Xử lý khí thải cho nhà máy

LỚI NÓI ĐẦU Sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật thúc đẩy mạnh mẽ sự phát triển của các ngành sản xuất công nghiệp, làm cho xã hội loài người biến đổi rõ rệt. Các nhà máy, xí nghiệp, các khu công nghiệp, trại chăn nuôi tập trung được hình thành . tất cả sự phát triển này đều hướng tới tạo ra sản phẩm mới, đáp ứng nhu cầu của con người tạo điều kiện sống tốt hơn. Nhưng đồng thời thải ra các loại thất thải khác nhau làm cho môi trường ngày càng trở nên xấu đi. Các chất thải độc hại có tác động xấu tới con người, sinh vật, hệ sinh thái, các công trình nhân tạo. Nếu môi trường tiếp tục suy thoái thì có thể dẫn hậu quả nghiêm trọng cho loài người. Vì vậy việc bảo vệ môi trường, giảm thiểu tác động có hại của các chất ô nhiễm là vấn đề của toàn cầu. Khí thải từ ống khói các nhà máy, xí nghiệp, khu công nghiệp . được xem là nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng ô nhiễm không khí. Các chất khí độc hại như: SOx, NOx, VOC, CO, CO2, hydocacbon, bụi . đang dần gia tăng trong bầu khí quyển. Gây nên các hiện tượng, hiệu ứng nhà kính, mưa xít, sương mù quang hóa . tác động xấu đến con người, sinh vật và các hệ sinh thái, hoạt động lao động sản xuất . Để bảo vệ môi trường và bảo vệ cho cuộc sống của con người, sinh vật . khí thải từ ống khói nhà máy, từ hoạt động khác cần được xử lý trước khi thải vào môi trường không khí. Hiện nay có rất nhiều phương pháp và các dây chuyền công nghệ để xử lý khí thải và được áp dụng cụ thể đối với từng loại khí thải và từng nhà máy. Dựa trên các phương pháp và dây chuyền công nghệ xử lý đã có hiện nay, trong bài thiết kế môn học này tôi xin giới thiệu các phương pháp, dây chuyền công nghệ xử lý khí thải cho nhà máy

doc23 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 14/01/2013 | Lượt xem: 1794 | Lượt tải: 12download
Tóm tắt tài liệu Xử lý khí thải cho nhà máy, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
LỚI NÓI ĐẦU Sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật thúc đẩy mạnh mẽ sự phát triển của các ngành sản xuất công nghiệp, làm cho xã hội loài người biến đổi rõ rệt. Các nhà máy, xí nghiệp, các khu công nghiệp, trại chăn nuôi tập trung được hình thành... tất cả sự phát triển này đều hướng tới tạo ra sản phẩm mới, đáp ứng nhu cầu của con người tạo điều kiện sống tốt hơn. Nhưng đồng thời thải ra các loại thất thải khác nhau làm cho môi trường ngày càng trở nên xấu đi. Các chất thải độc hại có tác động xấu tới con người, sinh vật, hệ sinh thái, các công trình nhân tạo. Nếu môi trường tiếp tục suy thoái thì có thể dẫn hậu quả nghiêm trọng cho loài người. Vì vậy việc bảo vệ môi trường, giảm thiểu tác động có hại của các chất ô nhiễm là vấn đề của toàn cầu. Khí thải từ ống khói các nhà máy, xí nghiệp, khu công nghiệp... được xem là nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng ô nhiễm không khí. Các chất khí độc hại như: SOx, NOx, VOC, CO, CO2, hydocacbon, bụi... đang dần gia tăng trong bầu khí quyển. Gây nên các hiện tượng, hiệu ứng nhà kính, mưa xít, sương mù quang hóa... tác động xấu đến con người, sinh vật và các hệ sinh thái, hoạt động lao động sản xuất ... Để bảo vệ môi trường và bảo vệ cho cuộc sống của con người, sinh vật ... khí thải từ ống khói nhà máy, từ hoạt động khác cần được xử lý trước khi thải vào môi trường không khí. Hiện nay có rất nhiều phương pháp và các dây chuyền công nghệ để xử lý khí thải và được áp dụng cụ thể đối với từng loại khí thải và từng nhà máy. Dựa trên