ĐỒ ÁN : Phương pháp, dây chuyền công nghệ xử lý khí thải cho nhà máy

Đồ án xử lý khí thải
Thanh Huyền

GVHD: Nguyễn

Mục lục

SV: Đỗ Thị Biên

1

Lớp : ĐH2CM2


Đồ án xử lý khí thải
Thanh Huyền

GVHD: Nguyễn

ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ THẢI

A) XỬ LÝ BỤI
I) SỐ LIỆU ĐẦU BÀI

Nhà máy A: có b = 20m ,l = 85m ,hA = 10m
Khu dân cư B: có b = 10m ,l =40m ,hB = 5m
Ống khói ở nhà máy A và Hống khói = 38m ,đường kính ống khói D = 1500 mm,nhà máy
A cách khu dân cư B là L1 = 60m,tốc độ gió ở độ cao 10m cho u1 = 1(m/s) ,nhiệt độ của khí
thải Tk = 70oC ,lưu lượng Q = 45000 (m3/h).
Thành phần các khí như sau:
Các khí

Nồng độ các khí (mg/m3)

Clo

40

SO2

1045

H2S

18,7

CO

4840

NO2

1300

SV: Đỗ Thị Biên

2

Lớp : ĐH2CM2

Đồ án xử lý khí thải
Thanh Huyền

GVHD: Nguyễn

Bụi có hàm lượng 25g/m3 ,khối lượng riêng 2500 kg/m3

SV: Đỗ Thị Biên

Cỡ hạt(

Phần trăm khối lượng
(%)

0-5

12

5 - 10

16

10 - 20

18

20 - 30

10

30 - 40

13

40 - 50

13

50 - 60

15

60 – 70

3

3

Lớp : ĐH2CM2


Đồ án xử lý khí thải
Thanh Huyền

GVHD: Nguyễn

Lời mở đầu
Sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật thúc đẩy mạnh mẽ sự phát triển của các ngành sản
xuất công nghiệp, làm cho xã hội loài người biến đổi rõ rệt. Các nhà máy, xí nghiệp, các
khu công nghiệp, trại chăn nuôi tập trung được hình thành... tất cả sự phát triển này đều

hướng tới tạo ra sản phẩm mới, đáp ứng nhu cầu của con người tạo điều kiện sống tốt hơn.
Nhưng đồng thời thải ra các loại thất thải khác nhau làm cho môi trường ngày càng trở nên
xấu đi. Các chất thải độc hại có tác động xấu tới con người, sinh vật, hệ sinh thái, các công
trình nhân tạo. Nếu môi trường tiếp tục suy thoái thì có thể dẫn hậu quả nghiêm trọng cho
loài người. Vì vậy việc bảo vệ môi trường, giảm thiểu tác động có hại của các chất ô nhiễm
là vấn đề của toàn cầu. Khí thải từ ống khói các nhà máy, xí nghiệp, khu công nghiệp...
được xem là nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng ô nhiễm không khí. Các chất khí độc hại
như: SOx , NOx , VOC, CO, CO2, hydocacbon, bụi... đang dần gia tăng trong bầu khí quyển.
Gây nên các hiện tượng, hiệu ứngnhà kính, mưa xít, sương mù quang hóa... tác động xấu
đến con người, sinh vật và các hệ sinh thái, hoạt động lao động sản xuất... Để bảo vệ môi
trường và bảo vệ cho cuộc sống của con người, sinh vật ... khí thải từ ống khói nhà máy, từ
hoạt động khác cần được xử lý trước khi thải vào môi trường không khí. Hiện nay có rất
nhiều phương pháp và các dây chuyền công nghệ để xử lý khí thải và được áp dụng cụ thể
đối với từng loại khí thảivà từng nhà máy. Dựa trên các phương pháp và dây chuyền công
nghệ xử lý đã có hiện nay, trong bài thiết kế môn học này tôi xin giới thiệu các phương
pháp, dây chuyền công nghệ xử lý khí thải cho nhà máy.

SV: Đỗ Thị Biên

4

Lớp : ĐH2CM2


Đồ án xử lý khí thải
Thanh Huyền

GVHD: Nguyễn

II) XỬ LÝ SỐ LIỆU

1)Tính nồng độ tối đa cho phép
QCVN 19: 2009/BTNMT : Quy chuẩn này quy định nồng độ tối đa cho phép của bụi và
các chất vô cơ trong khí thải công nghiệp khi phát thải vào môi trường không khí.
Nồng độ tối đa cho phép của bụi và các chất vô cơ trong khí thải công nghiệp được
tính theo công thức sau:
Cmax = C Kp Kv
Trong đó:
- Cmax là nồng độ tối đa cho phép của bụi và các chất vô cơ trong khí thải công nghiệp,
tính bằng miligam trên mét khối khí thải chuẩn (mg/Nm3);
- C là nồng độ của bụi và các chất vô cơ quy định tại mục 2.2 tại bảng 1 đối với bụi
tổng áp dụng ở cột B thì C = 200 (mg/Nm3)
- Kp là hệ số lưu lượng nguồn thải quy định tại mục 2.3 tại bảng 2 : Hệ số lưu lượng
của nguồn thải Kp.Vì lưu lượng Q = 45000(m3/h) (m3/h) nên Kp = 0,9
- Kv là hệ số vùng, do nhà máy hoại động sau ngày 16/01/2007 nên C được lấy ở cột B
bảng1 - QCVN 19: 2009/BTNMT. khu công nhiệp nên theo quy định tại mục 2.4 ở bảng 3
ta lựa chọn Kv = 1
=> Nồng độ tối đa cho phép của bụi tổng khí thải công nghiệp là :
Cmax = C Kp Kv = 200 0,9 1 = 180 (mg/Nm3)
Tính tương tự đối với các chất vô cơ ta có bảng sau:
Bảng 1:Nồng độ tối đa cho phép theo QCVN 19/2009

