Đồ án Thiết kế hệ thống xử lý khí thải SO₂ từ lò hơi bằng thiết bị tháp hấp thụ (Tháp đệm) công suất 12000m³/ngày
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
KHOA MÔI TRƯỜNG
Đồ án môn học:
Đề tài:
GVHD: Th.s PHAN XUÂN THẠNH
SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU
MSSV: 90604046
TP.HCM, THÁNG 07/2010
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Thành phố Hồ Chí Minh
Khoa Môi trường
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Họ và tên sinh viên : Trịnh Thị Minh Châu
MSSV : 90604046
Lớp : MO06KMT1
Ngành : Kỹ thuật môi trường
1) Ngày giao đồ án : 15/04/2010
2) Ngày hoàn thành : 06/07/2010
3) Tên đồ án : Thiết kế HTXL khí thải SO2 từ lò hơi bằng thiết bị tháp hấp thụ
(tháp đệm) công suất 12000 m3/ngày .
4) Nội dung :
- Giới thiệu tổng quan về các phương pháp xử lý
- Đề xuất công nghệ xử lí
- Tính toán thiết kế dựa trên công nghệ đã chọn
- Khái toán chi phí đầu tư
- Kết luận và kiến nghị
- Thực hiện các bản vẽ mô tả thiết kế
Giáo viên hướng dẫn
Th.s Phan Xuân Thạnh
MỤC LỤC
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN
I. KHÁI QUÁT………………………………………………………….5
II. ĐẶC ĐIỂM KHÓI THẢI TỪ LÒ HƠI
- Đặc điểm khói thải lò hơi đốt bằng than đá……………………….5
- Đặc điểm khói thải lò hơi đốt bằng dầu F.O………………………6
III. TÁC HẠI CỦA KHÍ SO2
- Đối với sức khỏe con người……………………………………….7
- Đối với thực vật…………………………………………………....8
- Đối với môi trường………………………………………………...8
IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SO2
- Hấp thụ khí SO2 bằng nước………………………………………..9
- Hấp thụ khí SO2 bằng dung dịch sữa vôi…………………………10
- Xử lý khí khí SO2 bằng ammoniac………………………………11
- Xử lý khí SO2 bằng magie oxit…………………………………...12
- Xử lý khí SO2 bằng kẽm oxit……………………………………..13
- Xử lý SO2 bằng kẽm oxit kết hợp natri sunfit …………………....13
- Xử lý khí SO2 bằng các chất hấp thụ hữu cơ……………………..14
- Hấp phụ khí SO2 bằng than hoạt tính……………………………..15
- Hấp phụ khí SO2 bằng vôi, đá vôi, đolomit………………………15
CHƯƠNG II
ĐỀ XUẤT VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
- Lựa chọn dung dịch hấp thụ………………………………………17
- Sơ đồ công nghệ…………………………………………………..18
- Thuyết minh sơ đồ công nghệ…………………………………….19
CHƯƠNG III
TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH HẤP THỤ
I. CÂN BẰNG VẬT CHẤT…………………………………………..20
II. XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG CÂN BẰNG………………………………...22
III. XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG LÀM VIỆC………………………………….26
CHƯƠNG IV
TÍNH TOÁN THÁP HẤP THỤ
I. TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP HẤP THỤ…………………………….28
II. TÍNH CHIỀU CAO THÁP HẤP THỤ
1. Chiều cao tháp hấp thụ……………………………………………32
2. Tính trở lực tháp…………………………………………………..36
III. TÍNH CÁC CÔNG TRÌNH PHỤ TRỢ
a. Tính bơm…………………………………………………………....37
b. Tính quạt…………………………………………………………....39
IV. TÍNH CƠ KHÍ
1. Thân tháp…………………………………………………………..40
2. Nắp và đáy tháp……………………………………………………42
3. Đường ống dẫn khí………………………………………………...43
4. Đường ống dẫn lỏng……………………………………………….45
5. Tính bích…………………………………………………………...46
6. Lưới đỡ đệm……………………………………………………….48
7. Đĩa phân phối………………………………………………………49
8. Cửa nhập liệu và cửa tháo đệm…………………………………….49
9. Tải trọng toàn tháp…………………………………………………49
10. Chân đỡ……………………………………………………………50
11. Tai treo……………………………………………………………..50
CHƯƠNG V:
CHƯƠNG VI:
TÍNH TOÁN GIÁ THÀNH…………………………51
KẾT LUẬN…………………………………………..52
TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………...55
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
I.