các phương pháp và dây chuyền công nghệ xử lý đã có hiện nay, trong bài thiết kế môn học này tôi xin giới thiệu các phương pháp, dây chuyền công nghệ xử lý khí thải cho nhà máy. PHẦN MỞ ĐẦU: NHIỆM VỤ THIẾT KẾ Tính toán lưu lượng khí thải của nhà máy: Lưu lượng khí thải của nhà máy : V = 4000 m3/h = 1,11 m3/s. Nồng độ các chất thải độc hại trong khí thải của nhà máy STT  Tên chất thải  Nồng độ (mg/m3)   1  SO2  2500   2  NOx  3500   3  VOC  560   4  CO  1000   5  CO2  6,2(%)   6  Bụi  500   7  Nhiệt độ  8200C   Nội dung thiết kế 1. Lựa chọn hệ thống xử lý Xác định các khí cần xử lý. Xác định các thiết bị xử lý các khí đó. Nêu rõ nguồn gốc khí thải, phương pháp xử lý, nguyên tắc xử lý. 2. Sơ đồ dây chuyền công nghệ: Tính toán các thiết bị: Tính kích thước của thiết bị: Cao, dài, rộng.... Hiệu suất làm việc của thiết bị. Lượng nguyên vật liệu, chất xúc tác cần thiết cho quá trình làm việc (có thể đặt các giả thuyết để quá trình tính toán được đơn giản) Tính toán các thiết bị phụ trợ Ống khói nhà máy Quạt hút, bơm Tính trở lực của các đường ống CHƯƠNG I: LỰA CHỌN HỆ THỐNG SỬ LÝ KHÍ THẢI Các chất khí cần xử lý trong nhà máy: STT  Tên chất thải  Nồng độ (mg/m3)   1  SO2  2500   2  NOx  3500   3  VOC  560   4  CO  1000   5  CO2  6,2(%)   6  Bụi  500   7  Nhiệt độ  8200C   Trong đó VOC, CO ở nhiệt độ cao 8200C sẽ bị ôxi hóa thành CO2 và H2O. Cơ sở lựa chọn thiết bị xử lý khí thải Khí thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn TCVN 5939-2005 (chất lượng không khí – tiêu chuẩn khí thải công nghiệp đối với bụi và các chất vô cơ). STT  Thông số  Giới hạn tối đa (mg/m3)     Loại A  Loại B   1  Bụi khói - Nấu kim loại - Bê tông nhựa - Xi măng - Các nguồn khác - Bụi chứa silic - Bụi chứa amiang  400 500 400 600 100 Không  200 200 100 400 50 Không   2  SO2  1500  500   3  CO2     4  VOC     5  NOx (các nguồn)  2500  1000   6  NOx (cơ sở sản xuất axit)  4000  1000   7  Nhiệt độ (0C)     Trong đó: 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. Khí thải sau khi xử lý phải đạt tiêu chuẩn loại B Xác định thiết bị xử lý khí thải của nhà máy. Do nhiệt độ của dòng khí thải rất lớn 8200C, trong dòng khí thải không tồn tại hợp chất VOC, khí CO đã bị chuyển hóa thành CO2 và nồng độ bụi nhỏ. Nhiệm vụ thiết kế và tính toán thiết bị xử lý các khí thải: nhiệt độ, SO2, NOx Lựa chọn phương pháp xử lý các khí thải: Căn cứ vào các phương pháp xử lý, thiết bị xử lý, các chất phụ gia, hiệu quả xử lý của các phương pháp đang được ứng dụng rộng rãi hiện nay. Các phương pháp xử lý khí thải cho nhà máy A : Xử lý nhiệt: bằng phương pháp trao đổi nhiệt bằng tháp trao đổi nhiệt. Xử lý SO2 bằng phương pháp hấp thụ bằng nước. Xử lý NOx: bằng phương pháp hấp phụ, thiết bị là tháp đệm và vật liệu hấp phụ là than hoạt tính. Sơ đồ dây chuyền công nghệ :  CHƯƠNG II:TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ XỬ LÝ Xử lý nhiệt: Nhiệt độ của dòng khí thải ra từ ống khói của nhà máy có nhiệt độ rất cao, nhiệt độ cao ảnh hưởng đến quá trình xử lý các khí trong các công đoạn sau của dây chuyền. Để thuận tiện và hiệu quả xử lý các công đoạn phía sau một cách cao nhất, cần hạ thấp nhiệt độ trong dòng khí thải từ ống khói nhà máy. Để có thể hạ nhiệt độ của dòng khí thải, sử dụng phương pháp trao đổi nhiệt trong tháp trao đổi nhiệt với chất tải nhiệt là nước. 2.1.1. Nguyên lý của quá trình: Dòng khí và chất tải nhiệt chuyển động ngược chiều nhau trong tháp trao đổi nhiệt. Chất tải nhiệt chuyển động trong các ống con (được xếp trong