TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH CHÍNH TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ THẢI

MỤC LỤC

Page 1


MỞ ĐẦU
Hiện nay vấn đề ô nhiễm không khí không còn là vấn đề riêng lẻ của một
quốc gia hay một khu vực mà nó đã trở thành vấn đề toàn cầu. Thực trạng
phát triển kinh tế - xã hội của các quốc gia trên thế giới trong thời gian qua
đã có những tác động lớn đến môi trường và đã làm cho môi trường sống
của con người bị thay đổi và ngày càng trở nên tồi tệ hơn. Những năm gần
đây, nhân loại đã phải quan tâm nhiều hơn đến vấn đề ô nhiễm môi trường
không khí, đó là : sự biến đổi của khí hậu – nóng lên toàn cầu, suy giảm
tầng ozon, mưa axit, các bệnh về đường hô hấp… Nguyên nhân chủ yếu là
sự phát thải khí thải từ các nhà máy, khu công nghiệp, các phương tiện
giao thông. Khí thải trong các ngành công nghiệp hiện nay đã và đang gây
ra những ảnh hưởng lớn tới thành phần môi trường không khí trên Trái
Đất. Đặc biệt đối với môi trường không khí, khí thải từ các hoạt động công
nghiệp có thể chứa nhiều chất độc hại cho môi trường và sức khoẻ con
người như H2S, HF, CO, CO2, NOx,…với nồng độ vượt ngưỡng tiêu chuẩn cho
phép. Mỗi ngành công nghiệp đều có đặc tính khí thải khác nhau, dựa vào
đặc tính của từng khí thải của từng ngành nghề mà chúng ta có các biện
pháp và hướng giải quyết khác nhau để hạn chế tối đa sự phát thải khí ra
ngoài môi trường.

Page 2


CHƯƠNG I : MỤC TIÊU THIẾT KẾ
1.1. Thông số đầu vào
A

l
50

b
13

6

b
21

B
l
100

L1
9

45

22

4

- Lưu lượng nguồn thải: L = 40000 m3/ h = 11,111 (m3/s )
- Hàm lượng bụi là 20 g/m3 = 20000 mg/m3
-Thành phần chất khí:
Thành phần
Bụi
SO2

CO
H2S
NO2
Cl

Hàm lượng ( mg/m3 )
20000
1812
7288
31
2572
71

- Khối lượng riêng của bụi : 2000 kg/m 3
0-5
5

5-10
13

10-20
5

Cỡ hạt m ( % )
20-30
30-40
8
21

40-50

18

50-60
11

60-70
19

- Nhiệt độ khí thải tại miệng ống khói :100oC
- Nhiệt độ môi trường : 25oC
1.2. Xử lý số liệu
a.

Tính toán nồng độ tối đa 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
Page 3


+ KP:Hệ số lưu lượng nguồn thải KP = 0,9 (Vì lưu lượng của nhà máy
40000m3/ h (mục 2.3 – QCVN 19: 2009 /BTNMT )
+Kv : Hệ số vùng , Kv = 1. Khu công nghiệp ; đô thị loại V; vùng ngoại thành,
ngoại thị đô thị loại II, III, IV có khoảng cách 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 1. Nồng độ tối đa cho phép đối với hạt bụi và các chất vô cơ
trong khí thải công nghiệp
Thành phần

C (mg/Nm3) – cột B
QCVN 19/2009

Cmax
( mg/Nm3)

Bụi

200

180

SO2

500

450

CO

1000

900

H2S

7,5

6,75

NO2

850

765

Cl

10

9

b. 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 100oC, 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 và khí thải
nào vượt tiêu chuẩn ta cần quy đổi

Page 4


C1(100oC) C2 (25oC)
Đây là trường hợp điều kiện đẳng áp với p1 = p2 = 760 mmHg
t1 = 100oC T1 = 373oC

t2 = 25oC T2 = 298oC
Từ phương trình trạng thái 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 = 373oF
C2, T2 : Nồng độ của các thành phần trong khí thải (mg/Nm3) ở
nhiệt độ tuyệt đối T2 = 298oF
Bảng 2. Nồng độ các thành phần trong khói thải
STT

Cmax

Thành

( mg/Nm3

( mg/Nm

Kết luận

phần

(mg/m )

1

Bụi

20000

20000

180

2

SO2

1812

2268

450

Vượt QC 5 lần

3

CO

7288

9122

900

Vượt QC 10 lần

4

H2S

31

38,8

5,74

Vượt QC 6,7 lần

5

NO2

2571

3218,06

765

Vượt QC 4,2 lần

6

Cl

71

88,86

9

Vượt QC 10 lần

3

)