KHÁI QUÁT
- Lò hơi là nguồn cung cấp nhiệt khá phổ biến trong nhiều loại hình công
nghệ, thường gặp trong các công đoạn sấy, gia nhiệt định hình, gia nhiệt
cho các phản ứng hóa học, làm chín thực phẩm, khử trùng…Trong
nhiều ngành sản xuất, lò hơi là thiết bị không thể không có.
- Lò hơi có thể được cấp nhiệt từ nhiều nguồn khác nhau. Ở các lò hơi
công suất nhỏ thường cấp nhiệt bằng điện, một số lò hiện đại dùng
nhiên liệu là khí đốt hóa lỏng (gas-LPG) kèm theo là hệ thống điều
chỉnh tự động. Với các lò hơi “sạch” như trên thường không có vấn đề
về mặt khói bụi thải. Tuy nhiên, thường gặp trong các cơ sở tiểu thủ
công nghiệp tại Thành phố Hồ Chí Minh là các lò hơi dùng nhiên liệu
đốt lò chính là gỗ củi, than đá hoặc dầu F.O. Các sản phẩm cháy do việc
đốt các nhiên liệu trên thải vào không khí thường là nguyên nhân dẫn
đến tình trạng ô nhiễm môi trường.
II.
ĐẶC ĐIỂM KHÓI THẢI TỪ LÒ HƠI
- Đặc điểm khói thải của các loại lò hơi khác nhau, tùy theo loại nhiên
liệu sử dụng.
- SO2 chủ yếu sinh ra trong quá trình đốt nhiên liệu bằng than đá hoặc dầu
F.O.
Đặc điểm khói thải lò hơi đốt bằng than đá
- Khí thải của lò hơi đốt than chủ yếu mang bụi, CO2, CO, SO2, SO3,
NOx…do thành phần hóa chất có trong than kết hợp với ôxy trong quá
trình cháy tạo nên.
- Hàm lượng lưu huỳnh trong than khoảng 0,5% nên trong khí thải có
SO2 với nồng độ khoảng 1333mg/m3.
SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU
5
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH
Đặc điểm khói thải lò hơi đốt bằng dầu F.O
- Khí thải của lò hơi đốt dầu F.O thường có các chất sau: CO2, CO, SO2,
SO3, NOx, hơi nước…
- Ngoài ra còn có một hàm lượng nhỏ tro và các hạt tro rất nhỏ trộn lẫn
với dầu cháy không hết tồn tại dưới dạng sol khí mà ta thường gọi là mồ
hóng.
Bảng: Nồng độ các chất trong khí thải lò hơi đốt dầu F.O
Chất gây ô nhiễm Nồng độ (mg/m3)
SO2 và SO3
CO
Tro bụi
Hơi dầu
NOx
5217 - 7000
50
280
0,4
428
( Trích Sổ tay hướng dẫn xử lý ô nhiễm môi trường trong sản xuất tiểu thủ
công nghiệp – Xử lý khói lò hơi – Sở Khoa học, Công nghệ và môi trường
Tp.HCM )
Bảng: Các chất ô nhiễm trong khói thải lò hơi
Loại lò hơi
Chất ô nhiễm
Lò hơi đốt bằng củi
Khói + tro bụi + CO + CO2
Lò hơi đốt bằng than đá Khói + tro bụi + CO + CO2 + SO2 + SO3 + NOx
Lò hơi đốt bằng dầu
F.O
Khói + tro bụi + CO + CO2 + SO2 + SO3 + NOx
( Trích Sổ tay hướng dẫn xử lý ô nhiễm môi trường trong sản xuất tiểu thủ
công nghiệp – Xử lý khói lò hơi – Sở Khoa học, Công nghệ và môi trường
Tp.HCM )
SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU
6
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH
III. TÁC HẠI CỦA KHÍ SO2
- Khí SO2 là loại khí không màu, không cháy, có vị hăng cay. Do quá
trình quang hóa hay do sự xúc tác, khí SO2 dễ dàng bị oxy hóa và biến
thành SO3 trong khí quyển.
- Khí SO2 là loại khí độc hại không chỉ đối với sức khỏe con người, động
thực vật mà còn ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường.
Đối với sức khỏe con người
- SO2 là chất có tính kích thích, ở nồng độ nhất định có thể gây co giật ở
cơ trơn của khí quản. Ở nồng độ lớn hơn sẽ gây tăng tiết dịch niêm mạc
đường khí quản. Khi tiếp xúc với mắt, chúng có thể tạo thành axit.
Bảng: Liều lượng gây độc
mg SO2/m3
20 - 30
Tác hại
Giới hạn gây độc tính
50
Kích thích đường hô hấp, ho
Liều nguy hiểm sau khi hít thở (30 - 60 phút)
Liều gây chết nhanh (30 - 60 phút)
130 - 260
1000 - 1300
- 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 bọt. Cuối cùng,
chúng có thể xâm nhập vào hệ tuần hoàn.
