ĐỀ TÀI: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ XỬ LÝ KHÍ THẢI LÒ ĐỐT RÁC NHIỆT PHÂN TĨNH 2 CẤP

Chia sẻ: chipbia

Trong những năm gần đây, tốc độ đô thị hoá, công nghiệp hoá tại các thành phố và các khu đô thị Việt Nam đã gia tăng mạnh mẽ và đang có xu hướng tiếp tục tăng mạnh mẽ trong những năm tới. Cùng với sự phát triển của công nghiệp hoá và đô thị hoá, nhiều loại chất thải khác nhau sinh từ các hoạt động của con người có xu hướng tăng lên về số lượng, từ nước cống, rác sinh hoạt, phân, chất thải công nghiệp đến các chất thải độc hại như rác y tế. Nếu...

Bạn đang xem 20 trang mẫu tài liệu này, vui lòng download file gốc để xem toàn bộ.

Nội dung Text: ĐỀ TÀI: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ XỬ LÝ KHÍ THẢI LÒ ĐỐT RÁC NHIỆT PHÂN TĨNH 2 CẤP

Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM

VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VÀ QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG

MÔN: THỰC HÀNH XỬ LÝ KHÍ THẢI




ĐỒ ÁN MÔN HỌC



ĐỀ TÀI:

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ XỬ LÝ KHÍ
THẢI LÒ ĐỐT RÁC NHIỆT PHÂN TĨNH 2 CẤP




1
Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền


MỤC LỤC

PHÂN MỘT: TỔNG QUAN VỀ LÒ ĐỐT RÁC NHIỆT PHÂN TĨNH 2 CẤP
1. Ưu điểm của lò đốt nhiệt phân tĩnh 2 cấp.
......................................................................................
5
2. Cơ sở lý thuyết của quá trình nhiệt phân....................................................6
3. Các giai đoạn của quá trình đốt chất thải trong lò nhiệt phân...................6
4. cấu tạo lò đốt rác nhiệt phân tĩnh................................................................6
PHẦN HAI: XỬ LÝ KHÍ THẢI LÒ ĐỐT RÁC Y TẾ NHIỆT PHÂN TĨNH
HAI CẤP
I. THÀNH PHẦN, LƯU LƯỢNG VÀ NỒNG ĐỘ CÁC CHẤT TRONG
KHÓI THẢI .................................................................................................... 8
II. LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ:...................................................12
1. Phương pháp xử lý ướt..........................................................................12
2. Phương pháp xử lý khô .........................................................................12

III. TÍNH TOÁN .............................................................................................. 16

Khí (rác + dầu DO).....................................................................................20

THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT ...................................................................23

THÁP PHUN RỖNG ..................................................................................28

HẤP PHỤ ....................................................................................................31

TÍNH ỐNG KHÓI....................................................................................... 45

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...............................................................................46




2
Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền




DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG


Hình minh họa về Khu xử lý rác thải y tế bệnh viên 175
...........................................................................................................................
5

Bảng 1: Thành phần, lưu lượng và nồng độ các chất trong khói thải cần phải xử lý. .9

Bảng 2: So sánh nồng độ chất ô nhiễm với nồng độ quy chuẩn.....................................11
Sơ đồ công nghệ xử lý khí thải: .........................................................................................13

Bảng 3: Thành phần của rác thải y tế: lò đốt rác chất thải y tế. ....................................16

Bảng 4: Thành phần cháy của dầu DO...............................................................................19

Biểu đồ: Ñöôøng haáp phuï ñaúng nhieät cuûa CO ..........................................................35




3
Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền




MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, tốc độ đô thị hoá, công nghiệp hoá tại các thành phố và các
khu đô thị Việt Nam đã gia tăng mạnh mẽ và đang có xu hướng tiếp tục tăng mạnh mẽ
trong những năm tới. Cùng với sự phát triển của công nghiệp hoá và đô thị hoá, nhiều
loại chất thải khác nhau sinh từ các hoạt động của con người có xu hướng tăng lên về
số lượng, từ nước cống, rác sinh hoạt, phân, chất thải công nghiệp đến các chất
thải độc hại như rác y tế. Nếu ta không có phương pháp đúng đắn để phân huỷ lượng
chất thải này thì sẽ gây ô nhiễm môi trường do vượt quá khả năng phân huỷ của tự
nhiên.
Chất thải rắn y tế (CTRYT) là loại chất thải nguy hại. Trong thành phần CTRYT có
các loại chất thải nguy hại như: chất thải lâm sàng nhóm A,B,C,D,E. Các loại chất
thải này đặc biệt là chất thải nhiễm khuẩn nhóm A, chất thải phẫu thuật nhóm E
có chứa nhiều mầm bệnh, vi khuẩn gây bệnh có thể thâm nhập vào cơ thể con người
bằng nhiều con đường và nhiều cách khác nhau. Các vật sắc nhọn như kim tiêm…
dễ làm trày xước da, gây nhiễm khuẩn. Đồng thời, trong thành phần chất thải y tế
còn có các loại hoá chất và dược phẩm có tính độc hại như: độc tính di truyền, tính ăn
mòn da, gây phản ứng, gây nổ. Nguy hiểm hơn các loại trên là chất thải phóng xạ
phát sinh từ việc chuẩn bệnh bằng hình ảnh như: chiếu chụp X-quang, trị liệu…
Cho đến nay, chôn lấp vẫn là biện pháp xử lý chất thải rắn phổ biến nhất đối với
nhiều nước trên thế giới trong đó có Việt Nam. Ưu điểm chính của công nghệ chôn
lấp ít tốn kém và có thể xử lý nhiều loại chất thải rắn khác nhau so với công nghệ
khác. Tuy nhiên hình thức chôn lấp lại gây ra những hình thức ô nhiễm khác như ô
nhiễm nước, mùi hôi, ruồi nhặng, côn trùng…Hơn nữa, công nghệ chôn lấp không thể
áp dụng để xử lý triệt để các loại chất thải y tế, độc hại. Ngoài ra trong quá trình
đô thị hoá như hiên nay, quỹ đất ngày càng thu hẹp, dẫn đến khó khăn trong việc
lựa chọn vị trí làm bãi chôn lấp rác.




4
Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền


Vì vậy, áp dụng một số biện pháp xử lý rác khác song song với chôn lấp là một nhu
cầu rất thiết thực. Công nghệ đốt chất thải rắn, một trong những công nghệ thay thế,
ngày càng trở nên phổ biến và được ứng dụng rộng rãi đặc biệt với loại hình chất
thải rắn y tế và độc hại. Công nghệ đốt chất thải rắn sẽ ít tốn kém hơn nếu đi kèm
với biện pháp khai thác tận dụng năng lượng phát sinh trong quá trình.




5
Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền




PHÂN MỘT: TỔNG QUAN VỀ LÒ ĐỐT RÁC NHIỆT PHÂN TĨNH 2 CẤP




Hình minh họa về Khu xử lý rác thải y tế bệnh viên 175




1. Ưu điểm của lò đốt nhiệt phân tĩnh 2 cấp.
- Các quá trình sấy, hoá khí, cháy, đốt cặn than (hắc in) xảy ra ở trong buồng
sơ cấp, ít xáo trộn nên giảm được bụi phát sinh rất đáng kể trong khi đốt vì thế
ưu điểm hơn hẳn các công nghệ đốt khác.
Hiệu quả xử lý chất thải cao nhờ có quá trình kiểm soát được chế độ nhiệt
phân tại buồng sơ cấp và quá trình cháy hoàn toàn ở buồng thứ cấp.
- Quá trình nhiệt phân trong buồng sơ cấp tiến hành ở nhiệt độ thấp do vậy
tăng tuổi thọ của lò đốt do giảm chi phí bảo trì.
- So với công nghệ đốt lò quay và đốt tầng sôi thì thời gian của lò nhi ệt phân
tĩnh kéo dài hơn, nhưng việc chế tạo, vận hành, bảo trì lò đơn giản hơn.




