ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ HỖN HỢP KHÍ THẢI Ơ NHIỄM BỤI VÀ HƠI NICOTINE TỪ LÒ SẤY THUỐC CỦA DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT THUỐC LÁ Mục lục Chương 1: Tổng quan Chương 2: Các phương pháp xử lý khí thải Chương 3: Tính tốn thiết kế Chương 4: Tính chi phí Tài liệu tham khảo Chương 1: Tổng quan I Tổng quan nicotine: Nguồn gốc phát sinh nicotine : Nicotine ancaloit tìm thấy họ Cà (Solanaceae), chủ yếu thuốc Cấu trúc hóa học chất nicotine xác định vào năm 1843 nhà hóa học người Bỉ nhà vật lý Louise Melsens (1814-1886) hợp chất lần tổng hợp nhóm nghiên cứu A Pictet A Rotschy vào năm 1904 Nicotin chiếm 0,3 đến 5% thuốc khơ, tổng hợp tích luỹ Nguồn gốc phát sinh chủ yếu từ nhà máy thuốc lá.Trong trình từ thu hái lá, chế biến sợi sản xuất thuốc điếu, người lao động có nguy nhiễm độc nicotin cao Tác hại: nicotine chất độc có độc tính cao trước nicotine sử dùng làm thuốc trừ sâu Ở liều cao, làm chết người Liều thấp nicotine gây chóng mặt, buồn nôn, nôn mửa Nicotin dễ dàng hấp thu vào thể qua da lành niêm mạc Tình hình ô nhiễm: Hiện Việt Nam có nhiều nhà máy sản xuất thuốc với hàng ngàn người lao động hàng ngày tiếp xúc trực tiếp với thuốc lá.Do người lao động có nguy cao nhiễm độc nicotin nghề nghiệp Thông thường nhiễm độc mãn tính phải tiếp xúc thường xuyên với thuốc có nồng độ nicotin cao điều kiện vệ sinh Theo số liệu điều tra Trung tâm Y tế - Môi trường Lao động Bộ Công nghiệp nhà máy sản xuất thuốc (năm 1995) tỉ lệ nhiễm độc nicotin nghề nghiệp công nhân từ 14,58 - 33,9% Theo kết xét nghiệm 1.285 mẫu nicotin niệu Viện Vệ sinh - Y tế Công cộng năm 2002 cho thấy tỉ lệ công nhân có biểu thấm nhiễm nicotin cao (62,6%) với mức độ khác nhau, chí có cơng nhân có lượng nicotin niệu vượt gấp 10 lần tiêu chuẩn cho phép Một nghiên cứu Tạp chí Cơng nghệ Hóa học Sinh học Hoa Kỳ cho thấy, sở chế biến thuốc sản sinh lượng khí thải lớn có chứa mùi hợp chất dễ bay gây hại Các nhà khoa học sử dụng phương pháp GC - MS (sắc ký khí kết hợp với khối phổ) phân tách hỗn hợp hóa chất thành mạch theo chất tinh khiết xác định định tính, định lượng chất có mặt hỗn hợp khơng khí Phương pháp xác định có tới 80 hợp chất tồn hỗn hợp khí thải mùi thuốc bay từ nhà máy sản xuất thuốc II Tính chất nicotine: Tính chất vật lý: Nicotine dạng tinh khiết chất lỏng, không màu, chuyển sang màu nâu tiếp xúc không khí, tan nước (106 mg/l 20 ºC) cồn ethyl (50 mg/mL), ether, chloroform6 Khối lượng riêng 1,01 g/ml (ở 200C) Nhiêt độ nóng chảy -79 ºC Nhiêt độ sôi 247 ºC Áp suất 25ºC 5620 mPa thuộc VOCs [3] LEL 0,7%(7000ppm) UEL 4%(40000ppm) Tính chất hóa học: Nicotine loại alkaloid (bazơ gốc nitơ) IUPAC Name (S)-3-(1-methylpyrrolidin-2-yl)pyridine CTPT C10H14N2 Phân tử gam : 162.23 g/mol CAS RN 54-11-5 EC number 200-193-3 III Tiêu chuẩn xả thải: Nồng độ nicotine 0,5 mg/m3 vùng làm việc trung bình (TCVS 3733:2002/QĐ BYT) Hàm lượng bụi 200 mg/Nm 3(theo QCVN 19:2009 BTNMT quy định cột B cho sở sản xuất kinh doanh hoạt đông từ tháng năm 2007) Chương 2: Các phương pháp xử lý khí thải I Phương pháp lọc sinh học Đây phương pháp để xử lý chất khí có mùi hợp chất hữu bay có nồng độ thấp Nguyên tắc hệ thống xử lý tạo điều kiện cho vi khuẩn tiếp xúc với chất ô nhiễm khí thải Hệ thống lọc khí thải nơi chứa