Thiết kế hệ thống xử lý khí thải nồi hơi công suất 100m3 hơi/h sử dụng than đá

THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ THẢI NỒI HƠI CÔNG SUẤT 100M3 HƠI/H SỬ DỤNG THAN ĐÁ Chương I:Yêu cầu thiết kế I.1.Số liệu đầu vào -Công suất nồi hơi:100 m3hơi/h -Nhiệt độ khí thải:150(C [1] -Nồng độ SO2:500-1333 mg/m3 -Nồng độ bụi:200-1500 mg/m3 -Nồng độ CO:50-150 mg/m3 -Lưu lượng khí thải đầu vào
,m3/h Trong đó: B-lượng than đá đốt trong 1 giờ,kg/h
-khói sinh ra khi đốt 1 kg than,m3/kg lấy
=7,5 m3/kg (-hệ số thừa không khí((=1,25-1,53) lấy (=1,25 Vo-lượng không khí cần để đốt 1 kg than,m3/kg lấy Vo=7,1 m3/kg t-nhiệt độ khí thải,(C lấy t=150(C Nguồn[1] Tính toán lượng than đốt trong 1 giờ Nhiệt lượng cần tiêu tốn để làm bay hơi 1 tấn nước ở 30(C(xem nước bay hơi ở 100(C) Q=MC
t,J Trong đó: C-nhiệt dung riêng của nước,J/kg.K M-khối lượng nước cần bay hơi,kg
t-hiệu số giữa nhiệt độ cuối và đầu,(C Q=1000*4200*(100-30)=294*106 J=294*103=70237,47 kcal Than An-tra-xit có nhiệt lượng là 6810 kcal/kg(Nguồn[4]) (lượng than đá cần dùng là m=Q/6810=70237,47/6810=10,314 kg/tấn hơi (lượng than cần để bay hơi 100 tấn nước trong 1 giờ là:10,314*100=1031,4 kg/h Vậy B=1031,4 kg/h V=1031,4(7,5+(1,25-1)7,1)
=14822,4 m3/h=4,117 m3/s I.2.Số liệu đầu ra Khí thải sau khi xử lý cần đạt QCVN 19:2009/BTNMT_Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải công nghiệp đối với bụi và các chất vô cơ) 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. Được trích ở bảng sau: Chất ô nhiễm  Nồng độ C (mg/Nm3)    A  B   Bụi  400  200   CO  1000  1000   SO2  1500  500   NOx  1000  850   Nếu so với quy chuẩn khí thải sau xử lý đạt chất lượng loại B thì hàm lượng SO2 và bụi vượt quá giới hạn cho phép nên cần xử lý hai thành phần này. I.3. Đề xuất và thuyết minh quy trình công nghệ I.3.1. Đề xuất quy trình công nghệ xử lý Xử lý bụi Các loại than đá được sử dụng ở TP.Hồ Chí Minh đa số là than An-tra-xit.Các kết quả nghiên cứu đã cho thấy tỷ lệ phân bố các loại hạt bụi ở các đường kính trung bình trong khí thải nồi hơi đốt than như sau: Dtb((m)  0-10  10-20  20-30  30-40  40-50  50-60  60-86  86-100  >100   %  3  3  4  3  4  3  7  6  67   (Nguồn[1]) Với kết quả nghiên cứu trên kết hợp với bảng sau: Bảng:Các thông số đặc trưng của thiết bị thu hồi bụi khô STT  Dạng thiết bị  Năng suất tối đa(m3/h)  Hiệu quả xử lý  Trở lực(Pa)  Giới hạn nhiệt độ((C)   1  Buồng lắng  Không giới hạn  (>50(m)80-90%  50-130  350-550   2  Xiclon  85000  (10(m)50-80%  250-1500  350-550   3  Thiết bị gió xoáy  30000  (2(m)90%  đến 2000  đến 250   4  Xiclon tổ hợp  170000  (5(m)90%  750-1500  350-450   5  Thiết bị lắng quán tính  127500  (2(m)90%  750-1500  đến 400   6  Thiết bị thu hồi bụi động  42500  (2(m)90%   đến 400   (Nguồn[2]) ta sử dụng buồng lắng bụi để lắng các hạt bụi có kích thước >100(m,sau đó dòng khí được dẫn qua xiclon để xử lý tiếp các hạt nhỏ hơn. Xử lý SO2 Trong các thiết bị dùng cho phương pháp hấp thụ thì dung dịch hấp thụ được sử dụng có thể là nước hoặc dung dịch hoá học như dung dịch kiềm,dung dịch sữa vôi…nếu dùng dung dịch hoá học thì hiệu suất hấp thụ các chất ô nhiễm sẽ cao nhưng đắt tiền.Dùng nước thì rẻ tiền và anh toàn cho thiết bị nhưng hiệu suất hấp thụ các chất ô nhiễm dạng khí sẽ kém hiệu quả hơn. Do dòng khí thải chứa thành phần ô nhiễm chính là SO2 nên dung dịch hấp thụ được chọn là dung dịch Ca(OH)2 vì các ưu điểm sau: -Chất thải thứ cấp của nó được đưa về dạng thạch cao không gây ô nhiễm thứ cấp cho nguồn nước và có thể tách ra khỏi nước đem chôn lấp an toàn -Là loại dung dịch rẻ tiền,dễ kiếm -Tính ăn mòn thiết bị yếu,ít gây nguy hại cho thiết bị xử lý -Dung dịch này ngoài nhiệm vụ hấp thụ SO2 còn có tác dụng làm nguội khí thải đáp ứng tiêu chuẩn về nhiệt độ khí thải đầu ra của ống khói Tháp hấp thụ được chọn là tháp đệm vì dòng khí có chứa bụi và tạo được bề mặt tiếp xúc lớn nên tháp sẽ có kích thước nhỏ,kinh tế hơn.Vật liệu đệm là vòng sứ với ưu điểm là chịu được môi trường ăn mòn tốt và chịu được nhiệt độ cao,ngoài ra còn có tác dụng kết dính bụi trong khí thải vào dung dịch hấp thụ sau đó được tách ra ở dạng cặn trong bể lắng. I.3.2.Thuyết minh quy trình công nghệ Sơ đồ xử lý khí thải nồi hơi đốt than đề xuất như sau:
 Khí thải sau khi được thu gom bằng chụp hút sẽ được dẫn qua buồng lắng để thu hồi bụi có kích thước lớn.Dòng khí sau khi qua buồng lắng sẽ được dẫn qua xiclon thu hồi bụi có kích thước nhỏ hơn.Dòng khí sau khi qua xiclon sẽ được dẫn vào tháp hấp thụ.Khí thải được đưa vào tháp từ dưới lên,dung dịch hấp thụ được đưa lên trên thân trụ và được đĩa phân phối 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 thải ra ngoài qua ống khói cao. Dung dịch sau khi qua tháp hấp thụ được sử dụng tuần hoàn.Theo thời gian,dung dịch giảm dần pH và chứa nhiều cặn.Nước thải này được dẫn đến bể lắng để tách bụi và các tinh thể thạch anh.Sau đó được dẫn đến bể trộn dung dịch sữa vôi.Khi bổ sung dung dịch mới,một lượng dung dịch cũ sẽ được thải bỏ.Dung dịch mới lại được bơm vào tháp. Chương II:Tính toán và thiết kế II.1.Tính toán và thiết kế buồng lắng bụi -Diện tích mặt cắt ngang của buồng lắng F=BH=V/u,m2 Trong đó: u-tốc độ dòng khí đi qua thiết bị,m/s B-chiều rộng buồng lắng,m H-chiều cao buồng lắng,m V-lưu lượng khí đi qua buồng lắng,m3/s -Lưu lượng khí thải:
m3/h=4,117 m3/s -Thông thường,vận tốc tối đa của dòng khí trong buồng lắng bụi là u=3m/s,nhưng được áp dụng phổ biến nhất và đảm bảo nhất là u=0,3m/s Suy ra f=BH=4,117/0,3=13,72m2 -Chiều rộng,chiều dài và chiều cao buồng lắng Sau khi xác định tiết diện ngang f ta tự chọn chiều rộng buồng lắng B thì tìm được chiều cao buồng lắng H và ngược lại. -Thời gian lưu của dòng khí (l=l/u,s Trong đó: (l-thời gian lưu,s l-chiều dài buồng lắng,m u-vận tốc dòng khí qua buồng lắng,m/s -Thời gian lắng của bụi (o=H/(o,s Trong đó: (o-thời gian lắng,s H-chiều cao buồng lắng,m (o-tốc độ lắng,m/s Muốn thiết bị lắng thực hiện quá trình phân riêng được tốt,thì điều kiện cần thiết là: (l((o do đó:H(L(o/u Ta có:(b=1600 kg/m3 (Nguồn[3]) Khối lượng riêng của khí: (k=1.293
kg/m3 Trong đó: 1,293-khối lượng riêng khí ở 0(C và 760 mmHg,kg/m3 t-nhiệt độ khí thải,(C -Vận tốc lắng của bụi: (o=
Trong đó: (b-khối lượng riêng của bụi,kg/m3 (-khối lượng riêng của khí,kg/m3 g-gia tốc trọng trường,m/s2 d-đường kính hạt bụi,m (-độ nhớt động học của khí,Pa.s
Trong đó: (o-độ nhớt khí ở 0(C,Pa.s C-hằng số trong phương trình độ nhớt T-nhiệt độ khí thải,(K ((=
=24,217*10-6 Pa.s Vậy (o=
m/s Kiểm tra Re Re=
chế độ lắng dòng (Cd=24/Re=24/0,155=154,84 Tính lại vận tốc lắng (o=
m/s Vậy (o=0,09 m/s -Bề mặt lắng cần thiết Bl=V/(o=4,117/0,09=45,74 m2 Tóm lại ta được: H(0,3l Bl=45,74 m2 BH=13,72 m2 Chọn B=6 m(l=7,6 m;H=2,28 m Kiểm tra:0,3l=2,28 m=H(thỏa -Bề mặt lắng cần thiết F=V/(o=4,117/0,09=45,74 m2 -Thời gian lắng của hạt bụi,thời gian lưu của khí -Thời gian lắng của hạt bụi (o=H/(o=2,28/0,09=25,33 s -Thời gian lưu (l=l/u=7,6/0,3=25,33 s -Thể tích làm việc của buồng lắng bụi Vlv=V(o=4,117*25,33=104,28 m3 II.2.Tính toán và thiết kế xiclon -Khối lượng riêng khí (=0,834 kg/m3 -Lưu lượng dòng hỗn hợp Vs=4,117 m3/s -Chọn xiclon của viện NIOGAS (theo Bảng 4.1 Quy chuẩn xiclon(ở Liên Xô cũ) sách Quá trình và thiết bị công nghệ hoá học&thực phẩm_Nguyễn Văn Lụa,trang 188) (Cho trước