Bụi

C (mg/m3)- cột B
QCVN 19/2009
200

Clo

10

9

SO2

500

450

H2 S

7,5

6,75

Thành phần

SV: Đỗ Thị Biên

5

Cmax (mg/m3)
180

Lớp : ĐH2CM2


Đồ án xử lý khí thải
Thanh Huyền

GVHD: Nguyễn

CO

1000

900

NO2

850

765

2)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 là 70 oC,
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
C 1(70o
C) => C2 (25oC)
Đây là trường hợp điều kiện đẳng áp với: Áp suất p1= p2= 760 mmHg
t1 = 70oC => T1= 343oF
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=343oF
C2, T2 : Nồng độ của các thành phần trong khí thải (mg/Nm 3) ở nhiệt độ tuyệt đối
T2=298oF

Ví dụ :
Đối với Clo C1 = 40 (mg/m3) tại nhiệt độ khí thải T1= 70oC = 343oF
Nồng độ khí thải ở 25oC là :
= 40 = 46 (mg/m3)
Tính tương tự ta có bảng sau:
Bảng 2:Nồng độ của các chất thải ở nhiệt độ môi trường
Thành phần

C70oC (mg/m3)

C25oC (mg/m3)

Bụi

25000

25000

Clo

40

46

SO2

1045

1202,8

H2 S

18,7

21,5

SV: Đỗ Thị Biên

6

Lớp : ĐH2CM2


Đồ án xử lý khí thải
Thanh Huyền

GVHD: Nguyễn

CO

4840

5570,8

NO2

1300

1496,3

3)Kết luận
Ta được bảng số liệu:
Bảng 3:Kết luận
TT

Thành phần

C25 oC

Cmax

(mg/Nm3)

mg/Nm3

Kết luận

1.

Bụi

25000

180

Vượt QC ~ 139 lần

2.

Clo

46

9

Vượt QC ~ 5,1lần

3.

SO2

1202,8

450

Vượt QC ~ 2,67lần

4.

H2S

21,5

6,75

Vượt QC ~ 3,18lần

5.

CO

5570,8

900

Vượt QC ~ 6,2lần

6.

NO2

1496,3

765

Vượt QC ~ 1,96lần

Nhận xét : Dựa vảo bảng số liệu thì cần phải xử lý tất cả bụi và khí thải trước khi thải
ra ngoài môi trường gồm có: bụi , Clo , SO2 , H2S , CO , NO2.
III) TÍNH TOÁN KHUẾCH TÁN CHẤT Ô NHIỄM
1) Đặc điểm của nguồn thải
a) Phân loại nhà
Nhà máy A : bA = 20 m, lA = 85 m ,hA = 10 m
Ta có = 2 2,5
8,5 < 10 => nhà máy A là nhà hẹp,ngắn.
Khu dân cư B : bB = 10 m, lB = 40 m, hB = 5 m
Tương tự = 2 2,5
8 < 10 => nhà máy B là nhà hẹp,ngắn.
Gió thổi từ A sang B
Khoảng cách giữa 2 nhà : x1 = 60m , = 6 < 8

SV: Đỗ Thị Biên

7

Lớp : ĐH2CM2


Đồ án xử lý khí thải
Thanh Huyền

GVHD: Nguyễn

=> Nhà máy A và khu dân cư B là nhóm nhà
b) Loại nguồn theo nhiệt độ khí thải
Ta có = 70 – 25 = 45oC ( Tk là nhiệt độ không khí thải , Txq là nhiệt độ xung quanh)
20oC < 100oC => nguồn thải từ nhà máy A là nguồn điểm ,cố định và là nguồn nóng.
c) Phân loại theo chiều cao nguồn thải
Ta có : Hhq = Hô + H
Trong đó: Hô là chiều cao của ống khói so với mặt đất Hô = 38m
H là độ cao nâng của luồng khói
Theo công thức của Davidson ta có:
H=D
Trong đó : D là đường kính miệng ống khói ,chọn D = 1500 mm = 1,5 m,
bán kính r = 0,75 m,Q = 45000 (m3/h) = 12,5 (m3/s)
w là vận tốc gió ban đầu của luồng khói tại miệng ống khói
Q = => 7,08 (m/s)
u là vận tốc gió : u = u1.( = = 1,17 (m/s)
(Vì khí quyển trung tính cấp D ,chọn độ gồ ghề của mặt đất là 0,01 ,Theo bảng 2-1 thì
n = 0,12 )
= 70 – 25 = 45oC