6
Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền


-Chính nhờ những ưu điểm nổi bật đó nên ngày nay lò đốt ứng dụng nguyên lý
nhiệt phân đang được áp dụng khá rộng rãi trên thế giới để xử lý chất thải nguy
hại.
2. Cơ sở lý thuyết của quá trình nhiệt phân.
Phản ứng nhiệt phân chất thải rắn được mô tả một cách tổng quát như
sau:
Chất thải Các chất bay hơi (khí gas) + cặn rắn
Trong đó: khí gas gồm: CHx, H2, COx, NOx, SOx và hơi nước
cặn rắn: carbon cố định + tro
3. Các giai đoạn của quá trình đốt chất thải trong lò nhiệt phân.
Tại buồng sơ cấp:
Các quá trình xảy ra gồm: Sấy (bốc hơi nước) phân hủy nhiệt tạo khí gas
và cặn cácbon (trong điều kiện thiếu oxy) đốt cháy cặn cácbon thành tro.
Tại buồng thứ cấp:
Quá trình đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp khí gas trong điều kiện nhiệt độ
cao và dư ôxy.
4. cấu tạo lò đốt rác nhiệt phân tĩnh.


Lò đốt được chia làm 2 buồng:

Buồng đốt chính: Gồm 2 giai đoạn
+ Giai đoạn 1: Chất thải được sấy khô.
+ Giai đoạn 2: Cháy và khí hóa.
Buồng đốt sau: Gồm 3 giai đoạn
+ Giai đoạn 3: Phối trộn.
+ Giai đoạn 4: Cháy ở dạng khí.
+ Giai đoạn 5: Ôxi hoá hoàn toàn.


RTYT nguy hại được đựng trong những túi nhựa PP hoặc PE màu vàng

(không được dùng túi PVC để tránh khả năng tạo thành Dioxin trong quá trình




7
Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền


đốt) theo qui định của Bộ Y tế. Trọng lượng 3-5kg/túi.
Nạp RTYT theo mẻ 60 kg/lần, đốt trong 3 giờ. Sau đó có thể mở cửa nạp

liệu và tiếp tục cho rác vào đốt liên tục. Tạo áp suất âm trong các buồng đ ốt
(0,1 at).Nhiệt trị của rác khô: 1.422 KCal/kg. Tỷ trọng RTYT nguy hại: 0,13
t/m3.
Sau khi đốt không có tro hữu cơ, tro vô cơ được đưa ra ngoài theo ca làm

việc. Nhiệt độ các buồng đốt được định trước và tự ngừng nạp nhiên liệu đ ốt
khi buồng đốt đạt được nhiệt độ cần thiết. Thời gian lưu khí trong buồng cấp II
là 2-3 giây. Có hệ thống báo động khi sự cố mất điện, mất nước xảy ra. Tận
dụng nhiệt của khí lò - hạ nhiệt độ của khí lò để nâng cao hiệu quả xử lý khí.
Khí thải sau xử lý không màu, không mùi đạt tiêu chuẩn môi trường. Vận hành
an toàn, vệ sinh và đơn giản.




8
Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền




PHẦN HAI: XỬ LÝ KHÍ THẢI LÒ ĐỐT RÁC Y TẾ NHIỆT PHÂN TĨNH
HAI CẤP


I. THÀNH PHẦN, LƯU LƯỢNG VÀ NỒNG ĐỘ CÁC CHẤT TRONG
KHÓI THẢI
Khói thải là sản phẩm của chất thải đưa vào lò đốt. Khói thải lò đốt rác ch ứa
những khí thải đặc trưng:

-CO:

Lượng CO phụ thuộc vào sự điều chỉnh và kiểm soát lò đốt. Lượng CO này có
thể khống chế tối thiểu ( gần như hoàn toàn không có) đối với những lò đốt tiên
tiến, có sự kiểm soát tốt quá trình cháy.

-Bụi:

Do các thành phần tro sinh ra từ các quá trình cháy. Nồng độ bụi phụ thuộc nhiều
yếu tố như nguyên liệu, chế độ cấp gió, cấu trúc, nhiệt độ lò…Đối với lò đốt
hiệu quả cao thì lượng bụi khoảng 550 – 650 mg/m 3. Có thể giảm lượng bụi thải
ra môi trường bằng bộ phận lọc.

-SO2:

Chất thải rắn được sử lý thường chứa ít sulphur. Lượng SO2 tạo ta chủ yếu phụ
thuộc nhiên liệu đốt. Hệ thống xử lý theo phương pháp phun ướt có khả năng
loại bỏ SO2 cao.

-HCl:

Lượng HCl phụ thuộc lượng chất thải đem đốt, chủ yếu là lượng PVC trong
chất thải. Hệ thống phun ướt có thể loại HCl.




9
Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền


-NOx:

Lượng NOx sinh ra phụ thuộc vào nhiệt độ cháy và thời gian lưu cháy của lò đốt.
Thiết bị loại bỏ NOx rất đắt tiền, thường chỉ được lắp đặt ở các lò đốt lớn.
Lượng NOx sinh ra từ rác thải y tế thường rất ít.

-Dioxin:

Đây là những hợp chất hữu cơ có tính độc rất cao.Những lò đốt với nhiệt độ trên
8500C mới đốt được các hợp chất này. Hiệu quả đốt Dioxin phụ thuộc vào các
thông số như thời gian lưu cháy, lượng oxy. Khi đạt đuợc các thông số: nhiệt độ
8500C – 11000C, thời gian lưu cháy là 1 giây, lượng oxy trong khí cháy 8 – 12% thì
lượng Dioxin còn lại trong khí thải rất thấp.

-Kim loại nặng:

Hàm lượng kim loại nặng trong khói thải của lò đốt rác y tế rất thấp, dưới giới
hạn cho phép và không cần qua xử lý.

 Thành phần, lưu lượng và nồng độ khí thải

Bảng 1: Thành phần, lưu lượng và nồng độ các chất trong khói thải cần phải xử
lý.




10
Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền


Khối lượng riêng của khí thải ở điều kiện tiêu chuẩn:
Thành phần n.m3/s mg/n.m3
Kmol/s
Bụi 660
9,72.10-4
CO2 0,0218 255331
7,4675.10-4
H2O 0,0167 80248
1,052.10-5 2,252.10-3
SO2 4018
5,757.10-3
NOx 0,129 962364
4,7244.10-5 1,06.10-3
HCl 10295

ρkt = 1,361 kg/n.m3

So sánh nồng độ chất ô nhiễm trong khói thải từ lò đốt rác với quy chuẩn QCVN 02 :
2008/BTNMT, suy ra được các thành phần trong khói thải cần qua xử lý trước khi qua
ống khói và thải ra môi trường.

Bảng 2: So sánh nồng độ chất ô nhiễm với nồng độ quy chuẩn.
Cô n g t h
Gi ớ i
Thông s ố Đơn v ị
ứ c và ký
h ạ n ch o
h i ệu ho á
p h ép
m g/ N m 3
1. B ụ i 11 5

m g/ N m 3
2. Axít flohydric HF 2

m g/ N m 3
3. Axít clohydri c HC l 10 0

m g/ N m 3
4. Cacbon m onoxyt CO 1 00

m g/ N m 3
5 . N i t ơ o x yt NO x 25 0

m g/ N m 3
6. Lư u hu ỳnh dioxyt SO2 30 0

m g/ N m 3
7. Thu ỷ ngâ n Hg 0, 5 5

m g/ N m 3
8. C a d i m i Cd 0, 1 6

m g/ N m 3
9 . C hì Pb 1, 2




11
Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền


10. T ổng Di oxin/ Furan
n g - T E Q/ Nm 3
C 12 H 8 - n* 2, 3
Dioxin
Cl n * 0 2
Furan
C12 H 8 -

CH Ú T H Í C H :
n: Số nguyên tử clo.
TEQ là t ổ ng đ ộ đ ộ c t ươ ng đươ ng theo 2, 3, 7, 8 -t et raclo dibenzo -p-dioxin d ự a
v ào h ệ số đ ộ độ c t ươ ng đươ ng qu ốc t ế (TEFs) , 1969.



II. LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ:
Có hai phương pháp xử lý chủ yếu:
1. Phương pháp xử lý ướt
Khí thải sau khi ra khỏi buồng đốt được dẫn qua thiết bị trao đổi nhiệt để hạ nhiệt độ,
sau đó đi vào vùng bão hòa tháp lọc, dung dịch lỏng được phun trực tiếp vào dòng khí để
loại bỏ các chất ô nhiễm như SO2 , HCl,… và các kim loại nặng. Đồng thời khí thải
được làm mát, sau đó được hút bằng quạt gió tới ống khói.

Hiệu quả xử lý của phương pháp ướt khá cao, trị số ô nhiễm vào môi trường rất thấp,
đạt tiêu chuẩn. Tuy nhiên phương pháp này khá phức tạp, chi phí đ ầu tư và vận hành
cao. Dung dịch hoá chất sau khi xử lý là nguồn ô nhiễm ở dạng lỏng, cần phải thu gom
vào hệ thống xử lý nước thải.

2. Phương pháp xử lý khô
Sử dụng hoá chất ở dạng bột (phổ biến là dùng vôi bột) để trung hoà các chất ô nhiễm
và túi lọc (lọc sợi hay lọc tĩnh điện) để loại bỏ các muối và bụi. Tr ước khi x ử lý, khói
thải được làm mát đến nhiệt độ 170 – 2500 C bằng cách dẫn qua thiết bị trao đổi nhiệt
theo nguyên lý trao đổi nhiệt “không khí – khói thải” hoặc “ nước- khí thải” ở giai đoạn
này có thể thu hồi nhiệt để sử dụng. Sau đó, phun bột trực tiếp vào dòng khí thải, vôi
phần ứng với các khí tạo muối trơ. Các muối cùng với tro và bụi được giữ lại ở bộ lọc




12
Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền


sau đó xử lý bằng chôn lấp. Phương pháp xử lý khô đơn giản, kinh tế và hiệu quả xử lý
khá cao.

Tuy nhiên phương pháp này ít sử dụng do chi phí cho hoá chất khá lớn, chi phí cho thiết
bị giải nhiệt và các thiết bị phụ.



SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ THẢI:



Thiết bi
Ống
trao đổi Tháp
khói
Tháp
nhiệt hấp
phun
dạng phụ
rỗng
Lò đốt ống
chùm




Khói chứa các chất khí có khả năng gây ô nhiễm phát sinh từ lò đ ốt theo đ ường
ống dẫn đi vào hệ thống xử lý. Đầu tiên, luồng khí thải có nhiệt độ cao (khoảng 1000 -
10500) được đưa qua một thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm nhằm giảm nhiệt độ
trước khi vào thiết bị xử lý. Ra khỏi thiết bị trao đổi nhiệt (nhiệt độ còn khoảng dưới
1500) khí thải tiếp tục đi vào tháp phun rỗng để xử lý một bụi và một phần các khí độc
hại, với dung môi phun vào là nước. Sau đó khí được đưa vào tháp hấp phụ để hấp phụ
khí CO ở tháp này lượng khí độc và mùi được giảm một cách đáng kể, cuối cùng thì
lượng khí đưa ra ống khói và thải ra ngoài môi trường.

• Cấu tạo của tháp phun rỗng:

1. Tấm chắn




13
Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền


2. Vòi phun

3. Tấm chắn lỏng

4. Tấm phân phối khí



KHÍ RA




NU? C VÀO




KHÍ VÀO




Hình trên là sơ đồ cấu tạo của thùng rửa khí rỗng. Nước được phun từ trên xuống dưới
và dòng khí đưa từ dưới lên. Cũng có thể bố trí vòi phun từ 4 phía xung quanh và theo
phương ngang của dòng khí.

Để dòng khí phân bố đều đặn trên toàn tiết diện ngang của thiết bị người ta bố trí bộ
phận phân phối khí ở tiết diện vào của dòng khí.




14
Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền


• Cấu tạo của tháp giải nhiệt:




Loại ống chùm: gồm nhiều ống nhỏ đặt song song tạo thành chùm trong
-
tháp. Chất tỏa nhiệt đi trong các ống nhỏ còn chất tải nhiệt đi bên ngoài.




• Cấu tạo của tháp hấp phụ:




Gồm tháp hình trụ, bên trong tháp có chứa vật liệu hấp phụ. Vật liệu hấp
phụ là loại vật liệu có diện tích bề mặt lớn do có nhiều lỗ rỗng nên có
thể giữ lại chất bẩn bên trong nó. Khí được thổi vào qua lớp vật liệu hấp
phụ, tại đây các chất bẩn sẽ bị giữ lại trong các lỗ rỗng của vật liệu hấp
phụ, khí sạch tiếp tục đi ra khỏi tháp.




15
Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền




III. TÍNH TOÁN

Các phản ứng đốt cháy:

C + O2 = CO2

S + O2 = SO2

5 V2O5
2 P + O2 = P2O5
2 400o C

1
H 2 + O2 = H 2 O
2

1
Ca + O2 = CaO
2

H 2 + Cl 2 = 2 HCl

Bảng 3: Thành phần của rác thải y tế: lò đốt rác chất thải y tế.

Thành
CP HP OP SP NP AP WP
phần
% 18,4 3,56 17,56 0,08 0,4 10 50



Lượng không khí lí thuyết cần cho quá trình cháy:

VO = 0,089.CP + 0, 264.H P − 0,0333.(OP − S P )
= 0, 089.18, 4 + 0, 264.3,56 − 0,0333.(17,56 − 0, 08) = 1, 995( m 3chuân / kgNL)

Lượng không ẩm khí lí thuyết cần cho quá trình cháy:




16
Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền


Va = (1 + 0,0016.d ).VO = (1 + 0,0016.25).1,995 = 2,075( m3chuân / kgNL )

Lượng không ẩm thực tế: Vt = α.Va

Với α = 1,2 −1,6 hệ số thừa không khí, chọn α = 1,4

→ Vt = α .Va = 1,4.2,075 = 2,095(m3chuân / kgNL)

Lượng khí SO2 trong sản phẩm cháy:

VSO2 = 0,683.10 −2.0,08 = 5,464.10 −4 (m 3chuân / kgNL)

Lượng khí CO trong sản phẩm cháy:

VCO = 1,865.10 −2.η.Cp

Với η = 0,01 − 0,05 hệ số cháy không hoàn toàn về hóa học và cơ học chọn η = 0,02

→ VCO = 1,865.10 −2.0,02.18,4 = 6,863.10 −3 (m 3chuân / kgNL)

Lượng khí CO2 trong sản phẩm cháy:

VCO2 = 1,853.10−2.(1 − η ).Cp = 1,853.10 −2.(1 − 0,02).18,4 = 0,334( m3chuân / kgNL)

Lượng hơi nước trong sản phẩm cháy:

VH 2O = 0,111. H p + 0, 0124.W p + 0, 0016.d .Vt
= 0,111.3,56 + 0, 0124.50 + 0, 0016.25.2, 905 = 1,131( m 3chuân / kgNL)

Lượng khí N2 trong sản phẩm cháy:

VN 2 = 0,8.10−2. N p + 0,79.Vt = 0,8.10 −2.0, 4 + 0, 79.2,905 = 2, 298( m3chuân / kgNL) Lượ

ng khí O2 trong không khí thừa:

α = 1,4 hệ số thừa không khí




17
Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền


VO2 = 0,21.(α − 1).Va = 0,21.(1,4 − 1).2,075 = 0,174( m 3 chuân / kgNL)

Lượng sản phẩm cháy tổng cộng:

VSPC = VSO2 + VCO + VCO2 + V H 2O + V N 2 + VO2
= 5,464.10 −4 + 6,863.10 −3 + 0,334 + 1,131 + 2,298 + 0,174 = 3,944

Lưu lượng khói ở điều kiện chuẩn:

VSPC .B 3,944.7
= 7,669.10 −3 (m 3 / s )
LC = =
3600 3600

Chọn B = 7: tải lượng các chất ô nhiễm trong khói ứng với lượng nhiên liệu tiêu thụ.

