Đề xuất sơ đồ công nghệ và tính toán các công trình chính trong một hệ thống xử lý khí thải (Có bản Cad)

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG
Độc lập- Tự do – Hạnh phúc
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN
VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Anh Quân
Lớp: ĐH3CM2
Họ và tên giảng viên hướng dẫn: Đoàn Thị Oanh
1- Đề xuất sơ đồ công nghệ và tính toán các công trình chính trong một hệ thống
xử lý khí thải theo các số liệu dưới đây:
- Lưu lượng: 35000 m3/h
B

A
Hướng gió

2/3

Nhà A
l
60m

hA
4m

b
70m

Hàm lượng g/m3

15
0-5
11

u10
2m/s

5-10
14

10-20
11

20-30
13

Nhiệt độ khí thải oC
80

b

L1

b

b
30m

l

l

Nhà B
l
125m

hB
11m

L1
38 m

H ong khoi
26m

Bụi
Khối lượng riêng kg/m3
3000
Cỡ hạt
30-40
40-50
50-60
60-70
21
11
11
8
Thông số khí thải nhà máy A
Nồng độ khí (mg/m3)
Clo

SO2
H2S
CO
NO2
28
2500
3
8000
300


2- Thể hiện các nội dung nói trên:
- Thuyết minh
- Sơ đồ công nghệ
- Bản vẽ chi tiết hai công trình xử lý bụi và khí
Sinh viên thực hiện
Giảng viên hướng dẫn

I.

CHƯƠNG II: ĐỀ XUẤT VÀ THUYẾT MINH CÔNG NGHỆ
ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ THẢI


I.1.
I.1.1.

Theo dữ liệu đề bài
Tính nồng độ cho phép
- Lưu lượng nguồn thải : Q = 35.000 ( m3/h) = 9,72( m3/s )

- Khối lượng riêng của bụi : = 3000 ( kg/m3 )
Áp dụng QCVN 19/ 2009/ BTNMT: Quy chuẩn quốc gia về khí thải công nghiệp
đối với bụi và các chất vô cơ:
Nồng độ tối đa cho phép của bụi và các chất vô cơ trong khí thải công nghiệp được
tính theo công thức :
=C
-

Trong đó:
+ CMax là nồng độ tối đa cho phép của bụi và các chất vô cơ trong khí thải
công nghiệp ( mg/Nm3)
+ C là nồng độ của bụi và các chất vô cơ quy định tại mục 2.2 (mg/Nm3)
+ Kp là hệ số lưu lượng nguồn thải quy định tại mục 2.3
Do 20.000 < P < 100.000 (m3/h) Kp = 0,9
+ Kv là hệ số vùng, khu vực quy định tại mục 2.4

Giả sử:
- Nhà máy được đặt trong khu vực loại 3:Khu công nghiệp; đô thị loại V; vùng
ngoại thành, ngoại thị đô thị loại II, III, IV có khoảng cách đến ranh giới nội
thành, nội thị lớn hơn hoặc bằng 02 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 02 km Kv = 1.
-

Nhà máy hoạt động sau 16/01/2007 nên áp dụng tiêu chuẩn ở cột B.
Bảng: Nồng độ tối đa cho phép đối với hạt bụi và các chất vô cơ trong khí
thải công nghiệp

Thành phần

C(mg/m3)- Cột B
QCVN19:2009

Cmax (mg/m3)

Bụi

200

180,00


I.1.2.

Clo

10

900

SO2

500

450

H2S

7,5

6,75

CO

1000

900,00

NO2

850

765

Tính nồng độ đầu vào của khí thải
- Theo số liệu đầu vào, nồng độ các chất vô cơ (C1) tại miệng khói có nhiệt độ
là 80oC, nhưng nồng độ các chất vô cơ tối đa cho phép (Cmax) được tính toán
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(80oC)  C2 (25oC)
- Đây là trường hợp điều kiện đẳng áp với: Áp suất p1= p2= 760 mmHg
- t1= 80oC  T1= 353oF
- t2=25oC  T2=298oF
- Từ phương trình khí lý tưởng : P.V=n.R.T
C2 = C1 = C1
-

Trong đó:
C1, T1: Nồng độ của các thành phần trong khí thải (mg/m 3) ở nhiệt độ
tuyệt đối T1= 353oF
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
Thành phần

C800C (mg/m3)

