Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí CO2 bằng Etanolamin

Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư mơi trường Việt Nam 1 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả xử lý nước thải,xử lý khí co2,mơi trường,diễn đàn mơi trường ĐỒ ÁN MƠN HỌC: KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI “ TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ CO2 BẰNG ETANOLAMIN ” LỜI MỞ ĐẦU "Biến đổi khí hậu trái đất là sự thay đổi của hệ thống khí hậu gồm khí quyển, thuỷ quyển, sinh quyển, thạch quyển hiện tại và trong tương lai bởi các nguyên nhân tự nhiên và nhân tạo". Sự thay đổi này đã đang và tiếp xảy ra làm ảnh hưởng rất lớn mọi đối tượng đặc biệt là con người chúng ta. Việc làm như thế nào để khắc phục biến đổi khí hậu phải là nhiệm vụ hàng đầu của chúng ta hiện nay. Nguyên nhân chính làm biến đổi khí hậu trái đất là do sự gia tăng các hoạt động tạo ra các chất thải khí nhà kính, các hoạt động khai thác quá mức các bể hấp thụ và bể chứa khí nhà kính như sinh khối, rừng, các hệ sinh thái biển, ven bờ và đất liền khác. Các biểu hiện của sự biến đổi khí hậu trái đất gồm: - Sự nĩng lên của khí quyển và trái đất nĩi chung. - Sự thay đổi thành phần và chất lượng khí quyển cĩ hại cho mơi trường sống của con người và các sinh vật trên trái đất. - Sự dâng cao mực nước biển do tan băng dẫn tới sự ngập úng của các vùng đất thấp, các đảo nhỏ trên biển. - Sự di chuyển của các đới khí hậu tồn tại hàng nghìn năm trên các vùng khác nhau của trái đất dẫn tới nguy cơ đe doạ sự sống của các lồi sinh vật, các hệ sinh thái và hoạt động của con người. - Sự thay đổi cường độ hoạt động của quá trình hồn lưu khí quyển, chu trình tuần hồn nước trong tự nhiên và các chu trình sinh địa hố khác. - Sự thay đổi năng suất sinh học của các hệ sinh thái, chất lượng và thành phần của thuỷ quyển, sinh quyển, các địa quyển. Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư mơi trường Việt Nam 2 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Các quốc gia trên thế giới đã họp tại New York ngày 9/5/1992 và đã thơng qua Cơng ước Khung về Biến đổi khí hậu của Liên Hợp Quốc. Cơng ước này đặt ra mục tiêu ổn định các nồng độ khí quyển ở mức cĩ thể ngăn ngừa được sự can thiệp của con người đối với hệ thống khí hậu. Mức phải đạt nằm trong một khung thời gian đủ để các hệ sinh thái thích nghi một cách tự nhiên với sự thay đổi khí hậu, bảo đảm việc sản xuất lương thực khơng bị đe doạ và tạo khả năng cho sự phát triển kinh tế tiến triển một cách bền vững. PHẦN I GIỚI THIỆU TỔNG QUAN I. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ THẢI KHÍ THẢI Xử lý bụi Xử lý sương mù và giọt lỏng Xử lý tạp chất khí Xử lý tạp chất hơi Phươ ng pháp khơ Phươ ng pháp ướt Phươn g pháp điện Buồng lắng Thiết bị rửa khí : trần , đệm , mâm , va đập. Lọc điện khơ Lọc điện ướt Thiết bị thu bụi Xiclon Lọc: vải, sợi, hạt, sứ. Lọc sương Lưới thu giọt lỏng Phươ ng pháp ngưng tụ Phươ ng pháp nhiệt Phươn g pháp xúc tác Phươn g pháp hấp phụ Phươ ng pháp hấp thụ Thiết bị ngưn g tụ Lị đốt Thiế t bị phả n ứng Tháp hấp thụ với lớp tĩnh, động , và tầng sơi. Tháp hấp thụ :phun, mâm, đệm, màng, phun. Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư mơi trường Việt Nam 3 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Phân loại các phương pháp xử lý khí thải được trình bày ở hình trên. Để xử lý các aerosol ( bụi, khĩi, sương ) người ta sử dụng phương pháp khơ, ướt và tĩnh điện . Trong thiết bị ướt cĩ sự tiếp xúc giữa khí bụi và nước, nhờ đĩ bụi được sa lắng trên các giọt lỏng, trên bề mặt bọt khí hay trên các màng chất lỏng. Trong thiết bị lọc tĩnh điện, các aerosol được tích điện và lắng trên điện cực. Để xử lý khí và hơi chất độc hại, người ta ứng dụng các phương pháp: hấp thụ ( vật lý và hĩa học ), hấp phụ, xúc tác, nhiệt và ngưng tụ. Trong thực tế người ta ứng dụng nước, các dung mơi hữu cơ khơng tham gia phản ứng với các khí và dung dịch nước với các chất này để hấp thụ vật lý. Cịn khi hấp thụ hĩa học, người ta sử dụng dung dịch nước muối và kiềm, các chất hữu cơ và huyền phù làm chất hấp thụ. Phương pháp hấp phụ dựa trên khả năng lơi cuốn các phân tử khí, hơi bởi chất rắn xốp. Trên thực tế, người ta sử dụng than hoạt tính, silicagen và zeolit làm chất hấp phụ. Trong thời gian gần đây, trong luyện kim màu, người ta sử dụng rộng rãi Al2O3 được nghiền mịn để làm chất hấp phụ HF . Xử lý bằng phương pháp xúc tác dựa trên sự biến đổi hĩa học các cấu tử độc hại thành khơng độc hại trên bề mặt xúc tác rắn. Phương pháp này được sử dụng để xử lý NOx , SOx , COx và các tạp chất hữu cơ. Phương pháp nhiệt hay phương pháp đốt cháy trực tiếp các chất hữu cơ của khí thải được ứng dụng trong các nhà máy hĩa dầu, nhà máy sản xuất metanol, khai thác và vận chuyển dầu mỏ … Phương pháp ngưng tụ dựa trên hiện tượng giảm áp suất bão hịa khi giảm nhiệt độ, phương pháp này dùng để thu hồi dung mơi hữu cơ. Để quá trình ngưng tụ xảy ra cần phải làm lạnh khí chứa dung mơi. Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư mơi trường Việt Nam 4 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Do thành phần hĩa học của khí thải phức tạp và nồng độ chất độc cao nên người ta áp dụng hệ thống xử lý nhiều bậc, và tổ hợp của nhiều phương pháp khác nhau. Để bảo vệ khơng khí xung quanh, đơi khi người ta phải dùng biện pháp phát tán chất thải vào khí quyển. Trong thực tế, khơng thể sản xuất khơng thải, khơng thể xử lý triệt để ơ nhiễm do kỹ thuật giới hạn hay chi phí lớn … người ta sử dụng khả năng của tự nhiên phán tán chất thải vào khí quyển. Để phát tán chất ơ nhiễm tốt, người ta xây dựng các ống khĩi cao đến 300 ÷ 350 m. Biện pháp này tuy cĩ giảm chất thải trong phạm vi gần nguồn thải, nhưng khơng bảo vệ được mơi trường trong lành. Việc xây dựng các ống khĩi cao thải khí vào thượng tầng khí quyển làm tăng khả năng chuyển hĩa các oxit thành