ĐỒ ÁN KHÍ THẢI Chương : Giới thiệu 1.1 Mở đầu Ngày nay, song song với kinh tế phát triển xã hội văn minh, khoa học kỹ thuật đại nâng sống người lên mức tiện nghi, thoải mái Nhưng điều mà người khơng ngờ đến để đáp ứng nhu cầu sống, khai thác q mức tài ngun thiên nhiên kết tiến khoa học kỹ thuật dao hai lưỡi, vừa làm cho sống thêm phần tiện nghi vừa làm cho mơi trường xuống cấp đến mức báo động Những nhà máy, xí nghiệp, bệnh viện … thải cột khói, bụi, nước thải chứa đầy chất nhiễm như:SO 2, NOx, CO… đe doạ đến sống người hệ sinh thái tự nhiên Chính xử lý tác nhân nhiễm SO để có bầu khơng khí ta thở hàng ngày lành hơn, giảm bệnh đường hơ hấp, sảng khối tinh thần làm việc hiệu vấn đề quan tâm 1.2 Tổng quan khí S02 Lưu huỳnh dioxit (SO2) chất nhiễm phổ biến sản xuất cơng nghiệp hoạt động người Nguồn phát thải chủ yếu từ trung tâm nhiệt điện, từ lò nung, lò khí đốt nhiên liệu than, dầu khí đốt có chứa S hay hợp chất có chứa S Ngồi ra, số cơng đoạn cơng nghiệp hóa chất, luyện kim thải vào khí lượng SO2 đáng kể Trên giới hàng năm tiêu thụ đến tỷ than đá loại gần tỷ dầu mỏ Khi thành phần lưu huỳnh nhiên liệutrung bình chiếm 1% lượng SO2 thải vào khí 60 triệu / năm Đó chưa kể lượng SO2 thải từ ngành cơng nghiệp khác.Vấn đề nhiễm khí khí SO2 từ lâu trở thành mối hiểm họa nhiều quốc gia nước phát triển giới Chính lý nêu trên, cơng nghệ xử lý lưu huỳnh dioxit khí thải cơng nghiệp nghiên cứu sớm phát triển mạnh mẽ Ngồi tác dụng làm khí bảo vệ mơi trường, xử lý SO2 có ý nghĩa kinh tế to lớn SO2 thu hồi từ khí thải nguồn cung cấp ngun liệu cho nhà máy sản xuất axit sunfuaric (H2SO4) lưu huỳnh ngun chất.Với tầm quan trọng nêu trên, vấn đề xử lý SO2 quan tâm lựa chọn phương pháp để thực 1.2.1 Đặc điểm khí SO2 SVTH : Trần Thanh Thu Trúc MSSV : 080499B ĐỒ ÁN KHÍ THẢI Lưu huỳnh dioxit (SO2) chất chủ yếu gây nhiễm mơi trường Nó sinh đốt cháy nhiên liệu hóa thạch (than dầu khí đốt), vào bầu khí ngun nhân gây mưa axit Mưa axit tàn phá nhiều rừng cây, cơng trình kiến trúc đá kim loại, biến đất đai trồng trọt thành vùng hoang mạc Khơng khí chứa SO gây hại cho sức khỏe người (gây viêm phổi, mắt, da ) SO2 chất khí khơng màu, mùi kích thích mạnh, dễ hóa lỏng, dễ hòa tan nước với nồng độ thấp ( điều kiện bình thường thể tích nước hòa tan với 40 thể tích SO2 SO2 có nhiệt độ nóng chảy -750C nhiệt độ sơi -100C SO2 bền nhiệt (∆H0tt = - 296,9 kJ/ mol ) Khí SO2 chất khí nhiễm điển hình SO2có khả hòa tan nước cao khí gây nhiễm khác nên dễ phản ứng với quan hơ hấp người động vật 1.2.2 Tác hại khí SO2 Khí SO2 khí độc hại khơng sức khỏe người, động thực vật mà tác động lên vật liệu xây dựng, cơng trình kiến trúc,làm thiệt hại mùa màng, nhiễm độc trồng Đối với sức khỏe người Độc tính chung SO2 thể rối loạn chuyển hóa protein đường, thiếu vitamin B C, ức chế enzyme oxydaza Khi hàm lượng thấp, SO2 sưng niêm mạc Khi liều lượng cao ( > 0,5mg/m3) SO2 gây tức thở, ho, viêm lt đường hơ hấp Nếu hít phải SO2 nồng độ cao gây tử vong SO2 xâm nhập vào thể người qua quan hơ hấp quan tiêu hóa sau hòa tan nước bot Và cuối chúng xâm nhập vào hệ tuần hồn Khi tiếp xúc với bụi, SO2 tạo hạt axitnhỏ, hạt xâm nhập vào các tuyến huyết mạch kích thước chúng nhỏ – µm SO2 xâm nhập vào thể người qua da gây chuyển đổi hóa học, kết hàm lượng kiềm máu giảm, ammoniac bị qua đường tiểu có ảnhhưởng đến tuyến nước bọt Hầu hết dân củ sống quanh khu vực nhà máy khu cơng nghiệp có nồng độ SO mắc bệnh đường hơ hấp Bảng : Liều lượng gây độc mgSO2/m3 Tác hại 20 - 30 Giới hạn gây độc tính SVTH : Trần Thanh Thu Trúc MSSV : 080499B ĐỒ ÁN KHÍ THẢI 50 Kích thích đường hơ hấp, ho 130 – 260 Liều nguy hiểm sau hít thở( 30 – 60 phút) 1000 – 1300 Liều gây chết nhanh (30 – 60 phút) Đối với thực vật Khí SO2 khí gặp chất oxy hóa tác động nhiệt độ, ánh sáng chúng chuyển thành SO3 Khi gặp nước SO3+ H2O = H2SO4 ngun nhân gây nên mưa axit gây thiệt hại lớn, ảnh hưởng xấu đến phát triển thực vật Khi tiếp xúc với mơi trường có chứa hàm lượng SO2 từ – ppm vài gây thương tổn Đối với loại thực vật nhạy cảm nấm, địa y, hàm lượng 0,15 – 0,3 ppm gây độc tính cấp Bảng : Nồng độ gây độc Nồng độ ppm Tác hại 0,03 Ảnh hưởng đến sinh trưởng rau 0,15 – 0,3 Gây độc kinh niên 1-2 Chấn thương sau vài tiếp xúc Đối với mơi trường Sự có mặt SO2 khơng khí ẩm tác nhân gây ăn mòn kim loại, bê tơng cơng trình kiến trúc SO2 làm hư hỏng, làm thayđổi tính vật lý, làm thay đổi màu sắc vật liệu xây dựng đá vơiđá hoa cương, đá cẩm thạch, phá hoại tác phẩm điêu khắc, tượng đài Sắt, thép kim loại khác mơi trường khí ẩm, nóng bị nhiễm SO2 bị gỉ nhanh SO2 làm hư hỏng giảm tuổi thọ sản phẩm vải, nylon, tơ nhân tạo, đồ da giấy SO2 bị oxy hóa ngồi khơng khí phản ứng với nước mưa tạo thành axit sufurit hay muối sufate gây tượng mưa axit, ảnh hưởng xấu đến mơi trường Các tác hại mưa axit:  Nước hồ bị axit hóa : mưa axit rơi mặt đất rửa trơi chất dinh dưỡng mặt đất mang kim loại độc hại xuống ao hồ, gây nhiễm nguồn SVTH : Trần Thanh Thu Trúc MSSV : 080499B ĐỒ ÁN KHÍ THẢI nước hồ, phá hỏng thức ăn, đe dọa sinh tồn phát triển sinh vật khác nước  Rừng bị hủy diệt sản lượng nơng nghiệp giảm : mưa axit làm tổn thương la cây, gây trở ngại q trình quang hợp, làm cho bị vàng rơi rụng, làm giảm độ màu mỡ đất cản trở sinh trưởng cối Chương : TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ 2.1 Khái niệm Hấp thu q trình xảy cấu tử pha khí khuếch tán vào pha lỏng tiếp xúc hai pha khí lỏng Nếu q trình xảy ngược lại, nghĩa cần truyền vật chất từ pha lỏng vào pha khí, ta có q trình nhả khí Ngun lý hai q trình giống Q trình hấp thu tách bỏ hay nhiều chất nhiễm khỏi dòng khí thải(pha khí) cách xử lý với chất lỏng (pha lỏng) Khi hỗn hợp khí cho tiếp xúc với chất lỏng nhằm mục đích hòa tan chọn lựa hay nhiều cấu tử hỗn hợp khí để tạo nên dung dịch cấu tử chất lỏng - Khí hấp thụ gọi chất bị hấp thu Chất lỏng dùng để hấp thu gọi dung mơi(chất hấp thụ) Khí khơng bị hấp thụ gọi khí trơ 2.2 Các phương pháp hấp thu dùng để xử lý SO2 Để hấp thu khí SO2 sử dụng nước, dung dịch huyền phù muối kim loại kiềm kiềm pha 2.2.1 Hấp thu nước Q trình xảy theo sơ đồ phản ứng:SO2+ H2↔H++ HSO3− thu nước phương pháp đơn giản áp dụng sớm để loại bỏ khí SO2trong khí thải, khói từ loại lò cơng nghiệp Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 nước gồm giai đoạn:  Hấp thụ SO2 cách phun nước vào dòng khí thải chokhí thải qua lớp vật liệu đệm ( vật liệu rỗng )cod tưới nước – scrubơ  Giải khí SO2 khỏi chất hấp thu để thu hồi SO2(nếu cần)và nước Mức độ hòa tan khí SO2 nước giảm nhiệt độ nước tăng cao, nhiệt độ nước cất vào hệ thống hấp thu khí SO2 phải đủ thấp Còn để giải khí SVTH : Trần Thanh Thu Trúc MSSV : 080499B ĐỒ ÁN KHÍ THẢI SO2 khỏi nước nhiệt độ nước phải cao Cụ thể 1000C SO2 bốc cách hồn tồn khí có lẫn nước Bằng phương pháp ngưng tụ người ta thu khí SO2với độ đậm đặc ≈100% để dùng vào mục đích sản xuất axit sunfuric Lượng nước thực tế phải lớn so với lượng nước lý thuyết nước sau khỏi thiết bị hấp thu khơng thể đạt tới mức bão hòa khí SO2 Để giải hấp thu cần phải đun nóng lượng nước lớn tức phải có nguồn cấp nhiệt cơng suất lớn Ngồi ra, để sử dụng lại nước cho q trình hấp thu phải làm nguội nước xuống gần 100C – tức phải cần đến nguồn cấp lạnh Đây vấn đề khơng đơn giản tốn kém.Từ vấn đề phương pháp hấp thu khí SO2 nước áp dụng khi:  Nồng độ ban đầu khí SO2 khí thải tương đối cao  Có sẵn nguồn cấp nhiệt (hơi nước) với giá rẻ  Có sẵn nguồn nước lạnh Hình 1.1: sơ đồ xử lý khí SO2 nước 1- tháp hấp thu; 2- tháp giải khí SO2; 3- thiết bị ngưng tụ Ưu điểm : Rẻ tiền, dễ tìm, hồn ngun Nhược điểm: SVTH : Trần Thanh Thu Trúc MSSV : 080499B ĐỒ ÁN KHÍ THẢI Do độ hòa tan khí SO2 vào nước q