nguyên liệu lọc nơi sinh sản cho vi sinh vật Trong hệ thống này, vi sinh vật tạo thành màng sinh học (biofilm), màng mỏng ẩm bao quanh nguyên liệu lọc Chất hữu gây ô nhiễm + O2  CO2 + H2O + nhiệt + sinh khối Mơ tả q trình xử lý Hệ thống lọc sinh học cung cấp môi trường cho vi sinh vật phát triển phân hủy chất khí có mùi hôi chất hữu gây ô nhiễm khí thải Hệ thống lọc bao gồm buồng kín chứa vi sinh vật hấp thụ nước, giữ chúng lại nguyên liệu lọc Nguyên liệu lọc thiết kế sau cho có khả hấp thụ nước lớn, độ bền cao, làm suy giảm áp lực luồng khí ngang qua Khi chất khí ngang qua lớp nguyên liệu lọc, chất ô nhiễm bị hấp thụ phân hủy Khí thải sau lọc phóng thích vào khí từ bên hệ thống lọc Hầu hết hệ thống lọc sinh học có cơng suất xử lý mùi chất hữu bay lớn 90% Tuy nhiên, hạn chế phương pháp xử lý khí thải có nồng độ chất nhiễm thấp ( 0,15 ,chọn Rg = 0,15 Dt =0,12 m tra đồ thị y =1  Bề dày S = +C3m ([8]trang 399) = + 1,12 10-3=1,42.10-3 m Lấy S= 2mm.Tính D’ = Dt – 2[Rg(1-cosα)+10Ssinα]=0,7m phải lớn 0,5[Dt-2[Rg(1-cosα)+d]=0,44m Kiểm tra ứng suất thủy lực nước theo XIII.55([8]trang 400) σ= [ = [106 N/m2 phải nhỏ c /1,2= 200.106 N/m2 (thỏa) Các thông số tháp: Thông số Giá trị (mm) Chiều cao nắp hình nón 378 Chiều cao đáy hình nón 378 Bề dày đáy nắp Chiều cao phần hình trụ Bề dày thân 755 Đường kính ống vào 150 Đường kính ống 150 Đường kính ống dẫn vào 100 Đường kính ống dẫn 100 3.3 Mặt bích  Mặt bích nối thân với nắp tháp hấp phụ Đáy thiết bị nối với thân phương pháp hàn Nắp thiết bị nối với thân mặt bích, để dễ dàng thay chất hấp phụ.Chọn thép CT3 vật liệu làm mặt bích bulon nối nắp thân thiết bị, tra bảng XIII.27 ([8] trang 419) ta có thơng số sau 15 D Db h D1 Dt d D0 Đường kính thân Dt = 800 mm Đường kính ngồi bích D = 930 mm Đường kính ngồi thân D0 = 811 mm Đường kính mép vát D1 = 850 mm Đường kính tâm bulon Db = 880 mm Chiều cao bích h = 20 mm Số bích Loại bulon M20 Số bulon z = 24 2.[3,14.(0,932- 0,8112).0,02.7850/4] = 51,1 kg Khối lượng bích  Mặt bích nối thân tháp với ống dẫn khí vào,ra ([8] bảng XIII.26 trang 414) chọn kiểu 1, vật liệu làm mặt bích bulon CT3 nối ống dẫn thân thiết bị Đường kính ống dẫn khí vào : 150 mm D Db h D1 d Dy Dn 16 Đường kính ngồi ống dẫn Dn = 159 mm Đường kính ngồi bích D = 260 mm Đường kính mép vát D1 = 202 mm Đường kính tâm bulon Db = 225 mm Số bích Chiều cao bích h = 16 mm Loại bulon M16 Số bulon z=8 Khối lượng bích  4.[3,14.(0,262- 0,1592).0,016.7850/4] = 16,7 kg Mặt bích nối nắp tháp với ống dẫn nước nhiệt vào ra([8] bảng XIII.26 trang 413) Chọn thép CT3 vật liệu làm mặt bích bulon nối ống dẫn nắp thiết bị Đường kính ống dẫn khí : 100 m Đường kính ngồi ống dẫn Dn = 108 mm Đường kính ngồi bích D = 205 mm Đường kính mép vát D1 = 148 mm Đường kính tâm bulon Db = 170 mm Chiều cao bích Số bích h = 14 mm Loại bulon M16 Số bulon z=4 Khối lượng bích 4.[3,14.