Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ Chương I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ KHÍ SO2 I.1. TỔNG QUAN VỀ KHÍ SO2: I.1.1.Tình hình phát sinh chất ô nhiễm trong nhà máy phát điện: Năm 1985, tổng công suất nguồn điện của Việt Nam khoảng 4000MW, trong đó nhiệt điện 21%. Năm 1994, tổng sản lượng của các nhà máy điện ước tính khoảng 12000GW, trong đó sản lượng nhiệt điện 19%.Năm 2000, công suất của các nguồn điện của nước ta đạt tới 7100 MW. Trong đó nhiệt điện than-dầu 21,8%. Các nhà máy nhiệt điện ở các cơ sở phía Bắc dùng than Hòn Gai với đặc điểm hàm lượng lưu huỳnh thấp(0,5-0,8% khối lượng). Lượng tiêu hao than tiêu chuẩn tính cho 1 kWh điện từ 0,473 kg ( Phả Lại) đến 0,808 kg (Ninh Bình, trước năm 1995),mức trung bình của thế giới nhỏ hơn 0,4 kg. Năm 1993, lượng than sử dụng cho 3 nhà máy nhiệt điện ở phía Bắc là 479,520 tấn. Như vậy sẽ thải ra khí quyển 6713 tấn khí SO2, 2724 tấn NOX, 277,9.103 tấn CO2 và 1490,8 tấn bụi. 203,5.103 tấn xỉ. Các cơ sở phía Nam sử dụng dầu FO, hàm lượng lưu huỳnh thường rất cao (2,5-3% khối lượng). Gần đây khi vận chuyển được khí đốt vào bờ, một số cơ sở sẽ chuyển sang sử dụng nhiên liệu khí đốt, tình hình môi trường ở xung quanh các cơ sở này có thể sẽ được cải thiện hơn. Nguồn thải ô nhiễm của nhà máy Nhiệt điện Ninh Bình chủ yếu là bụi (TSP) và khí độc hại (SO2, NO2, CO2, CO) do đốt nhiên liệu than gây ra, trong đó nguy hại nhất là bụi và SO2. Hiện nay, vấn đề khử bụi và khí độc của các nhà máy nhiệt điện là rất cần thiết. Nếu không có biện pháp khắc phục thì nồng độ chất ô nhiễm trong môi trường không khí( bụi, SO 2, CO) ở các khu dân cư xung quanh nhà máy phần lớn đều vượt quá trị số tiêu chuẩn cho phép. Dưới đây xin đưa ra 2 trường hợp ô nhiễm không khí ở nhà máy Nhiệt điện thuộc tỉnh Đồng Nai: Tải lượng ô nhiễm không khí thải ra từ nồi hơi đốt than của nhà máy Nhiệt điện đốt than gồm 2 tổ máy phát công suất 150 MW thuộc tập đoàn Công nghiệp Formosa: Chất ô nhiễm Hệ số ô Tải lượng ô nhiễm nhiễm Máy phát số 1 Máy phát số 2 (kg/tấn) Kg/h g/s Kg/h g/s Bụi 5A 361,0 100,0 361,0 100.0 SO2 19,5 S 1.567 453,3 1.567 453,3 NO2 10,5 757,4 210,0 757,4 210,0 CO 0,3 21,6 6,0 21,6 6,0 THC 0,055 4,0 1,1 4,0 1,1 Nguồn: Trung Tâm Công Nghệ Môi Trường ,năm 2003. Tổng Kg/h g/s 722,0 200,0 3.134 870.0 1.514,8 420,0 43,2 12,0 8,0 2,2 Nồng độ khí thải trong ống khói máy phát điện sau xử lý của nhà máy Nhiệt điện đốt than thuộc tập đoàn Công nghiệp Formosa: Chất ô nhiễm Máy phát số 1 Máy phát số 2 -1- Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ Nồng độ khí thải có kiểm soát(mg/Nm3) Tiêu chuẩn khí Nồng độ khí thải TCVN thải có kiểm 5939:1995 soát (mg/Nm3) (Cột B) Bụi 50 400 50 SO2 143 500 143 NO2 410 1000 82 CO 40 500 40 THC 7 7 Nguồn : Trung tâm Công nghệ Môi trường ,tháng 03/2004. Tiêu chuẩn khí thải TCVN 6991:2001 400 150 300 150 705 Sơ đồ hệ thống kiểm soát khí thải của Nhà máy Nhiệt điện đốt than thuộc tập đoàn Công nghiệp Formosa: Nước nóng MgO Khí thải/ Thu hồinhiệt Bể chứa ,Mg(OH)2 Lọc bụi tĩnh điện Hệ thống khử lưu huỳnh (FGD) Ống khói Tro khô Trạm xử lý nước thải tập trung của nhà máy điện Sông Thị Vải Bánh bùn _ Hệ thống lọc bụi tĩnh điện: khí thải ra trong quá trình đốt than ở nồi hơi được truyền qua thiết bị lọc tĩnh điện để tách bụi. Bụi sẽ được làm lạnh và lưu giữ trong bồn chứa,sau đó vận chuyển cho nhà máy ximăng để tái sử dụng như là nguyên liệu để sản xuất clinke hoặc bán cho nhà máy bêtông trộn sẵn. Hiệu suất tách bụi:99,7% _ Hệ thống khử lưu hùynh (FGD): Nhà máy sử dụng than có hàm lượng sulfur 1,3% được sử dụng như là nhiên liệu chính đốt lò hơi. Nếu không có biện pháp kiểm soát ô nhiễm,nồng độ khí SO2 sẽ vượt tiêu chuẩn cho phép. Do vậy hệ thống khử lưu hùynh trong khí thải được lắp đặt để tách oxit lưu hùynh. Chất hấp thụ là Mg(OH)2 được tạo ra bằng cách hòa MgO vào nước nóng. Hiệu suất tách sulfua đạt khỏang 95%. -2- Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ _ Kiểm soát khí thải:Hệ thống kiểm soát khí thải liên tục và tự động(CEMS) sẽ được lắp đặt tại đỉnh ống khói để kiểm soát lượng khí thải ra. Hệ thống này sẽ báo động nếu thành phần khí thải vượt quá tiêu chuẩn và tự động thông báo cho người vận hành giảm bớt năng lượng thải hoặc sữa chữa thiết bị ngay để giảm thiểu ô nhiễm. Vấn đề ô nhiễm bầu khí quyển bởi khí SO2 từ lâu đã trở thành mối hiểm họa của nhiều quốc gia, nhất là các nược phát triển trên thế giới. Vì những lý do nêu trên, công nghệ xử lý khí SO2 còn có ý nghĩa kinh tế to lớn của nó bởi vì SO2 thu hồi được từ khí thải là nguồn cung cấp nguyên liệu cho các nhà máy sản xuất axit sunfuric(H2SO4) và lưu huỳnh nguyên chất. I.1.2.Tổng quan về khí SO2: I.1.2.1.Tính chất của khí SO2. Anhydritsunphurơ là loại thể khí không màu, có mùi chua sốc và có tính kích thích khá mạnh. SO2 có phân tử lượng là 64, nặng hơn không khí, tỷ trọng bằng 2,26 dễ hoà tan trong nước, nhất là trong dung dịch rượu mêtylic (CH3OH) rượu êtylic (C2H5OH) và các loại este. Ơ 200C, một thể tích nước có thể hoà tan 40 thể tích khí SO2, khi hoà tan trong nước một phần khí này sẽ kết hợp với nước để tạo thành axit sunphurơ. SO2 + H2O ------> H2SO4 Anhydritsunphuơ axitsunphurơ Cũng ở nhiệt độ 200C và áp suất 3 atm, khí SO2 sẽ ngưng tụ thành chất lỏng trong suốt không màu, sôi ở -100C. SO2 lỏng khi bay hơi thu nhiệt rất mạnh và làm nhiệt độ môi trường xuống rất thấp (có thể hạ tới -500C). I.1.2.2.Ảnh hưởng sinh lý của SO2. Khi tiếp xúc với những nơi ẩm ướt trên cơ thể người, trước hết khí SO2 chuyển thành axit sunphurơ (H2SO3) rồi sau đó biến thành axit sunphuric (H2SO4). Như ta đã biết, khí SO2 rất dễ hoà tan trong nướcnên chủ yếu SO2 sẽ tác dụng tưói đường hô hấp trên và niêm mạc mắt. Khi hít phải khí SO2 niêm mạc khí quản sẽ bị kích thích sinh ho ; có khi thanh đới bị co rút làm người bị nạn không nói được. Tuy vậy, nếu đứng lâu ở nơi không khí nhiễm nhẹ khí SO2 ta sẽ cảm thấy “quen” dần. I.1.2.3.Các triệu chứng nhiễm độc SO2. Người bị nhiễm độc khí SO2 thoạt đầu sẽ thấy trào nước mắt, chảy nước mũi, nhức đầu, lợm giọng, chân tay bải hoại, dạ dầynh ách khó chịu, đau bụng, ỉa chảy, thở gấp, tức ngực và kém cảm giác với lạnh. Nếu bị nhiễm độc mãn tính sẽ dẫn tới viêm da, viêm khí quản, viêm phổi biến chứng thành mọng nước phổi, phản ứng của vị giác và khứu giác giảm sút, mắt đỏ, sưng húp. Nếu để SO2 lỏng bắn vào mắt sẽ làm cho con người bị cứng hoá. I.1.2.4.Phạm vi gây nhiễm độc của SO2 Sau đây là phạm vi nồng độ gây độc và các triệu chứng biểu hiện khi nhiễm độc SO2. Nồng độ SO2 trong không khí (mg/l) 0,0008 – 0,013 0,020 – 0,030 0,05 Tác hại gây độc Có thể ngửi thấy mùi. Có kích thích đối với cổ họng. Kích thích mạnh đối với cổ họng, gây ho. 0,130 – 0,260 Chịu đựng đước trong khoảng 0,5 đến 1 giờ. 1,000 – 1,200 Trong thời gian ngắn có thể nhiễm -3- Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ độc nặng. I.2. CƠ SỞ LÍ THUYẾT CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ: I.2.1. Sơ lược về phương pháp hấp thụ ( Absorption method): Hấp thụ là phương pháp làm sạch khí thải độc hại ( chất bị hấp thụ ) vào trong môi trường lỏng ( dung môi hấp thụ). Khi tiếp xúc với khí thải,chất độc hại sẽ tác dụng với các chất trong môi trường mỏng và được giữ lại theo 2 cách hấp thụ vật lý và hấp thụ hóa học. Hấp thụ vật lý: về thực chất chỉ là sự hòa tan các chất bị hấp thụ vào trong dung môi hấp thụ,chất khí hòa tan không tạo ra hợp chất hóa học với dung môi ,nó chỉ thay đổi trạng thái vật lý từ thể khí biến thành dung dịch lỏng( quá trình hòa tan đơn thuần của chất khí trong chất lỏng). Hấp thụ hóa học: trong quá trình này chất bị hấp thụ sẽ tham gia vào một số phản ứng hóa học với dung môi hấp thụ. Chất khí độc hại sẽ biến đổi về bản chất hóa học và trở thành chất khác. Cơ cấu của quá trình này có thể chia thành ba bước: Khuếch tán các phân tử chất ô nhiễm thể khí trong khối khí thải đến bề mặt của chất lỏng hấp thụ Thâm nhập và hòa tan chất khí vào bề mặt của chất hấp thụ Khuếch tán chất khí đã hoà tan trên bề mặt ngăn cách vào sâu trong lòng khối chất lỏng hấp thụ Quá trình hấp thụ mạnh hay yếu là tùy thuộc vào bản chất hóa học của dung môi và các chất ô nhiễm trong khí thải. Như vậy để hấp thụ được một số chất nào đó ta phải dựa vào độ hòa tan chọn lọc của chất khí trong dung môi để chọn lọc dung môi cho thích hợp hoặc chọn dung dịch thích -4- Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ hợp(trong trường hợp hấp thụ hóa học). Quá trình hấp thụ được thực hiện tốt hay xấu phần lớn là do tính chất dung môi quyết định. I.2.2. Sơ lược về phương pháp hấp phụ( Absorption method) : Khác với quá trình hấp thụ, trong quá trình hấp phụ người ta dùng chất rắn xốp để hút các chất khí độc có trong khí thải trên bề mặt chất rắn được gọi là chất hấp phụ (adsorbent) và các cấu tử khí được hút vào bề mặt chất hấp phụ gọi là chất bị hấp phụ (adsorbate). Phương pháp này được dùng phổ biến nhất trong việc thu hồi các cấu tử quí để sử dụng lại trong công nghiệp hóa chất. Trong kĩ thuật xử lý ô nhiễm không khí, phương pháp hấp phụ được dùng để thu hồi và sử dụng lại hơi của các chất hữu cơ,khử mùi thải ra của các nhà máy sản xuất thực phẩm,thuộc da,nhuộm,chế biến khí tự nhiên,công nghệ tổng hợp hữu cơ…. Căn cứ vào bản chất liên kết giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ phân thành 2 loại: Hấp phụ vật lý: là hấp phụ đa phân tử ( hấp phụ nhiều lớp),lực liên kết là lực hút giữa các phân tử( Vanderwaals),không tạo thành hợp chất bề mặt. Hấp phụ hóa học: là hấp phụ đơn phân tử (hấp phụ một lớp). Lực liên kết là lực liên kết bề mặt tạo nên hợp chất bề mặt. I.2.3. Đại cương về phương pháp đốt (Incineration Method): Nhiều ngành công nghiệp sinh ra các dòng khí thải không có giá trị thu hồi nên các phương pháp hấp thụ ,hấp phụ không mang tính khả thi. Phương pháp đốt (thiêu hủy) được sử dụng cho các loại khí này và cả những dòng khí thải mà việc thu hồi rất khó thực hiện,chúng có thể cháy được nhưng sinh ra chất ô nhiễm thứ cấp không độc hại hay ít độc hại hơn. Các chất khí thải được sử lý theo phương pháp đốt thường là các hợp chất hydrocacbon,các dung môi hữu cơ…. Việc xử lý khí thải theo phương pháp này được sử dụng trong trường hợp khí thải có nồng độ chất độc cao vượt quá giới hạn bắt cháy và có chứa hàm lượng oxygen đủ lớn. Quá trình đốt được thực hiện trong hệ thống gồm những thiết bị liên kết đơn giản có khả năng đạt hiệu suất phân hủy cao. Hệ thống đốt bao gồm cửa lò đốt,bộ mồi lửa đốt bằng nhiên liệu và khí thải (chất hữu cơ),buồng đốt tạo đủ thời gian oxy hóa. Theo cách thực hiện quá trình đốt ,thiết bị đốt có thể chia làm 3 nhóm chính như sau: Đốt cháy trực tiếp ( Direct Combustion). Thiêu nhiệt (Thermal Incineration). Oxy hóa xúc tác ( Catalytic Oxidization). Để lựa chọn phương pháp xử lí ta phải phân tích phạm vi ứng dụng, ưu ,nhược điểm của các phương pháp xử lí khí thải đã nêu trên để làm cơ sở lựa chọn phương pháp thích hợp: Phương pháp hấp thụ: Ưu điểm: Rẻ tiền ,nhất là khi sử dụng H2O làm dung môi hấp thụ,các khí độc hại như SO2, H2S, NH3, HF,... có thể được xử lí rất tốt với phương pháp này với dung môi nước và các dung môi thích hợp. -5- Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ Có thể sử dụng kết hợp khi cần rửa khí làm sạch bụi, khi trong khí thải có chứa cả bụi lẫn các khí độc hại mà các chất khí có khả năng hòa tan tốt