axit. Các axit này cùng với sương mù lắng xuống mặt đất ở khoảng cách hàng ngàn km cách ống thải. Các sương axít tác động xấu lên đất canh tác, rừng, giảm chất lượng nước tự nhiên, ăn mịn nhà cửa và các cơng trình văn hĩa. Do đĩ, phát tán chất thải bằng ống khĩi cao khơng phải là phương pháp tốt để bào vệ mơi trường trong lành. Tuy nhiên, phương pháp này hiện nay vẫn được áp dụng kết hợp với các phương pháp xử lý cĩ nồng độ thỏa mãn tiêu chuẩn thải được phép thải qua ống khĩi cĩ chiều cao thích hợp. Để giảm ơ nhiễm khơng khí do chất thải cơng nghiệp, cần hồn thiện các quá trình cơng nghệ, đảm bảo độ kín tuyệt đối cho các thiết bị, ứng dụng phương pháp vận chuyển vật liệu trong ống dẫn khí bằng khí nén và xây dựng các hệ thống xử lý. II. TỒNG QUAN VỀ CO2 Tính chất lý hĩa của CO2 CTPT : CO2 CTCT : O=C=O Phân tử lượng : 44 g/mol Tỷ trọng riêng ở 25oC là 1,98 kg/m3 , nặng hơn khơng khí khoảng 1,5 lần . Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư mơi trường Việt Nam 5 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Phân tử diơxit cacbon ( C=O=C ) chứa hai liên kết đơi và cĩ hình dạng tuyến tính. Nĩ khơng cĩ lưỡng cực điện. Do nĩ là hợp chất đã bị ơxi hĩa hồn tồn nên về mặt hĩa học nĩ khơng hoạt động lắm và cụ thể là khơng cháy. Biểu hiện : Điơxit cacbon là một khí khơng màu mà khi hít thở phải ở nồng độ cao ( nguy hiểm do gắn liền với rủi ro ngạt thở ) tạo ra vị chua trong miệng và cảm giác nhĩi ở mũi và cổ họng. Các hiệu ứng này là do khí hịa tan trong màng nhầy và nước bọt, tạo ra dung dịch yếu của axit cacbonic. Ở nhiệt độ dưới -78oC, diơxit cacbon ngưng tụ lại thành các tinh thể màu trắng gọi là băng khơ. Diơxit cacbon lỏng chỉ được tạo ra dưới áp suất trên 5,1 bazơ ; ở điều kiện áp suất khí quyển, nĩ chuyển trực tiếp từ các pha khí sang pha rắn và ngược lại theo một quá trình gọi là thăng hoa. Tính tan : CO2 tan tương đối tốt trong nước, nhất là ở nhiệt độ thấp. CO2 là anhydrit của axit cacbonic. Nước sẽ hấp thụ một lượng nhất định dioxit cacbon, và nhiều hơn lượng này khi khí bị nén. Khoảng 1% dioxit cacbon hịa tan chuyển hĩa thành axit cacbonic. Axit cacbonic phân ly một phần thành các ion bicacbonat ( HCO3- ) và cacbonat ( CO3 ). CO2 + H2O → H2CO3 ; ( k1 = 4,01.10-7 ; k2 = 5,2 . 10-11 ) CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O Nguồn gốc của khí cacbon dioxit CO2 sinh ra do quá trình đốt cháy nguyên nhiên liệu. Nguyên nhiên liệu đốt cháy hồn tồn CO2 + hơi nước + các chất khác ( bụi , NOx…) Nguyên nhiên liệu đốt cháy khơng hồn tồn CO2 + hơi nước + CO + các chất khác Nguồn phát thải CO2 Tự nhiên : Dioxit cacbon nguyên thủy trong khí quyển của Trái Đất được tạo ra trong hoạt động của các núi lửa; nĩ là cốt yếu để làm ấm và ổn định khí hậu dẫn đến sự sống. Hoạt động núi lửa ngày nay giải phĩng khoảng 130 – 230 Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư mơi trường Việt Nam 6 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả triệu tấn dioxit cacbon mỗi năm. Lượng khí này xấp xỉ 1% lượng dioxit cacbon do các hoạt động của con người tạo ra. Các thay đổi của điơxít cacbon từ thời Phanerozoic ( 542 triệu năm trước ). Thời kỳ gần đây nằm bên trái của biểu đồ, và nĩ dường như là 550 triệu năm trước thì nồng độ điơxít cacbon cao hơn đáng kể so với ngày nay. Sự thải khí điơxít cacbon tồn cầu từ năm 1751 đến năm 2004 Từ đầu thời kì cách mạng cơng nghiệp, nồng độ CO2 trong khí quyển đã tăng khoảng 110µl/l hay khoảng 40% phần lớn trong số này được giải phĩng từ năm 1945 đến nay. Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư mơi trường Việt Nam 7 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Sự tàn phá rừng là nguyên nhân thứ 2. Năm 1997, các đám cháy than bùn ở Indonesia co thể giải phĩng tới 13% - 40% lượng Dioxit cacbon do nhiên liệu hĩa thạch tạo ra đám cháy than bùn. Ơ nhiễm khĩi và ơzơn từ các đám cháy ở Indonesia năm 1997. Nhân tạo Ơ nhiễm do quá trình đốt nhiên liệu Tất cả các sản phẩm do quá trình đốt nhiên liệu đều là các khí độc hại cho con người. Nhất là quá trình đốt xảy ra khơng hồn tồn. Ta cĩ thể tĩm lược quá trình đốt nhiên liệu tổng quát như sau : Nhiên liệu + O2 → CO, CO2 , SO2, NOx, hydrocacbon và tro bụi. Hoa Kỳ phát thải khí nhà kính tồn kho ( Nguồn www.epa.gov/climatechange/emissions/co2_human.html ) Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư mơi trường Việt Nam 8 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Tuy nhiên tùy từng nhiên liệu và động cơ đốt cháy mà ta thu được những sản phẩm khác nhau. Ta cĩ thể phân biệt các nguồn gây ơ nhiễm do đốt cháy nhiên liệu thành các nhĩm. Ơ nhiễm do các phương tiện giao thơng Loại động cơ máy nổ chạy bằng tia lửa điện luơn luơn hoạt động với hỗn hợp nhiên liệu và khơng khí ở mọi chế độ vận hành nên rất khĩ bảo đảm cho quá trình cháy được hồn tồn. Loại động cơ điêzen thì chỉ cĩ khơng khí được nén theo quá trình đoạn nhiệt khơng cho thốt nhiệt ra ngồi. Ở giai đoạn nén khơng khí, nhiên liệu được phun vào và khi tiếp xúc với khơng khí nén ở nhiệt độ cao nĩ bốc cháy. Vì vậy mà quá trình cháy được hồn tồn hơn. Khi quá trình cháy khơng hồn tồn do thiếu oxi hay do trong khi cháy nhiệt độ ngọn lửa bị giảm thấp thì một số nguyên tử cacbon và hydro khơng được cấp đủ năng lượng cần thiết để hình thành các gốc tự do và cho ra các sản phẩm cuối cùng trong ngọn lửa là CO2 và H2O. Kết quả làm ngưng trệ các phản ứng cháy ở những giai đoạn cân bằng trung gian. Phát thải các nguyên tử cacbon hoặc kết hợp các nguyên tử với nhau thành muội, khĩi đen và mồ hĩng – than chì . Ơ nhiễm do đun nấu Quá trình đun nấu bằng củi, than, rơm đều là quá trình cháy ở nhiệt độ ngọn lửa thấp nên quá trình cháy cũng khơng hồn tồn, sản phẩm sinh ra là các chất khí độc hại như : CO2, CO, mồ hĩng, bụi, khĩi đen … Ơ nhiễm do các nhà máy nhiệt điện Các chất độc hại thai ra khí quyển do đốt nhiên liệu ở các nhà máy