- Khi tiếp xúc với bụi, SO2 có thể tạo ra các hạt axit nhỏ có khả năng xâm
nhập vào các huyết mạch nếu kích thước của chúng nhỏ hơn 2-3 μm.
- SO2 có thể xâm nhập vào cơ thể qua da và gây ra các chuyển đổi hóa
học. Kết quả là hàm lượng kiềm trong máu giảm, ammoniac bị thoát
qua đường tiểu và có ảnh hưởng đến tuyến nước bọt.
- Trong máu, SO2 tham gia nhiều phản ứng hóa học, gây rối loạn chuyển
hóa đường và protein, gây thiếu vitamin B và C, ức chế enzyme
oxydaza, tạo ra methemoglobine để chuyển Fe2+ (hòa tan) thành Fe3+
SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU
7
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH
(kết tủa) gây tắc nghẽn mạch máu cũng như làm giảm khả năng vận
chuyển oxy của hồng cầu, gây co hẹp dây thanh quản, khó thở.
Đối với thực vật
- Các loài thực vật nhạy cảm với khí SO2 là rêu và địa y.
Bảng: Nồng độ gây độc
Nồng độ (ppm)
0,03
Tác hại
Ảnh hưởng đến sinh trưởng của rau quả
Gây độc kinh niên
0,15 – 0,3
1 – 2
Chấn thương lá cây sau vài giờ tiếp xúc
Đối với môi trường
- SO2 bị oxy hóa ngoài không khí và phản ứng với nước mưa tạo thành
axit sulfuric hay các muối sulfate gây hiện tượng mưa axit, ảnh hưởng
xấu đến môi trường.
Quá trình hình thành mưa axit của SO2
- Phản ứng hoá hợp giữa lưu huỳnh điôxít và các hợp chất gốc hiđrôxyl:
SO2 + OH· → HOSO2·
- Phản ứng giữa hợp chất gốc HOSO2· và O2 sẽ cho ra hợp chất gốc HO2·
và SO3 :
HOSO2· + O2 → HO2· + SO3
- Lưu huỳnh triôxít SO3 sẽ phản ứng với nước và tạo ra H2SO4. Đây
chính là thành phần chủ yếu của mưa axít.
SO3(k) + H2O(l) → H2SO4(l)
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
nhiễm nguồn nước trong hồ, phá hỏng các loại thức ăn, uy hiếp sự sinh
tồn của các loài cá và các sinh vật khác trong nước.
SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU
8
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH
Bảng: Các ảnh hưởng của pH đến hệ thủy sinh vật
Các sinh vật bậc thấp của chuỗi thức ăn bị chết (phù du…),
đây là nguồn thức ăn quan trọng của cá.
pH<6,0
Cá không thể sinh sản được. Cá con khó sống sót. Cá lớn bị
dị dạng do thiếu dinh dưỡng. Cá bị chết do ngạt.
Quần thể cá bị chết.
pH<5,5
pH<5,0
pH<4,0
Xuất hiện các sinh vật mới khác với các sinh vật ban đầu.
- Rừng bị hủy diệt và sản lượng nông nghiệp bị giảm: mưa axit làm tổn
thương lá cây, gây trở ngại quá trình quang hợp, làm cho lá cây bị vàng
và rơi rụng, làm giảm độ màu mỡ của đất và cản trở sự sinh trưởng của
cây cối.
- Làm tổn hại sức khỏe con người: các hạt sulfate, nitrate tạo thành trong
khí quyển làm hạn chế tầm nhìn. Hơn nữa, do hiện tượng tích tụ sinh
học, khi con người ăn các loại cá có chứa độc tố, các độc tố này sẽ tích
tụ trong cơ thể và gây nguy hiểm đối với sức khỏe con người.
- Gây ăn mòn vật liệu và phá hủy các công trình kiến trúc.
IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SO2
Hấp thụ khí SO2 bằng nước
- Là phương pháp đơn giản được áp dụng sớm nhất để loại bỏ khí SO2
trong khí thải, nhất là trong khói từ các lò công nghiệp.
- Ưu điểm: rẻ tiền, dễ tìm, hoàn nguyên được.
-
SO2 + H2O H+ + HSO3
- Nhược điểm: do độ hòa tan của khí SO2 trng nước quá thấp nên thường
phải dùng một lượng nước rất lớn và thiết bị hấp thụ phải có thể tích rất
SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU
9
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH
lớn, cồng kềnh. Để tách SO2 khỏi dung dịch phải nung nóng lên đến
1000C nên tốn rất nhiều năng lượng, chi phí nhiệt lớn.
