Đồ án xử lý khí thải

SỐ LIỆU ĐẦU BÀI



Kích thước nhà:
- Nhà A:
bA=20m
lA=80m
hA=10m

-

Nhà B:
bB=15m
lB=60m
hB=7m

L1 = 50m; Hô=30m; u10=5 m/s; Tkt=110oC; Txq=25oC
Lưu lượng L = 25000 (m3/h)



Thông số khí thải nhà máy A:
• Nồng độ khí thải

•
-

Thành phần

Hàm lượng (mg/m3)

Clo
SO2
H2 S
CO
NO2

61
930
16
3740
1320

Bụi:
Hàm lượng bụi: 10 (g/m3)
Khối lượng riêng: 4000 (kg/m3)
Cỡ hạt (:


Đường kính cỡ
0_5
hạt δ (μm)

5_10

10_2
0

20_30

30_40

40_50

50_60

60_70

Phần trăm khối
8
lượng

15

13

12

12

11

21

8



Khí quyển trung tính (cấp D).

PHẦN I: ĐỀ XUẤT DÂY TRUYỀN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ
1.

Xử lý số liệu:
Tính toán nồng độ cho phép:

Theo QCVN 19: 2009/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí
thải công nghiệp đối với bụi và các chất vô cơ
Cmax=C×Kp×Kv
Trong đó:
+ Cmax: Nồng độ tối đa cho phép đối với hạt bụi và các chất vô cơ trong khí
thải công nghiệp.
+ C: Nồng độ của bụi và các chất vô cơ theo cột B của QCVN
19:2009/BTNMT.
+ Hệ số lưu lượng nguồn thải Kp=0,9. Vì: 20000 < 25000 < 100000 m3/h.
Vì: Lưu lượng thải của nhà máy 25000 m3/h (mục 2.3-QCVN 19/2009)
+ Hệ số vùng, Kv=1 . Khu công nghiệp; đô thị loại V; vùng ngoại thành,
ngoại đô thị loại II, III, IV có khoảng cách đến ranh giới nội thành, nội thị lớn hơn
hoặc bằng 2 km; cơ sở sản xuất công nghiệp, chế biến, kinh doanh, dịch vụ và các
hoạt động công nghiệp khác có khoảng cách đến ranh giới các khu vực này dưới 2
km.
Bảng: Nồng độ tối đa cho phép đối với hạt bụi và các chất vô cơ trong khí
thải công nghiệp
TT

Thông số

C(mg/Nm3) - cột b
QCVN 19/2009

Kp

Kv

Cmax
(mg/Nm3)


1
2
3
4
5
6

Bụi

200
10
500
7,5
1000
850

SO2
H2S
CO
NO2

0,9

0,9
0,9
0,9
0,9
0,9

1
1
1
1
1
1

180
9
450
6,75
900
765

Tính toán nồng độ đầu vào của khí thải:
Theo số liệu đầu vào, nồng độ các chất vô cơ (C 1) tại miệng khói có nhiệt độ
o
là 110 C, nhưng nồng độ các chất vô cơ tối đa cho phép (C max) ở nhiệt độ 25oC .
Vậy nên, trước khi so sánh nồng độ để xem bụi hoặc khí thải nào vượt tiêu chuẩn
ta cần quy đổi C1(100oC)  C2 (25oC)
Đây là trường hợp điều kiện đẳng áp với: Áp suất p1=p2= 760 mmHg
t1= 110oC  T1= 383oF
t2=25oC  T2=298oF
Từ phương trình khí lý tưởng : PV=nRT

Trong đó:
C1, T1:

Nồng độ của các thành phần trong khí thải (mg/m 3) ở nhiệt độ
tuyệt đối T1=383oF

C2, T2 :

Nồng độ của các thành phần trong khí thải (mg/Nm 3) ở nhiệt độ
tuyệt đối T2=298oF

Bảng: Nồng độ cácthành phần trong khói thải ở 25oC
TT
1
2
3
4
5
6
-

Cmax ( mg/Nm3)
C0 ( mg/ Nm3)
Hiệu suất xử lý (%)
180
10000
98,2
9
78,4

88,52
SO2
450
1195,27
62,35
H2S
6,75
20,56
67,17
CO
900
4806,78
81,28
NO2
765
1696,51
54,91
Nhận xét: Dựa vào bảng số liệu ta thấy những chỉ tiêu cần được xử lý trước khi
thải ra ngoài môi trường là: Bụi, Cl, SO2, H2S, CO, NO2.
Thông số
Bụi