trong nước rửa. Nhược điểm: Hiệu suất làm sạch không cao, hệ số làm sạch giảm khi nhiệt độ dòng khí cao nên không thể dùng xử lí các dòng khí thải có nhiệt độ cao, quá trình hấp thụ là quá trình tỏa nhiệt nên khi thiết kế, xây dựng và vận hành hệ thống thiết bị hấp thụ xử lí khí thải nhiều trường hợp ta phải lắp đặt thêm thiết bị trao đổi nhiệt trong tháp hấp thụ để làm nguội thiết bị, tăng hiệu quả của quá trình xử lí. Như vậy ,thiết bị sẽ trở nên cồng kềnh, vận hành phức tạp. Khi làm việc, hiện tượng “sặc” rất dễ xảy ra khi ta khống chế, điều chỉnh mật độ tưới của pha lỏng không tốt, đặc biệt khi dòng khí thải có hàm lượng bụi lớn. Việc lựa chọn dung môi thích hợp sẽ rất khó khăn, khi chất khí cần xử lí không có khả năng hòa tan trong nước. Lựa chọn dung môi hữu cơ sẽ nảy sinh vấn đề: các dung môi này có độc hại cho người sử dụng và môi trường hay không? Việc lựa chọn dung môi thích hợp là bài toán hóc búa mang tính kinh tế và kĩ thuật, giá thành dung moi quyết định lớn đến giá thành xử lý và hiệu quả xử lý. Phải tái sinh dung môi (dòng chất thải thứ cấp ) khi xử dụng dung môi đắt tiền. Chất thải gây ô nhiễm nguồn nước hệ thống càng trở nên cồng kềnh phức tạp. Phương pháp hấp phụ: Ưu điểm: Làm sạch và thu hồi được khá nhiều chất ô nhiễm thể hơi hay khí. Nếu các chất này có giá trị kinh tế cao thì sau khi hoàn nguyên chất hấp phụ, chúng sẽ được tái sử dụng trong công nghệ sản xuất mà vẫn giảm được tác hại gây ô nhiễm. Chất hấp phụ cũng khá dễ kiếm và rẻ tiền. Thông dụng nhất là than hoạt tính ( hấp phụ được nhiều chất hữu cơ). Nhược điểm: Khi hoàn nguyên chất hấp phụ sẽ sinh ra các trường hợp ô nhiễm thứ cấp ( nếu chất ô nhiễm hoàn toàn là chất độc hại nguy hiểm cần thải bỏ hay có giá trị kinh tế không cao không cần tái sử dụng). Trường hợp chất hấp phụ có giá thành rẻ, dễ kiếm có thể bỏ nó đi. Không hiệu quả khi dòng khí ô nhiễm chứa cả bụi lẫn chất ô nhiễm thể hơi hay khí vì bụi dễ gây nên tắc thiết bị và làm giảm hoạt tính hấp phụ của chất hấp phụ ( lúc này nếu muốn sử dụng ta phải lọc bụi trước khi cho dòng khí vào thiết bị hấp phụ). Hiệu quả hấp phụ kém nếu nhiệt độ khí thải cao. Với các chất khí bị hấp phụ có khả năng bắt cháy cao việc tiến hành nhả hấp bằng dòng khí có nhiệt độ cao cũng sẽ vấp phải nguy cơ cháy tháp hấp phụ. Phương pháp đốt: Ưu điểm: Những khí có khả năng bắt cháy cao và nhiệt trị cao có thể được xử lí bằng phương pháp đốt. Thông thường những hợp chất hữu cơ, nhất là nhũng hợp chất chưa no là những chất có khả năng bắt cháy cao khi đốt. -6- Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ Phương pháp đốt trực tiếp là giải pháp thỏa đáng khi xử lý khí thải không chứa nhiều chất ô nhiễm vô cơ như S, Cl, F… Trong những trường hợp khí thải có nhiệt độ cao có thể không cần phải gia nhiệt trước khi đưa vào đốt. Phương pháp đốt hoàn toàn phù hợp với việc xử lý các khí thải độc hại không cần thu hồi hay khả năng thu hồi thấp,khí thu hồi không có giá trị kinh tế cao. Có thể tận dụng nhiệt năng trong quá trình xử lý vào mục đích khác. Nhược điểm : Phải có hệ thống thiết bị đốt thích hợp không sinh ra khói và các chất ô nhiễm thứ cấp gây độc hại. Nên trong khi nghiên cứu, thiết kế triển khai phải chú ý tốt đến tất cả các điều kiện duy trì phản ứng cháy, để có được một thiết bị đốt cho hiệu quả cao. Như vậy việc lựa chọn phương pháp hấp thụ làm đối tượng nghiên cứu , áp dụng cho xử lý khí SO2 của nhà máy Nhiệt điện sẽ là một hướng đi phù hợp,và hiệu quả. I.3. LỰA CHỌN THIẾT BỊ Quá trình hấp thụ được thực hiện trong nhiều loại tháp khác nhau. Sau đây là một số tháp thường dùng: Tháp phun rỗng Tháp rửa khí có đệm Tháp rửa khí theo kiểu sủi bọt. I.3.1. Tháp phun rỗng Là một dạng tháp được chế tạo bằng kim loại hoặc bê tông. Tiết diện tháp có thể hình tròn hay hình chữ nhật. Dòng khí và dịch trong tháp có thể chuyển động cùng chiều,ngược chiều hoặc cắt nhau. Các mũi phun có thể bố trí một tầng hoặc nhiều tầng hoặc đặt dọc trục thiết bị. Dòng khí thải chứa chất ô nhiễm khi tiếp xúc với dịch phun trong tháp sẽ cuốn theo dịch phun. Hiệu quả hoạt động của tháp còn phụ thuộc vào tính chất của dòng khí thải, dung dịch phun và các thông số động lực học đi trong tháp. I.3.2. Tháp rửa khí có đệm Đây là một dạng cải tiến từ các tháp rửa khí rỗng vừa trình bày ở trên. Trong phần không gian của tháp người ta đặt các khâu đệm chế tạo từ các vật liệu như gốm, sứ, gỗ…. Các khâu đệm này có hình dạng hình trụ, vành khuyên… có thể xếp ngẫu nhiên hay theo thứ tự. Toàn bộ số vật chêm được đặt trên bộ phận đỡ vật chêm cũng là bộ phận phân phối khí. Dung dịch hấp thụ được phân phối ở đỉnh tháp qua bộ phận phân phối lỏng sao cho các chất lỏng phải thấm ướt được toàn bộ vật chêm. Dòng khí chuyển động ngược dòng với dòng dung dịch phun theo phương thẳng đứng. Loại thiết bị này có trở lực lớn hơn nhiều so với tháp rửa rỗng nhưng hiệu quả hấp thụ cao. -7- Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ Thiết bị rửa khí có lớp đệm không những hấp thụ thành phần khí độc hại mà còn làm lạnh khí và lọc bụi ướt có trong khí thải. I.3.3. Thiết bị lọc bụi kiểu sủi bọt Thân tháp hình trụ thẳng đứng trong có gắn các mâm có cấu tạo khác nhau. Trên đó pha lỏng và pha hơi được cho tiếp xúc nhau. Chất lỏng đi vào ở đỉnh hoặc tại một mâm thích hợp nào đó và chảy xuống do trọng lực qua mỗi mâm bằng ống chảy chuyền. Pha khí đi từ dưới lên qua mỗi mâmbằng các khe hở trên mâm do cấu tạo khác nhau của mâm tạo nên. Quá trình tiếp xúc pha sẽ tạo nên sự hấp thụ khí. Tháp hoạt động đạt hiệu quả cao khí mức chất lỏng trên mâm và vận tốc khí phải lớn và tháp bị ngập lụt. Thường loại tháp này rất khó thiết kế vì đòi hỏi yêu cầu kĩ thuật và các thông số tính toán phải thật dung hòa và chính xác cao. Qua mô tả ba loại thiết bị trên nhận thấy có thể áp dụng các thiết bị trên cho quá trình hấp thụ rửa khí đều được, tuy nhiên việc ứng dụng loại thiết bị nào còn tùy thuộc vào mức độ ô nhiễm và điều kiện hiện hữu. Trong các loại thiết bị này, chúng ta sẽ nghiên cứu thiết bị rửa khí có đệm vì những lí do sau: _ Hiệu quả hấp thu tốt. _ Dễ chế tạo _ Dễ vận hành _ Giá thành chế tạo không cao _ Xử lý được với các khoảng dao động nồng độ rộng. _ Xử lý được với loại nồng độ cao _ Xử lý được với nhiều loại khí thải hoặc hỗn hợp khí thải. I.4. MỘT SỐ CÔNG NGHỆ XỬ LÍ KHÍ SO2 BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ: I.4.1. Hấp thụ khí SO2 bằng nước: Qúa trình hấp thụ SO2 bằng nước: SO2 + H2O H+ + HSO3Hấp thụ khí SO2 bằng nước là phương pháp đơn giản được áp dụng sớm nhất để loại bỏ khí SO2 trong khí thải, nhất là trong khói từ các loại lò công nghiệp. Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO2 bằng nước bao gồm 2 giai đoạn: Hấp thụ khí SO2 bằng cách phun nước vào dòng khí thải hoặc cho khí thải đi qua lớp vật liệu đệm (vật liệu rỗng) có tưới nước –scrubơ; Giải thoát khí SO2 ra khỏi chất hấp thụ để thu hồi SO2 (nếu cần) và nước sạch. Mức độ hòa tan của khí SO2 trong nước giảm khi nhiệt độ nước tăng cao, do đó nhiệt độ nước cấp vào hệ thông hấp thụ khí SO2 phải đủ thấp. Còn để giải thoát khí SO2 khỏi nước thì nhiệt độ của nước phải cao. Lượng nước thực tế phải lớn hơn một ít so với lượng nước lý thuyết vì nước sau khi ra khỏi thiết bị hấp thụ không thể đạt mức bão hòa khí SO2. Để giải hấp thụ cần phải đun nóng một lượng nước rất lớn tức phải có một nguồn cấp nhiệt (hơi nước ) công suất lớn .đó là một khó khăn .ngoài ra, để sử dụng lại nước cho quá trình hấp thụ phải làm nguội nnước xuống gần 10oC tức phải cần đến nguồn cấp lạnh. Đó cũng là vấn đề không đơn giản và khá tốn kém. -8- Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ Từ những nhược điểm nói trên, phương pháp hấp thụ khí SO2 bằng chỉ áp dụng được khi: -Nồng độ ban đầu của khí SO2 trong khí thải tương đối cao -Có sẵn nguồn cấp nhiệt (hơii nước )với giá rẻ -Có sẵn nguồn nước lạnh -Có thể xả được nước có chứa ít axit ra sông ngòi Trên hình I.1 là sơ đồ hệ thống hấp thụ khí SO2 bằng nước : Hình I.1. Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO2 bằng nước 1-tháp hấp thụ; 2-tháp giải thoát khí SO2 ; 3-thiết bị ngưng tụ ; 4,5- thiết bị trao đổi nhiệt ; 6-bơm. Hình I.2. Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO2 bằng nước kết hợp với oxy hóa bằng xúc tác 1-xiclon 2-tháp oxy hóa nhiều tầng xúc tác 3-thiết bị làm nguội 4-scrubơ rửa khí I.4.2. Xử lý khí SO2 bằng sữa vôi ( Ca(OH)2 ): Xử lý khí SO2 bằng vôi là phường 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. Khí SO2 được thu hồi trong tháp rửa bằng sữa vôi, sữa vôi tác dụng với SO2 theo phản ứng: SO2 + Ca(OH)2 = CaSO3 + H2O (1) -9- Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ Trên hình I.3 là sơ đồ hệ thống xử lý khí SO2 trong khói thải bằng sữa vôi . Hình I.3. Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO2 bằng sữa vôi 1- srubơ 2- bộ phận tách tinh thể 3- bộ lọc chân không 4,5- máy bơm 6-thùng hòa trộn dung dịch hấp thụ( sữa vôi – dạng huyền phù) 7- máy đập 8- máy nghiền đá vôi Khói thải sau khi thu được lọc sạch tro bụi đi vào scrubơ, trong đó xảy ra quá trình hấp thụ khí SO2 bằng dung dịch sữa vôi tưới lên lớp đệm bằng vật liệu rỗng. Nước chua (chứa acid ) chảy ra từ scrubơ có chứa nhiều sunfit và canxi sunfat dưới dạng tinh thể: CaSO3.0.5H2O, CaSO4.2H2O và một ít tro bụi còn sót lại sau bộ lọc tro bụi, do đó cần tách các tinh thể nói trên ra khỏi dung dịch bằng bộ phận tách tinh thể 2. Thiết bị sấy số 2 là một bình rỗng cho phép dung dịch lưu lại một thời gian đủ để hình thành các tinh thể sunfit và sunfat canxi. Sau bộ phận tách tinh thể 2, dung dịcg một phần đi vào tưới cho scrubơ, phần còn lại đi qua bình lọc chân không 3, ở đó các tinh thể bị giữ lại dưới dạng cặn bùn và được thải ra ngoài. Đá vôi được đập vụn và nghiền thành bột ở các thiết bị 7,8 rồi cho vào thùng 6 để pha trộn với dung dịch loãng chảy ra từ bộ lọc chân không số 3 cùng với một lượng nước bổ sung để được dung dịch sữa vôi mới. Để thực hiện quá trình làm sạch khí trong tháp rửa có ô đệm thì cần phun dịch thể vào tháp với lượng lớn để loại trừ sự tắc bẩn trong lớp ô đệm do phản ứng CaSO3 và thạch cao (CaSO4.2H2O). Vì vậy, dùng phương pháp tuần hoàn bùn nhão nhiều lần. Khi nồng độ khí SO2 thay đổi thì lượng dịch thể cấp vào tháp tỷ lệ thuận với sự thay đổi nồng độ SO2 trong khí. Hiệu quả hấp thụ SO2 bằng sữa vôi đạt 98%. Sức cản khí động của hệ thống không vượt quá 20 mm cột nước. Đôi khi thay thế sữa vôi bằng bột vôi, khi đó làm giảm đáng kể mức làm sạch khí. Để tăng mức làm sạch khí và giảm lượng vôi thì kích thước của nó phải nhỏ. Trường hợp này phản ứng: CaCO3 + SO2 = CaSO3 + CO2 (2) Nguyên liệu vôi được sử dụng một cách hoàn toàn, cụ thể là cặn bùn từ hệ thống xử lý ra có thể được sử dụng làm chất kết dính trong xây dựng sau khi chuyển sunfit thành sunfat trong lò nung. Một dạng khác của hệ thống hấp thụ khí SO2 bằng sữa vôi được áp dụng ở nhà máy nhiệt điện Battersea ở Anh là người ta dùng nước sông Thame có độ kiềm lớn và hòa trộn thêm dung dịch đá phấn. Sơ đồ hệ thống được thể hiện ở hình I.4: - 10 - Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ Khí thải từ lò hơi có nhiệt độ 120oC đi vào scrubơ 1 được tưới nước sông Thame có hòa thêm sữa đá phấn. Dung dịch đi ra từ phía dưới của scrubơ 1 được cho vào bể lắng 3 và sau đó qua bộ phận thông khí (aerato ) 4, tại đây không khí được thổi vào để cấp oxy cho quá trình oxy hóa các muối trung gian thành muối sunfat rồi xả ta sông. Để thúc đẩy quá trình oxy hóa người ta hòa vào trong nước dung dịch chất xúc tác mangan sunfat (MnSO4) hoặc sắt sunfat (FeSO4). Hình I.4. Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO2 trong khói thải của nhà máy nhiệt điện Battersea (Anh) 1- scrubơ ( tháp hấp thụ) 2- bộ phận lọc cặn hình trống 3- bể lắng 4- bộ phận thông khí (aerato) Một loại hệ thống xử lý khí SO2 bằng sữa vôi hiện đại hơn được áp dụng ở Nhật Bản. Trong hệ thống này sản phẩm cuối cùng thu được là thạch cao thương phẩm. Sơ đồ hệ thống được trình bày ở hình I.5. Hình I.5. Hệ thống xử lí khí SO2 với sản phẩm thu được là thạch cao thương phẩm 1,3,4- scrubơ 2- thiết bị làm sạch 5- thùng chứa 6- thùng cô đặc 7- thùng pha chế sữa vôi mới 8- thùng chứa trung gian có khuấy 9- thùng oxy hóa ( sục không khí) 10- máy vắt khô ly tâm Khói thải được đưa vào tháp làm nguội và làm sạch bụi trong scrubơ 1 sau khi đã qua cấp lọc thô bằng xiclon ở công đoạn trước. Khói được làm nguội đến nhiệt độ t=60oC, sau đó một phần lớn đi vào tháp hấp thụ 4 được tưới dung dịch bisunfit-sufnat canxi mà dung dịch này luôn được bổ sung sữa vôi mới. Phần khói còn lại đi vào thiết bị làm nguội 2 để hạ nhiệt độ xuống 40oC và đi vào scrubơ 3 được tưới dung dịch bisunfit-sunfat lấy từ scrubơ 4. Dung dịch tưới cho các scrubơ 1; 3 và 4 đều lấy từ các bể chứa 5. Nước từ trong thùng cô đặc 6 được đưa sang bể số 7 để chuẩn bị sữa vôi mới. Từ thùng chứa 8 sữa cô đặc được đưa sang thùng oxy hóa 9, ở đó quá trình oxy hóa diễn ra bằng không khí thổi có áp. Kết quả là các tinh thể thạch cao được hình thành. Tiếp theo, thạch cao loãng trong thùng 9 được đưa sang máy vắt khô ly tâm 10 để lọc ra thạch cao tinh chất CaSO4.0,5H2O. - 11 - Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ Ưu điểm nổi bật của phương pháp xử lý khí SO2 bằng sữa vôi là công nghệ đơn giản, chi phí đầu tư ban đầu không lớn, 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. I.4.3. Xử lý khí SO2 bằng amoniac Hình I.6. Sơ đồ hệ thống xử lí SO2 bằng amoniac. 1- scrubơ 2,4- thiết bị làm nguội 3- tháp hấp thụ nhiều tầng 5- tháp hoàn nguyên 6- tháp bốc hơi 7- tháp kết tinh 8- máy vắt khô ly tâm 9- nồi chưng áp Khói thải từ lò sau khi được lọc sạch tro bụi đi vào scrubơ 1 và được tưới nước tuần hoàn. Khói được làm nguội đến 30oC, còn bụi cần được thải ra ngoài. Trong nước tuần hoàn dùng cho quá trình làm nguội khói trong scrubơ 1 có chứa bụi, SO2 và H2SO4. lượng khí SO2 khử được trong scrubơ 1 chiếm khoảng 10% lượng SO2 chung trong khóithải khi nồng độ ban đầu của SO2 trong khói là 0.3%. Nhiệt độ cuối của nước đạt khoảng 50oC. Để nước tuần hoàn được trong hệ thống, nó phải được làm nguội xuống khoảng 27oC trong thiết bị làm nguội(thiết bị trao đổi nhiệt) số 2. thiết bị 2 có thể là tháp làm mát, lúc đó không khí đi qua tháp phải được thải ở độ cao thích hợp để đề phòng sự lan tỏa khí SO2 từ nước thoát ra trong quá trình làm nguội nước. Để ngăn chặn sự tích tụ bụi quá mức trong nước tuần hoàn, cần phải có bể lắng; một bộ phận nước sau khi lắng cặn sẽ thải ra ngoài sau khi trung hòa axit và nước sạch được bổ sung liên tục vào vòng tuần hoàn. Từ scrubơ 1 khí đã được làm nguội đi vào tháp hấp thụ số 3, tại đó quá trình hấp thụ SO2 được thực hiện trên nhiều tầng, mỗi tầng hấp thụ được tưới dung dịch theo chu trình kín, trong khi đó một phần dung dịch từ tầng trên được đưa xuống tưới một cách liên tục cho tầng dưới. Tầng hấp thụ trên cùng được tưới bằng nước sạch với mục đích ngăn cản sự thất thoát khí NH3 đi theo khói thải ra ngoài. Thành phần dung dịch tưới ở mỗi tầng hấp thụ được giữ không đổi. Dung dịch đã hoàn nguyên được cấp vào tần hấp thụ kề với tầng trên cùng. I.4.3.1. Xử lý SO2 bằng amoniac có chưng áp Hình I.7. Sơ đồ hệ thống xử lí khí SO2 bằng amoniac có chưng áp 1- tháp hấp thụ 2- máy lọc ép 3- nồi chưng áp 4- thiết bị bốc hơi chân không - 12 - Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ 5- máy lọc ly tâm 6- máy sấy khô Khí thải sau khi được lọc sạch bụi đi vào tháp hấp thụ đạt khoảng 45%. Người ta bổ sung vào dung dịch tưới một lương dung dịch nước –amoniac đậm đặc (30%). Một phần dung dịch tưới tương đương với lượng dung dịch mới bổ sung vào luôn luôn được tách ra sau tháp hấp thụ để đưa vào bộ lọc ép 2, sau đó đi vào thùng chưng áp 3. Sau khi hoàn thành phản ứng oxy hóa, các chất trong thùng chưng áp nguội dần, áp suất dư giảm xuống đếm 3.5 atm, lưu huỳnh đơn chất lắng xuống đáy rồi đưa ra đổ thành khuôn. Phần dung dịch nổi bên trên được đưa sang thiết bị bốc hơi chân không 4 rồi đi qua máy lọc ly tâm 5 để tách amoni sunfat. Đặc điểm của phương pháp xử lý SO2 bằng amoniac có chưng áp là sản phẩm cuốicùng thu được chủ yếu gồm amoni sunfat. I.4.3.2. Xử lý khí SO2 bằng amoniac và vôi Hình I.8. Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO2 bằng amoniac kết hợp với vôi. 1,2- scrubơ 3- thùng phản ứng 4- thiết bị trao đổi nhiệt(làm nguội) 5- máy lọc ly tâm 6- thùng pha chế sữa vôi 7,8- thùng chứa dung dịch mới Hiệu quả khử SO2 của phương pháp amoniac- voi có thể đạt 95%; nồng độ NH3 theo khí sạch thoát ra ngoài khoảng 0.001%. Ưu điểm của phương pháp này so với phương pháp amoniac đơn thuần là rất ít tốn amoniac và có thể áp fụng để khử SO2 trong khói thải có chứa nhiều bụi và ở nhiệt độ cao. Hệ thống có thể làm việc với lưu lượng khói thải rất lớn. Nhược điểm chủ yếu của phương pháp này là lượng phế thải nhiều. I.4.4. Xử lý khí SO2 bằng magie oxit (MgO) Phương pháp này dựa trên các phản ứng sau: MgO + SO2 = MgSO3 (3) Magie sunfit lại tác dụng tiếp với SO2 để cho bisunfit: MgSO3 + SO2 + H2O = Mg(HSO3)2 (4) Một phần Magie sunfit tác dụng với oxy trong khói thải để tạo thành sunfat: 2MgSO3 + O2 = MgSO4 (5) - 13 - Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ Magie sunfat không có hoạt tính đối với SO2 do đó phản ứng oxy hóa sunfit (5) là không mong muốn. Tuy nhiên, khi nồng độ MgSO4 trong dung dịch làm việc đạt 120 ÷ 160 g/l thì quá trình oxy hóa sùnit sẽ ngừng lại không tiếp tục xảy ra nữa. Magie bisunfit có thể bị trung hòa bằng cách bổ sung thêm MgO mới: Mg(HSO3)2 + MgO = 2MgSO3 + H2O (6) Độ hòa tan của magie sunfit trong nước rất hạn chế, do đó MgSO3 sẽ kết tủa thành tinh thể hexahydrat MgSO3.6H2O và ở nhiệt độ 50oC hexahydrat biến thành trihydrat MgSO3.3H2O. Các tinh thể được tách ra khỏi dung dịch huyền phù, sấy khô và xử ký nhiệt ở nhiệt độ 800 ÷ 900oC để thu hồi MgO và SO2. 900 0 C MgSO3 800 (7) ÷ → SO2 + MgO Magie oxit được quay trở lại chu trình làm việc, còn SO2 đậm đặc có thể đưa sang công đoạn chế biến axit sunfuric hoặc lưu huỳnh đơn chất. I.4.4.1. Phương pháp magie oxit “kết tinh” theo chu trình Hình I.9. Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 bằng magie oxit kết tinh theo chu trình 1srubơ 2bộ lọc 3bể chứa 4bộ phận khống chế liều lượng 5,6- xiclon thủy lực 7- máy lọc ép 8- máy lọc chân không có băng tải 9- lò nhiều tầng Khói thải cần xử lý SO2 được đưa vào scrubơ 1 trong đó được tưới dung dịch huyền phù MgSO3.6H2O và MgO. Khí SO2 trong khói thải sẽ bị khử theo phản ứng (3)và (4), khí sạch thoát ra ngoài. Sau khi ra khỏi scrubơ 1, một phần dung dịch đã bị oxy hóa chảy vào bể chứa 3, tại đây nhờ có bộ phận đo liều lượng 4, MgO được bổ sung vào bể chứa. Lượng MgO bổ sung pụ thuộc vào lượng SO2 khử được. Từ bể chứa 3 dung dịch với tỷ lệ rắn-lỏng ≈ 0.1 được đưa lên tưới cho scrubơ sau khi đã được lọc các hạt cứng ở bộ lọc 2. Một phần dung dịch ra khỏi scrubơ 1 được đưa sang xiclon thủy lực 5 và 6. phần bùn sệt lắng ở đáy xiclon sẽ chảy xuống máylọc chân không có băng tải số 8 để tách tinh thể MgSO3.6H2O. phần nổi bên trên xiclon cũng còn lẫn nhiều cặn bùn được đưa sang máy lọc éP 7 để loại bở cắn bùn, phần dung dịch còn lại ở các bộ lọc 7 và 8 chảy trở về bể chứa 3 để chuẩn bị dung dịch tưới mới. Các tinh thể MgSO3.6H2O thu được ở bộ lọc băng tải được đưa sang lò nung 9, ở đó dưới tác dụng của nhiệt độ cao (800÷900oC) do đốt nhiên liệu rắn, lỏng hoặc khí đốt, phản ứng (7) sẽ xảy ra, khí SO2 thoát ra với độ đặm đặc khoảng 18÷20% dùng cung cấp cho công đoạn sản xuất axit sunfuric hoặc lưu huỳnh đơn chất, còn magie oxit được hoàn nguyên và đưa về bể 3 để pha chế dung dịch mới. ♦ tháp bị bám nhiều tinh thể magie sunfit. I.4.4.2. Phương pháp magie oxit “không kết tinh” Để khắc phục tình trạng lớp đệm của scrubơ bị đóng cắn nhanh chóng bởi các tinh thể magie sunfit, người ta áp dụng phương pháp khử SO2 bằng magie oxit “không kết - 14 - Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ tinh”. Thực chất của phương pháp này là các tinh thể hình thành trong dung dịch tưới được tách ra trong thiết bị riêng biệt- gọi là bể trung hòa, trong đó magie bisunfit theo dung dịch từ scrubơ chảy ra kết hợp với MgO theo phản ứng (9), nhờ đó lượng magie sunfit còn lại trong dung dịch sau khi tưới chỉ chiếm khoảng 2 ÷ 3% và thiết bị hoạt động được nhẹ nhàng hơn. Hình I.10. Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 bằng MgO không kết tinh 1scrubơ 2thùng áp lực 3bể chứa 4thùng trung hòa 5,6,7,8,9- như trong sơ đồ 9 10- thùng chuẩn bị dung dịch mới I.4.4.3. Phương pháp magie oxit sủi bọt Hình I.11. Sơ đồ hệ thống xử lí khí SO2 bằng MgO sủi bọt 1thiết bị hấp thụ kết hợp với thùng kết tinh 2máy khuấy 3bộ phận tách giọt nước 4thùng chứa và pha chế dung dịch mới 5,6,7,8,9- như trong các sơ đồ hình 9,10 Ưu điểm nổi bật của hệ thông “sủi bọt” là tháp hấp thụ không cần lớp đệm băng vật liệu rỗng. Do đó vấn đề đóng cắn bẩn gây tắc lớp đệm là không xảy ra. Tuy nhiên do dòng khí thải sục qua lớp dung dịch nên sức cản khí hộng của hệ thống tương đối cao và vì vậy vận tốc dòng khí đi qua tiết diện ngang của thiết bị hấp thụ phải hạn chế ở mức thấp. I.4.4.4. Phương pháp magie oxit kết hợp với potas (kali cacbonat) Nhược điểm của phương pháp khử SO2 bằng magie oxit là hệ thống thường bị đóng cắn bởi các tinh thể không hòa tan. Vì thế người ta tìm kiếm các biện pháp để tận dụng được ưu điểm của phương pháp tuần hoàn magie oxit mà tránh đựơc nhược điểm vừa nêu trên đây. Điều này có thể đạt được nhờ phương pháp magie oxit – potas, trong đó không dùng các muối magie dạng sữa huyền phù để tưới cho tháp hấp thụ mà dùng dung dịch kali cacbonat và kali sunfat la những chất hoàn toàn hòa tan trong nước - 15 - Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ Hình I.12- Sơ đồ hệ thống xử lí khí SO2 theo phương pháp magie oxit-potas 1scrubơ 2bể tuần hoàn 3bình lọc 4thùng phản ứng 5xiclon thủy lực 6máy lọc chân không có băng tải 7lò nung Hiệu quả khử SO2 của hệ thống đạt 95 ÷ 99% khi nồng độ ban đầu của SO2 trong khói thải đi vào hệ thống nằm trong khoảng 0.15 ÷ 0.6% theo thể tích. Đây là phương pháp có tuần hoàn theo chu trình đối với cả K2SO3 lẫn MgO, áp dụng được cho trường hợp khói thải có nhiệt độ cao và chứa nhiều bụi mà không cần phải làm nguội và lọc bụi trước khi đi vào hệ thống xử lý SO2 . Nhược điểm chủ yếu của các phương pháp nêu trên so với phương pháp oxit magie đơn thuần là dung dịch hấp thụ SO2 của dung dịch làm việc không cao băng dung dịch magie oxit. I.4.5. Xử lý khí SO2 bằng kẽm oxit ZnO Xử lý khí SO2 bằng kẽm oxit (ZnO) cũng tương tự như phương pháp oxit magie tức là dùng phản ứng giữa SO2 với kẽm oxit để thu các muối sunfit và bisunfit, sau đó dùng nhiệt để phân ly thành SO2 và ZnO. Ưu điểm chính của phương pháp này