Đề tài: Xử lý ô nhiễm không khí

Chia sẻ: Thanh Thanh | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

275
lượt xem 88
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Ngày nay, song song với nền kinh tế phát triển và xã hội văn minh, nền khoa học kỹ thuật hiện đại đã nâng cuộc sống của con người lên mức tiện nghi, thoải mái hơn. Nhưng một điều mà con người không ngờ đến là để đáp ứng được nhu cầu cuộc sống, sự khai thác quá mức tài nguyên thiên nhiên hoặc kết quả của sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật như con dao hai lưỡi, vừa làm cho cuộc sống thêm phần tiện nghi vừa làm cho môi trường xuống cấp đến mức báo động....

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đề tài: Xử lý ô nhiễm không khí

Chương 1 : Giới thiệu 1.1. Mở đầu Ngày nay, song song với nền kinh tế phát triển và xã hội văn minh, nền khoa học kỹ thuật hiện đại đã nâng cuộc sống của con người lên mức tiện nghi, thoải mái hơn. Nhưng mộ t đi ề u mà con ng ườ i không ng ờ đ ến là đ ể đáp ứng đ ượ c nhu c ầ u cu ộ c s ố ng, s ự khai thác quá m ức tài nguyên thiên nhiên ho ặc k ết qu ả c ủ a s ự ti ế n b ộ c ủ a khoa h ọc k ỹ thu ật nh ư con dao hai l ưỡ i, v ừ a làm cho cu ộ c s ố ng thêm ph ầ n ti ệ n nghi v ừ a làm cho môi trường xuống cấp đến mức báo động. Những nhà máy, xí nghiệp, bệnh viện … thải ra các c ộ t khói, b ụ i, n ướ c th ả i ch ứ a đ ầ y các ch ấ t ô nhi ễm nh ư:SO 2, NOx, CO… đã đe do ạ đ ế n cuộc sống của con người và hệ sinh thái tự nhiên. Chính vì th ế x ử lý các tác nhân ô nhi ễ m nh ư SO 2 đ ể có b ầ u không khí ta th ở hàng ngày đ ượ c trong lành h ơn, gi ả m các b ệ nh v ề đ ườ ng hô h ấ p, s ả ng khoái tinh th ần làm việc hiệu quả hơn đang là một vấn đề được quan tâm hiện nay. 1.2. Tổng quan về khí S02 Lưu huỳnh dioxit (SO2) là chất ô nhiễm phổ biến nhất trong sản xuất công nghiệp cũng như trong các hoạt động của con người. Nguồn phát thải chủ yếu là từ các trung tâm nhiệt điện, từ các lò nung, lò hơi khí đốt nhiên liệu than, dầu và khí đốt có chứa S hay các hợp chất có chứa S. Ngoài ra, một số công đoạn trong công nghiệp hóa chất, luyện kim cũng thải vào khí quyển một lượng SO2 đáng kể. Trên thế giới hàng năm tiêu thụ đến 2 tỷ tấn than đá các loại và gần 1 tỷ tấn dầu mỏ. Khi thành phần lưu huỳnh trong nhiên liệutrung bình chiếm 1% thì lượng SO2 thải vào khí quyển là 60 triệu tấn / năm. Đó là chưa kể lượng SO2 thải ra từ các ngành công nghiệp khác.Vấn đề ô nhiễm khí quyển bởi khí SO2 từ lâu đã trở thành mối hiểm họa của nhiều quốc gia nhất là các nước phát triển trên thế giới. Chính những lý do nêu trên, công nghệ xử lý lưu huỳnh dioxit trong khí thải công nghiệp đã được nghiên cứu rất sớm và phát triển mạnh mẽ. Ngoài tác dụng làm sạch khí quyển bảo vệ môi trường, xử lý SO2 còn có ý nghĩa kinh tế to lớn của nó bởi vì SO2 thu hồi được từ khí thải là nguồn cung cấp nguyên liệu cho các nhà máy sản xuất axit sunfuaric (H 2SO4) và lưu huỳnh nguyên chất.Với tầm quan trọng nêu trên, vấn đề xử lý SO2 đang được quan tâm và lựa chọn phương pháp để thực hiện. 1.2.1. Đặc điểm khí SO2 Lưu huỳnh dioxit (SO2) là một trong các chất chủ yếu gây ô nhiễm môi trường. Nó được sinh ra do sự đốt cháy các nhiên liệu hóa thạch (than dầu khí đốt), thoát vào bầu khí quyển và là một trong những nguyên nhân chính gây mưa axit. Mưa axit tàn phá nhiều rừng cây, công trình kiến trúc bằng đá và kim loại, biến đất đai trồng trọt thành những vùng hoang mạc. Không khí chứa SO2 gây hại cho sức khỏe con người (gây viêm phổi, mắt, da ). SO2 là chất khí không màu, mùi kích thích mạnh, dễ hóa lỏng, dễ hòa tan trong nước với nồng độ thấp ( ở điều kiện bình thường 1 thể tích nước hòa tan với 40 thể tích SO2. SO2 có nhiệt độ nóng chảy ở -750C và nhiệt độ sôi ở -100C SO2 rất bền nhiệt (∆H0tt = - 296,9 kJ/ mol ). Khí SO2 là một chất khí ô nhiễm khá điển hình. SO2có khả năng hòa tan trong nước cao hơn các khí gây ô nhiễm khác nên dễ phản ứng với cơ quan hô hấp của con người và động vật. SVTH : Trần Thanh Thu Trúc MSSV : 080499B 1