2. Sơ đồ quy trình công nghệ xử lý khí thải cho nhà máy A:
Khí thải chứa bụi

Buồng lắng bụi

Xyclon

Lọc bụi túi vải

Hấp thụ bằng dung
dịch NaOH

Tháp hấp thụ khí Cl2,
SO2

Khí đạt yêu cầu thải
ra ngoài môi trường
-

Bụi và khí được thu gom thông qua các chụp hút bố trí trên các máy công cụ, các
chụp hút được nối vào hệ thống ống dẫn. Khi đó vận tốc dòng khí giảm đột ngột,
làm cho hạt bụi rơi xuống dưới tác dụng của trọng lực và bị giữ lại trong buồng
lắng. Nhờ tác dụng của lực hấp dẫn làm cho các hạt bụi lắng xuống khi đi qua
thiết bị. Các hạt bụi này sẽ rơi vào bình chứa hoặc được đưa ra ngoài bằng vít tải
hay băng tải. Hỗn hợp khí chưa sử lý hết bụi được đưa sang Xyclon. Không khí
vào Xyclon sẽ chảy xoáy theo đường xoắn ốc dọc bề mặt trong của vỏ hình trụ.


-

Xuống tới phần phễu, dòng khí sẽ chuyển động ngược lên trên theo đường xoắn
ốc và qua ống tâm thoát ra ngoài. Hạt bụi trong dòng không khí chảy xoáy sẽ bị
cuốn theo dòng khí vào chuyển động xoáy. Lực ly tâm gây tác động làm hạt bụi sẽ
rời xa tâm quay và tiến về vỏ ngoài Xyclon. Đồng thời, hạt bụi sẽ chịu tác động
của sức cản không khí theo chiều ngược với hướng chuyển động, kết quả là hạt
bụi dịch chuyển dần về vỏ ngoài của Xyclon, va chạm với nó, sẽ mất động năng
và rơi xuống phễu thu. Ở đó, hạt bụi đi qua thiết bị xả đi ra ngoài. Hỗn hợp khí

chưa xử lý hết bụi lại tiếp tục được đưa sang thiết bị lọc bụi túi vải để loại bỏ bụi
ra khỏi dòng khí thải sao cho đạt QCVN 19:2009/BTNMT.
Hỗn hợp khí còn lại được đưa sang tháp hấp thụ bằng dung dịch NaO , dung dịch
được bơm từ thùng chứa lên tháp. Dung dịch này sau khi hấp thụ ở đáy tháp được
đưa ra bồn chứa. Tại đây, dung dịch lỏng này sẽ được xử lý sao cho nồng độ của
nước thải đạt được nồng độ cho phép để có thể thải ra môi trường.
3.Tính toán lan truyền chất ô nhiễm không khí.
Xác định nguồn thải là nguồn cao hay nguồn thấp.
Do nguồn thải là ống khói của nhà máy A nên đây là nguồn điểm.
Ta có: 20oC < = = 110 – 25 = 85oC < 100oC Nguồn thải là nguồn nóng.
Xét nhà máy A.
Ta có:
- Chiều rộng: b = 20m < 2,5 HA = 2,5 10 = 25m → nhà A : nhà hẹp
- Chiều dài: l = 80m < 10 HA = 10 10 = 100m →
nhà A : nhà ngắn
→ Nhà A: Nhà hẹp, ngắn.
• Xét khu dân cư B.
Ta có:
- Chiều rộng: b = 15m < 2,5 HB = 2,5 7 = 17,5m → Khu dân cư B là khu dân cư
hẹp.
- Chiều dài: l = 60m < 10 HB = 10 7 = 70m →
khu dân cư B là khu dân cư
ngắn.
→ Khu dân cư B là khu dân cư hẹp và ngắn.
a.
•

Gió thổi A → B. Khoảng cách từ nhà A đến khu dân cư B: x1(m)
Ta có: x1 = 50m < 10 HA = 100m
Ta có :

Trong đó :

→ nhóm nhà

Hgh = 0,36 (bz + x1) +
(Công thức 4.3 trang 149, GS, TS. Trần Ngọc Chấn)


•
•

Hgh : Chiều cao giới hạn của nguồn điểm. (m)
bz: Khoảng cách từ mặt sau (mặt làm chuẩn) của nhà đến nguồn thải. (m)

x1: khoảng cách của 2 nhà. (m)
: Chiều cao nhà B (m)
→
Hgh = 0,36 ( + 50 ) + = 29,8 (m)
Theo Davidson W.F: = D , m
•
•

