ĐỒ ÁN MÔN HỌC
“thiết kế tháp đệm xử lý SO2 với năng suất 2000m3/h ,
nồng độ SO2 trong dòng khí đầu vào là 1% thể tích , nồng
độ SO2 trong dòng khí đầu ra đạt tiêu chuẩn loại A
(1500mg/m3) thải vào môi trường”
S
SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa
GVHD : CAO THỊ NHUNG
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG
SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 2
MỤC LỤC
---oOo---
LỜI NÓI ĐẦU
Chương I . MỞ ĐẦU
Phần A . TỔNG QUAN VỀ KHÍ SO2
I.1. Tính chất hóa lý của SO2
I.2. Tác hại của SO2
I.3. Các nguồn tạo ra SO2
I.4. Các phương pháp xử lý SO2
Phần B . QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ
I.5. Chọn qui trình công nghệ xử lý khí SO2
I.6. Thuyết minh qui trình công nghệ
Chương II . TÍNH TỐN CÔNG NGHỆ
II.1. Các thông số ban đầu
II.2. Tính cân bằng vật chất
II.3. Cân bằng năng lượng
II.4. Tính kích thước tháp hấp thu
II.5. Tính trở lực lớp đệm
Chương III . TÍNH TỐN CƠ KHÍ
III.1. Tính chiều dày thân tháp
III.2. Tính chiều dày đáy , nắp tháp
III.3. Tính ống dẫn lỏng , ống dẫn khí
III.4. Tính bích ghép thân tháp
III.5. Tính bích nối đường ống dẫn lỏng và ống dẫn khí
III.6. Tính lưới đỡ đệm và đĩa phân phối lỏng
III.7. Tính chân đỡ và tai treo
Chương IV . TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ
IV.1. Tính bồn cao vị
IV.2. Tính công suất bơm
IV.3. Tính công suất quạt
Chương V . TÍNH KINH TẾ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay , do sự phát triển của các nghành công nghiệp tạo ra các sản phẩm
phục vụ con người , đồng thời cũng tạo ra một lượng chất thải vô cùng lớn làm phá vỡ
cân bằng sinh thái gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng .
Trong các loại ô nhiễm , ô nhiễm không khí ảnh hưởng trực tiếp đến con người
, động vật , thực vật và các công trình xây dựng . Sức khỏe và tuổi thọ con người phụ
thuộc rất nhiều vào độ trong sạch của môi trường . Vì vậy , trong những năm gần đây
ô nhiễm không khí từ các nghành sản xuất công nghiệp ở nước ta đang là vấn đề quan
tâm không chỉ của nhà nước mà còn là của tồn xã hội bởi mức độ nguy hại của nó đã
lên đến mức báo động .
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG
SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 3
SO2 là một trong những chất ô nhiễm không khí được sản sinh nhiều trong các
nghành sản xuất công nghiệp và sinh hoạt . Việc xử lý SO2 có nhiều phương pháp khác
nhau . Phương pháp nào được áp dụng để xử lý tùy thuộc vào hiệu quả và tính kinh tế
của phương pháp . Ví vậy , đồ án môn học với nhiệm vụ thiết kế tháp đệm hấp thu SO2
là một trong những phương án ghóp phần vào việc xử lý khí thải ô nhiễm .
Trong đồ án này sẽ đi khảo sát một phương án : Xử lý SO2 bằng phương pháp
hấp thu với dung môi là nước . Nhằm tìm hiểu xem quá trình xử lý có đạt hiệu quả và
kinh tế không , để có thể đưa vào hệ thống xử lý khí thải trong các nghành sản xuất
công nghiệp và sinh hoạt .
Nội dung khảo sát : thiết kế tháp đệm xử lý SO2 với năng suất 2000m3/h , nồng
độ SO2 trong dòng khí đầu vào là 1% thể tích , nồng độ SO2 trong dòng khí đầu ra đạt
tiêu chuẩn loại A (1500mg/m3) thải vào môi trường .
Em xin chân thành biết ơn cô Cao Thị Nhung , các thầy cô bộ môn Máy &
Thiết bị đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em hồn thành đồ án
môn học này .
CHƯƠNG I
MỞ ĐẦU
PHẦN A . TỔNG QUAN VỀ KHÍ SO2 .