( Trang 93 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn )
Hấp thụ khí SO2 bằng dung dịch sữa vôi
- Là phương pháp được áp dụng rất rộng rãi trong công nghiệp vì hiệu
quả xử lý cao, nguyên liệu rẻ tiền và sẵn có ở mọi nơi.
CaCO3 + SO2 CaSO3 + CO2
CaO + SO2 CaSO3
2CaSO3 + O2 2CaSO4
- Ưu điểm: công nghệ đơn giản, chi phí đầu tư ban đầu không lớn, chi phí
vận hành thấp, chất hấp thụ rẻ, dễ tìm, làm sạch khí mà không cần phải
làm lạnh và tách bụi sơ bộ, 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 các đường ống và ăn mòn thiết bị.
SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU
10
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH
( Trang 95 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn )
Xử lý khí khí SO2 bằng ammoniac
- Phương pháp này hấp thụ khí SO2 bằng dung dịch ammoniac 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 thụ dễ kiếm và thu được muối
amoni sunfit và amoni bisunfit là các sản phẩm cần thiết.
- Nhược điểm: rất tốn kém, chi phí đầu tư và vận hành rất cao.
(Trang 100 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn)
SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU
11
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH
Xử lý khí SO2 bằng magie oxit
- Các phản ứng xảy ra như sau:
MgO + SO2 MgSO3
MgSO3 + SO2 + H2O Mg(HSO3)2
Mg(HSO3)2 + MgO 2MgSO3 + H2O
- Ưu điểm: có thể làm sạch khí nóng mà không cần làm lạnh sơ bộ, thu
được axit sunfuric như là sản phẩm của sự thu hồi, hiệu quả xử lý cao,
MgO dễ kiếm và rẻ.
- Nhược điểm: quy trình công nghệ phức tạp, vận hành khó, chi phí cao,
tổn hao MgO khá nhiều.
(Trang 105 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn)
(Trang 106 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn)
SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU
12
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Xử lý khí SO2 bằng kẽm oxit
GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH
- Phương pháp này dựa theo các phản ứng sau:
SO2 + ZnO + 2,5 H2O ZnSO3 . 2,5H2O
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 phải thường xuyên tách chúng ra và bổ sung lượng ZnO
tương đương.
Xử lý SO2 bằng kẽm oxit kết hợp natri sunfit
- Phương pháp này dựa theo các phản ứng sau:
Na2CO3 + SO2 Na2SO3 + CO2
Na2SO3 + SO2+H2O 2NaHSO3
2NaHSO3 + ZnO ZnSO3 + Na2SO3 + H2O
- Ưu điểm: không đòi hỏi làm nguội sơ bộ khói thải, hiệu quả xử lý cao.
- Nhược điểm: hệ thống xử lý khá phức tạp và tiêu hao nhiều muối natri.
(Trang 110 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn)
SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU
13
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH
Xử lý khí SO2 bằng các chất hấp thụ hữu cơ
- Phương pháp này được áp dụng nhiều trong xử lý khí thải từ các nhà
máy luyện kim màu.
- Chất hấp thụ chủ yếu được dùng là xyliđin và đimetylanilin.
Quá trình sunfiđin
- Chất hấp thụ được sử dụng là hỗn hợp xyliđin và nước theo tỉ lệ 1:1
2C6H3(CH3)2NH2 + SO2 2C6H3(CH3)2NH2 . SO2
- Nếu khí thải có nồng độ SO2 thấp thì quy trình này không kinh tế vì tổn
hao xyliđin.
(Trang 112 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn)
Quá trình khử SO2 bằng đimetylanilin
- Với khí thải có trên 35% (thể tích) khí SO2 thì dùng đimetylanilin làm
chất hấp thụ sẽ có hiệu quả hơn dùng xyliđin.
(Trang 113 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn)
SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU
14
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH
Hấp phụ khí SO2 bằng than hoạt tính
- Phương pháp này có thể áp dụng rất tốt để xử lý khói thải từ các nhà
máy nhiệt điện, nhà máy luyện kim và sản xuất axit sunfuric với hiệu
quả kinh tế đáng kể.
- Ưu điểm: sơ đồ hệ thống đơn giản và vạn năng, có thể áp dụng được
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 nhiệt độ cao (trên 1000C).
- Nhược điểm: tùy thuộc vào quá trình hoàn nguyên có thể là tiêu hao
nhiều vật liệu hấp phụ hoặc sản phẩm thu hồi được có lẫn nhiều axit
sunfuric và tận dụng khó khăn, phải xử lý tiếp mới sử dụng được.