tháp), dòng khí chuyển động bên ngoài các ống con. Do sự chênh lệch nhiệt độ giữa chất tải nhiệt và dòng khí trong tháp diễn ra quá trình trao đổi nhiệt. Sau khi dòng khí ra khỏi tháp nhiệt độ sẽ hạ xuống do chất tải nhiệt lấy đi một phần nhiệt độ của dòng khí thải. Chất tải nhiệt sẽ được tuần hoàn (chuyển động thành dòng liên tục), vì vậy sau khi nhận nhiệt từ dòng khí thải, chất tải nhiệt sẽ được đưa đến thiết bị làm mát, tại đây chất tải nhiệt sẽ được làm mát xuống một nhiệt độ cần thiết và tiếp tục được đưa vào tháp để làm mát dòng khí thải. 2.1.2. Sơ đồ cấu tạo của thiết bị trao đổi nhiệt 2.1.3. Tính toán quá trình truyền nhiệt. Quá trình truyền nhiệt gồm những bước sau: Cấp nhiệt từ khói lò đến bề mặt ngoài của ống Dẫn nhiệt qua thành ống Cấp nhiệt từ bề mặt trong của ống đến nước. Nhiệt độ của khói lò sẽ giảm từ 8200C xuống 600C. Nước đi vào ở nhiệt độ trung bình khoảng 250C và được đun ở áp suất cao 10 at, nước sôi ở 1780C. Hiệu số nhiệt độ trung bình của hai lưu thể chuyển động có thể tính như đối với trường hợp hai lưu thể chuyển động ngước chiều nhau Ta có : Trong đó :(t1 = t1đ - t2c (tc = t1c – t2d Ta có nhiệt độ :t1đ = 8200C, t1c = 600C t2đ = 250C, t2c = 1780C =>  =  Nhiệt độ trung bình của nước là:  Nhiệt độ trung bình của khí thải là:  Nhiệt dung riêng của khói lò Ta có công thức tính nhiệt rung riêng của hỗn hợp khí: C = c1x1 + c2x2 + c3x3 + ...+cnxn Trong đó: c1, c2, c3 là nhiệt rung riêng phân tử của các cấu tử thành phần x1, x2, x3 là thành phần của các cấu tử khí, phần mol Trước hết ta phải xác định nhiệt rung riêng của các cấu tử thành phần cp = a0 + a1T - a2.T -2 Các giá trị a0, a1, a2 được xác định theo bảng sau: Bảng 3 Các hệ số của hàm nhiệt rung riêng Chất  a0  a1.103  a2.10-5   CO2  10.55  2.16  - 2.04   SO2  11.4  1.714  -2.045   NOx  10.26  2.04  -1.61   H2O  7.2  2.7  -   N2  6.66  1.02  -   Suy ra nhiệt rung riêng phân tử của các khí thành phần với nhiệt độ trung bình của khói lò là: ttb = 4400C = 440 + 273 = 7130K và % mol của các cấu tử trong hỗn hợp khí. Cấu tử  CO2  SO2  NOx  H2O  N2   Cpi(kcal/kmol.độ  15,6  16,3  15,2  11,11  10,5   xi  0,062  0,002  0,004  0,132  0,8   Vậy nhiệt rung riêng của hỗn hợp khí là: Cp = c1x1 + c2x2 + c3x3 + …+ cnxn = 10,93 kJ/kmol.độ Độ nhớt của khói lò được xác định theo công thức:  Trong đó: : Độ nhớt của hỗn hợp khí ở nhiệt độ t và áp suất khí quyển. , ,  - Độ nhớt của các cấu tử ở nhiệt độ t. m1, m2, m3 - Nồng độ phần thể tích của các cấu tử. M1, M2, M3 – Khối lượng phân tử của các cấu tử. T1, T2, T3 - Nhiệt độ tới hạn của các cấu tử Các giá trị Mi, Ti, và  được xác định theo bảng sau: Bảng 4 Giá trị  của một số khí Chất  Mi  mi  Ti     CO2  44  0,062  304,1  115,6   SO2  64  0,002  430,5  165,9   NOx  30  0,004  431,2  143,7   H2O  18  0,132  647  107,9   N2  28  0,8  126  59,5   Độ nhớt của các cấu tử ở 713oK (Ns/m2) Cấu tử  CO2  SO2  NO  H2O  N2   (ix10-7  240,81  225,4  380,4  270,2  257,2   Thay các giá trị vào công thức trên ta có:  = 262,47 x 10-7N.s/m2 Chọn thiết bị kiểu có ống xoắn bên ngoài vỏ, vật liệu làm thiết bị trao đổi nhiệt ta chọn làm bằng thép cacbon, đường kính ống d1/d2= 50/60 mm. Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu là:  = 45,35 W/m.độ Chọn bước ống: s1 = 2,1d2 ; s2= 2d2 Lượng nhiệt do khí mang vào thiết bị là: Qk = n1 . Cp . t1đ Trong đó : n1 - lượng khí thải đi vào thiết bị kmol/s. Cp - nhiệt dung riêng của khí thải kJ/kmol.độ, Cp = 10,93 kJ/kmol.