3

)
Vượt QC 111 lần

- Nhận xét: Dựa vào bảng số liệu  Những chỉ tiêu cần xử lý trước khi xả
thải ra ngoài môi trường là : Bụi, SO2, CO, H2S, NO2, Cl.
- Hiệu suất tối thiểu để xử lý các chỉ tiêu
Trong đó:
η :Hiệu suất tối thiểu để xử lý từng chỉ tiêu
: Hàm lượng chất X trong hỗn hợp khí thải vào (mg/m 3)
: Hàm lượng chất X trong hỗn hợp khí thải ra ( mg/m 3)
Bảng 3: Hiệu suất tối thiểu để xử lý các chỉ tiêu
Page 5


Thành phần

( mg/Nm3 )

(mg/m3)

ηmin

Bụi

20000

180

(%)
99,1

SO2
CO
H2S
NO2
Cl

1812
7288
31
2572
71

450
900
6,75
765
9

75,16

87,65
78,2
70,25
87,32

1.4. Tính toán lan truyền ô nhiễm không khí
a. 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 < = = 100 – 25 = 75oC < 100oC Nguồn thải là nguồn nóng
Xét nhà máy A:
Ta có: Chiều rộng: b = 13m
Chiều cao : HA = 6m
→ 2,5 HA = 15m
→

b < 2,5 HA

→

nhà A : nhà hẹp

Chiều dài: l = 50m
Chiều cao: HA = 6m

→

→

nhà A : nhà ngắn

l < 10 HA

→

10 HA = 60m

 Nhà máy A là tòa nhà hẹp, ngắn
•

•

Xét khu dân cư B
Chiều rộng: b = 21m
Chiều cao : HB = 9m

→

→

→

b < 2,5 HB

2,5 HB = 22,5m
nhà B : nhà hẹp

Chiều dài: l = 100m
Chiều cao: HB = 9m

→ 10 HB = 90m

→

nhà B : nhà dài

l > 10 HB

→

 Nhà B là tòa nhà hẹp, dài
Với nhà máy A là tòa nhà hẹp đứng đầu :
x1 = L1 = 45 (m) < 10.hA = 10.6 = 60 (m)
 Nhà máy A và khu dân cư B đứng trong nhóm nhà
Ta có :

Hgh = 0,36 ( bz + x1 ) +
Page 6


(Công thức 4.3 trang 149, GS,TS. Trần Ngọc Chấn)
Trong đó :
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 ( 8,67 + 45 ) + = 28,32 (m)
Theo công thức của Davidson W.F (Giáo trình Kỹ Thuật Xử Lý Khí Thải –
Trường Đại Học Tài Nguyên Và Môi Trường Hà Nội)
Độ nâng của luồng khói là: h = D
Trong đó: h: độ nâng của luồng khói,m
D: đường kính của miệng ống khói, D=1,5m;
: vận tốc ban đầu của luồng khói tại miệng ống khói, m/s;
: vận tốc gió, m/s
Tk : nhiệt độ tuyệt đối của khói tại miệng ống khói, T k = 373K
: chênh lệch nhiệt độ giữa khói và nhiệt độ xung quanh
= Tk – Txq = 100 – 25 =75oC
- Vận tốc ban đầu của luồng khói tại miệng ống khói là :
= = = 6,29 (m/s)
- Vận tốc gió tại miệng ống khói là : u(z) = u(10) , m/s.
Trong đó: u(z): Vận tốc gió tại độ cao z (z= 22m ),m/s
: vận tốc gió tại độ cao đặt máy quan trắc = 4 m/s
n : chỉ số mũ ( Do khí quyển ở mức trung tính, độ ghồ ghề mặt đất là
0,01m nên tra bảng 2.1 Giáo trình kỹ thuật xử lý khí thải ta có n = 0,12)
Suy ra: u(z) = 4 = 4,39 m/s
Vậy độ nâng của luồng khói là:
h = D = 1,5 = 2,98(m)
Page 7


•

Độ cao hiệu quả của nguồn thải là: Hhq = Hô + = 22 + 2,98 = 24,98 (m)
Trong đó: Hhq : là độ cao hiệu quả của nguồn thải , m;

Hô : là chiều cao thực của nguồn thải, Hô = 22m;;
: là độ cao nâng của nguồn thải, = 2,98 m;
Do Hhq = 24,98 (m)
Page 8


CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH CHÍNH TRONG HỆ THỐNG XỬ
LÝ KHÍ THẢI
2.1. Xử lý bụi
1. Các thông số đầu vào

Các đại lượng

Đơn vị

Số liệu

m3/s

11,111

mg/m3

20000

%

55

kg/m3

2000

kg/m3

1,2

kg/m.s

17,7.10-6

Lưu lượng
Nồng độ bụi ban đầu
Độ ẩm
Khối lượng riêng của bụi
Khối lượng riêng của khí
thải
Độ nhớt của không khí ở 0oC

1. Tính toán kích thước buồng lắng
Độ nhớt của khí thải:
Suy ra: Pa.s
-

Bảng các thông số khí đầu vào:

Lưu lượng Nồng độ
40000m3/h 20.000mg/m3 0-5
5

5-

Tỉ lệ bụi theo cỡ hạt (),%
1020304050-

60-

10
13

20
5

70
19

30
8

40
21

50
18

60
11

Khối lượng riêng: 2000 (kg/m3).

Hiệu suất lắng bụi cần đạt được để xử lý đạt quy chuẩn là : 99,1%
Chọn min=50.
Ta có:

Bl = = 88,93 (m2)
Nếu chọn chiều dài buồng lắng là l = 10 m thì chiều rộng buồng lắng là:
Page 9


-

B = = 8,893 (m)
Vậy chọn chiều rộng buồng lắng là: B = 8,9(m).
Chọn vận tốc dòng khí trong buồng là 0.3 m/s.
Chiều cao buồng lắng sẽ là:
H= = = 4,16 (m)
Từ số liệu ban đầu ta xác định đường cong lọt dây:
5
8

-

-

10
19

20
27

30
48

40
57

50
65

60
77

70
100

Xác định đường kính giới hạn của buồng lắng:
= = = 4.910-5
Xác định của hiệu quả lọc theo cỡ hạt của buồng lắng theo công thức:
= 5,555 =5,555
= 0.04 %
Tính toán cho từng cỡ hạt theo bảng sau:
5
10
20
30
40
50
60
70
1

4
16
36
64
100 100 100
Để tăng hiệu quả lọc bụi ta chia buồng lắng làm 4 ngăn => chiều cao buồng
lắng giảm 4 lần hay hiệu quả lọc theo cỡ hạt của buồng lắng tăng 4 lần:
(δ)

=0,16 %

Ta có bảng sau
STT

Cỡ hạt
Các
đại lượng

Tổng
0-5

5-

10-

20-

30-

40-

50-

60-

10

20

30

40

50

60

70

theo
chiều
ngan
g

1

Phân cấp ban
đầu % khối

2

5

13

5

8

21

18

11

19

100

1

2,6

1

1,6

4,2

3,6

2,2

3,8

10

lượng
Lượng bụi có
trong 1 m3 khí
thải

Page 10


3

Hiệu quả lọc bụi

4

theo cỡ hạt %
Lượng bụi còn lại

5

sau buồng lắng
Phân cấp cỡ hạt
còn lại sau khi lọc

0

4

16

64

1

2,5

0,84

20,3

50,

17,0

6
11,7

4

85

8

1

0,57

100

100

100

100

0

0

0

0

4,916

0

0

0

0

100

Hiệu quả của buồng lắng bụi là:
= 100 = 50,84 %
Như vậy, hiệu quả lọc của buồng lắng là 50,84% < hiệu suất tối thiểu cần
đạt được (99,1%)  tiếp tục xử lý tiếp bằng xiclon

Page 11


Kích thước chi tiết của buồng lắng
STT
1
2
3
4
5
6

Các thông số
Chiều dài buồng lắng
Chiều cao buồng lắng
Chiều rộng buồng lắng
Hệ số mở
Ống đầu vào, ống ra
Cửa xả bụi

Kí hiệu
l
H
B

Đơn vị
m
m
m

r
cxd

m
mxm

Giá trị
10
4,16
8,9
450
0.15
0,2 x0,2

7

Tiết diện đứng của buồng

F

m2

11

lắng
Thể tích làm việc của buồng

8

V

m3

110

2. Xử lý bụi bằng Xyclon
Thông số bụi đầu vào của Xiclon:
Lưu

Nồng

Tỉ lệ bụi theo cỡ hạt (),%

lượng
độ
3
40000m 4916 0-5
/h

10-20

20-30

30-40

40-

50-

60-

0

50
0

60
0

70
0

mg/
m3

-

5-10

20,3

50,8

4

5

17,08

11,71

Khối lượng riêng của hạt bụi là: =2000 kg/m3.
Độ nhớt của khí thải: Pa.s.
Theo thành phần của bụi như trong bảng, ta chọn xử lí bằng xiclon là hợp lí
Chọn 2 xiclon mắc song song với nhau : Lưu lượng của mỗi xyclon sẽ là
20000m3/h. Lượng bụi ở mỗi xyclon là 4916 mg/m3