-

(Công thức 3.39 trang 92, GS,TS. Trần Ngọc Chấn)
Trong đó:
•
•

D: Đường kính miệng ống khói, m. D = 1,5m

w: Vận tốc ban đầu của luồng khói tại miệng ống khói, m/s
w=

Với: L: lưu lượng nguồn thải m3/s
L = = 6,94 m3/s

Suy ra:
•

w = = 3,93 m/s

u: Vận tốc gió, m/s

u(z) = u(10) , m/s. (Công thức 2.35 trang 69, GS,TS. Trần Ngọc Chấn)
Với:
 u(10): Vận tốc gió ở độ cao 10m, u(10) = 5m
 z: độ cao cần tính vận tốc u(z),m
 n: Số mũ được cho ở bảng 2.4 ( 39 trang 92, GS,TS.Trần Ngọc

Chấn). Khí quyến cấp D, độ nhám bằng phẳng → n = 0,12
Suy ra:
•
•

u(z) = 5 = 5,7 m/s

Tkhói: Nhiệt độ tuyệt đối của khói tại miệng ống khói, K.
: Chênh lệch nhiệt độ giữa khói và không khí xung quanh, độ C hoặc K

→ = 1,5 = 1,09 m

Ta có:

Do:

Hhq = Hống + = 35 + 1,09 = 31,09 m

Hhq > Hgh

→

Đây là nguồn thải cao.


b. Tính toán khuếch tán chất ô nhiễm từ nguồn thải cao. (khuếch tán từ nhà máy A

-

đến khu dân cư B)
 Sự khuếch tán bụi:
Theo Gauss cơ sở ta có :
C = exp exp
(Công thức 3.26 trang 78, GS, TS. Trần Ngọc Chấn)

Trong đó:
C: Nồng độ chất ô nhiễm tại nơi tiếp nhận, g/m3.
M: Lượng phát thải chất ô nhiễm tại nguồn điểm liên tục, g/s.
L = 6,94 (m3/s) ; Cbụi = 0,18 (g/m3) => M = L Cbụi = 1,25 g/s
u: Tốc độ gió, m/s. Ta có : HB = 9m => u9 = 4,79 m/s
Tra ở hình 3.9 trang 83 GS,TS.Trần Ngọc Chấn.
Tra ở hình 3.10 trang 84 GS,TS.Trần Ngọc Chấn.

y: Tọa độ của điểm tính toán theo phương vuông góc với hướng gió, chiều ngang,
m.
• z: Tọa độ của điểm tính toán theo phương vuông góc với hướng gió, chiều cao, m.
- Sự khuyếch tán bụi từ nhà A đến vách tường đầu trên mái nhà B.
•
•
•
•
•
•
•

C = exp exp
Với:
•

Khoảng cách từ nguồn thải tới điểm tính toán
x = 50 + 13,33 = 63,33 (m)

Khí quyển cấp D
Theo hình 3.9 trang 83 GS,TS. Trần Ngọc Chấn ta có: = 8
Theo hình 3.10 trang 84 GS,TS. Trần Ngọc Chấn ta có: = 5
y = 0 (Điểm tính toán dọc theo trục hướng gió), z = 9 m
→ C = exp = 3,9 10-4 ( g/m3 )
Sự khuyếch tán bụi từ nhà A đến vách tường sau trên mái nhà B.
•
•
•
•

-

C = exp exp
Với:
•

Khoảng cách từ nguồn thải tới điểm tính toán
x = 63,33 + 15 = 78,33 (m)


Khí quyển cấp D
Theo hình 3.9 trang 83 GS,TS. Trần Ngọc Chấn ta có: = 9
Theo hình 3.10 trang 84 GS,TS. Trần Ngọc Chấn ta có: = 5
y = 0 (điểm tính toán dọc theo trục hướng gió), z = 9 m
→ C = exp = 4,46 10-4 (g/m3)
 Sự khuyến tán khí thải từ nhà A sang nhà B.
Tính Cmax của khí thải trên mặt đất. (theo Gauss biến dạng)
•
•
•
•

-

Ta có:

= = = 21,98

Theo hình 3.10 trang 84 GS,TS. Trần Ngọc Chấn ta có: x = 600m
→

Điểm Cmax không rơi vào nhà B.

Theo Gauss biến dạng ta có:

-

C=
Trong đó :
• C: Nồng độ chất ô nhiễm tại nơi tiếp nhận, g/m3.
• M: Lượng phát thải chất ô nhiễm tại nguồn điểm liên tục, g/s.
• u: Tốc độ gió, m/s. Ta có : HB = 7m => u9 = 4,79 m/s
• Tra ở hình 3.9 trang 83 GS,TS. Trần Ngọc Chấn.
• Tra ở hình 3.10 trang 84 GS,TS. Trần Ngọc Chấn.
• H: Chiều cao hiệu quả của nguồn thải, m. H = 31,09 m
• y: Tọa độ của điểm tính toán theo phương vuông góc với hướng gió, chiều
•

ngang, m.
z: Tọa độ của điểm tính toán theo phương vuông góc với hướng gió, chiều
cao, m.