độ. t1đ - nhiệt độ ban đầu của hỗn hợp khí, 0C Nhiệt độ của khói lò là t = 820.0C  (kJ/s) Lượng nhiệt mà hỗn hợp khí mang ra là Q1 = m1 . Cp . t1c Với t1c=600C, ở 600C ta tính nhiệt dung riêng của các khí theo công thức  kcal/kmol.độ Nhiệt dung riêng của khí: Ck=(Ci.xi Cấu tử  CO2  SO2  NOx  H2O  N2   Cpi(kcal/kmol.độ  7,63  8,43  7,42  5,12  4,74   xi  0.062  0,002  0,004  0,132  0,8   Thay các hệ số vào ta tính được: Ck=7,23 kj/kmol.độ (  kJ/s Viết phương trình cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị nồi hơi ta có: Qk=Qm+Qn+Q1 Trong đó: Qm: Nhiệt lượng mất mát, lấy Qm=5%Qk= 5,56 kJ/s. Qn: Nhiệt lượng nước nhận Q1: Nhiệt lượng ra khỏi thiết bị ( Qn=Qk- Qm-Q1 =111,14 – 5,56 – 5,4 = 100,18 kJ/s Vậy nhiệt lượng cung cấp cho nước là: Qn = 100,18 kJ/s = 24,04 kcal/s Lượng nhiệt nước nhận tính theo công thức: Qn=Gn[Cn(ts-tv)+r] kcal/s Với Qn= 24,04 kcal/s. Nhiệt dung riêng của nước ở 1780C, Cn=1.047 kcal/kg.độ Nhiệt độ ban đầu của nước: tv=250C. Nhiệt hoá hơi của nước ở 10at: r = 482.1 kcal/kg Thay các giá trị trên vào công thức ta tính được lượng nước được đun nóng:  kg/s ở 1780C ta có khối lượng riêng của nước là: (=888.74 kg/m3 ( Lưu lượng nước vào thiết bị: V= . 3600 = 0,15 m3/h Theo thực tế lượng nước đưa vào thiết bị để làm nguội khí không được truyền nhiệt hoàn toàn mà chỉ đạt một hiệu suất nhất định. Giả sử chỉ đạt hiệu suất là 60% do vậy lượng nước thực tế cần đưa vào thiết bị là  (m3/h) Do ống cong có trở lực lớn nên tốc độ chất lỏng đi trong ống giới hạn từ 0.5 – 0.8m/s, chọn tốc độ nước đi trong ống là (n= 0.5 m/s Ở nhiệt độ trung bình của nước là 101.5oC tra trong sổ tay Quá trình và thiết bị công nghệ tập – 1 ta có các thông số: Khối lượng riêng của nước: (n=958 kg/m3 Hệ số dẫn nhiệt của nước: (n=0.68 w/m.độ Độ nhớt của nước: (n=0.280 x 10-3Ns/m2 Độ nhớt động lực của nước: vn=(n/(n= 0.292 x 10-6m2/s Chuẩn số Pr=1.5 [1] Chuẩn số Re của nước:  Vì Re >104 nên nước chảy rối trong ống. Hệ số toả nhiệt của nước được xác định theo công thức: Nu=0.021.Re0.8.Pr0.43.A.(1.(R Do hệ số tỏa nhiệt của nước (n lớn hơn rất nhiều của khói nên nhiệt độ của vách ống bên trong tw hầu như bằng nhiệt dộ của nước: tw= tn vì vậy : A=(Pr/PrT)0,25(1 Hệ số ( phụ thuộc vào tỷ số l/d của ống, ở đây chiều dài ống: l >50d nên (1=1 Vì phần uốn cong nhỏ so với chiều dài ống nên có thể bỏ qua ảnh hưởng của ống uốn cong, (R=1 Vậy ta có Nu = 0.021 x (0.856 x 105)0.8 x (1.5)0.43 = 220.76 Hệ số toả nhiệt của nước:  w/m2.độ Chuẩn số Re của khói:, với vk=(k/(k Chọn tốc độ khói: (k=12m/s [2] Đường kính ngoài của ống: d2=0.06m Khối lượng riêng của khói tính theo công thức: (k= ni, Mi : số mol và khối lượng phân tử của khí i trong khói lò. Tên khí  CO2  SO2  NOx  H2O  N2   Nồng độ kmol/kmol  0.062  0.002  0.004  0.132  0.8   Số kmol/s  0.00077  0.000025  0.00005  0.00164  0.00992   V: thể tích của hỗn hợp khí V = 1,11m3/s,  Với các giá trị trên thay vào được (k=0.2215 kg/m3 (độ nhớt động lực của khói : vk= (Re của khói :  Do chưa biết số hàng ống nên hệ số toả nhiệt đối lưu của chùm ống coi bằng hệ số toả nhiệt của hàng ống thứ 3: (1=(m Khi xếp ống so le thì Nu tính theo công thức : Nu=0,41.Re0,6.Pr0,33.A.(R [3] (R=(s1/s2)1/6=(1,05)1/6=1 Đối với khói tiêu chuẩn Pr ít thay đổi theo nhiệt độ nên A=1 Xác định chuẩn số Pr theo: Pr=Cp.(/( [2] Khói lò là khí thành phần nhiều nguyên tử và ở áp suất không cao lắm nên Pr(1 (Nu=0.41 x 59400,6= 75.34 Hệ số toả nhiệt của chùm ống :  (k : là hệ số dẫn nhiệt của khói (w/m.độ) : (k = B.Cp.