-

Diện tích tiết diện ngang của xiclon là:
F = = = 1,85 m2
Trong đó: + L : Lưu lượng dòng khí ( m3/s) , L = 5,555 (m3/s)
+ : Tốc độ quy ước 2,3 3m/s. Chọn = 3 m/s
+ N : Số lượng xyclon đơn nguyên , N=2
Đường kính của xyclon :
D = = =1,5 m
Page 12


-

Tốc độ thực tế của khí trong xyclon
vtt = = = 3,15m/s
Với N là số đơn nguyên, chọn N=2

-Độ sai lệch so với tốc độ ưu
= = 4,76% < 15%




vtt= 3,15 m/s đạt yêu cầu
Tính toán xiclon theo phương pháp chọn, dụa vào đường kính thân xiclon
theo theo Stairmand C.J ( Hình 7.8a – giáo trình: ô nhiễm không khí và xử lý
khí thải – tập 2 – GS.TS. Trần Ngọc Trấn):

-

Đường kính Xyclon : D= 1,5 (m)
Đường kính ngoài của ống ra d1 = 0,5.D = 0,75 (m)
Đường kính trong của cửa thoát bụi là : d2 =0,3.D = 0,45(m)
Đường kính thùng chứa bụi : d3 = D = 1,5(m)
Chiều cao cửa vào : a = 0,5.D = 0,75 (m)
Chiều cao ống tâm có mặt bích: h1 = 0,5.D = 0,75 (m)
Chiều cao phần hình trụ : h2 = 1,5.D = 2,25 (m)
Chiều cao phần hình nón : h3 = 2,5.D = 3,75 (m)
Chiều cao bên ngoài ống trung tâm : h4 = 0,5.D = 0,75 (m)
Chiều cao thùng chứa bụi : h5 = 0,5.D = 0,75 (m)
Chiều cao tổng cộng của xiclon : H = h2 + h3 + h4 + h5 = 7,5(m)
Chiều rộng cửa vào : b = 0,2.D = 0,3 (m)
Chiều dài của cửa ống vào l = 0,5.D = 0,75 (m)
Xác định đường kính giới hạn của hạt bụi
- Đường kính giới hạn của hạt bụi được tính theo công thức:
do =

-

-

r 
4,5.µ .L
. ln 2 
2
2
2
π .ρ b . r2 − r1 .n .l  r1 
3

(

)

Trong đó :
L : lưu lượng khí thải đối với 1 xyclon : L = 5,555 m 3 /h
µ : hệ số nhớt động học của bụi , ở 1000 là (kg/m.s)
ρ b : khối lượng riêng của bụi , ρ b = 2000 (kg/m3)

r1 : Bán kính ống thoát khí sạch, r1 = d1/2 = 0,375 (m)
r2 : bán kính xiclon , r2 = D/2 = 0,75 (m)
n : số vòng quay của dòng khí bên trong xiclon
n = = = = 2,9 vòng/s
Trong đó: vE là vận tốc của khí ở ống dẫn vào xyclon
vE = = = 14,8 (m/s)
l : chiều cao làm việc của xyclon : l = H – a = 2,25 – 0,75 =1,5 m
Page 13

Trong đó : H là chiều cao thân hình trụ của xyclon (H= 2,25 m)
a: chiều cao cửa vào ( a= 0,75 m)
=> do = ) = 33,9.10-6 m
Hiệu quả lọc bụi của cỡ hạt xyclon
ηd =

1 − exp(α .d 2 )
.100%
1 − exp(α .d 02 )

Trong đó : là hệ số :
=
= = -1,21.109
Bảng Phân cấp cỡ hạt ban đầu của hạt bụi
STT