+ Sự khuyếch tán khí Clo từ nguồn thải A đến nhà B.
 Sự khuyếch tán khí Clo từ nguồn thải đến đầu nhà B phía trên mái nhà.

C=
Ta có :

M: Lượng phát thải chất ô nhiễm tại nguồn điểm liên tục, g/s.
L = 6,94 (m3/s) ; CClo = 0,009 (g/m3) => M = L CClo = 0,0625 g/s

→

C=
= 4,73 (g/m3)


 Sự khuếch tán khí Clo từ nguồn thải đến cuối nhà B phía trên mái nhà.

C=
→

C=
= 4,20 (g/m3)

 Bảng 3: Thông số tính toán khuếch tán từ nhà A đến khu dân cư B.

STT
1
2
3
4
5
6

Thông số
Tổng bụi
Clo
SO2
H 2S

CO
NO2

Nồng độ
đầu ra của
nhà A
Cmax
(mg/Nm3)
180
9
450
6,75
900
765

Hiệu
suất xử
lý bụi,
khí thải
(%)
98,2
88,52
62,35
67,17
81,28
54,91

Nồng độ bụi, khí khuếch
tán đến nhà B (g/m3)
Đầu

Cuối

390
4,73.10-4
2,1.10-2
5,11.10-5
4,72.10-2
4,02.10-2

446
4,20.10-4
2,36.10-2
4,54.10-5
4,2.10-2
3,57.10-2

QCVN05
(μg/m3)

QCVN06
(μg/m3)

100
30
50
42
10000
40

Theo bẳng trên ta thấy nồng độ bụi khi đạt tiêu chuẩn xả thải ở nhà máy A theo
QCVN19-2009 nhưng vẫn vượt tiêu chuẩn QCVN05-2013. Nên ta sẽ tính lại hiệu suất xử
lý bụi của nhà máy.
Tại điểm cuối trên mái nhà B: Cbụi = 100 /m3 = 1 10-4 g/m3
Theo Gauss cơ sở ta có:
C = exp exp
→

M

=

= = 0,156 g/s
→

Cbụi,A = = 0,0225 ( g/m3)

Vậy hiệu suất xử lý bụi là:
H = = = 99,78% m3/s


PHẦN 2: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG XỬ LÝ BỤI.
2.1. Tính toán buồng lắng bụi.
a. Các thông số đầu vào.

-

Các đại lượng

Đơn vị

Số liệu

Lưu lượng

m3/s

6,94

Nồng độ bụi ban đầu

mg/m3

10000

Khối lượng riêng của bụi

kg/m3

4000

Độ nhớt của không khí ở 00C

kg/m.s

17,17.10-6

Thành phần bụi.

Cỡ hạt ()

0–5

5 – 10

10 – 20

20 – 30

30 – 40

40 – 50

50 – 60

60 – 70

%

8

15

13

12

12

11

21

8

-

Hiệu suất xử lý bụi: = 99,78 (%)

Từ đặc điểm bụi và hiệu suất xử lý ta chọn hệ thống xử lý bụi gồm có: buồng lắng,
cyclon, lọc túi vải.
b. Tính toán kích buồng lắng bụi.
 Kích thước buồng lắng bụi:

B l=
(Công thức 6.11_trang 63_ Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, Trần Ngọc Chấn, T2)
Trong đó:
•
•
•
•

B: chiều rộng buồng lắng, m
l : chiều dài buồng lắng, m.
L: lưu lượng khí, L= 6,94 m3/s
µ: hệ số nhớt động lực của khí thải ở 110oC
µ= µo


= 17,17 10-6 = 2,22 10-5 Pa.s

•
•
•

ρb: Khối lượng riêng của bụi, ρb = 4000kg/m3
g: gia tốc trọng trường, g=9.8 m/s2
: Đường kính hạt bụi nhỏ nhất: 50 10-6m
B l = = 28,3 m2

→

Với lưu lượng L = 25000 m3/h thì ta chọn 4 buồng lắng mắc song song mỗi buồng lắng
có L = 6250 m3/h.
Ta có: kích thước mỗi buồng lắng: B.l = 7,075 m2
Theo định luật stokes ta có:

>2
H.B > 6
B.l = 7,075

Chọn l = 4 m thì B = 1,769. Vậy chọn chiều rộng của buồng lắng B = 2m.
Chọn vận tốc trong buồng lắng là 1 m/s ( < 3m/s ). Thì chiều cao buồng lắng là:
H = = = 3,47m
Vậy chọn chiều cao buồng lắng là: H = 3,5 m
 Kiểm tra lại :