(Trang 116 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn)
Hấp phụ khí SO2 bằng vôi, đá vôi, đolomit
- Ưu điểm: hiệu suất hấp phụ cao.
- Nhược điểm: cần chi phí đầu tư lớn do vật liệu chế tạo thiết bị đắt (thiết
bị làm việc trong môi trường ăn mòn mạnh và nhiệt độ cao).
SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU
15
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH
CHƯƠNG II:
ĐỀ XUẤT VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH
CÔNG NGHỆ
Yêu cầu: Thiết kế hệ thống xử lí khí thải SO2 từ lò hơi bằng thiết bị tháp
hấp thụ (tháp đệm).
Nguồn khói thải từ lò hơi có các thông số sau
- Lưu lượng khí: 12000 m3/h
- Nồng độ SO2: 8000 mg/m3
- Nhiệt độ khói thải: 2500C
- Nồng độ bụi: 300 mg/m3
- Áp suất: 1atm
Quy chuẩn
- Theo QCVN 19: 2009/BTNMT, nồng độ tối đa cho phép của bụi và SO2
được tính theo công thức sau:
Cmax = C . Kp . Kv
Trong đó:
- Cmax là nồng độ tối đa cho phép của bụi và SO2 ( mg/Nm3)
- C là nồng độ của SO2 quy định tại mục 2.2 (mg/Nm3)
- Kp là hệ số lưu lượng nguồn thải quy định tại mục 2.3
- Kv là hệ số vùng, khu vực quy định tại mục 2.4
Theo mục 2.2 QCVN 19: 2009/BTNMT – cột B, ta có:
Cbụi = 200 mg/Nm3
CSO2 = 500 mg/Nm3
Theo mục 2.3 QCVN 19: 2009/BTNMT, ta có lưu lượng nguồn thải là
12000 m3/h < 20000 m3/h nên hệ số Kp = 1
Theo mục 2.4 QCVN 19: 2009/BTNMT, ta chọn hệ số Kv = 1,0
SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU
16
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH
Ta có:
- Nồng độ tối đa cho phép của bụi và SO2:
Cbụi= 200 . 1 . 1 = 200 mg/Nm3
CSO2=500 . 1 . 1 = 500 mg/Nm3
- Vì thế, ta áp dụng QCVN 19: 2009/BTNMT cho đầu ra của HTXL.
Hiệu suất của quá trình xử lý bằng hấp thụ
8000 − 500
E =
.100%=93,75%
8000
Lựa chọn dung dịch hấp thụ
- Các dung dịch thường dùng để hấp thụ khí SO2 có thể là nước, huyền
phù sữa vôi (FGD), dung dịch soda Na2CO3, dung dịch NaOH…
- Nồng độ SO2 trong khói thải lò hơi theo đề bài là 8000 mg/m3.
Chuyển sang nồng độ Cppm
8000. 22,4 .(273 + 55)
Cppm
=
= 3364( ppm)
- Ta thấy, nồng độ SO2 ban đầu là rất lớn (3364 ppm > 2000 ppm) nên
không áp dụng phương pháp hấp thụ SO2 bằng huyền phù sữa vôi được.
- Đối với nồng độ cao, ta có thể áp dụng phương pháp hấp thụ SO2 bằng
nước hoặc bằng các dung dịch hấp thụ có chứa Natri như NaOH và
Na2CO3.
-
Tuy nhiên, khí SO2 có độ hòa tan trong nước khá thấp nên thường phải
dùng một lượng nước rất lớn và thiết bị hấp thụ phải có thể tích rất lớn,
cồng kềnh. Mặt khác, để tách SO2 khỏi dung dịch phải nung nóng lên
đến 1000C nên tốn rất nhiều năng lượng, chi phí nhiệt lớn.
- NaOH và Na2CO3 là các chất hấp thụ có hoạt độ hấp thụ mạnh, có thể
xử lý SO2 ở bất kỳ nồng độ nào. Do đó, dung dịch hấp thụ lựa chọn cho
quy trình công nghệ là dung dịch NaOH (pha loãng với nước).
SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU
17
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH
SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ SO2 BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ
Ống khói
Ống khói
Khí ra
Trao đổi
nhiệt
Van
chặn
Tháp
hấp thụ
Khí vào
Quạt
Bơm
Cyclone
Lò hơi
NaOH
H2O
Van
Thùng chứa
Nước sau
lắng
Bể lắng
Xử lí
Cặn
SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU
18
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH
Thuyết minh sơ đồ công nghệ
- Vì nồng độ bụi tương đối cao hơn so với nồng độ cho phép (300 mg/m3
> 200 mg/m3) nên ta phải xử lý bụi. Cho dòng khí thải có chứa bụi đi
qua Cyclone để thu hồi bụi.