Cỡ hạt
Các
đại lượng

Tổng
0-5

5-10

10-

20-

30-

40-

50-

60-

20

30

40

50

60

70

theo
chiều
ngan
g

1

2

Phân cấp

20,3

50,8

17,0 11,7

ban đầu %

4

5

8

1

0,99

2,49

0,83

0,57

9

9

9

5

31,7

70,6

3

4

2,45

0,57

58,7

13,6

6

7

khối lượng
Lượng bụi
có trong 1

3

m3 khí thải
Hiệu quả
lọc bụi
theo cỡ hạt

4

%
Lượng bụi
còn lại sau

5

buồng lắng
Phân cấp
cỡ hạt còn

1

0,98
9
23,7

4,79

0

0

0

0
100

0

0

0

0

100

100

100

100

0,16

0

0

0

0

3,83

0

0

0

0

Page 14

4,91

4,16
9
100


lại sau khi
lọc

Tính toán túi lọc vải :
- Lưu lượng khí thải đi vào : Q= 40000m3 /h = 666,67 (m3/phút)
- Khối lượng riêng của bụi là : ρb = 2000 kg/m3.
- Khối lượng riêng của khí là : ρk = 1,2 kg/m3.
- Nồng độ bụi vào thiết bị là : Cv = 4169 mg/m3
- Nồng độ bụi tối đa cho phép là : Cmax = 180 mg/m3
Hiệu suất xử lý :
Nhiệt độ khí thải đầu vào là 100oC nên ta chọn thiết bị lọc bụi túi vải len

(do giá thành vừa phải ,độ bền nhiệt độ khi tác động lâu dài là 95 – 100 oC ,
khá bền hóa học với các dung môi, chất oxi hóa và axit… )

-

Thiết bị túi lọc vải có hệ thống rung lắc cơ học.
- Chọn vận tốc lọc v = 1m/phút (Quy phạm 0,6 ÷ 1,2 m/phút _ SGK)
Tổng diện tích bề mặt túi vải:

-

Đường kính túi vải D = 125 - 300mm(theo sách ô nhiễm không khí và xử lý

-

khí thải của thầy Trần Ngọc Chấn tập 2)  chọn D= 300mm
Chiều dài làm việc của túi lọc từ : 2000- 3500mm (theo sách ô nhiễm không

-

khí và xử lý khí thải của thầy Trần Ngọc Chấn tập 2)  Chọn l = 3400mm
Diện tích túi vải :

-

Số túi vải:

-

Chọn số túi vải là 218 túi, chia làm 2 đơn nguyên, mỗi đơn nguyên 109 túi

Chọn hàng ngang 10 túi, hàng dọc 11 túi
Lưu lượng khí cần lọc là : Q= 666,67 (m3/phút)
Chọn khoảng cách :
Giữa các túi vải: d1 = 0,1m.
Giữa các hàng: d2 = 0,1m.

-

-

Page 15


-

Giữa túi vải ngoài cùng đến mặt trong của thiết bị: d 3 = 0,1m.
Chọn đế dày của thiết bị: δ = 0,003m.
- Chiều dài của một đơn nguyên:

-

Chiều rộng của một đơn nguyên:

-

Chiều cao bộ phận lọc: H1 = h = 3,4m.
Chiều cao bộ phận chấn động trên túi vải: H 2 = 300mm.
Chiều cao thu hồi bụi: H3 = 0÷1,5m. Chọn H3 = 1m.
Chiều cao của thiết bị là: H = H1 + H2 + H3 = 3,4 + 0,3 + 1 = 4,7 m
Tỷ lệ khí hoàn nguyên:

-

Phương pháp hoàn nguyên dùng cơ cấu rung cơ học: 0,01÷0,03 m/s.
Mà tỷ lệ khí hoàn nguyên = 0,013 m/s.
Vậy chọn phương pháp hoàn nguyên rung cơ học.
Thời gian lọc: Thời gian rung lắc 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 100oC :
ρk = 1,2 . = 0,89(kg/m3)
- Khối lượng riêng của hỗn hợp khí và bụi ở 100oC
ρ hh = ρ b .