1.2.2. Tác hại của khí SO2 Khí SO2 là khí độc hại không chỉ đối với sức khỏe con người, động thực vật mà còn tác động lên các vật liệu xây dựng, các công trình kiến trúc,làm thiệt hại mùa màng, nhiễm độc cây trồng. • Đối với sức khỏe con người Độc tính chung của SO2 thể hiện ở rối loạn chuyển hóa protein và đường, thiếu vitamin B và C, ức chế enzyme oxydaza. Khi hàm lượng thấp, SO2 sưng niêm mạc. Khi liều lượng cao ( > 0,5mg/m3) SO2 gây tức thở, ho, viêm loét đường hô hấp. Nếu hít phải SO2 nồng độ cao có thể gây tử vong. SO2 có thể xâm nhập vào cơ thể con người qua các cơ quan hô hấp hoặc các cơ quan tiêu hóa sau khi được hòa tan trong nước bot. Và cuối cùng chúng có thể xâm nhập vào hệ tuần hoàn. Khi tiếp xúc với bụi, SO2 có thể tạo ra các hạt axitnhỏ, các hạt này có thể xâm nhập vào các các tuyến huyết mạch nếu kích thước của chúng nhỏ hơn 2 – 3 µm. SO2 có thể xâm nhập vào cơ thể con người qua da và gây ra các chuyển đổi hóa học, kết quả của nó là hàm lượng kiềm trong máu giảm, ammoniac bị thoát qua đường tiểu và có ảnhhưởng đến tuyến nước bọt. Hầu hết dân củ sống quanh khu vực nhà máy các khu công nghiệp có nồng độ SO2 đều mắc bệnh đường hô hấp. Bảng 1 : Liều lượng gây độc mgSO2/m 3 Tác hại 20 - 30 Giới hạn gây độc tính 50 Kích thích đường hô hấp, ho 130 – 260 Liều nguy hiểm sau khi hít thở( 30 – 60 phút) 1000 – 1300 Liều gây chết nhanh (30 – 60 phút) • Đối với thực vật Khí SO2 trong khí quyển khi gặp các chất oxy hóa dưới tác động của nhiệt độ, ánh sáng chúng chuyển thành SO3. Khi gặp nước SO3+ H2O = H2SO4 là nguyên nhân gây nên mưa axit gây thiệt hại lớn, ảnh hưởng xấu đến sự phát triển của thực vật. Khi tiếp xúc với môi trường có chứa hàm lượng SO2 từ 1 – 2 ppm trong vài giờ có thể gây thương tổn lá cây. Đối với các loại thực vật nhạy cảm như nấm, địa y, hàm lượng 0,15 – 0,3 ppm có thể gây độc tính cấp. Bảng 2 : Nồng độ gây độc Nồng độ ppm Tác hại 0,03 Ảnh hưởng đến sinh trưởng của rau quả 0,15 – 0,3 Gây độc kinh niên 1-2 Chấn thương lá cây sau vài giờ tiếp xúc • Đối với môi trường Sự có mặt của SO2 trong không khí ẩm còn là tác nhân gây ăn mòn kim loại, bê tông và các công trình kiến trúc. SO2 làm hư hỏng, làm thayđổi tính năng vật lý, làm thay đổi màu sắc vật liệu xây dựng như đá vôiđá hoa cương, đá cẩm thạch, phá hoại các tác phẩm điêu khắc, tượng đài. Sắt, thép và các kim loại khác ở trong môi trường khí ẩm, nóng và bị nhiễm SO2 thì bị gỉ rất nhanh. SO2 cũng làm hư hỏng và giảm tuổi thọ các sản phẩm vải, nylon, tơ nhân tạo, đồ bằng da và giấy. SVTH : Trần Thanh Thu Trúc MSSV : 080499B 2
SO2 bị oxy hóa ngoài không khí và phản ứng với nước mưa tạo thành axit sufurit hay các muối sufate gây hiện tượng mưa axit, ảnh hưởng xấu đến môi trường. Các tác hại của mưa axit:  Nước hồ bị axit hóa : mưa axit rơi trên mặt đất sẽ rửa trôi các chất dinh dưỡng trên mặt đất và mang các kim loại độc hại xuống ao hồ, gây ô nhi ễm nguồn nước trong hồ, phá hỏng thức ăn, đe dọa sự sinh tồn và phát triển sinh vật khác trong nước.  Rừng bị hủy diệt và sản lượng nông nghiệp giảm : mưa axit làm tổn thương la cây, gây trở ngại quá trình quang hợp, làm cho lá cây bị vàng và r ơi r ụng, làm giảm độ màu mỡ của đất và cản trở sự sinh trưởng của cây cối. Chương 2 : TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ 2.1. Khái niệm Hấp thu là quá trình xảy ra khi một cấu tử của pha khí khuếch tán vào pha l ỏng do sự tiếp xúc giữa hai pha khí và lỏng. Nếu quá trình xảy ra ngược lại, nghĩa là cần sự truyền vật chất từ pha lỏng vào pha khí, ta có quá trình nhả khí. Nguyên lý của cả hai quá trình là giống nhau. Quá trình hấp thu tách bỏ một hay nhiều chất ô nhiễm ra khỏi dòng khí th ải(pha khí) bằng cách xử lý với chất lỏng (pha lỏng). Khi này hỗn hợp khí được cho tiếp xúc với chất lỏng nhằm mục đích hòa tan chọn lựa một hay nhiều cấu tử của hỗn hợp khí để tạo nên một dung dịch cấu tử trong chất lỏng. - Khí được hấp thụ gọi là chất bị hấp thu - Chất lỏng dùng để hấp thu gọi là dung môi(chất hấp thụ) - Khí không bị hấp thụ gọi là khí trơ 2.2. Các phương pháp hấp thu dùng để xử lý SO2 Để hấp thu khí SO2 có thể sử dụng nước, dung dịch hoặc huyền phù của muối kim loại kiềm hoặc kiềm pha. 2.2.1. Hấp thu bằng nước Quá trình xảy ra theo sơ đồ phản ứng:SO2+ H2↔H++ HSO3− thu bằng nước là phương pháp đơn giản được áp dụng sớm nhất để loại bỏ khí SO2trong khí thải, nhất là trong khói từ các loại lò công nghiệp. Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 bằng nước gồm 2 giai đoạn: • Hấp thụ SO2 bằng cách phun nước vào dòng khí thải hoặc chokhí thải đi qua lớp vật liệu đệm ( vật liệu rỗng )cod tưới nước – scrubơ • Giải thoát khí SO2 ra khỏi chất hấp thu để thu hồi SO2(nếu cần)và nước sạch. Mức độ hòa tan của khí SO2 trong nước giảm khi nhiệt độ nước tăng cao, do đó nhiệt độ nước cất vào hệ thống hấp thu khí SO2 phải đủ thấp. Còn để giải thoát khí SO2 khỏi nước thì nhiệt độ của nước phải cao. Cụ thể là 1000C thì SO2 bốc ra một cách hoàn toàn và trong khí thoát ra có lẫn cả hơi nước. Bằng phương pháp ngưng tụ người ta có thể thu được khí SO2với độ đậm đặc ≈100% để dùng vào mục đích sản xuất axit sunfuric. Lượng nước thực tế phải l ớn hơn một ít so với lượng nước lý thuyết vì nước sau khi ra khỏi thiết bị hấp thu không thể đạt tới mức bão hòa khí SO2. Để giải hấp thu cần phải đun nóng một lượng nước rất lớn tức phải có một nguồn cấp nhiệt công suất lớn. Ngoài ra, để sử dụng lại nước cho quá trình hấp thu phải làm nguội nước xuống gần 100C – tức SVTH : Trần Thanh Thu Trúc MSSV : 080499B 3
phải cần đến nguồn cấp lạnh. Đây là vấn đề không đơn giản và khá tốn kém.Từ những vấn đề trên phương pháp hấp thu khí SO2 bằng nước chỉ áp dụng được khi: • Nồng độ ban đầu của khí SO2 trong khí thải tương đối cao. • Có sẵn nguồn cấp nhiệt (hơi nước) với giá rẻ • Có sẵn nguồn nước lạnh Hình 1.1: sơ đồ xử lý khí SO2 bằng nước 1- tháp hấp thu; 2- tháp giải thoát khí SO2; 3- thiết bị ngưng tụ Ưu điểm : Rẻ tiền, dễ tìm, hoàn nguyên được Nhược điểm: Do độ hòa tan của khí SO2 vào trong nước quá thấp nên phải dùng một lượng nước rất lớn và thiết bị phải có thể tích rất lớn, cồng kềnh. Để tách SO 2 khỏi dung dịch phải nung nóng đến 1000C nên tốn rất nhiều năng lượng, chi phí nhiệt lớn. 2.2.2. Hấp thu bằng dung dịch vôi sữa Xử lý SO2bằng sữa vôi là phương pháp được áp dụng rộng rãi trong công nghiệp vì hiệu quả xử lý rất cao, nguyên liệu rẻ tiền và có sẵn ở mọi nơi. Khí SO2 được thu hồi trong tháp rữa bằng sữa vôi, sữa vôi có tác dụngvới SO2 theo phản ứng: SO2 + Ca(OH)2= CaSO3+ H2O Ưu điểm Công nghệ đơn giản, chi phí đầu tư ban đầu không lớn, có thể chế tạo thiết bị bằng vật liệu thông thường, không cần đến vật liệu chống axit và không chiếm nhiều diện tích xây dựng. Nhược điểm: Đóng cặn ở thiết bị do tạo thành CaSO4 và CaSO3, gây tắc nghẽn đường ống. SVTH : Trần Thanh Thu Trúc MSSV : 080499B 4
Hình 1 -2 : sơ đồ xử lý SO2 bằng vôi sữa 2.2.3. Xử lý SO2 bằng amoniac Phương pháp này hấp thu khí SO2 bằng dung dịch amoniac tạo muối amoni sunfit và amoni bisunfit theo phản ứng sau : SO2 + 2NH3 + H2O (NH4)2SO3 (NH4)2SO3 + SO2 + H2O 2NH4HSO3 Ưu điểm : Hiệu quả rất cao, chất hấp thu dễ tìm và thu được muối sunfit và bisunfit là các sản phẩm cần thiết. Nhược điểm : Tốn kém, chi phí đầu tư và vận hành rất cao. SVTH : Trần Thanh Thu Trúc MSSV : 080499B 5
Hình 1- 3: Sơ đồ xử lý SO2bằng ammoniac 1- scrubơ; 2,4- thiết bị làm nguội; 3- tháp hấp thu nhiều tầng;5- tháp hoàn nguyên; 6- tháp bốc hơi; 7- thùng kết tinh8- máy vắt khô ly tâm; 9- nồi chưng áp 2.2.4. Xử lý SO2 bằng magieoxit Phương pháp này dựa trên các phản ứng sau: MgO + SO2  MgSO3 Magie sunfit lại tác dụng tiếp với SO2 để cho bisunfit : MgSO3+ SO2 + H2O  Mg(HSO3)2 Một phần magie sunfit tác dụng với oxy trong khói thải để tạo thành sunfat: 2MgSO3+ O2  2MgSO4 Magie sunfat không có hoạt tính đối với SO2 do đó phản ứng oxy hóa sunfitlà không mong muốn. Tuy nhiên khi nồng độ MgSO4 trong dung dịch làmviệc đạt 120÷160 g/l thì quá trình oxy hóa sunfit trong nước sẽ ngưng lại không tiếp tục xảy ra nữa.Magie bisunfit có thể bị trung hòa bằng cách bổ sung thêm MgO mới: Mg(HSO3)2+ MgO  2MgSO3.+ H2O Độ hòa tan của magie sunfit trong nước rất hạn chế, do đó MgSO3 sẽ kết tủa thành tinh thể hexahydrat MgSO3.6H2O và ở nhiệt độ 50oC hexahydrat biến thành trihydrat MgSO3.3H2O. Các tinh thể được tách ra khỏi dung dịch huyền phù, sấy khô và xử lýnhiệt ở nhiệt độ 800÷900oC để thu hồi MgO và SO2 Magie oxit được quay trở lại chu trình làm việc, còn SO2đậm đặc có thể đưa sang công đoạn chế biến axit sunfuaric hoặc lưu huỳnh đơn chất. Ưu điểm : SVTH : Trần Thanh Thu Trúc MSSV : 080499B 6
Có thể làm sạch khí nóng mà không cần làm sạch sơ bộ , thu đ ược axitsunfuric như là 1 sản phẩm của sự thu hồi, hiệu quả xử lý cao, MgO dể kiếm và rẻ Nhược điểm : Quy trình công nghệ khá phức tạp, vận hành khó, chi phí cao, tổn hao MgO quá nhiều. 2.2.5. Xử lý SO2 bằng kẽm oxit Phương pháp này dựa trên phản ứng sau : SO2 + ZnO + 2,5 H20  ZnSO3 . 2,5 H2O ZnSO3.2,5H2O => ZnO + SO2 + 2,5H2O Ưu điểm Có thể làm sạch khí ở nhiệt độ khá cao(200 – 2500C) Nhược điểm Có thể hình thành ZnSO4 làm cho việc tái sinh ZnO bất lợi về kinh tế nên thường xuyên tránh tách chúng ra và bổ sung lượng ZnO tương đương. 2.2.6. Xử lý SO2 bằng các chất hấp thụ hữu cơ Quá trình xử lý khí SO2 trong khí thải bằng các chất hữu cơ được áp dụng nhiều trong công nghiệp luyện kim màu. Chất hấp thu SO2 được sử dụng phổ biến là các amin thơm như: aniline C6H5 NH2, toluidin CH3C6H4 NH2, xylidin (CH3)2C6H3 NH2 và dimetyl-anilin C6H5N(CH3)2. Thực tế cho thấy dung dịch xylidin trong nước có nhiều ưu điểm khi sử dụng để khử SO2 trong khói thảivới nồng độ thấp, còn khi nồng độ SO2 trong khói thải tương đối cao (trên 2%) thì dimetyl- aniline có ưu thế hơn. Quá trình sunfidin: Khí thải sơ bộ được làm nguội và lọc sạch bụi trong thiết bị lọc bằng điện, sau đó cho qua các tháp hấp thu đặt nối tiếp nhau. Các tháp hấp thu được tưới hỗn hợp xylidin- nước theo sơ đồ chuyển động ngược chiều của dòng khí và dung dịch hấp thu. Trong quá trình hấp thu SO2 bằng xylidin cótỏa ra một lượng nhiệt đáng kể, do đó cần làm nguội dung dịch bằng các thiết bị trao đổi nhiệt. Khí sạch đi ra khỏi tháp hấp thu có chứa hơi xylidincần cho qua scrubơ để thu hồi hơi xylidin bằng axit sunfuric loãng. Quá trình khử SO2 bằng dimetylanilin – quá trình ASARCO Khí thải sau khi được lọc sạch bụi và các giọt sương axit sunfuric bằng bộ lọc điện và sucrubơ được đưa vào tháp hấp thu trong đó xảy ra baquá trình sau: -Hấp thu khí SO2 bằng dimetyl – aniline khan -Khử SO2 còn lại trong khí bằng dung dịch natri cacbonat loãng để thu sunfit và bisunfit natri dùng cho các giai đoạn tiếp theo -H ấ p thu h ơ i dimetyl aniline b ằ ng axit sunfuric loãng và thu được sunfat dimetyl – anilin 2.2.7. Hấp thụ SO2 bằng than hoạt tính Phương pháp này có thể áp dụng rất tốt để xử lý khói thải của nhà máy nhiệt điện, nhà máy luyện kim với hiệu quả kinh tế đáng kể. Ưu điểm : SVTH : Trần Thanh Thu Trúc MSSV : 080499B 7
Sơ đồ hệ thống đơn giản, có thể áp dụng cho mọi quá trình công nghệ có thải khí SO2 một cách liên tục hay gián đoạn , cho phép làm việc được với khí thải có nhi ệt độ cao (trên 1000C) Nhược điểm Tùy thuộc vào quá trình hoàn nguyên, có thể tiêu hao nhiều vật liệu hấp th ụ hoặc sản phẩm thu hồi được có lẫn nhiều axit sunfuric và tận dụng khó khăn, phải x ử lý tiếp mới sử dụng được. 2.3. Thiết bị hấp thụ SO2  Tháp đệm.  Tháp sủi bọt  Thùng rửa khí rỗng (tháp phun) (thiết bị sử dụng trong công nghệ xử lý) Tháp phun có dạng trụ đặt thẳng đứng, được sử dụng dựa trên nguyên tắc tạo ra sự tiếp xúc trực tiếp giữa các chất ô nhiễm và các hạt dung dịch hấp thụ được phun ra dưới dạng các hạt nhỏ và mật độ lớn. Dung dịch hấp thụ được phun ngược chiều với dòng khí bốc lên, tạo ra một sự hỗn loạn trong dòng khí. Thiết bị có cấu tạo và vận hành đơn giản, giá thành thấp, hiệu suất ổn định. Đặc tính của tháp phun Tiết diện tháp có thể tròn hay hình chữ nhật. - Dòng khí và dịch thể trong tháp có thể chuyển động cùng chiều, ngược chiều hoặc cắt nhau. - Các mũi phun có thể bố trí một tầng hay nhiều tầng, hoặc đặt dọc trục thiết bị. - Các tháp rửa khí rỗng hoạt động có hiệu quả khi bụi có kích thước > 10 µm và kém hiệu quả khi kích thước bụi < 5µm. Cấu tạo: Hình trụ tròn, rỗng bên trong có chứa hệ thống ống dẫn phân phối khí thải và dung môi hấp thụ. Vật liệu: Vỏ tháp được làm bằng thép không gỉ: inox 201, inox 304 hoặc thép CT3 phủ sơn cách nhiệt. SVTH : Trần Thanh Thu Trúc MSSV : 080499B 8
Hình : cấu tạo tháp phun khí rỗng Vỏ thiết bị. - Tấm phân phối khí. -Vòi phun nước - Tấm chắn nước Nguyên lý hoạt động . Công suất: Theo kiểu modul, tùy theo công suất yêu cầu của khách hàng. Khả năng xử lý: Thích hợp với hỗn hợp khí thải ít ô nhiễm, được ứng dụng chủ yếu trước một công trình xử lý quan trọng Nguyên lý làm việc: tháp được sử dụng để kết hợp lọc sạch bụi và hơi khí độc bằng dung dịch phun. Người ta đưa dòng khí thải có lẫn bụi và hơi khí độc vào một đầu buồng phun qua một thiết bị có thể phân đều dòng khí thải theo toàn bộ tiết diện ngang của buồng. Trong không gian buồng phun có bố trí hệ thống ống phun để phun dung dịch thành chùm các hạt nước nhỏ ngược chiều dòng khí thải. Hơi khí độc bị dung dịch hấp thụ qua bề mặt các hạt dung dịch. Sau đó khí thải có thể được thải thẳng vào khí quyển hay đưa qua bộ sấy nóng trước khi thải để giảm độ ẩm tương đối của dòng khí. Dung dịch nước phun được thu hồi đưa qua thiết bị lắng cặn và xử lý hóa trước khi được phun trở lại. Sau một khoảng thời gian làm việc, dung dịch phun được thải vào hệ thống xử lý nước thải. Tháp được cấu tạo đơn giản, dễ dàng cho việc chế tạo lắp đặt Vận hành đơn giản, giảm chi phí. Chương 3 : TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH HẤP THỤ SO2 Yêu cầu : Thiết kế hệ thống xử lý SO2 bằng thiết bị tháp hấp thụ(tháp rửa khí rỗng). Nguồn khói thải có các thông số sau : - Lưu lượng khí : 12700 m3/h - Nồng độ SO2 : 14 g/m3 = 14000 mg/m3 - Nhiệt độ khói thải : 600C = 3330K SVTH : Trần Thanh Thu Trúc MSSV : 080499B 9
3.2. Tính toán dung môi hấp thụ Quy chuẩn : Theo QCVN 19 – 2009/BTNMT, nồng độ tối đa của SO2 được tính theo công thức : Cmax = C . Kp . Kv = 500 . 1 . 1 = 500 (mg/Nm3) Trong đó : C : nồng độ của SO2 được quy định tại mục 2.2 – cột B, C = 500mg/Nm3 Kp : hệ số lưu lượng nguồn thải tại mục 2.3, ta có lưu lượng nguồn thải 12700m3/h < 20000m3/h nên hệ số Kp = 1 Kv : hệ số vùng, khu vực quy định tại mục 2.4, ta chọn Kv = 1  Ta áp dụng QCVN 19 – 2009/BTNMT cho đầu ra của thiết bị xử lý Hiệu suất của quá trình xử lý bằng hấp thụ theo lý thuyết E = = 96,4 % Vậy nồng độ cần giữ lại trong tháp Phương án : Cân bằng vật chất - Lưu lượng khí : 12700 m3/h - Nồng độ SO2 đầu vào : 14 g/m3 = 14000 mg/m3 - Nhiệt độ khí vào tháp : 600C - Áp suất P = 1atm = 760mmHg = 1,0133.10-5 Pa - Nồng độ SO2 đầu ra : 500mg/m3 = 5887ppm - Chọn điều kiện làm việc của tháp là nhiệt độ trung bình của dòng khí vào và dòng lỏng vào , t = 400C. Hỗn hợp xử lý xem như gồm SO2 và không khí - Dung tích sử dụng trong quá trình hấp thu là huyền phù CaCO 3,với tỷ lệ về khối lượng(R/L = 1/10) - CaCO3 = 2625 (kg/m3) - H2O = 1000 (kg/m3) Khối lượng mol huyền phù: Mhp == 19,45 g hp/mol hp Khối lượng riêng huyền phù: ρ=  Lập phương trình cân bằng Ta có : Trong đó : P*SO2: aùp suaát rieâng phaàn SO2 caân baèng (Pa) [SO2}:tỷ số mol /mol huyền phù T: nhieät laøm vieäc cuûa thaùp (0K) (trang 28/ saùch Kyõ thuaät xöû lyù khí thaûi coâng nghieäp – Phaïm Vaên Boân) ?????? Số liệu đường cân bằng : X 0,002 0,0025 0,0036 0,0045 0,0052 0,0059 0,0065 0,0071 Y 0,0005 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,007 Vẽ đường cân bằng :(X – Y) SVTH : Trần Thanh Thu Trúc MSSV : 080499B 10
 Đường làm việc: Suất lượng mol của pha khí vào tháp =465,099 (kmol/h)= 465099(mol/h) Tính toán Yđ và Yc trong pha khí Nồng độ pha khí vào tháp (phần mol) (mol SO2/mol khí trơ) Nồng độ pha khí ra khỏi tháp (phần mol SO2) ( mol SO2/mol khí trơ) Suất lượng mol của cấu tử trơ Gtr = Gđ.(1 - yñ)= 465099.(1- 0,00597)=462322,36(mol trơ/h) Tính toán Xmax, Xđ Xmax ứng với Yd nằm trên đường chuẩn ( gai ơi 0,00600 = 0,006 hehe.) => P* = = 4,53(mmHg) Thay vào PT đường cân bằng ta tìm được giá trị Xmax Lg[SO2] = Lg[SO2]= = - 2,4  [SO2] = 0,00398(mol SO2/mol huyền phù) Ta có : Xmax = [SO2] = 0,00398(mol SO2/mol huyền phù) Xđ = 0 (mol SO2/mol huyền phù)  Lựa chọn dung môi hấp thụ Dung môi sử dụng trong quá trình hấp thụ SO2 là huyền phù CaCO3 Lượng dung môi tối thiểu (mol /h) Lượng dung môi thực tế lấy bằng 1,5 lượng dung môi tối thiểu Ltrơ = 1,5 Lmin = 1,5 . 672574 = 1008861(mol /h) Lượng dung môi sử dụng theo thể tích Ltrơ = 1008861 (mol/h) . 19,45 . 10-3(kg/mol) . = 18,52 (m3/h) Nồng độ dung dịch ra khỏi tháp hấp thụ (mol SO2/mol dung môi) Chương 4 : TÍNH TOÁN THÁP HẤP THỤ 4.1. Tính đường kính tháp hấp thụ Đường kính tháp hấp thụ Trong đó : Q : lưu lượng khí trung bình đi qua tháp (m3/s) : vận tốc khí trung bình đi qua tháp (m/s), chọn = 1,5(m/s) (quy phạm 1,5 – 2m/s) Tính Q : suất lượng khí của SO2 (molSO2/h)=0,74(mol SO2/s) = 47,36 (g/s) Lưu lượng SO2 bị hấp thụ SVTH : Trần Thanh Thu Trúc MSSV : 080499B 11
Lưu lượng khí thải vào tháp Qđ = 12700(m3/h)=3,5277(m3/s) Lưu lượng khí ra khỏi tháp Qc = Qđ - = 3,5277 – 0,0202 =3,5075(m3/s) Q = (m3/s)  D = 1,7(m) Chiều cao hữu ích của tháp H = 2 x D = 2 x 1,7 = 3,4 (m) ????? 4.2. Tính bề dày thân Thiết bị làm việc ở t =60 0C Áp suất làm việc Plv = 1at = 9,81.104 (N/m2) Chọn vật liệu là thép không gỉ – Ký hiệu thép: CT3 – Giới hạn bền: σb = 380 x106 (N/m2) – Giới hạn chảy: σc = 240 x106 (N/m2) – Chiều dày tấm thép: b = 4-20mm – Độ dãn tương đối: δ = 25% – Hệ số dẫn nhiệt: λ = 50 (W/mo) – Khối lượng riêng: ρ = 7850 (kg/m3) Chọn công nghệ gia công là hàn tay bằng hồ quang điện, bằng cách hàn giáp mối 2 bên. – Hệ số hiệu chỉnh: η =1 – Hệ số an toàn bền kéo: ηk = 2,6 – Hệ số an toàn bền chảy: ηc = 1,5 Hệ số bền mối hàn ϕ: thân hình trụ hàn dọc, hàn tay bằng hồ quang điện, hàn giáp mối 1 bên, đường kính D>=700mm → hệ số bền mối hàn ϕh = 0,95 (Bảng XIII.8 – Trang 362 - Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2). SVTH : Trần Thanh Thu Trúc MSSV : 080499B 12
Trong đó: Pmt: Áp suất pha khí trong thiết bị, Pmt = 1at = 9,81.104 (N/m2) Pl: Áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng trong thiết bị → P = 9,81.104 + 3,33.104 = 13,14.104 (N/m2) = 0,1314 (N/mm2) H= 3,4(m) • Xác định ứng suất cho phép của thép CT3  Theo giới hạn bền Trong đó: σk: Giới hạn bền kéo, σk = 380.106 (N/m2) nk : Hệ số bền kéo, nk = 2,6 η: Hệ số hiệu chỉnh, η = 1  Theo giới hạn chảy Trong đó: σc: giới hạn bền chảy, σc = 240.106 (N/m2) nc: Hệ số bền kéo, nc = 1,5 η: Hệ số hiệu chỉnh, η = 1 Ta lấy giới hạn bé hơn trong 2 ứng suất cho phép ở trên làm ứng suất cho phép tiêu chuẩn. [σ] = 146,15 x106 (N/m2) = 146,15 (N/mm2) • Bề dày thân hình trụ làm việc chịu áp suất trong, tính theo lý thuyết vỏ mỏng SVTH : Trần Thanh Thu Trúc MSSV : 080499B 13
Ta có: • Bề dày tối thiểu của thân: Trong đó: D: Đường kính của tháp, D =1,7m =1700 mm P: Áp suất làm việc trong tháp, P = 0,1314 (N/mm2) ϕh: Hệ số bền mối hàn, ϕh = 0,95 [σ]: Ứng suất cho phép tiêu chuẩn, [σ] = 146,15 (N/mm2) Chọn hệ số bổ sung để quy tròn kích thước: C = C1 + C2 + C3 + C0 Với: C0: Hệ số quy tròn kích thước, C0 = 0,4 mm C1: Hệ số bổ sung do bào mòn hóa học trong thời hạn sử dụng thiết bị là 15 năm với tốc độ ăn mòn 0,1 mm/năm, C1 = 1,5 mm C2: Hệ số bổ sung do bào mòn cơ học, C2 = 0,4 C3: Hệ số bổ sung do dung sai âm C3 = 0,12mm(Bảng XIII.9-Trang 364-Sổ tay quá trình thiết bị công nghệ hoá chất tập 2) → C = 1,5 + 0,4 + 0,12 + 0,4 =2,42 mm • Bề dày thực của thân thiết bị S = S’ + C = 0,8 + 2,42 = 3,22 (mm) • Kiểm tra điều kiện bền < 0,1 mm/ năm ( thỏa điều kiện ) Áp suất cho phép trong thân thiết bị khi bề dày S = 3,22 (mm) → [P] > P = 0,1314 (N/mm2) SVTH : Trần Thanh Thu Trúc MSSV : 080499B 14
Vậy thân tháp có bề dày S =3,22(mm) thỏa mãn điều kiện bền và áp suất làm việc. 4.3. Tính đáy và nắp  Ta chọn đáy và nắp của tháp là elip  Chọn vật liệu đáy và nắp thiết bị cùng với vật liệu làm thân tháp là thép không gỉ CT3  Các thông số đã biết:  Đáy và nắp làm bằng thép không gỉ CT3  Hệ số bổ sung quy tròn kích thước C = 2,42 (mm)  [σ] = 146,15 (N/mm2)  Áp suất làm việc phần dưới thân P = 0,1314 (N/mm2)  Đường kính tháp D = 1700 (mm)  Chọn elip tiêu chuẩn → tỷ số: ht/D = 0,25 ht: Chiều cao phần lồi của đáy, (m) → ht = D × 0,25 = 1,7× 0,25 = 0,43 (m)  Bán kính cong phía trong ở đỉnh đáy Rt Tính tỷ số:  Bề dày tối thiểu của đáy và nắp  Bề dày thực tế của đáy và nắp S = S’ + C = 0,8 + 2,42 =3,22(mm) Chọn về bề dày đáy = bề dày nắp và bằng bề dày thân tháp = 3,22 (mm) SVTH : Trần Thanh Thu Trúc MSSV : 080499B 15
 Kiểm tra điều kiện bền < 0,1 (thỏa điều kiện ) cho nay tui sua lun la 0,1 >>>0,125 tui hok bit o dau ra ba koi lai rui cho tui bit zoi !! co gi sua lai nha Áp suất cho phép trong thân thiết bị khi bề dày S = 3,22 (mm) tui sua c1 la 1,5 do [P] > P=0,1314 → Vậy bề dày của đáy và nắp là S = 3,22 mm Chọn đáy và nắp elip có gờ, chiều cao gờ h = 25 (mm), ta có các thông số sau: Bảng 1. Các thông số của đáy và nắp. STT Đại lượng Đơn vị Thông số 1 Đường kính D mm 1700 2 Chiều cao ht mm 425 3 Bề mặt trong m2 3,27 4 Thể tích, m3 m3 700 5 Đường kính phôi mm 2045 6 Khối lượng riêng kg/m3 7,85.103 7 Khối lượng kg 207 (Các thông số được lấy theo bảng XIII.10 và XIII.11 – Trang 382 - Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất, Tập 2) 4.4. Tính ống dẫn Vận tốc khí trong ống khoảng 10-20 (m/s), chọn vận tốc trong ống là 15m/s  Đường kính ống vào và ra SVTH : Trần Thanh Thu Trúc MSSV : 080499B 16
Ống dẫn khí vào tháp: Vận tốc khí trong ống khoảng 10-20 (m/s), chọn vận tốc trong ống là 15m/s d1 = Trong đó : Q : Lưu lượng khí vào tháp v: Vận tốc khí trong ống vào và ra, v = 15 (m/s) Chọn bề dày ống b = 1 (mm) Ống dẫn khí ra khỏi tháp d1 = d2 = 550(mm) Chiều dài đoạn ống nối là 150 mm ứng với d =550 (mm) (bảng XIII.32-Trang 434- Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất, tập 2) Ống dẫn chất lỏng vào tháp: chọn v = 2,5 m/s d3 = 3 L : lưu lượng dung môi CaCO Bề dày ống b = 1 (mm) Vật liệu làm là thép CT3 Chiều dài đoạn ống nối là 100 (mm) ứng với đường kính ống d = 50 (mm) (bảng XIII.32-Trang 434-Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất, tập 2) 4.5. Tính vòi phun Lưu lượng lỏng qua tất cả các vòi phun L = 18,52 (m3/h) Vận tốc khí trong tháp hấp thụ bằng 50 ÷ 70% vận tốc giọt lỏng được phun vào tháp nhằm tránh hiện tượng khí đẩy các giọt lỏng lên trên, năng cản quá trình tiếp xúc giữa 2 pha. Chọn vk = 50% vgiọt vgiọt = = = 5 m/s với vk: vận tốc khí trong lỗ phun ( vk từ 1 - 2,5m/s). Chọn vk = 2,5 m/s SVTH : Trần Thanh Thu Trúc MSSV : 080499B 17
Số lỗ phun Chọn đường kính lỗ phun la 1mm = 0,001 m Kết cấu vòi phun Hệ thống vòi phun được bố trí theo hình lục giác đều, số vòi phun trên mỗi cạnh lớn nhất là 3, tổng số vòi phun là 18. Số lỗ phun trên 1 vòi là: Lưu lượng dung dịch hấp thụ qua mỗi vòi là: Đường kính lỗ 0,001m = 1mm Chọn bước lỗ t = 10 mm Tổng số lỗ lớn nhất trong một cạnh a = 3 lỗ Số lỗ nằm trên đường chéo b = 5 lỗ Đường kính ống vào của vòi phun ( lấy bằng đường kính tối thiểu có thể bố trí đủ 73 vòi phun ) Chiều cao vòi phun Chiều cao vòi phun hv = ( 2 – 4 )Dống Chọn hv= 4 x Dống =4 x 44 =176 mm Đường kính miệng vòi phun. Góc vào của dòng lỏng là 20o SVTH : Trần Thanh Thu Trúc MSSV : 080499B 18
Bố trí vòi phun Hệ thống vòi phun gồm 18 vòi, được bố trí theo hình lục giác đều, khoảng cách giữa các vòi là: Góc ra của chùm tia chọn 4.6. Tính bích Mặt bích là bộ phận quan trọng dùng để nối các bộ phận của thiết bị cũng như nối các bộ phận khác với thiết bị.Vật liệu: CT3. Bích sử dụng là bích kiểu số I (dùng để nối thiết bị), (theo bảng XIII.27 trang 417 sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2). Kích thước Kiểu bích nối Py.106 Dt (N/m2 (mm) Bu I ) D Db DI Do lông db Z h (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (cái) (mm) 0,1 1700 1790 1800 1760 1715 M20 36 28  Tính bích nối đáy tháp với thân, chọn bích liền bằng thép để nối thiết bị Đường kính trong: Dt =1700 mm Đường kính ngoài Do=1715(mm) Đường kính ngoài của bích :D =1800 Đường kính tâm bu lon:Db=1790 Đường kính mép vát :Di=1760 mm Đường kính Bulon db=M20 Số bulon :z=36 cái Chiều cao bích: h = 28 mm Khối lượng bích: (kg) SVTH : Trần Thanh Thu Trúc MSSV : 080499B 19
 Tính mặt bích nối ống dẫn và thiết bị Ống dẫn lỏng vào tháp: Chọn loại bích liền bằng kim loại đen để nối Đường kính ngoài Dt = 50 mm Đường kính ngoài Do = 57 (mm) Đường kính ngoài của bích :D = 140 mm Đường kính tâm bu lon:Db = 110 mm Đường kính mép vát :Di = 90 mm Đường kính Bulon db = M12 Số bulon :z = 4 cái Chiều cao bích: h = 12mm Khối lượng bích: Ống dẫn khí vào và ra: Chọn loại bích liền bằng kim loại đen để nối Đường kính trong D = 550 mm Đường kính ngoài Do = 680 (mm) Đường kính ngoài của bích :D = 630 mm Đường kính tâm bu lon:Dz = 600 mm Đường kính mép vát :Dl = 561 mm Đường kính Bulon db = M20 Số bulon :z = 20 cái Chiều cao bích: h = 20 mm Khối lượng bích: (kg) Tính tổng khối lượng bích: mb = 2 x m1 + 2 x m2 + 2 x m3 = 57,67 (kg) Lưới phân phối khí Chọn đường kính lỗ phân phối khí d = 10mm Đường kính trong của lưới D=Dtháp=1,7m Bước lỗ t=12mm , lỗ sắp xếp theo hình lục giác đều Số lỗ trên 1 cạnh a=(D-4 ×d)/(2.t)+1=(1700-4 ×10)/2.12+1=70,16 (lỗ) =>chọn 70 lỗ - Tổng số lỗ trên lưới phân phối N=3a(a-1)+1=3.70.(70-1)+1=14491(lỗ) Vận tốc khí qua lỗ V=(4.Q)/(N.3,14.d^2 )=4.12700/(14491.3,14.( ? 0,01) ? ^2 ) =11164,4(m/h)=3,1(m/s) SVTH : Trần Thanh Thu Trúc MSSV : 080499B 20