Lưu lượng khói thải ra ở 1000oC:

7, 669.10 −3.(273 +1000)
Lc .(273 +tkhói )
Lt = = = 0.036(m 3 / s )
273 273

Tải lượng SO2: ρSO = 2,926( kg / m chuân)
3
2




1000.VSO2 . B.ρSO2 1000.5, 464.1O −4 .7.2, 926
= 3,109.10 −3 ( g / s )
M SO2 = =
3600 3600

Nồng độ SO2:

3,109.10 −3
M SO2
C SO2 = .1000 = .1000 = 8,6136(mg / m 3 )
LT 0,036


Tải lượng CO: ρCO = 1,25kg / m chuân
3




1000.VCO . B.ρCO 1000.6,863.10 −3.7.1, 25
M CO = = = 0.017( g / s )
3600 3600

Nồng độ CO:




18
Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền


M CO 0,017
CCO = .10000 = .1000 = 472,22(mg / m 3 )
LT 0,036

Tải lượng bụi:

10.α p . B
.A
M bui =
3600


α = 0,1 −0,85 hệ số tro bay theo khói (chọn α = 0,1 )
Với

10.0,1.10.7
→M bui = = 0,0194( g / s )
3600

Nồng độ bụi:

M bui 0, 0194
Cbui = .1000 = .1000 = 538,89( mg / m 3 )
LT 0, 036

Tải lượng NOx:

M NOx = 1, 723.10−3 B1,18 = 1,723.10 −3.71,18 = 0, 0171( kg / h ) = 4, 756.10 −3 ( g / s )

Nồng độ NOx:

M NO X 4,756.10 −3
C NO X = .1000 = 1000 =132,1( mg / m 3 )
LT 0,036

Đơn vị nhiên liệu rắn:

M NOx = 3, 953.10−8.Q1,18

Bảng 4: Thành phần cháy của dầu DO

Thành
Cp Hp Op Np Sp Wp Ap
phần
% 86,3 % 10,5 % 0,3 % 0,3 % 0,5 % 1,8 % 0,3 %




19
Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền




Lượng không khí khô lí thuyết cần cho quá trình cháy:

Vo = 0,089.CP + 0, 264. H P − 0, 0333.(OP − S P )
= 0,089.86,3 + 0, 264.10,5 − 0, 0333.(0, 3 − 0,5) = 10, 459( m 3chuân / kgNL)

Lượng không khí ẩm lí thuyết cần cho quá trình cháy:

Va = (1 + 0, 0016.d ).VO = (1 + 0, 0016.25).10, 459 = 10,877( m 3chuân / kgNL) Lư

ợng không khí ẩm thực tế:

Với α = 1,2 → 1,6 : hệ số thừa không khí .Chọn α = 1,4

→ Vt = α .Va = 1,4.10,877 = 15,288(m 3chuân / kgNL)

Lượng khí SO2 trong sản phẩm cháy:

VSO2 = 0,683.10−2.S P = 0,683.10 −2.0,5 = 3,415.10 −3 ( m 3chuân / kgNL)

Lượng khí CO trong sản phẩm cháy: η = 0,01 −0,05 hệ số cháy không hoàn toàn về

cơ học và hóa học .Chọn η = 0,02

VCO = 1,865.10 −2.η.CP = 1,865.10 −2.0,02.86,3 = 0,0322( m 3chuân / kgNL)

Lượng khí CO2 trong sản phẩm cháy:

VCO2 = 1,853.10−2.(1 − η ).CP = 1,853.10 −2.(1 − 0,02).86,3 = 1,567( m 3chuân / kgNL )

Lượng khí hơi nước trong sản phẩm cháy:

VH 2O = 0,111. H P + 0, 0124.WP + 0, 0016.d .Vt
= 0,111.10, 5 + 0, 0124.1,8 + 0, 0016.25.15, 288 = 1, 797( m 3chuân / kgNL)

Lượng khí N2 trong sản phẩm cháy:




20
Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền


VN 2 = 0,8.10−2. N P + 0,79.Vt = 0,8.10−2.0, 3 + 0, 79.15, 288 = 12, 033( m 3chuân / kgNL )

Lượng khí O2 trong không khí thừa:

VO2 = 0, 21.(α − 1).Va = 0,21.(1, 4 − 1).10,877 = 0,914( m 3chuân / kgNL)

Lượng sản phẩm cháy tổng cộng:

VSPC = VSO2 + VCO + VCO + VH 2O + VN 2 + VO2
2

−3
= 3, 415.10 + 0, 0322 + 1,567 + 1, 797 + 12, 033 + 0, 91 = 16,347( m 3chuân / kgNL)

Khí (rác + dầu DO)

Tổng lưu lượng khói thải ra ở 1000oC:

LT = 4, 235.10−3 + 0, 036 = 0, 0402( m 3 / s ) = 144,846( m 3 / h )

Tổng lưu lượng khói ở điều kiện chuẩn:

LCT = 7, 669.10 −3 + 9, 082.10 −4 = 8, 577.10 −3 ( m 3 / s ) = 30,878( m 3 / h )


Tải lượng SO2 (tổng):

M SO2 (t ) = 3,109.10 −3 + 5,551.10 −4 = 3,644.10 −3 ( g / s )

Tải lượng CO (tổng):

M CO (t ) = 0,017 + 2,236.10 −3 = 0,0192( g / s )

Tải lượng NOx (tổng):

M NOx (t ) = 4,756.10−3 + 2,579.10−4 = 5, 014.10 −3 ( g / s )

Tải lượng bụi (tổng):

M bui (t ) = 0,01941,667.10 −5 = 0,0194( g / s )




21
Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền


Nồng độ CO:

M CO (t ) 0,0192
CO = = = 0,4776( g / m 3 ) = 477,6(mg / m 3 )
LT 0,0402

Nồng độ NOx:

5,014.10 −3
M NOX (t )
NOX = = = 0,1247( g / m3 ) = 124,7(mg / m3 )
LT 0,0402

Nồng độ bụi:

M bui (t ) 0,0194
bui = = = 0,4826( g / m 3 ) = 482,6( mg / m 3 )
LT 0.0402

Nồng độ Nồng đô SO2:

SO2 = 217,4( mg / m 3 )

Nồng độ Quy chuẩn

CO 300  cần xử lí
NOX 250

Bụi 115  cần xử lí
SO2 300



Lượng khói ở điều kiện chuẩn:

B 0,2
= 9,082.10 −4 ( m 3 / s )
LC = VSPC . = 16,347.
3600 3600

Chọn B = 0,2 tải lượng các chất ô nhiễm trong khói ứng với lượng tiêu thụ

Lượng khói ở điều kiện thực tế: t khoi = 1000 o C




22
Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền


LC .( 273 + t khoi ) 9,082.10 −4.( 273 +1000)
= 4,235.10 −3 ( m 3 / s )
LT = =
273 273

Lượng khí SO2 ứng với ρSO2 = 2,926(kg / m chuân)
3




(1000.VSO2 .B.ρ SO2 )
M SO2 =
3600
(1000.3,415.10 −3.0,2.2,926)
= 5,551.10 −4 ( g / s )
=
3600

Nồng độ SO2:

M SO2 5,551.10 −4
C SO2 = .1000 = .1000 = 131,07( mg / m 3 )
−3
LT 4,235.10


Tải lượng CO với ρco = 1,25( kg / m chuân)
3




1000.VCO . B.ρCO 1000.0,0322.0, 2.1, 25
= 2, 236.10−3 ( g / s )
M CO = =
3600 3600

Nồng độ CO:

2,236.10 −3
M CO
= .1000 = .1000 = 527,98(mg / m 3 )
CCO −3
LT 4,235.10

Tải lượng NOx:

M NOx = 1,723.10 −3. B1,18 = 1,723.10 −3.0,21,18 = 2,579.10 −4 ( g / s )

Nồng độ NOx:

M NO X 2,579.10−4
C NOx = .1000 = .1000 = 60,89(mg / m 3 )
4, 235.10 −3
LT

Tải lượng bụi:




23
Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền


10.α. AP .B 10.0,1.0, 3.0, 2
= 1,667.10−5 ( g / s )
M bui = =
3600 3600

Với α = 0,1 − 0,85 hệ số tro bay theo khói (chọn α = 0,1 ).