nhiệt điện, lượng nhiên liệu tiêu thụ rất lớn. Đây là nguồn ơ nhiễm cực lớn thải vào khí quyển hằng ngày. Vì vậy tại các nhà máy nhiệt điện cần phải quan tâm chú ý đến các kỹ thuật tiên tiến trong quá trình đốt. Ơ nhiễm trong cơng nghiệp luyện gang thép Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư mơi trường Việt Nam 9 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Chất ơ nhiễm từ cơng nghiệp sản xuất gang thép chủ yếu là : bụi, CO, CO2, hydrocacbon ,phenol, benzene, SO2, SO3, NH3, AsH3… các sản phẩm này sinh ra từ các cơng đoạn sau : So sánh lượng thải CO2 theo các dạng nguồn năng lượng khác nhau. Nguồn: Wikipedia Lị cao : Quặng sắt được nung chảy trong lị cao bằng than cốc với phản ứng hĩa học Fe2O3 + 3C = 2Fe + 3CO Trong khí lị cao cĩ thành phần : 55% N2 , 24 - 28% CO , 15% CO2 và rất nhiều bụi. Ơ nhiễm trong cơng nghệ sản xuất phân bĩn Phân urê : Chất ơ nhiễm bao gồm khí thải chứa CO, CO2, NH3, SO2, chủ yếu ở khâu khí hĩa than. Hiện nay theo số liệu của các nhà khoa học, hàm lượng CO2 trong khí quyển của Trái Đất ngày một tăng. Điều này đã là tăng hiệu ứng nhà kính của Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư mơi trường Việt Nam 10 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Trái Đất và tăng nhiệt độ trung bình của Trái Đất, gây hiệu qủa xấu đến mơi trường và con người. Tác hại CO2 đến sức khỏe con người Hàm lượng dioxin cacbon trong khơng khí trong lành là khoảng 0,004% và trong khơng khí bị thải ra từ sự thở là 4,5%. Khi thở trong khơng khí với nồng độ cao ( khoảng 5% theo thể tích ), nĩ là độc hại đối với con người và các động vật khác . Hemoglobin, phân tử chuyên chở oxi chính trong hồng cầu, cĩ thể chở cả oxi và dioxit cacbon, mặc dù theo các cách thức hồn tồn khác nhau. Sự suy giảm liên kết với oxi trong máu do sự tăng mức dioxit cacbon được biết đến như là hiệu ứng Haldane, và nĩ là quan trọng trong việc vận chuyển dioxit cacbon từ các mơ tới phổi. Ngược lại, sự tăng áp suất thành phần của CO2 hay pH thấp hơn sẽ sinh ra sự rút bớt oxi từ hemoglobin. Hiệu ứng này gọi là hiệu ứng Bohr. Hemoglobin liên kết với CO2 khơng giống như liên kết với oxi, CO2 liên kết với các nhĩm chứa N trên 4 chuỗi globin. Tuy nhiên, do các hiệu ứng khác khu vực hoạt hĩa trên phân tử hemoglobin, lien kết của CO2 làm giảm lượng oxi được liên kết đối với áp suất thành phần nhất định của oxi. Dioxit cacbon cĩ thể là một trong các chất trung gian để tự điều chỉnh việc cung cấp máu theo khu vực. Nếu nồng độ của nĩ cao thì các mao mạch nở ra để cho nhiều máu hơn đến các mơ. Các ion bicacbonat là chủ yếu trong việc điều chỉnh pH của máu. Do tần suất thở cĩ ảnh hưởng tới mức CO2 trong máu, nên nhịp thở quá chậm hay quá nơng sẽ sinh ra hiện tượng nhiễm axit hơ hấp, trong khi nhịp thở quá nhanh sinh ra trong các chứng thở quá nhanh sẽ dẫn đến nhiễm kiềm hơ hấp. Mặc dù oxi là chất cần thiết của quá trình trao đổi chất của cơ thể, nhưng khơng phải nồng độ thấp của oxi kích thích sự hơ hấp mà lại là nồng độ cao của dioxit cacbon. Kết quả là, sự hơ hấp trong khơng khí lỗng ( áp suất thấp ) hay hỗn hợp khí khơng cĩ oxi ( ví dụ nitơ nguyên chất) dẫn đến sự bất tỉnh mà khơng cần cĩ các vấn đề hơ hấp của cá thể đĩ. Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư mơi trường Việt Nam 11 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Các giới hạn của OSHA cho nồng độ dioxit cacbon tại nơi làm việc là 0,5% cho thời gian dài, tối đa tới 3% cho phơi nhiễm ngắn ( tối đa 10 phút ). OSHA cho rằng các nồng độ trên 4% là “ nguy hiểm ngay lập tức đối với sức khỏe và sự sống”. Những người thở khơng khí chứa trên 5% dioxit cacbon trên 30 phút cĩ các triệu chứng tăng anhidrit cacbonic máu cấp tính, trong khi việc thở với nồng độ dioxit cacbon từ 7% - 10% cĩ thể làm bất tỉnh trong vài phút. CO2 rắn ( đá khơ ) cĩ thể gây ra những vết bỏng rất khĩ lành. Tác động của CO2 với mơi trường CO2 gần như trong suốt với ánh sang nhưng lại là chất hấp thụ mạnh và phản phát xạ bức xạ hồng ngoại, đặc biệt trong vùng bước sĩng từ 12 - 18µm. Vì vậy khí CO2 tăng, gây tăng nhiệt độ vùng khí quyển thấp, do nhiều bức xạ hồng ngoại từ trái đất bị giữ lại. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng nhà kính, cĩ thể làm tăng nhiệt độ Trái Đất lên một cách lâu dài. Các nghiên cứu cho thấy khi nồng độ CO2 tăng từ 300 đến 600 ppm thì nhiệt độ tăng 3,26oC. Nồng độ CO2 trung bình trong khí quyển vào khoảng 320 ppm. Nồng độ CO2 trong khí quyển tăng hang năm trung bình khoảng 0,7 ppm. Hiệu ứng nhà kính làm Trái Đất nĩng lên, gây ra tác hại rất lớn đối với sự sống trên Trái Đất, như là làm tan các biển núi băng ở hai cực Trái Đất, lượng băng tan sẽ làm cho mực nước biển dâng cao và nước tràn ngập những vùng đồng bằng rộng lớn ven biển. Và nếu như khơng cĩ biệp pháp hữu hiệu giảm thiểu khí nhà kính thì mực nước biển cĩ thể dâng cao tới 1-3m vào cuối thế kỉ này. Sau vài thế kỉ thiếp theo băng giá ở tây Antartic tan ra chảy vào biển thì mực nước biển sẽ tăng cao tới 5 - 6m. Cơ sở lý thuyết của các quá trình xử lý CO2 Hấp thụ bằng các dung dịch Etanolamin Phản ứng hấp thụ CO2 bằng dung dịch mono etanolamin diễn ra như sau : Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư mơi trường Việt Nam 12 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả 2RNH2 + CO2 + H2O → (RNH3)2CO3 (RNH3)2CO3 + CO2 + H2O → 2RNH3HCO3 2RNH2 + CO2 → RNHCOONH3R Dung dịch hấp thụ được phục hồi bằng cách đun nĩng. Ưu điểm : giá rẻ, khả năng phản ứng cao, ổn định, dễ phục hồi. Nhược điểm : áp suất hơi cao và dung dịch tham gia phản ứng khơng thuận nghịch với COx. Để giảm áp suất hơi, người ta thường dùng nước rửa khí để thu hồi mono etanolamin. Khi khí cĩ chứa COx, người ta sử dụng dietanolamin. Hấp thụ dung dịch ammoniac Phản ứng hấp thụ như sau : 2NH3 + CO2 → NH2COONH4 NH3 + CO2 + H2O → NH4HCO3 2NH3 + CO2 + H2O → (NH4)2CO3 Phương pháp này được ứng dụng để xử lý khí thải chứa 30% CO2. Trong thực tế, phương pháp này cho phép giảm nồng độ CO2 từ 34% cịn 0,015% trong khi tổng hợp NH3. Dung dịch hấp thụ được phục hồi bằng cách đun nĩng. Hấp thụ CO2 bằng dung dịch kiềm Thường sử dụng chất hấp thụ là Na2CO3 . Phản ứng hấp thụ như sau : Na2CO3 + CO2 + H2O → 2NaHCO3 Vận tốc hấp thụ nhỏ, để tăng vận tốc hấp thụ người ta thường dùng xúc tác là methanol, etanol, đường … Dung dịch được phục hồi bằng cách đun nĩng bằng hơi nước. Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư mơi trường Việt Nam 13 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Nhược điểm : hiệu quả hấp thụ thấp và tốn nhiều hơi nước để phục hồi dung dịch. Do đĩ, để tăng hiệu quả hấp thụ, người ta cho vào dung dịch một lượng dư NaOH và dung dịch khơng tái sinh mà dung vào mục đích khác. Hấp thụ bằng nước Phản ứng như sau : H2O + CO2 → H+ + HCO3- Hấp thụ CO2 bằng nước cĩ ý nghĩa cơng nghiệp trong xử lý khí áp suất cao, ví dụ như khi tổng hợp NH3. Khả năng hấp thụ của nước cao khi áp suất riêng phần của CO2 là 3 ÷ 4 at, khi đĩ áp suất dư của khí tổng hợp NH3 lên đến 14 at, điều đĩ làm hạn chế ứng dụng của nĩ. Ưu điểm : kết cấu thiết bị đơn giản, khơng tốn nhiệt, dung dịch rẻ, nước trơ với các khí COx, O2 và các tạp chất khác. Nhược điểm : nước hấp thụ H2 trong khơng khí, bơm cơng suất lớn, khả năng hấp thụ thấp, CO2 thu được khơng đạt độ tinh khiết. III. SƠ LƯỢC VỀ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT THÉP Sản xuất thép trong lị điện hồ quang bao gồm các khâu chuẩn bị nguyên liệu, nạp nguyên liệu, nấu luyện, ra thép và xỉ, tinh luyện, thu gom xỉ và đúc liên tục. Sơ đồ hình bên dưới mơ tả tĩm tắt các cơng đoạn cơ bản Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư mơi trường Việt Nam 14 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả trong quy trình sản xuất thép bằng lị điện. Sắt thép phế Điện Đất cát Chất phi KL Điện Khí thải Điện cực Bụi Chất tạo xỉ Tiếng ồn VL đầm lị Chất thải rắn Gas Nhiệt độ cao Oxy Hơi nước Dầu mỡ Dầu mỡ Nước Nhiệt độ cao Điện Bụi Dầu mỡ Chất thải rắn Nước Hơi nước Tiếng ồn Sản phẩm 1. Chuẩn bị nguyên liệu Nguyên liệu cho luyện thép lị điện là sắt thép phế, sắt xốp và gần đây ở một số nước như Trung Quốc, Ấn Độ và cả Việt Nam cũng sử dụng một lượng gang lỏng tới 50 - 60%. Ra thép Nạp nguyên liệu Nấu chảy Tinh luyện Chuẩn bị nguyên liệu Đúc liên tục Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư mơi trường Việt Nam 15 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Sắt thép phế được tập trung tại bãi chứa liệu. Tại đây liệu được xử lý như phân loại, cắt, băm thành các kích thước theo quy định. Các tạp chất như đất cát, nhựa, gỗ và các chất gây cháy nổ như vũ khí cũ các loại được loại bỏ hoặc cắt làm thống các ống kín… Sau khi xử lý, liệu được chất vào các thùng chứa liệu rồi vận chuyển đến vị trí quy định của xưởng luyện. Trong một số trường hợp nguyên liệu được gia nhiệt trong quá trình vận chuyển (trong thùng chứa liệu hoặc trên băng tải) bằng nhiệt tuần hồn hoặc trong lị điện. Một số loại lị điện cĩ hệ thống sấy liệu bằng nhiệt của khí thải như lị kiểu lị đứng (shaft furnace) hoặc consteel. Tuy nhiên việc gia nhiệt liệu cĩ thể dẫn đến sinh ra lượng khí thải gồm các chất độc hữu cơ chứa halogen như polyclorin dibenzo-p-dioxin furam (PCDD/F), polyclorin biphenil (PCB), polyciclic aromatic hydrocarbon (PAH)… cao hơn và cần thêm chi phí xử lý. Việc kiểm tra các đồng vị phĩng xạ trong nguyên liệu là rất quan trọng. Các nguyên liệu khác như chất tạo xỉ ở dạng cục hay bột (vơi, bột carbon), chất hợp kim hĩa, hợp kim phero, các chất khử ơxy và vật liệu chịu lửa phải được lưu trữ, bảo quản trong các thùng hay boongke cĩ mái che. Các vật liệu dạng bột cần được chứa trong xilo kín. 2. Nạp nguyên liệu Sắt thép vụn cùng với chất trợ dung như vơi, dolomit được chất vào thùng chứa liệu. Khi nạp liệu, các điện cực được nâng lên cao, nắp lị được xoay sang một bên để chất liệu từ thùng chứa liệu vào lị. Thơng thường lần đầu chất 50 - 60% liệu cho cả mẻ. Sau đĩ nắp lị đĩng lại, điện cực từ từ hạ xuống tới khoảng cách 20-30 mm tới liệu thì bắt đầu đánh hồ quang. Sau khi liệu đầu nĩng chảy thì chất phần liệu cịn lại vào lị. 3. Nấu chảy Khi bắt đầu quá trình nấu chảy cần lưu ý sử dụng cơng suất điện thấp để phịng ngừa sự phá hủy tường lị và nắp lị do bức xạ nhiệt. Khi hồ quang bị bao che bởi sắt thép phế xung quanh thì cĩ thể nâng cơng suất điện cho đến khi nấu chảy hồn tồn. Các vịi phun oxy ngày nay cũng được sử dụng để cường hĩa quá trình nấu luyện. Ngồi điện, quá trình nấu chảy cịn sử dụng Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư mơi trường Việt Nam 16 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả nhiên liệu là khí thiên nhiên và dầu nhằm rút ngắn quá trình nấu luyện. Oxi cĩ thể được phun vào thép lỏng bằng những vịi phun đặc biệt ở dưới hoặc từ hơng lị. Oxi trong luyện thép lị điện hồ quang được sử dụng ngày càng nhiều từ 30 năm nay khơng chỉ vì lý do luyện kim mà cịn do yêu cầu tăng năng suất. Việc sử dụng oxi cĩ thể từ bình oxi lỏng hoặc từ trạm sản xuất oxi. Về luyện kim, oxi được dùng để khử cacbon của thép lỏng và khử các chất khơng mong muốn như P, Mn, Si, S. Hơn nữa, oxi cịn phản ứng với cacbua hydro tạo nên các phản ứng tỏa nhiệt, hỗ trợ cường hĩa. Cần lưu ý việc thổi oxi cĩ thể tăng khí và khĩi lị. Khí CO, CO2, hạt oxit sắt cực mịn và các sản phẩm khĩi khác cĩ thể được tạo thành. Trong trường hợp cháy sau (post composting), hàm lượng CO là dưới 0,5% thể tích. Argon và các khí trơ khác cĩ thể được phun vào trong thép lỏng để khuấy đảo bể thép làm đồng đều thành phần hĩa học và nhiệt độ của thép. 4. Rĩt thép và ra xỉ Khi thép lỏng đạt yêu cầu thì cần tháo xỉ trước khi rĩt thép vào thùng để đưa sang lị tinh luyện. Lị được nghiêng về phía cửa tháo xỉ để xỉ chảy vào thùng xỉ. Sau đĩ thép lỏng được