Cv
C 
+ ρ k .1 − v 
ρ hh
 ρ hh 

→ – ρkρhh – (ρb – ρk)Cv = 0
→ – 0,89ρhh – (2000 – 0,89) 4169.10-6= 0
→ phh = 2,89 kg/m3
- Trong đó :
+ Cv = 4169 (mg/m3) =4169.10-6 (kg/m3): là nồng độ khí đi qua thiết bị lọc
túi vải
+ ρ k = 0,89 (kg/m3): là khối lượng riêng của khí ở 100oC
Page 16

+ ρ b = 2000 (kg/m3): là khối lượng riêng của bụi
Thay vào ta được : ρ hh = 2,89 (kg/m3)
Lượng hệ khí đi vào ống tay áo :
Gv = ρhh.L= 2,89.40000= 115600 (kg/h)
Nồng độ bụi trong hệ khí đi vào thiết bị lọc tay áo (theo % khối lượng)
Yv = .100% = %= 0,14%
Nồng độ bụi trong khí thải đi ra khỏi thiết bị lọc tay áo (theo % khối lượng)
Yr = Yv .(1 - η) = 0,14.(1 – 0,956) = 6,16 x 10-3 %
Lượng hệ khí ra khỏi thiết bị lọc tay áo:
Gr = Gv.= 115600. = 115445,27(kg/h)
Lượng khí sạch hoàn toàn
Gs = Gv. = 115600. = 115438,16 (kg/h)
Lượng bụi thu được trong 1h
Gb = Gv – Gr = 115600 –115445,27= 154,73(kg/h)
Lưu lượng hệ khí ra khỏi thiết bị lọc tay áo:
Qr’ = = = 39946,46 (m3/h)
Khối lượng bụi thu được ở thiết bị lọc tay áo trong 1 ngày
mb = 154,73x24= 3713,52 (kg/ngày)
Thể tích bụi thu được ở thiết bị lọc tay áo trong 1 ngày
V=m b/Pb = 3713,52/2000 = 1,856 m3
Chọn chiều cao thùng chứa bụi là 1,85 m, chiều dài 1m, chiều rộng 1m. Kích
thước thùng chưa bụi là : 1,85
Trở lực của thiết bị là : = A.vn
Với A= 250,25 , hệ số thực nghiệm đối với từng loại vải, chọn A= 11
n= 1,25 1,35. Chọn n= 1,25
v: năng suất vải lọc m3/m2/h, v= 0,8m3/m2.phút = 48m3/m2.h




= 11481,25 = 1390 N/m2
Tính toán hiệu quả xử lý bụi của cả hệ thống
Theo tính toán ở trên hiệu suất xử lý của thiết bị lọc túi vải là
Lượng bụi đi ra khỏi hệ thiết bị là :
mr = mv ×(1- 0,9568)= 4169 (1- 0,9568 ) = 180,1 (mg/m 3)
Suy ra: Hiệu suất xử lý bụi của buồng lắng bụi ,xyclon và thiết bị lọc bụi túi
vải là:
η=

mv − mr
×100%
mv
= = 99,1% ( = Hiệu suất tối thiểu cần xử lý )

Page 17




Hiệu quả lọc của hệ thống đã đạt yêu cầu xử lý của hệ thông theo quy chuẩn
.

Page 18


2.2 Xử lý khí thải
Các thông số đầu vào
Công suất (Q)

Nồng độ SO2 đầu vào
Nồng độ H2S đầu vào
Nồng độ CO đầu vào
Hiệu suất tối thiểu xử lý SO2

Đơn vị
m3/h
mg/m3
mg/m3
mg/m3

Hiệu suất tối thiểu xử lý H2S
Hiệu suất tối thiểu xử lý CO
Dung dịch hấp thụ (NaOH )
Khối lượng riêng của than hoạt

%
%
%

%

tính
Đường kính hạt than
Độ xốp lớp hấp thụ
Nhiệt độ đầu vào của tháp
Nhiệt độ làm việc của tháp
Nhiệt độ làm của dung dịch NaOH
Áp suất

kg/m3
m
%
o
C
o
C
o
C
atm

Giá trị
40000
1812
31
7288
75,16
78,2
78,65
10
500
0,004
37
100
50
25
1

2.2.1.Xử lý SO2 VÀ H2S bằng phương pháp hấp thụ
Hấp thụ SO2 và H2S bằng dung môi hấp thụ là dung môi NaOH 10%

Ta có: L = V= 40000 (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.

Tính toán cơ sở
Đầu vào
Lượng mol hỗn hợp khí cung cấp đầu vào

Đối với khí SO2
Lượng mol khí SO2 đầu vào:

Nồng độ phần mol của SO2 trong hỗn hợp khí là:
Page 19


Nồng độ phần mol tương đối của SO2 là:
= 8,66
Đối với khí H2S
- Lượng mol H2S đầu vào là:

- Nồng độ phần mol của H2S là:

- Nồng độ phần mol tương đối của H2S là:
=
Lượng mol của cấu tử trơ là:
Khối lượng riêng của pha khí ở 00C , 1atm :
= +
Trong đó:
- Khối lượng riêng trung bình ở 00C, 1atm

= = = 2,23 (kg/m3)
- Nồng độ trung bình ban đầu của hỗn hợp khí là:
= (kmol/kmolhhk)
+ = 1,293 (kg/m3 )
Ở 0oC : = 2,93(kg/m3 ), = 1,521 (kg/m3), = 1,293 (kg/m3)
Suy ra =


= 1,293 (kg/m3 )

 -Khối lượng riêng pha khí ở 1000C và 1atm.