Nồng độ bụi:

1,677.10 −5
M bui
C bui = .1000 = .1000 = 3,936( g / s )
4,235.10 −3
LT




THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT

Lưu lượng khí đầu vào Q=144,846(m3/h)

 Khối lượng riêng của hỗn hợp khí.

M so2 . pso2 .T0 M tr . ptr .T0 T0
ρ hh = ρ so2 + ρtr = + = .( M so2 .M tr + pso2 . ptr )
22, 4.t. p0 22, 4.t. p0 22, 4.t. p0

Trong đó:

T0 :là nhiệt độ pha khí ở điều kiện chuẩn, T0 =273 oK

T: nhiệt độ pha khí đang xét , T = (T+273)oK

MSO2, Mtr : phân tử gram của so2 và khồng khí.

Po : Áp suất hỗn hợp khí ở đktc Po=760(mmHg)

pso2 : Áp suất riêng phần của SO2 trong 1m3 hỗn hợp khí


ptr : Áp suất riêng phần của khí trơ.

Ta có:




24
Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền


22, 4
.(t + 273)
nso2 .
273
pso2 =
1000

nso2 = � so2 rác + �nsodâuDO = 3,109.10 −3 + 5,551.10 −4 = 3, 6641.10 −3 ( Kmol )
n


22, 4
3, 6641.10−3. .(1000 + 273)
273
pso2 = = 0, 082(at ) = 62,32( mmHg )
1000

Ta có: ptr = po − pso = 760 − 62,32 = 697, 68(mmHg )
2




273
� ρ hh = .(64.62,32 + 29.697, 68) = 0, 00142( Kg / m3 )
22, 4.(1000 + 273).760

 Dòng khí đi vào hệ thống làm mát:

Nhiệt độ đầu vào tvào=1000 oC

Lượng SPC ở 1000 oC Q1000 oC =1444,846(m3/h) = 0,0402(m3/s)

Tải lượng khí thải G1000 oC = 1444,846.0,00142=0,2057 (kg/h) = 5,714(Kg/s)

Khối lượng riêng của SPC ở 1000 0C ρ = 0, 00142( Kg / m3 )

Nhiệt độ ra: tra=150 oC

Nhiệt dung riêng của SPC ở 1000 oC

Dòng khí vào: Tdi = 1000o C Tc1 = 800 C



Ttb = 4 Td 1.Tc1 = 4 10002.802 = 2820 C


Tra bảng thông số vật lý của khí thải ở 2820C

ρ1 = 0,593(kg / m3 )




25
Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền


1,1165
C p1 = 1,1165( Kj / Kg 0C ) = = 0, 267( Kca / Kg 0C )
4,186


λ1 = 0, 48( Kcal / mh 0C )


M 1 = 0, 0094.10−3 ( Kg / m 2 ) = 0, 0094.10−3.9,81 = 0, 092.10 −3 ( N / m3 )


v1 = 0, 0608.10−3 (m 2 / s ) = 0, 219(m 2 / h)
Pr1 = 0, 648


 Dòng nước vào

Td2 = 250C Tc2=140 0C

Ttb = 4 Td 2 .Tc 2 = 4 252.1402 = 590 C


Từ bảng tra (thông số vật lý của nước trên đường bão hòa ở 590C).

ρ 2 = 983,5(kg / m3 )


C p2 = 4,18( Kj / Kg 0C ) = 0,999( Kca / Kg 0C )


λ2 = 0, 66(W / mk )


M 2 = 0, 4759.10−3 ( N / m 3 )


v1 = 1, 75.10−3 (m 2 / h)
Pr2 = 3, 036


Xét trong khoảng thời gian T=1h

Nhiệt lượng khi truyền cho nước.


Q1 = G1.C p1 .∆t .τ = 49, 7664.0, 267.(1000 − 80) = 12224, 6( Kcal )




26
Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền


Về phía nước.

Q1 − Q2 = G.C p2 .∆t2 .τ = G 2.0,999.(140 − 25) = 12224, 6
12224, 6
� G2 = = 106, 4(kg / h)
0,999(140 − 25)


Phương trình trao đổi nhiệt:


Q = F .K .τ .∆t
Q = 12224,6( Kcal )
τ = 1h

Tính ∆t .



G1.C p1 = 49, 7664.0, 267 = 13, 288
G2 .C p2 = 106, 4.0,999 = 106, 294
G2 .C p2 > G1.C p1




∆td = td1 − tc2 = 1000 − 140 = 8600 C
∆tc = tc1 − td2 = 80 − 25 = 550 C


Hiệu xuất trung bình.

∆td − ∆tc 860 − 55
∆tlog = = = 2930 C
∆t d 860
ln
ln
∆t c 55


 Đường kính của thiết bị trao đổi nhiệt

D = t.(b − 1) + 4d


Trong đó:




27
Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền


d: đường kính trong của ống dẫn nhiệt.

Chọn đường kính trong của ống dẫn nhiệt là 73(mm), δ bề dày của ống dẫn
nhiệt vật liệu cách nhiệt là 6(mm)

Chọn vật liệu là thép tốt không rỉ, có hệ số dẫn nhiệt λ = 39(kcal / m 2 h0 c)

Chọn cách sắp xếp ống theo hình tròn.

(Tra bảng VII, trang 48 sổ tay quá trình và thiết bị hóa chất tập 2, NXB khoa
học và kỹ thuật Hà Nội 1999).

Số vòng tròn 2.
-

Số ống trên đường xuyên tâm 5
-

Số ống ở đường tròn ngoài cùng 12.
-

Tỉ số ống19
-

 Bước ống, thường chọn t = 1,2-1,5d

Chọn t = 1,2d = 1,2.0,06 = 0,027 (m)

Số ống trên đường xuyên tâm b= 5

D = 0, 072.(5 − 1) + 4.0, 06 = 0,53( m)


Chọn D = 0,53(m)

 Tính hệ số k.

1
k= (W/m2 .dôc)
11δ
+ +
α1 α 2 λ




28
Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền


Trong đó:

α1 : là hệ số cấp t0 từ không khí đến thành ống (kcal/m2/h độ)


α 2 : hệ số cấp nhiệt từ thành ống đến nước (kcal/m2/h độ)


- Hệ số cấp nhiết từ không khí đến thành ống α1 :

λ1
α1 = C.Dtd .
0,6
.Re1 .Pr10,33 .M 10,14
0,6

d


Chọn đường kính ống dẫn nhiệt d= 60(mm)= 0,6(m)


Tổng số trong thiết bị n=7


Đường kính thiết bị: D=0.53(m)


Đối với tấm chắn hình viên phân C = 1,72


Đường kính tương đương:


Dtd = D 2 − nd 2 = 0,532 − 17.0, 062 = 0, 47(m)


Hế số Râynon :
-

Wd Q d Q d 144,846 0, 06
R e1 = =.= .= = 621,3
.
A v f1 n.π .d v f1 17.π .0, 062 0, 291
2
v f1
4 4

Rl1 = 621,3

0, 48
α1 = 1.72(0, 47)0,6 . .621,30,6.0, 6480,33.(0, 092.10 −3 ) 0,14 = 97,9( kcal / m2 h 0C )
0, 06




29
Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền


Hệ số cấp nhiệt từ thành ống đến nước α 2 .0,33

λ2
α 2 = C.Dtd .
0,6
.Re 0,6 .Pr20,33 .M 2
0,14
2
d

Hế số Râynon:
-

WDtd Q Dtd D
Q 144,846 0, 47
R e2 = =. = . td = = 13189, 6
.
n.π .d v f 17.π 0.47 1, 75.10−3
2 2
vf A vf
4 4

R e2 = 13189, 6


0, 66
� α 2 = 1, 72.0, 470,6. .13189, 60,6.3, 0360,33.(0, 4759.10 −3 ) 0,14 = 1763, 2( Kcal.m 2 h 0 c)
0, 06

1 1
�k = = = 92,3( Kcal / m 2 h 0 c)
1δ −3
1 1 1 2.10
+ + + +
α1 α 2 λ 97,9 1763,3 35

 Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt:

Q 144,846
F= = = 0,5(m 2 )
Kτ∆t 92,3.292



 Chiều dài thiết bị:

F 0,54
F = n.π .d .l � l = = = 0,16(m)
nπ d 17.π .0, 06

Chọn chiều cao phần trên và đường ống là 0.2(m) thì chiều cao của thiết bị là
0,8(m)

Vậy thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm có:

D = 0,53(m)




30
Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền


H = 0.8 (m)



THÁP PHUN RỖNG

 Diện tích tiết diện tháp:

Q
Ta có : S = K
VK

3
Lưu lượng khí vào: Qk =144,846 (m /h)

Vận tốc khí đi vào tháp vk = 0,6 1,2m/s ta chọn vk=1,2m/s

144,846
= 0.034
S=
1, 2.3600

4.S 4.0, 034
− Đường kính tháp: D = = = 0, 2m
π π

Chọn D = 25cm

− Chiều cao tháp:

H = 2,5.D = 2,5.0, 25 = 6, 25(m)

Chọn H= 63cm

Lưu lượng nước toàn phần để phun tưới:
-

Chọn lưu lượng riêng phần của nước m = 10 (l/m3) khí.