là quá trình phân lý kẽm sunfit ZnSO3 thành SO2 và ZnO xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn đáng kể so với quá trình phân ly bằng nhiệt đối với MgSO3. Ap suất bão hòa của SO2 trên MgSO3 bằng 1 atm ở nhiệt độ 650oC, trong lúc đó đối với ZnSO3 áp suất bão hòa như trên có ở nhiệt độ chỉ bằng 260oC. Điều đó cho phép tiến thành phân ly ZnSO3 trong lò múp và thu hồi SO2 với nồng độ ≈ 100%, trong lúc MgSO3 được phân ly trongdòng sản phẩm cháy của nhiên liệu nung và chỉ đạt nồng độ không quá 15 ÷20%. I.4.5.1. Phương pháp kẽm oxit đơn thuần Theo phương pháp này khí thải sau khi được lọc bụi và không làm nguội sơ bộ đi vào scrubơ, trong đó tưới dung dịch huyền phù ZnO. Phản ứng xảy ra trong scrubơ như sau: ZnO + SO2 = ZnSO3 (8) Kẽm sunfit hình thành từ phản ứng trên là loại muối kém hòa tan trong nước và kết tủa dưới dạng các tinh thể ZnSO3.5H2O trong bể tuần hoàn có khuấy. Tinh thể kẽm sunfit được tách ra khỏi dung dịch bằng máy lọc hoặc máy ly tâm. Dung dịch loãng sau máy lọc được quay về để chuẩn bị sữa kẽm oxit mới, còn tinh thể kẽm sunfit thì được sấy khô và đưa vào lo nung để hoàn nguyên kẽm oxit và thu hồi SO2 nồng độ cao (≈100%). Khí SO2 thu hồi được có thể được hóa lỏng hoặc chế biến thành axit sunfuric hoặc lưu huỳnh đơn chất. Nhược điểm của phương pháp này là đòi hỏi phải lọc sạch tro bụi trong khí thải trước khi đưa vào hệ thống xử lý SO2 và tiêu hao nhiều kẽm oxit do có hiện tượng oxy hóa kẽm sunfit thành sunfat. Ngoài ra, nếu trong khí thải có chứa các chất ô nhiễm khác như hydroclorua và oxit nitơ thì lượng tiêu hao kẽm oxit sẽ nhiều hơn do hình thành các clorit và nitrat hòa tan. - 16 - Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ I.4.5.2. Phương pháp kẽm oxit kết hợp với natri sunfit Hình I.13. Sơ đồ hệ thống xử lí SO2 bằng kẽm oxit kết hợp với natri sunfit 1- srubơ 2,5- bể lắng 3,4,7- thùng phản ứng 6,8- thiết bị lọc chân không 9- máy sấy hình trống 10- lò nung hoàn nguyên ZnO và thu hồi SO2 Phương pháp này cũng như phương pháp kẽm oxit đơn thuần không đòi hỏi làm nguội sơ bộ khói thải, hiệu quả khử SO2 đạt 96 ÷ 98%. Nhưng nhược điểm chủ yếu là hệ thống xử lý khá phức tạp và tiêu hao nhiều muối natri. I.4.6. Xử lý khí SO2 bằng các chất hấp thụ hữu cơ: Quá trình xử lý khí SO2 trong khí thải bằng các chất hấp thụ hữu cơ được áp dụng nhiều trong công nghiệp luyện kim màu. Chất hấp thụ khí SO2 được sử dụng phổ biến là các amin thơm như anilin C6H5NH2 , toluiđin CH3C6H4NH2, xyliđin (CH3)2C6H3NH2 và đimetyl-anilin C6H5N(CH3)2. Hình I.14. Sơ đồ hệ thống xử lí khí SO2 theo quá trình sunfiđin 1- thiết bị trao đổi nhiệt( làm nguội) 2,3- tháp hấp thụ 4,7- scrubơ 5- tháp bốc hơi 6- bể lắng Khí thải sơ bộ được làm nguội và lọc sạch bụi trong thiết bị lọc bằng điện, sau đó cho qua các tháp hấp thụ 2 và 3 đặt nối tiếp nhau. Các tháp hấp thụ được tưới hỗn hợp xylidin-nước theo sơ đồ chuyển động ngược chiều của dòng khí và dung dịch hấp thụ. Trong quá trình hấp thụ SO2 bằng xilidin có tỏa ra một lượng nhiệt đáng kể, do đó cần làm nguội dung dịch bằng các thiết bị trao đổi nhiệt 1. khí sạch đi ra khỏi tháp hấp thụ có chứa hơi xylidin cần cho qua scrubơ 4 để thu hồi hơi xylidin bằng axit sunfuric loãng. - 17 - Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ Chương II: ĐỀ XUẤT VÀ THUYẾT MINH QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ II.1. YÊU CẦU THIẾT KẾ: Thiết kế tháp đệm sử dụng dung dịch Ca(OH)2 hấp thu khí thải SO2 từ nhà máy phát điện. - Lưu lượng khí thải: 6000 m3/h. - Nồng độ SO2 ban đầu 1413 ppm. - Nhiệt độ khí thải là 57oC - Áp suất là P=1 at. II.2. ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ: Công nghệ lựa chọn:  Hấp thụ khí SO2 bằng sữa vôi Dung môi sử dụng là dung dịch sữa vôi Ca(OH)2 vì: o Chất thải thứ cấp của nó được đưa về dạng thạch cao CaSO 4 không gây ô nhiễm thứ cấp cho nguồn nước và có thể tách ra khỏi nước đem chôn lấp an toàn. o Là loại dung dịch rẻ tiền, dễ kiếm. o Tính ăn mòn thiết bị yếu ít gây nguy hại cho thiết bị xử lý. o Dung dịch này ngoài nhiệm vụ hấp thụ các acid SO2, CO2, ... còn có tác dụng làm nguội khí thải đáp ứng yêu cầu tiêu chuẩn về nhiệt độ khí thải đầu ra của ống khói. o Theo yêu cầu của đồ án.  Vật liệu chế tạo tháp hấp thu: Do phải chịu tác dụng hoá học với khí thải và dung dịch có tính ăn mòn cao nên vật liệu chế tạo tháp hấp thu và các đường ống dẫn khí được chọn là loại thép hợp kim đặc biệt thuộc nhóm thép không gỉ, chúng có tính chống ăn mòn cao trong điều kiện làm việc của thiết bị. Thiết bị xử ly: tháp hấp thu làm bằng vật liệu thép không gỉ với lớp đệm vòng sứ do: o Có khả năng chịu đựng môi trường hoá chất và nhiệt độ cao. o Lớp đệm có tác dụng tăng diện tích và thời gian tiếp xúc giữa 2 pha khí - lỏng để quá trình hấp thu xảy ra triệt để hơn. Bố trí chuyển động ngược chiều: khí chuyển động từ dưới lên, dung dịch từ trên xuống. - 18 - Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ o Ngoài ra lớp đệm vòng sứ còn có tác dụng va đập, kết dính bụi và kim loại nặng trong khí thải vào dung dịch hấp thu sau đo được tách ra ở dạng cặn trong bể lắng. o Có tấm thép chống gỉ đục lỗ để đỡ và phân phối đều khí qua tiết diện ngang của tháp. Nhược điểm chính là phát sinh một lượng nước thải. Nhược điểm này có thể khắc phục bằng cách sử dụng tuần hoàn dung dịch xử lý nhằm triệt để lượng hoá chất trong dung dịch và giảm lượng nước thải ra ngoài. Theo phương pháp này, dung dịch xử lý được sử dụng tuần hoàn theo một chu trình kín, chỉ thải bỏ một lượng nhỏ khi tháo cặn bùn từ bể lắng. Sơ đồ quy trình công nghệ: ♦ Quy trình xử lý khí thải được lựa chọn: Khí thải Bộ lọc bụi bằng Cyclon Tháp giải nhiệt Tháp hấp thu xử lý SO2 Thiết bị lọc bụi tĩnh điện Khí thải ra môi trường II.3. THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ: - 19 - Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ Vì nồng độ bụi tương đối cao, vượt tiêu chuẩn cho phép (theo TCVN 5939 – 1995: tiêu chuẩn B là 500 mg/m3) nên ta phải xử lý bụi. Xử lý bụi sơ bộ bằng phương pháp khô, cho khói thải đi qua Xyclon thu hồi bụi bằng phương pháp lọc ly tâm. Sau đó được đưa qua thiết bị giải nhiệt để làm hạ nhiệt độ xuống. Khí thải một phần đã được làm sạch, dùng quạt thổi khí vào tháp đệm từ dưới lên. Dung dịch hấp thu được hệ thống ống dẫn bơm lên phần trên thân trụ và được đĩa phân phối tưới đều lên lớp vật liệu đệm. Dòng khí đi từ dưới lên, dòng lỏng từ trên xuống qua lớp đệm, cả hai tiếp xúc nhau và xảy ra quá trình hấp thụ. Dung dịch SO2 lắng xuống đáy tháp và được đưa đến bể xử lý. Khí ra ở đỉnh tháp được quạt hút đưa ra thiết bị lọc bụi tĩnh điện để loại bỏ lượng bụi còn sót lại,sau đó được đưa ra môi trường ngoài thông qua ống khói cao để phát tán. Khí sạch được thải ra ngoài môi trường có nồng độ SO 2 đạt tiêu chuẩn cho phép (theo TCVN 5939 – 1995 cột B). Xử lý sơ bộ dung dịch xử lý: Dung dịch xử lý khí thải được sử dụng tuần hoàn, khi tiếp xúc với khí thải các phản ứng hoá học xảy ra giữa dòng khí có tính acid và dung dịch kiềm, đó là phản ứng trung hoà. Dung dịch cũng lôi cuốn theo tro bụi trong khí thải. Theo thời gian, dung dịch sẽ giảm dần pH và chứa nhiều cặn. Khi bổ sung dung dịch mới, một lượng dung dịch cũ được thải bỏ. Vì vậy, bể lắng cặn ngoài tác dụng làm trong dung dịch tuần hoàn còn có tác dụng xử lý sơ bộ nước thải trước khi thải ra ngoài. Chương III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THÁP HẤP THU SO2 III.1. TÍNH TOÁN CÁC DÒNG VẬT CHẤT - ĐƯỜNG CÂN BẰNG PHA Gc, Yc L , đ III.1.1.Xác định các dòng vật chất: Xđ Gđ, Gc : suất lượng hỗn hợp khí đầu vào – ra (kmol/h) Lđ, Lc : suất lượng Ca(OH)2 đầu vào – ra (kmol/h) - 20 - Gđ, Yđ Lc, Xc Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ Yđ,Yc : Nồng độ đầu và cuối của SO2 trong pha khí (kmol/kmol trơ) Xđ,Xc : Nồng độ đầu và cuối của SO2 trong pha lỏng (kmol/kmol lỏng)  Đầu vào: Nếu ta gọi yd là nồng độ phần mol của hỗn hợp khí ban đầu thì ta sẽ tính được lượng khí trơ như sau: Gtr = Gd × (1 − y d ) Mà Gd = V × ρ hh trong đó V: thể tích hỗn hợp khí: 6000 m3/h ρhh: khối lượng riêng hỗn hợp khí Ta có: ρ hh = ρ SO2 + ρ tr = M SO2 .PSO2 .T0 22,4.T .P0 + [ M tr .Ptr .T0 T0 = M SO2 PSO2 + M tr Ptr 22,4.T .P0 22,4.T .P0 ] T0 là nhiệt độ pha khí ở điều kiện chuẩn = 2730K Trong đó: T là nhiệt độ pha khí trong điều kiện ta đang xét = 57 + 273 = 3300K M SO2 , M tr phân tử gam của SO2 và không khí PSO2 áp suất riêng phần của SO2 trong 1m3 hỗn hợp khí. PSO2 = n SO2 . d 22,4 Cy .(57 + 273) 3,34 g / m 3 với n SO2 = = = 0,052 (mol ) 273 M SO2 64 1000 Với [ SO2 ] d là nồng độ SO2 ban đầu : [ SO2 ] d =1413ppm ⇒ Đổi ra µ g/m : 3 [ SO2 ] d 1413.1000.M SO2 1413.1000.64 P T 1 57 + 273 = = = 22,4. O . 1 22,4. . P1 TO 1 273 3.34g/m3 Suy ra PSO2 = 0,052. 22,4 (57 + 273) 273 = 1,408 × 10 −3 (at ) = 1,07 mmHg 1000 Ptr: áp suất riêng phần của khí trơ P0: áp suất của hỗn hợp khí ở điều kiện chuẩn = 760 mmHg - 21 - Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ Ptr = P0 − PSO2 = 760 − 1,07 = 758,93 mmHg → ρ hh = 273 22,4.(57 + 273).760 [ 64 × 1,07 + 29 × 758,93] = 1,0728 (kg / m 3 ) → Lưu lượng hỗn hợp khí đầu vào: Gd = V × ρ hh = 6000 × 1.0728 = 1.788 ( kg / s) 3600 Nồng độ khí ban đầu: p 1 = = 0,0369 mol = 36,9 mol 3 l m RT 0,082 × (273 + 57) Ck = 3,34 = 0,052 mol 3 Nồng độ SO2 theo mol m 3 : [ SO2 ] d = m 64 Nồng độ phần mol hay phần thể tích của SO2 trong hỗn hợp khí đầu vào: 0,05217 = 0,001413(molSO2 ) molhhkhí 36,9 yd = Tỉ số mol của SO2 trong hỗn hợp khí đầu vào: Yd = yd 0,001413 = = 0,001415 (mol SO2 / molkhí ) 1 − y d 1 − 0,001413 Xd : phần mol SO2 trong pha lỏng. Giả sử ban đầu dung dịch là dung dịch sạch nên Xd = 0  Đầu ra: SO2 đầu ra yêu cầu đạt tiêu chuẩn loại B (0,5 g/m3) Nồng độ mol của SO2 đầu ra: [ SO2 ] c = 0,5 = 0,0078125(mol / m 3 ) 64 Nồng độ phần mol hay phần thể tích của SO2 trong hỗn hợp khí đầu ra: yc = 0,0078125 = 0,00021172(molSO 2 ) molhhkhí 36,9 Tỉ số mol của SO2 trong hỗn hợp khí đầu vào: Yc = yc 0,21172.10 −3 = = 0,21176.10 =3 (mol SO2 / molkhí ) −3 1 − y c 1 − 0,21172.10 Nồng độ dung dịch ra khỏi tháp: XC = Gtr (Yd − Yc ) L - 22 - Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ III.1.2.Xác định suất lượng Ca(OH)2 cho quá trình hấp thu - Đường cân bằng pha: Lưu lượng pha lỏng (Ca(OH) 2) được tính bằng phương pháp đồ thị. Dựng đồ thị với các trục toạ độ là Y (Y cb) – X. Trên đồ thị ta dựng phương trình đường cân bằng và đường làm việc của quá trình hấp thu. Đường cân bằng thu được từ quá trình thực nghiệm: (với hệ Ca) log PSO2 = 3,58 +1,87log [ SO2] + 2,24x10-2T – 1960/T * Với T =40oC= : nhiệt độ làm việc của tháp (nhiệt độ khí 57oC,nhiệt độ nước 23oC) * PSO : áp suất riêng phần của khí SO2 trong pha khí 2 [SO2] : nồng độ SO2 trong pha lỏng Mà Y = * PSO 2 * P − PSO 2 X = [ SO2 ] M hhkhí ρ hhkhí ρ hhkhi = ρ ytb =  với y tb = ρ ytb = [y tb ] .M SO2 + (1 − y tb ) M kk .273 22,4.(273 + t ) y d + y c 0,001413 + 0,00021172 = = 0,81236.10 −3 molSO2 molhhkhí 2 2 [0,81236.10 ] −3 .64 + (1 − 0,81236.10 −3 ) 29 .273 = 1,072(kg / m 3 ) 22,4.