=
Với:
•
•

•

δmin: đường kính nhỏ nhất của hạt bụi mà buồng lắng có thể giữ lại được
trọng lượng riêng của bụi ( kg/m3)
µ: hệ số nhớt động lực của khí thải ở 110oC
µ= µo
= 17,17 10-6 = 2,22 10-5 Pa.s

•

ρ: khối lượng riêng của khí thải ở 1100C:


ρ = 1,293 = 1,293 = 0,922 kg/m3
Trong đó :
1,293: Khối lượng khí ở 0oC, 760 mmHg, kg/m3
t : Nhiệt độ khí thải.oC
g: gia tốc trọng trường. (m/s2)
B: chiều rộng của buồng lắng bụi. B = 2m
: chiều dài của buồng lắng bụi. l = 4m
 = = 47,04 m
•
•
•

Như vậy các hạt bụi có đường kính 50 đều bị lắng hết xuống đáy buồng lắng.


Tiết diện đứng của buồng lắng bụi:
m2



Thể tích làm việc của buồng lắng bụi:
21 m3

 Hiệu suất của buồng lắng theo cỡ hạt

Trong đó:
+ µ : Độ nhớt của khí thải ở 100oC
+ L1 : Lưu lượng khí thải trong 1 buồng lắng, L1 = 1,736 (m3/s)
+ ρb : Trọng lượng riêng của bụi, ρb = 4000 kg/m3
+ l : Chiều dài buồng lắng (m)
+ B: Chiều rộng buồng lắng (m)


Hiệu quả lắng bụi của buồng lắng:

ST
T
1

Phân cấp cỡ hạt ban
đầu (%klg)

0-5

5-10

8

15

10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 60-70
13

12

12

11

21

8

Tổng
cộng
100


2

3

4

5

Lượng bụi Gi trên

1m3 khí thải (g/m3).
Hiệu quả lọc theo
cỡ hạt η (δ) % của
buồng lắng
Lượng bụi còn lại
sau buồng lắng
(100-η
(δ)
%)*Gi/100 (g/m3)
Dải phân cấp cỡ hạt
của bụi còn lại sau
lọc
CT:
(5)/∑(5)*100%

0,8

1,5

1,3

1,2

1,2

1,1

2,1

0,8

0,28

2,54

10,17

28,25

55,38

91,54

100

100

0,79
8

1,46

1,17

0,861

0,54

0,093

0

0

4,922

16,2
1

29,6
7

23,77

17,49

10,97

1,89

0

0

100

 Hiệu quả lắng của thiết bị:
= 50,78%
Như vậy, hiệu quả lọc của buồng lắng là 50,78% < hiệu suất tối thiểu cần đạt
được (99,78%) không thỏa mãn yêu cầu => Cần phải sử dụng đến Xyclon.



Kích thước chi tiết của buồng lắng:

ST
T

Các thông số

Kí hiệu

Đơn vị

Giá trị

1

Chiều dài buồng lắng

l

m

4

2

Chiều cao buồng lắng

H

m

3,5

3

Chiều rộng buồng lắng

B

m

2

4

Tiết diện đứng của buồng
lắng

F

m2

7

5

Thể tích làm việc của buồng

V

m3

21

10


Tính toán xyclon.
a. Các thông số đầu vào.
2.2.

Các đại lượng

Đơn vị

Số liệu

Lưu lượng

m3/s

6,94

Nồng độ bụi ban đầu

mg/m3

4922

Khối lượng riêng của bụi

kg/m3

4000

b. Kích thước xyclon.

Chọn 2 cyclon mắc song song với nhau: lưu lượng của mỗi xyclon sẽ là 12500 m3/h
-

Diện tích tiết diện ngang của xyclon là:
F = = = 1,157 m2
Trong đó:
L: lưu lượng dòng khí m3/s
N: Số lượng xyclon đơn nguyên, N = 2
: Tốc độ quy ước 2,3 3 m/s. Chọn = 3 m/s
Đường kính của xyclon:
D = = = 1,2 m
Tốc độ thực tế của khí trong xyclon:
vtt = = = 3,07 m/s
Độ sai lệch so với tốc độ ưu:
= = 2,28% < 15%
•
•
•

-

→

vtt = 3,07 m/s đạt yêu cầu.
 Tính toán số liệu chi tiết xyclon theo kích thước tiêu chuẩn của