( Với B= K là hệ số đoạn nhiệt Khói lò là hốn hợp thành phần nhiều nguyên tử nên B =1,72 Cp: nhiệt dung riêng của khói lò; j/kg.độ. (: độ nhớt của khói lò (Ns/m2) Thay các giá trị ta có: (k= 1,72. 10,93 . 103 . 256,4. 10-7=0.482w/m.độ Hệ số toả nhiệt của chùm ống:  w/m.độ Do ảnh hưởng của sự bám bụi bẩn của khói tới bề mặt ngoài của ống nên hệ số toả nhiệt đối lưu của khói: (dl=(.(1 với (=0,8 ((dl=484,2 w/m2.độ Hệ số toả nhiệt của khói tới bề mặt ngoài của ống: (1=(dl+(bx Để xác định ảnh hưởng của bức xạ của khói tới bề mặt ((bx) ta tính chiều dài trung bình của tia bức xạ: ltb=1,08.d2[s1.s2-0,785]= 1,08 .x0,06(2,1 x 2 – 0,785)= 0,241 (m) = 24.1 (cm) Phân áp suất của CO2 và H2O khi coi áp suất của khói là 1at: PCO2=0.082 . 1=0,082at( PCO2.ltb==1,815 cm at PH2o=0.127 . 1=0,127at( PH2O.ltb==2,81 cm at Với nhiệt độ khói là : t=tCO2 =tH2O=440oC tra bảng ta có : [3 ] Độ đen của CO2 và H2O:(CO2=0,052, (H2O=0,08 Độ đen của khói tính như sau: (K=(CO2+((H2O Coi (=1 ta có: (K=0,052 + 1 . 0,08=0,132 Để tính nhiệt độ của bề mặt ống ta giả thiết: bỏ qua nhiệt trở dẫn nhiệt của vách và do đó nhiệt độ bề mặt bên ngoài và bên trong ống là như nhau. Gọi độ chênh lệch nhiệt độ của khói với nhiệt độ bề mặt là (t1 Gọi độ chênh lệch nhiệt độ của nước với nhiệt độ bề mặt là (t2 W/m2.độ W/m2.độ W/m2.độTa có : (1(t1=(2(t2 ((t2= Giả thiết (t1=t1-tT1=250oC Ta đã có : (dl=484.2 w/m2.độ ((t2=5 oC tT2=t2+(t2=101.5 + 3 =106,5oC ở nhiệt độ này độ đen của thép là (w=0.73 Hệ số bức xạ của hệ thống, trong trong đó C0 = 5,7 W/m2.0K4 Ch= Nhiệt bức xạ của khói: qbx=Ch[(Tk/100)4-(Tw/100)4], với Ch=0.8 w/m2.oK4 Tk= 440+273=713oK Tw=106,5 + 273 = 377.5oK Thay vào ta có: qbx= 912,4 w/m2 Hệ số bức xạ của khói: (bx== 2,72 w/m2.độ ((1=(dl + (bx = 484,2 + 2,72 = 486,92 W/m2.độ Ta có: d2/d1=0.06/0.05=1,2<1,4 nên hệ số truyền nhiệt có thể tính như vách phẳng: k= W/m2.độ Hiệu số nhiệt độ trung bình: (ttb= 208,6oC (tải nhiệt q=k. (ttb= 90,24 x 208,6 = 18824 w/m2, ( (t2= q/(2 =6,3oC Tính thiết bị Tổng diện tích bề mặt truyền nhiệt của các ống :  Nhiệt lượng cần truyền qua bề mặt ống thép là: Q = m1.Cp.( t1d – t1c) =  kJ/s Suy ra tổng diện tích bề mặt truyền nhiệt là:  (m2) Tính lại tốc độ nước đi trong ống :   Chiều dài của một ống uốn khúc   với ;  Chọn chiều dài của một đoạn ống uốn khúc là 1m ( có: đoạn, ( chiều dài bố trí ống: 36.s1=4,5 m Do có hai ống uốn khúc cách nhau 0,144 nên ta chọn đường kính thiết bị là 5m; Chều cao thiết bị là 5,1m; Các thông số của thiết bị nồi hơi Lượng khí vào  1.11 m3/s   Lượng khí ra  1.11m3/s   Lượng nước vào  2.1 kg/s   Nhiệt độ khí vào  8200C   Nhiệt độ khí ra  600C   Đường kính thiết bị  5m   Chiều cao thiết bị  5,1m   Số ống uốn khúc  2   2.4. Xử lý SO2 bằng nước vôi. Nồng độ khí SO2 trong dòng khí thải CSO2 = 2500 mg/m3 => Lưu lượng khí SO2 trong trong dòng khí thải QSO2 = 2500 .x 4000 = 10000000 mg/h = 10 kg/h. 2.4.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình hấp thụ: Hấp thụ là qua trình quan trọng để xử lý khí và được ứng dụng nhiều trong thực tiễn. Hấp thụ dựa trên cơ sở củ quá trình truyền khối, nghĩa là có sự vận chuyển từ pha này sang pha khác. Phụ thuộc vào bản chất của sự tương tác giữa chất hấp thụ và chất bị hấp thụ trong pha khí. Phương pháp hấp thụ chia làm hai loại: Hấp thụ vật lý: dựa trên sự hoà tan của cấu tử pha khí trong pha lỏng. Hấp thụ hoá học: giữa chất hấp thụ và chất bị hấp thụ hoặc cấu tử trong pha lỏng xảy ra phản ứng hoá học. Trong quá trình hấp thụ vật lý, sự vận chuyển vật chất trong mỗi pha được xác định bằng phương trình truyền