rĩt vào thùng chứa thép. Hiện nay thường áp dụng cơng nghệ ra thép ở đáy lệch tâm (Eccentric Bottom Tapping-EBT) với lượng xỉ phủ trên bề mặt của thùng thép lỏng là ít nhất. Trong các nhà máy khơng cĩ các thiết bị tinh luyện riêng thì các nguyên tố hợp kim được cho vào thép trước hoặc trong khi ra thép. Các chất cho thêm như vậy cũng làm tăng lượng khĩi trong quá trình ra thép. Xỉ cần được vớt ra trong quá trình nĩng chảy và oxi hĩa ở cuối mẻ luyện, trước khi ra thép. 5. Tinh luyện Tinh luyện thép thơng thường được tiến hành trong lị thùng (Ladle Furnace-LF) sau khi thép được lấy ra từ lị điện hồ quang. Trong lị thùng, bể thép lỏng được nâng nhiệt bằng hồ quang điện và đồng đều hố nhiệt độ cũng như thành phần hố học bằng cách thổi khí argon. Việc thổi khí argon cịn cĩ tác dụng khử sâu các tạp chất khí và tạp chất phi kim loại. Ngồi ra cịn bĩn dây nhơm và CaSi vào để khử sâu lưu huỳnh, ơxy. Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư mơi trường Việt Nam 17 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả 6. Đúc liên tục Hiện nay, trên 90% sản lượng thép sản xuất trên tồn thế giới được đúc liên tục do cơng nghệ này cải thiện được năng suất và chất lượng của phơi thép. Thép lỏng sau khi tinh luyện được rĩt vào thùng trung gian (tundish) của máy đúc liên tục để đúc thành thép phơi vuơng (billet), phơi dẹt (slab) … qua hệ thống hộp kết tinh bằng đồng được làm nguội bằng nước. Tốc độ làm nguội cần được kiểm tra chặt chẽ để đảm bảo chất lượng của phơi thép. Để phơi thép khơng bám dính vào thành hộp kết tinh, người ta áp dụng cơ cấu rung theo hướng đúc và bơi trơn hộp bằng dầu thực vật. Khi ra khỏi hộp kết tinh, phơi thép được kéo ra liên tục và làm nguội bằng hệ thống giàn phun. Sau khi được làm nguội, phơi thép được cắt theo chiều dài yêu cầu bằng máy cắt ngọn lửa. IV. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ Nguyên lý của phương pháp này là do khí thải tiếp xúc với chất lỏng, khi đĩ các khí này hoặc được hồ tan trong chất lỏng hoặc biến đối thành ph ần thành chất ít độc hơn. Hiệu quả của phương pháp này phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc bề mặt giữa khí thải và chất lỏng, thời gian tiếp xúc, nồng độ mơi trường hấp thụ và tốc độ phản ứng giữa chất hấp thụ và khí. Thiết bị dùng trong phương pháp hấp thụ là một thiết bị trong đĩ dung dịch hấp thụ và dịng khí sẽ đi qua. Thiết bị hấp thụ gồm một số loại chủ yếu sau: - Tháp đệm + tháp đĩa - Tháp phun + thiết bị rửa khí Phương pháp hấp thụ dựa vào sự phản ứng của khí với các chất hấp thụ dạng rắn. quá trình xảy ra cĩ thể là quá trình vật lý hay hố học. Hiệu quả của thiết bị hấp thụ phụ thuộc vào các yếu tố như diện tích bề mặt chất hấp thụ cũng như khả năng hấp thụ của các chất đưựoc chọn. Thiết bị hấp thụ thường được sử dụng khi cần thu hồi khí thải, hoặc để khử các khí cĩ chất mùi trong cơng nghiệp thực phẩm, thuộc da, các dung dịch hữu cơ… V. TỔNG QUÁT VỀ ETANOLAMIN Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư mơi trường Việt Nam 18 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả 1. Ethanol amin Ethanol amin là một loại hợp chất hữu cơ tạp chức, trong phân tử chứa đồng thời 2 loại nhĩm chức là nhĩm –OH và nhĩm – NH2 Cơng thức cấu tạo HO-CH2-CH2-NH2 Ethanol amin được điều chế bằng cách cho etylen oxit tác dụng với ammoniac trong dung dịch nước và tạo ra sản phẩm là một hỗn hợp gồm Ethanol amin, diethanol amin, tỉ lệ sản phẩm sinh ra phụ thuộc vào tỉ lệ giữa etylen oxit và amoniac tham gia phản ứng ban đầu. Nếu tỉ lệ giữa phân tử amoniac và etylen oxit ban đầu là 20:1 thì sản phẩm sinh ra chứa 70% Ethanol amin 2. Tính chất Ethanol amin (cơlamin) sơi ở 1710C cĩ trong thiên nhiên, trong thành phần của photphotit và được tạo thành từ serin do sự decacboxyl bởi men Ethanol amin là một chất lỏng nhớt, cĩ tính hút ẩm mạnh, tan trong nước và trong alcol theo bất kì tỉ lệ nào, khĩ tan trong các hydrocacbon và ete Do trong phân tử của Ethanol amin mang đồng thời 2 nhĩm chức nên ethanol amin là một chất lưỡng tính. Ethanol amin vừa thể hiện được tính chất của một rượu no đơn chức, vừa thể hiện tính chất của một amin đơn chức. 3. Vai trị Dung dịch Ethanol amin đậm đặc cĩ khả năng hấp thục cacbon dioxit ( CO2 ) trong khơng khí VI. TÍNH TỐN THIẾT KẾ Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế tháp hấp thụ chứa khí CO2 Các thơng số khí thải đầu vào Lưu lượng đầu vào: 700 m3/h Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư mơi trường Việt Nam 19 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Nồng độ đầu: 0,7% ( theo thể tích ) Các giả thuyết trong quá trình tính tốn Quá trình hấp thụ là đẳng nhiệt. Khí thải gồm chủ yếu là CO2, CO, bụi … VII. THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CƠNG NGHỆ Ban đầu khí thải từ lị dây chuyền sản xuất thép gồm cĩ bụi, CO2, NOx, SO2, . . . được đưa vào Xyclon để thu bụi. Sau đĩ dịng khí này tiếp tục qua máy lọc khí ướt. Trong máy lọc khí ướt, các hạt bụi được chất lỏng cuốn đi, chất lỏng này thường được xử lý và tái sử dụng. Khí thải của các nhà máy thường chứa nhiều cacbuahydro và bụi nhỏ nên các máy lọc khí thơng thường (máy venturi, các máy lọc kiểu cột, tia) khơng đạt hiệu quả cao. Vì vậy, một loại máy lọc khí mới được sản xuất với tên AIRFINE bao gồm một thiết bị lọc bụi tĩnh điện để lọc bụi thơ, một hệ thống làm nguội khí thải và bão hồ độ ẩm, một hệ thống máy lọc tinh để lọc bụi nhỏ mịn và làm sạch khí và một thiết bị xử lý nước để tách sản phẩm phụ và thu hồi. Sau khi làm nguội khí thải, SO2 và NOx được hấp thụ bằng dung dịch kiềm ( hoặc huyền phù ) Tiếp đĩ khí thải ra sẽ được quạt hút đưa vào tháp hấp thu để hấp thụ CO2 bằng dung dịch etanolamin. Ở giai đoạn này 90% lượng CO2 được hấp thụ dung dịch sau khi hấp thụ từ tháp hấp thu sẽ vào bồn giải hấp để thu hồi lại lượng etanolamin rồi dẫn vào bồn cho việc tái sử dụng và khí thốt ra sẽ được thải ra hệ thống ống khĩi phát tán ra bên ngồi mơi trường. PHẦN II TÍNH TỐN THIẾT KẾ Các thơng số tính tốn: Lưu lượng: 700 m3/h Nồng độ đầu: 0,7% Hiệu suất: 90% Nhiệt độ vào: 27 Nhiệt độ tháp: 25 Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư mơi trường Việt Nam 20 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Nhiệt độ dung mơi: 25 Áp suất: 1atm = 101325 Pa I. CÂN BẰNG VẬT CHẤT Ta cĩ: Xđ = 0 yđ = 0,007 ( molCO2/molKK ) Yđ = = = 0,00705 ( molCO2/molKK ) Yc = yđ *(1 – 0,9 ) = 0,00705*(1 – 0,9) = 0,000705 ( molCO2/molKK ) yc = = = 0,000704503 ( molCO2/molKK ) ytb = = = 0,003852251 ( molCO2/molKK ) MCO2 = 44 MKK = 29 M = ytb * MCO2 + ( 1 - ytb )* MKK = 0,003852251*44 + ( 1 - 0,003852251 )*29 = 29,05778377 = 29,0578 = 1,9768 ( kg/m3 ) theo bảng 1.7 trang 13 sổ tay quá trình và thiết bị Cơng Nghệ Hĩa Chất tập 1 = 1,2928 ( kg/m3 ) theo bảng 1.7 trang 13 sổ tay quá trình và thiết bị Cơng Nghệ Hĩa Chất tập 1 = 1,9768* = 1,811 ( kg/m3 ) = 1,2928* = 1,1844 ( kg/m3 ) = = 1,1884 ( kg/m3 ) Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư mơi trường Việt Nam 21 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả = + = + = 24,4843 Giá trị của bước nhảy: = = 0,0006345 ( molCO2/molKK ) Ta cĩ: Y = Suy ra: = = = 135,5432773 ( Pa ) [CO2] = = = 0,149036857 ( mol/m3 ) = 0,000149036 ( kmol/m3 ) X = = 0,000149036 *24,4843 = 0,003649063 Bảng số liệu đường cân bằng: Yđ P* [CO2] ( kmol/m3 ) X 0.0013395 135.5432773 0.000149036000 0.0036490421348 0.001974 199.6214972 0.000183316000 0.0044883639388 0.0026085 263.6186133 0.000212708000 0.0052080064844 0.003243 327.5347797 0.000238892000 0.0058491033956 0.0038775 391.3701497 0.000262757000 0.0064334212151 0.004512 455.1248766 0.000284842000 0.0069741569806 0.0051465 518.7991129 0.000305503000 0.0074800271029 0.005781 582.393011 0.000324990000 0.0079571526570 0.0064155 645.9067229 0.000343486000 0.0084100142698 0.00705 709.3404002 0.000361132000 0.0088420642276 Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư mơi trường Việt Nam 22 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Suất lượng mol hỗn hợp: Ghh = = 28,646 ( kmol/h ) Suất lượng mol khí trơ: Gtr = Ghh ( 1 – Yđ ) = 28,646*(1 – 0,00705 ) = 28,444 ( kmol/h ) Suất lượng khí CO2 đầu vào: GCO2 vào = Ghh - Gtr = 28,646 – 28,444 = 0,202 ( kmol/h ) Lượng dung mơi tối thiểu dùng để hấp thụ: Lmin = Gtr . = 28,444. = 20,4112 Lượng dung mơi cần thiết: L = k*Lmin = 1,5*20,4112 = 30,6168 Nồng độ dung dịch ra khỏi tháp: Xc = ( Yđ – Yc ) = *( 0,00705 – 0,000705 ) = 0,0059 Tọa độ đường làm việc: A ( Xđ; Yc ) B ( Xc; Yđ ) A ( 0 ; 0,000705 ) B ( 0,0059 ; 0,00705 ) Phương trình đường làm việc: y = 1,075x + 0,000705 Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư mơi trường Việt Nam 23 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Bảng số liệu để xác định số bậc truyền khối: Trong đĩ: X và Y* được lấy từ bảng số liệu đường cân bằng Y được tính từ phương trình đường làm việc: y = 1,075x + 0,000705 ∆ Y = Y sau – Y trước nOy = * ∆ Y X Y* Y Y - Y* 1/(Y - Y*) ∆ Y nOy 0.0036490421348 0.0013395 0.006926617 0.005587117 178.9831909 0.0044883639388 0.001974 0.008357661 0.006383661 156.6499342 0.001431044 0.240152884 0.0052080064844 0.0026085 0.009584651 0.006976151 143.3455199 0.00122699 0.184045711 0.0058491033956 0.003243 0.010677721 0.007434721 134.5040333 0.00109307 0.151854505 0.0064334212151 0.0038775 0.011673983 0.007796483 128.2629588 0.00996262 1.308923845 0.0069741569806 0.004512 0.012595938 0.008083938 123.7020921 0.000921955 0.116150219 Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư mơi trường Việt Nam 24 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả 0.0074800271029 0.0051465 0.013458446 0.008311946 120.308767 0.000862508 0.105230659 0.0079571526570 0.005781 0.014271945 0.008490945 117.7725173 0.000813499 0.096839443 0.0084100142698 0.0064155 0.015044074 0.008628574 115.8940008 0.000772129 0.084270661 0.0088420642276 0.00705 0.01578072 0.00873072 114.5380972 0.000736646 0.084873441 2.372341368 Chọn nOy = 2 II. TÍNH TỐN THÁP HẤP THỤ Chọn vật liệu đệm là vịng sứ sếp ngẫu nhiên ( tra bảng IX.8 trang 193 sổ tay quá trình và thiết bị Cơng Nghệ Hĩa Chất tập 2 ) ta được: Kích thước: 20 * 20 * 2,2 Diện tích bề mặt riêng: ( m2/m3 ) Thể tích tự do của tầng chêm.: Vr = 0,73 ( m2/m3 ) Số đệm trong 1 m3 : 95*103 Khối lượng riêng xốp: = 650 ( kg/m3 ) Khối lượng riêng của pha lỏng: = 1012 kg/m3 Khối lượng riêng của pha khí: = 1,1884 kg/m3 C = 0,022 L: Gx: suất lượng dịng lỏng (kg/h) G: Gy: suất lượng dịng khí (kg/h) Gy = Gtr.Mkk+ (Ghh – Gtr).MCO2 = 28,444*29 + ( 28,646 - 28,444)*44 = 833,764 (kg/h) Gx= L.Ghh= 30,6168*28,646 = 877,049 (kg/h) Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư mơi trường Việt Nam 25 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Độ nhớt động học của chất lỏng etanolamin: µx = 2,3.10-3 ( N.S/m2 ) ( tra bảng I.33, trang 113, sổ tay quá trình và thiết bị Cơng Nghệ Hĩa Chất tập 1 ) Độ nhớt động học của chất khí: µy = 0,0147 .10-3 ( N.S/m2 ) ( tra bảng VI, trang 45, Ví dụ bài tập 10 ) 8/14/116,0 3 2 ..75,1... ..lg              l ytb l x lt ytbđf G LCVg v       lg = 0,022 – 1,75 . lg (0,166* = - 0,74 vf = 1,047 v = 0,9* vf = 0,9*1,047 = 0,9423 1. Đường kính tháp D = = = 0,512 ( m ) Chọn D = 0,5 m Tiết diện tháp: S = = = 0,19625 ( m2 ) Tính chiều cao tháp đệm: hp = hOy *nOy Trong đĩ: hoy: chiều cao một bậc truyền khối ( m ) Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư mơi trường Việt Nam 26 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả noy: số bậc truyền khối Áp dụng cơng thức Tính chiều cao 1 đơn vị truyền khối: hOy = h1 + h2 Trong đĩ: hoy: chiều cao 1 đơn vị truyền khối (m) h1: chiều cao 1 đơn vị truyền khối ứng với pha khí (m) h2: chiều cao 1 đơn vị truyền khối ứng với pha lỏng (m) Gx: lưu lượng lỏng (kg/s) Gy: lưu lượng khí (kg/s) m: giá trị trung bình của tan gĩc nghiêng của đường cân bằng với mặt phẳng ngang 2. Mật độ tưới thực tế Utt= Ltt/F Trong đĩ: Ltt : lưu lượng thực tế F: tiết diện tưới ( tiết diện tháp) Ltt= L *61,08*10-3= 30,6168*61,08*10-3= 1,87 (m3etanolamin/h) Utt= = 9,53 (m3etanolamin/m2h) 3. Mật độ tưới thích hợp Uth = B* Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư mơi trường Việt Nam 27 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Trong đĩ: B = 0,158 (m3/m.h) tra bảng IX.6 trang 177 sổ tay quá trình và thiết bị Cơng Nghệ Hĩa Chất tập 2 = 240 bề mặt riêng của đệm Uth = 0,158*240 = 37,92 (m3H2O/m2.h) Vậy Utt/ Uth = 9,53/37,92 = 0,25 Hệ số thấm ướt = 0,25 tra biểu đồ IV trang 178 sổ tay quá trình và thiết bị Cơng Nghệ Hĩa Chất tập 2 Chuẩn số cho pha khí Rey = = = 141 Dx, Dy hệ số khuếch tán CO2 trong pha lỏng và pha khí ở 250C Dy = Do = 13,8*10-6* = 1,5738*10-5 ( m2/s ) tra bảng 42 trang 428 sách VD & BT 10 Pry = = = 0,786 Chuẩn số pha lỏng = 1,8*10-9 ( m2/s ) tra bảng 43 trang 429 sách VD & BT 10 Dx = 1,8*10-9*[ 1 + 0,02*( 25 – 20 )] = 1,98*10-9 ( m2/s ) Gx = L* = 30,6168* = 0,519 ( kg/s ) Gy = Q* = 700/3600*1,1884 = 0,231 ( kg/s ) Rex = = = 0,19 Prx= = = 1147,842 h1 = *1410.25 *0,7862/3 = 0,29 ( m ) Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư mơi trường Việt Nam 28 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả h2 = = 0,99 (m ) Tính m: hệ số gĩc X Y ∆X ∆Y Tg m ( ∆Y/∆X ) m 0.003649042 0.0013395 0.004488364 0.001974 0.000839322 0.0006345 0.755967493 0.647509362 0.005208006 0.0026085 0.000719643 0.0006345 0.881687727 0.722605208 0.005849103 0.003243 0.000641097 0.0006345 0.989709963 0.780226582 0.006433421 0.0038775 0.000584318 0.0006345 1.085881653 0.826547752 0.006974157 0.004512 0.000540736 0.0006345 1.173401207 0.865012863 0.007480027 0.0051465 0.00050587 0.0006345 1.25427451 0.897720013 0.007957153 0.005781 0.000477126 0.0006345 1.329838644 0.926035016 0.008410014 0.0064155 0.000452862 0.0006345 1.401090271 0.950914985 0.008842064 0.00705 0.00043205 0.0006345 1.468580169 0.972984139 7.58955592 Suy ra: mtb= = 0.84 Vậy hOy = h1 + h2 = 0,29 + 0,99 = 1 ( m ) H = hOy*nOy = 1*2 = 2 ( m ) Chọn H = 2 (m) H = hOy*nOy + ( 0,8 ÷ 1 ) = 2 + 1 = 3 ( m ) Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư mơi trường Việt Nam 29 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả ( Cơng thức trang 168 sổ tay quá trình và thiết bị Cơng Nghệ Hĩa Chất tập 1 ) Chọn chiều cao phần hút ẩm: 0,1 ( m ) Chọn chiều cao phần tách lỏng: 0,15 ( m ) Chọn chiều cao phần đĩa phân phối lại: 0,15 ( m ) Chọn chiều cao phần bên dưới lớp đệm: 0,3 ( m ) Chọn chiều cao phần nắp: hn = 0,25D + h = 0,25*0,5 + 0,025 = 0,15 ( m ) Chọn chiều cao phần đáy: hđ = 0,25D + h = 0,25*0,5 + 0,025 = 0,15 ( m ) 4. Tính trở lực của tháp Tổn thất áp suất của đệm khơ: = Cơng thức IX.119 trang 189 sổ tay II Tổn thất áp suất đệm khơ: Bảng IX.119 trang 189 sổ tay quá trình và thiết bị Cơng Nghệ Hĩa Chất tập 2 Hệ số phụ thuộc chuẩn số Raynon ( hệ số trở lực của đệm ) Với Rey = 141 > 40 nên λ= = = 5,945 Tốc độ khí của khí tính trên tồn bộ tiết diện tháp ( m/s ) vy’ = Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư mơi trường Việt Nam 30 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả : đường kính tương đương của đệm = 0,01217 ( m ) Ar = = = 98296698,84 Re’y = 0,045* = 0,045* = 195,04 Suy ra: vy’ = = 0,198 Tốc độ thực của khí trong lớp đệm: vy = = = 0,27 ( m/s ) = 119,16 N/m2 Các hệ số A, m, n, c phụ thuộc vào hệ: * * = * * = 0,014 < 0,5 ( tra bảng IX.7 trang 189 sổ tay quá trình và thiết bị Cơng Nghệ Hĩa Chất tập 2 ) Cho nên : A = 8,4 m = 0,405 n = 0,225 c = 0,015 = 119,16* = 447,56 N/m2 Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư mơi trường Việt Nam 31 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả 5. Chọn bề dày thân Chọn vật liệu là thép khơng rỉ ký kiệu X18H10T ( X: crom 18%, H: niken 10%, T: titan 1 -15% ) tra bảng XII.4 trang 309 sổ tay quá trình và thiết bị Cơng Nghệ Hĩa Chất tập 2 Giới hạn kéo: = 550. ( N/m2 ) Giới hạn chảy: = 220. ( N/m2 ) Khối lượng riêng: ( kg/m3 ) Chọn cơng nghệ gia cơng là hàn tay hồ quang điện và kiểu hàn là hàn giáp mối một bên tra bảng XIII.8 trang 363 sổ tay quá trình và thiết bị Cơng Nghệ Hĩa Chất tập 2 Hệ số bền mối hàn: = 0,7 Hệ số an tồn khí kéo theo gia hạn bền: = 2,6 Hệ số gia hạn chảy: = 1,5 Hệ số gia hạn mỏi: = 1,5 Hệ số điều chỉnh: η = 1 Chọn chiều dày: 4 mm Ứng suất cho phép của vật liệu bền ( CT XIII.1, XIII.2 trang 355 sổ tay quá trình và thiết bị Cơng Nghệ Hĩa Chất tập 2 ) = = *1 = 0,000212 ( N/m2 ) = = *1 = 0,000147 ( N/m2 ) Tính nắp đáy: Chọn nắp và đáy thiết bị dạng elip cĩ gờ Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư mơi trường Việt Nam 32 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Đường kính tháp D = 500 mm Tra bảng XIII.11 , XIII.10 trang 382 sổ tay quá trình và thiết bị Cơng Nghệ Hĩa Chất tập 2 ta được: a/ Đáy: Chiều cao hình elip hđ= 125 mm Chiều cao gờ h = 25 mm Bề dày đáy s = 4 mm Khối lượng m = 10 kg Khối lượng thực của đáy là: m = 1,01*10 = 10,1 kg b/ Nắp: Chiều cao hình elip hn = 125 mm Chiều cao gờ h = 25 mm Bề dày nắp s = 4 mm Khối lượng m = 10 kg Khối lượng thực của đáy là: m = 1,01*10 = 10,1 kg 6. Tính cơ khí a/ Tính đường ống dẫn khí Vận tốc trong ống khoảng 10 – 20 m/s Chọn v1 = v2 = 15 m/s D1 = = = 0,128 m Chọn đường kính ống dẫn khí vào bằng đường kính ống dẫn khí ra D1 = D2 = 130 mm Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư mơi trường Việt Nam 33 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Bề dày 4 mm b/ Tính đường kính ống dẫn lỏng Ống vào : vận tốc khoảng 1 – 2 m/s (chọn V3 = 1,5 m/s ) D3 = = = 0,0143 m Với Q = = = 0,867 m3/h Chọn D3 = 15 mm Ống ra: vận tốc khoảng 1 m/s D4 = = = 0,0175 m Chọn D4 = 18 mm Chọn bề dày thép của ống vào = 3 mm Chọn bề dày thép của ống ra = 3 mm 7. Tính bích a/ Tính bích nối vào thân tháp Ta chọn bích liền bằng thép kiểu I để nối thiết bị: tra bảng XIII.27 sổ tay quá trình và thiết bị Cơng Nghệ Hĩa Chất tập 2 Với Dtháp = 500 mm ; P = 1atm Đường kính ngồi của tháp: Dngồi = Dtrong + s*2 = 500 + 5*2 = 508 mm Đường kính bích = 700 mm Đường kính tâm bulơng Db = 650 mm Đường kính bulơng = 20 mm loại M20 Đường kính mép vát DI = 610 mm Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư mơi trường Việt Nam 34 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Do = 563 mm Dt = 550 mm Số lượng bulơng 20 cái Chiều cao bích h = 25 mm Khối lượng bích: m1 = b/ Tính bích nối ống dẫn lỏng vào thiết bị Ta chọn bích nối kim loại đen kiểu I để nối tra bảng XIII.26 trang 409 sổ tay quá trình và thiết bị Cơng Nghệ Hĩa Chất tập 2 Đường kính trong của ống dẫn lỏng Dống = 15 mm Đường kính ngồi của ống dẫn lỏng D = 23 mm Đường kính bích D = 75 mm Đường kính bulong: M10 Dn = 14 mm D = 50 mm D1 = 35 mm Số lượng bulơng 4 cái Chiều cao bích h = 12 mm Khối lượng bích: m2 = c/ Tính bích nối ống dẫn lỏng ra thiết bị Tra bảng XIII.26 sổ tay quá trình và thiết bị Cơng Nghệ Hĩa Chất tập 2 Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư mơi trường Việt Nam 35 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Đường kính trong của ống dẫn lỏng ra Dống = 18 mm Đường kính ngồi của ống dẫn lỏng ra D = 26 mm Đường kính bích D = 75 mm Đường kính bulong: M10 Dn = 14 mm D = 50 mm D1 = 35 mm Số lượng bulơng 4 cái Chiều cao bích h = 12 mm Khối lượng bích: m3 = d/ Tính bích nối ống dẫn khí vào Đường kính trong của ống dẫn khí vào D = 130 mm Đường kính ngồi của ống dẫn khí vào D = 138 mm Đường kính bích D = 205 mm Đường kính bulong: M16 Dn = 108 mm D = 170 mm D1 = 148 mm Số lượng bulơng 4 cái Chiều cao bích h = 16 mm Khối lượng bích: Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư mơi trường Việt Nam 36 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả m4 = e/ Tính bích nối ống dẫn khí ra Đường kính trong của ống dẫn khí ra D = 130 mm Đường kính ngồi của ống dẫn khí ra D = 138 mm Đường kính bích D = 205 mm Đường kính bulong: M16 Dn = 108 mm D = 170 mm D1 = 148 mm Số lượng bulơng 4 cái Chiều cao bích h = 16 mm Khối lượng bích: m5 = 8. Đĩa phân phối Tra bảng IX.22 trang 230 sổ tay quá trình và thiết bị Cơng Nghệ Hĩa Chất tập 2 Đường kính tháp : 500 mm Chọn đĩa phân phối loại 2 Đường kính đĩa Dd = 300 mm Đường kính ống 25 mm Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư mơi trường Việt Nam 37 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Bề dày ống 3 mm Số lượng ống 22 9. Lưới đỡ đệm Đường kính trong của tháp là 500 mm. tra bảng IX.22 trang 230 sổ tay quá trình và thiết bị Cơng Nghệ Hĩa Chất tập 2 Chọn đường kính lưới Dl = 480mm Chiều rộng lưới b = 18,4 mm Chọn chiều dày: 15 mm Chiều rộng thanh: 5 mm Số thanh đỡ đệm Dl / b = 480 /( 18,4 + 5 ) = 20,5 ta chọn 20 thanh Diện tích bề mặt lưới đỡ đệm: S = Tổng khối lượng mà lưới phải chịu : m = mdd + mđệm khơ Với mdd = Vđệm * = 400,85 kg mđệm khơ = Vậy m = 400,85 + 587,808 = 988,658 kg. 10. Khối lượng tồn tháp Khối lượng nắp và đáy: m = 10,1 + 10,1 = 20,2 kg Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư mơi trường Việt Nam 38 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Khối lượng thân tháp: trong đĩ H = 3 – ( 0,15 + 0,15 ) = 2,7 m m = π*Dtrong*H* 3,14*0,5*2,7*7900*4.10-3 = 133,953 kg Khối lượng lưới đỡ đệm: m = 988,658 kg Khối lượng tất cả bích: m = 35,96 + 0,379 + 0,368 + 2,28 + 2,28 = 41,267 kg Vậy khối lượng tồn tháp: m = 20,2 + 133,953 + 988,658 + 41,267 = 1184,078 kg 11.Tính chân đỡ bằng ống thép trịn Tải trọng tồn tháp: Pt = m * g = 1184,078 * 9,81 = 11615,8 N Tải trọng 1 chân tháp : Pc = Chọn tải trọng cho phép là G = 0,5.104 N Tra bảng XIII.35 trang 437 sổ tay quá trình và thiết bị Cơng Nghệ Hĩa Chất tập 2 Bề mặt đỡ F = 172*104 N L = 160 mm B = 110 mm B1 = 135 mm B2 = 195 mm H = 240 mm h = 145mm s = 10 mm Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư mơi trường Việt Nam 39 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả l = 55 mm d = 23 mm 12.Tính tai treo Chọn tải trọng cho phép là 0,5.104 N Tra Bảng XIII.36 trang 438 sổ tay quá trình và thiết bị Cơng Nghệ Hĩa Chất tập 2 Khối lượng của 1 tai treo : 2 kg Bề mặt đỡ : 89,5.104 m2 L = 100 mm B = 75 mm B1 = 85 mm H = 155 mm S = 6 mm l = 40 mm a = 15 mm d = 18 mm III. TÍNH KINH TẾ Đơn vị tính: Đồng VẬT LIỆU LOẠI QUYCÁCH SỐ LƯỢNG ĐƠN GIÁ THÀNH TIỀN Thân tháp ThépX18H10T 133,953 kg 62000/kg 8305086 Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư mơi trường Việt Nam 40 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Đáy và nắp ThépX18H10T 20,2 kg 62000/kg 1252400 Bộ phận phân phối lỏng Thép X18H10T 2 cái 500000/cái 1000000 Bộ phận đỡ đệm ThépX18H10T 2 cái 400000/cái 800000 Bích Thép 82,534 kg(2*41,267) 30000/kg 2476020 Chân đỡ Thép 66 kg 30000/kg 1980000 Tai treo Thép 8 kg 30000/kg 240000 Đường ống dẫn khí Thép 20 m 150000/m 3000000 Đường ống dẫn lỏng Thép 20 m 80000/m 1600000 Bộ phận hút ẩm 1 cái 200000/cái 200000 Cửa tháo đệm và cho đệm vào 4 cái 200000/cái 800000 Bulơng M20 Sắt 20 cái 4000/cái 80000 Bulơng M10 Sắt 8 cái 2000/cái 16000 Bulơng M16 Sắt 8 cái 3000/cái 24000 Quạt 1 cái 2000000/cái 2000000 Máy bơm 2 cái 1000000/cái 2000000 Van ống dẫn lỏng 4 cái 40000/cái 160000 Van ống dẫn khí 3 cái 60000/cái 180000 Đệm Vịng sứrasiga 0,3925 m 3 700000/m3 274750 26388256 Chi phí vật liệu: 26.388.256 đồng Chi phí phụ khác: 10% chi phí vật liệu = 2,638825.6 đồng Tổng chi phí vật liệu: 29027081,6 đồng Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư mơi trường Việt Nam 41 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Chi phí chế tạo và chi phí lắp đặt bằng tổng chi phí vật liệu: 29027081,6 đồng Chi phí nhân cơng: 30% chi phí lắp đặt = 8708124,48 đồng Tổng chi phí: 66.762.287,68 đồng. | xử lý nước thải,xử lý khí co2,mơi trường