thấp nên phải dùng lượng nước lớn thiết bị phải tích lớn, cồng kềnh Để tách SO2 khỏi dung dịch phải nung nóng đến 1000C nên tốn nhiều lượng, chi phí nhiệt lớn 2.2.2 Hấp thu dung dịch vơi sữa Xử lý SO2bằng sữa vơi phương pháp áp dụng rộng rãi cơng nghiệp hiệu xử lý cao, ngun liệu rẻ tiền có sẵn nơi Khí SO2 thu hồi tháp rữa sữa vơi, sữa vơi có tác dụngvới SO2 theo phản ứng: SO2 + Ca(OH)2= CaSO3+ H2O Ưu điểm Cơng nghệ đơn giản, chi phí đầu tư ban đầu khơng lớn, chế tạo thiết bị vật liệu thơng thường, khơng cần đến vật liệu chống axit khơng chiếm nhiều diện tích xây dựng Nhược điểm: Đóng cặn thiết bị tạo thành CaSO4 CaSO3, gây tắc nghẽn đường ống Hình -2 : sơ đồ xử lý SO2 vơi sữa 2.2.3 Xử lý SO2 amoniac Phương pháp hấp thu khí SO2 dung dịch amoniac tạo muối amoni sunfit amoni bisunfit theo phản ứng sau : SO2 + 2NH3 + H2O (NH4)2SO3 (NH4)2SO3 + SO2 + H2O SVTH : Trần Thanh Thu Trúc MSSV : 080499B 2NH4HSO3 ĐỒ ÁN KHÍ THẢI Ưu điểm : Hiệu cao, chất hấp thu dễ tìm thu muối sunfit bisunfit sản phẩm cần thiết Nhược điểm : Tốn kém, chi phí đầu tư vận hành cao Hình 1- 3: Sơ đồ xử lý SO2bằng ammoniac 1- scrubơ; 2,4- thiết bị làm nguội; 3- tháp hấp thu nhiều tầng;5- tháp hồn ngun; 6tháp bốc hơi; 7- thùng kết tinh8- máy vắt khơ ly tâm; 9- nồi chưng áp 2.2.4 Xử lý SO2 magieoxit Phương pháp dựa phản ứng sau: MgO + SO2  MgSO3 Magie sunfit lại tác dụng tiếp với SO2 bisunfit : MgSO3+ SO2 + H2O  Mg(HSO3)2 Một phần magie sunfit tác dụng với oxy khói thải để tạo thành sunfat: SVTH : Trần Thanh Thu Trúc MSSV : 080499B ĐỒ ÁN KHÍ THẢI 2MgSO3+ O2  2MgSO4 Magie sunfat khơng có hoạt tính SO2 phản ứng oxy hóa sunfitlà khơng mong muốn Tuy nhiên nồng độ MgSO4 dung dịch làmviệc đạt 120÷160 g/l q trình oxy hóa sunfit nước ngưng lại khơng tiếp tục xảy nữa.Magie bisunfit bị trung hòa cách bổ sung thêm MgO mới: Mg(HSO3)2+ MgO  2MgSO3.+ H2O Độ hòa tan magie sunfit nước hạn chế, MgSO3 kết tủa thành tinh thể hexahydrat MgSO3.6H2O nhiệt độ 50oC hexahydrat biến thành trihydrat MgSO3.3H2O Các tinh thể tách khỏi dung dịch huyền phù, sấy khơ xử lýnhiệt nhiệt độ 800÷900oC để thu hồi MgO SO2 Magie oxit quay trở lại chu trình làm việc, SO2đậm đặc đưa sang cơng đoạn chế biến axit sunfuaric lưu huỳnh đơn chất Ưu điểm : Có thể làm khí nóng mà khơng cần làm sơ , thu axitsunfuric sản phẩm thu hồi, hiệu xử lý cao, MgO dể kiếm rẻ Nhược điểm : Quy trình cơng nghệ phức tạp, vận hành khó, chi phí cao, tổn hao MgO q nhiều 2.2.5 Xử lý SO2 kẽm oxit Phương pháp dựa phản ứng sau : SO2 + ZnO + 2,5 H20  ZnSO3 2,5 H2O ZnSO3.2,5H2O => ZnO + SO2 + 2,5H2O Ưu điểm Có thể làm khí nhiệt độ cao(200 – 2500C) Nhược điểm Có thể hình thành ZnSO4 làm cho việc tái sinh ZnO bất lợi kinh tế nên thường xun tránh tách chúng bổ sung lượng ZnO tương đương 2.2.6 Xử lý SO2 chất hấp thụ hữu SVTH : Trần Thanh Thu Trúc MSSV : 080499B ĐỒ ÁN KHÍ THẢI Q trình xử lý khí SO2 khí thải chất hữu áp dụng nhiều cơng nghiệp luyện kim màu Chất hấp thu SO2 sử dụng phổ biến amin thơm như: aniline C6H5 NH2, toluidin CH3C6H4 NH2, xylidin (CH3)2C6H3 NH2 dimetyl-anilin C6H5N(CH3)2 Thực tế cho thấy dung dịch xylidin nước có nhiều ưu điểm sử dụng để khử SO2 khói thảivới nồng độ thấp, nồng độ SO2 khói thải tương đối cao (trên 2%) dimetyl- aniline có ưu Q trình sunfidin: Khí thải sơ làm nguội lọc bụi thiết bị lọc điện, sau cho qua tháp hấp thu đặt nối tiếp Các tháp hấp thu tưới hỗn hợp xylidinnước theo sơ đồ chuyển động ngược chiều dòng khí dung dịch hấp thu Trong q trình hấp thu SO2 xylidin cótỏa lượng nhiệt đáng kể, cần làm nguội dung dịch thiết bị trao đổi nhiệt Khí khỏi tháp hấp thu có chứa xylidincần cho qua scrubơ để thu hồi xylidin axit sunfuric lỗng Q trình khử SO2 dimetylanilin – q trình ASARCO Khí thải sau lọc bụi giọt sương axit sunfuric lọc điện sucrubơ đưa vào tháp hấp thu xảy baq trình sau: -Hấp thu khí SO2 dimetyl – aniline khan -Khử SO2 lại khí dung dịch natri cacbonat lỗng để thu sunfit bisunfit natri dùng cho giai đoạn -Hấp th u di mety l ani line b ằn g a xi t sunfu ric l ỗn g thu sunfat dimetyl – anilin 2.2.7 Hấp thụ SO2 than hoạt tính Phương pháp áp dụng tốt để xử lý khói thải nhà máy nhiệt điện, nhà máy luyện kim với hiệu kinh tế đáng kể Ưu điểm : Sơ đồ hệ thống đơn giản, áp dụng cho q trình cơng nghệ có thải khí SO2 cách liên tục hay gián đoạn , cho phép làm việc với khí thải có nhiệt độ cao (trên 1000C) SVTH : Trần Thanh Thu Trúc MSSV : 080499B ĐỒ ÁN KHÍ THẢI Nhược điểm Tùy thuộc vào q trình hồn ngun, tiêu hao nhiều vật liệu hấp thụ sản phẩm thu hồi có lẫn nhiều axit sunfuric tận dụng khó khăn, phải xử lý tiếp sử dụng 2.3 Thiết bị hấp thụ SO2  Tháp đệm  Tháp sủi bọt  Thùng rửa khí rỗng (tháp phun) (thiết bị sử dụng cơng nghệ xử lý) Tháp phun có dạng trụ đặt thẳng đứng, sử dụng dựa ngun tắc tạo tiếp xúc trực tiếp chất nhiễm hạt dung dịch hấp thụ phun dạng hạt nhỏ mật độ lớn Dung dịch hấp thụ phun ngược chiều với dòng khí bốc lên, tạo hỗn loạn dòng khí Thiết bị có cấu tạo vận hành đơn giản, giá thành thấp, hiệu suất ổn định Đặc tính tháp phun Tiết diện tháp tròn hay hình chữ nhật - Dòng khí dịch thể tháp chuyển động chiều, ngược chiều cắt - Các mũi phun bố trí tầng hay nhiều tầng, đặt dọc trục thiết bị - Các tháp rửa khí rỗng hoạt động có hiệu bụi có kích thước > 10m hiệu kích thước bụi < 5m Cấu tạo: Hình trụ tròn, rỗng bên có chứa hệ thống ống dẫn phân phối khí thải dung mơi hấp thụ Vật liệu: Vỏ tháp làm thép khơng gỉ: inox 201, inox 304 thép CT3 phủ sơn cách nhiệt SVTH : Trần Thanh Thu Trúc MSSV : 080499B 10 ĐỒ ÁN KHÍ THẢI Vận hành đơn giản, giảm chi phí Chương : TÍNH TỐN Q TRÌNH HẤP THỤ SO2 u cầu : Thiết kế hệ thống xử lý SO2 thiết bị tháp hấp thụ(tháp rửa khí rỗng) Nguồn khói thải có thơng số sau : - Lưu lượng khí : 12700 m3/h Nồng độ SO2 : 14 g/m3 = 14000 mg/m3 Nhiệt độ khói thải : 600C = 3330K 3.2 Tính tốn dung mơi hấp thụ Quy chuẩn : Theo QCVN 19 – 2009/BTNMT, nồng độ tối đa SO2 tính theo cơng thức : Cmax = C Kp Kv = 500 = 500 (mg/Nm3) Trong : C : nồng độ SO2 quy định mục 2.2 – cột B, C = 500mg/Nm3 Kp : hệ số lưu lượng nguồn thải mục 2.3, ta có lưu lượng nguồn thải 12700m3/h < 20000m3/h nên hệ số Kp = Kv : hệ số vùng, khu vực quy định mục 2.4, ta chọn Kv =  Ta áp dụng QCVN 19 – 2009/BTNMT cho đầu thiết bị xử lý Hiệu suất q trình xử lý hấp thụ theo lý thuyết E= = 96,4 % Vậy nồng độ cần giữ lại tháp Phương án : Cân vật chất - Lưu lượng khí : 12700 m3/h Nồng độ SO2 đầu vào : 14 g/m3 = 14000 mg/m3 SVTH : Trần Thanh Thu Trúc MSSV : 080499B 12 ĐỒ ÁN KHÍ THẢI Nhiệt độ khí vào tháp : 600C Áp suất P = 1atm = 760mmHg = 1,0133.10-5 Pa Nồng độ SO2 đầu : 500mg/m3 = 5887ppm Chọn điều kiện làm việc tháp nhiệt độ trung bình dòng khí vào dòng lỏng vào , t = 400C Hỗn hợp xử lý xem gồm SO2 khơng khí Dung tích sử dụng q trình hấp thu huyền phù CaCO3,với tỷ lệ khối lượng(R/L = 1/10) CaCO3 = 2625 (kg/m3) H2O = 1000 (kg/m3) - Khối lượng mol huyền phù: Mhp = 11g (hp) = 19,45 g hp/mol hp 1molCaCO3 10molH 2O  100 18 Khối lượng riêng huyền phù:  = 11ghp 11   1059,63(kg / m3 ) 1kgCaCO3 10kgH2O 10   CaCO3 H 2O 2625 1000  Lập phương trình cân Ta có : log P * SO  3,58  1,87 log SO2   2,24.10 2.T  1960 T Trong : P*SO2: áp suất riêng phần SO2 cân (Pa) [SO2}:tỷ số mol /mol huyền phù T: nhiệt làm việc tháp (0K) (trang 28/ sách Kỹ thuật xử lý khí thải công nghiệp – Phạm Văn Bôn) Y P* SO2 molSO2  * 760  P SO2 molkhitro X  [ SO2 ] molSO2 molhp ?????? Số liệu đường cân : X Y 0,002 0,0025 0,0036 0,0045 0,0052 0,0059 0,0065 0,0071 0,0005 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,007 SVTH : Trần Thanh Thu Trúc MSSV : 080499B 13 ĐỒ ÁN KHÍ THẢI Vẽ đường cân :(X – Y) Biểu đồ đường cân 0.008 0.007 0.006 0.005 0.004 0.003 0.002 0.001  Đường làm việc: Suất lượng mol pha khí vào tháp Gđ  PV 1.12700  =465,099 (kmol/h)= 465099(mol/h) R.T 0,082.