số ban đầu:
Tốc độ dịng khí: v= 0,05m/s= 180 m/h (tối ưu nhất 0,05 →0,2 m/s) [1] Thời gian lưu khí: 20s
Cơng suất xử lí: Q= 3 m3/h Tiết diện cột rửa khí:
S = 𝑄
𝑣= 3
180 = 0,01667𝑚2
Suy ra đường kính cột rửa: d= 4𝑆
𝜋 = 4.0,016673,14 = 0,145m
Vật liệu để thiết kế thiết bị là nhựa PVC là những vật liệu đã có sẵn về kích thước nên ta sẽ lấy ống có đường kính gần với d= 0,145m là ống có d= 0,16m
Theo những nghiên cứu trước đó[1], chiều cao tối ưu của cột này thường có giá trị lớn hơn hoặc bằng 5 lần đường kính của nó. Suy ra chiều cao tối ưu của cột rửa khí h= 0,80m. Hơn nữa phía phía trên của cột ta thiết kế một bộ chăn sol khí mục đích loại bụi bẩn vậy nên chiều cao của cột h= 1,2m.
S = 𝑄(𝑚3/ℎ)
Hình 3.2. Cột rửa khí
Q trình đốt rác thải có nhiệt độ rất cao vì vậy mà hệ thống xử lý hơi thủy ngân không thể xử lý trực tiếp các khí đó từ lị đốt được. Do vậy, nguồn khí chứa hơi thủy ngân cung cấp cho thiết bị xử lí, là nguồn khí được lấy từ ống xả khí của lị đốt rác, hoặc dịng khí hơi thủy ngân được lấy từ thiết bị xử lý bóng đèn huỳnh quang nhiệt độ lúc này sau khi qua rất nhiều công đoạn chỉ cịn khoảng 500C. Thêm vào đó, những khí thải này đã được loại bỏ những khí độc hại và các loại oxit axit ở q trình trước đó. Vì vậy, nó có thể giảm bớt lượng cơng việc mà thiết bị này phải làm.
3.1.3.2. Tính đƣờng kính và chiều cao cột hấp phụ
Cột hấp phụ là phần thứ hai của hệ thống xử lý hơi thủy ngân. Cột này đóng một vai trị quan trọng trong việc xử lý hơi thủy ngân. Tại đây sẽ xảy ra hiện tượng hấp phụ giữa than hoạt tính và hơi thủy ngân. Cột hấp phụ nên có hai cột để có thể tiết kiệm thời gian và để quá trình này sẽ diễn ra liên tục. Bởi vì khi cột thứ nhất hấp
phụ một lượng hơi thủy ngân tối đa thì quá trình này sẽ được tiếp tục với cột thứ hai trong khi đó than hoạt tính mới lại được đưa vào cột thứ nhất.
Những khí thải có chứa hơi thủy ngân sau khi đã qua xử lí khí sẽ đi đến cột hấp phụ với tốc độ lưu lượng khí (Q) được đặt ở mức 3 (m3/h). Theo như những nghiên cứu và thí nghiệm trước đó [1], về tải trọng cân bằng của vật liệu than hoạt tính được tẩm Br, nồng độ thủy ngân đầu vào tối đa …., đã được xác định đây là những thông số cần thiết xây dựng cột hấp phụ.
Nồng độ Hg đầu vào tối đa: 386,9 mg/m3 Tải trọng cân bằng: 284,4 mg/g.
Cần xử lí Vl khí thải/ 60 ngày thay than một lần Công suất Q= 3m3/h
Khối lượng riêng than hoạt tính biến tính: d= 300(g/l)= 0,3(g/m3) Mỗi ngày yêu cầu thiết bị làm việc 8h/ngày
Hiệu suất H= 98%. Tổng thể tích khí mà cột hấp phụ phải làm việc là: Vkhí = 60.8.3= 1440m3 → mHg = 1440.0,98.386,9= 545993,28 mg(Hg) → mthan(than)= 545993,28 248,4 = 1919,8g ≈2kg than. Thể tích cột hấp phụ :V= 2 0,3 = 6,67 𝑙í𝑡
Vật liệu để thiết kế thiết bị là nhựa PVC là vật liệu đã có sẵn kích thước nên chọn ống phù hợp có d= 0,11m → 𝑟 = 0,055𝑚
→ 𝑆 = 𝜋. 𝑟2 = 0,0095𝑚2 → h =𝑉
𝑆 = 6,67
0,0095.1000 = 0,70 𝑚.
Thêm vào đó như những thí nghiệm trước, chiều cao tối ưu của lớp hấp thụ phải bằng hoặc lớn hơn 5 lần đường kính của nó hơn nữa trong cột hấp phụ ta đặt thêm hai giá đỡ nên chiều cao của cột hấp phụ ta lấy tăng lên là 1m.
Hình 3.3. Sơ đồ cột hấp phụ
Chúng tôi đã thiết kế hai cột hấp phụ giống nhau, mục đích để thử nghiệm sự hấp phụ của than hoạt tính bằng cách lần lượt cho từng cột chạy luân phiên nhau, cột một sau khi than hoạt tính đã no, tiếp tục chạy thử nghiệm với cột hai. Khí sau khi được xử lý sẽ thoát ra mơi trường bên ngồi, và để xác định được chính xác hơi thủy ngân sau khi xử lí, khí thốt ra khí sẽ được hấp thụ vào 20ml dung dịch KMnO4 trong HNO3nồng độ 0,1M và được xác định sau bằng máy hấp thụ nguyên tử.
3.1.3.3 . Tính tốn các thiết bị phụ trợ
Khung: Làm việc mơi trường có tính oxi hóa cao, và tiện cho việc vận chuyển nên chúng tôi chọn vật liệu làm khung cho thiết bị là sắt hộp mạ kẽm kích thước 20mm x20mm.
Bơm: Nước được bơm từ thùng số 9 qua hệ thống phun giàn mưa 3 sẽ do máy bơm ở vị trí số 8 đảm nhiệm nên chọn bơm li tâm công suất phù hợp.
Máy hút khí: Máy hút khí đóng vai trị cũng khá quan trọng tồn bộ lượng khí đi vào hệ thống sẽ do máy hút khí đặt phía sau thiết bị đảm nhiệm.
Cơng suất : 5 – 20m3/h
Nhãn hiệu: Made in China Giá:1000000vnđ
Lƣu lƣợng kế khí và nƣớc: Đế có thể xác định chính xác, hoặc điều chỉnh được công suất của máy bơm và lượng khí thải đưa vào thiết bị rất cần đến hai bộ phận này, lưu lượng kế nước sẽ được đặt trước vị trí bơm số 8, lưu lượng kế khí sẽ được đặt ở phía trước máy hút khí, tùy vào cơng suất nghiên cứu mà ta có thể tùy chỉnh cho phù hợp.
Hãng sản xuất : Selton Công suất : 70W
Lưu lương (L/phút) : 160 Xuất xứ: Việt Nam