P/(=740 và hệ số trở lực
=160 -Tính sơ bộ tốc độ quy ước

m/s -Đường kính sơ bộ của xiclon
m -Điều chỉnh tốc độ quy ước,theo tiêu chuẩn D’=1,31 m(D=1,5 m
m -Trở lực của xiclon: -Các kích thước của xiclon Đường kính D=1,5 m Chiều rộng cửa vào b=0,21D=0,315 m Chiều cao cửa vào h=0,66D=0,99 m Đường kính ống tâm do=0,58D=0,87 m Chiều cao phần trụ H1=1,6D=2,4 m Chiều cao phần nón H2=2D=3 m II.3.Tính toán và thiết kế tháp hấp thụ II.3.1.Xác định các dòng vật chất Gd,Gc-suất lượng hỗn hợp khí đầu vào và ra,kmol/h Ld,Lc-suất lượng Ca(OH)2 đầu vào và ra,kmol/h Ltr,Gtr-suất lượng mol của cấu tử trơ trong pha lỏng và khí,kmol/h xd,xc-phần mol của SO2 trong pha lỏng vào và ra,kmol SO2/kmol dd yd,yc-phần mol của SO2 trong pha khí vào và ra,kmol SO2/kmol hh Xd,Xc-tỉ số mol của SO2 trong pha lỏng vào và ra,kmol SO2/kmol dd Yd,Yc-tỉ số mol của SO2 trong pha khí vào và ra,kmol SO2/kmol hh Ta có Gd=V(hh Trong đó: V-thể tích hỗn hợp khí,m3/s (hh-khối lượng riêng hỗn hợp khí,kg/m3 (hh=
Trong đó: To-nhiệt độ pha khí ở điều kiện chuẩn,(K T-nhiệt độ pha khí ở điều kiện đang xét,(K
,
-khối lượng phân tử SO2 và không khí
-áp suất riêng phần của SO2 trong 1m3 hỗn hợp khí,mmHg
Trong đó:
mol Suy ra:
at =0,547 mmHg Ptr-áp suất riêng phần của khí trơ,mmHg Po-áp suất của hỗn hợp khí ở điều kiện chuẩn,mmHg
mmHg (
kg/m3 Vậy lưu lượng khí đầu vào Gd=V(hh=4,117*0,8396=3,442 kg/s Nồng độ khí ban đầu Ck=
kmol/m3=28,8 mol/m3 Nồng độ phần mol của SO2 trong hỗn hợp khí đầu vào yd=0,021/28,8=0,729*10-3 mol SO2/mol hh Tỉ số mol SO2 trong hỗn hợp khí đầu vào Yd=yd/(1-yd)=0,729*10-3/(1-0,729*10-3)=0,73*10-3 mol SO2/mol hh Giả sử ban đầu dung dịch là sạch nên Xd=0 SO2 đầu ra đạt tiêu chuẩn loại B(0,5g/m3)( nồng độ SO2 đầu ra n=0,5/64=7,8125*10-3 mol/m3 Nồng độ phần mol SO2 trong hỗn hợp khí đầu ra yc=7,8125*10-3/28,8=0,2713*10-3 mol SO2/mol hh Tỉ số mol của SO2 trong hỗn hợp khí đầu ra Yc=yc/(1-yc)=0,2713*10-3/(1-0,2713*10-3)=0,27137*10-3 mol SO2/mol hh II.3.2.Xác định suất lượng pha lỏng cho quá trình hấp thụ, đường làm việc, đường cân bằng Phương trình đường cân bằng
Trong đó: T-nhiệt độ làm việc của tháp,(K tối ưu là T=40+273=313(K
-áp suất riêng phần của khí SO2 khi cân bằng,Pa (SO2)-nồng độ SO2 cân bằng,mol/m3
với
mol SO2/mol hhkhi
kg/m3
Lập bảng: Y=
;X=
Nồng độ SO2(mol/m3) 
(Pa)  X*10-3(mol SO2/moldd)  Y*10-3(mol SO2/mol hhkhi)   0,0050  1,0624  0,1735  0,0108   0,0125  5,8944  0,4338  0,0601   0,0200  14,1953  0,6941  0,1447   0,0275  25,7496  0,9544  0,2626   0,0350  40,4228  1,2147  0,4122   0,0425  58,1174  1,4750  0,5928   0,0500  78,7577  1,7353  0,8035   0,0575  102,2817  1,9956  1,0437   0,0650  128,6374  2,2559  1,3130   0,0725  157,7797  2,5162  1,6109   Tỷ số mol SO2 trong dung dịch ra khỏi tháp Xc=
Với Gtr=Ghh(1-yd) Suất lượng mol hỗn hợp đi vào tháp là
kmol/h Gọi nồng độ SO2 lớn nhất trong dung dịch ra khỏi tháp theo tỉ số mol là Xcmax Xcmax là giao điểm giữa đường thẳng Yd và đường cân bằng Yd=0,73*10-3 Ta có: Y=




mol/m3
Lượng dung dịch hấp thụ tối thiểu
kmol/h Lượng dung dịch hấp thụ cần thiết L=(Lmin((=1,5-1,7) Chọn (=1,5 (1,5Lmin=1,5*117,5604=176,3406 kmol/h Nồng độ SO2 trong dung dịch ra khỏi tháp
mol SO2/mol dd Vậy phương trình đường làm việc đi qua hai điểm A(Xd,Yc) và B(Xc,Yd) A(0;0,27137*10-3) và B(1,1106*10-3;0,73*10-3) ( phương trình đường làm việc :Y=0,413X+0,2714*10-3