(273  60) Tính tốn Yđ Yc pha khí Nồng độ pha khí vào tháp Q.Cđ Cđ 22,4 14 .333 M SO2 M SO2 Cđ R.T 273 yđ      0,00597 (phần mol) P.Q P.1000 M SO P.1000 64 1000 R.T R.T Yđ  yđ 0,00597   0,00600 (mol SO2/mol khí trơ)  yđ  0,00597 Nồng độ pha khí khỏi tháp 0,5 / 64 yc  1.1000  0,00021 (phần mol SO2) 22,4 333 273 Yc  yc 0,00021   0,00021 ( mol SO2/mol khí trơ)  yc  0,00021 SVTH : Trần Thanh Thu Trúc MSSV : 080499B 14 ĐỒ ÁN KHÍ THẢI Suất lượng mol cấu tử trơ Gtr = Gđ.(1 - )= 465099.(1- 0,00597)=462322,36(mol trơ/h) Tính tốn Xmax, Xđ Xmax ứng với Yd nằm đường chuẩn ( gai 0,00600 = 0,006 hehe.) Yđ  P*SO2 Y 0,006 760 = 4,53(mmHg) => P* = đ 760  *  Yđ  0,006 760  P SO2 Thay vào PT đường cân ta tìm giá trị Xmax log P * SO2  3,58  2,24.10 2.T  Lg[SO2] = 1960 T log 4,53  3,58  2, 24.10 2.333  Lg[SO2]= 1960 333 = - 2,4  [SO2] = 0,00398(mol SO2/mol huyền phù) Ta có : Xmax = [SO2] = 0,00398(mol SO2/mol huyền phù) Xđ = (mol SO2/mol huyền phù)  Lựa chọn dung mơi hấp thụ Dung mơi sử dụng q trình hấp thụ SO2 huyền phù CaCO3 Lượng dung mơi tối thiểu L  G tr Yđ  Yc 0,006  0,00021  462322,36  672574 (mol /h) X max  X đ 0,00398  Lượng dung mơi thực tế lấy 1,5 lượng dung mơi tối thiểu Ltrơ = 1,5 Lmin = 1,5 672574 = 1008861(mol /h) Lượng dung mơi sử dụng theo thể tích Ltrơ = 1008861 (mol/h) 19,45 10-3(kg/mol) = 18,52 (m3/h) Nồng độ dung dịch khỏi tháp hấp thụ SVTH : Trần Thanh Thu Trúc MSSV : 080499B 15 ĐỒ ÁN KHÍ THẢI Xc  Gtr 462322,36 (Yđ  Yc )  (0,00600  0,00021)  0,00265 (mol SO2/mol dung mơi) Ltr 1008861 Chương : TÍNH TỐN THÁP HẤP THỤ 4.1 Tính đường kính tháp hấp thụ Đường kính tháp hấp thụ D 4Q   Trong : Q : lưu lượng khí trung bình qua tháp (m3/s) : vận tốc khí trung bình qua tháp (m/s), chọn = 1,5(m/s) (quy phạm 1,5 – 2m/s) Tính Q : suất lượng khí SO2 GSO2  Gtr (Yđ  YC )  462322,36.(0,006  0,00021)  2676,84 (molSO2/h)=0,74(mol SO2/s) = 47,36 (g/s) Lưu lượng SO2 bị hấp thụ QSO2  GSO2 R.T  P 0,74 22,4 333 273  20,2(l / s)  0,0202(m3 / s) Lưu lượng khí thải vào tháp Qđ = 12700(m3/h)=3,5277(m3/s) Lưu lượng khí khỏi tháp Qc = Qđ - QSO = 3,5277 – 0,0202 =3,5075(m3/s) (m3/s) Q=  D = 1,7(m) Chiều cao hữu ích tháp H = x D = x 1,7 = 3,4 (m) ????? 4.2 Tính bề dày thân Thiết bị làm việc t =60 0C SVTH : Trần Thanh Thu Trúc MSSV : 080499B 16 ĐỒ ÁN KHÍ THẢI Áp suất làm việc Plv = 1at = 9,81.104 (N/m2) Chọn vật liệu thép khơng gỉ – Ký hiệu thép: CT3 – Giới hạn bền: b = 380 x106 (N/m2) – Giới hạn chảy: c = 240 x106 (N/m2) – Chiều dày thép: b = 4-20mm – Độ dãn tương đối:  = 25% – Hệ số dẫn nhiệt:  = 50 (W/mo) – Khối lượng riêng:  = 7850 (kg/m3) Chọn cơng nghệ gia cơng hàn tay hồ quang điện, cách hàn giáp mối bên – Hệ số hiệu chỉnh:  =1 – Hệ số an tồn bền kéo: k = 2,6 – Hệ số an tồn bền chảy: c = 1,5 Hệ số bền mối hàn : thân hình trụ hàn dọc, hàn tay hồ quang điện, hàn giáp mối bên, đường kính D>=700mm  hệ số bền mối hàn h = 0,95 (Bảng XIII.8 – Trang 362 - Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2) P  Pmt  Pl Trong đó: Pmt: Áp suất pha khí thiết bị, Pmt = 1at = 9,81.104 (N/m2) Pl: Áp suất thủy tĩnh cột chất lỏng thiết bị Pl  g l H  9,81  1000  3,4  3,33.10 ( N / m )  P = 9,81.104 + 3,33.104 = 13,14.104 (N/m2) = 0,1314 (N/mm2) SVTH : Trần Thanh Thu Trúc MSSV : 080499B 17 ĐỒ ÁN KHÍ THẢI H= 3,4(m)  Xác định ứng suất cho phép thép CT3  Theo giới hạn bền k 380  106  k       146,15  106 ( N / m2 ) nk 2,6 Trong ó: k: Giới hạn bền kéo, k = 380.106 (N/m2) nk : Hệ số bền kéo, nk = 2,6 : Hệ số hiệu chỉnh,  =  Theo giới hạn chảy  c    c   240 10 nc 1,5   160  106 ( N / m2 ) Trong đó: c: giới hạn bền chảy, c = 240.106 (N/m2) nc: Hệ số bền kéo, nc = 1,5 : Hệ số hiệu chỉnh,  = Ta lấy giới hạn bé ứng suất cho phép làm ứng suất cho phép tiêu chuẩn [] = 