Bụi

15000

C250C (mg/m3)
15000

Clo

28

33,2

SO2

2500

2961,4

H2S

3

3,6

CO

8000

9476,5

NO2

300

355,4

Kết luận:
Ta được bảng số liệu:


TT

Thành phần

C25 oC
(mg/Nm3)

Cmax
mg/Nm3

Kết luận

1

Bụi

15000

180,00

Vượt QC

2

Clo

33,2

900

Đạt QC

3

SO2

2961,4

450

Vượt QC

4

H2S

3,6

6,75

Đạt QC

5

CO

9476,5

900,00

Vượt QC

765

Đạt QC

6
I.2.

355,4
NO2
 Phải xử lý cả bụi và khí CO và SO2
Đề xuất dây chuyền xử lý công nghệ

ống khói nhà máy

Xyclon

Túi vải

Tháp hấp thụ
SO2


Tháp hấp phụ
khí CO

Khí sạch ra

Thuyết minh dây chuyền xử lý:
-

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.


-

Khí thải được dẫn vào tháp hấp thụ SO 2 từ dưới lên dung dịch hấp thụ đi từ trên
xuống nhờ bơm và giàn phun lỏng. Khi SO 2 tiếp xúc với dung dịch đá vôi sẽ phản
ứng và tạo thành CaSO3, dưới tác dụng của oxi không khí và nước CaSO 3 bị oxy
hóa tạo thành thạch cao tại bể oxy hóa. Khí được đưa qua giàn khử ẩm để tách
nước và bùn còn dích trong dòng khí trước khi được đưa qua tháp hấp phụ CO.
Dung dịch hấp thụ sẽ được tuần hoàn trở lại nhờ bơm sau 1 chu kỳ nhất định bùn
thạch cao sẽ được tách ra ngoài. Khí thải được dẫn vào tháp hấp thụ SO 2 từ dưới
lên dung dịch hấp thụ đi từ trênxuống nhờ bơm và giàn phun lỏng. Khi SO 2 tiếp
xúc với dung dịch đá vôi sẽ phản ứng và tạo thành CaS Dòng khí thải được dẫn
vào ở đáy tháp, đi qua lớp vật liệu hấp phụ bằng than hoạt tính, chất ô nhiễm CO
được giữ lại trong các khe rỗng của than và trên bề mặt than. Còn không khí sạch
thoát ra ngoài đỉnh tháp.Khi than đã bão hòa, người ta nhả hấp để thu hồi chất ô
nhiễm và để than có thể hấp phụ trở lại

TÍNH TOÁN KHUẾCH TÁN CHẤT Ô NHIỄM
II.1. Xác định tính chất của nguồn thải
• Phân loại nguồn cao thấp
- Áp dụng công thức :
Hhq = Ho + ∆h (trang 46_kỹ thuật xử lý khí thải)
Trong đó:
Hhq : chiều cao hiệu quả của nguồn thải (m)

Ho : chiều cao thực của nguồn thải (m)
∆h : độ cao nâng của nguồn khí thải (m)
- Tính độ cao nâng của nguồn khí thải theo công thức của davidson W.F
∆h = D ()1,4 (1+) (trang 43_ kỹ thuật xử lí khí thải) (3)
II.

Trong đó:

u là vận tốc gió tại miệng ống khói (m/s)

D là đường kính của miệng ống khói (m)
W là vận tốc ban đầu của luồng khói tại miệng ống khói (m/s)
Tk là nhiệt độ tuyệt đối của khói tại miệng ống khói ( K)
∆T chênh lệch nhiệt độ giữa khói và không khí xung quanh oC hoặc là K

-Tính vận tốc gió trung bình ở độ cao 40m tính từ mặt đất


u = u1.()n
Trong đó: u1 tốc độ gió đo ở chiều cao 10m
u tốc độ gió ở độ cao z
n chỉ số mũ, chọn độ gồ ghề của mặt đất zo = 0,01m với cấp độ của
khí quyển là D => tra bảng 2.1 sách quá trình xử lí khí thải trang 43
ta được n = 0,12
Vậy u = 2. (26/10)0,12 = 2,24(m/s)

-

Tính tốc độ khí thải:
w = = = 77,23( m/s)