Nồng độ phần khối lượng của SO2 trong hỗn hợp khí đầu vào
Lưu lượng pha khí
kg/s
Khối lượng SO2 được hấp thụ bởi dung dịch Ca(OH)2
kg/s Trong đó: (-hiệu suất quá trình hấp thụ
Khối lượng SO2 còn lại ở đầu ra
kg/s Lưu lượng khí đầu ra Gc
kg/s Lưu lượng dung dịch đầu vào Ld=l=176,3406 kmol/h=
kg/s Lưu lượng dung dịch đầu ra Lc=Ld+M=3,6248+3,4349*10-3=3,6282 kg/s II.3.3.Xác định các kích thước cơ bản của tháp hấp thụ II.3.3.1.Xác định đường kính tháp hấp thụ
Trong đó: Gtb-lưu lượng trung bình của pha khí,kg/s (k-khối lượng riêng trung bình của pha khí,kg/m3 (k-vận tốc khí qua tiết diện tháp,m/s Lưu lượng trung bình của pha khí
kg/s Khối lượng riêng trung bình của pha khí (k=
kg/m3 Vận tốc tối ưu được tính như sau (k=(0,75(0,9) (gh Trong đó: (gh-vận tốc giới hạn tương ứng với điểm nghịch đảo,m/s Vận tốc pha khí tại điểm nghịch đảo được tính theo công thức sau
Trong đó: (-diện tích bề mặt riêng của vật liệu đệm,m2/m3 VR-phần thể tích tự do (rỗng) của vật liệu đệm,m3/m3 g-gia tốc trọng trường,m/s2 (x-độ nhớt vận động của nước ở nhiệt độ làm việc (40(C),Pa.s (-độ nhớt vận động của nước ở 20(C,Pa.s Gtb,Ltb-lưu lượng trung bình pha khí và lỏng,kg/s (y,(x-khối lượng riêng pha khí và lỏng,kg/m3 A-hệ số phụ thuộc dạng quá trình, đối với hấp thụ A=0,022 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 lộ xộn kích thước 25x25x3 mm -Bề mặt riêng (=195 m2/m3 -Thể tích tự do VR=0,75 m3/m3 -Số đệm trong 1 m3 là 46*103 -Khối lượng riêng xốp 600 kg/m3 Lưu lượng lỏng trung bình
kg/s Lưu lượng khí trung bình:Gtb=3,4403 kg/s Khối lượng riêng của chất lỏng:(x=1000 kg/m3 Khối lượng riêng của khí:(y=1,293*
kg/m3 Độ nhớt của nước ở 40(C:(x=0,6560*10-3 Ns/m2 Độ nhớt của nước ở 20(C:(=1,005*10-3 Ns/m2

((gh=1,9 m/s ((k=0,9*1,9=1,71 m/s
m Chọn đường kính tiêu chuẩn D=1,5 m Tính lại vận tốc làm việc chính xác ứng với đường kính D=1,5 m
m/s II.3.3.2.Xác định chiều cao lớp đệm Chiều cao lớp đệm hấp thụ H thường được xác định theo số đơn vị truyền khối (Noy) và chiều cao tương đương 1 đơn vị truyền khối (Hoy) H=Noy*Hoy Xác định số đơn vị truyền khối Số đơn vị truyền khối được tính theo công thức
Tích phân này được tính bằng phương pháp đồ thị là diệ tích giới hạn bởi đường cong
theo Y và 2 trục Yc,Yd Để lấy tích phân bằng đồ thị ta lập bảng sau Xc =1,1106 kmol SO2/mol dd Chọn Xc thay đổi từ 0(1,15 với bước nhảy 0,05*10-3 X*10-3  Y*10-3  Ycb*10-3  (Y-Ycb)*10-3 
  0,05  0,292  0,001  0,291  3,436   0,1  0,313  0,004  0,309  3,236   0,15  0,333  0,008  0,325  3,077   0,2  0,354  0,014  0,34  2,94   0,25  0,375  0,021  0,354  2,824   0,3  0,395  0,03  0,365  2,74   0,35  0,416  0,039  0,377  2,653   0,4  0,437  0,055  0,382  2,618   0,45  0,457  0,063  0,394  2,538   0,5  0,478  0,073  0,405  2,469   0,55  0,499  0,094  0,405  2,469   0,6  0,519  0,105  0,414  2,415   0,65  0,54  0,129  0,411  2,433   0,7  0,561  0,142  0,419  2,387   0,75  0,581  0,17  0,411  2,433   0,8  0,602  0,184  0,418  2,392   0,85  0,622  0,2  0,422  2,37   0,9  0,643  0,232  0,411  2,433   0,95  0,6638  0,249  0,415  2,41   1  0,684  0,284  0,4  2,5   1,05  0,705  0,303  0,402  2,488   1,1  0,726  0,342  0,384  2,604   1,15  0,764  0,362  0,402  2,488   Từ đồ thị ta có các diện tích thành phần: (Noy=0,07+0,063+0,063+0,06+0,056+0,057+0,055+0,052+0,053+0,052+0,049+0,05+0,051+0,048+0,051+0,048+0,05+0,05+0,113+0,05+0,05+0,1=1,795
Xác định chiều cao tương đương 1 đơn vị truyền khối Chiều cao 1 đơn vị truyền khối phụ thuộc đặc tính đệm,chế độ thủy động lực của tháp và tính chất hóa lí của các pha.