146,15 x106 (N/m2) = 146,15 (N/mm2)  Bề dày thân hình trụ làm việc chịu áp suất trong, tính theo lý thuyết vỏ mỏng Ta có:    P h  146,15  0,95  1056,  50 0,1314  Bề dày tối thiểu thân: SVTH : Trần Thanh Thu Trúc MSSV : 080499B S'  Dt  P 1700  0,1314   0,8(mm) 2  h  146,15  0,95 18 ĐỒ ÁN KHÍ THẢI Trong đó: D: Đường kính tháp, D =1,7m =1700 mm P: Áp suất làm việc tháp, P = 0,1314 (N/mm2) h: Hệ số bền mối hàn, h = 0,95 []: Ứng suất cho phép tiêu chuẩn, [] = 146,15 (N/mm2) Chọn hệ số bổ sung để quy tròn kích thước: C = C1 + C2 + C3 + C0 Với: C0: Hệ số quy tròn kích thước, C0 = 0,4 mm C1: Hệ số bổ sung bào mòn hóa học thời hạn sử dụng thiết bị 15 năm với tốc độ ăn mòn 0,1 mm/năm, C1 = 1,5 mm C2: Hệ số bổ sung bào mòn học, C2 = 0,4 C3: Hệ số bổ sung dung sai âm C3 = 0,12mm(Bảng XIII.9-Trang 364-Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hố chất tập 2)  C = 1,5 + 0,4 + 0,12 + 0,4 =2,42 mm  Bề dày thực thân thiết bị S = S’ + C = 0,8 + 2,42 = 3,22 (mm)  Kiểm tra điều kiện bền S  C1 3, 22  1,5   1, 012.10 3 < 0,1 mm/ năm D 1700 ( thỏa điều kiện ) Áp suất cho phép thân thiết bị bề dày S = 3,22 (mm) P  2. h  S  C1  D   S  C1    146,15  0,95   3, 22  1,5  1700   3, 22  1,5   0, 280(N / mm ) [P] > P = 0,1314 (N/mm2) Vậy thân tháp có bề dày S =3,22(mm) thỏa mãn điều kiện bền áp suất làm việc SVTH : Trần Thanh Thu Trúc MSSV : 080499B 19 ĐỒ ÁN KHÍ THẢI 4.3 Tính đáy nắp  Ta chọn đáy nắp tháp elip  Chọn vật liệu đáy nắp thiết bị với vật liệu làm thân tháp thép khơng gỉ CT3  Các thơng số biết:  Đáy nắp làm thép khơng gỉ CT3  Hệ số bổ sung quy tròn kích thước C = 2,42 (mm)  [] = 146,15 (N/mm2)  Áp suất làm việc phần thân P = 0,1314 (N/mm2)  Đường kính tháp D = 1700 (mm)  Chọn elip tiêu chuẩn  tỷ số: ht/D = 0,25 ht: Chiều cao phần lồi đáy, (m)  ht = D  0,25 = 1,7 0,25 = 0,43 (m)  Bán kính cong phía đỉnh đáy Rt Rt  Dt2 1700   1680,23(mm) 4ht  (0,43 1000) Tính tỷ số:   P h  146,15  0,95  1056  20 0,1314  Bề dày tối thiểu đáy nắp S'  Rt P 2  h  1700  0,1314  0,8(mm)  146,15  0,95  Bề dày thực tế đáy nắp S = S’ + C = 0,8 + 2,42 =3,22(mm) Chọn bề dày đáy = bề dày nắp bề dày thân tháp = 3,22 (mm) SVTH : Trần Thanh Thu Trúc MSSV : 080499B 20 ĐỒ ÁN KHÍ THẢI  Kiểm tra điều kiện bền S  C1 3, 22  1,5   1, 012.10 3 < 0,1 (thỏa điều kiện ) cho D 1700 tui sua lun la 0,1 >>>0,125 tui hok bit o dau ba koi lai rui cho tui bit zoi !! co gi sua lai nha Áp suất cho phép thân thiết bị bề dày S = 3,22 (mm) tui sua c1 la 1,5 P  2. h  S  C1  D t   S  C1   146,15  0,95   3, 22  1,5  1700   3, 22  1,5   0, 281(N / mm ) [P] > P=0,1314  Vậy bề dày đáy nắp S = 3,22 mm Chọn đáy nắp elip có gờ, chiều cao gờ h = 25 (mm), ta có thơng số sau: Bảng Các thơng số đáy nắp STT Đại lượng Đơn vị Thơng số Đường kính D mm 1700 Chiều cao ht mm 425 Bề mặt m2 3,27 Thể tích, m3 m3 700 Đường kính phơi mm 2045 Khối lượng riêng kg/m3 7,85.103 Khối lượng kg 207 (Các thơng số lấy theo bảng XIII.10 XIII.11 – Trang 382 - Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất, Tập 2) SVTH : Trần Thanh Thu Trúc MSSV : 080499B 21 ĐỒ ÁN KHÍ THẢI 4.4 Tính ống dẫn Vận tốc khí ống khoảng 10-20 (m/s), chọn vận tốc ống 15m/s  Đường kính ống vào Ống dẫn khí vào tháp: Vận tốc khí ống khoảng 10-20 (m/s), chọn vận tốc ống 15m/s d1 = 4Q 4.12700   0,55(m)  v 3,14.15.3600 Trong : Q : Lưu lượng khí vào tháp v: Vận tốc khí ống vào ra, v = 15 (m/s) Chọn bề dày ống b = (mm) Ống dẫn khí khỏi tháp d1 = d2 = 550(mm) Chiều dài đoạn ống nối 150 mm ứng với d =550 (mm) (bảng XIII.32-Trang 434-Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất, tập 2) Ống dẫn chất lỏng vào tháp: chọn v = 2,5 m/s d3 = 4.L 4.18,52   0,05(m)  v 3,14.2,5.3600 L : lưu lượng dung mơi CaCO3 Bề dày ống b = (mm) Vật liệu làm thép CT3 Chiều dài đoạn ống nối 100 (mm) ứng với đường kính ống d = 50 (mm) (bảng XIII.32-Trang 