= . . = 1,293 . . = 0,946 (kg/m 3)
Đầu ra
Đối với khí SO2
Page 20


- Sản lượng mol SO2 được hấp thụ là:
ht
GSO
= % H SO2 .G dSO2 = 0, 6565.0, 64875 = 0,3675
2

(kmol/h)

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

GSO
= G d SO2 − GSO
= 0, 64875 − 0,3675 = 0, 28125
2
2

(kmol/h)

Đối với khí H2S
- Sản lượng mol H2S được hấp thụ là:
GHht2 S = % H H 2 S .G dH 2S = 0, 75.0, 031765 = 0, 0238

(kmol/h)

- Sản lượng mol H2S còn lại trong hỗn hợp khí đầu ra:
GHc 2 S = G d H 2 S − GHht2 S = 0,031765 − 0, 0238 = 7,965.10−3

(kmol/h)

=> Sản lượng mol của khí đầu ra:
c
Gra = Gtr + GSO
+ GHc 2 S
2

=1307,12+0,28125+ 7,964.10-3= 1307,40(kmol/h)

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

c
SO2

=

c
GSO
2

Gra

=

0, 28125
= 2,15.10 −4
1307, 40
(kmol/kmol hhk)

Nồng độ phần mol tương đối của SO2 là:
- Nồng độ phần mol của H2S trong hỗn hợp khí đầu ra là:
y

c
H2S

=

GHc 2 S
Gra

=

7,964.10−3
= 6, 091.10−6
1307, 40
(kmol/kmolhhk)

- Nồng độ phần mol tương đối của H2S là:
•

Khối lượng riêng của pha khí ở 00C , 1atm:
= +
Trong đó:
- Khối lượng riêng trung bình ở 00C, 1atm
= = = 2,23 (kg/m3)
- Nồng độ trung bình ban đầu của hỗn hợp khí là:
Page 21


= (kmol/kmolhhk)
+ = 1,293 (kg/m3 )
Suy ra =
--> = 1,293 (kg/m3 )
-Khối lượng riêng pha khí ở 50 0C, 1atm.(ta xem như nhiệt độ dòng khí ra
bằng nhiệt độ làm việc của tháp)
= . . = 1,293 . . = 1,093 (kg/m 3)
Xây dựng đường cân bằng
Ta có :
- Với : là hằng số cân bằng
Trong đó: ψ là Hệ số Henry (Tra bảng 3.1- Sổ tay quá trình thiết bị công

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 = =
(= 0,0655 .)

Có y nên Y = X
H2S
( = 0,672 . )

Có yY nên : Y= X
Xây dựng đường làm việc
Đối với khí SO2
Page 22


SO
- X max là giao điểm của đường = 6,255.10-4 với đường cân bằng Y = X
2

SO2

- Ta có: 6,255.10-4 = X max
SO
 X max = 7,258.10-6 (kmolSO2/kmol dung dịch)
2

- Nồng độ ban đầu

đ
X SO
=0
2

.( coi ban đầu trong pha lỏng nồng độ chất đang

L
Yđ −Yc
= .( X c
− Xđ )
SO 2
SO 2 G
SO 2
SO 2

xét không có)
 Ltr

- Xác định tỉ lệ  Gtr


÷min

:

c
YSOđ 2 − YSO

 Ltr 
6, 255.10 −4 − 2,15 × 10 −4
2
=
= 56,56

÷min = SO2
đ
X max − X SO
7, 258.10−6 − 0
 Gtr 
2
(kmoldd/kmol khí trơ)

=> Sản lượng mol tối thiểu: =56,56.Gtr==73930,70(kmol/h)
-Sản lượng mol thực tế: (Lấy hệ số thừa dư là 1,2)
2
LSO
= 1, 2.Ltr min = 1, 2 × 73930, 70 = 88716,84( Kmol / h)
tt

cđ
X SO
=
2

Gctr
1307,12
(YSO2 − YSO2 ) =
.(3, 061.10−5 − 6, 092.10 −6 ) = 3, 612.10 −7

Ltt
88716, 84
(kmolSO2/k

moldd)
-Đường làm việc SO2 qua 2 điểm :
cđ
( X SO
; YSO2 ) = (3,612.10−7 ; 6, 255.10−4 )
2
đ
c
( X SO
; YSO
) = (0; 2,15 × 10−4 )
2
2