khối ổn định:  Phương trình vận chuyển vật chất từ pha này sang pha khác:  Trong đó: G: Số mol vật chất được truyền trong 1 đơn vị thời gian (mol/s) : Hệ số truyền khối trong pha khí và pha lỏng (m/s) F: Bề mặt tiếp xúc pha (m2) Y, X: Nồng độ chất bị hấp thụ trong pha khí và pha lỏng (mol/m3) Yp, Xp:Nồng độ chất hấp thụ trên bề mặt phân chia trong pha khí và pha lỏng (mol/m3). Kk, Kl: Hệ số truyền khối tổng quát trong pha khí và pha lỏng (m/s) Y*, X*:Nồng độ cấu tử trong pha khí và pha lỏng cân bằng với nồng độ trong pha lỏng và khí tương ứng (mol/m3) Quan hệ giữa hệ số truyền khối  và hệ số truyền khối tổng quát: ;  m: Hằng số cân bằng pha (Yp = m.Xp) Với các hệ có độ hoà tan cao,  khi đó trở lực của quá trình truyền khối tập trung trong pha khí. Với các hệ có hoà tan bé, m có giá trị lớn, do đó , khi đó trở lực của quá trình truyền khối tập trung trong pha lỏng. Khi diễn ra phản ứng hoá học trong pha lỏng, hiệu nồng độ ở bề mặt phân chia pha tăng, so với sự hấp thụ bằng vật lý, vận tốc của quá trình hấp thụ bằng hoá học lớn hơn rất nhiều, vận tốc phản ứng hoá học càng tăng, thì vận tốc hấp thụ cũng càng tăng. 2.3.2. Lựa chọn dung dịch hấp thụ SO2 Khí thải sau khi ra khỏi Xiclon, tách bụi, lúc này khí thải bao gồm: khí SO2, CO2, khí Nitơ, bụi mịn  và một số chất khác. Chúng ta có thể áp dụng phương pháp hấp thụ khí SO2 bằng dung dịch vôi tôi, đây là phương pháp được áp dụng rộng rãi trong công nghiệp vì những ưu điểm của phương pháp: Công nghệ đơn giản Chi phí hoạt động thấp Chất hấp thụ rẻ tiền dễ tìm Có khả năng xử lý khí ma không cần làm nguội Xử lý phần bụi còn lại trong dòng khí thải phản ứng hoá học xảy ra trong quá trình hấp thụ SO2 bằng dung dịch vôi sữa.  (1)  (2) Khí thải sau khi ra khỏi Xiclon tách bụi và túi lọc bụi tay áo dòng khí thải được đi vào tháp hấp thụ (1), trong đó xảy ra quá trình hấp thụ SO2 bằng dung dịch sữa vôi tưới trên lớp đệm bằng vật liệu rỗng. Nước chứa axit chảy ra từ tháp (1) được bổ sung thường xuyên bằng sữa vôi mới. Trong nước chảy ra từ tháp (1) có chứa nhiều sunfit và sunfat dưới dạng tinh thể CaSO3.0,5H2O; CaSO4.2H2O và một ít bụi còn sót lại trong khí thải. Các tinh thể canxi sunfit, canxi sunfat được tách lọc qua thiết bị (2) (thiết bị số 2 là một bình rỗng cho phép dung dịch lưu lại 1 thời gian đủ để hình thành các tinh thể sunfit và can xi sunfat). Sau bộ phận tách tinh thể 2, dung dịch 1 phần vào tưới cho tháp hấp thụ, phần còn lại đi qua bình lọc chân không (3) ở đó các tinh thể được giữ lại dưới dạng cắn bùn và được thải ra ngoài. Đá vôi được đập vụn và nghiền thánh bột ở các thiết bị (7) và (8) và đưa vào thùng (6) để pha trộn với dung dịch loãng chảy từ ộ phận lọc chân không số (3), cùng với 1 lượng nước bổ sung để được dung dịch sữa vôi mới. Nguyên liệu vôi được sử dụng một cách hoàn toàn, cụ thể là: cắn bùn từ hệ thống sử lý thải ra có thể được sử dụng làm chất kết dính trong xây dựng sau khi chuyển sunfit thành sunfat trong lò nung. Sau khi đi qua tháp hấp thụ, hàm lượng các chất độc hại trong khí thải: bụi, SO2, đã được xử lý đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn TCVN 5939:1995, trừ nito và các hợp chất của Nito, tuy nhiên hàm lượng nito và hợp chất nito trong khí thải không đáng kể, và một lượng nhỏ đã được xử lý trong tháp hấp thụ. Khí thải sau khi ra khỏi tháp hấp thụ được kiểm tra hàm lượng các chất còn lại trong khí đi ra khỏi tháp, nếu hàm lượng nito trong khí ra cao hơn tiêu chuẩn, dòng khí đi ra được cho đi qua tháp hấp phụ để