434-Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất, tập 2) 4.5 Tính vòi phun Lưu lượng lỏng qua tất vòi phun SVTH : Trần Thanh Thu Trúc MSSV : 080499B 22 ĐỒ ÁN KHÍ THẢI L = 18,52 (m3/h) Vận tốc khí tháp hấp thụ 50 ÷ 70% vận tốc giọt lỏng phun vào tháp nhằm tránh tượng khí đẩy giọt lỏng lên trên, cản q trình tiếp xúc pha Chọn vk = 50% vgiọt vgiọt = = = m/s với vk: vận tốc khí lỗ phun ( vk từ - 2,5m/s) Chọn vk = 2,5 m/s Số lỗ phun Nlơ  4L 18,52   1310(lơ)   d  Vgiot   (0, 001)2  3600  Chọn đường kính lỗ phun la 1mm = 0,001 m Kết cấu vòi phun Hệ thống vòi phun bố trí theo hình lục giác đều, số vòi phun cạnh lớn 3, tổng số vòi phun 18 Số lỗ phun vòi là: 1310  73(lơ) 18 Lưu lượng dung dịch hấp thụ qua vòi là: L v  18,52  0,86(m / h) 18 Đường kính lỗ 0,001m = 1mm Chọn bước lỗ t = 10 mm Tổng số lỗ lớn cạnh a = lỗ Số lỗ nằm đường chéo b = lỗ SVTH : Trần Thanh Thu Trúc MSSV : 080499B 23 ĐỒ ÁN KHÍ THẢI Đường kính ống vào vòi phun ( lấy đường kính tối thiểu bố trí đủ 73 vòi phun ) Chiều cao vòi phun Dơng  t(b  1)  4d  10  (5  1)  1  44mm Chiều cao vòi phun hv = ( – )Dống Chọn hv= x Dống =4 x 44 =176 mm Đường kính miệng vòi phun Góc vào dòng lỏng 20o d v  dơng  2h v  tg20o  44  176  tg20o  172(mm) Bố trí vòi phun Hệ thống vòi phun gồm 18 vòi, bố trí theo hình lục giác đều, khoảng cách vòi là: 1 t   D t   1,  0,567(m) 3 Góc chùm tia   10  20o  chọn   20o h t 0,55   0, 76(m)  760(mm) o  tg20  tg20o 4.6 Tính bích Mặt bích phận quan trọng dùng để nối phận thiết bị nối phận khác với thiết bị.Vật liệu: CT3 Bích sử dụng bích kiểu số I (dùng để nối thiết bị), (theo bảng XIII.27 trang 417 sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2) Py.106 Dt Kích thước nối SVTH : Trần Thanh Thu Trúc MSSV : 080499B Kiểu 24 ĐỒ ÁN KHÍ THẢI (N/m2) (mm) bích D Db DI Do (mm) (mm) (mm) (mm) 0,1 1700 1790 1800 1760 1715 Bu lơng I db Z h (mm) (cái) (mm) M20 36 28  Tính bích nối đáy tháp với thân, chọn bích liền thép để nối thiết bị Đường kính trong: Dt =1700 mm Đường kính ngồi Do=1715(mm) Đường kính ngồi bích :D =1800 Đường kính tâm bu lon:Db=1790 Đường kính mép vát :Di=1760 mm Đường kính Bulon db=M20 Số bulon :z=36 Chiều cao bích: h = 28 mm Khối lượng bích: (kg)  m1  v     Dn2  D2t   H1     1,7152  1,7   0,028  7,9 103  8,89(kg)  Tính mặt bích nối ống dẫn thiết bị Ống dẫn lỏng vào tháp: Chọn loại bích liền kim loại đen để nối Đường kính ngồi Dt = 50 mm Đường kính ngồi Do = 57 (mm) Đường kính ngồi bích :D = 140 mm Đường kính tâm bu lon:Db = 110 mm Đường kính mép vát :Di = 90 mm Đường kính Bulon db = M12 Số bulon :z = Chiều cao bích: h = 12mm Khối lượng bích:  m   0, 057  0, 052   0, 012  7,9 103  0, 056(kg) Ống dẫn khí vào ra: Chọn loại bích liền kim loại đen để nối Đường kính D = 550 mm Đường kính ngồi Do = 680 (mm) Đường kính ngồi bích :D = 630 mm SVTH : Trần Thanh Thu Trúc MSSV : 080499B 25 ĐỒ ÁN KHÍ THẢI Đường kính tâm bu lon:Dz = 600 mm Đường kính mép vát :Dl = 561 mm Đường kính Bulon db = M20 Số bulon :z = 20 Chiều cao bích: h = 20 mm Khối lượng bích:  m3   0, 682  0,552   0, 02  7,9 103  19,8(kg) (kg) Tính tổng khối lượng bích: mb = x m1 + x m2 + x m3 = 57,67 (kg) Lưới phân phối khí Chọn đường kính lỗ phân phối khí d = 10mm Đường kính lưới D=Dtháp=1,7m Bước lỗ t=12mm , lỗ xếp theo hình lục giác Số lỗ cạnh a=(D-4 ×d)/(2.t)+1=(1700-4 ×10)/2.12+1=70,16 (lỗ) =>chọn 70 lỗ - Tổng số lỗ lưới phân phối N=3a(a-1)+1=3.70.(70-1)+1=14491(lỗ) Vận tốc khí qua lỗ V=(4.Q)/(N.3,14.d^2 )=11164,4(m/h)=3,1(m/s) SVTH : Trần Thanh Thu Trúc MSSV : 080499B )=4.12700/(14491.3,14.(〖0,01)〗^2 26 [...]...