H = D = .(1 + = 21,1(m)
Hhq = Hô + H = 38 + 21,1= 59,1(m)
Nhà máy A và khu dân cư B là nhóm nhà nên :
Hgh = 0,36(bz + x) + h’ = 0,36 (+ x) + hb = 0,36.( = 31,4 (m)
Trong đó: bz là khoảng cách từ mặt sau của nhà tới nguồn thải
x là khoảng cách các nhóm nhà
h’ là chiều cao của tòa nhà
Vì Hhq > Hgh => nguồn thải từ nhà máy A là nguồn cao .
SV: Đỗ Thị Biên

8

Lớp : ĐH2CM2


Đồ án xử lý khí thải
Thanh Huyền

GVHD: Nguyễn

2) Tính toán khuếch tán chất ô nhiễm từ nguồn cao
 Đối với bụi

Theo mô hình Gauss cơ sở :
C=
M : lượng phát thải chất ô nhiễm tại nguồn điểm liên tục phát thải từ nhà A
Cmax = 180 (mg/m3) = 0,18 (g/m3)
M = 0,18.45000 = 8100(g/h) = 2,25(g/s)
Tốc độ gió u = 1,17 (m/s)
Hệ số khuếch tán phụ thuộc vào khoảng cách x ,chọn x = 100 m ,tra bảng 2.11 ta được

hệ số khuếch tán theo chiều ngang = 9 ,tra bảng 2.12 ta được hệ số khuếch tán theo chiều
đứng = 5
Khi tính toán nồng độ chất ô nhiễm trên mặt đất dọc theo trục gió (trục x) ta có y =
0,và tính toán nồng độ ô nhiễm tại đỉnh của nhà B nên z = 5 m
 Nồng độ bụi tại nhà B:

C = = 25,75.10-5 (g/m3) = 257,5 (
So sánh với QCVN 05: 2009/BTNMT về chất lượng không khí xung quanh thì tra
bảng 1,tính trung bình trong 1 giờ
C = 257,5 ( 300 (
Nồng độ của bụi tạ nhà B đạt QCVN 05:2009/BTNMT về chất lượng không khí xung
quanh
• Đối với khí
Khi nhà A xả thải tuân theo QCVN 19: 2009/BTNMT thì tại B nồng độ chất ô nhiễm
đạt QCVN 05,06: 2009/BTNMT
Nồng độ cực đại khi chất ô nhiễm khuếch tán :
Cmax = ,
*

Khí Clo
M = 9.10-3.45000 = 405 (g/h) = 0,1125 (g/s)
H là chiều cao hiệu quả của ống khói, H = 59,1 m
Cmax = = 2,93.10-5(g/m3)=29,3(/m3)

SV: Đỗ Thị Biên

9

Lớp : ĐH2CM2

Đồ án xử lý khí thải
Thanh Huyền

GVHD: Nguyễn

So sánh với QCVN 06: 2009/BTNMT Quy chuẩn này quy định nồng độ tối đa cho
phép của một số chất độc hại trong không khí xung quanh.So sánh C max với nồng độ trung
bình trong 1h.


Cmax = 29,3 (/m3) < 100 (/m3)
Vị trí xuất hiện Cmax
Ta có : = = 41,79

 Tra hình 2.11 trang 60 giáo trình kĩ thuật xử lý khí thải 500 m => ngoài nhà B

Tính toán nồng đo chất ô nhiễm tại đầu ,giữa và cuối trên nóc nhà B
Tính theo công thức Gauss biến dạng :
C=
Tùy thuộc vào độ xa thì nồng độ ô nhiễm ở các điếm của nhà là khác nhau ,vì khoảng
cách từ nguồn thải đến đầu ,giữa ,cuối nhà B là nhỏ hơn 100m chiều cao tối thiểu để tra
nên chọn x = 100 m.Do vậy nồng độ chất ô nhiễm tại 3 điểm đầu ,giữa và cuối trên nóc nhà
B là như nhau:
=> C = = 1,29.10-29 (g/m3)
= 1,29.10 -23 (/m3)
So sánh với QCVN 05: 2009/BTNMT Quy chuẩn này quy định nồng độ tối đa cho
phép của một số chất độc hại trong không khí xung quanh.


C = 1,29.10-23 (/m3) < 100 (/m3)
Vậy với nồng độ C của Clo trong khí xả thải tại nhà A đạt QCVN 19: 2009/BTNMT
thì khi khuếch tán đến nhà B đạt QCVN 06: 2009/BTNMT.
Tính toán tượng tự đối với các khí còn lại là : SO2, H2S,CO,NO2
Bảng 4:Nồng độ tại nhà B và so sánh với quy chuẩn

Thành phần

Nồng độ cho
phép((/m3)

C (/m3) tại nhà B

Kết luận

QCVN 05/2009
QCVN 06/2009
Bụi

257,5

300

Đạt QC 05:2009

Clo

1,29.10-23

100

Đạt QC 06:2009

SV: Đỗ Thị Biên

10

Lớp : ĐH2CM2


Đồ án xử lý khí thải
Thanh Huyền

GVHD: Nguyễn

SO2

6,44.10-22

350

Đạt QC 05:2009

H2S

9,66.10-24

42

Đạt QC 06:2009

CO

1,29.10-21

30000

Đạt QC 05:2009

NO2

1,09.10-21

200

Đạt QC 05:2009

3) Hiệu suất tối thiểu cần xử lý

Trong đó:
η: Hiệu xuất tối thiểu để xử lý từng chỉ tiêu
: Hàm lượng chất X trong hỗn hợp khí thải vào (mg/m3)
Ví dụ : đối với bụi 25000 (/m3) , 180 (/m3)
= = 99,28%
Tương tự đối với các khí ta có bảng sau:

SV: Đỗ Thị Biên

11

Lớp : ĐH2CM2


Đồ án xử lý khí thải
Thanh Huyền

GVHD: Nguyễn

Bảng 5:Hiệu suất xử lí của các chất
Thành phần

Cv(/m3)

Cr(/m3)

(%)

Bụi

25000

180

99,28%

Clo

46

9

80,4%

SO2

1202,8

450

62,5%

H2 S

21,5

6,75

68,6%

CO

5508

900

83,7%

NO2

1496,3

765

48,9%

IV)TÍNH TOÁN THIẾT BỊ XỬ LÝ BỤI
1)Lựa chọn công nghệ xử lý bụi

Khí thải

Buồng lắng

Thiết bị lọc
túi vải

Rửa khí

2)Tính toán thiết bị
a) Buồng lắng bụi
• Nguyên lý làm việc của buồng lắng bụi

- Buồng lắng bụi có khả năng xử lý bụi thô có kích thước ≥ 50µm khá tốt.
Bảng 6: Dải phân cấp cỡ hạt
Đường kính
cỡ hạt δ
(μm)

Phần trăm
khối lượng

0-5

12

5_10 10_20 20_30 30_40

16

SV: Đỗ Thị Biên

18

10

13

12

40_5
0

13

50_60 60_70

15

3

Lớp : ĐH2CM2

Đồ án xử lý khí thải
Thanh Huyền

GVHD: Nguyễn

- Nguyên lý hoạt động : Khí chứa bụi chuyển động từ đường ống vào có thiết diện
nhỏ song buồng lắng có thiết diện lớn hơn rất nhiều lần. Bụi chuyển động chậm lại và được
lắng xuống dưới tác động của trọng lực.
•

Ưu điểm :
-Chi phí đầu tư ban đầu thấp,vận hành thấp.
-Bụi lắng được ở dạng khô.
- Cấu tạo đơn giản, dễ vận hành.

•

Nhược điểm:
-Chỉ lắng được bụi thô, không thể thu được bụi
- Tốn diện tích, hiệu quả không cao.
- Phải làm sạch thủ công định kì
Đường kính hạt bụi nhỏ nhất :

Những đường bụi có đường kính đều được giữ lại 100% ở trong buồng lắng bụi .
Trong đó: +µ : Độ nhớt của khí thải ở 700C
+ Hệ số nhớt động lực của khí thải ở 70 oC, tính theo công thức gần đúng của
Sutherland :

+ L : lưu lượng khí thải, L = 12,5 (m3/s)
+ ρb : Trọng lượng riêng của bụi, ρb = 2500 kg/m3
+ ρkk : Trọng lượng riêng của khí thải, ρkk = 1,2 kg/m3
+ l : Chiều dài buồng lắng (m)
+ B: Chiều rộng buồng lắng (m)
Từ công thức trên ta được:
B.l = = 77,43 (m2)

SV: Đỗ Thị Biên

13

Lớp : ĐH2CM2


Đồ án xử lý khí thải
Thanh Huyền

GVHD: Nguyễn

Với lưu lượng L = 45000 m3/h thì nên chọn 4 buồng lắng bụi mắc song song mỗi
buồng lắng có L=11250 m3/h kích thước mỗi buồng lắng : B.l = 19,4 m2
Nếu chọn chiều dài l = 5 m chiều rộng buồng lắng là B = 4 m
Chọn vận tốc khí trong buồng lắng là 0,5m/s (< 3m/s vận tốc tối đa của dòng khí trong
buồng lắng) .Thì chiều cao của buồng lắng là :

H = = = 1,5625 (m)
Chọn H = 1,6 m
-

Kiểm tra lại kích thước buồng lắng:
Thời gian lưu của cỡ hạt bụi 50m và dòng khí thải bên trong buồng lắng:
10
Như vậy, tất cả các hạt bụi có đường kính lớn hơn 50 đều được lắng hết trong buồng
lắng bụi.
-Đối với hạt bụi = 50 thì vận tốc rơi giới hạn là:

0,162 (m/s)

-Thời gian lắng của hạt bụi cỡ 50 là:

= = =9,94 s
đảm bảo cỡ hạt bụi 50 được lắng hoàn toàn trong buồng lắng bụi

-

Tiết diện đứng của buồng lắng:

-

F = B x H = 4 x 1,6 = 6,4 m2
Thể tích làm việc của buồng lắng bụi :

V = F x l = 6,4 x 5 = 32 m3
SV: Đỗ Thị Biên

14

Lớp : ĐH2CM2

Đồ án xử lý khí thải
Thanh Huyền

GVHD: Nguyễn

- Hiệu suất lắng của buồng lắng với hạt bụi có đường kính 5:
Theo cỡ hạt, hiệu quả lắng được tính theo :

Trong đó: + µ : Độ nhớt của khí thải ở 70oC
+ L : Lưu lượng khí thải, L = 3,125 (m3/s)
+ ρb : Trọng lượng riêng của bụi, ρb = 2500 kg/m3
+ ρk : Trọng lượng riêng của bụi, ρb = 1,2 kg/m3
+ l : Chiều dài buồng lắng (m)
+ B: Chiều rộng buồng lắng (m)
- Hiệu suất lắng của buồng lắng với hạt bụi có đường kính 2,5:
= = 0,26%
Tính tương tự đối với các cỡ ta có bảng sau:

SV: Đỗ Thị Biên

15

Lớp : ĐH2CM2


Đồ án xử lý khí thải
Thanh Huyền

GVHD: Nguyễn

Bảng 7 :Hiệu quả lắng bụi của buồng theo cỡ hạt
Đường
kính cỡ
hạt(μm)

5-10

10-20

20-30

30-40

40-50

50-60

60-70

12

16

18

10

13

13

15

3

Lượng bụi
trong 1m3
khí thải

750

1000

1125

625

812,5

812,5

937,5

187,5

Hiệu quả
lọc theo
cỡ hạt (%)

0,26

2,32

9,30

25,83

50,63

83,69

100

100

1,95

23,2

104,63

161,4
4

411,3
7

679,98

937,5

187,5

% Khối
lượng

Lượng bụi
giữ lại
trong
buồng
lắng
(mg/m3)

0-5

Coi hiệu quả lọc bụi theo cỡ hạt của buồng lắng là hiệu quả lọc của hạt bụi có đường
kính nhỏ nhất trong dải bụi.
Hiệu suất lọc bụi của buồng lắng:
= = .100% = 39,96%
Nồng độ bụi đi vào thiết bị tiếp theo là :
25000 – 2497,57.4 =15009,72 (mg/m3)
b)Thiết bị túi lọc vải
Chọn túi vải lọc bằng vải len năng suất cao,biến động độ sạch ổn định,dễ phục hồi bền
khoảng 6-7 tháng hoạt động liên tục,nhiệt độ giới hạn 90oC.
Theo giáo trình: Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải tập 2 của thầy Nguyễn Ngọc
Chấn.
Đường kính túi lọc vải từ 125300mm: Chọn Dt = 300 mm= 0,3 m
Chiều cao từ 2 3,5m: chọn chiều cao 3,5 m
Diện tích 1 túi vải:

St = .Dt + = .3,5 + = 3,37 (m2)
SV: Đỗ Thị Biên

16

Lớp : ĐH2CM2


Đồ án xử lý khí thải
Thanh Huyền

GVHD: Nguyễn

Diện tích của bề mặt lọc :
S=
năng suất lọc : 0,6 1,2 m /m phút trên 1m2 bề mặt vải lọc,chọn = 1,2 m3/m2phút
hiệu suất làm việc của bề mặt lọc = 90%
Lưu lượng khí thải đi vào : Q = 45000 (m3/h) = 750 (m3/phút)
3

2

S = 694,44 (m2)
Số túi lọc vải :

= 206,07 (túi)

 Chọn số túi lọc vải để lắp đặt là 216 túi,chia làm 2 đơn nguyên ,mối đơn nguyên 108 túi.
- Chọn hàng ngang 9 túi,hàng dọc 12 túi.
- Lưu lượng khí cần nạp là:

Q = 750 (m3/phút)

- Khoảng cách giữa các túi lọc vải (ngang dọc như nhau) từ 8-10 cm, chọn 10cm.
- Khoảng cách giữa các túi lọc vải ngoài cùng đến thành thiết bị từ 8-10cm, chọn
10cm.
- Chọn độ dày của thiết bị : = 0,003m
- Chiều dài của một đơn nguyên là:
L1 = D n1 + (n1 – 1) d1 + 2d3 + 2
= 0,312 + (12 – 1) 0,1 +2 0,1 +30,003 = 4,900m
- Chiều rộng của một đơn nguyên là:
B1 = D n2 + (n2 – 1) d2 + 2d3 + 2
= 0,39 + (9 – 1) 0,1 +2 0,1 +30,003 = 3,700m
-Chiều cao của bộ phận lọc:
H1= h = 3,5 m.
-Chiều cao bộ phận chấn động trên túi vải :
H2= 300 mm.
-Chiều cao thu hồi bụi:
H3 = 0 1,5. Chọn H3 = 1,2m.
Chiều cao của thiết bị :
H = H1 + H2 + H3 = 3,5 + 0,3 + 1,2 = 5 m.
-Tỷ lệ khí hoàn nguyên :
= = 1,08 (m/phút) = 0,018(m/s)
- Phương pháp hoàn nguyên dùng cơ cấu rung cơ học: 0,01 0,03 (m/s)
SV: Đỗ Thị Biên

17

Lớp : ĐH2CM2

Đồ án xử lý khí thải
Thanh Huyền

GVHD: Nguyễn

Mà tỷ lệ khí hoàn nguyên là 0,018 (m/s)
 Vậy chọn phương pháp rung cơ học.
Thời gian lọc: thời gian rung lắc của 1 đơn nguyên khoảng 1 phút.
Quá trình lọc 9 phút Vậy thời gian lọc tổng cộng của cả chu trình làm việc khoảng 10
phút.
• Tính lượng bụi thu được :
Khối lượng riêng của khí thải ở 700C :
= 1,2. =0,96 (kg/m3)
Khối lượng riêng của hỗn hợp khói và bụi ở 1000C :
=.+
 - (=0
 - ( 15009,72 .10-6 = 0
 = 6,62 (kg/m3)

Trong đó :
+ Cv = 15009,72 (mg/m3) = 15009,72 .10-6 (kg/m3) : nồng độ bụi đi vào thiết bị túi lọc
vải.
+ = 0,96 (kg/m3) : khối lượng riêng khí ở 700C
+ = 2500 (kg/m3) : khối lượng riêng của bụi
Nồng độ bụi đi vào thiết bị : 15009,72 (mg/m3)
Khối lượng riêng của bụi :=2500 (kg/m3)
Lượng hệ khí đi vào túi lọc vải : = .Qv = 6,62.45000 = 297900 (kg/h)
Trong đó: là khối lượng riêng của hỗn hợp khí và bụi,kg/m3
Qv = 45000 m3/h lưu lượng khí vào túi lọc vải.

 Nồng độ bụi trong hệ thống đi vào thiết bị túi lọc vải (% khối lượng)

.100% = 0,227 %
 Nồng độ bụi trong hệ thống đi ra thiết bị túi lọc vải (% khối lượng)

= 2,27.10-3 (1- 0,9) = 0,0227%
 Lượng hệ khí ra khỏi thiết bị túi lọc vải:


SV: Đỗ Thị Biên

18

Lớp : ĐH2CM2


Đồ án xử lý khí thải
Thanh Huyền

GVHD: Nguyễn

= 297304,04 (kg/h)
 Lượng khí thải sạch hoàn toàn:

. = 297223,77 (kg/h)
 Lượng bụi thu được:

kg/h)
 Lưu lượng hệ khí đi ra khỏi thiết bị lọc vải:


Qr = 44909,98(m3/h)
 Năng suất của thiết bị lọc túi vải theo lượng khí sạch hoàn toàn:

Qs= 44897,85(m3/h)
 Khối lượng bụi thu được ở thiết bị túi lọc vải trong một ngày:

kg/ngày)
 Thể tích bụi thu được ở thiết bị túi lọc vải trong vòng 1 ngày:

V = 5,72 (m3/ngày)
Chọn chiều cao của thùng chứa bụi là 2m,chiều dài 2m và chiều rộng 2m.Kích thước
thùng chứa bụi là : 22 2
Trở lực của thiết bị là:
p = A.vn
Với A = 25 0,25 ,hệ số thực nghiệm đối với từng loại vải,chọn A = 10
N = 1,25 1,35 chọn n = 1,3
3
2
v: năng suất vải lọc m /m h, v = 0,8 m3/m2phút = 48 m3/m2h
 p = A.vn = 10.481,3 = 1533,25 N/m2
Tính toán hiệu quả xử lý bị của hệ thống
SV: Đỗ Thị Biên

19

Lớp : ĐH2CM2


Đồ án xử lý khí thải

Thanh Huyền

GVHD: Nguyễn

Theo tính toán thì hiệu suất xử lý của thiết bị túi lọc vải là 90%
Lượng bụi đi ra khỏi hệ thống thiết bị là:
mr = mv (1 - ) = 15009,72 (1-0,9) = 1500,972 (mg/m3)

Vậy hiệu suất xử lý bụi của buồng lắng bụi và thiết bị lọc túi vải là:

= = 95%

Còn một lượng bụi sẽ theo khí đi vào tháp ,ở đây xảy ra quá trình rửa khí để loại bỏ
lượng bụi còn lại .
B) XỬ LÝ KHÍ
1)Tính toán xử lý SO2
Sử dụng tháp hấp thụ tháp đệm để xử ký SO2. Lựa chọn phương pháp hấp thụ bằng
dung dịch kiềm NaOH 20%.
Ta có: lưu lượng khí thải = 45000 m3 /h
Áp suất p1 = 1atm = 760 mmHg = 1,0133×105 Pa
Nồng độ đầu ra đạt QCVN 19:2009/BTNMT Cra=450(mg/m3) . Nhiệt độ của dung dịch
NaOH= 25oC.
Hiệu suất của quá trình hấp thụ tính ở bảng 5 : = 62,5%
Chọn điều kiện làm việc của tháp là nhiệt độ trung bình của dòng khí vàovà dòng lỏng
vào là 30oC. Hỗn hợp khí xen như là SO2 và không khí.
a) Thiết lập phương trình cân bằng và phương trình làm việc
 Đầu vào:
+ Lưu lượng khí vào tháp:

Gvy = = (kmol/h)

+

Lưu lượng khí SO2 là :
= = = 734765,62 (mol/h) = 734,76(kmol/h)
SV: Đỗ Thị Biên

20

Lớp : ĐH2CM2


Đồ án xử lý khí thải
Thanh Huyền
+

GVHD: Nguyễn

Lưu lượng khí trơ:
Gtrơ= Gvy - GvSO2= –734,76= 865,18 (kmol/h)

+

Nồng độ phần mol tương đối của SO2 trong hỗn hợp khí:
Yv= = = 0,85 (kmol SO2/ kmol khí trơ)
Nồng độ phần mol tuyệt đối của SO2 trong hỗn hợp khí:
yv = = 0,46 (kmol SO2/ kmol hh khí)

 Đầu ra:
+ Lưu lượng SO2 được hấp thụ là:
+

+
+
•

Ght = × GvSO2=0,625×734,76= 459,22(kmol/h)
Lưu lượng SO2 cònlại trong hỗn hợp khí ra:
GrSO2= GvSO2 - Ght =734,76 -459,22 = 275,54 (kmol/h)
Lưu lượng khí ở đầu ra:
Gry = Gtrơ + GrSO2 =865,18+275,54 = 1140,72(kmol/h)
Nồng độ phần mol tương đối của SO2 trong hỗn hợp khí
Yr= = =0,32 (kmol SO2/ kmol khí trơ)
Tính khối lượng riêng của hỗn hợp khí
Khối lượng riêng của pha khí ở 70oC và 1 atm: ρhh khí = (Công thức trang 5- Sổ tay quá
trình ,tập 1)
: khối lượng riêng của SO2 ở 70oC
= = 2,27kg/m3
vSO2: Nồng độ phần thể tích của SO2 trong hỗn hợp
vSO2 = = = 0,46 (molSO2/ mol hh khí)
ρkk : khối lượng riêng của không khí ở 70oC
ρkk = = 1,028kg/m3
(Công thức trang 14_ Sổ tay quá trình, tập 1)
vkk: Nồng độ phần thể tích của không khí trong hỗn hợp
vkk = = 0,54 →ρhh khí = 2,27×0,46+1,028×0,46 =1,52(kg/m3)
SV: Đỗ Thị Biên

21

Lớp : ĐH2CM2

Đồ án xử lý khí thải
Thanh Huyền

GVHD: Nguyễn

hay ρy = 1,52 (kg/m3)
Nồng độ phần mol tuyệt đối của SO2 trong hỗn hợp khí
yr = = 0,24 (kmol SO2/ kmol hh khí)
 Phương trình đường cân bằng:
Theo định luật Henry ,phương trình đường cân bằng có dạng :y cb= mx
ψ là hệ số Henry (mmHg), ở nhiệt độ làm việc là 30oC thì ψ SO2=0,104×106
(tra ở bảng 3.1 –trang 153-các quá trình ,thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực
phẩm-tập 4)→Ycb=
Trong đó m= là hệ số cân bằng pha
P là áp suất chung của hỗn hợp khí , P =1atm = 760mmHg
→ m = = 136,84
Phương trình đường cân bằng:
Ycb = =(kmol SO2/kmol khí trơ)
y*= 136,84x
 Phương trình đường làm việc
Phương trình cân bằng vật liệu đối với khoảng thiết bị kể từ 1 tiết diện bất kì tới phần
trên của thiết bị: Gtrơ .( Y - Yc) = Gx ( X - Xđ)
Trong đó: Nồng độ phần mol tương đối đầu của SO 2 trong pha khí: Yđ (kmol SO2/k
mol khí trơ)
-Nồng độ phần mol tương đối cuối của SO2 trong pha khí: Yc (kmol SO2/ kmol khí trơ)
- Nồng độ phần mol tương đối đầu của SO 2 trong pha lỏng: Xđ (kmol SO2/ kmol khí
trơ)
-Nồng độ phần mol tương đối cuối của SO 2 trong pha lỏng: Xc (kmol SO2/ kmol khí
trơ)
Gx là lưu lượng dung môi đi vào thiết bị hấp thụ (kmol/h);

Gtrơ là lượng khí trơ đi vào thiết bị hấp thụ (kmol/h)
Ta có: Yđ= Yv = 0,85(kmol SO2/k mol khí trơ)
Yc= Yr = 0,32(kmol SO2/ kmol khí trơ)
Do Xđ = 0 nên phương trình trở thành: Gtrơ .( Y - Yc) = Gx X
→Y=×X + Yc .Giả thiết Xc = Xcbc thì lượng dung môi tối thiểu cần để hấp thụ là : G x

min

= Gtrơ .

Yd − Yc
X cbc − X d

→ Xcb =

Từ phương trình đường cân bằng Ycb =

.Mà Yđ = 0,85(kmol SO2/k mol khí trơ)

SV: Đỗ Thị Biên

22

Lớp : ĐH2CM2


Đồ án xử lý khí thải
Thanh Huyền

GVHD: Nguyễn

→Xcb = = 3,36.10-3 (kmol SO2/ kmol NaOH)
→Gx min = 865,18× = 162221,25 (kmol/h)
Lượng dung môi cần thiết để hấp thụ Gx = β . Gx min .
Thông thường β =1,2 ÷1,5 .Chọn β =1,2→Gx = 1,2×162221,25 = 194665,5(kmol/h)
Gx
Gtro

= = 225→ Y= 225 + 0,32
khi Yđ = 0,85 (kmol SO2/kmol kk) thì Xc = =2,35×10-3
Ta có bảng:
X

Y

Ycb

0

0.32

0

0.001

0.545

0.13684

0.002

0.77

0.27368

0.003

0.995

0.41052

0.004

1.22

0.54736

0.005

1.445

0.6842

Từ bảng ta có đồ thị đường cân bằng và đường làm việc

 Tính toán tháp hấp thụ :
 Chọn vật liệu đệm
+
+
+

+


Chọn vật liệu đệm vòng sứ Rasich xếp lộn xộn ta có
Kích thước đệm : 50×50×5
Bề mặt riêng của đệm :σ = 90 m2/m3
Thể tích tự do : Vđ=0,785(m3/m3)
Khối lượng riêng của đệm:ρđ=530(kg/m3)
Tính vận tốc đảo pha:
Áp dụng công thức
Y =1,2×e-4X