loại bỏ nito và hợp chất của nó đạt tiêu chuẩn và thải ra ngoài môi trường không khí. Tính toán tháp hấp thụ. Tính toán nồng độ các chất trong quá trình hấp thụ Gọi : Xđ: Nồng độ ban đầu của SO2 trong dung dịch hấp thụ Ca(OH)2, Xđ = 0 mg/m3 Xc: Nồng độ cuối của SO2 trong dung dịch hấp thụ Ca(OH)2 mg/m3 Yđ: Nồng độ ban đầu của SO2 trong hỗn hợp khí thải, Yđ = 1980 mg/m3 Yc: Nồng độ cuối của SO2 trong khí thải sau khi xử lý, lấy theo TC Yc = 500mg/m3 Gy: Lượng khí thải đi vào tháp, Gy = 4000 (m3/h) Gx: Lượng dung môi vào thiết bị hấp thụ (m3/h) Gtr: Lượng khí trơ vào thiết bị (m3/h) Khối lượng khí SO2 đi vào tháp hấp thụ trong hỗn hợp khí thải trong 1 giờ:  Khối lượng khí SO2 ra khỏi tháp trong 1 giờ (cho phép, theo tiêu chuẩn)  Khối lượng khí SO2 bị giữ lại trong tháp trong 1 giờ .  Phương trình phản ứng chủ yếu xảy ra trong tháp hấp thụ: Ca(OH)2 + SO2 = CaSO3 + H2O (1) Từ phương trình phản ứng trên ta tính được khối lượng Ca(OH)2 cần thiết để hấp thụ SO2  Khối lượng dung dịch Ca(OH)2 4% cần để hấp thụ khí SO2:  Mặt khác, do trong khí thải đi vào trong tháp hấp thụ còn có lẫn các thành phần như: CO2, NO2 ... nên trong tháp còn xảy ra các phản ứng: CaSO3 + 1/2O2 + H2O = CaSO4 + 2H2O (2) 2Ca(OH)2 + 4NO2 = Ca(NO3)2 + Ca(NO2)2 + 2H2O (3) Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O (4) Để đảm bảo lượng dung dịch Ca(OH)2 cần hấp thụ khí SO2, lượng dung dịch thực tế cung cấp vào tháp hấp thụ phải lớn hơn lượng dung dịch Ca(OH)2 tính theo phương trình (1). Khối lượng dung dịch Ca(OH)2 cần thiết đưa vào tháp cần nhân với hệ số k, lấy k = 2,2:  Trong đó: mCa(OH)2TT: Lượng dung dịch Ca(OH)2 thực tế đưa vào tháp (kg/h) MCa(OH)2tt: Lượng dung dịch Ca(OH)2 tính toán theo phản ứng (1) Khối lượng riêng của dung dịch Ca(OH)2 .Ở 250C, nồng độ dung dịch 4% có khối lượng riêng : (xtb= kg/m3 Thể tích dung dịch Ca(OH)2 trong 1 giờ cung cấp vào tháp:  Thể tích SO2 bị giữ lai trong tháp: Khối lượng SO2 bị giữa lại: m = 8 (kg/h) Khối lượng riêng của SO2 ở 250C, 1 at:  Khối lượng riêng của SO2 ở 600C, 1 at:  Thể tích khí SO2 bị giữ lại trong tháp:  Nồng độ cuối của SO2 trong dung dịch hấp thụ đi ra khỏi tháp:  Các thông số vào tháp được trình bày trong bảng: Thông số   Xđ  0 (mg/m3)   Xc  16.106.(mg/m3)   Yđ  2500 (mg/m3)   Yc  500 (mg/m3)   Gy  4000 (m3/h)   Gx  0,5 (m3/h)   Tính toán kích thước của tháp hấp thụ: Đường kính tháp hấp thụ được tính theo công thức:  Chọn đường kính tháp D = 1,1 m Trong đó: V: Lưu lượng khí thải đi vào tháp hấp thụ (m3/h) : Vận tốc khí đi trong tháp, chọn . Chọn thời gian lưu khí trong tháp là 5s. Chiều cao có ích (chiều cao làm việc) của tháp hấp thụ được tính theo công thức:  Chiều cao phụ hai đầu trên tháp chọn: h1 = 1m, chiều cao đầu dưới tháp là: h2 = 1,5m. Chiều cao toàn tháp được tính theo công thức: HXD = H + h1 + h2 (m) HXD = 6 +1 + 1,5 = 8,5 m. Chọn cơ cấu tưới dung dịch Ca(OH)2 dùng rây hở. 2.5. Xử lý NOx bằng than hoạt tính. Ta thấy lượng khí SO2 bị giữ lại ở tháp hấp thụ là không lớn 3,1 m3 nên xem như lượng khí đi vào thiết bị xử lý NOx vẫn là 4000 m3/h. Nồng độ NOx có trong dòng khí thải CNOx = 3500 mg/m3 => Lưu lượng khí NOx trong dòng khí thải QNOx = 3500 . 