Trong đó:
-chiều cao đệm tương đương 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 nên hệ số góc thay đổi nên ta xác định hệ số phân phối trung bình như sau
Trong đó: m1,m2,…,mn-các hệ số góc tiếp tuyến tại điểm 1,2,…,n của đường cân bằng n-số khoảng chia Từ đồ thị đường cân bằng ta tìm được m1=0,062 m2=0,198 m3=0,325 m4=0,453 m5=0,575 m6=0,694 m7=0,809 m8=0,923 m9=1,035 m10=1,144 m=
Theo công thức ta có

Trong đó: b-hệ số phụ thuộc dạng đệm, đối với vòng Rasing b=0,123 (-hệ số thấm ướt của đệm,xác định theo đồ thị phụ thuộc tỉ lệ mật độ tưới làm việc(U) trên mật độ tưới tối ưu(Utu)
Trong đó: dk-đường kính tháp,m (l-khối lượng riêng pha lỏng,kg/m3 Ltb-lưu lượng lỏng trung bình,kg/s (
Utu được tính theo công thức Utu=B*a Trong đó: B-hệ số phụ thuộc dạng quá trình, đối với hấp thụ B=0,158 a-diện tích bề mặt vật chêm,m2/m3 (Utu=0,158*195=30,81 Tính tỉ số
Tra đồ thị Hình IX.16 trang 178 Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2 ((=0,24 Đối với pha khí: Tính Rey=
Trong đó: (k-vận tốc khí qua tiết diện tháp,m/s (k-khối lượng riêng trung bình pha khí,kg/m3 a-diện tích bề mặt vật liệu chêm,m2/m3 (k-độ nhớt động học của pha khí,Pa.s Độ nhớt động học của pha khí được tính như sau:
Mk-khối lượng phân tử hỗn hợp khí,g/mol
((k=0,01799*10-3Pa.s(0,018*10-3 Pa.s Vậy Rey=
Tính Prk=
với Dk là hệ số khuếch tán SO2 trong pha khí,m2/s
m2/s Dk ở điều kiện làm việc (40(C):
m2/s Vậy giá trị của chuẩn số Prandi:
Chiều cao 1 đơn vị truyền khối theo pha khí:
Đối với pha lỏng: Tính
Trong đó: D-đường kính tháp,m (=a=195 m2/m3 (
Hệ số khuếch tán SO2 trong nước ở 23(C được tính theo công thức:
(Công thức 5.23 Sách Ví dụ và bài tập tập 10) Trong đó: (-độ nhớt động học của nước ở 23(C,(=0,9385*10-3 Ns/m2=0,9385mPa.s A,B-các hệ số phụ thuộc tính chất dung môi B=4,7 dung môi là nước A=1 đối với khí Theo bảng 5.4 trang 227 sách Ví dụ và Bài tập_tập 10
Từ các số liệu trên ta tính được:
m2/s (
m2/s Với ttb=40(C là nhiệt độ trung bình của pha lỏng b=0,2(0,5(-1/3=0,2*0,93850,5*1000-1/3=0,02 Vậy chuẩn số Prandi của pha lỏng là:

Kết quả chiều cao 1 đơn vị truyền khối là:
Tổng chiều cao cần thiết cho lớp đệm: H=Noy*Hoy=1,795*2=3,59m Tỉ lệ
(40 nên đảm bảo lớp đệm hoạt động tốt Chiều cao phần tách lỏng Hc và Hd được chọn theo bảng sau,phụ thuộc vào đường kính tháp: D,m  Hc,m  Hd,m   1,0-1,8  0,8  2   2,0-2,6  1  2,5   2,8-4  1,2  3   D=1,5 m nên chọn Hc=0,8m,Hd=2m Vậy tổng chiều cao tháp hấp thụ là: Ht=H+Hd+Hc=3,59+0,8+2=6,39m II.4.Tính toán cơ khí : II.4.1.Chọn vật liệu: 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 thụ và các đường ống dẫn khí được chọn là thép hợp kim đặc biệt thuộc nhóm thép không gỉ,bền nhiệt và chịu nhiệt,chúng có tính chống ăn mòn cao trong điều kiện làm việc của thiết bị. -Thiết bị làm việc ở môi trường ăn mòn -Nhiệt độ làm việc t(C=40(C -Áp suất làm việc Plv=1at=101325N/m2 Chọn vật liệu là thép không gỉ để chế tạo thiết bị -Kí hiệu thép:X18H10T(C(0,12%,Cr=18%,N=10%,T nằm trong khoảng 1-1,5%) -Giới hạn bền:(k=550*106 N/m2 -Giới hạn chảy:(c=220*106 N/m2 -Chiều dày tấm thép:b=4-25 mm -Độ dãn tương đối:(=38% -Hệ số dẫn nhiệt:(=16,3 W/m. độ -Khối lượng riêng:(=7900 kg/m3 Chọn công nghệ gia công là hàn tay bằng hồ quang điện,bằng cách hàn giáp mối 2 bên -Hệ số hiệu chỉnh:(=1 -Hệ số an toàn bền kéo:nk=2,6 -Hệ số an toàn bề chảy:nc=1,5 II.4.2.Tính bề dày thân tháp: Các thông số ban đầu của tháp mà ta đã biết như sau: -Đường kính D=1,5m=1500mm -Chiều cao tháp H=6,39m -Khối lượng riêng của pha lỏng:(l=1000kg/m3 -Tốc độ ăn mòn của SO2=0,1mm/năm -Hệ số bền mối hàn (h=0,95(Tra bảng XIII.8,trang 362,Sổ tay Quá trình và công nghệ hóa chất tập 2) -Hệ số hiệu chỉnh (=1 (tra bảng XIII.2,trang 356,Sổ tay Quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất với thiết bị thuộc nhóm 2) Xác định áp suất làm việc trong tháp: P=pmt+pl,N/m2 Trong đó: pmt-áp suất pha khí trong thiết bị,pmt=1at=0,1013*106N/m2 pl-áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng trong thiết bị pl=g(lH=9,81*1000*6,39=0,063*106N/m2 H lấy bằng chiều cao tháp để đề phòng ngập lụt hay tắc nghẽn (P=(0,1013+0,063)*106=0,1643*106N/m2 Xác định ứng suất cho phép của thép X18H10T Theo giới hạn bền:
Theo giới hạn chảy:
Ta lấy ứng suất bé hơn làm ứng suất cho phép tiêu chuẩn ([(]=146,67*106N/m2 Bề dày thân hình trụ hàn làm việc chịu áp suất trong theo lý thuyết vỏ mỏng: Ta có :
>50 (Bề dày tối thiểu của thân là:
Chọn S’=4mm(do D({1000;2000}mm nên Smin=4mm Chọn hệ số bổ sung để quy tròn kích thước: C=Co+C1+C2+C3 Trong đó: Co=1,05 mm:số quy tròn kích thước C1=1,5 mm :số bổ sung do bào mòn hóa học trong thời hạn sử dụng thiết bị là 15 năm với tốc độ ăn mòn 0,1 mm/năm C2=0:số bổ sung do ăn mòn cơ học C3=0,8 mm :số bổ sung do dung sai âm(tra bảng XIII.9,sổ tay quá trình và công nghệ thiết bị hóa học) (C=3,35 mm (Bề dày thực của thân thiết bị: S=S’+C=4+3,35=7,35 mm Chọn S=8mm Kiểm tra điều kiện bền:
<0,1(hoàn toàn thỏa mãn Áp suất cho phép trong thân thiết bị khi bề dày S=8mm:
N/mm2>P Vậy:Thân tháp hấp thụ có bề dày S=8mm thỏa mãn điều kiện bền và áp suất làm việc Kết luận:Tháp cao 6,39m;đường kính tháp 1,5m;bề dày 8mm II.4.3.Tính đáy và nắp: Vì áp suất làm việc P=0,1643 N/mm2(ta sẽ chọn đáy và nắp của tháp là elip Chọn vật liệu làm đáy và nắp cùng với vật liệu làm thân tháp. Các thông số đã biết: -Đáy nắp làm bằng thép không gỉ X18H10T -C=3,35 mm -[(]=146,67 N/mm2 -Áp suất làm việc phần dưới thân P=0,1643 N/mm2 -Đường kính tháp D=1500 mm Chọn bề dày của đáy và nắp là S=8mm Chọn đáy và nắp có gờ,chiều cao gờ h= 25mm.Theo bảng XIII.10 và XIII.11 trang 382,383,384-Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa học tập 2,các thông số của đáy như sau: D,mm  ht,mm  Bề mặt riêng phần,m2  Thể tích đáy,m3  Đường kính phôi D,mm  (,kg/m3  Khối lượng,kg   1500  375  2,56  0,486  1810  7900  163   II.4.4.Tính toán ống dẫn khí,lỏng vào và ra khỏi tháp: II.4.4.1.Tính toán đường ống dẫn khí: Vận tốc khí trong ống khoảng 10-30 m/s,chọn vận tốc khí đi vào tháp bằng vận tốc khí ra khỏi tháp,v=20m/s Ống dẫn khí vào: Lưu lượng khí đầu vào Gd=
(đường kính ống khí vào là:
Chọn đường kính ống tiêu chuẩn là d=500mm,bề dày ống 13mm,vật liệu thép không gỉ Ống dẫn khí ra: Lưu lượng khí đầu ra Gc=
(đường kính ống khí ra là
Chọn đường kính tiêu chuẩn là d=500mm,bề dày 13mm,vật liệu là thép không gỉ II.4.4.2.Tính đường ống dẫn lỏng: Vận tốc lỏng khoảng 1-3m/s Ống dẫn lỏng vào:Chọn vận tốc lỏng trong ống là:v=2,5 m/s Lưu lượng lỏng đầu vào:
(đường kính ống dẫn lỏng đầu vào:
(Chọn d=50mm,bề dày b=1,4mm,vật liệu PVC Ống dẫn lỏng đầu ra của tháp: Chọn vận tốc v=1,5m/s Lưu lượng lỏng đầu ra:
m3/s (Đường kính ống dẫn lỏng ra:
(Chọn đường kính ống tiêu chuẩn là d=70mm,dày 1,4mm,vật liệu là PVC II.4.5.Tính bích: II.4.5.1.Bích nối đáy và nắp với thân: Vật liệu là thép X18H10T Chọn bích kiểu I ở bảng XIII.27,trang 417-Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2,với áp suất làm việc lấy 1N/m2. (Các thông số của bích như sau: P*106,N/m2  Dt  D  Db  D1  Do  Đường kính bu lông db  Số bulông Z  h   mm   Cái  mm   1  1500  1700  1625  1575  1519  M30  40  50   II.4.5.2.Bích nối thân và ống dẫn lỏng: P*106,N/m2  Dt  D  Db  D1  Do  Đường kính bulông db  Số bulông Z  h   mm   Cái  mm   1  70  76  160  130  110  M12  4  20   II.4.5.3.Bích nối thân và ống dẫn khí: P*106,N/m2  Dt  D  Db  D1  Do  Đường kính bulông db  Số bulông Z  H   mm   Cái  mm   1  500  650  600  519  513  M20  16  22   II.4.6.Tính các thiết bị phụ khác: II.4.6.1.