Trong đó:

G
X = x
 Gy


1
4

1

  ρ ytb  8
÷
÷  ρ xtb ÷

 

SV: Đỗ Thị Biên

23

Lớp : ĐH2CM2


Đồ án xử lý khí thải
Thanh Huyền

GVHD: Nguyễn
0,16

ωs2 .σ d .ρ ytb  µ x 
Y=
 ÷
g.Vd3 .ρ xtb  µn 
ωs

: tốc độ đảo pha, m/s
Vđ: thể tích tự do của đệm, m3/m3
σd

: bề mặt riêng của đệm, m2/m3
Tháp hấp thụ SO2 mang tính axit nên ta chọn đệm vòng Rasig đổ lộn xộn: đệm bằng
sứ kích thước 50×50×5
µxđộ nhớt của NaOH ở 30oC ; µx= 3,3×10-3 N.s/m2
µn: độ nhớt của nước ở 20oC;µn= 1,005×10-3 N.s/m2
g: gia tốc trọng trường, g=9,81m/s2
Gx, Gy là lượng lỏng và lượng hơi trung bình( kg/s)

Gx =
= + = 194895,31(kmol/h)
→Gx =194895,31 ×MNaOH =34050,5 ×40 = 779512,54(kg/h)
Gy == (Gyđ+Gyđ – G SO2 bị hấp thụ)/2
= ( + –865,18×0,85×0,625)/2= 2740,25 (kmol/h)
→Gy =2740,25 ×ρy= 2740,25 ×1,52 = 4165,18kg/h
ρy: khối lượng riêng của pha khí ,ρy=1,52 ( kg/m3)
ρxtb:khối lượng riêng của dung dịch NaOH 20% ở 30oC,ρxtb= 1219( kg/m3)
X = = = 1,6
→Y =1,2×e-4X= 210-3
Từ phương trình của Y ta có:
ωs== 0,26 (m/s)
Thông thường

ωtb = (0,8 ÷ 0,9)ωs

Chọn

ωtb

=0,85

ωs

→

ωtb

=0,85×0,26 =0,22(m/s)

 Đường kính tháp hấp thụ : D =(công thức trang 169 giáo trình các quá trình thiết bị trong

CN hóa chất và thực phẩm tập 4)
Trong đó: Vx: lưu lượng pha lỏng;Vx= Gx : ρx=779512,54: 1219=639,45(m3/h)
= 0,177m3/s
→D = = 1(m).Chọn đường kính tháp hấp thụ là 1000mm.
 Tính chiều cao tháp hấp thụ

Chiều cao của tháp được tính theo công thức:Htt =hp(ntt-1)+Z.n +ZL+ZC =Hlv+ZL+ZC
Trong đó: Z: chiều dày đệm
Zc: khoảng cách từ lớp đệm trên cùng đến đỉnh tháp
SV: Đỗ Thị Biên

24

Lớp : ĐH2CM2


Đồ án xử lý khí thải
Thanh Huyền

GVHD: Nguyễn

ZL : khoảng cách từ lớp đệm dưới cùng đến đáy tháp
n: số đệm thực tế
hp : khoảng cách giữa các đệm
Chiều cao lớp đệm được tính dựa vào công thức: H = h×n ( trang 170-giáo trình các
quá trình,thiết bị trong CN hóa chất và thực phẩm tập 4)
Trong đó h : chiều cao tương đương của 1 đơn vị truyền khối được xác định theo công
thức Kafarov-Đưneski

h = 200 = 200× = 1,25(m)
Từ đồ thị đường cân bằng và đường làm việc ta xác định số đệm lí thuyết
Số đĩa lí thuyết nlt=1→ntt= =1,6.Chọn số đệm là 2→H = 2×1,25=2,5 m
Chọn H=2,5m.Vì D=1000mm nên →ZL=600mm=0,6m ; ZC=1500mm=1,5m
→Htt = 2,5 +0,6+1,5 = 4,6m
Hlv=hp(ntt-1)+Z.n =0,5(2-1)+Z.2=2,5 →Z=1(m)

2.Xử lí H2S
 Số liệu đầu bài

Sử dụng tháp hấp thụ ( tháp đĩa )để xử lí H 2S.Ta lựa chọn phương pháp hấp thụ bằng
xút NaOH 10%.Trước khi xử lí khí ta hạ nhiệt độ của khí thải xuống còn 35oC
Ta có: lưu lượng khí thải = 45000 m3 /h
Hiệu suất cần xử lý là 68,6%
Chọn điều kiện làm việc của tháp là nhiệt độ trung bình của dòng khí vàovà dòng lỏng
vào là 30oC. Hỗn hợp khí xem như là H2Svà không khí.
b) Thiết lập phương trình cân bằng và phương trình làm việc
 Đầu vào:

+ Lưu lượng khí vào tháp: Gvy = = (kmol/h)
+

Lưu lượng khí H2S là := = =24750 (mol/h)= 24,75(kmol/h)

+

Lưu lượng khí trơ:
SV: Đỗ Thị Biên

25

Lớp : ĐH2CM2