Stairmand C.J ta có:


c.
-

Đường kính của xyclon : D = 1,2 m
Đường kính ngoài của ống ra d1 = 0,5 D = 0,6 m
Đường kính trong của cửa thoát bụi là : d2 = 0,3 D = 0,36 m
Đường kính thùng chứa bụi : d3 = D = 1,2 m
Chiều cao cửa vào : a = 0,5 D = 0,6 m
Chiều cao ống tâm có mặt bích: h1 = 0,5 D = 0,6 m
Chiều cao phần hình trụ: h2 = 1,5 D = 1,8 m
Chiều cao phần hình nón: h3 = 2,5 D = 3 m
Chiều cao bên ngoài ống trung tâm: h4 = 0,5 D = 0,6 m
Chiều cao thùng chứa bụi: h5 = 0,5 D = 0,6 m
Chiều cao tổng cộng của xyclon: H = h2 + h3 + h4 + h5 = 6 m
Chiều rộng cửa vào: b = 0,2 D = 0,24 m
Chiều dài cửa ống vào: l = 0,5 D = 0,6 m
Xác định đường kính giới hạn của hạt bụi.
Đường kính giới hạn của hạt bụi:
d0 =
Trong đó:
L: Lưu lượng khí thải đối với 1 xyclon: L = 3,47 m3/s

: hệ số nhớt động của bụi ở 1100 C: = 2,22 10-5 (kg/m.s)
: Khối lượng riêng của bụi, = 4000 ( kg/m3)
r1: bán kính ống khí sạch, r1 = 0,5 d1 = 0,3 m
r2: Bán kính của xyclon: r2 = D/2 = 0,6 m


n: Số vòng quay của dòng khí bên trong xyclon.
n = = = = 5,97 vòng/s
Với: : vận tốc của khí ở ống dẫn vào xyclon
= = = 24,097 m/s
l: Chiều cao làm việc của xyclon: l = H – a = 1,8 – 0,6 = 1,2 m
Với: H: Chiều cao thân hình trụ của xyclon (m)
a: Chiều cao cửa vào (m)
→

=
= 1,3 10-5 m = 13 m)
d. Hiệu quả lọc bụi theo cỡ hạt của xyclon
= 100%
Trong đó: : là hệ số.
=== - 8,26 109

-

Hiệu suất của cỡ hạt:
η() =

ST
T
1

2

3

4

0-5
Phân cấp cỡ hạt 16,2
1
ban đầu (%klg)
Lượng bụi trên
1m3 khí thải
0,8
(g/m3).
Hiệu suất lọc
theo cỡ hạt η (δ) 6,69
%
Lượng bụi còn
lại sau Xyclon
0,75
(g/m3)

5-10

10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 60-70

Tổng
cộng

29,67 23,77

17,49

10,97

1,89

0

0

100

1,46

1,17

0,86

0,54

0,092

0

0

4,922

49,39 100

100

100

100

100

100

0,74

0

0

0

0

0

0

1,49


-

Hiệu suất xử lý của xyclon :
= 100% = 69,93 %
Hiệu suất xử lý bụi sau khi xử lý bằng buồng lắng và xyclon :
= 100% = 85,1 % < Hiệu suất xử lý cần đạt được là : 99,78 % →
phải xử lý tiếp bằng túi lọc vải.

-

Tính tổn thất áp suất của 1 Xyclon: Theo Shepherd và Lapple
KE = = = 6,4
 Tổn thất:
KE= 6,4 24,0972 = 2229,76 (kg/ms2)
 Tổn thất áp suất của 2 Xyclon: 2 = 4459,52 (kg/ms2).
Tính toán lọc túi vải.
Thông số đầu vào:
Lưu lượng khí thải đi vào: Q = 25000 m3/h = 6,94 m3/s.
Khối lượng riêng của bụi: = 4000 kg/m3
Khối lượng riêng của khí ở 110oC: = 0,922 kg/m3
Nồng độ bụi vào thiết bị: Cb = (mg/m3)
2.3.

-

Nhiệt độ khí đầu vào là 110oC nên ta chọn vật liệu lọc của thiết bị là nitron (do độ bền
nhiệt khi tác động lâu dài 120 oC và tức thời 150oC, khá bền hóa học đối với axit, chất
kiềm và chất oxi hóa…)
-

Thiết bị lọc túi vải có hệ thống rung lắc cơ học.
Diện tích 1 túi vải:

Trong đó:
D: Đường kính túi lọc (theo quy phạm D = 125 – 300 mm),
chọn D = 250mm
• h: Chiều cao túi lọc (theo quy phạm h = 2 – 3,5 m), chọn h =
•

-

3,5 m
Tổng diện tích bề mặt túi vải:

Trong đó:
•
•

Q: Lưu lượng khí vào thiết bị (m3/h)
v: Cường độ lọc (m3/m2.h), v = 15 – 200 m3/m2.h, tùy thuộc vào
khí, vải lọc, pha phân tán nhiệt độ và được xác định bằng thực
nghiệm. Chọn v = 100 m3/m2.h.