- Do nhiệt độ dòng khí thải cao (2500C) nên sau khi qua Cyclone, dòng
khí được dẫn qua thiết bị trao đổi nhiệt để giảm nhiệt độ xuống thích
hợp cho quá trình hấp thụ xảy ra hiệu quả.
- Dùng quạt thổi khí vào tháp đệm từ dưới lên. Dung dịch hấp thụ NaOH
được bơm từ thùng chứa lên tháp và tưới trên lớp vật liệu đệm theo
chiều ngược với chiều của dòng khí đi trong tháp.
- Các phản ứng xảy ra trong tháp
SO2 + 2NaOH Na2SO3 + H2O
Na2SO3 + SO2 + H2O 2NaHSO3
SO2 + NaHSO3 + Na2SO3 + H2O 3NaHSO3
- Khí sạch đi vào ống khói và thải ra môi trường có nồng độ SO2 đạt tiêu
chuẩn cho phép Cmax (Theo QCVN 19: 2009/BTNMT).
- Dung dịch sau khi hấp thụ có chứa nhiều natri sunfit, natri bisunfit và
khói bụi. Một phần dung dịch được bơm trở lại thùng chứa qua van điều
chỉnh lưu lượng và tiếp tục được bơm lên tháp tưới cho vật liệu đệm nếu
lượng dung dịch NaOH còn dư nhiều. Phần dung dịch còn lại được đưa
đến bể lắng để lắng các cặn bẩn. Cặn sau lắng được đem chôn lấp còn
nước sau lắng được đưa đi xử lí rồi mới thải ra môi trường.
SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU
19
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH
CHƯƠNG III:
TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH HẤP THỤ
I.
CÂN BẰNG VẬT CHẤT
- Lưu lượng khí: 12000 m3/h
- Nồng độ SO2 đầu vào: 8000 mg/m3
- Nhiệt độ khí vào tháp: 550C
- Nồng độ bụi: 300 mg/m3
- Áp suất: Pt = 1atm = 760 mmHg = 1,0133.105 Pa.
- Nồng độ đầu ra: CSO2c = 500 mg/m3
- Nhiệt độ của dung dịch NaOH: 250C
- Chọn điều kiện làm việc của tháp là nhiệt độ trung bình của dòng khí
vào và dòng lỏng vào, t0 = 400C. Hỗn hợp khí xử lý xem như gồm SO2
và không khí.
1. Đầu vào
- Suất lượng mole của hh khí đi vào tháp:
1.12000
G1=PV
=
= 446,163(kmol / h)
- Suất lượng mole của SO2:
CSđO2 .V
8000.12000
đ
GA =
=
= 1500(mol / h) = 1,5(kmol / h)
M SO2
64
- Suất lượng mole của cấu tử trơ:
đ
đ
G =
B
- Nồng độ phân mole của SO2 trong hỗn hợp khí:
GAđ
1,5
đ
= 3,362.10−3 (mol SO2 / mol hhkhí)
yA =
=
G1 446,163
- Tỉ số mol:
Yđ =
yAđ
1− yAđ 1− 3,362.10−3
3,362.10−3
=
= 3,373.10−3
SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU
20
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH
- Khối lượng riêng của pha khí ở 00C và 1atm:
yAđ
1− yAđ
1
3,362.10−3 1− 3,362.10−3
=
+
=
+
= 0,7719(kg / m3 )
ρhhđ ρSO2
ρkk
2,93
1,293
ρhhđ = 1,295(kg / m3 )
=>
- Khối lượng riêng của pha khí ở 550C và 1atm:
T0
P
1
273
ρhđh = ρ0đ .
.
= 1,295. .
= 1,078(kg / m3 )
P T
1 273 + 55
0
2. Đầu ra
- Suất lượng mole của SO2 được hấp thụ:
đ
- Suất lượng mole của SO2 còn lại trong hỗn hợp khí ở đầu ra:
c
đ
G =
A
- Suất lượng mole của khí ở đầu ra:
đ
c
c
G =
B
- Nồng độ phân mole của SO2 trong hỗn hợp khí đầu ra:
GAc
GBc
0,09375
c
yA =
=
= 0,211.10−3 (mol SO2 / mol hhkhí)
444,757
- Tỉ số mol:
Yc =
yAc
1− yAc 1− 0,211.10−3
0,211.10−3
=
= 0,211.10−3
- Khối lượng riêng của pha khí ở 00C và 1atm:
yAc
1− ycA
1
0,211.10−3 1− 0,211.10−3
=
+
=
+
= 0,7733(kg / m3 )
ρhhc ρSO2
ρkk
2,93
1,293
ρhhc = 1,293(kg / m3 )
=>
- Khối lượng riêng của pha khí ở 400Cvà 1atm (ta xem như nhiệt độ dòng
khí ra bằng với nhiệt độ làm việc là 400C):
T0
P
1
273
ρhch = ρ0c .
.
= 1,293. .
= 1,128(kg / m3 )
P T
1 273 + 40
0
SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU
21
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
II.
GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH
XÁC ĐỊNH PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG
- Xác định đường cân bằng thông qua các dữ kiện về độ hòa tan của SO2
trong nước.
Bảng: Áp suất riêng phần của SO2 (mmHg) tại bề mặt phân chia hai
pha lỏng-khí
100C 200C 300C 400C 500C 600C 700C
mgSO2/100mgH2O
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
0
0
0
42
85
0
60
0
83
0
0
21
42
64
86
29
59
90
111 144
120 164 217 281
129 181 247 328 426
123 176 245 333 444 581
108 157 224 311 421 562 739
130 191 273 378 511 682 897
153 227 324 447 603 804
176 264 376 518 698
199 300 428 588 793
223 338 482 661
(Trích Tài liệu học tập Kỹ thuật xử lý khí thải - CBGD Dư Mỹ Lệ - Quá
trình hấp thụ).
- Điều kiện làm việc của quá trình hấp thụ là ở 400C và áp suất 1atm .
Bảng: Bảng thể hiện độ hòa tan của SO2 trong nước ở 400C và áp suất
1atm
mgSO2/100mgH2O
P*SO2(mmHg)
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
0
60
120
181
245
311
378
447
518
588
661
SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU
22
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH
1. Tính toán cho cặp giá trị p*SO2 = 60mmHg và CSO2 = 0,5gSO2/100gH2O
Pha khí
- Nồng độ phần mole SO2 trong pha khí:
pS*O2
60
y* =
=
= 0,07895
P
760
t
- Tỉ số mol:
y
0,07895
Y =
=
= 0,08572
Pha lỏng
- Nồng độ phần mole SO2 trong pha lỏng:
0,5
mol SO2 trong dung dich
64
x =
=
= 0,0014
0,5 100
mol SO2 trong dung dich + mol H2O
+
64 18
- Tỉ số mol:
x
0,0014
X =
=
= 0,0014
2. Kết quả
CSO2
P*
y*
x
SO2
gSO2/100gH2O
(mmHg)
0
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
0
0
60
0,07895
0,15789
0,23816
0,32237
0,40921
0,49737
0,58816
0,68158
0,77368
0,86974
0,0014
0,0028
0,0042
0,00559
0,00698
0,00837
0,00975
0,01112
0,0125
0,01387
120
181
245
311
378
447
518
588
661
SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU
23
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Vẽ đường cân bằng
GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH
ĐƯỜNG CÂN BẰNG
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0
0.002
0.004 0.006
0.008
0.01
0.012 0.014
0.016
Nồng độ phần mol SO2 trong pha lỏng
- Đường cân bằng của quá trình hấp thụ SO2 tuân theo định luật Henry,
nên phương trình đường cân bằng có dạng :
y* = Hx
Trong đó:
y*: nồng độ phần mol SO2 trong pha khí tại trang thái cân bằng
H: hệ số Henry
x: nồng độ phần mol của SO2 trong pha lỏng tại trang thái cân bằng pha
Bảng kết quả hệ số Henry
y*
x
H
0
0
0
0,07895
0,15789
0,23816
0,32237
0,40921
0,49737
0,58816
0,68158
0,77368
0,86974
0,0014
0,0028
0,0042
0,00559
0,00698
0,00837
0,00975
0,01112
0,0125
0,01387
56,39
56,39
56,7
57,68
58,63
59,42
60,32
61,29
61,89
62,71
SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU
24
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH
Ta có:
yđ = 0,003362 (mol SO2/mol hh khí)
A
ycA = 0.000211 (mol SO2/ mol hh khí)
- Do nồng độ phần mol của SO2 trong pha khí thay đổi trong khoảng rất
nhỏ so với nồng độ được biểu diễn trên đồ thị nên ta chọn hệ số Henry
H = 56,39.