ĐỒ ÁN KHÍ THẢI Hình : cấu tạo tháp phun khí rỗng Vỏ thiết bị - Tấm phân phối khí -Vòi phun nước - Tấm chắn nước Ngun lý hoạt động Cơng suất: Theo kiểu modul, tùy theo cơng suất u cầu của khách hàng Khả năng xử lý: Thích hợp với hỗn hợp khí thải ít ơ nhiễm, được ứng dụng chủ yếu trước một cơng trình xử lý quan trọng Ngun lý làm việc: tháp được sử dụng để kết hợp lọc sạch bụi và hơi khí độc bằng... ta đưa dòng khí thải có lẫn bụi và hơi khí độc vào một đầu buồng phun qua một thiết bị có thể phân đều dòng khí thải theo tồn bộ tiết diện ngang của buồng Trong khơng gian buồng phun có bố trí hệ thống ống phun để phun dung dịch thành chùm các hạt nước nhỏ ngược chiều dòng khí thải Hơi khí độc bị dung dịch hấp thụ qua bề mặt các hạt dung dịch Sau đó khí thải có thể được thải thẳng vào khí quyển hay... 1  Ta áp dụng QCVN 19 – 2009/BTNMT cho đầu ra của thiết bị xử lý Hiệu suất của q trình xử lý bằng hấp thụ theo lý thuyết E= = 96,4 % Vậy nồng độ cần giữ lại trong tháp Phương án : Cân bằng vật chất - Lưu lượng khí : 12700 m3/h Nồng độ SO2 đầu vào : 14 g/m3 = 14000 mg/m3 SVTH : Trần Thanh Thu Trúc MSSV : 080499B 12 ĐỒ ÁN KHÍ THẢI Nhiệt độ khí vào tháp : 600C Áp suất P = 1atm = 760mmHg = 1,0133.10-5... ĐỒ ÁN KHÍ THẢI 4.4 Tính ống dẫn Vận tốc khí trong ống khoảng 10-20 (m/s), chọn vận tốc trong ống là 15m/s  Đường kính ống vào và ra Ống dẫn khí vào tháp: Vận tốc khí trong ống khoảng 10-20 (m/s), chọn vận tốc trong ống là 15m/s d1 = 4Q 4.12700   0,55(m)  v 3,14.15.3600 Trong đó : Q : Lưu lượng khí vào tháp v: Vận tốc khí trong ống vào và ra, v = 15 (m/s) Chọn bề dày ống b = 1 (mm) Ống dẫn khí ra... nhiệt làm việc của tháp (0K) (trang 28/ sách Kỹ thuật xử lý khí thải công nghiệp – Phạm Văn Bôn) Y P* SO2 molSO2  * 760  P SO2 molkhitro X  [ SO2 ] molSO2 molhp ?????? Số liệu đường cân bằng : X Y 0,002 0,0025 0,0036 0,0045 0,0052 0,0059 0,0065 0,0071 0,0005 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,007 SVTH : Trần Thanh Thu Trúc MSSV : 080499B 13 ĐỒ ÁN KHÍ THẢI Vẽ đường cân bằng :(X – Y) Biểu đồ đường... trước khi thải để giảm độ ẩm tương đối của dòng khí Dung dịch nước phun được thu hồi đưa qua thiết bị lắng cặn và xử lý hóa trước khi được phun trở lại Sau một khoảng thời gian làm việc, dung dịch phun được thải vào hệ thống xử lý nước thải Tháp được cấu tạo đơn giản, dễ dàng cho việc chế tạo lắp đặt SVTH : Trần Thanh Thu Trúc MSSV : 080499B 11 ĐỒ ÁN KHÍ THẢI Vận hành đơn giản, giảm chi phí Chương... việc: Suất lượng mol của pha khí vào tháp Gđ  PV 1.12700  =465,099 (kmol/h)= 465099(mol/h) R.T 0,082.(273  60) Tính tốn Yđ và Yc trong pha khí Nồng độ pha khí vào tháp Q.Cđ Cđ 22,4 14 .333 M SO2 M SO2 Cđ R.T 273 yđ      0,00597 (phần mol) P.Q P.1000 M SO P.1000 64 1 1000 2 R.T R.T Yđ  yđ 0,00597   0,00600 (mol SO2/mol khí trơ) 1  yđ 1  0,00597 Nồng độ pha khí ra khỏi tháp 0,5 / 64 yc... vào tháp : 600C Áp suất P = 1atm = 760mmHg = 1,0133.10-5 Pa Nồng độ SO2 đầu ra : 500mg/m3 = 5887ppm Chọn điều kiện làm việc của tháp là nhiệt độ trung bình của dòng khí vào và dòng lỏng vào , t = 400C Hỗn hợp xử lý xem như gồm SO2 và khơng khí Dung tích sử dụng trong q trình hấp thu là huyền phù CaCO3,với tỷ lệ về khối lượng(R/L = 1/10) CaCO3 = 2625 (kg/m3) H2O = 1000 (kg/m3) - Khối lượng mol huyền phù:... 080499B 15 ĐỒ ÁN KHÍ THẢI Xc  Gtr 462322,36 (Yđ  Yc )  (0,00600  0,00021)  0,00265 (mol SO2/mol dung mơi) Ltr 1008861 Chương 4 : TÍNH TỐN THÁP HẤP THỤ 4.1 Tính đường kính tháp hấp thụ Đường kính tháp hấp thụ D 4Q   Trong đó : Q : lưu lượng khí trung bình đi qua tháp (m3/s) : vận tốc khí trung bình đi qua tháp (m/s), chọn = 1,5(m/s) (quy phạm 1,5 – 2m/s) Tính Q : suất lượng khí của SO2 GSO2... Trần Thanh Thu Trúc MSSV : 080499B 11 ĐỒ ÁN KHÍ THẢI Vận hành đơn giản, giảm chi phí Chương 3 : TÍNH TỐN Q TRÌNH HẤP THỤ SO2 u cầu : Thiết kế hệ thống xử lý SO2 bằng thiết bị tháp hấp thụ(tháp rửa khí rỗng) Nguồn khói thải có các thơng số sau : - Lưu lượng khí : 12700 m3/h Nồng độ SO2 : 14 g/m3 = 14000 mg/m3 Nhiệt độ khói thải : 600C = 3330K 3.2 Tính tốn dung mơi hấp thụ Quy chuẩn : Theo QCVN 19 – 2009/BTNMT,