•
-

Hiệu suất của thiết bị, lấy = 95%

Số túi lọc:

Chọn số túi lọc: n = 100 túi, chia làm 4 đơn nguyên, mỗi đơn nguyên có 25 túi được

chia thành 5 túi hàng dọc và 5 túi hàng ngang.
Chọn khoảng cách:

-

Giữa các túi: d1 = 0,1 m
Giữa các hàng: d2 = 0,1 m
Giữa túi vải ngoài cùng đến mặt trong của thiết bị: d3 = 0,1 m
Chọn độ dày của đế thiết bị: = 0,003 m
Chiều dài của 1 đơn nguyên:

-

=
= 1,856 m
Chiều rộng của 1 đơn nguyên:

•
•
•
•

=
= 1,856 m
- Chiều cao bộ phận lọc: H1 = h = 3,5 m
- Chiều cao bộ phận chấn động trên túi vải: H2 = 0,3 m
- Chiều cao thu hồi bụi: H3 = 0 – 1,5 m. Chọn H3 = 1 m
- Chiều cao của thiết bị: H = H1 + H2 + H3 = 3,5 + 0,3 + 1 = 4,8 m
 Tính toán trở lục của thiết bị:
= A ,N/m2

Trong đó:
• A: Hệ số thực nghiệm kể đến độ ăn mòn, độ bẩn
A = 0,25 – 2,5, Chọn A = 2
n: Hệ số thực nghiệm: n = 1,25 – 1,3, Chọn n = 1,3
v: Cường độ lọc: v = 100 m3/m2.h
→ = 2 = 796,21 N/m2
 Phương pháp hoàn nguyên bộ túi lọc
- Tỉ lệ khí hoàn nguyên:
= = = 0,026 m/s
•
•

Phương pháp hoàn nguyên cơ cấu rung lắc cơ học: = 0,01 – 0,03 m/s
Mà = 0,026 m/s
Vậy chọn phương pháp hoàn nguyên rung cơ học.


Thời gian rung lắc 1 túi lọc khoảng 1 phút nên quá trình rung lắc của cả chu trình làm
việc khoảng 10 phút.
Như vậy hiệu suất xử lý bụi tổng cộng qua 3 thiết bị buồng lắng, xyclon, túi vải là:
Hiệu suất xử lý bụi cần đạt tới là 99,78 %, lượng bụi còn lại sễ được xử lý cùng với quá
trình xử lý khí thông qua tháp đệm.
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ
 Thông số đầu vào.
Các thông số đầu vào

Đơn vị

Giá trị

Lưu lượng (Q)

m3/h

25000

Nồng độ SO2 đầu vào

mg/m3

930

Nồng độ Cl2 đầu vào

mg/m3

61

Hiệu suất tối thiểu xử lý SO2

%

62,35

Hiệu suất tối thiểu xử lý Cl2

%

88,52

Dung dịch hấp thụ (NaOH )

%

10

Khối lượng riêng của than hoạt tính

kg/m3

500

Đường kính hạt than

m

0,004

Độ xốp lớp hấp thụ

%

37

Nhiệt độ đầu vào của tháp

o

110

Nhiệt độ làm việc của tháp

o

50

Nhiệt độ làm của dung dịch NaOH

o

C

25

atm

1

Áp suất

C
C

3.1. Xử lý SO2 và Cl2 bằng phương pháp hấp thụ.


-

Hấp thụ SO2 và Cl2 bằng dung môi hấp thụ là dung môi NaOH 10%
Ta có: Q = V= 25000 (m3/h )

Chọn điều kiện làm việc của tháp là nhiệt độ trung bình của dòng khí vào và dòng
lỏng vào là t0 = 500C
a. Thiết lập phương trình đường cân bằng và đường làm việc.
- Đầu vào.
• Lượng mol hỗn hợp khí vào tháp:
-

Đối với khí SO2
•

Lượng mol khí SO2 đầu vào:

=
•

Nồng độ phần mol của SO2 trong hỗn hợp khí:

•

Nồng độ phần mol tương đối của SO2 là:
=

Đối với khí Cl2
•

Lượng mol Cl2 đầu vào là:

•

Nồng độ phần mol của Cl2 là:

•

Nồng độ phần mol tương đối của H2S là:
=

•

Lượng mol của cấu tử trơ là:


•

Khối lượng riêng của pha khí ở 0oC, 1 atm.
= +

Trong đó:
 Khối lượng riêng trung bình ở 00C, 1atm

= = = 3,075 (kg/m3)
 Nồng độ trung bình ban đầu của hỗn hợp khí là:

= (kmol/kmolhhk)


= 1,293 (kg/m3 )

Suy ra =
= 1,293 (kg/m3 )