Ta có: Qn= m.Qk= 10.144,846 = 1448,46 ( l/h )

� Qn = 1, 448(m3 / h)

Vận tốc dòng nước:
-

Chọn tỉ lệ giọt nước trong dòng khí α = 0, 01
-
Qn 1, 448
Ta có: vn = = = 1,18(m / s ) = 4248(m / h)
α .s 0, 01.0, 034.3600




31
Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền


Đường kính của lỗ dẫn nước vào:
-

Chọn n =40 lỗ

α .Qn 0, 01.1, 448
= 1, 65.10−4 (m) = 0,165(mm)
d= =
n..π .vn 40.3,14.4248


Đường kính giọt nước đi vào thiết bị:
-
1,5 1,5
5.10 −3 � n � 5.10−3 �1, 448 �
Q −3
dn = + 0,94 � � = + 0,94 � � = 3.10
vk + n Q 2,38 144,846 �

�k �

vk + n = 1, 2 + 1,18 = 2,38


Ta chọn 2 vòi phun.

Hiệu suất thiết bị:
-

Chọn ηe = 0,8


� 3 ηe .vk + n .Qn �
η = 1 − exp �
− .H �
� 2 d n .vn .Qk �
�3 �
0,8.2,38.1, 448
= 1 − exp �− =
.0, 632 � 0,892
−3
� 2 3.10 .4248.144,846 �



Vậy hiệu suất thiết bị là 89,2%

Nồng độ bụi sau khi xử lý:
-

Cbụi ra = 482,6.(1-0,892)= 52,1(mg/m3)

Đạt tiêu chuẩn đầu ra.



Đường kính ống dẫn nước vào
-




32
Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền


4.Qn 4.1, 448
Dn = = = 0, 02(m)
π .vn 3,14.4248


Chọn D= 40(mm)

Tính đáy và nắp
-

Ta có: h1 = 0,25D =0,25.0,25 = 0,.625(m) = 6,25(cm)

h = 25 nhưng không nhỏ hơn 25mm chọn h = 30(mm) = 3(cm)

Chiều cao toàn tháp:
-

H t = 2(h1 + h) + H = 2(6, 25 + 3) + 63 = 82(cm)


Trở lực hệ thống:
-

Trở lực tháp rỗng không lớn hơn 10-50mmH2O chọn trở lực hệ thống là 30mm H2O.
Áp suất toàn phần của thiết kế để khắc phục tất cả các sức cản trở trở lực trong hệ
thống.

∆p = ∆pc + ∆pm + ∆ph + ∆pt + ∆pk

Khối lượng riêng của không khí ở 140 0C

1, 293. p 1, 293.760
ρ= = = 1, 28(kg / m3 )
(1 + 0, 00367.T ).760 (1 + 0, 00367.140).760



Chuẩn số Reynol
-

v k .dt .ρ 10.0, 04.1, 28
Re = = = 2,3
µ 0, 22

Khi trị số Re có giá trị nhỏ, lớp trên bề mặt chảy phủ kín phần nhô ra của bề mặt nhóm,
ống dẫn làm việc như ống nhăn. Tăng Re hoàn toàn khồng ảnh hưởng đến sự thay đổi
đến hệ số ma sát λ trong thực tế có thể thừa nhận λ = 0, 02

Áp suất để khác phục trở lực ma sát




33
Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền


l pvk 1 1, 28.10
∆pn = λ = 0, 02 = 3, 2( N / m 2 )
. .
dtd 2 0, 04 2

Áp suất cần thiết để khác phục trở lực cục bộ:

v 2 k .ρ 102.1, 28
∆pc = ζ . = 1,1. = 70, 4( N / m 2 )
2 2

Áp suất cần thiết để khắc phục áp suất thủy tĩnh.

∆ph = ρ .g .H = 1000.9,81.0, 63 = 6180( N / m 2 )


Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực trong tháp.

∆pt = 30mmH 2O = 294,3( N / m3 )


Áp suất bổ sung ở cuối ống dẫn trong những trường hợp cần thiết.

∆pk = o

∆p = 70, 4 + 3, 2 + 6480 + 294,3 + 0 = 6547,9( N / m 2 )

Tính công suất quạt ly tâm
-



ρ k2 .Q.h 1, 28.144,864.1
N= = = 90W
1000.η 1000.0,892

Tính công suất bơm
-



Q.H .89 144,864.1.9,81.1, 28
= 5, 67.10−4 = 0,56W
N= =
1000.η 1000.0,892.3600

Chọn công suất bơm NB= 0,6w




34
Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền


HẤP PHỤ

Thieát laäp ñöôøng haáp phuï ñaúng nhieät cuûa CO
Döïa vaøo ñöôøng haáp phuï ñaúng nhieät cuûa Benzen (Hình X.1 trang 245 Soå tay Quaù
trình vaø thieát bò coâng ngheä hoùa chaát – Taäp 2), ta xaây döïng ñöôøng haáp phuï
ñaúng nhieät cuûa CO theo caùc coâng thöùc:

V1
* *
a 2 = a1 (1)
V2

T1 p s ,1
lg p 2 = lg p s , 2 − β lg (2)
T2 p1


Trong ñoù:
a1*, a2*: Noàng ñoä cuûa Benzen vaø CO bò haáp phuï (kg chaát bò haáp
phuï/kg than)

Theå tích mol Benzen vaø CO ôû daïng loûng (m3/kmol)
V1, V2:

p1, p2: Aùp suaát rieâng phaàn cuûa hôi Benzen vaø CO (mmHg)

Aùp suaát hôi baõo hoaø cuûa hôi Benzen ôû 20 oC vaø CO ôû 30oC
ps,1, ps,2:
(mmHg)

Nhieät ñoä cuûa Benzen vaø CO khi haáp phuï (oK)
T1, T2:

β: Heä soá aùi löïc (heä soá aphin)

Ta coù:
T1 = 293 (oK)

T2 = 303 (oK)

Tra hình XXIII, XXIV trang 466 (Saùch Quaù trình vaø thieát bò coâng ngheä hoùa
hoïc – Taäp 10 – Ví duï vaø Baøi taäp):

ps,1 = 75 (mmHg)

ps,2 = 140 (mmHg)

Tra baûng 4 trang 397 (Saùch Quaù trình vaø thieát bò coâng ngheä hoùa hoïc –
Taäp 10 – Ví duï vaø Baøi taäp):




35
Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền


ρ1 = 879 (kg/m3)

ρ2 = 783 (kg/m3)

Theå tích mol cuûa Benzen vaø CO:

M1 78
V1 = = = 0,0887(m 3 / kmol )
ρ1 879

M2 32
V2 = = = 0,0409(m 3 / kmol )
ρ 2 783

Heä soá aùi löïc:

V2
β= = 0,4611
V1

Ta laáy moät soá ñieåm treân ñöôøng ñaúng nhieät haáp phuï cuûa Benzen, theo
coâng thöùc (1,2) ta tính toaï ñoä cuûa ñieåm töông öùng treân ñöôøng ñaúng nhieät haáp
phuï cuûa CO. Ñieåm thöù nhaát:

a1 = 0,103(kmol / kg )
*



V1 0,103 0,0887
a 2 = a1 = .32 = 0,0916(kg / kg )
* *
.
V2 78 0,0409

p1 = 0,105(mmHg )

T1 p s ,1 293 75
lg p 2 = lg p s , 2 − β = lg 140 − 0,4611. = 0,8736
lg . lg
T2 p1 303 0,105

p 2 = 7,4755(mmHg )

Baèng caùch tính toaùn nhö treân, ta xaùc ñònh ñöôïc hoaønh ñoä vaø tung ñoä cuûa
ñöôøng haáp phuï ñaúng nhieät cuûa CO. Ta ñöôïc baûng soá lieäu:


Baûng 5: Tính toaùn ñöôøng haáp phuï ñaúng nhieät cuûa CO
döïa treân ñöôøng haáp phuï ñaúng nhieät cuûa Benzen




36
Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền


Ñöôøng haáp phuï ñaúng nhieät cuûa Ñöôøng haáp phuï ñaúng nhieät cuûa
Benzen CO
a1*, kg/kg a2*, kg/kg
p1, mmHg p2, mmHg
0,103 0,105 0,0916 7,4755
0,122 0,223 0,1085 10,4591
0,208 1 0,1851 20,4207
0,233 3 0,2073 33,3282
0,262 8 0,2331 51,6111
0,276 13 0,2456 64,0854
0,294 19 0,2616 75,9006
0,318 33 0,2829 97,0845
0,338 42 0,3007 108,1059
0,359 50 0,3194 116,8455




Döïa vaøo caùc ñieåm tìm ñöôïc, ta veõ ñöôøng haáp phuï ñaúng nhieät cuûa CO:




37
Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền


Hình : Ñöôøng haáp phuï ñaúng nhieät cuûa CO

Theo TCVN 5940 – 1995: Chaát löôïng khoâng khí. Tieâu chuaån khí thaûi coâng nghieäp
ñoái vôùi caùc chaát höõu cô, noàng ñoä cho pheùp cuûa CO: C c = 260(mg / m 3 )

Chọn η = 90%

Theo QCVN 02:2008 / BTNMT chất lượng không khí. Tiêu chuẩn khí thải công nghiệp
đối với các chất hữu cơ, nồng độ cho phép của CO, Cc=100(mg/m3), η = 90% nồng độ
khối lượng ban đầu của CO trong hỗn hợp:

0,1.10−3
Cc
= 1.10−3 (kg/m3)
Cd = =
1 − η 1 − 0,9

 Tính cân bằng vật chất:

Trong hỗn hợp khí đầu vào thiết bị:

Phần mol hơi CO trong hỗn hợp khí đầu vào:

22,4
1.10−3. .1000
C . RT
= 2,9.10 −3 (kmolCO/kmol hỗn hợp)
273
yd = d =
M M .P 28.1

Trong đó:

MM: khối lượng phân tử của CO

P: áp suất không khí, P=1at

Phần khối lượng hơi có trong hỗn hợp khí đầu vào:

2, 9.10−3.28
yd . M M
= 2,8.10−3 (kgCO/kg hỗn hợp)
yd = =
yd . M M + (1 − y ). M K 2,9.10−3 + (1 − 2,9.10 −3 ).29

Trong đó:

MK: khối lượng của không khí.

Khối lượng riêng của hỗn hợp khí đầu vào:

To .P
ρ d = M M . yd + M K (1 − yd ).
22, 4.T . Po
273.1
= 28.2, 9.10 −3 + 29(1 − 2, 9.10 −3 ). = 0, 43( kg / m 3 )
22, 4.1000.1


38
Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền




Lưu lượng khối lượng của hỗn hợp khí đầu vào:

Gd = Vd .ρ d = 144,846.0, 43 = 62,28 (kg/h) = 0,0173 (kg/s).

Lưu lượng khối lượng của hơi CO trong hỗn hợp khí đầu vào:

GMd = Gd . yd = Vd .Cd = 62, 28.2,8.10−3 = 0,174 (kg/h) = 4,844.10-5 (kg/s).

Lưu lượng khối lượng của không khí trong hỗn hợp khí đầu vào:

Gkd = Gd .(1 − y d ) = Gd − GMd = 62, 28.(1 − 2,8 10−3 ) = 62,11(kg / h ) = 0,0172( kg / s )

 Trong hỗn hợp khí đầu ra thiết bị

Phần mol hơi CO trong hỗn hợp khí đầu ra:

Cc .RT
= yd .(1 − η ) = 2,9.10 −3.(1 − 0,9) = 2,9.10 −4 (kmolCO/kmol hỗn hợp).
yc =
MM.p

Phần khối lượng hơi CO trong hỗn hợp khí đầu ra:

yc .M M
yc =
yc .M M + (1 − yc ).M K
2,9.10−4.28
= 2,8.10−4
= −4 −4
2,9.10 .28 + (1 − 2,9.10 ).29 (kgCO/kg hỗn hợp).

Khối lượng riêng của hỗn hợp khí đầu ra:

To . P
ρ c = ( M M . yc + M K (1 − yc )).
22, 4.T . Po
273.1
= (28.2,9.10−4 + 29(1 − 2,9.10 −4 ). = 0,361( kg / m 3 )
22, 4.1000.1

Khối lượng hơi CO bị hấp thụ bởi than hoạt tính:

M = GMd .η = 4,844.10−5.0, 9 = 4,3596.10 −5 (kg/s).

Lưu lượng khối lượng của hơi CO trong hỗn hợp khí đầu ra:

GMC = GMd − M = GMd .(1 − η ) = 4,844.10−5 − 4, 3596.10 −5 = 4,844.10 −5 (kg/s)




39
Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền


Lưu lượng khối lượng của hỗn hợp khí đầu ra:

Gc = Gkd + GMC = 0,0172 + 4,844.10 −6 = 0,0172 (kg/s).

 Tính đường kính tháp:

Tính đường kính tháp hấp phụ:
-

Gtb
Dt =
0, 785.vhh .ρ hh

Gd + Gc 0, 0173 + 0, 0172
Với Gtb = = = 0, 01725(kg / s )
2 2

ρ d + ρ c 0, 43 + 0,361
ρ hh = = = 0,3955(kg / m3 )
2 2

Vhh= 0,5(m/s)

Gtb 0, 01725
Dt = = = 0,33(m)
0, 785.vhh .ρ hh 0, 785.0,5.0,3955



Để dễ gia công ta chọn Dt= 0,5(m)

Vận tốc dòng khí qua tháp:
-

Gtb 0, 01725
vhh = = = 0, 5(m / s )
0, 785.ρ hh .Dt 2
0, 785.0,3995.0,33

 Tính hệ số truyền khối:

Với điều kiện quá trình hấp phụ đẳng nhiệt được biểu diễn bằng phương trình
Langmuir:

Sh=1,6.Re0,54 (1)

Trong đó:




40
Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền


k y .d g
Sh = (2)
D
vhh .d g
Re = (3)
γ


D.vhh 0,54
Từ (1), (2), (3)→ k y = 1, 6. (4)
γ 0,54 .d g1,46

Với: dg: đường kính trung bình của hạt hấp phụ (m)

dg=0,004(m)

D: hệ số khuếch tán của chất bị hấp phụ ở nhiệt độ của quá trình (m2/s).

vhh: vận tốc của dòng khói khí tính theo tiết diện ngang tự do của thiết bị (m/s)
γ : độ nhớt động học của hỗn hợp khí (m2/s)

ky: số truyền khối (m/s)

Đường kính trung bình của hạt than dg=0,004 (m/s)
-

µhh
Độ nhớt động học của hỗn hợp khí γ =
-
ρ hh

yd + yc 2,9.10−3 + 2,9.10−4
= 1,595.10 −3 (kmolCO / kmolhh)
ytb = =
2 2

Mhh= 28.yb + 29 (1-ytb)

=28.1,595.10-3+29(1-1,595.10-3)=28,998 (kg/kmol)

M hh ytb .M M (1 − ytb ).M k 1,595.10−3.28 (1 − 1.595.10−3 ).29
= + = + = 1613007, 4
µ hh µM µk 0, 01.10−3 0, 018.10 −3


29
µhh = = 1, 798.10−5 ( Pa.s )
1613007, 4




Với:




41
Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền


µ M = 0, 01.10−3 ( Pa.s )
µ k = 0, 018.10−3 ( Pa.s)

Tra hình I.35 trang 117 (Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất – tập 2)

ρhh = 0,3955(kg / m3 )

µ hh 1, 798.10−5
→γ = = 4,55.10−5 (m 2 / s )
=
ρ hh 0,3955

Hệ số khuếch tán của hơi CO ở 1400C:
3
Po � �
T2
D = Do . � �
P �o �
T

Tra bảng 42 trang 428 ( sách quá trình và thiết bị công nghệ hóa học_tập 2). Ta có hệ số
khuếch tán của hơi CO trong không khí ở điều kiện tiêu chuẩn
Do=13,3.10-6(m2/s).
3 3
P � �2
T 1 1000 �2
→ D = Do . o � � = 13,3.10−6. � −5
� = 9,32.10 (m / s )

P �o �
T 1 �273 �

Thế vào (4) ta có:

1, 6.9,32.10−5.0,50,54
1,6.D.vhh 0,54
k y = 0,54 1,46 = = 71,89(m / s )
γ .d g (4,55.10−5 )0,54 .0,0041,46

 Tính thời gian hấp phụ 1 chu kỳ

Thời gian hấp phụ của quá trình được tính theo công thức:

C ∗x C ∗x
τ= . H − b. (∗)
vhh .C d k y .Cd


Trong đó: C ∗ x = 0, 0188.ρ than




42
Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền


Chọn :

ρ than = 500(kg / m3 )
C ∗ x = 0,0188.500 = 9, 4(kg / m3 )

vhh=0,5 (m/s)

Cd = 1.10−3 (kg / m3 )


b=0,54 (hệ số xác định theo bảng 8.3 trang 337, sách quá trình và thiết bị công
nghệ hóa học_tập 10).

Cc 2, 6.10−4
= = 0, 26
Với:
1.10−3
Cd

Thế vào (*) ta có:

9, 4 9, 4
τ= . H − 0,94. = 137,1. H − 10,75
−3
71,89.1.10− 3
0,5.1.10

Với H=1 (m) → τ = 15964,3( s ) = 4, 435( h)

H=1,1 (m) → τ = 1779( s ) = 4,917(h)

H=1,2 (m) → τ = 31995( s) = 8,888(h)

τ càng lớn thì chất bị hấp phụ càng bị hấp phụ nhiều. Ta chọn τ =8,888(h).

Vậy chiều cao lớp than H=1,2 (m).

Thời gian hấp phụ mẻ τ =7 (h)

→ Khối lượng than ban đầu:

Chọn ρthan = 500(kg / m3 )

π .Dt 2 π .0,52
.H .ρthan =
M than = .1, 2.500 = 117,8(kg ) 118(kg )
4 4




43
Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền


π .Dt 2 π .0,5 2
.H .ρ than =
= .1,2.500 = 117,8(kg ) ≈ 118(kg )
M than
4 4

Nồng độ CO sau xử lý: Cbui ra= 477,6.(1-0,9)= 47,76(mg/m3) đạt tiêu chuẩn.

 Tái sinh than hoạt tính:

- Hấp phụ có một đặc tính quan trọng là hiệu quả hấp phụ giảm khi tăng nhiệt độ dòng
khí và có khả năng hấp phụ bão hòa do hoạt động chất hấp phụ đạt tới
cực đại thì không còn khả năng hấp phụ thêm, lúc này giữa pha khí và
pha rắn tồn tại một cân bằng động. Trong xử lý ô nhiễm không khí, giai
đoạn này là bất lợi cho quá trình người ta phải bỏ chất hấp phụ bão hòa
này thay bằng chất hấp phụ mới có hoạt độ chất hấp phụ chưa bão hòa.
Khi đó muốn sử dụng lại chất hấp phụ phải tiến hành quá trình hấp phụ
để thu hồi hoạt tính của chất hấp phụ.

- Tái sinh than hoạt tính có thể bằng hơi nước bão hòa quá nhiệt bằng khí trơ nóng.
Nhiệt độ hơi quá nhiệt 200o-300o, còn khí trơ 120o-140oC.

- Trong trường hợp chất thải không đánh giá người ta tiến hành phục hồi phân hủy
bằng tác chất hóa học (oxi hóa bằng Clo, ozon, hoặc bằng nhiệt…), tái
sinh bằng nhiệt được tiến hành trong lò ở nhiệt độ 700o-800o trong dung
môi không có oxy.

 Tính cơ khí

Chiều cao lớp than hấp phụ H=1,2 (m). Vậy ta chọn chiều cao thân tháp Ht=1,5(m).

Tháp hấp phụ có: đường kính Dt=0,5(m)

Ht=1,5(m)

 Chiều dày thân, đáy, nắp:

- Chiều dày thân:

Ta chọn CT3 là vật liệu thân tháp.

- Áp suất trong thân thiết bị: P=Ptro=1(at) = 0,1(N/mm2). Theo bảng XIII.8 trang 362 (Sổ
tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất – tập 2).




44
Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền


- Xác định hệ số bền mối hàn: tháp có thân trụ hàn giáp mối 2 bên Dt>300(mm), ϕh=0,95.

- Chiều dày nhỏ nhất của thân tháp:

Theo bảng 5.1 trang 128 (Sách thiết kế tính toán các chi tiết tiết bị hóa chất_ Hồ Lê
Viên).

Với Dt=500mm, chọn bề dày thân nhỏ nhất Smin=4(mm).

Bề dày thân thiết bị: St=Smin+C

St=Smin+(Ca+Cb+Cc+Co)

Trong đó:

Ca: hệ số bổ sung ăn mòn Ca=1(mm). (Bảng XII.1 trang 305, sổ tay quá trình và
thiết bị công nghệ hóa chất – tập 2).

Cb: hệ số bào mòn do cơ học Cb=0

Cc: hệ số bổ sung sai lệch kích thước do chế tạo, với thép dày 4mm, Cc= -5mm
(bảng XIII.9 trang 364, sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất – tập 2).

Co: hệ số làm tròn Co=0,5mm.

Vậy St=4+1+0-0,5+0,5=5(mm).

- Kiểm tra bề dày và áp suất làm việc của thân thiết bị:

St − Ca 5 − 1
= = 0,02 < 0,1 (thỏa mãn)
Dt 500


[ P] = 2.δ .ϕ h .( S t − C a ) = 2.146.0,95.(5 − 1) = 2,2701 (thỏa mãn)
Dt + ( S t − C a ) 500 + (5 − 1)

Vậy thân tháp có chiều dày St= 5(mm)

 Chiều dày đáy, nắp:

Ta chọn CT3 là vật liệu làm đáy, nắp tháp và đáy, nắp hình elip tiêu chuẩn.

- Bề dày đáy, nắp:




45
Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền


Dt .P D
S dn = . t + C (*)
3,8.[δ ].k .ϕ h − P 2.ht

Với k: hệ số không thứ nguyên. Đối với đáy và nắp có lỗ được tăng cứng k=1.

[δ ] .k.ϕ 146
= .1.0,95 = 1387 > 30 → bỏ qua đại lượng P ở mẫu số.
Xét h
P 0,1

ht: chiều cao phần lồi đáy. Tra bảng XIII, trang 382 (Sổ tay quá trình và thiết bị công
nghệ hóa chất – tập 2).

Với: Dt=500(mm), ht=200(mm)

C: hệ số bổ sung. C được tính như trên nhưng có tăng thêm 2mm. Khi S-C
Đề thi vào lớp 10 môn Toán |  Đáp án đề thi tốt nghiệp |  Đề thi Đại học |  Đề thi thử đại học môn Hóa |  Mẫu đơn xin việc |  Bài tiểu luận mẫu |  Ôn thi cao học 2014 |  Nghiên cứu khoa học |  Lập kế hoạch kinh doanh |  Bảng cân đối kế toán |  Đề thi chứng chỉ Tin học |  Tư tưởng Hồ Chí Minh |  Đề thi chứng chỉ Tiếng anh
Theo dõi chúng tôi
Đồng bộ tài khoản