Thay w vào (3) ta được: ∆h = 0,4 .()1,4 (1+) = 65,7 (m)
⇒

•

Hhq = 26 + 65,7= 91,7 (m)
Phân loại tòa nhà theo kích thước

-

Có bA = 30 > 2,5hA = 10

-

Có L1 = 38 > 8hA nhà A là nhà rộng, đứng độc lập.
Ta có
Hgh = 0,36.bz + 1,7 h ( trang 49_kỹ thuật xử lý khí thải)
Trong đó:
bz là khoảng cách từ mặt sau của nhà tới nguồn thải.
bz = = 20 (m)
h là chiều cao tòa nhà

⇒

⇒

⇒

⇒

nhà A là nhà rộng

Hgh = 0,36.20 + 1,7 .4 = 14 (m)

Hhq = 91,7 (m)> Hgh= 14 (m)

Kết luận: Nguồn tại nhà A là nguồn thải cao, nóng ( T = 80oC)
II.2.

Tính toán khuếch tán nguồn điểm cao:


Gọi p, q lần lượt là hệ số khuếch tán theo phương thẳng đứng và phương
-

nằm ngang.
Vì khí quyển ở mức trung tính (cấp D), tức là khí quyển có độ rối trung bình nên: p

-

= 0,05 và q = 0,08
Khoảng cách từ nguồn (chân ống khói) đến vị trí có nồng độ cực đại C max trên mặt
đất là:
xM = = = = 917 (m)
 Nồng độ tối đa cho phép thải ra ngoài môi trường của các khí:
Thông số
Clo

Nồng độ cho phép (mg/m3)

10

SO2

500

H2S

7,5

CO

1000

NO2

850

Lượng phát thải chất ô nhiễm:
M = CQ (g/s)
Suy ra:

-

= 0,097 (g/s)
= 4,86(g/s)
= 0,073 (g/s)
=9,7 (g/s)
= 8,26 (g/s)
Nồng độ chất ô nhiễm lớn nhất trên mặt đất là:

= 0,216 ()
3
3
 =0,216() = 5,75(g/m ) = 0,575 (/m )
3
3
 =0,216() =28,7 (g/m ) = 28,7 (/m )
3
3
 =0,216() = 4,3 (g/m ) = 0,43 (/m )
3
3
 =0,216() = 57,4 (g/m ) = 57,4(/m )
3
3
 =0,216() = 48,9 (g/m ) = 48,9(/m )

Bảng so sánh nồng độ của các khí với QCVN 05:2013 và QCVN 06:2009. Đơn
vị: /m3)


Thông số

Thời gian
trung bình

Clo

24h

SO2

1 năm

H2S

1h

CO

24h

NO2

24h



CM
/m3)
0,575

Nồng độ cho
phép (µg/m3)
30
50

28,7

42

0,43
57,4
48,9

5000
100

QCVN
06:2009/BTNMT
QCVN 05:2009/
BTNMT
QCVN
06:2009/BTNMT
QCVN 05:2009/
BTNMT
QCVN 05:2009/
BTNMT

Từ bảng trên ta thấy:

Các khí sau khi được xử lý để đạt theo QCVN 19/2009/BTNMT, sau quá
trình khuếch tán đến khu dân cư B thì nồng độ của các khí ô nhiễm vẫn
nằm trong giá trị cho phép được quy định trong QCVN 05/2013 và QCVN
06/2009 của BTNMT
II. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ XỬ LÝ BỤI
2.1.1. Xyclon:
- Các thông số cần thiết cho tính toán và thiết kế:
+ Lưu lượng khí vào Xyclon: 35000 m3/h
+ Khối lượng riêng của hạt bụi: 3000kg/m3

+ Nồng độ bụi vào Xyclon: 15g/m3
-

Gọi:

+ D là đường kính của Cyclon (m)
+ b là chiều rộng của cửa dẫn khí vào (m)
+ a là chiều cao ống dẫn khí vào (m)
+ H là chiều cao của thân hình trụ (m)
+ l là chiều cao làm việc hiệu quả của Cyclon (m)
+ r1, r2 lần lượt là bán kính ống trung tâm, thân hình trụ (m)
+ µ là độ nhớt của khí thải (kg/m.s hay Pa.s)
+ là trọng lượng riêng của bụi (kg/m3)
+ L là lưu lượng khí thải (m3/s)


-

-

Vì lưu lượng khí đi vào xyclon khá lớn nên ta thiết kế 2 Xyclon giống nhau
mắc song song để giảm lưu lượng vào mỗi Xyclon, khi đó hiệu quả lọc bụi
chung của hệ thống tương đối cao mà tổn thất áp suất nhỏ.
Lưu lượng xử lý khí ở mỗi xyclon là :
Q = 17500m3/h
 Tính cho 1 Xyclon:

-

Theo kích thước tiêu chuẩn của Xyclon theo Stairmand với loại lưu lượng

khí thải nhỏ, ta có:
b=0,2D;
a=0,5D;
H=1,5D;
l=H-a= 1D;
r1=0,25D;
r2=0,5D

-

Đường kính của Xyclon:
= = 1,574 (m) => chọn D=1,6m
 b = 0,2D = 0,32 (m)


a =0,5D = 0,8 (m)
H =1,5D = 2,4 (m)
l =H-a = 1D = 1,6 (m)
r1 = 0,25D = 0,4 (m)
r2 = 0,5D = 0,8 (m)
 Diện tích tiết diện ngang của Xyclon:
F = = = 2,01 (m2)
Trong đó: F là diện tích tiết diện ngang của Xyclon (m2)
L là lưu lượng dòng khí (m3/s)
Wq là tốc độ quy ước (=2,2-2,5 m/s) => Chọn 2,5 m/s.
 Vận tốc dòng khí tại cửa vào:
= = 18,984 (m/s)
-

Vận tốc tiếp tuyến trung bình bên trong Xyclon:

= (0,71) = 0,718,984 = 13,289(m/s)
Bán kính trung bình của Xyclon:
ro= = = 0,6 (m)
Xác định đường kính giới hạn của hạt bụi:
min=
Trong đó:
•
•

đường kính giới hạn của hạt bụi
: hệ số nhớt động lực của bụi
min :

Với nhiệt độ khí thải là 800C:

•

l: chiều dài thiết bị
l = H – a = D =1600mm

r1 = 0,5D = 800mm
r2 = 0,25D = 400mm
n: số vòng quay của dòng khí bên trong xyclon
(n là số vòng quay; vg/s)
Thay số liệu vào ta có:
min =
-5
= 1,66710 (m) =16,67 m)

•

•
•


Hệ số :

-

= -3n2l = - 4,99.109
Hiệu suất của cỡ hạt:
η() =
ST
T
1
2

3

4

0_5
Phân cấp cỡ hạt
11
ban đầu (%klg)
Lượng bụi trên
1m3 khí thải
1,65
(g/m3).
Hiệu suất lọc
theo cỡ hạt η (δ) 4,09

%
Lượng bụi còn
lại sau Xyclon
1,58
(g/m3)

5_10

10_2
0

20_3
0

30_4
0

40_5
0

50_6
0

60_7
0

Tổng
cộng

14

11

13

21

11

11

8

100

2,1

1,65

1,95

3,15

1,65

1,65

1,2

15

32,63 89,94

100

100

100

100

100

1,41

0

0

0

0

0

0,165

Hiệu suất làm sạch của xyclon:
= .100 = 78,97%



ST
T

Kích thước chi tiết của Xyclon:

Các thông số

Kí hiệu

Đơn vị

Giá trị

1

Chiều rộng của cửa dẫn khí
vào

b

m

0,32

2

Chiều cao ống dẫn khí vào

a

m

0,8

3

Chiều cao của thân hình trụ

H

m

2,4

4

Chiều cao làm việc hiệu quả
của Xyclon

l

m

1,6

3,155

5

Bán kính ống trụ trung tâm

r1

m

0,4

6

Bán kính thân hình trụ

r2

m

0,8

2.1.2
-

-

-

Lưới lọc bụi:

Lưu lượng khí thải: L=583,33 (m3/ph)

Trọng lượng riêng của bụi: b = 3000 (kg/m3)
Trọng lượng riêng của khí: k = 1,2 (kg/m3)
Nồng độ bụi vào thiết bị: Cv = 3,155 (g/m3) = 3155 (mg/m3)
Hiệu suất tối thiểu mà lưới lọc bụi cần xử lý để bụi thải ra đạt QCVN
19:2009/BTNMT là:
ηXL = = 94,29 %
Ta chọn loại túi vải tổng hợp (vì vải tổng hợp chịu được nhiệt độ cao, bền
dưới tác dụng cơ học và hóa học, rẻ tiền).
 Cường độ lọc V=0,51 (m3/m2ph) => chọn vận tốc lọc là V=1 (m/ph)
( Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải_tập 2)
Tổng diện tích bề mặt túi vải:
S= = = 618,66 (m2)
Chọn đường kính túi vải: D = (125mm - 300mm)
 Chọn D = 0,3m
( Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải_tập 2)

-

Chiều cao túi vải: h=(2 – 3,5 m)
 Chọn h = 3,3 m.
( Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải_tập 2)

Diện tích túi vải: f=Dh= 3,14= 3,1086 (m2)
 Số túi vải: n = = 200(túi)
Chọn số túi vải là 200 túi chia làm 4 đơn nguyên. Mỗi đơn nguyên có 50 túi
được chia thành 10 hàng ngang và 5 hàng dọc.
- Chọn khoảng cách:
+ Giữa các túi là d1=0,1m
+ Giữa các hàng là d2=0,1m
+ Giữa túi vải ngoài cùng đến mặt trong của thiết bị, đơn nguyên là d3=0,1m

+ Chọn bề dày của thiết bị, đơn nguyên = 0,003m
+ Khoảng cách giữa các đơn nguyên b = 0,1m
-


Đặt 4 đơn nguyên thành 2 hàng dọc và 2 hàng ngang.

•

 Chiều dài của một đơn nguyên:
L1’ = (2-1)d1+6D = 1 = 1,9 (m)
 Chiều rộng của một đơn nguyên:
B1’= (2 - 1)d2 + 6D=1 = 1,9 (m)
 Chiều rộng của thiết bị:
B’ = 2B1’ + 4d3 + 3 = 21,9 + 4 = 4,309 (m)
 Chiều dài của thiết bị:
L’ = 3 L1’ + 6d3 + 4 = 31,9 + 6 = 6,512 (m)
Tổn thất áp lực của thiết bị lọc bụi túi vải vào khoảng 1300-1400N/m2
( Kỹ thuật xử lý khí thải_ĐH TN và MT HN_trang 101)

-

Lưu lượng không khí để thổi giũ bụi là:
L2 = (1,51,8) S2 = 1,52824,873 = 4237,3095 (m3/ph)
+ Trong đó: S2: là diện tích bề mặt vải lọc của các đơn nguyên cần tiến hành
chu kì hoàn nguyên (m2).
(Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải_tập 2_trang 174g
-



ST
T

Kích thước chi tiết của thiết bị lọc bụi túi vải:
Các thông số

Kí hiệu

Đơn vị

Giá trị

1

Đường kính túi vải

D

m

0,3

2

Chiều cao túi vải

h

m

3,3

3

Diện tích túi vải

f

m2

4

Tổng diện tích bề mặt túi vải cần
dùng

F

m2

618,66

5

Khoảng cách giữa các túi

d1

m

0,1

6

Khoảng cách giữa các hàng

d2

m

0,1

7

Giữa túi vải ngoài cùng đến mặt
trong của thiết bị, đơn nguyên

d3

m

0,1

8

Chọn bề dày của thiết bị, đơn
nguyên

m

0,003

9

Khoảng cách giữa các đơn

m

0,1

b


nguyên
10

Chiều dài của một đơn nguyên

L1’

m

1,9

11

Chiều rộng của một đơn nguyên

B1’

m

1,9

12

Chiều rộng của thiết bị

B’

m

4,309

13

Chiều dài của thiết bị

L’

m

6,512

III.

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ XỬ LÝ KHÍ

III.1. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THÁP HẤP THU SO2
III.1. TÍNH TOÁN CÁC DÒNG VẬT CHẤT - ĐƯỜNG CÂN BẰNG PHA

III.1.1.Xác định các dòng vật chất:

Gđ, Gc : suất lượng hỗn hợp khí đầu vào – ra (kmol/h)


Lđ, Lc : suất lượng CaCO3 đầu vào – ra (kmol/h)
Yđ,Yc : Nồng độ đầu và cuối của SO2 trong pha khí
(kmol/kmol trơ)
Xđ,Xc : Nồng độ đầu và cuối của SO2 trong pha lỏng
(kmol/kmol lỏng)
1. Tính toán số liệu đầu vào
Vì nhiệt độ khí thải là 80 0C và qua các quá trình lọc bụi thì nhiệt độ dòng khí thải
đã bị giảm xuống. Vậy giả sử nhiệt độ khí thải sau quá trình lọc bụi đã bị giảm
xuống còn 300C.
-Ta

có:
+ Ở 800C:
PV = n1T1
0
+ Ở 30 C:
PV = n2T2
 n1T1 = n2T2 hay C1T1 = C2T2
C2 = = =

Đơn vị
Ở 800C
Khí SO2
mg/m3

2500
- Lưu lượng khí vào một tháp hấp thụ:
Q1 = = 17500(m3/h)
- Lượng mol hỗn hợp khí cung cấp đầu vào:
= = = 704,34(
- Lượng mol khí đầu vào:
= (
- Nồng độ phần mol tuyệt đối:
= (
-

Ở 300C
2912,54

Nồng độ phần mol tương đối:
= (

Ta có bảng sau:
(mg/m3)

M

Khí SO2
2912,54
64
- Lượng mol khí trơ:

(

(

(

0,796

1,1310-3

1,13×10-3


=
= 704,34 – 0,796
= 703,54 (
2. Tính toán số liệu đầu ra:
- Ta có:
+ Ở 250C:
PV = n1’T1’
0
+ Ở 30 C:
PV = n2T2
 n1’T1’ = n2T2 hay C1’T1’= C2T2
C2 = = =
(Nồng độ các chất khí ở 250C là lấy theo QCVN 19:2009/BTNMT)
 Ta có bảng sau:
Ở 250C
500

Đơn vị
Khí SO2
mg/m3

- Lượng mol khí đầu ra:

Ở 300C
491,75

= (
-

Lượng mol hỗn hợp khí đầu ra:
= Gtr +

-

Nồng độ phần mol tuyệt đối:
= (

-

Nồng độ phần mol tương đối:
= (
 Ta có bảng sau:
(mg/m3)

M

(

Khí SO2
491,75
64

 Bảng: Hiệu suất xử lý các khí:

(

(

1,90210-4

1,902×10-4

Cv
Cr
Khí SO2
2912,54
491,75
- Lượng mol khí SO2 bị hấp thụ:
= = 0,796 – = 0,662 (
3. Xây dựng đường cân bằng và đường làm việc:
 Xây dựng đường cân bằng:
- Phương trình đường cân bằng có dạng: y* = mx
Vì y Y nên Y* = mX

ɳ
83,12%


Trong đó:
m_Hệ số Hery (Tra bảng 3.1_Các quá trình thiết bị trong công nghệ hóa chất
và thực phẩm-Tập 4)
m=

Với: P_áp suất (mmHg)
Nhiệt độ trong tháp là 300C.
 Bảng phương trình cân bằng của các chất khí:
m = = 47,89
Y* = 47,89X
 Xây dựng đường làm việc:
PTCB vật chất:

Có = 0
-

Ta có: thay vào PTCB =>
_nồng độ cân bằng ứng với nồng độ đầu của hỗn hợp khí.
Lượng dung môi tối thiểu của quá trình hấp thụ:
(CT 3.6_Các quá trình, thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm-Tập 4)
+ Chọn hệ số thừa dư thực tế là 1,2.
 Lượng dung môi thực tế: = 1,2

-

Lượng dung môi cần thiết:
= Gtr
 Xc = (

SO2

Yđ
1,13×10-

Yc

1,902×10-

3

4

Đơn vị Kmol/K
mol

-

Kmol/Km
ol

Xc
2,36

28016,39

6,54

1,01

Kmol/Kmol

Kmol/h

Kmol/h

Kmol/Kmol

Phương trình đường làm việc có dạng:


Y = aX+b
+ Phương trình đường làm việc đi qua các điểm:
A(
B(
+ Tìm a,b:
a, b là nghiệm của hệ phương trình:
=a+b
=a+b
Phương trình đường làm việc của khí SO2:
+ Phương trình đi qua 2 điểm: A3(0; 1,902×10-4)
B3(1,01; 1,13×10-3 )
Giải hệ phương trình ta được: a= 930,495; b= 1,902×10-4
Phương trình làm việc có dạng: Y= 930,495 X+ 1,902×10-4
4. Tính toán lượng dung dịch CaCO3 cần dùng để hấp thụ khí SO2
Lượng đá vôi cần thiết cho hệ thống xử lý được tính theo phản ứng tổng quát
sau: CaCO3 + SO2 + O 2 + H2O → CaSO4.2H2O + CO2 (*).
= = 66,2(kg/h)
Để đảm bảo cho tháp hấp thụ vận hành tốt lượng đá vôi cần chọn dư rất
nhiều.
Thông thường, nồng độ đá vôi được lấy bằng 10%. Trong 10% đó chỉ có 4%
tham gia phản ứng [16]. Như vậy lượng đá vôi phải lớn hơn 2,5 lần lượng đá
vôi cần thiết.
→ mCaCO3 = 66,2 . 2,5 = 165,5(kg/h)
Dung dịch sữa vôi dùng hấp thụ khí SO 2 có nồng độ 10% là: mdd = 1655
kg/h.
Khối lượng riêng của dung dịch hấp thụ với nồng độ pha rắn là 10% :

ρdd = 0,9. ρn + 0,1. ρCaCO3
trong đó :
- ρn : khối lượng riêng của nước, tại 250C, ρn = 997,8 (kg/m3)
- ρCaCO3 : khối lượng riêng của đá vôi, ρCaCO3 = 2650 (kg/m3)
→ ρdd =0,9 . 997,8 + 0,1 . 2650 = 1163 (kg/m3)
Vậy lưu lượng dung dịch sữa vôi cần thiết là: Vdd = 1655/1163 = 1,423 (m3/h)
5. Tính toán tháp hấp thụ khí SO2:
(1) Vật liệu đệm:
( Bảng IX.8_Sổ tay quá trình và thiết bị côg nghệ _Tập 2_Trang 193)
Chọn đệm xếp lộn xộn:
- Đệm vòng sứ Rasich (do các khí có tính axit)
- Kích thước: 50
•


-

Bề mặt riêng của đệm () (m2/m3): 95
Thể tích tự do của đệm ((m3/m3): 0,79
Khối lượng riêng của đệm (: 500
Số viên đệm/1m3: 5800

Đường kính tháp:

(2)

D=
•

Trong đó:

Vy là lưu lượng pha khí theo thể tích

w là vận tốc làm việc của tháp: w = (0.8 – 0.9)
( CT IX.114_Sổ tay quá trình và thiết bị côg nghệ _Tập 2_Trang 187)
 Chọn w= 0,8
là vận tốc đảo pha được xác định bằng công thức
Y = 1,2
( CT IX.114_Sổ tay quá trình và thiết bị côg nghệ _Tập 2_Trang 187)
+ Trong đó: X =
( CT IX.114_Sổ tay quá trình và thiết bị côg nghệ _Tập 2_Trang 187)
- Ta có:
• /= 2,71
(tra bảng I.56-Tại x=5%(Nội suy) _Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa
chất_Tập 1_Trang 45)
 = = 2,71 = 2710
(CT I.6_Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất_Tập 1_Trang 6)
•
3
• = = = 1,175 (kg/m )
(Bảng I.8_Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất_tập 1_Trang 15)
- Ta có:
= = = 0,465 (
 Suất lượng trung bình của pha lỏng :
Gx = = 12,92 (kg/s)
-

 X=

Ta có:
= = = 0,465(

= 0,465 = 8,27.10-3 (kg/s)
= = 0,425


 Y = 1,2 = 1,2 = 0,219

•

•

Mà:
( CT IX.114_Sổ tay quá trình và thiết bị côg nghệ _Tập 2_Trang 187)
- Lại có:
độ nhớt pha lỏng
(Tra bảng I.101_x=5%_Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất_Tập
1_Trang 100)
0
độ nhớt của nước ở nhiệt độ 20 C.
(Bảng I.102_Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất_tập 1_Trang
95)
o
= 5,061 (m/s)
+

w (m

 Đường kính tháp :
D= = (m) chọn D = 1,3m
 Diện tích tiết diện ngang của tháp :
(3) Chiều cao tháp đệm:

 Các định số đơn vị truyền khối tổng quả của pha khí
o Đối với khí SO2
- Động lực trung bình tại đỉnh tháp hấp thụ:
thay vào PTCB Y* = 47,89X ta được:
 = 4,84(
 = =
= (
Động lực trung bình tại đáy tháp hấp thụ:
thay vào PTCB Y* = 47,89X ta được:
 = 0(
 = = 1,902×10-4 (
- Động lực trung bình của quá trình:
= = = 2,13 (
- Số đơn vị truyền khối:
= = = 4,412
 Chiều cao lớp đệm:
H = hyny
Trong đó:
-


+ H: Chiều cao của đoạn đệm (m)
+ hy: Chiều cao một đơn vị chuyển khối (m)
+ ny: Số đơn vị chuyển khối
• Chiều cao của một đơn vị truyền khối:
+ Theo Kafarov – Duneski thì:
hy = 200
( CT 3.29_Các quá trình thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm-Tập
4_Trang 170)