4000 = 14.106 mg/h = 14 kg/h. Gọi : Xđ: Nồng độ ban đầu của NOx trong vật liệu hấp phụ, Xđ = 0 mg/m3 Xc: Nồng độ cuối của NOx trong vật liệu hấp phụ mg/m3 Yđ: Nồng độ ban đầu của NOx trong hỗn hợp khí thải, Yđ = 3500 mg/m3 Yc: Nồng độ cuối của NOx trong khí thải sau khi xử lý, lấy theo TCVN 5939 – 1995 theo giới hạn B, Yc = 1000mg/m3 Gy: Lượng khí thải đi vào tháp, Gy = 4000 (m3/h) Gx: Lượng dung môi vào thiết bị hấp thụ (m3/h) Gtr: Lượng khí trơ vào thiết bị (m3/h) Ta có lượng khí NOx đi vào tháp hấp phụ :  Lượng khí NOx ra khỏi tháp hấp phụ:  => Lượng NOx bị giữ lại trong tháp hấp phụ :  (kg/h.) Chọn vận tốc của dòng khí đi vào trong tháp hấp phụ  = 1 m/s , lưu lượng dòng khí đi vào tháp hấp phụ V = 4000 m3/h => đường kính tháp hấp thụ được tính theo công thức:  Chọn đường kính tháp D = 1,2 m Ta có lưu lượng khí đầu vào của tháp là V = 1,1 m3/s, chọn vận tốc dòng khí di chuyển trong lớp vật liệu hấp phụ là  = 1,5 m/s, thời gian lưu khí là 5s. => Chiều dày lớp vật liệu hấp phụ H = 5 . 1 = 5 m. Đây cũng chính là chiều cao làm việc của tháp hấp phụ, Hlv = 5 m. Thể tích lớp vật liệu hấp phụ : Chọn than hoạt tính có kích thước hạt: 2,36 – 4,76 (mm) Khối lượng riêng của than hoạt tính là 520 kg/m3 => Khối lượng than hoạt tính cần dung là M = 5,6 . 520 = 2912, chọn là 2920 kg. Lượng than được để trên 10 sàn, mỗi sàn có chiều cao lớp hấp phụ là 50 cm.Khoảng cách giữa sàn và lớp than hoạt tính của sàn phía dưới là 20 cm. Chiều cao của tháp là: H = 5 +.9.0,2 + 1+1 = 8,8 m H1 = H2 =1 m Chiều cao đầu và cuối tháp. 2.4. Tính toán các thiết bị phụ trợ khác: 2.4.1. Ống khói: Nồng độ giới hạn cho phép của khí (tính với khí SO2)  Trong đó: Cmax: Giới hạn nồng độ cho phép trong vùng hô hấp 0,5 mg/m3. k: Hệ số phụ thuộc tốc độ gió, k = 0,15 – 1,5 chọn k = 1,5 mSO2: Khối lượng khí SO2 đi ra khỏi tháp hấp thụ (mg/s), mSO2 = 555 mg/s Vkk: Vận tốc khí thải tại miệng ống khói (m/s)  Chiều cao hiệu quả của ống khói:  Chọn chiều cao ống khói Hhq.ok = 10,5 m. tính toán trở lực trong thiết bị và trên đường ống Trở lực của thiết bị nồi hơi:  (N/m2) Trong đó: : Áp suất động học (N/m2) : Trở lực ma sát (N/m2) : Trở lực cục bộ (N/m2)  (N/m2) Trở lực của tháp hấp thụ Lưu lượng khí đi vào tháp: L = 4000 m3/h = 1.11 m3/s Đường kính của tháp: D = 1,1 m. Tốc độ khí đi trong tháp: Chuẩn số Re giới hạn:  trong đó  là độ nhám của thiết bị  Hệ số ma sát được tính như sau:  Hệ số trở lực cục bộ trong tháp hấp thụ:  Tổn thất áp suất:  Trở lực trong ống khói: Đường kính ống khói: d = 0,5 m Chiều cao hiệu quả của ống khói: H = 10,5 m. Lưu lượng khí thoát ra ống khói: Q = 4000.m3/h = 1.11 m3/s Tốc khí đi trong ống khói:  Trở lực trong ống khói:  (N/m2) Trong đó:  (N/m2)    Trở lực trong đường ống dẫn khí: Trở lực từ lò đốt đến nồi hơi, do đường ống ngăn nên trở lực không đáng kể, trong thực tế có thể bỏ qua trở lực này. Trở lực từ thiết bị trao đổi nhiệt đến thiết bị hấp thụ. Lưu lượng khí: Q = 1.11 m3/s. Vận tốc khí trong ống 9 m/s, đường kính ống D = 0,4m. Hệ số trở lực cục bộ:  Hệ số ma sát được xác định theo công thức:  Chiều dài đoạn ống chọn L = 20 m Tổn thất trên đường ống:  Trở lực từ thiết bị hấp thụ đến tháp hấp phụ. Lưu lượng khí: Q = 1.11 m3/s Vận tốc khí: V = 9 m/s. Đường kính ống 0,4 m. Khối lượng riêng của khí thải:  (ở 300C) Hệ số độ nhớt động học:    Hệ số ma sát được tính theo công thức:  Tổn thất trên đường ống với chiều dài ống L = 20 m.  Trở lực từ tháp hấp phụ đến quạt hút chọn bằng:  Trở lực từ quạt đến ống khói: Lưu lượng khí: Q = 1.11 (m3/s) Khối lượng riêng của khí thải:  Hệ số độ nhớt động học:  Vận tốc khí chuyển động trong ống: V = 9 m/s Đường kính ống D = 0,4 m Chiều dài ống dẫn chọn L = 5 m. Hệ số ma sát được tính theo công thức:  Tổn thất trên đoạn ống: 

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docXử lý khí thải cho nhà máy.doc