→
•

Khối lượng riêng pha khí ở 1000C và 1atm.
= . . = 1,293 . . = 0,946 (kg/m3)

•

Đầu ra.
Đối với khí SO2

Sản lượng mol SO2 được hấp thụ là:

Sản lượng mol SO2 còn lại trong hỗn hợp khí đầu ra:

•

Đối với khí Cl2

Sản lượng mol Cl2 được hấp thụ là:

Sản lượng mol Cl2 còn lại trong hỗn hợp khí đầu ra:


→ Sản lượng mol của khí đầu ra:

•

Nồng độ phần mol của SO2 trong hỗn hợp khí đầu ra là:

•

Nồng độ phần mol tương đối của SO2 là:

•

Nồng độ phần mol của Cl2 trong hỗn hợp khí đầu ra là:

•

Nồng độ phần mol tương đối của Cl2 là:

-

Khối lượng riêng của pha khí ở 00C , 1atm:
= +

Trong đó:
 Khối lượng riêng trung bình ở 00C, 1atm

= = = 3,075 (kg/m3)
 Nồng độ trung bình ban đầu của hỗn hợp khí là:

= (kmol/kmolhhk)


= 1,293 (kg/m3 )

Suy ra =

→ = 1,293 (kg/m3 )
-

Khối lượng riêng pha khí ở 500C, 1atm (ta xem như nhiệt độ dòng khí ra bằng
nhiệt độ làm việc của tháp)
= . . = 1,293 . . = 1,093 (kg/m3)


b. Xây dựng đường cân bằng.

Ta có:
Trong đó :
 : là hằng số cân bằng
o Với: ψ là Hệ số Henry (Tra bảng IX.1- Sổ tay quá trình thiết bị công
o




nghệ hóa chất- tập 2 )
P là áp suất, mmHg ( P = 1 atm = 760 mmHg )
Nhiệt độ làm việc trong tháp là 50oC
:nồng độ mol khí ở pha lỏng
: nồng độ mol khí ở pha khí ở trạng thái cân bằng
SO2

m = =
(= 0,0653 .)

Ta thấy y nên ta có Y = X

Cl2

( = 0,677 . )

Ta thấy yY nên ta có: Y= X

-

Phương trình đường cân bằng của SO2 : Y = X

-

Phương trình đường cân bằng của H2S : Y =X

c. Xây dựng đường làm việc


 Đối với khí SO2
-

là giao điểm của đường = với đường cân bằng Y = X
Ta có: =

→ = 5,3119.10-6 (kmolSO2/kmol dung dịch)
-

Nồng độ ban đầu (coi ban đầu trong pha lỏng nồng độ chất đang xét không có)

-

Xác định tỉ lệ

→Sản lượng mol tối thiểu:
= 53,747.Gtr == 42763,532 (kmol/h)
-

Sản lượng mol thực tế: (Lấy hệ số thừa dư là 1,2)

-

Đường làm việc SO2 qua 2 điểm :
(
( 0; )

 Đối với khí Cl2
-

là giao điểm của đường = với đường cân bằng Y = X
Ta có: =

→ = 3,029.10-8 (kmolCl2/kmol dung dịch)
-

Nồng độ ban đầu (coi ban đầu trong pha lỏng nồng độ chất đang xét không có)

-

Xác định tỉ lệ

→Sản lượng mol tối thiểu:
= 786,99.Gtr == 626164,6586 (kmol/h)
-

Sản lượng mol thực tế: (Lấy hệ số thừa dư là 1,2)


-

Đường làm việc qua 2 điểm :
(
( 0; )

d. Tính toán dung dịch NaOH cần dùng
 Đối với SO2
- Các phản ứng xảy ra trong tháp :

SO2 + 2NaOH Na2SO3 +H2O

(1)

Na2SO3 + SO2+ H2O 2NaHSO3

(2)

SO2 + NaHSO3+ Na2SO3 +H2O 3 NaHSO3

(3)

 Đối với Cl2

-

Các phản ứng xảy ra trong tháp:
Cl2 + 2NaOH = NaCl + NaClO + H2O
(5)
Từ phương trình (1) ta tính được mNaOH cần để hấp thụ SO2.
= = = 18,16
Khối lượng dung dịch NaOH 10% cần để hấp thụ SO2
= = = 181,6

-

Từ phương trình (5) ta tính được mNaOH cần để hấp thụ Cl2
= = = 1,52
Khối lượng dung dịch NaOH 10% cần để hấp thụ H2S
= = = 15,2

→

Vậy khối lượng dung dịch NaOH 10% cần thiết để hấp thụ khí SO2 ,Cl2
M= + = 181,6 + 15,2 = 196,8

-

Khối lượng riêng của dung dịch NaOH 10% ở 250C là: