thiết kế hệ thống xử lý khí thải từ lò hơi bằng thiết bị tháp hấp thụ

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (873.51 KB, 61 trang )

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 CỘNG

HÒA

XÃ

HỘI

CHỦ

NGHĨA

VIỆT

NAM
TRƯỜNG

ĐẠI

HỌC

BÁCH

KHOA Độc

lập

–

Tự

do

–

Hạnh

phúc
Thành

phố

Hồ

Chí

Minh
Khoa

Môi

trường
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
SO
2 từ lò hơi bằng thiết bị tháp hấp thụ
(tháp đệm) công suất 12000 m
3
/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
- Th
ực 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: TÍNH

TOÁN

GIÁ

THÀNH
…………………………51
CHƯƠNG

VI: 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
.

V
ới 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/m
3
.
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 l
ẫn
với dầu cháy không hết tồn tại dưới dạng sol khí mà ta thường
gọi là mồ
hóng.
(
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
)
(
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
)
Chất

gây

ô

nhiễm
3
Nồng

độ

(mg/m

)

SO2 và SO3 5217
-
7000
CO 50
T
ro bụi 280
Hơi dầu 0,
4
NOx
428
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
Bảng:

Nồng

độ

các

chất

trong

khí

thải

lò

hơi

đốt

dầu

F.O
Bảng:

Các

chất

ô

nhiễm

trong

khói

thải

lò

hơi
SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU


6


ĐỒ ÁN MÔN HỌC
GVHD:

Ths.
PHAN XUÂN THẠNH
III. TÁC

HẠI

CỦA

KHÍ

SO
2

-
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
d àng bị oxy hóa và biến
thành SO3 trong khí quyển.
-
Khí SO2 là loại khí độc hại không chỉ đối với s
ức 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.
-
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
3
mg

SO
2
/m
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)
Bảng:

Liều

lượng

gây

độc
hóa

đường

và

protein,

gây

thiếu

vitamin

B

và

C,

ức

chế

enzyme
oxydaza,

tạo

ra

methemoglobine

để

chuyển

Fe
2+

(hòa

tan)

thành

Fe
3+
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.
-
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

SO
2
-
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
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
Bảng:

Nồng

độ

gây

độc


Đối

với

môi

trường
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 THẠN
H
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

SO
2


Hấp

thụ

khí

SO
2

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-
pH<6,
0
Các sinh vật bậc thấp của chuỗi thức ăn bị chết (phù du…),
đây là nguồn thức ăn quan trọng của cá.
pH<5,5
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.
pH<5,
0
Quần thể cá bị chết.
pH<4,

0
Xuất hiện các sinh vật mới khác với các sinh vật ban đầu.
Bảng:

Các

ảnh

hưởng

của

pH

đến

hệ

thủy

sinh

vật
-
Rừng bị hủy diệt và sản lượng nông nghiệp bị giảm: mưa axit làm tổn
-
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
100
0
C nên tốn rất nhiều năng lượng, chi phí nhiệt lớn.
(

T
rang 93
–
Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3
–
Trần Ngọc Chấn )


Hấp

thụ

khí

SO
2

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
(

T
rang 95
–
Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3
–
Trần Ngọc Chấn )


Xử

lý

khí

khí

SO
2

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


2NH
4HSO3
-
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

SO
2

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)
(T
rang 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
GVHD:

Ths.
PHAN XUÂN THẠNH


Xử

lý

khí

SO
2

bằng

kẽm

oxit
-
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
-
250
0
C).
-
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

SO
2

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

SO
2

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

2C6
H
3(CH3
)
2
NH
2 + SO2

2C6
H
3(CH3
)
2
NH
2 . 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

SO

2

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

SO
2

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 100
0
C).
-
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

SO
2

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
CÔ
NG

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 m
3
/h
-
Nồng độ SO2
:
8000 mg/m
3
-
Nhiệt độ khói thải: 250
0
C
-
Nồng độ bụi: 300 mg/m
3
-
Áp suất: 1atm


Quy

chu
ẩn

-
Theo QCVN 19: 2009/BTNMT, nồng độ tối đa cho phép của bụi và SO2
được tính theo công thức sau:
Cmax = C .
K
p
.

K
v
Trong

đó:
-
Cmax là nồng độ tối đa cho phép của bụi và SO2 ( mg/
N
m
3
)
-
C là nồng độ của SO2 quy định tại mục 2.2 (mg/Nm
3
)
- K
p là hệ số lưu lượng nguồn thải quy định tại mục 2.3
- K
v 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/Nm
3
CSO2 = 500 mg/Nm
3


Theo mục 2.3 QCVN 19: 2009/BTNMT, ta có lưu lượng nguồn thải là
12000 m
3
/h < 20000 m
3
/h nên hệ số Kp = 1


Theo mục 2.4 QCVN 19: 2009/BTNMT, ta chọn hệ số
K
v = 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/
N
m
3
CSO2=500 . 1 . 1 = 500 mg/
N
m
3
-
Vì thế, ta áp dụng QCVN 19: 2009/BTNMT cho đầu ra của HTXL.


Hiệu

suất

của

quá

trình

xử

lý

bằng

hấp

thụ
E =
8000

−

500

8000
.
100
%

=

93
,75
%


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/m
3
.


Chuyển

sang

nồng

độ

C
ppm
C
ppm

=

8000

.

22

,

4

.(

273

+

55)

=

3364
(

ppm
)
64

.

273
-
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 100
0
C 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

SO
2

BẰNG

PHƯƠNG

PHÁP

HẤP

THỤ
Ống

khói
Ống

khói
Trao

đổi
nhiệt
Khí ra
Van
chặn
Tháp
hấp

thụ
Khí vào
Quạt
Cyclone
Bơm
Lò

hơi
NaOH
H2O
Van
Thùng

chứa
Xử lí
Nước sau
lắng
Bể

lắng
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/m
3
> 200 mg/m
3
) 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 (250
0
C) 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 +
2
NaOH

Na2SO3

+ H2O
N
a2SO3 + SO2 + H2O


2N
a
H
SO3
SO2 + Na
H
SO3 + 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 m
3
/h
-
Nồng độ SO2 đầu vào: 8000 mg/m

3
-
Nhiệt độ khí vào tháp
:

55
0
C
-
Nồng độ bụi: 300 mg/m
3
-
Áp suất:
P
t = 1atm = 760 mmHg = 1,0133.10
5

P
a.
-
Nồng độ đầu ra: CSO2c =
5
00 mg/m
3
-
Nhiệt độ của dung dịch NaOH
:

25
0

C
-
Chọn điều

kiện làm việc của tháp là nhiệt độ

trung bình của dòng khí
vào và dòng lỏng vào, t
0
= 40
0
C. Hỗn hợp khí xử lý xem như gồm SO2
và không khí.
1.

Đầu

vào
-
Suất lượng mole của hh khí đi vào tháp:
G
1=
PV
RT
=
1
.
12000

0
,
082
.(
273

+

55
)
=

446
,
163
(
kmol

/

h
)
-
Suất lượng mole của SO2
:
G
A
đ
=
C

SO
2
.
V
M

SO2
=
8000
.

12000
64
=

1500
(
mol

/

h
)

=

1
,
5

(
kmol

/

h
)
-
Suất lượng mole của cấu tử trơ:
G
Bđ

=
G
1

−

G
A

=

446
,
163

−
1
,

5

=

444
,
663
(kmol

/

h)
-
Nồng độ phân mole của SO2 trong hỗn hợp khí:
yA
đ
=
G

A
G
1
=
1
,
5
446
,
163
=

3
,
362
.
10
−3

(
mol

SO
2

/

mol

hhkhí
)
-
Tỉ số mol:
Y

=
đ
1

−

y

A
=
3
,
362.
10
−
3
1

−

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 0
0
C và 1atm
:
1
〉
hhđ
=
y
A
〉
SO
2
+
1

−

y
A
〉
kk
=
2
,
93

1,
293
+
=

0,7719(kg

/

m
3

)
=>
〉
hhđ

=

1,
295

(kg

/

m
3

)
đ
đ
đ
đ
y

A
3
,
362.
10
−
3
1

−

3
,
362.
10
−

3
đ đ
-
Khối lượng riêng của pha khí ở 55
0
C và 1atm
:
〉
hh

=
〉
0

.
.
P
0

T
1

273
1

273

+

55

=

1,078(kg

/

m
3
)
2.

Đầu

ra
-
Suất lượng mole của SO2 được hấp thụ:
M

=

0
,
9375
.
G
A

=

0
,
9375
.
1
,
5

=

1
,
40625(kmol

/

h)
-
Suất lượng mole của SO2 còn lại trong hỗn hợp khí ở đầu ra:
G
A
c

=

G
A

−

M

=

1
,
5

−
1
,
40625

=

0
,
09375(kmol

/

h)
-
Suất lượng mole của khí ở đầu ra:
đ
-
Nồng độ phân mole của SO2 trong hỗn hợp khí đầu ra
:
-

Tỉ số mol:
G

A

0,09375
G
B

444
,
757
=

0
,
211
.
10
−3

(
mol

SO
2

/

mol

hhkhí
)
Y
c
=
y

A
c
=
0,211
.
10
−
3
1

−

0,211
.
10
−
3
=

0,211
.

10
−
3
-
Khối lượng riêng của pha khí ở 0
0
C và 1atm:
1
〉
hhc
=
y
A
〉
SO
2
+
1

−

y
A
〉
kk
=
2

,
93

1,
293
+
=

0,7733(kg

/

m
3

)
=>
〉
hhc

=

1,
293
(kg

/

m
3

)
-
Khối lượng riêng của pha khí ở 40
0
Cvà 1atm (ta xem như nhiệt độ dòng
khí ra bằng với nhiệt độ làm việc là 40
0
C)
:
〉
hh

=
〉
0

.
.
P
0

T
1

273
1

273

+

40
=

1,128(kg

/

m
3
)
P

T
0
=

1,
295.

.
đ đ
G
Bc
=
G
B

+

G
A
c
=

444
,
663

+

0
,
09375

=

444
,
757(kmol

/

h)
đ
đ
y
A
c

=
c

=
c
1

−

y

A
c
0,211
.
10
−
3
1

−

0,211
.
10
−
3
c c
P

T
0
=

1,
293.

.
c c
SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU

21

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
GVHD:

Ths.
PHAN XUÂN THẠNH
mgSO
2
/100mgH
2
O
*
P

SO2
(mmHg)
0,0
0

0,5
60
1,0
120
1,5
181
2,0
245
2,5
311
3,0
378
3,5
447
4,0
518
4,5
588
5,0
661
mgSO2/100mgH2O
0
10

C
0
20

C
0

30

C
0
40

C
0
50

C
0
60

C
0
70

C
0,0
0
0
0
0
0
0
0
0,5
21
29

42
60
83
111
144
1,0
42 59 85
120
164
217
2
81
1,5
64
90
129
181
247
328
426
2,0
86
123
176
245
333
444
581
2,5
108

157
224
311
421
562
739
3,0
130
191
273
378
511
682
897
3,5
153
227
324
447
603
804
4,0
176
264
376
518
698
4,5
199
300

428
588
793
5,0
223 338 482
661
pha

lỏng
-
khí
(Trích Tài

liệu học

tập Kỹ thuật

xử

lý khí

thải
-
CBGD

Dư Mỹ

Lệ
-

Quá
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

C
SO2

=

0,5gSO
2
/100gH
2
O


Pha

khí
-
Nồng độ phần mole SO2 trong pha khí:
C
SO2
gSO
2
/100gH

2
O
*
P

SO2
(mmHg)
y
*
x
0,0
0
0
0
0,5
60
0,07895
0,0014
1,0
120
0,15789
0,0028
1,5
181
0,23816
0,0042
2,0
245
0,32237
0,00559

2,5
311
0,40921
0,00698
3,0
378
0,49737
0,00837
3,5
447
0,58816
0,00975
4,0
518
0,68158
0,01112
4,5
588
0,77368
0,0125
5,0
661
0,86974
0,01387

*
p

SO
2