Trong đó:
+ : Tiết diện tự do của đệm (m2/m2) có trị số bằng thể tích tự do của đệm
+ w: Vận tốc làm việc trong tháp (m/s)
 hy = 200 = 200 = 0,365(m)
 Đối với SO2: H = 0,365 4,412 = 1,61 (m)
Số đệm:
- Ta có: hd = (2,54m) (phụ thuộc vào đường kính tháp)
 Chọn hd = 2,5m
- Có: Hlv = n.hd
 n = 1,61 : 2,5 = 0,64 (đoạn đệm) => Chọn 1 đoạn đệm => Hlv=2,5m
Chiều cao thực tế của tháp đệm:
H = HLV + ZL + ZC
Trong đó:
+ ZL, ZC: Lần lượt là khoảng cách từ lớp đệm đến nắp và từ lớp đệm đến đáy
tháp (m).
Bảng lựa chọn ZL, ZC:

Đường kính, mm
ZL, mm
400 – 1000
600
1200 – 2200
1000
2400
1400
Do D = 1,3m => ZL = 1000 (mm) và Zc = 2000 (mm)

 H = 2,5 + 1,0 + 2,0 = 5,5 (m)
(4) Trở lực của tháp đệm:
• Độ nhớt của hỗn hợp khí thay đổi theo nhiệt độ:
= (3/2

Zc, mm
1500
2000
2500

(CT I.20_Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất_Tập 1_Trang 86)


Trong đó:

+ : Độ nhớt động lực của khí ở nhiệt độ 0 0C;179.10-7 Ns/ m2
+ T: Nhiệt độ của khí, 0K;
+ C: Hằng số phụ thuộc từng loại khí (Tra bảng I.113_Sổ tay

quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất_Tập 1). Do không có số liệu nên ta chọn
C= 128
= (3/2 = 1,745 (N.s/m2)
• Chuẩn số Reynol:
Rey =
( CT trang 172_Các quá trình, thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm-Tập


4)


Rey = = 13937,68

Rey > 40 => Ở chế độ chuyển động xoáy


Hệ số ma sát đối với đệm vòng và đệm đổ lỗn xộn:
= = = 2,37

CT 3.38_Các quá trình, thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm-Tập
4_Trang 172)
• Trở lực đệm khô trong tháp đệm: Pkhô =
CT 3.36_Các quá trình, thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm-Tập
4_Trang 172)
Trong đó: - Chiều cao lớp đệm: H= 1,61 m.
- Vận tốc làm việc của khí trong tháp: w=4,916 m/s;
- Thể tích tự do: Vtd = 0,79 (m3/m3 )
2
 Pkhô = = 260,9 (N/m )
(5) Đường ống dẫn khí:
- Vận tốc khí trong ống khoảng 10-30 m/s. Chọn vận tốc dẫn khí vào bằng
vận tốc dẫn khí ra v=10 m/s.


Ống dẫn khí vào:
Lưu lượng khí vào:
Qv = (m3/s)
- Đường kính ống dẫn khí vào:
d = = = 0,643 m chọn d = 650 mm
Kiểm tra lại tốc độ v = = = 29,3 m/s ( nằm trong khoảng yêu cầu 10 – 30 m/s)
- Để đảm bảo phân phối khí đều trong tháp ta sử dụng đĩa đục lỗ với bề dầy


-


(6)

5mm lỗ có đường kính 50mm bước lỗ 50 mm.
Ống dẫn khí ra:
Lưu lượng khí ra:
Qr Qv = (m3/s)
Đường kính ống dẫn khí ra:
d = = = 0,643 m , chọn d=650 (mm)
Để đảm bảo phân phối khí đều trong tháp ta sử dụng đĩa đục lỗ với bề dầy
5mm lỗ có đường kính 50mm bước lỗ 50 mm.
Đường ống dẫn lỏng vào

Vận tốc chất lỏng trong ống khoảng 1 – 3 m/s
•

Ống dẫn lỏng vào

Chọn vận tốc ống dẫn lỏng vào v = 3 m/s
Lưu lượng lỏng vào.

Đường kính ống dẫn lỏng vào:

Chọn đường kính tiêu chuẩn d = 300 mm bề dày b =10 mm
Vật liệu làm nhựa PVC
Ống dẫn lỏng được hàn vào thiết bị (Theo bảng XIII.32 trang 434 sổ tay quá
trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2) thì chiều dài đoạn ống nối là 140 mm

•

Ống dẫn lỏng ra