I.1. Tính chất hóa lý SO2 :
SO2 là chất khí không màu, mùi kích thích mạnh, dễ hóa lỏng, dễ hòa tan trong
nước (ở điều kiện bình thường 1 thể tích nước hòa tan 40 thể tích SO2) . Khi hồ tan
trong nước tạo thành dung dịch sunfurơ và tồn tại ở 2 dạng : chủ yếu là SO2.nH2O và
phần nhỏ là H2SO3 .
SO2 có nhiệt độ nóng chảy ở – 750 C và nhiệt độ sôi ở – 100C .
Nguyên tử S trong phân tử SO2 có cặp electron hóa trị tự do linh động và ở
trạng thái oxy hóa trung gian (+4) nên SO2 có thể tham gia phản ứng theo nhiều kiểu
khác nhau:
- Cộng không thay đổi số ôxy hóa :
SO2 + H2O = H2SO3
-Thực hiện phản ứng khử :
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG
SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 4
SO2 + 2CO C
o
500 2CO2 + S↓
-Thực hiện phản ứng oxy hóa :
SO2 + 2
1O2
o
t
OV 52 SO3
SO2 + Cl2 + H2O = H2SO4 + HCl
Trong môi trường không khí , SO2 dễ bị ôxy hóa và biến thành SO3 trong khí
quyển . SO3 tác dụng với H2O trong môi trường ẩm và biến thành acid hoặc muối
sunfat . Chúng sẽ nhanh chóng tách khỏi khí quyển và rơi xuống gây ô nhiểm môi
trường đất và môi trường nước .
I.2. Tác hại của khí SO2 :
-SO2 trong khí thải công nghiệp là một thành phần gây ô nhiểm không khí.
Nồng độ cho phép khí SO2 có trong môi trường xung quanh chúng ta là rất
nhỏ(<300mg/m3). Nó ảnh hưởng rất nhiều đến sức khỏe, các hoạt động của con người,
cũng như động vật, thực vật và bầu khí quyển .
-Đối với con người và động vật : khi hít phải khí SO2 có thể gây ra các bệnh về
đường hô hấp như: viêm phế quản, viêm phổi, giản phổi , suy tim , hen xuyển . . . .
Nếu hít phải SO2 với nồng độ cao có thể gây tử vong .
-Đối với vật liệu và công trình xây dựng :
+ Khí SO2 có khả năng biến thành acid sunfuric , là chất phản ứng mạnh
. Do đó chúng làm hư hỏng , làm thay đổi tính năng vật lý hay thay đổi màu sắc các
vật liệu xây dựng như đá vôi , đá hoa , đá cẩm thạch . . . cũng như phá hoại các sản
phẩm điêu khắc , các tượng đài .
+ Sắt , thép ,các kim loại khác , các công trình xây dựng cũng dễ dàng bị
gỉ , bị ăn mòn hóa học và điện hóa .
- Đối với thực vật :
+ Khí SO2 xâm nhập vào các mô của cây và kết hợp với nước để tạo
thành acid sunfurơ gây tổn thương màng tế bào và làm giảm khả năng quang hợp của
cây . Cây chậm lớn , vàng úa và chết .
+ Khí SO2 làm cây cối chậm lớn , nhiều bệnh tật , chất lượng giảm, hiệu
quả thu hoạch kém .
- Mưa acid : khí SO2 trong khí quyển khi gặp các chất oxy hóa hay dưới tác
động của nhiệt độ, ánh sáng chúng chuyển thành SO3 nhờ O2 có trong không khí . Khi
gặp H2O , SO3 kết hợp với nước tạo thành H2SO4 . Đây chính là nguyên nhân tạo ra
các cơn mưa acid mà thiệt hại của mưa acid gây ra là rất lớn. Mưa acid làm tăng tính
acid của trái đất , hủy diệt rừng và mùa màng , gây nguy hại đối với sinh vật nước , đối
với động vật và cả con người . Ngồi ra , còn phá hủy các nhà cửa, công trình kiến trúc
bằng kim loại bị ăn mòn . . . Nếu H2SO4 có trong nước mưa với nồng độ cao sẽ làm
bỏng da người hay làm mục nát áo quần .
I.3. Các nguồn tạo ra SO2 :
- Khí SO2 tạo ra là do sự đốt cháy các hợp chất chứa lưu huỳnh hay nguyên tử
lưu huỳnh .
Ví dụ : các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh trong than , dầu mỏ, quặng Pirit
(FS2) , hơi đốt chứa nhiều khí H2S , các quặng sunfua . . .
- Khí SO2 là loại chất gây ô nhiểm phổ biến nhất trong sản xuất công nghiệp và
sinh hoạt . Nguồn thải SO2 chủ yếu từ :
+ Các nhà máy nhiệt điện .
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : CAO THỊ NHUNG
SVTH : Nguyễn Duy Nghĩa 5
+ Các lò nung , nồi hơi đốt bằng nhiên liệu than đá , khí đốt , dầu hỏa và
khí đốt có chứa lưu huỳnh .
+ SO2 sinh ra từ các nghànhsản xuất công nghiệp : nhà máy lọc dầu , nhà
máy luyện kim , lò đúc , nhà máy sản xuất H2SO4 . . .
+ Khí thải giao thông .
I.4. Các phương án xử lý SO2 :
I.4.1. Phương pháp hấp thụ :
Để hấp thụ SO2 ta có thể sử dụng nước, dung dịch hoặc huyền phù của muối
kim loại kiềm hoặc kiềm thổ.
+ Hấp thụ bằng nước:
SO2 + H2O < ===== > H+
+ HSO3
-
Do độ hòa tan của SO2 trong nước thấp nên phải cần lưu lượng nước lớn và
thiết bị hấp thụ có thể tích lớn.
+ Hấp thụ bằng huyền phù CaCO3
Ưu điểm của phương pháp này là quy trình công nghệ đơn giản chi phí
hoạt động thấp, chất hấp thụ dể tìm và rẽ, có khả năng xữ lý mà không cần làm nguội
và xử lý sơ bộ.
Nhược điểm: thiết bị đóng cặn do tạo thành CaSO4 và CaSO3.
+ Phương pháp Magie (Mg):
SO2 được hấp thụ bởi oxit – hydroxit magie, tạo thành tinh thể ngậm
nước Sunfit magie .
Ưu điểm : làm sạch khí nóng , không cần lọc sơ bộ, thu được sản phẩm
tận dụng là H2SO4 ; MgO dể kiếm và rẻ , hiệu quả xử lý cao .
Nhược điểm :vận hành khó, chi phí cao tốn nhiều MgO.
+ Phương pháp kẽm : trong phương pháp này chất hấp thụ là kẽm
SO2 + ZnO + 2,5 H2SO4 ------> ZnSO3 + H2O
Ưu điểm :của phương pháp này là khả năng xử lý ở nhiệt độ cao (200 –
2500C) .
Nhược điểm : có thể hình thành ZnSO4 làm cho việc tái sinh ZnO bất lợi
về kinh tế nên phải thường xuyên tách chúng và bổ sung thêm ZnO.
+ Hấp thụ bằng chất hấp thụ trên cơ sở Natri :
Ưu điểm : của phương pháp này là ứng dụng chất hấp thụ hóa học không
bay, có khả năng hấp thụ lớn .
+ Phương pháp Amoniac : SO2 được hấp thụ bởi dung dịch Amoniac hoặc dung
dịch Sunfit-biSunfit amôn .
Ưu điểm : của phương pháp này là hiệu quả cao, chất hấp thụ dễ kiếm ,
thu được sản phẩm cần thiết (Sunfit và biSunfit amon) .
+ Hấp thụ bằng hổn hợp muối nóng chảy:
Xử lý ở nhiệt độ cao dùng hổn hợp Cacbonat kim loại kiềm có thành
phần như sau:
LiCO3 32%, Na2CO3 33%, K2CO3 35%.
+ Hấp thụ bằng các Amin thơm :
Để hấp thụ SO2 trong khí thải của luyện kim màu (nồng độ SO2 khoảng
1-2% thể tích) .
Người ta sử dụng dung dịch:
C
6H3(CH3)2 NH2 (tỉ lệ C6H3(CH3)2 NH2 : nước = 1- 1) .