(273 + 57) M hhkhí = y tb .M SO2 + (1 − y tb ) M kk = 0,81236.10 −3.64 + (1 − 0,81236.10 −3 )29 =2  9,028(g/mol) Lập bảng: Nồng độ SO2(mol/m3) * PSO 2 X.10-3 Y.10-3 0.0050 1.0624 0.1354 0.0108 0.0125 5.8944 0.3385 0.0601 0.0200 14.1953 0.5416 0.1447 0.0275 25.7496 0.7447 0.2626 0.0350 40.4228 0.9478 0.4122 0.0425 58.1174 1.1508 0.5928 - 23 - Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ 0.0500 78.7577 1.3539 0.8035 0.0575 102.2817 1.5570 1.0437 0.0650 128.6374 1.7601 1.3130 0.0725 157.7797 1.9632 1.6109 Nồng độ dung dịch ra khỏi tháp : X c = Gtr (Yd − Yc ) L Với : Gtr : suất lượng cấu tử trơ. Gtr = Ghh (1 − Yd ) Mà: Suất lượng mol hỗn hợp: Ghh = 6000m 3 / h × 273 o K 760mmHg 1 × × = 233,626(kmol / h) o (273 + 57) K 760mmHg 22,4m 3 / kmol Suất lượng cấu tử trơ trong pha khí: Gtr = Ghh (1 − Yd ) = 233,626 × (1 − 0,001415) = 233,295(kmol / h) * Từ đồ thị đường cân bằng, ta tính được: X c = 0,001975(molSO2 / moldd ) - 24 - Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ Lượng dung môi tối thiểu: Lmin = Gtr . (Yd − Yc ) (0,001415 − 0,0002117) = 233,295. = 142,14(kmol / h) * 0,001975 Xc Lượng dung môi cần thiết: L = ϕ .Lmin Chọn ϕ = 1,5. ⇒ L = 1,5 × 142,14 = 213,21(kmol / h) Nồng độ dung dịch ra khỏi tháp: Xc = Gtr 233,295 (Yd − Yc ) = (0,001415 − 0,00021176) = 0,00131( molSO2 / moldd ) L 213,21 Vậy phương trình đường làm việc đi qua 2 điểm: A (Xd , Yc) B (Xc , Yd) Phương trình đường làm việc: Y=0,9185X + 0,21176.10-3 Nồng độ phần khối lượng của SO2 trong hỗn hợp khí đầu vào: yd = Yd × M SO2 Yd × M SO2 + M tr = 0.001415 × 64 = 3,113 × 10 −3 (kg SO2 / kg hh) 0.001415 × 64 + 29 Lưu lượng cấu tử phân tán: d G SO = Gd . y d = 1,788.3,113.10 −3 = 5,56.10 −3 (kg / s ) 2 Gtrd = Gd .(1 − y d ) = 1,788.(1 − 3,113.10 −3 ) = 1,782(kg / s ) Khối lượng cấu tử phân tán SO2 được hấp thụ bơi dung dịch Ca(OH)2 :  d −3  3,34 − 0.5  M = G SO . η = 5 , 56 . 10 . . 100 % = 5,56.10 −3 × 85% = 4,726.10 −3 (kg / s)     2  3.34   Khối lượng cấu tử phân tán SO2 còn lại trong hỗn hợp khí ở đầu ra: c d G SO = G SO − M = 5,56.10 −3 − 4,726.10 −3 = 0,834.10 −3 (kg / s ) 2 2 Lưư lượng khí đầu ra: c Gc = G SO + Gtrd = 0,834.10 −3 + 1,782 = 1,7828(kg / s ) 2 Lưu lượng Ca(OH)2 đầu vào: Ld = L = 213,21 × (40 + 17 × 2) = 4,40 (kg/s) 3600 Lưu lượng Ca(OH)2 đầu ra: Lc = Ld + M = 4,40 + 4,726.10-3 = 4,404 (kg/s) III.2. XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA THÁP HẤP THU: III.2.1.Xác định đường kính tháp hấp thu: - 25 - Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ Đường kính tháp hấp thu đuợc xác định từ phương trình lưu lượng theo pha liên tục: Gtb (*) 0.785 × ω k × ρ k D= Trong đó: Gtb: Lưu lượng trung bình của pha khí (kg/s) ρk : khối lượng riêng trung bình của pha khí (kg/m3) ωk : Vận tốc khí qua tiết diện tháp (m/s) Tính Gtb: Lưu lượng trung bình của pha khí: Gtb = G d + Gc 1,788 + 1,7828 = = 1.785 (kg / s) 2 2 Tính ρ k: Khối lượng riêng trung bình của pha khí: ρ k = ρ ytb = 1,072(kg / m 3 ) Tính vận tốc khí ω k: Ta có:ωk = ωg x n Với ωg : vận tốc tới hạn tương ứng với điểm nghịch đảo (chuyển từ chế độ chảy màng sang dạng như sương) Ta xác định ωg theo công thức sau: 0 ,16 0.25 0.125  ω g2 × ρ ytb  µx    Ltb   ρ ytb   ×   lg  ×    = A − B ×  2 G ρ  g × d e × ε × ρ xtb  µ l    tb   xtb  Trong đó:  g : gia tốc trọng trường = 9.81 (m2/s)  ε : Thể tích tự do của tầng vật chêm (m3/m3)  ρytb, ρxtb : Khối lượng riêng trung bình của pha khí và lỏng (kg/m3)  µx ,µl : độ nhớt vận động của nước ở nhiệt độ dòng khí 40oC và ở 20oC.  Ltg, Gtb : suất lượng trung bình của dòng lỏng và khí (kg/s)  de : Đường kính tiết diện rãnh giữa các đệm (m)  Gía trị của A,B trong công thức được chọn theo bảng: Dạng đệm A B - 26 - (*) Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ Dạng ống 0,47 + 1,5. lg d 0,025 1,75 Dạng tấm ,dây cung 0 1,75 Dạng bó 0,062 1,55 Vòng Rasig -0,073 1,75 Dạng yên ngựa 25mm -0,33 1,04 Dạng yên ngựa 50mm -0,58 1,04 Vòng sứ 0.022 1.75 Lựa chọn vật liệu đệm: Tra bảng IX.8 trang 193- Sổ tay quá trình và thiết bị Công nghệ hóa chất tập 2:  Chọn vòng sứ đổ đống (lộn xộn, ngẫu nhiên) kích thước: 25x 25 x 3 (mm)  Diện tích bề mặt riêng phần: a = 195 m2/m3  Thể tích tự do tầng vật chêm: ε = 0.75 (m3/m3)  Số đệm trong 1 m3: 46.102  Khối lượng riêng vật liệu đệm: ρ = 600 (kg/m3)  d e= 4 × ε 4 × 0.75 = = 0.0154 a 195 Đối với vật liệu là vòng sứ thì A = 0.022 B = 1,75 Ta có: Lưu lượng lỏng trung bình: Ltb = Ld + Lc 4,40 + 4,404 = = 4,402 ( kg / s) 2 2 Lưu lượng khí trung bình: Gtb =1,785 (kg/s) Khối lượng riêng của chất lỏng ρl = 984,35kg/m3 Khối lượng riêng của chất khí ρk = 1,072kg/m3 Độ nhớt của nước ở 40oC: µx = 0,6560 x 10-3 (Ns/m2 ) Độ nhớt của nước ở 23oC: µl = 0,9385 x 10-3 (Ns/m2 ) - 27 - Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ (*) → 0 ,16 0.25 0.125  ω g2 × 1,072  0,656 × 10 −3    4,402   1,072    = 0,022 − 1,75 ×  lg  ×   ×  2 −3   9,81 × 0,0154 × 0,75 × 984,35  0,9385 × 10    1,785   984,35  lgω g = 0,502 ωg = 3,17 (m / s) Hệ số n được chọn theo bảng phụ thuộc mục tiêu của quá trình và chế độ thuỷ động của tháp: n = ωk / ωg n = ωk / ωg Chế độ thuỷ động Hấp thụ Chưng cất 1 1 1 : 0.85 1 : 0.66 Chuyển tiếp 0.85 : 0.45 0.66 : 0.25 Chảy màng < 0.45 0.25 Điểm ngập lụt Xoáy rối Ta chọn chế độ chảy màng vì ở đây ta sử dụng vòng sứ nên để tạo điều kiện tiếp xúc tốt (hệ số truyền khối Ky lớn) thì nước phải ở chế độ chảy màng Khi đó ta chọn n = 0,44. Do đó vận tốc khí đi qua tiết diện tháp: ωk = ωg x n = 3,17 x 0,44 = 1,3948(m/s) → Giá trị đường kính tháp ứng với ωk = 1,3948(m/s) Từ các giá trị trên,thay vào phương trình (*),ta được: 1,785 = 1,23 (m) 0,785 × 1,072 × 1,3948 D= Ta chọn đường kính tiêu chuẩn D = 1,2 m Tính lại vận tốc làm việc chính xác ứng với đường kính D =1,2 m → Vận tốc làm việc chính xác : 1,2 = 1,785 0.785 × ω k × 1,072 ⇒ ω k = 1,47 (m / s) Vậy: Đường kính tháp hấp thu là: D = 1,2m Vận tốc khí qua tiết diện tháp: ω k = 1,47 m/s III.2.2.Xác định chiều cao lớp đệm: - 28 - Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ Chiều cao lớp đệm hấp thu H thường được xác định theo số đơn vị truyền khối ( N oy ) và chiều cao tương đương 1 đơn vị truyền khối ( H0y ) H = N oy × H oy III.2.2.1.Xác định số đơn vị truyền khối: Số đơn vị truyền khối được tính theo công thức: N oy = Yd dY ∫ Y − Ycb Yc Tích phân này được tính bằng phương pháp đồ thị, là diện tích giới hạn bởi đường 1 cong theo Y và 2 trục Yc, Yd = const Y − Ycb Để lấy tích phân bằng đồ thị ta lập bảng sau: Xc = 1,31 x 10-3 (kmol/kmol) Chọn Xc thay đổi từ ( 0 – 1,35 x 10-3) với bước 0.05 x 10-3 X*10^(-3) Y*10^(-3) Ycb*10^(-3) (Y-Ycb)*10^(3) 1*10^3/(Y-Ycb) 0.05 0.2577 0.0017 0.2560 3.9062 0.1 0.3036 0.0061 0.2975 3.3617 0.15 0.3495 0.0131 0.3364 2.9725 0.2 0.3955 0.0225 0.3730 2.6810 0.25 0.4414 0.0341 0.4073 2.4553 0.3 0.4873 0.0479 0.4394 2.2760 0.35 0.5332 0.0640 0.4693 2.1310 0.4 0.5792 0.0821 0.4970 2.0119 0.45 0.6251 0.1024 0.5227 1.9130 0.5 0.6710 0.1246 0.5464 1.8303 0.55 0.7169 0.1490 0.5680 1.7607 0.6 0.7629 0.1753 0.5876 1.7019 0.65 0.8088 0.2036 0.6052 1.6524 - 29 - Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ 0.7 0.8547 0.2339 0.6208 1.6107 0.75 0.9006 0.2661 0.6345 1.5759 0.8 0.9466 0.3002 0.6463 1.5472 0.85 0.9925 0.3363 0.6562 1.5239 0.9 1.0384 0.3742 0.6642 1.5056 0.95 1.0843 0.4141 0.6703 1.4919 1 1.1303 0.4558 0.6745 1.4826 1.05 1.1762 0.4993 0.6769 1.4774 1.1 1.2221 0.5447 0.6774 1.4763 1.15 1.2680 0.5920 0.6761 1.4792 1.2 1.3140 0.6411 0.6729 1.4861 1.25 1.3599 0.6919 0.6679 1.4971 1.3 1.4058 0.7446 0.6612 1.5125 1.35 1.4517 0.7991 0.6526 1.5323 Với :Phương trình đường làm việc: Y=0,9185X + 0,21176.10-3 Phương trình đường cân bằng: log PSO2 = 3,58 +1,87log [ SO2] + 2,24x10-2T – 1960/T * Với T =40oC= : nhiệt độ làm việc của tháp( nhiệt độ khí 57oC ,nhiệt độ nước 23oC) * PSO : áp suất riêng phần của khí SO2 trong pha khí 2 [SO2] : nồng độ SO2 trong pha lỏng Ma# Y = * PSO 2 P−P * SO2 X = [ SO2 ] Từ các số liệu trong bảng ta dựng được đồ thị: - 30 - M hhkhí ρ hhkhí Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ Số đơn vị truyền khối là diện tích giới hạn bởi đường cong trong đồ thị và được xem như là tổng diện tích của các hình thang thành phần. → Số đơn vị truyền khối N oy = 2.5 III.2.2.2.Xác định chiều cao tương đương 1 đơn vị truyền khối: Chiều cao một đơn vị truyền khối phụ thuộc đặc tính đệm, chế độ thuỷ động lực của tháp và tính chất hoá lý của các pha. h0 thay đổi theo chiều cao thiết bị, vì vậy h 0 được xác định theo công thức: H 0 y = hy + m × Gtb × hX Ltb Trong đó hY , h X là chiều cao đệm tương ứng với 1 đơn vị truyền khối theo pha khí và pha lỏng. m: hệ số phân phối, bằng hệ số góc đường tiếp tuyến với đường cân bằng. Vì đường cân bằng là đường cong và do đó hệ số góc thay đổi nên ta xác định hệ số phân phối trung bình như sau: m= m1 + m2 +  + mn n m1, m2, …, mn là các hệ số góc của đường cân bằng n : số khoảng chia - 31 - Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ Theo hình ta tìm được: m1= 0.2425 m2= 0.4167 m3= 0.5802 m4= 0.7369 m5= 0.8890 m6= 1.0374 m7= 1.1829 m8= 1.3260 m9= 1.4670 m10= 1.6063 (0.2425 + 0.4167 + 0.5802 + 0.7369 + 0.8890 + 1.0374 + 1.1829 + 1.3260 + 1.4670 + 1.6063) 10 → m = 0.9485 m= Theo công thức ta có: hY = ε × Re 0y.25 × Pry0,67 , a.ψ .b µ h X = 256 x  ρx    2/3 Re 0x, 25 Prx0,5 Trong đó b: hệ số phụ thuộc dạng đệm. Chọn b = 0,123 đối với đệm vòng . ψ :hệ số thấm ướt của đệm. Ta có ψ = mật độ tưới tối ưu. Ta có : U = Ltb × 3600 với ρ l × 0,785 × D 2 - 32 - U với U,Utu là mật độ tưới làm việc và U tu Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ ( ) Ltb = 4,402 ( kg / s ); ρ l = 984,35 kg / m 3 ; D = 1,2 ( m ) ( đường kính tháp). Suy ra U = 4,402 × 3600 = 14,24 984.35 × 0,785 × 1,2 2 Utu được tính theo công thức U tu = B × a Trong đó B là hệ số phụ thuộc quá trình (B = 0,158 nếu quá trình là hấp thu) a là diện tích bề mặt vật chêm = 195 m 2 / m 3 Suy ra Utu = 195 × 0,158 = 30,81 Tính tỷ số U 14,24 = = 0,46 U tu 30,81 Tra đồ thị quan hệ giữa ψ − U ta có ψ = 0,46 có nghĩa là trong quá trình phun U tu đệm thấm ướt 46%. Đối với pha khí: Tính Rey : chuẩn số Reynold của pha khí Ta có Re y = 4 × wk × ρ k với wk = 1,47 m / s là vận tốc khí qua tiết diện tháp a × µk ρ k = 1,072 kg / m 3 là khối lượng riêng trung bình của pha khí a=195 m 2 / m 3 µ k là độ nhớt trung bình của pha khí Tính µ k :Ta có:  molSO2  y tb = 0,81236 × 10 −3    molhhkhi  M k = 29.028 (g/mol) Độ nhớt của hỗn hợp khí: y SO2 × M SO2 y kk × M kk Mk = + µk µ SO2 µ kk 29.028 0.81236 × 10 −3 × 64 (1 − 0.81236 × 10 −3 ) × 29 = + µk 0.014 × 10 −3 0.018 × 10 −3 µ k = 0.01799 × 10 −3 ( Pa.s ) ≈ 0.018 × 10 −3 ( Pa.s ) - 33 - Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ Vậy Re y = 4 × 1,47 × 1,072 = 1795,8 195 × 0,018 × 10 −3 Tính Pr y : chuẩn số Prandy của pha khí Ta có Pry = µk với Dk là hệ số khuếch tán SO2 trong pha khí (m2/s) ρ k × Dk Giả sử hệ số khuếch tán giống như trong không khí: Theo bảng 42 trang 428 Sách Ví dụ và Bài tập- Tập 10: D0SO2 = 10.3 x 10-6 (m2/s) Xem quá trình như là đẳng áp: →D 400 C k =D 0 SO2 P T  × 1  2  P2  T1  3 2 760  273 + 40  = 10.3 ×10   760  273  −6 Vậy giá trị của chuẩn số Prandi Pr y = 3 2 = 1.26 ×10 −5 (m 2 / s ) 0.018 × 10 −3 = 1.33 1.0719 × 1.26 × 10 −5 Chiều cao 1 đơn vị truyền khối theo pha khí: hY = 0.75 ε × Re 0y.25 × Pr y0,67 = × 1795.8 0, 25 × 1.330,67 = 0,53 ( m) a.ψ .b 195 × 0.46 × 0.123 Đối với pha lỏng: Tính Rex : Re x = Với 4 × Ltb 4 × Ltb 4 × 4.402 = = = 85.1 2 2 F × a × µx π × D 0.785 × 1.2 × 195 × 0.9385 × 10 −3 × a × µx 4 Ltb = 4.402kg / s D = 1.2 m a = 195 m 2 / m 3 µ x = 0.9385 × 10 −3 ( N .s / m 2 ) độ nhớt động học của pha lỏng Hệ số khuếch tán SO2 trong nước ở 230C được tính theo công thức: 1 Dl23 = 10 −6 1 1 A.B.