Ống tháo đệm: Chọn ống tháo đệm dựa theo bảng XIII.32-Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa học tập 2 Áp suất làm việc cho phépP=1,38 N/mm2 Chọn đường kính ống tháo đệm d=200mm 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 II.4.6.2.Lưới đỡ đệm: Chọn đường kính lưới đỡ đệm theo bảng IX.22-Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa học tập 2 (các thông số của lưới: Đường kính tháp,mm  Đường kính lưới,mm  Chiều rộng bước b,mm,đệm 25x25   1500  1450  22   II.4.6.3.Bộ phận phân phối lỏng: Chọn theo tiêu chuẩn thép X18H10T:dùng đĩa phân phối loại 2 bảng IX.22 trang 230-Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2. Đường kính tháp  Đĩa phân phối loại 2    Đường kính  Ống dẫn chất lỏng    Đĩa Dd  dxS  t  số lượng lỗ loại 2    mm  chiếc   1500  750  44,5x2,5  70  70   Bề dày ống :5mm Đường kính lỗ:44,5mm Bước lỗ=70mm II.4.6.4.Ống nhập liệu: Ta chọn kích thước ống nhập liệu giống như ống tháo đệm. Sử dụng kính quan sát để có thể có thể theo dõi quá trình khi vận hành Đường kính của kính quan sát d=200 mm Chiều dày đoạn ống nối l=130 mm II.4.7.Tính quạt và bơm: II.4.7.1.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. Theo trang 493-Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1,công suất của bơm được tính như sau:
0,908 kW=1,217 Hp Trong đó: Q-lưu lượng lỏng đầu vào,Q=Ld=4,4kg/s H-Chiều cao cột áp của bơm,ta lấy H(20mH2O (-hiệu suất 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  (o  (tl  (ck   Bơm pittông Bơm ly tâm Bơm xoáy tốc Bơm răng khía  0,95-0,96 >0,8 0,7-0,9  0,8-0,94 0,8-0,85 >0,7  0,9-0,95 0,95-0,96 >0,9   Ta có: (=(o(tl(ck=0,95*0,85*0,96=0,783 Hệ số dự trữ ( Ndc  (   <1 1-5 5-50 >50  2-1,5 1,5-1,2 1,2-1,15 1,1   Chọn hệ số dự trữ (=1,4 Công suất bơm: Nb=(N=1,4*1,217=1,7Hp (Chọn bơm có công suất 2Hp II.4.7.2.Quạt: Công suất quạt:
Trong đó: Q-lưu lượng khí đầu vào,Q=4,117m3/s (P=5195 N/m2-trở lực của tháp (-hiệu suất của quạt (tr=1 (q-tra đồ thị đặc tuyến của quạt ly tâm,(q=0,535
kW Công suất thực tế phải tính thêm hệ số sự trữ,chọn (=1,1 (Công suất thực tế của quạt N=1,1*39,98=43,978kW=58,95Hp Chọn quạt có công suất 60Hp II.5.Tính toán và thiết kế ống khói -Lưu lượng thể tích khí thải đi vào ống khói V=G/(,m3/s Trong đó: G-suất lượng khí đầu ra của tháp hấp thụ,kg/s (-khối lượnh riêng trung bình của hỗn hợp khí,kg/m3 (V=3,4386/0,8358=4,114m3/s -Đường kính ống khói khi lấy v=6m/s d=
m -Chiều cao ống khói H=
,m Trong đó: A=200-240 M-tải lượng ô nhiễm,g/s V-lưu lượng thể tích khí thải,m3/s
T-hiệu nhiệt độ khí thải và khí quyển,(C F=1 đối với khí m,n-các hệ số tính đến điều kiện thoát khí tảhi từ cổ ống khói ccp-nồng độ SO2 cho phép trong không khí xung quanh,mg/m3 Tính toán M=1031,4*19,5*0,5=10056,15 g/h =2,79 g/s Cho m=1,n=1.Tính H theo công thức trên H=
m f=
Trong đó: (o-vận tốc thoát khí từ cổ ống khói,m/s D-đường kính ống khói,m f=
m=(0,67+0,1
)-1=(0,67+0,1
-1=0,86 Vm=
0,5<Vm<2 (n=0,5Vm2-2,13Vm+3,13=0,5*0,862-2,13*0,86+3,13=1,69 Với m,n vừa tính ta tính lại lại H
m
H=42,31-35,09=7,22 m
H=7,22>10%*35,09=3,509(cần tính lại m,n f=

m=(0,67+0,1
-1=0,91 Vm=0,65
0,5<Vm<2 n=0,532*0,812-2,13*0,81+3,13=1,75 Với m,n vừa tính ta tính lại H
m
H=44,29-42,31=1,95
H=1,95<10%*42,31=4,231(H=44,29 m(44,3 m Vậy chiều cao ống khói H=44,3 m II.6.Tính toán bể lắng ngang: Do lưư lượng đầu ra của tháp nhỏ Q=3,6282 kg/s=3,6282*10-3(4*10-3 m3/s. Vì vậy để tăng hiệu quả làm việc của bể lắng ta bổ sung nước ngay tại bể lắng ta nâng lưu lượng từ 4*10-3 m3/s lên 0,15 m3/s. (Lưu lượng nước cần bổ sung là:0,15-4*10-3=0,146 m3/s Với các thông số đầu vào: Q=0,15 m3/s,cỡ hạt 0,1-0,2 mm,vận tốc qua bể v=0,2 m/s -Độ lớn thủy lực của hạt 0,2 mm tra bảng (4-1) trang 33-Tính toán các công trình xử lý nước thải-TS Trịnh Xuân Lai có Uo=0,0187 m/s -Diện tích mặt thoáng bể lắng:
,m2 Trong đó: Q-lưu lượng nước thải,m3/s Uo-độ lớn thủy lực của hạt cần giữ,m/s K=1,3 khi Uo=18 mm/s,K là hệ số kinh nghiệm tính đến ảnh hưởng của dòng chảy rối cục bộ trong bể làm cản trở tôc độ lắng của hạt
m2 -Tỉ số giữa chiều dài và chiều cao phần công tác:
-Chọn chiều sâu lớp nước công tác là H=0,5 m Chiều dài bể L=13,9*0,5=7 m -Chiều rộng bể:
m -Chọn góc tới (=45(,cotg(=1 -Chiều rộng máng đo:
Trong đó:
,lấy Qmin=0,06 m3/s (k=0,4
-Độ chênh đáy:
-Chiều cao lớp cát trong bể lắng trong 1 ngày đêm:
Wc là lượng cát trung bình sinh ra mỗi ngày: Wc=
,m3/ngàyđêm Với qo=0,15m3cặn/1000m3 nước thải Wc=
m3/ngàyđêm Chiều cao lớp cát trong bể lắng trong 1 ngày đêm:
m Tổng chiều cao Hxd=H+Hc+Hbv=0,5+0,185+0,4=1,085 m II.7.Tính kích thước bể trộn: Thời gian lưu là 2 phút V=Qt=0,15*120=18m3 (Chọn chiều dài 3m,chiều rộng 3m,chiều cao 2m Chọn chiều cao bảo vệ là 0,4m(chiều cao bể trộn là 2,4m TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]PGS.TS Nguyễn Thiện Nhân,Sổ tay hướng dẫn Xử lý ô nhiễm môi trường trong sản xuất tiểu thủ công nghiệp-Tập 2:Xử lý khói thải lò hơi,1988 [2]PGS.TS Nguyễn Văn Phước-Nguyễn Thị Thanh Phượng,Giáo trình kỹ thuật xử lý chất thải công nghiệp,Nhà xuất bản Xây dựng,2006 [3]Nguyễn Văn Lụa,Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học và thực phẩm-Tập 1:Các quá trình và thiết bị cơ học,Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TP.Hồ Chí Minh,2008 [4]ThS.Dư Mỹ Lệ,Các Bài giảng Xử lý Ô nhiễm không khí,Khoa Môi trường ĐH Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh [5]TS.Trần Xoa-PGS.TS Nguyễn Trọng Khuông-TS.Phạm Xuân Toản,Sổ tay quá trình và công nghệ hóa chất,Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật [6]TS.Trịnh Xuân Lai,Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải,Nhà xuất bản Xây dựng,2009 [7]Lâm Minh Triết-Nguyễn Thanh Hùng-Nguyễn Phước Dân,Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp,Nhà xuất bản Đại học QG TP.Hồ Chí Minh,2008 [8]Quá trình và thiết bị trong công nghiệp hóa học-Truyền khối-Tập 3,Vũ Bá Minh,Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM [9]Quá trình và thiết bị trong công nghiệp hóa học_Ví dụ và bài tập-Tập 10,Phạm Văn Bôn-Vũ Bá Minh-Hoàng Minh Nam,Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM MỤC LỤC Chương I: Yêu cầu thiết kế 1 I.1.Số liệu đầu vào 1 I.2.Số liệu đầu ra 1 I.3.Đề xuất và thuyết minh quy trình công nghệ 2 I.3.1.Đề xuất quy trình công nghệ xử lý 2 I.3.2.Thuyết minh quy trình công nghệ 3 Chương II: Tính toán và thiết kế 3 II.1.Tính toán và thiết kế buồng lắng bụi 3 II.2.Tính toán và thiết kế xiclon 5 II.3.Tính toán và thiết kế tháp hấp thụ 6 II.3.1.Xác định các dòng vật chất 6 II.3.2.Xác định suất lượng pha lỏng cho quá trình hấp thụ,đường làm việc, đường cân bằng 7 II.3.3.Xác định các kích thước cơ bản của tháp hấp thụ 9 II.3.3.1.Xác định đường kính tháp hấp thụ 9 II.3.3.2.Xác định chiều cao lớp đệm 11 II.4.Tính toán cơ khí 15 II.4.1.Chọn vật liệu 15 II.4.2.Tính bề dày thân tháp 15 II.4.3.Tính đáy và nắp 17 II.4.4.Tính toán ống dẫn khí,lỏng vào và ra khỏi tháp 17 II.4.4.1.Tính toán ống dẫn khí 17 II.4.4.2.Tính đường ống dẫn lỏng 17 II.4.5.Tính bích 18 II.4.5.1.Bích nối đáy và nắp với thân 18 II.4.5.2.Bích nối thân và ống dẫn lỏng 18 II.4.5.3.Bích nối thân và ống dẫn khí 18 II.4.6.Tính các thiết bị phụ khác 18 II.4.6.1.Ống tháo đệm 18 II.4.6.2.Lưới đỡ đệm 19 II.4.6.3.Bộ phận phân phối lỏng 19 II.4.6.4.Ống nhập liệu 19 II.4.7.Tính quạt và bơm 19 II.4.7.1.Bơm 19 II.4.7.2.Quạt 20 II.5.Tính toán và thiết kế ống khói 20 II.6.Tính toán bể lắng ngang 21 II.7.Tính toán kích thước bể trộn 23 Tài liệu tham khảo 24 Mục lục 25