(0,2052- 0,1082).0,014.7850/4] = 10,48 kg 3.4 Chân đỡ: Khối lượng tháp tổng khối lượng thân, đáy, nắp, bích khối lượng lớp than G = G1 + G2 + G3 + G4 + G5 17  Khối lượng thân G1 G1 = Vt. = 0,86.3,14.0,8.0,005.7850= 84,84 kg  Khối lượng đáy G2 G2 = Vd  =0,00188.7850 = 14,73 kg  Khối lượng nắp G3 G3 = G2 = 14,73 kg  Khối lượng bích G4 G4 =51,1 + 16,7 + 10,48 = 78,28 kg  Khối ượng than: G5 =65,769 kg Vậy G = 84,84 + 14,73 + 14,73 + 78,28 + 65,769 = 258,4 kg Chọn số chân đỡ cho tháp hấp phụ chân Tải trọng tác dụng lên chân đỡ : Chọn tải trọng cho phép chân đỡ G1 = 0,1.104 N([8]bảng XIII.35 trang 437), thông số chân đỡ chọn là: Bề mặt đỡ: F = 40,5.10-4 m2 Tải trọng cho phép bề mặt đỡ: q = 0,25.106 N/m2 B1 B2 10 10 H s h s d Thông số Đơn vị L B l A L B1 B2 B H h s l d mm 18 Giá trị 70 60 60 90 150 105 30 14 Tính tốn quạt hút - Chọn đường kính ống trước sau lọc túi vải:D=300mm tốc độ khí v=19,42m/s Chọn đường kính ống trước sau tháp hấp phụ:D=150mm tốc độ khí v=44,42m/s Khí sau qua thiết bị lọc túi vải tháp hấp phụ bị giảm tốc trở lực tháp nên cần có quạt để hút thổi khí vào thiết bị vào ống khói thải - Quạt sau lọc túi vải: Chọn quạt hút ly tâm: Ta có cơng suất quạt([9] cơng thức 1.11 trang 11) Ndc = k.N Trong đó:  Q : lưu lượng khí thải, Q =1,373 m3/s  P trở lực lọc túi vải chọn 1447 Pa  tr : hiệu suất truyền động, tr = (lắp đặt trực tiếp với trục truyền động)  q: hiệu suất quạt ly tâm, q = 0,65  Ndc : Công suất động điện, kW  k: hệ số dự trữ, k=1,2-1,5 (N = 1- 5kW) ,chọn 1,3 - Quạt sau tháp hấp phụ Chọn quạt hút ly tâm: Ta có : Ndc = k.N Trong đó:  Q : lưu lượng khí thải, Q =0,785 m3/s  P trở lực qua tháp:Theo công thức Ergun P = f H ρ ω2/dg  f hệ số ma sát f=(1- ε)/ ε [150(1-ε)/Re+1,75], 19 Re = ω dg / � =1,6.0,004/(15 10-6 )=426,67 Độ xốp ε =0,34 f = 3,85 P =3,85.0,26.1,2.1,62/0,004=768,3 Pa Bảng tính tốn loại quạt hút sau thiết bị lọc túi vải sau tháp hấp phụ Quạt Sau lọc túi vải Sau tháp hấp phụ Trở lực 1472 Pa 768,3 Pa N 3,06 kw Ndc kw 1,3 5,3 1,7 Quạt ly tâm VLT 4B Quạt ly tâm VLT 4B 02 Thông số Ndc (Hp) Chọn quạt (Hp) 05 Chương 4: Tính chi phí Bảng chi phí : Tên thiết bị Thơng số Số lượng Đơn giá Giá(triêu đồng) Quạt (sau lọc túi vải) VLT 4B 05 5HP 10,25 Quạt (sau tháp hấp phụ) VLT 4B 02 2HP 6,2 Than hoạt tính 500kg/m3,de=4mm 6500m3/h,cột áp 150mmH2O 3200m3/h,cột áp 100mmH2O 65,8Kg 20000 1,316 Bộ lọc túi vải Thiết bị hấp phụ 20 -Thép CT3 258,4Kg 16000 4,1344 Tài liệu tham khảo [1]http://xulymoitruong.com/xu-ly-mui-hoi-1045/ [2]http://www.bookrags.com/research/nicotine-chmc/ [3]http://sitem.herts.ac.uk/aeru/iupac/485.htm [4]http://huynhphuclinh.wordpress.com/2008/05/27/c%E1%BA%A3i-ti %E1%BA%BFn-lo-s%E1%BA%A5y-thu%E1%BB%91c-la/ [5]TS Phạm Tiến Dũng- Kiểm soát ô nhiễm môi trường không khí [6]Trịnh Văn Dũng – BT Truyền khối [7]Lý ngọc Minh – Cơ sở thiết kế chế tạo thiết bị công nghệ sản xuất môi trường [8] Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông, Phạm Xuân Toản – 2006 - Sổ Tay Quá Trình Và Thiết Bị Cơng Nghê Hố Chất, Tập - NXB Khoa Học Kỹ Thuật [9]Nguyễn Văn Lục – Hoàng Minh Nam – BT trình học 21 ... tính, định l ợng chất có mặt hỗn hợp khơng khí Phương pháp xác định có tới 80 hợp chất tồn hỗn hợp khí thải mùi thuốc bay từ nhà máy sản xuất thuốc II Tính chất nicotine: Tính chất vật l : Nicotine. .. thấp Nguyên tắc hệ thống xử l tạo điều kiện cho vi khuẩn tiếp xúc với chất nhiễm khí thải Hệ thống l c khí thải nơi chứa nguyên liệu l c nơi sinh sản cho vi sinh vật Trong hệ thống này, vi sinh... cao, l m suy giảm áp l c luồng khí ngang qua Khi chất khí ngang qua l p nguyên liệu l c, chất ô nhiễm bị hấp thụ phân hủy Khí thải sau l c phóng thích vào khí từ bên hệ thống l c Hầu hết hệ thống