µ 2 .VSO32  và Bài tập- Tập 10]  1 1 2 × +  [công thức 5.23 trang Sách Ví dụ 2 1 M SO2 M H 2O   3   + V H 2O   - 34 - Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ Với: µ là độ nhớt động học của nước ở 23oC µ = 0.9385 × 10 −3 ( N .s / m 2 ) = 0.9385 × cP = 0.9385mPa.s A,B: các hệ số phụ thuộc vào tính chất dung môi B = 4,7 dung môi là nước A = 1 đối với các chất khí, rượu, axit hữu cơ Theo bảng 5.4 trang 227 sách Ví dụ và Bài tập-tập 10 VSO2 = 2 × VO + VS = 2 × 8.3 + 25.6 = 42.2 (cm 3 / mol ) V H 2O = 2.V H + VO = 2 × 3,7 + 7,4 = 14,8 (cm3/mol ptử) Từ các số liệu trên ta tính được 1 10 −6 ra ( ) 1 2 1 D x23 = ×  +  = 1.66 × 10 −9 m 2 / s Suy 2 1 1 1 64 18  1 × 4.7 × (0.9385) 2 . 42.2 3 + 14.8 3     40 23 −9 D x = D x × [1 + b( t tb − 20 ) ] = 1.66 × 10 × [1 + 0,02 × (40 − 20)] ( = 2.324 × 10 −9 m 2 / s ) Với ttb=400C là nhiệt độ trung bình của pha lỏng b = 0.2 × µ 1 ×ρ 2 −1 3 = 0.2 × 0.9385 1 2 × 984.35 −1 3 = 0.02 Vậy chuẩn số Prandi của pha lỏng là: Prx = µx 0.9385 × 10 −3 = = 410.25 ρ x × D x 984.35 × 2.324 × 10 −9 Chiều cao 1 đơn vị truyền khối theo pha lỏng: µ h X = 256 x  ρx    2/3 ( Re 0x, 25 Prx0,5  0.9385 × 10 −3 h X = 256 ×   984.35  )     2 3 × 85.10, 25 × 410.25 0,5 = 1.525 (m) Kết quả chiều cao 1 đơn vị truyền khối là: h0 = h y + m × Gtb 0.9485 × 1.785 × h X = 0.53 + × 1.525 Ltb 4.402 h0 = 1.135 (m) Tổng chiều cao cần thiết cho lớp đệm: - 35 - Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ H = mY × h0 = 2.5 × 1.135 = 2.8 (m) H 2.8 = = 2.33 < 4 D nên đảm bảo lớp đệm hoạt D 1.2 động tốt. (vì trong hoạt động của tháp đệm ở chế độ chảy màng dòng khí đẩychất lỏng tưới về phía thành tháp, gây ảnh hưởng đến sự đồng đều mật độ tưới lên đệm → lớp đệm thường không cao quá 4 lần đường kính tháp) Tỷ lệ chiều cao trên đường kính Chiều cao phần tách lỏng Hc và đáy Hd được chọn theo bảng sau, phụ thuộc vào đường kính tháp. D Hc (m) Hđ (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 Theo bảng chiều cao cần thiết của phần tách lỏng (Hc) và phần đáy (Hđ) là: Đường kính D = 1.2 m chọn Hc = 0.8 m và Hđ = 2 m Vậy tổng chiều cao của tháp hấp thu là: H = H+Hđ + Hc= 2.8 + 0.8 + 2 = 5.6(m) III.3. TÍNH TRỞ LỰC: Tổn thất áp suất đệm khô ∆pk: III.3.1 Trở lực qua lớp chắn lỏng hay trở lực qua lớp vòng đệm khô tách lỏng ∆pk - tổn thất áp suất đệm khô khi Rey > 400 được tính theo công thức (IX.121-trang 189, Sổ tay quá trình công nghệ hóa chất tập 2): ∆p k = 1.56 × H × ω k 1.8 × ρ k0.8 × σ 1.2 × µ k0.2 Vt 3 1.56 × 2.8 × 1.471.8 × 1.072 0.8 × 1951.2 × (0.018 × 10 −3 ) 0.2 0.75 3 = 1378.8( N / m 2 ) ≈ 0.014 (at ) = Trong đó: H = 2.8m :chiều cao lớp đệm ρk = 1.072 kg/m3 : khối lượng riêng của pha khí σ = 195 m2/m3 : diện tích bề mặt riêng phần Vt = 0.75 m3/m3 : thể tích tự do vật chêm ωk = 1.47 m/s : vận tốc khí qua tiết diện tháp µk = 0.018 x 10-3 Pa.s : độ nhớt động lực của pha khí - 36 - Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ 1at=98100Pa=98100N/m2 III.3.2 đảo pha: Sức cản thủy lực của tháp đệm đối với hệ khí –lỏng và hơi -lỏng ở điểm  G ∆Pu = ∆Pk × 1 + A x   GY   Gx   GY    1.8  ρy   ρx     µx  µ  y     0.2    m  ρy  ρ  x     n  µx  µ  y     c     1.8 −3  4.402   1.072  0.9385 × 10    =    −3   1.785   984.35  0.018 × 10  0.2 = 0.012 25 0.155 → Bề dày tối thiểu của thân là: S' = Dt × P 1200 × 0.155 = = 0.667 (mm) 2 × [σ ] × ϕ h 2 × 146.67 × 0.95 Chọn S’ = 4 mm (do D ∈ {1000; 2000} mm nên Smin = 4mm Chọn hệ số bổ sung để quy tròn kích thước: C = C a + Cb + Cc + C0 Với C = C0 + C1 + C2 + C3 C0 = 1,05 (mm): hệ số quy tròn kích thước C1 = 1.5 (mm): hệ số bổ sung do bào mòn hóa học trong thời hạn sử dụng thiết bị là 15 năm với tốc độ ăn mòn 0.1mm/năm C2 = 0: hệ số bổ sung do bào mòn cơ học C3 = 0,8 (mm): hệ số bổ sung do dung sai âm (tra bảng XIII – 9 – tập 2 sổ tay thiết bị) ⇒ C = 3.35mm → Bề dày thực của thân thiết bị: S = S’ + C = 4 + 3.35 = 7.35mm. Chọn S=8mm Kiểm tra điều kiện bền: S − Ca 8 − 1 = = 0.00583 < 0.1 → Dt 1200 hoàn toàn thảo mãn áp suất cho phép trong thân thiết bị khi bề dày S = 8mm: [ P] = 2 × [σ ] × ϕ h × ( S − C a ) = 2 × 146.67 × 0.95 × (8 − 1) = 1.61 ( N / mm 2 ) > P Dt + ( S − C a ) 1200 + (8 − 1) Vậy: Thân tháp hấp thu có bề dày S = 8 mm thoả mãn điều kiện bền và áp suất làm việc Kết luận: Tháp cao: 5,6m, Đường kính tháp:1,2m, - 39 - Bề dày 8mm Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ III.4.2. Tính đáy và nắp: Vì áp suất làm việc P = 0.155 N/mm2 → ta sẽ chọn đáy và nắp của tháp là elip Chọn vật liệu làm đáy và nắp thiết bị cùng với vật liệu làm thân tháp. Các thông số đã biết:  Đáy (nắp) làm bằng thép không gỉ X18H10T  C= 3.35 mm  [σ] = 146.67 (N/mm2)  áp suất làm việc phần dưới thân P = 0.155(N/mm2)  Đường kính tháp D = 1200 mm  Tỷ số: ht/Dt = 0.25 → elip chuẩn Dt2 1200 2 Rt = = = 1200 ( mm ) 4 × ht 4 × ( 0.25 × 1200 ) Hệ số bền mối hàn ϕh = 0.95  Tính tỷ số: → S'= [σ ] × ϕ P h = 146.67 × 0.95 = 898.9 > 50 0.155 Rt × P 1200 × 0.155 = = 0.667 2 × [σ ] × ϕ h 2 × 146.67 × 0.95 Bề dày thực tế của đáy (nắp) S = S’ + C = 0.667 + 3.35 = 4.017mm Nhận xét: chọn bề dày đáy = bề dày nắp và bằng bề dày thân tháp = 8mm S − C a (8 − 1) = = 0.00583 < 0.125 Dt 1200 → áp suất cho phép ứng với bề dày S = 8mm: [ P] = 2 × [σ ] × ϕ × ( S − C a ) = 2 × 146.67 × 0.95 × (8 − 1) = 1.61 ( N / mm 2 ) > P D + (S − Ca ) 1200 + (8 − 1) Vậy bề dày của đáy và nắp là S = 8mm Chọn đáy và nắp elip có gờ, chiều cao gờ h = 25 mm. Theo bảng XIII.10 và XIII.11trang 382,383,384- Sổ tay quá trình và thiết bị, cc thơng số của đy như sau: D, m m ht m m Bề mặt ring phần m2 Thể tích đy m3 - 40 - Đường kính phơi D (mm) ρ kg/ m3 Khối lượng kg Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ 120 0 30 0 1.66 0.255 1458 79 30 106 III.4.2.1 .Tính đường ống dẫn khí: Vận tốc khí trong ống khoảng 10 – 30 m/s Chọn vận tốc ống dẫn khí đi vào bằng vận tốc ống dẫn khí đi ra, v = 20 m/s Ong dẫn khívào: Lưu lượng khí đầu vào: Gd = 1.788(kg/s)/1.072(kg/m3) = 1.668 m3/s 4 × Gd = π ×v → đường kính ống khí vào d = 4 × 1.668 = 0.325 (m) π × 20 Ta chọn đường kính ống tiêu chuẩn là d = 400mm Bề dày ống b = 13 (mm) Vật liệu làm là thép không gỉ. Theo bảng XIII.32 – trang 434- Sổ tay thiết bị và hóa chất tập 2 thì chiều dài đoạn ống nối (ứng với đường kính ống 400mm)là 150mm. Để đảm bảo phân phối khí đều trong tháp ta sử dụng đĩa đục lỗ (lỗ có đường kính 20mm, bước lỗ 20mm, đĩa đục lỗ dày 5mm). Ong dẫn khívào 1.7828(kg/s)/1.072(kg/m3) = 1.663 m3/s → đường kính ống khí ra d = 4 × Gc = π ×v : Lưu lượng khí đầu ra: G c = 4 × 1.663 = 0.325 (m) π × 20 Ta chọn đường kính ống tiêu chuẩn là d = 400mm Bề dày ống b = 13 (mm) III.4.2.2. Tính đường ống dẫn lỏng: Vận tốc lỏng khoảng 1 – 3 (m/s) Ống dẫn lỏng vào: Chọn vận tốc lỏng trong ống l v = 2,5m/s Lưu lượng lỏng đầu vo: Ld = 4.4kg / s = 0.00447 m3/s 984.35kg / m 3 → đường kính ống lỏng vào d = 4 × Ld = π ×v 4 × 0.00447 = 0.047 (m) π × 2.5 Ta chọn đường kính ống tiu chuẩn l d = 50mm - 41 - Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ Bề dày ống b = 5 (mm) Vật liệu lm l nhựa PVC. ống dẫn lỏng được hn vo thiết bị, bn ngồi cĩ lắp mặt bích. Theo bảng XIII.32-trang 434-sách Sổ tay quá trình và thiết bị thì chiều di đoạn ống nối l 100mm Ong dẫn lỏng ra: Chọn vận tốc v4 = 1.5 (m/s) Lưu lượng lỏng đầu ra: Lc = 4.404kg / s = 0.004474 m3/s 984.35kg / m 3 → đường kính ống lỏng ra d = 4 × Lc = π ×v 4 × 0.004474 = 0.062 (m) π × 1.5 Chọn đường kính ống D4 = 70 (mm) Bề dày ống b = 6 (mm) Vật liệu làm ống là nhựa PVC. III.4.3. Tính bích: 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 và nhiệt độ làm việc không cao Vật liệu là thép X18H10T Chọn bích kiểu I ở bảng XIII.27, tr 417- Sổ tay quá trình và thiết bị tập 2, với áp suất làm việc lấy là 1N/m2. → Các thông số đo của bích như sau: P* 106 (N/m2 ) Dt D Db Dl D0 đường kính bulơng db số bulơn gZ h ci mm mm 1 1200 1340 1290 1260 1213 M20 22 28 III.4.4. Tính các thiết bị phụ khác: III.4.4.1. ống tháo đệm: Chọn ống tháo đệm dựa theo bảng XIII.32- Sổ tay quá trình và thiết bị tập 2 áp suất làm việc cho phép [P] = 1.38 N/mm2 - 42 - Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ Chọn đường kính ống tháo đệm d = 150 mm Vật liệu là thép không gỉ X18H10T ống tháo đệm được hàn vào thân thiết bị, bên ngoài có lắp mặt bích Theo bảng tra → chiều dài đoạn ống nối là 130mm III.4.4.2. Lưới đỡ đệm: Chọn đường kính lưới đỡ đệm theo bảng IX.22- Sổ tay quá trình và thiết bị tập 2 → các thông số của lưới: Đường kính tháp (mm) Đường kính lưới D1 (mm) Chiều rộng bước b (mm) đệm 25 x 25 1200 1165 22 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 b x h = 5 x 15 mm Kích thước đệm: 25 x 25 x 3 (mm) Thể tích tự do Vt = 0.75 m3/m3 Khối lượng riêng vật liệu đệm ρd = 600 kg/m3 Chiều cao lớp đệm hd = 2.8m Đường kính tháp D = 1.2 m → Khối lượng đệm: md = π × D2 π × 1.2 2 × hd × ρ d ×Vt = × 2.8 × 600 × 0.75 = 1425 ( kg ) 4 4 Khối lượng dung dịch đệm (tính cho trường hợp ngập lụt): mdd = π × D2 π × 1.2 2 × hd ×ρ dd ×Vt = × 2.8 × 984.35 × 0.75 = 2337.8 ( kg ) 4 4 Khối lượng tổng cộng mà lưới đỡ đệm phải chịu: m = md + mdd = 1425 + 2337.8 = 3762.8 ( kg ) Diện tích bề mặt lưới đỡ đệm: π × Dl2 π × 1.165 2 S= = = 1.066 ( m 2 ) 4 4 - 43 - Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ III.4.4.3. Bộ phận phân phối lỏng: Chọn theo tiên chuẩn thép X18H10T: dùng đĩa phân phối loại 2 bảng IX.22 trang 230 – Sổ tay quá trình và thiết bị tập 2. Đĩa phân phối loại 2 Đường kính tháp Đường kính đĩa Dd ống dẫn chất lỏng dxS t số lượng lỗ (loại 2) mm 1200 750 chiếc 44.5 x 2.5 70 70 Bề dày ống: 5mm Đường kính lỗ: 44.5 mm Bước lỗ (khoảng cách giữa các lỗ) = 70 mm III.4.4.4. Ong nhập liệu: Ta chọn kích thước ống nhập liệu giống như ống tháo đệm. Sử dụng kính quan sát để có thể theo dõi quá trình khi vận hành Đường kính của kính quan sát d = 150 mm Chiều dày đoạn ống nối l = 130mm III.4.4.5. Lớp tách ẩm: Ta dùng lớp tách ẩm này để tách hơi lỏng ra khỏi khí trước khi hỗn hợp khí thoát ra ngoài qua ống dẫn khí ra. Ta chọn lớp tách ẩm dày 300mm và làm bằng tôn dập xéo (hoặc ta dùng vật liệu đệm cho vào cũng được) Thể tích lớp tách ẩm = π × D2 π × 1,2 ×h = 4 4 2 × 0,3 = 0,34m 3 III.4.4.6. Chân đỡ: Để chọn được chân đỡ thích hợp, trước tiên ta phải tính tải trọng của toàn tháp. Chọn vật liệu làm chân đỡ là thép CT3 • khối lượng riêng của thép CT3 là: ρo = 7.85.103 kg/m3 • khối lượng riêng của thép không gỉ X18H10T là ρ = 1.01× ρo = 7.93×103 kg/ m3 Theo bảng XIII.9/364 –Sổ tay quá trình và thiết bị tập 2, ta cĩ thp tấm dy 8mm thì có khối lượng 62.8 kg/1m2 - 44 - Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ - Khối lượng thân: mt= V×ρ = ( ) π π 2 2 Dn − Dt × H × ρ = (1.216 2 − 1.2 2 ) × 5.6 × 7.93 × 10 3 = 1348.24(kg ) 4 4 - Khối lượng đáy: Theo bảng XIII.11 trang 384 , ta có khối lượng đáy: md = 106 ( kg ) - Khối lượng nắp: Theo bảng tra ta có : mn = 106 ( kg ) - Khối lượng dung dịch thấm qua đệm:  πD 2 m ddd =  × hd  4   πD 2   −  × hd × Vt  × ρ l   4   π × 1.2 2   π ×1.2 2  =  × 2.8  −  × 2.8 × 0.75  × 984.35 4   4   = 779.29 ( kg ) Trong đó: D = 1.2 m hd =2.8 m chiều cao lớp đệm Vt = 0.75 m3/m3 thể tích tự do vật chêm ρl = 984.35 kg/m3 khối lượng riêng lỏng - Khối lượng đệm: md = - π × D2 π ×1.2 2 × hd ×ρ d ×Vt = × 2.8 × 600 × 0.75 = 1425 ( kg ) 4 4 Khối lượng lớp tách ẩm: π × D2 π × 1.2 2 mta = × h ×ρ d ×Vt = × 0.4 × 600 × 0.75 ≈ 203.5 ( kg ) 4 4 - Bộ phận phn phối lỏng: không đáng kể - Khối lượng lưới đỡ đệm: - 45 - Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ Khối lượng lưới đỡ đệm: mldd = π ×d2 π × 1.165 2 × htb × ρ = × 0.005 × 7930 = 42.26 ( kg ) 4 4 Trong đó: htb = 0.005 m :chiều dày trung bình d =1165mm :đường kính lưới đỡ đệm ρthép = 7930 kg/m3;khối lượng riêng thép - Khối lượng cc bích: Tính bích nối đáy tháp với thân, chọn bích liền bằng thép để nối thiết bị: Đường kính trong:D t =1200mm Đường kính ngoài Dn =1200+2x8=1216mm Tra bảng XIII.27-trang 417-Sổ tay quá trình thiết bị và hóa chất tập 2,ta có: Đường kính ngoài của bích :D =1340 Đường kính tâm bu lon:D b=1290 Đường kính mép vát :D l=1260mm Đường kính Bulon d b=M20 Số bulon :z=28 cái Chiều cao bích: h = 22 mm Khối lượng bích: m1 = ( ) π π 2 2 D − Dn × H × ρ = (1,340 2 − 1,216 2 ) × 0,022 × 7930 = 43,42(kg ) 4 4 Tính mặt bích nối ống dẫn và thiết bị:  Ong dẫn lỏng vào: d= 50 mm Chọn loại bích liền bằng kim loại đen để nối. Theo bảng XIII.26-trang 417-Sổ tay quá trình thiết bị và hóa chất tập 2,ta có: Đường kính ngoài Do=57 (mm) Đường kính ngoài của bích :D =140mm Đường kính tâm bu lon:D z=110mm Đường kính mép vát :D l=90mm Đường kính Bulon d b=M12 Số bulon :z=12 cái - 46 - Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ Chiều cao bích: h = 12 mm m2 =  π ( 0,14 2 − 0,057 2 ).0,012 × 7930 = 1,22 (kg) 4 Ong dẫn lỏng ra: d=70mm Chọn loại bích liền bằng kim loại đen để nối Đường kính ngoài Do = 76 (mm) Đường kính ngoài của bích :D = 160 mm Đường kính tâm bu lon:D z = 130 mm Đường kính mép vát :D l = 110 mm Đường kính Bulon d b = M12 Số bulon :z = 4 cái Chiều cao bích: h = 14mm Khối lượng bích: m3 =  π ( 0,16 2 − 0,076 2 ) × 0,014 × 7930 = 1,728 (kg) 4 Ong dẫn khí vào và ra: D = 400 mm Chọn loại bích liền bằng kim loại đen để nối Đường kính ngoài Do = 426 (mm) Đường kính ngoài của bích :D = 535 mm Đường kính tâm bu lon:D z = 495 mm Đường kính mép vát :D l = 465 mm Đường kính Bulon d b = M20 Số bulon :z = 16 cái Chiều cao bích: h = 22 mm Khối lượng bích: m4 =  π ( 0,535 2 − 0,426 2 ) × 0,022 × 7930 = 14,35 (kg) 4 Tính tổng khối lượng bích: mb = 4. m1 + 2.m2 + 2.m3 + 4.m4 = 236.97 (kg) Vậy: - 47 - Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ Khối lượng tổng cộng của thp: ∑m = 4247,26 ( kg ) Tải trọng toàn tháp: G = ∑ m × g = 4247,26 × 9.81 = 41665,62 ( N ) Ta chọn chân đỡ gồm 3 chân → Tải trọng trên một chân: 41665.62 3 = 13888.54 ( N ) Theo bảng XIII.35 –trang 437- Sổ tay quá trình thiết bị và hóa chất tập 2 Bề mặt đỡ : 713.13*104 m2 Tải trọng cho php trn mặt đỡ: 0.384*106 N/m2 Cc thơng số về chn đỡ được trình by ở bảng sau: L B B1 B2 H h S l d 167 15 79 24 mm 220 158 188 257 314 III.4.4.7. Tai treo: Tính toán tương tự chân đỡ → tải trọng trên một tai treo là 20832.81 N Vật liệu: thép CT3 → Theo bảng XIII.36 trang 438- Sổ tay quá trình thiết bị và hóa chất tập 2 Tải trọng Bề mặt cho php đ F.104, trn một m2 tai treo G.10-4, N 2.083 149.78 7 Tải trọng cho php ln bề mặt đỡ q.10-6 N/m2 L 1.35 140 B B1 H S l a d Khối lượng tai treo, kg 8 56 20 28 3.068 mm 11 0 11 9 200 III.4.5. TÍNH BƠM- QUẠT –ỐNG KHÓI: III.4.5.1. Bơm: . Dựa vào đặc tính quá trình có áp suất không cao nên bơm ta chọn là bơm ly tâm. Hơn nữa bơm ly tâm là loại bơm được sử dụng rộng rãi hiện nay trong nhiều ngành công nghiệp hóa chất do tích chất có nhiều ưu điểm của nó. - 48 - Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ Theo trang 493- Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất - Tập 1, công suất của bơm được tính như sau: N= Q × H × ρ × g 0.00447 × 20 × 984.35 × 9.81 1.1025 = = 1.1025 ( kW ) = = 1.47 ( Hp ) 1000 × η 1000 × 0.783 0.746 Trong đó: Q: lưu lượng lỏng đầu vào thiết bị, Q = Ld =4.4 kg/s = 0.00447m3/s H: Chiều cao cột áp của bơm. Ta lấy H ≈ 20 mH20 η: hiệu suất của bơm Theo bảng II.32 trang 439- Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất - Tập 1,ta chọn Hiệu suất một số loại bơm η0 Bơm pittông η tl η ck 0.8 – 0.94 0.9 – 0.95 Bơm ly tâm 0.85 – 0.96 0.8 – 0.85 0.95 – 0.96 Bơm xoáy tốc > 0.8 > 0.7 > 0.9 Bơm răng khía 0.7 – 0.9 Ta có: η = η 0 × η tl × η ck = 0.95 × 0.85 × 0.96 = 0.783 Hệ số dự trữ β Nđc β 50 1.1 (theo II.33 ) Chọn hệ số dự trữ β = 1.4 Công suất bôm: N b = β × N = 1.4 × 1.47 = 2.058 ( kW ) = → Chọn bôm có công suất 3Hp III.4.5.2 Quạt: Công suất quạt: N = Q × ∆P η tr × η q × 1000 - 49 - 2.058 = 2.758 ( Hp ) 0.746 Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ Q: lưu lượng khí đầu vào thiết bị, Q = 1.668m3/s=6000m3/h Vớ ∆P: Trở lực toàn phần của thiết bị, ∆P = 5195 N/m2 η: hiệu suất của quạt ηtr = 1 lắp trực tiếp với trục động cơ điện ηq : tra theo đồ thị đặc tuyến của quạt ly tâm → ηq = 0.535 →N= 6000 × 5195 = 16.183( kW ) 3600 × 1 × 0.535 × 1000 Công suất thực tế phải tính thêm hệ số dự trữ β , ta chọn β =1.1 → Công suất thực tế của quạt N = 1.1 x 16.183= 17.8 (kW) = 23.86(Hp) → Chọn quạt có công suất 24Hp. III.4.5.3. Ong khói: - Đường kính ống khói: Chọn vận tốc khí trong ống khói v = 12 m/s D= Qra 5987 = = 0.42( m ) 0.785 × v 3600 × 0.785 × 12 Vôùi Qra=1.7828/1.072*3600=5987(m3/h) Chiều cao ống khói: Ta có ∆T = 40 - 30 = 100C : hiệu số giữa nhiệt độ khí thải và nhiệt độ khí quyển. → Đây là nguồn nóng. → Chiều cao ống khói tối thiểu bảo đảm nồng độ trong khí quyển sát mặt đất bằng giới hạn cho phép được xác định như sau: H= A× M × F × m× n 3 N × (Ccf − Cnen ) ∆T × L Với: A = 200 : Hệ số phụ thuộc sự phân bố nhiệt độ theo chiều cao khí quyển, được chọn cho điều kiện khí tượng nguy hiểm,đối với phần lớn các địa phương ở Việt Nam. Cnền=0 (xem như nơi xây dựng nhà máy là nơi địa hình trống trải chưa có thêm nhà máy nào khác) Ccp = 300 mg/m3 : Tiu chuẩn thải SO2 M = Gc = 1.7828(kg/s) =1.7828x103(g/s): Tải lượng ơ nhiễm - 50 - Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ L = 5987 m3/h = 1.663 m3/s : Lưu lượng khí thải N: số nguồn thải. N=1 F: Hệ số vô thứ nguyên tính đến vận tốc lắng chất ô nhiễm trong khí quyển. Đối với chất ô nhiễm ở thể khí F = 1 m, n : các hệ số vô thứ nguyên tính đến điều kiện thoát khí thải từ cổ ống khói. Giả sử chọn m × n = 1 H= A× M × F × m× n 3 N × = (C cf − C nen ) ∆T × L 200 × 1.7828 × 10 3 × 1 × 1 3 1 × = 21.578(m) (300 − 0) 10 × 1.663 Chọn H = 22m m, n được xác định theo công thức 10 3 × ω 02 × D 10 3 × 12 2 × 0.42 f = = = 14.5 < 100 H 2 × ∆T 22 2 × 10 ( = (0.67 + 0.1 × → m = 0.67 + 0.1 × f + 0.34 × 3 f ) −1 14.5 + 0.34 × 3 14.5 = 0.532 ) −1 L × ∆T 5987 × 10 = 0.65 × 3 = 0.592 H 3600 × 22 → 0.5 < Vm < 2 Vm = 0.65 × 3 → n = 3 − (Vm − 0.3)(4.36 − Vm ) = 1.95 Tính lại H với m, n mới tìm được → H= 200 × 1.7828 × 10 3 × 1 × 0.532 × 1.95 Kiểm tra lại: (300 − 0) × 3 1.663 × 10 = 21.97 ( m ) 22 − 21.97 = 0.00136 = 0.136% < 5% 22 Vậy chọn chiều cao ống khói là 22m - 51 - Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ CHƯƠNG IV: TÍNH GIÁ THÀNH THÁP HẤP THU Vật liệu Thn thp Loại Số lượng (kg) Thp X18H10T Đơn gi Thnh tiền (Ngàn đồng) 1348,24(kg) 60 81000 106 + 106 = 212(kg) 60 13 dy 8mm Đy v nắp Thp X18H10T dy 8mm Bộ phận phn phối lỏng Thp X18H10T 2000 2000 Bộ phận đỡ đệm Thp X18H10T 1000 1000 1000 1000 Đĩa đục lỗ Thp X18H10T Lớp tch ẩm đệm vịng sứ rasig 0.34 m3 6000/m3 2040 Vật liệu đệm vịng sứ rasig (25x25x3) 3,16 m3 6000/m3 19000 236,97(kg) 40 9480 Bích Chn đỡ Thp CT3 66(kg) 12 792 Tai treo Thp CT3 4(kg) 12 48 Đường ống dẫn khí Thp X18H10T 1m 3950 đ/m 3950 Đường ống dẫn lỏng Nhựa PVC 10m 80đ/m 800 600 600 Van – lưu lượng kế - 52 - Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ Cửa thăm Bulơng Dng bích ghp thn với nắp . Bích cĩ 28 bulơng. Bulơng cho cc bích nối ống dẫn với thiết bị: 32 bulơng 500 500 Thn – nắp 1,5đ/con 67,6 Thiết bị phụ 0,8đ/ con My bơm nước 2 x 3Hp 700đ/Hp 2100 Quạt - động cơ 24Hp 600đ/Hp 14400 Vậy chi phí vật liệu = 152 triệu Chi phí phụ khác=10% chi phí vật liệu=15,2 triệu Tổng chi phí vật liệu = 152 triệu+15,2 triệu=167,2 triệu Chi phí chế tạo và lắp đặt bằng với tổng chi phí vật liệu=167,2 triệu Chi phí nhn cơng bằng 30% chi phí lắp đặt=50,16 triệu → Tống chi phí = 384,56 triệu - 53 - Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ CHƯƠNG V: KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ Khí SO2 là loại khí thải có ảnh hưởng đến sức khoẻ con người, phát sinh rất nhiều trong các hoạt động sản xuất công nghiệp, do đó có thể áp dụng công nghệ xử lý khí SO 2 theo phương pháp hấp thu bằng tháp đệm trong nhiều lĩnh vực khác ngoài công nghệ đốt. Thiết kế tháp đệm hấp thu khí SO2 đã giúp giải quyết được vấn đề khí thải từ lò đốt theo công nghệ nhiệt phân - đang được ứng dụng khá phổ biến trên thế giới. Việc thiết kế tháp đệm hấp thu khí thải có thể cho ta hiệu suất xử lý lên đến 85 – 90%. Những ưu điểm khi chọn phương pháp xử lý bằng tháp đệm với dung dịch hấp thu sữa vôi Ca(OH)2 là công nghệ và thiết bị đơn giản, dễ vận hành, giá thành không cao so với các thiết bị xử lý khác. Hấp thu bằng dung dịch Ca(OH) 2 ngoài khả năng xử lý khí SO 2 ta có thể ứng dụng để xử lý các khí có nguồn gốc acid khác như: HCl, HF … Do đó sẽ mở rộng được phạm vi ứng dụng của đề tài. MỤC LỤC - 54 - Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ Chương I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ KHÍ SO2 I.1. TỔNG QUAN VỀ KHÍ SO2 1 1 I.1.1.Tình hình phát sinh chất ô nhiễm trong nhà máy phát điện 1 I.1.2.Tổng quan về khí SO2 I.1.2.1.Tính chất của khí SO2. I.1.2.2.Ảnh hưởng sinh lý của SO2. I.1.2.3.Các triệu chứng nhiễm độc SO2. I.1.2.4.Phạm vi gây nhiễm độc của SO2 3 3 3 3 4 I.2. CƠ SỞ LÍ THUYẾT CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ I.2.1. Sơ lược về phương pháp hấp thụ ( Absorption method) I.2.2. Sơ lược về phương pháp hấp phụ( Absorption method) I.2.3. Đại cương về phương pháp đốt (Incineration Method) 5 5 5 6 I.3. LỰA CHỌN THIẾT BỊ I.3.1. Tháp phun rỗng I.3.2. Tháp rửa khí có đệm I.3.3. Thiết bị lọc bụi kiểu sủi bọt 8 8 I.4. MỘT SỐ CÔNG NGHỆ XỬ LÍ KHÍ SO2 BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ I.4.1. Hấp thụ khí SO2 bằng nước I.4.2. Xử lý khí SO2 bằng sữa vôi ( Ca(OH)2 ) 10 I.4.3. Xử lý khí SO2 bằng amoniac I.4.3.1. Xử lý SO2 bằng amoniac có chưng áp I.4.3.2. Xử lý khí SO2 bằng amoniac và vôi 13 14 14 I.4.4. Xử lý khí SO2 bằng magie oxit (MgO) I.4.4.1. Phương pháp magie oxit “kết tinh” theo chu trình I.4.4.2. Phương pháp magie oxit “không kết tinh” I.4.4.3. Phương pháp magie oxit sủi bọt I.4.4.4. Phương pháp magie oxit kết hợp với potas (kali cacbonat) 15 15 16 17 17 I.4.5. Xử lý khí SO2 bằng kẽm oxit ZnO I.4.5.1. Phương pháp kẽm oxit đơn thuần I.4.5.2. Phương pháp kẽm oxit kết hợp với natri sunfit 18 18 18 I.4.6. Xử lý khí SO2 bằng các chất hấp thụ hữu cơ 19 Chương II: ĐỀ XUẤT VÀ THUYẾT MINH QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ - 55 - 20 Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ II.1. YÊU CẦU THIẾT KẾ 20 II.2. ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 20 II.3. THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ 22 Chương III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THÁP HẤP THU SO2 23 III.1. TÍNH TOÁN CÁC DÒNG VẬT CHẤT - ĐƯỜNG CÂN BẰNG PHA 23 III.1.1. Xác định các dòng vật chất 23 III.1.2.Xác định suất lượng Ca(OH)2 cho quá trình hấp thu - Đường cân bằng pha 25 III.2. XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA THÁP HẤP THU III.2.1.Xác định đường kính tháp hấp thu III.2.2.Xác định chiều cao lớp đệm 28 28 31 III.2.2.1.Xác định số đơn vị truyền khối 31 III.2.2.2.Xác định chiều cao tương đương 1 đơn vị truyền khối 34 III.3. TÍNH TRỞ LỰC III.3.1 39 Tổn thất áp suất đệm khô ∆pk 39 III.3.2 Sức cản thủy lực của tháp đệm đối với hệ khí –lỏng và hơi -lỏng ở điểm đảo pha: III.3.2 Sức cản thủy lực của tháp đệm đối với hệ khí –lỏng 40 và hơi -lỏng ở điểm đảo pha III.3.3 Trở lực của tháp 40 III.4. TÍNH TOÁN CƠ KHÍ 40 III.4.1. Tính bề dày thân tháp 41 III.4.2. Tính đáy và nắp 43 III.4.2.1 .Tính đường ống dẫn khí 44 III.4.2.2. Tính đường ống dẫn lỏng 44 III.4.3. Tính bích 45 III.4.4.Tính các thiết bị phụ khác 46 III.4.4.1. ống tháo đệm 46 - 56 - Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ III.4.4.2. Lưới đỡ đệm 46 III.4.4.3. Bộ phận phân phối lỏng 47 III.4.4.4. Ong nhập liệu 47 III.4.4.5. Lớp tách ẩm 47 III.4.4.6. Chân đỡ 47 III.4.4.7. Tai treo 52 III.4.5. TÍNH BƠM- QUẠT –ỐNG KHÓI 52 III.4.5.1. Bơm 52 III.4.5.2 Quạt 53 III.4.5.3. Ong khói 54 CHƯƠNG IV: TÍNH GIÁ THÀNH THÁP HẤP THU CHƯƠNG V: KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ 56 58 TI LIỆU THAM KHẢO [1] Kỹ thuật xử lý khí thải công nghiệp, Phạm Văn Bôn, Trường đại học Bách Khoa Tp.HCM [2] Kỹ thuật thông gió,Trường Đại học Xây dựng - Trần Ngọc Chấn NXB Xây dựng [3] Luận văn nghiên cứu xử lí khí thải của công nghiệp chế biến hạt điều bằng phương pháp đốt – Nguyễn Quốc Hùng. - 57 - Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ [4] Luận án cao học-Nghiên cứu thực nghiệm khả năng giảm thiểu SO2 trong quá trình đốt dầu bằng phụ gia tự điều chế – Nguyễn Thành Vinh. [5] Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải - Tập 1, 3, Trần Ngọc Chấn, NXB Khoa học và Kỹ thuật. [6] Quá trình và thiết bị trong công nghiệp hoá học – Truyền khối - Tập 3,Vũ Bá Minh , Trường đại học Bách Khoa TP.HCM. [7] Quá trình và thiết bị trong công nghiệp hoá học – Ví dụ và bài tập - Tập 10,Phạm Văn Bôn – Vũ Bá Minh – Hoàng Minh Nam ,Trường đại học Bách Khoa TP.HCM. [8] Quá trình và thiết bị trong công nghiệp hoá học – Kỹ thuật xử lý chất thải công nghiệp Tập 13, Nguyễn Văn Phước, Trường đại học Bách Khoa TP.HCM [9] Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất - Tập 1,Bộ môn quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất (khoa Hoá, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội,) Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật. [10] Thiết kế và tính toán các chi tiết thiết bị hoá chất,Hồ Lê Viên. [11] Thông gió và kĩ thuật xử lý khí thải – Nguyễn Duy Động. TIÊU CHUẨN VIỆT NAM TCVN 5939-1995 CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ TIÊU CHUẨN KHÍ THẢI CÔNG NGHIỆP ĐỐI VỚI BỤI VÀ CÁC CHẤT VÔ CƠ Air quality Industrial emission standards - Inorganic substances and dusts 1. 1.1. PHẠM VI ÁP DỤNG: Tiêu chuẩn này quy định giá trị nồng độ tối đa của các chất vô cơ và bụi trong khí thải công nghiệp (tính bằng mg/m3 khí thải) khi thải vào không khí xung quanh. Khí thải công nghiệp nói trong tiêu chuẩn này là khí và khí có chứa bụi do các qúa trình sản xuất, kinh doanh, dịch vụ và các hoạt động khác tạo ra. 1.2. Tiêu chuẩn này áp dụng để kiểm soát nồng độ các chất vô cơ và bụi trong thành phần khí thải công nghiệp trước khi thải vào không khí xung quanh. 2. 2.1. GIÁ TRỊ GIỚI HẠN Danh mục và giá trị giới hạn nồng độ của các chất vô cơ và bụi trong khí thải công nghiệp khi xả vào khí quyển phài phù hợp với quy định trong Bảng 1. 2.2. Giá trị giới hạn ở cột A áp dụng cho các cơ sở đang hoạt động. Giá trị giới hạn ở cột B áp dụng cho tất cả các cơ sở kể từ ngày cơ quan quản lý môi trường quy định. - 58 - Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ 2.3. Đối với khí thải của một số hoạt động sản xuất, kinh doanh, dịch vụ đặc thù, khi thải vào khí quyển phải theo quy định ở các tiêu chuẩn riêng. Bảng 1: Giới hạn tối đa cho phép của bụi và các chất vô cơ trong khí thải công nghiệp (mg/m3) GIÁ TRỊ GIỚI HẠN TT THÔNG SỐ A B 1 Bụi khói: -nấu kim loại 400 200 -bê tông nhựa 500 200 -xi măng 400 100 -các nguồn khác 600 400 2 Bụi: -chứa silic 100 50 -chứa amiăng Không Không 3 Antimon 40 25 4 Asen 30 10 5 Cadmi 20 1 6 Chì 30 10 7 Đồng 150 20 8 Kẽm 150 30 9 Clo 250 20 10 HCL 500 200 11 Flo, axit HF ( các nguồn) 100 10 12 H2S 6 2 13 CO 1500 500 14 SO2 1500 500 15 NOX (các nguồn) 2500 1000 16 NOX (cơ sở sản xuất axit) 4000 1000 17 H2SO4 (các nguồn) 300 35 18 HNO3 2000 70 19 Amoniac 300 100 - 59 - Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ TIÊU CHUẨN VIỆT NAM TCVN 5937-1995 CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ TIÊU CHUẨN CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ XUNG QUANH Air quality_Ambient air quality standards 1. 1.1. PHẠM VI ÁP DỤNG: Tiêu chuẩn này quy định giá trị giới hạn các thông số cơ bản ( bao gồm bụi lơ lửng, CO, NO2, SO2, O3 và chì) trong không khí xung quanh. 1.2. Tiêu chuẩn này áp dụng để đánh giá mức chất lượng không khí xung quanh và giám sát tình trạng ô nhiễm không khí. 2. GIÁ TRỊ GIỚI HẠN: Giá trị giới hạn các thông số cơ bản trong không khí xung quanh cho trong Bảng 1. Bảng 1: Giá trị giới hạn thông số cơ bản trong không khí xung quanh (mg/m3) TT THÔNG SỐ 1 2 3 4 5 6 CO NO2 SO2 Pb O3 Bụi lơ lửng TRUNG BÌNH 1 GIỜ 40 ∗ 0,4 ∗ 0,5 ∗_ ∗ 0,2 ∗ 0,3 TRUNG BÌNH 8 GIỜ 10 _ _ _ _ _ TRUNG BÌNH 24 GIỜ ∗5 ∗ 0,1 ∗ 0,3 ∗ 0,005 ∗ 0,06 ∗ 0,2 ∗ Chú Thích: Phương pháp lấy mẫu, phân tích, tính toán xác định các thông số cụ thể được quy định trong các TCVN tương ứng. - 60 - Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ Bảng 1: Các chất hấp thụ cần dùng để khử các loại khí độc hại khác nhau. Khí độc hại cần khử Chất hấp thụ Oxit của nitơ: N2O3, NO2, Dung dịch nước và chất huyền phù: NaOH, Na2CO3, N2O5 NaHCO3, KOH, K2CO3, KHCO3, Ca(OH)2, CaCO3, Mg(OH)2, MgCO3,Ba(OH)2, BaCO3, NH4HCO3 Nitơ oxit NO Dung dịch FeO2, FeSO4, Na2SO3, Na2S2O3, NaHCO3, NaHSO3 Sunfua đioxit SO2 Nước, dung dịch nước: NaSO3 (18-25%),NH4OH(515%), Ca(OH)2,Na2CO3(15-20%),NaOH(1525%),KOH,(NH4)2SO3 (20-25%),ZnSO3,K2CO3,CaCO3, MgO, ZnO, dung dịch xiliđin-nước 1:1, (CH3)2C6H3NH2 – nước, đimetylanilin C6H5N(CH3)2 Đihyđro sunfua H2S Dung dịch nước Na2CO3+ Na3AsO4(NaHAsO3), dung dịch nước AsO3 (8-10g/l) + NH3(1,2-1,5g/l) + (NH4)3AsO3(3,5-6g/l), dung dịch monoetanolamin(1015%), dung dịch K3PO4(40-50%), NH4OH, K2CO3, Na2CO3, CaCN2 Cacbon oxit CO Nitơ lỏng ,dung dịch [Cu(NH3)2}n, COCH Cacbon dioxit CO2 Dung dịch nước Na2CO3, K2CO3, NH4OH, NaOH, KOH,Ca(OH)2, etanolamin RNH2, R2NH4 Clo Cl2 Dung dịch NaOH, Na2CO3, Na2S2O3, KOH,Ca(OH)2, CO4. Hơi, sương HCl Nước,dung dịch NaOH, Na2CO3, K2CO3, KOH,Ca(OH)2 Hợp chất flo: HF, SiF4 Nước,dung dịch NaOH, Na2CO3,Ca(OH)2 - 61 - [...]... = 57 + 273 = 3300K M SO2 , M tr phân tử gam của SO2 và không khí PSO2 áp suất riêng phần của SO2 trong 1m3 hỗn hợp khí PSO2 = n SO2 d 22,4 Cy (57 + 273) 3,34 g / m 3 với n SO2 = = = 0,052 (mol ) 273 M SO2 64 1000 Với [ SO2 ] d là nồng độ SO2 ban đầu : [ SO2 ] d =1413ppm ⇒ Đổi ra µ g/m : 3 [ SO2 ] d 1413.1000.M SO2 1413.1000.64 P T 1 57 + 273 = = = 22,4 O 1 22,4 P1 TO 1 273 3.34g/m3 Suy ra PSO2 =... làm nguội dung dịch bằng các thiết bị trao đổi nhiệt 1 khí sạch đi ra khỏi tháp hấp thụ có chứa hơi xylidin cần cho qua scrubơ 4 để thu hồi hơi xylidin bằng axit sunfuric loãng - 17 - Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ Chương II: ĐỀ XUẤT VÀ THUYẾT MINH QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ II.1 YÊU CẦU THIẾT KẾ: Thiết kế tháp đệm sử dụng dung dịch Ca(OH)2 hấp thu khí thải SO2 từ nhà máy phát điện - Lưu... Ca) log PSO2 = 3,58 +1 ,87log [ SO2] + 2,24x10-2T – 1960/T * Với T =40oC= : nhiệt độ làm việc của tháp (nhiệt độ khí 57oC,nhiệt độ nước 23oC) * PSO : áp suất riêng phần của khí SO2 trong pha khí 2 [SO2] : nồng độ SO2 trong pha lỏng Mà Y = * PSO 2 * P − PSO 2 X = [ SO2 ] M hhkhí ρ hhkhí ρ hhkhi = ρ ytb =  với y tb = ρ ytb = [y tb ] M SO2 + (1 − y tb ) M kk 273 22,4.(273 + t ) y d + y c 0,001413 + 0,00021172... :Phương trình đường làm việc: Y=0,9185X + 0,21176.10-3 Phương trình đường cân bằng: log PSO2 = 3,58 +1 ,87log [ SO2] + 2,24x10-2T – 1960/T * Với T =40oC= : nhiệt độ làm việc của tháp( nhiệt độ khí 57oC ,nhiệt độ nước 23oC) * PSO : áp suất riêng phần của khí SO2 trong pha khí 2 [SO2] : nồng độ SO2 trong pha lỏng Ma# Y = * PSO 2 P−P * SO2 X = [ SO2 ] Từ các số liệu trong bảng ta dựng được đồ thị: - 30 - M... trung bình như sau: m= m1 + m2 +  + mn n m1, m2, …, mn là các hệ số góc của đường cân bằng n : số khoảng chia - 31 - Ket-noi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ Theo hình ta tìm được: m1= 0.2425 m2= 0.4167 m3= 0.5802 m4= 0.7369 m5= 0.8890 m6= 1.0374 m7= 1.1829 m8= 1.3260 m9= 1.4670 m10= 1.6063 (0.2425 + 0.4167 + 0.5802 + 0.7369 + 0.8890 + 1.0374 + 1.1829 + 1.3260 + 1.4670 + 1.6063) 10 → m = 0.9485... thiết bị trao đổi nhiệt( làm nguội) 2,3- tháp hấp thụ 4,7- scrubơ 5- tháp bốc hơi 6- bể lắng Khí thải sơ bộ được làm nguội và lọc sạch bụi trong thiết bị lọc bằng điện, sau đó cho qua các tháp hấp thụ 2 và 3 đặt nối tiếp nhau Các tháp hấp thụ được tưới hỗn hợp xylidin-nước theo sơ đồ chuyển động ngược chiều của dòng khí và dung dịch hấp thụ Trong quá trình hấp thụ SO2 bằng xilidin có tỏa ra một lượng nhiệt... xử lý khí SO2 bằng sữa vôi là công nghệ đơn giản, chi phí đầu tư ban đầu không lớn, 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 I.4.3 Xử lý khí SO2 bằng amoniac Hình I.6 Sơ đồ hệ thống xử lí SO2 bằng amoniac 1- scrubơ 2,4- thiết bị làm nguội 3- tháp hấp thụ nhiều tầng 5- tháp hoàn nguyên 6- tháp bốc hơi 7- tháp kết tinh... chọn là loại thép hợp kim đặc biệt thu c nhóm thép không gỉ, chúng có tính chống ăn mòn cao trong điều kiện làm việc của thiết bị Thiết bị xử ly: tháp hấp thu làm bằng vật liệu thép không gỉ với lớp đệm vòng sứ do: o Có khả năng chịu đựng môi trường hoá chất và nhiệt độ cao o Lớp đệm có tác dụng tăng diện tích và thời gian tiếp xúc giữa 2 pha khí - lỏng để quá trình hấp thu xảy ra triệt để hơn Bố trí chuyển... tán SO2 còn lại trong hỗn hợp khí ở đầu ra: c d G SO = G SO − M = 5,56.10 −3 − 4,726.10 −3 = 0,834.10 −3 (kg / s ) 2 2 Lưư lượng khí đầu ra: c Gc = G SO + Gtrd = 0,834.10 −3 + 1,782 = 1,7828(kg / s ) 2 Lưu lượng Ca(OH)2 đầu vào: Ld = L = 213,21 × (40 + 17 × 2) = 4,40 (kg/s) 3600 Lưu lượng Ca(OH)2 đầu ra: Lc = Ld + M = 4,40 + 4,726.10-3 = 4,404 (kg/s) III.2 XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA THÁP HẤP THU: ... đưa qua thiết bị giải nhiệt để làm hạ nhiệt độ xuống Khí thải một phần đã được làm sạch, dùng quạt thổi khí vào tháp đệm từ dưới lên Dung dịch hấp thu được hệ thống ống dẫn bơm lên phần trên thân trụ và được đĩa phân phối tưới đều lên lớp vật liệu đệm Dòng khí đi từ dưới lên, dòng lỏng từ trên xuống qua lớp đệm, cả hai tiếp xúc nhau và xảy ra quá trình hấp thụ Dung dịch SO2 lắng xuống đáy tháp và được ... = 57 + 273 = 3300K M SO2 , M tr phõn t gam ca SO2 v khụng khớ PSO2 ỏp sut riờng phn ca SO2 1m3 hn hp khớ PSO2 = n SO2 d 22,4 Cy (57 + 273) 3,34 g / m vi n SO2 = = = 0,052 (mol ) 273 M SO2 64... CễNG NGH X L KH SO2 BNG PHNG PHP HP TH: I.4.1 Hp th khớ SO2 bng nc: Qỳa trỡnh hp th SO2 bng nc: SO2 + H2O H+ + HSO3Hp th khớ SO2 bng nc l phng phỏp n gin c ỏp dng sm nht loi b khớ SO2 khớ thi,... SO2 pha khớ [SO2] : nng SO2 pha lng M Y = * PSO * P PSO X = [ SO2 ] M hhkhớ hhkhớ hhkhi = ytb = vi y tb = ytb = [y tb ] M SO2 + (1 y tb ) M kk 273 22,4.(273 + t ) y d + y c 0,001413 +