Phương trình đường cân bằng: y* = 56,39x
Bảng giá trị
y.10-3
0,33
0,66
0,99
1,32
1,65
1,98
2,31
2,64
2,97
3,3
Y.10-3
0,3301
0,6604
0,991
x.10-3
0,0059
0,0117
0,0176
0,0234
0,0293
0,0351
0,041
X.10-3
0,0059
0,0117
0,0176
0,0234
0,0293
0,0351
0,041
1,3217
1,6527
1,9839
2,3153
2,647
0,0468
0,0527
0,0585
0,0644
0,0468
0,0527
0,0585
0,0644
2,9788
3,3109
3,6432
3,63
- Từ bảng số liệu, ta thấy giá trị của cặp y-x xấp xỉ giá trị Y-X nên xem
như phương trình đường cân bằng biểu diễn theo Y-X có dạng như sau:
Y = 56,39X
SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU
25
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Vẽ đường cân bằng (X-Y)
GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH
ĐƯỜNG CÂN BẰNG
4
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
Số mol SO2 trong pha lỏng (10-3)
III. XÁC ĐỊNH PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG LÀM VIỆC
1. Xác định Lmin
đ
- Xmax là giao điểm của đường YA = 3,373.10-3 với đường cân bằng
Y=56,39X
Ta có: 3,373.10-3 = 56,39 Xmax
-
=> Xmax = 0,0000598 (mol SO2/mol dung dịch)
Xđ = 0
Yđ-Yc = (L/G).(Xc-Xđ)
Ltr
- Xác định tỉ lệ
:
(
)
min
Gtr
3,373.10−3 − 0,211.10−3
0,0000598 − 0
Ltr
Yđ −Yc
(
)
=
=
= 52,876(kmol dd / kmol khi tro)
min
Gtr
X max − 0
- Suất lượng mole tối thiểu:
(Ltr)min = 52,876.Gtr = 52,876.444,663 = 23512 (kmol/h)
SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU
26
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH
- Suất lượng mole thực tế:
L = .Lmin
- Chọn = 1,5 L = 1,5.23512 = 35268 (kmol/h)
- Lưu lượng nước thực tế cần cung cấp:
L = 35268 (kmol/h) = 35268.18 = 634824 (kg/h)
2. Xác định Xđ và Xc
Yđ −Yc
Xc − X đ
L
Ta có:
=
Gtr
Gtr
444,663
Xc =
.(Yđ −Yc ) =
.(3,373.10−3 − 0,211.10−3 )
L
35268
0,0000399(mol SO2/ mol dd)
- Đường làm việc đi qua 2 điểm (Xc, Yđ) và (Xđ, Yc).
Vẽ đường cân bằng và đường làm việc trên cùng đồ thị
ĐƯỜNG CÂN BẰNG-ĐƯỜNG LÀM VIỆC
4
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
Số mol SO2 trong pha lỏng (10-3)
SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU
27
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH
CHƯƠNG IV:
TÍNH TOÁN THÁP HẤP THỤ
I.
TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP HẤP THỤ
- Hấp thụ SO2 bằng dung dịch NaOH 10% khối lượng.
- Nhiệt độ làm việc của tháp hấp thụ là 400C.
Bảng: Khối lượng riêng của dung dịch NaOH 10% (kg/m3) theo nhiệt độ
(ở áp suất khí quyển).
- 200C 00C
200C 400C 600C 800C 1000C 1200C
1049
-
1117 1109 1100 1089 1077 1064
dd NaOH
10%
(Trích Bảng 4 trang 11 - Bảng tra cứu Quá trình cơ học truyền nhiệt-Truyền
khối-Nhà xuất bản ĐH Quốc gia Tp.HCM - 2008)
Bảng: Độ nhớt động lực của dung dịch NaOH 10% (Cp) theo nhiệt độ
00C 100C 200C 300C 400C 500C
-
-
1,86
1,45
1,16
0,98
dd NaOH
10%
(Trích Bảng 9 trang 16 - Bảng tra cứu Quá trình cơ học truyền nhiệt-Truyền
khối-Nhà xuất bản ĐH Quốc gia Tp.HCM - 2008)
1. Đường kính tháp hấp thụ
4.V
π.υ
V
D =
=
0,785.υ
Trong đó:
D: đường kính tháp hấp thụ (m)
V: lưu lượng của dòng khí qua tháp hấp thụ (m3/s)
: vận tốc biểu kiến của dòng khí ứng với tổng tiết diện của tháp (m/s)
SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU
28
Tải về để xem bản đầy đủ
58 trang
13/11/2024
340
Bạn đang xem 30 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Thiết kế hệ thống xử lý khí thải SO₂ từ lò hơi bằng thiết bị tháp hấp thụ (Tháp đệm) công suất 12000m³/ngày", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên.
File đính kèm:
- do_an_thiet_ke_he_thong_xu_ly_khi_thai_so_tu_lo_hoi_bang_thi.pdf