Đối với khí H2S
H2S

- X max là giao điểm của đường = với đường cân bằng Y = X
H2S

- Ta có: = X max
H2S

 X max =3,461.10-8(kmolH2S/kmol dung dịch)
- Nồng độ ban đầu

X Hđ 2 S = 0

.( coi ban đầu trong pha lỏng nồng độ chất đang

xét không có)
YHđ2 S − YHc2 S =

L
.( X Hc 2 S − X Hđ 2 S )
G

Page 23


 Ltr 

÷min
Gtr 

- Xác định tỉ lệ
:
 Ltr

 Gtr

YHđ2S − YHc2 S

3, 061.10 −5 − 6, 092.10 −6
min
=

=
= 708, 40
÷
3, 461.10 −8 − 0
X mHax2 S − X Hđ 2 S


(kmoldd/kmol

trơ)
=> Sản lượng mol tối thiểu là:
=708,40.Gtr ==925963,80(kmol/h)
- Sản lượng mol thực tế: (Lấy hệ số thừa dư là 1,2)
LHtt 2 S = 1, 2.Ltr min = 1, 2 × 925963,80 = 1111156,56( Kmol / h)
X Hcđ2 S =

Gctr
1307,12
(YH 2 S − YH 2 S ) =
.(3, 061.10−5 − 6, 092.10 −6 ) = 2,884.10 −8
Ltt
1111156,56

(kmolH2S/kmoldd)
-Đường làm việc H2S qua 2 điểm :
( X Hcđ2 S ; YH 2 S ) = (2,884.10−8 ; 3,061.10 −5 )
( X Hđ 2 S ; YHc2S ) = (0; 6, 092.10−6 )

Tính toán lượng dung dịch NaOH cần dùng
Đối với khí SO2

Các phản ứng xảy ra trong tháp :
SO2 + 2NaOH Na2SO3 +H2O

(1)

Na2SO3 + SO2+ H2O 2NaHSO3

(2)

SO 2 + NaHSO3+ Na2SO3 +H2O 3 NaHSO3

(3)

Đối với khí H2S
Các phản ứng xảy ra trong tháp:
H2S + 2NaOH = Na2S + 2H2O
Na 2S + H2S 2NaHS
Na 2S + H2O NaHS + NaOH
Khối lượng phân tử pha lỏng :
Page 24

(5)
(6)
(7)

khí


Mdd =
=> M= 19,0476 (Kg dd/Kmol dd)

Từ phương trình (1) ta tính được mNaOH cần để hấp thụ SO2
mNaOH = = = 29,36(kg/h)
Khối lượng dung dịch NaOH 10% cần để hấp thụ SO2
= = = 293,6 (kg/h)
Từ phương trình (5) ta tính được mNaOH cần để hấp thụ H2S
mNaOH = = = 1,904(kg/h)
- Khối lượng dung dịch NaOH 10% cần để hấp thụ H2S
= = = 19,04 (kg/h)
=> Vậy khối lượng dung dịch NaOH 10% cần thiết để hấp thụ khí SO 2 ,H2S
M= + = 293,6 + 19,04 = 312,64 ( kg/h)
- Khối lượng riêng của dung dịch NaOH 10% ở 250C là:
ρ dd =

0,1 + 0,9
0,1 + 0,9
=
= 1010, 6
0,1
0,9
0,1
0,9
+
+
1117 1000
ρ
ρ
NaOH

H 2O

(kg/m3)

- Thể tích dung dịch NaOH trong 1h cung cấp vào trong tháp :
= = = 0,309 (m3/h)
Tính toán tháp hấp thụ
1.Đường kính tháp hấp thụ
- Hấp thụ SO2 và H2S bằng dung dịch NaOH 10 % khối lượng
- Nhiệt độ làm việc của tháp hấp thụ là 500C
Bảng 1 : Khối lượng riêng của dung dịch NaOH 10% (kg/m 3) theo
nhiệt độ (ở áp suất khí quyển)
-200C

0 0C

200C

400C

600C

800C

1000C

1200C

-

1117

1109

1100

1089

1077

1064

1049

Dd
NaOH

Page 25