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

Đồ án môn học

GVHD: ThS.Mai Quang
Tuấn
LỜI MỞ ĐẦU

1. Đặt vấn đề
Hiện nay, bảo vệ môi trường đã trở thành vấn đề rất bức xúc trên toàn thế giới, và
Việt Nam cũng không phải ngoại lệ. Đặc biệt, trong giai đoạn hiện nay, khi nước ta đang
trên đà hội nhập thì việc quan tâm đến môi trường lại càng trở nên cấp thiết hơn cả. Do
vậy hiện nay, vấn đề bảo vệ sức khỏe, cải thiện môi trường sống nói chung, và bảo vệ
môi trường không khí nói riêng đã và đang được sự quan tâm của Đảng và Nhà nước,
cũng như các tổ chức và người dân. Đó đã không còn là trách nhiệm của mỗi cá nhân, mà
đã trở thành nhiệm vụ cấp thiết của toàn xã hội.
Con người trong hoạt động kinh tế xã hội thải ra môi trường một lượng khí thải rất
lớn. Vì vậy vấn đề xử lý khí thải đã, đang và sẽ trở thành vấn đề nan giải đối với Việt
Nam nói riêng và thế giới nói chung. Để góp phần vào việc bảo vệ môi trường Việt Nam
cũng như môi trường nhân loại và giảm bớt nỗi lo về hậu quả của ô nhiễm môi trường, đồ
án môn học ”Thiết kế hệ thống xử lý khí thải đạt QCVN 19:2009/BTNMT được hình
thành”.
2. Mục tiêu của đò án môn học
Thiết kế hệ thống xử lý khí thải công nghiệp đạt QCVN 19:2009 ,cột B trước khi thải ra
môi trường, góp phần kiểm soát ô nhiễm do khí thải công nghiệp gây ra đối với môi
trường.

SVTH: Đường Thị Hợi – ĐH3CM1 – MSV: DH00301179

1


Đồ án môn học

GVHD: ThS.Mai Quang
Tuấn

2. Lời cảm ơn
Để hoàn thành đồ án môn học này. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo đã
tận tình hướng dẫn, giảng dạy trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và rèn luyện ở
Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội
Xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo trong bộ môn công
nghệ - khoa môi trường, đặc biệt là thầy giáo hướng dẫn ThS Mai Quang Tuấn. Em xin
chân thành bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô giáo đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án môn
học này.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng để thực hiện đề tài một cách hoàn chỉnh nhất, tuy nhiên
không thể tránh được những thiếu sót. Kính mong quý thầy giáo, cô giáo cùng toàn thể
bạn bè góp ý để bài được hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà nội, ngày

tháng năm 2015.

Sinh viên

Đường Thị Hợi

SVTH: Đường Thị Hợi – ĐH3CM1 – MSV: DH00301179

2


Đồ án môn học

GVHD: ThS.Mai Quang
Tuấn

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI

Họ và tên sinh viên: Đường Thị Hợi
Lớp : ĐH3CM1
Họ và tên giảng viên hướng dẫn: Mai Quang Tuấn
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 khí thải: 30.000 m3/giờ
- Chỉ tiêu khí thải:
Chỉ tiêu

Đơn vị đo

SO2

mg/m3

CO

Giá trị

Chỉ tiêu

Đơn vị đo

1382

5-10

µm

8%

mg/m3

2200

10-20

µm

10%

H2 S

mg/m3

5

20-30

µm

17%

NO2

mg/m3

320

30-40

µm

12%

Bụi

g/m3

35

40-50

µm

15%

0-5

µm

4%

50-60

µm

18%

60-70

µm

16%

SVTH: Đường Thị Hợi – ĐH3CM1 – MSV: DH00301179

Giá trị

3


Đồ án môn học

GVHD: ThS.Mai Quang
Tuấn

A
2/3bA

B
lA

bA
 Kích thước nhà:
- Nhà A:
bA= 15m
lA=50m
hA=10m

lB

x1

bB

-

Nhà B:
bB= 30m
lB= 100m
hB= 20m

x1 = 120m Hô= 50m; D = 500 mm; u10= 3 m/s; Tkt=100oC; Txq=20oC






Khối lượng riêng bụi (kg/m3): 1500
Khí quyển trung tính (cấp D), độ nhám của mặt đất z0 = 0,1.
Gió thổi từ nhà A sang nhá B.
Nhà máy đặt ở khu vực loại 3

2- Thể hiện các nội dung nói trên vào :
-

Bản vẽ sơ đồ công nghệ xử lý khí thải cho nhà máy A
Bản vẽ chi tiết công trình xử lý bụi
Bản vẽ chi tiết công trình xử lý khí
Tính toán phát tán nồng độ chất ô nhiễm tại vị trí cách nguồn thải 1km,
3km

Sinh viên thực hiện
Đường Thị Hợi

SVTH: Đường Thị Hợi – ĐH3CM1 – MSV: DH00301179

Giảng viên hướng dẫn
Mai Quang Tuấn

4

Đồ án môn học

GVHD: ThS.Mai Quang
Tuấn

PHẦN I: XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ TỐI ĐA CHO PHÉP
I.

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: Lưu lượng thải của nhà máy 30000 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 1: Nồng độ tối đa cho phép đối với hạt bụi và các chất vô cơ trong khí
thải công nghiệp

SVTH: Đường Thị Hợi – ĐH3CM1 – MSV: DH00301179

5

Đồ án môn học

GVHD: ThS.Mai Quang
Tuấn

II. 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
o
100 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 = 100oC  T1= 373 K
t2 = 25oC  T2=298 K
Từ phương trình khí lý tưởng : PV=nRT

C 2 = C1 ×

T1
373
= C1 ×
T2
298

Trong đó:
C1, T1:

Nồng độ của các thành phần trong khí thải (mg/m 3) ở nhiệt độ
tuyệt đối T1=373 K

C2, T2 :

Nồng độ của các thành phần trong khí thải (mg/Nm 3) ở nhiệt độ tuyệt
đối T2=298 K
Bảng 2: Nồng độ các thành phần trong khói thải ở 25oC

TT

Thành phần

1

Bụi

2

CO

3

H2 S

4

SO2

5

NO2

C100 oC
mg/m3

C25 oC
(mg/Nm3)

35000

35000

2200

2754

5

6,3

1382

1730

320

400

SVTH: Đường Thị Hợi – ĐH3CM1 – MSV: DH00301179

6

Đồ án môn học

GVHD: ThS.Mai Quang
Tuấn

Kết luận:
Ta được bảng số liệu:
Bảng 3: Nồng độ chất ô nhiễm tối đa cho phép và So sánh với QCVN 192009 (cột B)
TT

Thành phần

C25 oC
(mg/Nm3)

Cmax
mg/Nm3

Kết luận

1

Bụi

35000

180

Vượt QC

2

CO

2754

900

Vượt QC

3

H2 S

6,3

6,75

Đạt yêu cầu

4

SO2

1730

450

Vượt QC

NO2
400
5
 Phải xử lý bụi, khí SO2 và khí CO.

765

Đạt yêu cầu

Hiệu suất xử lý tối thiểu: E =

C 2 − C max
.100 0 0
C2

-

Hiệu suất xử lý tới thiểu đối với CO :

-

Hiệu suất xử lý tối thiểu đối với SO2 :

-

Hiệu suất xử lý tối thiểu đối với bụi :

2754 − 900

× 100 0 0 = 67,3 0 0
2754

1730 − 450
× 100 0 0 = 74 0 0
1730
35000 − 180
× 100 0 0 = 99,5 0 0
35000

SVTH: Đường Thị Hợi – ĐH3CM1 – MSV: DH00301179

7


Đồ án môn học

GVHD: ThS.Mai Quang
Tuấn

PHẦN II: ĐỀ XUẤT DÂY TRUYỀN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ
I. Lựa chọn phương pháp xử lý bụi.
1. Buồng lắng bụi
 Nguyên lý: Khi dòng khí chứa bụi chuyển động từ đường ống ( nơi có tiết diện
nhỏ) đi vào buồng lắng bụi (nơi có tiết diện lớn hơn rất nhiều lần), do đó khí và
bụi sẽ chuyển động chậm lại, tạo điều kiện cho các hạt bụi lắng lại dưới tác dụng
của trọng lực.
 Cấu tạo: là một không gian hình hộp có tiết diện ngang lớn hơn nhiều lần so với
tiết diện của đường ống dẫn khí vào để vận tốc khí giảm xuống rất nhỏ. Nhờ vậy,
hạt bụi đủ thời gian để rơi xuống chạm đáy dưới tác dụng của trọng lực và bị giữ

lại tại đó mà không bị dòng khí mang theo.

SVTH: Đường Thị Hợi – ĐH3CM1 – MSV: DH00301179

8


Đồ án môn học

GVHD: ThS.Mai Quang
Tuấn

 Ưu, nhược điểm:
Ưu điểm:
+ Chi phí đầu tư ban đầu thấp, vận hành thấp.
+ Cấu tạo đơn giản.
+ Sử dụng trong xử lý khí có nồng độ bụi cao chứa các hạt bụi có kích thước
lớn đặc biệt tư ngành công nghiệp luyện kim, nấu chảy kim loại.
+ Tổn thất áp suất qua thiết bị thấp.
+ Buồng lắng bụi làm việc tốt với khí có nhiệt độ cao và môi trường ăn mòn.
Nhược điểm:
+ Phải làm sạch thủ công định kì.
+ Cồng kềnh, chiếm nhiều diện tích, cần có không gian lớn khi lắp đặt.
+ Chỉ tách được bụi thô.
+ Không thể thu được bụi có độ bám dính và dính ướt.
2. Xyclon
 Nguyên tắc: Tách bụi bằng lực ly tâm.

SVTH: Đường Thị Hợi – ĐH3CM1 – MSV: DH00301179

9


Đồ án môn học

GVHD: ThS.Mai Quang
Tuấn

Xyclon là thiết bị hình trụ tròn có miệng dẫn khí vào ở phía trên. 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.

 Ưu điểm, nhược điểm.
Ưu điểm:
+ Không có bộ phận chuyển động;
+ Có thể làm việc ở nhiệt độ cao (đến 5000C);
+ Vận tốc khí làm việc lớn (2,2-5m/s);
+ Thu bụi ở dạng khô;
+ Có khả năng thu bụi mài mòn mà không cần bảo vệ bề mặt Xyclon;
+ Chế tạo đơn giản, giá thành rẻ;
+ Chi phí vận hành sửa chữa thấp;
+ Có thể làm việc ở điêu kiện nhiệt độ, áp suất khác nhau;
+ Tách bụi có đường kính < 20
SVTH: Đường Thị Hợi – ĐH3CM1 – MSV: DH00301179

10


Đồ án môn học

GVHD: ThS.Mai Quang
Tuấn

Nhược điểm:
+ Không thể thu hồi được bụi có tính kết dính;
+ Tổn thất áp suất lớn;
+ Hiệu quả lọc bụi giảm khi kích thước hạt bụi < 5
3. Loại lưới lọc bụi:
3.1 Thiết bị lọc bụi túi vải:
Vật liệu lọc dùng trong thiết bị loại này là các loại vải bông, len dạ, vải sợi tổng
hợp, vải sợi thủy tinh. Trong đó vải tổng hợp hiện nay được sử dụng phổ biến nhất vì các
ưu điểm của nó như chịu được nhiệt độ cao, bền dưới tác dụng cơ học và hóa học, rẻ tiền.
Thông số quan trọng nhất của vải lọc là tải trong khí qua vải (m3/m2.ph).
Quá trình lọc bụi trên vải xảy ra theo 3 giai đoạn:
-

Giai đoạn thứ nhất khi vải còn sạch, các hạt bụi lắng trên các lớp xơ nằm trên bề mặt sợi.
Ở giai đoạn này hiệu suất lọc bụi còn thấp.
Giai đoạn thứ 2: là khi đã có một lớp bụi bám trên bề mặt vải, lớp bụi này trở thành môi
trường lọc thứ 2. Hiệu suất lọc bụi của giai đoạn này là rất cao.
Sau một thời gian, bụi bám trên vải sẽ dày lên làm tang trở lực đối với dòng khí, vì vậy
cân thiết phải làm sạch vải lọc. Sauk hi làm sạch vải lọc vẫn còn một lượng bụi nằm giữa
các sơ cho nên trong giai đoạn 3 này hiệu suất lọc vẫn còn cao.
Thiết bị lọc: Vải lọc được may thành túi hình trụ có đường kính không quá

600mm và chiều dài thường lấy bằng 16 đến 20 lần đường kính. Thông thường, phía
trong túi lọc có khung đỡ bằng thép. Các túi lọc được bố trí thành từng dãy song song
hoặc so le trong thiết bị lọc bụi.

SVTH: Đường Thị Hợi – ĐH3CM1 – MSV: DH00301179

11


Đồ án môn học

GVHD: ThS.Mai Quang
Tuấn

Nguyên lý làm việc: Không khí chứa bụi theo ống dẫn vào hộp phân phối đều
hướng lên trên giữa các túi vải. Bụi được giữ lại trên bề mặt ngoài ống, không khí sạch
vào trong ống vải đi lên trên vào hộp góp và ra ngoài. Sau một thời gian hoạt động, bụi
bám nhiều trên bề mặt túi vải lam tang trở lực của hệ thống, thì phải tiến hành hoàn
nguyên túi lọc.
Phương pháp hoàn nguyên bộ túi vải là một yếu tố quan trọng vì nó liên quan
đến vật liệu vải lọc, sức cản khí động, tải trọng không khí cần lọc và chi phí năng lượng
hoàn nguyên. Có 2 phương pháp hoàn nguyên:
- Cơ khí: lắc rung và đôi khi vặn xoắn.
- Thổi bằng nén khí: thổi ngược, thổi liên tục hoặc thổi xung.
Thiết bị lọc túi vải có hiệu suất thu bụi cao đến trên 99% và tổn thất áp lực vao
khoảng 1300-1400 N/m2.
Trở lực khí động của vải chưa bám bụi khi lưu lượng khí từ 0,3-2 m/s thường
từ 5-40 N/m2.
Nồng độ bụi sau khi lọc vải là 10-50mg/m3.
3.2 Lưới lọc bụi kiểu tấm:

SVTH: Đường Thị Hợi – ĐH3CM1 – MSV: DH00301179

12


Đồ án môn học

GVHD: ThS.Mai Quang
Tuấn

Đây là thiết bị lọc được chế tạo thành tấm phẳng từ một vật liệu hay nhiều vật
liệu khác nhau để tạo ra những lỗ rỗng, hai mặt căng lưới thép và giữa là vật đệm như sợi
thủy tinh, sợi tổng hợp, dây kim loại, khâu nhựa, khâu sứ,… Kích thước vật liệu đệm
càng bé thì lỗ rỗng càng bé và lọc được bụi mịn. tùy theo lưu lượng không khí cần lọc ta
tính được diện tích các tấm lọc và sắp xếp chúng hợp lý (đứng, nghiêng, phẳng, ngang)
vào thiết bị không khí đi qua.
3.3 Thiết bị lọc bụi dạng sơ sợi:
Các thiết bị lọc dạng xơ sợi bao gồm một hay nhiều lớp lọc, trong đó phân bố
đồng đều các xơ sợi. Các thiết bị lọc dạng xơ sợi được sử dụng để lọc bụi có nồng độ bụi
từ 0,5-5mg/m3 và được phân ra thành các loại sau:
-

-

Các thiết bị lọc sơ mỏng: loại thiết bị này có thể làm sạch tinh những thể tích khí lớn. Để
thu hôi bụi có kích thước nhỏ (0,1-5 với hiệu suất >99%, người ta sử dụng các thiết bị lọc
dạng tấm phẳng hoặc các lớp vật liệu mỏng dạng sơ sợi nhỏ hơn 5. Vận tốc lọc từ 0,010,1m/s. Nồng độ bụi ban đầu không lớn hơn 5mg/m 3. Loại thiết bị này không tái sinh vật
liệu lọc. Sau một thời gian sử dụng thì thay cả bộ lọc hoặc thay vật liệu lọc.
Thiết bị lọc thô: Để khắc phục nhược điểm của loại trên là thời gian sử dụng không dài

và phải thay thế, trong nhiều trường hợp người ta sử dụng thiết bị lọc nhiều lớp xơ sợi
dày hơn và đường kính xơ sợi lớn hơn (từ 1-20. Với tốc độ lọc từ 0,05-0,1m/s thì khả
năng thu hồi bụi có kích thước trên 1 của loại bộ lọc nay là rất cao.
 Ưu và nhược điểm của lưới lọc bụi:
Ưu điểm:
+ Gọn nhẹ.
+ Hiệu suất tách bụi cao >99%.
+ Tách được bụi có kích thước d<0,5µm.
Nhược điểm:
+ Không thích hợp với hỗn hợp khí và bụi có độ ẩm cao.
+ Vật liệu túi lọc phụ thuộc và thành phần, tính chất của bụi, của khí và của
nhiệt độ.
 Chọn thiết bị lọc bụi túi vải.
3.4 Thiết bị lọc bụi tĩnh điện:
 Nguyên tắc làm việc:

SVTH: Đường Thị Hợi – ĐH3CM1 – MSV: DH00301179

13


Đồ án môn học

GVHD: ThS.Mai Quang
Tuấn

Dòng hỗn hợp khí bụi đi qua thiết bị, dưới tác dụng của điện trường sinh ra một
dòng điện một chiều, các hạt bụi sẽ tích điện và chuyển về điện cực trái dấu, trung hòa
bám tại đó và tách ra khỏi dòng khí. Định kì dùng vộ gõ để tách khỏi điện cực. Hay bụi
được tách ra khỏi dòng khí nhờ lực tĩnh điện.

 Ưu điểm, nhược điểm:
Ưu điểm:

-

- Hiệu suất tách bụi cao > 99%
- Tách được bụi có kích thước nhỏ.
- Tổn thất áp suất thấp.
Có thể làm việc ở nhiệt độ và áp suất cao hay trong môi trường chân không.
Dễ điều khiển và tự động hóa.
Nhược điểm:

- Khi thay đổi thông số công nghệ, hiệu quả tách bụi giảm mạnh.
- Không thích hợp với việc làm sạch khí chứa chất dễ nổ.
- Cồng kềnh, đắt tiền.
 Phải tùy thuộc vào hiệu suất yêu cầu xử lý bụi và đặc điểm của dòng khí thải mà lựa chọn
phương pháp xử lý bụi.
Đối với đặc điểm của dòng thải này thì ta sẽ chọn xử lý bụi bằng: buồng lắng, Xyclon
và thiết bị lọc bụi túi vải.
II. Lựa chọn phương pháp xử lý khí.
1. Phương pháp hấp thụ:
Hấp thụ là một quá trình truyền khối mà ở đó các phân tử chất khí chuyển dịch
và hòa tan vào pha lỏng. Sự hòa tan có thể diễn ra đồng thời với một phản ứng hóa học
giữa các hợp phần giữa pha khí và pha lỏng hoặc không có phản ứng hóa học. Truyền
khối thực chất là một quá trình khuếch tán mà ở đó chất khí ô nhiễm dịch chuyển từ trạng
thái có nồng độ cao hơn đến trạng thái có nông độ thấp hơn. Việc khử chất khí ô nhiễm
diễn ra theo 3 giai đoạn:
(1) Khuếch tán chất khí ô nhiễm đến bề mặt chất lỏng;
(2) Truyền ngang qua bề mặt tiếp xúc pha khí/lỏng (hòa tan)
(3) Khuếch tán chất khí hòa tan tư bề mặt tiếp xúc pha vào trong pha lỏng

Sự chênh lệch nồng độ ở bề mặt tiếp xúc pha thuận lợi cho động lực của quá
trình và quá trình hấp thụ khí diễn ra mạnh mẽ trong điều kiện diện tích bề mặt tiếp xúc
SVTH: Đường Thị Hợi – ĐH3CM1 – MSV: DH00301179

14


Đồ án môn học

GVHD: ThS.Mai Quang
Tuấn

pha lớn, độ hỗn loạn cao và hệ số khuếch tán cao. Bởi vì một số hợp phần của hỗn hợp
khí có khả năng hòa tan mới có thể hòa tan được trong chất lỏng, cho nên quá trình hấp
thụ chỉ có hiệu quả cao khi lựa chọn dung chất hấp thụ có tính hòa tan cao hoặc những
dung chất phản ứng không thuận nghịch với chất khí cần được hấp thụ.
 Ưu điểm và nhược điểm:
Ưu điểm:
+ Xử lý được các chất khí, hơi độc hại.
+ Dễ lựa chọn được hóa chất hấp thụ.
+ Phản ứng hóa học, độ hòa tan chất khí vào chất lỏng nhanh nếu nhiệt độ khí
thải cao.
Nhược điểm:
+ Khó hoàn nguyên các chất hấp thụ.
2. Phương pháp hấp phụ:
Hấp phụ là một quá trình truyền khối mà trong đó chất khí được liên kết vào
một chất rắn. Chất khí (chất bị hấp phụ) thâm nhập vào các mao quản của chất rắn (chất
hấp phụ) nhưng không thâm nhập vào cấu trúc mạng tinh thể của chất rắn.
Nhìn chung, các chất hấp phụ này có đặc tính chung là diện tích bề mặt hoạt
tính trên một đơn vị thể tích rất lớn. Chúng rất có hiệu quả đối với các chất ô nhiễm dạng

Hydrocacbon. Hơn nữa, chúng có thể hấp phụ được cả H 2S và SO2. Một dạng đặc biết
của rây phân tử cũng có thể hấp phụ được NO2.
Ngoại trừ than hoạt tính, các chất hấp phụ khác có một nhược điểm la chũng ưu
tiên tiếp xúc với nước trước bất kì một chất ô nhiễm nào. Vì vậy nước phải được tách hết
khỏi dòng khí trước khi đưa vao hấp phụ. Tất cả các chất hấp phụ đều bị phá hủy ở nhiệt
độ cao (1500C đối với than hoạt tính, 6000Cđối với rây phân tử, 4000C với silicagel và
5000C đối với Nhôm hoạt tính). Hoạt động của chúng rất kém hiệu quả ở những nhiêt độ
tương ứng như trên. Tuy nhiên hoạt tính của chúng lại được phục hồi lại ngay ở chính
nhiệt độ đó.
 Ưu điểm và nhược điểm:
Ưu điểm:

SVTH: Đường Thị Hợi – ĐH3CM1 – MSV: DH00301179

15


Đồ án môn học

GVHD: ThS.Mai Quang
Tuấn

+ Khử ẩm trong không khí.
+ Khử khí độc hại và mùi.
+ Thu hồi hơi và các khí có lẫn trong không khí hoặc khí thải.
Nhược điểm:
+ Ngoại trừ than hoạt tính thì tất cả các chất hấp phụ đều ưu tiên tiếp xúc với
nước trước. Vì vậy phải loại bỏ nước khỏi dòng khí trước khi vào tháp hấp phụ.
+ Tất cả các chất hấp phụ đều phá hủy ở nhiệt độ cao.
+ Hoạt động của chúng rất kém hiệu quả ở nhiệt độ bị phá hủy. Tuy nhiên hoạt

tính của chúng lại được phục hồi lại ngay ở chính nhiệt độ đó.
 Chọn phương pháp xử lý khí là phương pháp hấp thụ.
3. Lựa chọn thiết bị hấp thụ:
3.1 Tháp đệm:
Các tháp đệm rất được ưa chuộng. Vì tháp đệm có những ưu điểm sau:
+ Có bề mặt tiếp xúc pha lớn, hiệu suất cao;
+ Cấu tạo đơn giản;
+ Trở lực trong tháp không lớn lắm;
+ Giới hạn làm việc tương đối rộng.
Nhược điểm: Khó làm ướt đều đệm. Do đó, nếu tháp cao quá thi chất lỏng
phân bố không đều. Vì vậy người ta phải chia tầng và ở mỗi tầng có đặt them
bộ phận phân phối chất lỏng.
3.2 Tháp đĩa:
- Tháp đĩa thường kinh tế hơn tháp đệm vì khả năng chịu được lưu lượng khí cao và do đó
đường kính cột thường nhỏ hơn.
- So với tháp đệm thì tháp đĩa phức tạp hơn và được phân thanh nhiều loại theo kết cấu của
đĩa và sự vận chuyển của chất lỏng qua lỗ đĩa hoặc theo các ống chảy chuyền giữa các
đĩa, cụ thể phân thành:
+ Tháp đĩa có ống chảy truyền va không ống chảy chuyền.
+ Tháp đĩa lưới, tháp chop, tháp supap và một số dạng khác.
3.3 Các tháp phun:
Các tháp phun thường được áp dụng trong những trường hợp đòi hỏi độ giảm
áp pha khí qua tháp là nhỏ nhất và có sự hiện diện của các bụi lơ lửng trong dòng khí
thải.
 Chọn thiết bị hấp thụ là tháp đệm.
4. Lựa chọn dung môi hấp thụ:
SVTH: Đường Thị Hợi – ĐH3CM1 – MSV: DH00301179

16

Đồ án môn học

GVHD: ThS.Mai Quang
Tuấn

Các khí cần xử lý là: SO2 và CO.
Những chất hấp thụ công nghiệp áp dụng trong quá trình làm sạch liên tục dòng
khí thải cần phải thỏa mãn một số yêu cầu sau:
- Có đủ khả năng hấp thụ cao.
- Có tính chọn lọc cao theo quan hệ với thành phần cần được tách ra.
- Có thể có tính bốc hơi nhỏ.
- Có những tính chất động học tốt.
- Có khả năng hoàn nguyên tốt.
- Có tính ổn định nhiệt hóa học.
- Không có tác động ăn mòn nhiều đến thiết bị.
- Có giá thành rẻ và dễ kiếm trong sản xuất công nghiệp.
5. Chọn chất hấp thụ SO2 là vôi. Vì phương pháp xử lý khí SO2 là phương pháp được áp
dụng rộng rãi trong công nghiệp vì hiệu quả cao, nguyên liệu rẻ tiền và sẵn có ở mọi nơi;
công nghệ đơn giản, có thể chế tạo thiết bị bằng vật liệu thông thường , không cần đến
vật liệu chống axit và không chiếm nhiều diện tích xây dựng.

(1)
(2)

PTHH:
CaCO3 + SO2
2CaSO3 + O2

CaSO3 + CO2

2CaSO4

SVTH: Đường Thị Hợi – ĐH3CM1 – MSV: DH00301179

17


Đồ án môn học

GVHD: ThS.Mai Quang
Tuấn

II. Sơ đồ công nghệ

Khí thải chưa xử lý

Buồng lắng
Thu bụi
Xiclon
Hoàn nguyên vải lọc
Lọc bụi túi vải
bằng thiết bị rung
hoặc dùng nước có
lực caodd sau
Hoànáp
nguyên
Tháp hấp thụ SO2
hấp thụ bằng bộ
SVTH:
Đường

Thị
Hợi
–
ĐH3CM1
–
MSV: DH00301179
phận tách tinh thể và
bộ lọc chân không

Xử lí
bụi

Thu bụi
Thu bụi ướt

18


Đồ án môn học

GVHD: ThS.Mai Quang
Tuấn

Hoàn nguyên than
bằng hơi nước ở
100oC

Tháp hấp phụ CO

Khí đạt tiêu chuẩn ra ngoài qua

ống khói

Thuyết minh sơ đồ công nghệ:
Dòng khí thải được đưa vào buồng lắng theo phương tiếp tuyến do diện tích buồng
lắng lớn hơn nhiều so với diện tích ống dẫn khí vào do đó vận tốc của khí giảm xuống rất
nhỏ, hạt bụi có đủ thời gian để rơi xuống đáy dưới tác dụng của trọng lực và bị giữ lại tại
đó mà không bị dòng khí mang theo. Bụi tại buồng lắng ở dạng khô, kích thước tương
đối lớn nên được thu hồi bằng biện pháp thủ công.
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
tiếp tục loại bỏ các hạt bụi có kích thước nhỏ hơn. Tại đây bụi sẽ được giữ lại trên lớp xơ
nằm trên bề mặt sợi và giữa các lớp sợi, ban đầu hiệu suất của quá trình không cao nhưng
sau một thời gian một lớp bụi được hình thành trên bê mặt vải, lớp bụi này trở thành môi
SVTH: Đường Thị Hợi – ĐH3CM1 – MSV: DH00301179

19


Đồ án môn học

GVHD: ThS.Mai Quang
Tuấn

trường lọc thứ 2. Do đó hiệu suất lọc tăng lên. Tuy nhiên bụi sẽ dần bám dầy lên lớp vải
làm tăng trở lực với dòng khí dẫn đến hiệu suất lọc giảm khi đó ta cần hoàn nguyên vật
liệu lọc bụi. Việc hoàn nguyên có thể được tiến hành bằng biện pháp cơ học như rung, lắc
nhưng nó chưa loại bỏ được những hạt bụi mịn nên ta phải dùng nước có áp lực để loại
bỏ. Do bụi thu hồi được ở dạng ướt nên cần được xử lí trước khi đổ vào nguồn tiếp nhận.
Dòng khí thải sau khi đi qua thiết bị xử lí bụi: buồng lắng, xiclon và túi vải đã loại bỏ
được lượng bụi sao cho lượng bụi ra đạt QCVN19:2009 sẽ được dẫn qua thiết bị để xử lí
khí bao gồm tháp hấp thụ và hấp phụ.
Trong tháp hấp thụ SO2 được dẫn vào từ phía dưới của tháp, dung dịch CaCO3 sau khi
được hòa tan trong bể phản ứng sẽ được đưa lên đỉnh tháp nhờ bơm và đường ống. Dòng
khí được đưa từ dưới lên vào tháp đệm, tại đó xảy ra quá trình hấp thụ SO 2 bằng dung
dịch CaCO3 (phun từ trên xuống ) tưới trên lớp đệm bằng vật liệu rỗng. Dung dịch sau
hấp thụ chứa nhiều tinh thể CaSO3.0,5H2O, CaSO4.2H2O và một ít tro bụi sẽ được tách ra
khỏi hỗn hợp bằng bộ phận tách tinh thể và bộ lọc chân không. Phần dung dịch còn lại sẽ
được tuần hoàn trở lại tháp sau khi bổ sung dung dịch sữa vôi.
Sau đó dòng khí thải được đưa tới tháp hấp phụ để loại bỏ CO 2 nhờ than hoạt tính. Tại
đây khí CO bị giữu lại trong các lớp than hoạt tính trong thiết bị và khí sạch sẽ đi ra
ngoài, dung dịch thải ra sẽ được cho vào hệ thống xử lý nước thải. Sau một thời gian than
hoạt tính đã bão hòa CO thì quá trình hấp phụ được dừng lại để tháo bỏ chất hấp phụ
hoặc hoàn nguyên lại vật liệu hấp phụ để sử dụng lại. Việc hoàn nguyên được thực hiện
bằng hơi nước ở nhiệt độ cao ( 100 0C) có thể giải thoát được hầu hết các chất ô nhiễm đã
bị hấp phụ trong than mà không làm hỏng vật liệu hấp phụ.
Dòng khí thải sau khi được tiến hành xử lí bụi và khí sẽ được đưa ra ngoài qua đường
ống lên ống khói và đi vào khí quyển.

SVTH: Đường Thị Hợi – ĐH3CM1 – MSV: DH00301179

20

Đồ án môn học

GVHD: ThS.Mai Quang
Tuấn

PHẦN III : TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ
I.

XỬ LÝ BỤI
Bảng 4: Các thông số đầu vào
Các đại lượng

Đơn vị

Số liệu

m3/s

8,33

Nồng độ bụi ban đầu

mg/m3

35000

Khối lượng riêng của bụi

kg/m3

1500

Độ nhớt của không khí ở 200C

kg/m.s

1,6x10-5

Lưu lượng

Bảng 5: Thành phần bụi.
Cỡ hạt ()

0–5

5 – 10

10 – 20

20 – 30

30 – 40

SVTH: Đường Thị Hợi – ĐH3CM1 – MSV: DH00301179

40 – 50

50 – 60

60 – 70

21


Đồ án môn học

GVHD: ThS.Mai Quang
Tuấn

%

4

8

10

H=
Hiệu suất xử lý bụi đạt yêu cầu là :

17

12

15

18

16

C − C1 35000 − 180
=
= 99,5%
C
35000

Với thành phần bụi như trên ta dùng buồng lắng bụi để xử lí
1. Tính toán buồng lắng
Dựa vào dải phân cấp cỡ hạt bụi trên bảng dải phân cấp cỡ hạt và nguyên tắc làm việc
của buồng lắng bụi.
 Chọn đường kính giới hạn δ = 50 (μm) nghĩa là buồng lắng bụi có thể lọc toàn bộ cỡ hạt

≥ 50µm

d
Với công thức:
δmin =

18.µ.L
(ρb − ρk ).g.B.l

Trong đó:
+ µ : Độ nhớt của khí thải ở 100oC
Hệ số nhớt động lực của khí thải ở 100oC, tính theo công thức gần đúng của Sutherland
[2]:
3

µ t oC

387

 273 + t  2
= µ 0o C ×
×
÷ (Pa .s)
387 + t  273 

µ t oC = 1,6 × 10−5 ×
Ta được :

3
2

387
 273 + 100 
−5
×
÷ = 2 × 10 (Pa .s)
387 + 100  273 

Gọi:
L : lưu lượng khí thải, L = 8,33(m3/s)
SVTH: Đường Thị Hợi – ĐH3CM1 – MSV: DH00301179

22


Đồ án môn học

GVHD: ThS.Mai Quang
Tuấn

ρb : Trọng lượng riêng của bụi, ρb = 1500 kg/m3
l : Chiều dài buồng lắng (m)
B: Chiều rộng buồng lắng (m)
 Lưu lượng dòng khí đi vào là 30000 m3/h nên ta sử dụng 4 buồng lắng.
L 30000
L1 = =
= 7500
4
4
 Lưu lượng khí đi vào mỗi buồng lắng là
(m3/h)
18µL
B.l =
(ρb − ρk ).g.δ 2min
 Ta có phương trình buồng lắng:
δmin = 50µm
Chọn đường kính giới hạn hạt bụi của buồng lắng
khi đó ta có:
−5
18 × 1,6 × 10 × 7500
B.l =
= 16,32(m 2 )
−6 2
(1500 − 1, 2) × 9,81 × (50 × 10 ) × 3600
Với l ≥ 2,5B => Chọn B = 2,5 m và l = 7 m;
Khi đó ta có đường kính giới hạn của hạt bụi là:
δmin =

18.µ.L

18 × 2 × 10 −5 × 7500
=
= 47 × 10−6 (m)
(ρb − ρk ).g.B.l
(1500 − 1, 2) × 9,81 × 2,5 × 7 × 3600

—» thỏa mãn đường kính giới hạn

 Chọn vận tốc khí trong buồng lắng v = 0,8 m/s (< 3 m/s) Khi đó chiều cao buồng
H=

L
7500
=
= 1,05
3600.B.u 3600 × 2,5 × 0,8

lắng:
Vậy chọn chiều cao buồng lắng là H = 1,1m

(m)

Kiểm tra lại kích thước buồng lắng:
-

µ

Thời gian lưu của cỡ hạt bụi 50 m và dòng khí thải bên trong buồng lắng:

SVTH: Đường Thị Hợi – ĐH3CM1 – MSV: DH00301179

23


Đồ án môn học

GVHD: ThS.Mai Quang
Tuấn
τ2 =

-

Đối với hạt bụi

δmin = 50µm

v gh =
-

l
7
=
= 10,78(s)
u 0,8

thì vận tốc rơi giới hạn tuân theo định luật Stokes
1500 × 9,81× (50 × 10−6 ) 2
=
= 0,102(m / s)
18 × 2 ×10−5

ρb .g.δ
18µ

2
min

µ

Thời gian lắng của hạt bụi cỡ 50 m là:
H
1,1
τ1 =
=
= 8,75(s)
v gh 0,102
µ

 đảm bảo hạt bụi cỡ 50 m được lắng hoàn toàn trong buồng lắng.
Kiểm tra hiệu quả lọc của buồng lắng theo cỡ hạt theo công thức
ρ .g.l.B 2
1500 × 9,81 × 7 × 2,5 2
η( δ ) = 5,555 × b
× δ = 5,555 ×
× δ = 3,39 × 1010 × δ2
−5
µL
2 × 10 × 2,08
Trong đó:
+ µ : Độ nhớt của khí thải ở 100oC

+ L1 : Lưu lượng khí thải, L1 = 2,08 (m3/s)
+ ρb : Trọng lượng riêng của bụi, ρb = 1500 kg/m3
+ l : Chiều dài buồng lắng (m)
+ B: Chiều rộng buồng lắng (m)

Bảng 6 : Hiệu quả lọc theo cỡ hạt của buồng lắng
Cỡ hạt
Hiệu
suất

5
0,85

10
3,39

20

30

40

50

60

70

13,56

35,51

64,24

100,0

100,0

100

SVTH: Đường Thị Hợi – ĐH3CM1 – MSV: DH00301179

24


Đồ án môn học

GVHD: ThS.Mai Quang
Tuấn

Theo các công thức trong giáo trình ô nhiễm không khí và xử lý khí thải. Các công thức
biểu diễn như sau:
b= (1) Cbđ (g/m3) với Cbd = 35000mg/m3 = 35g/m3
c Lấy trung bình theo quãng cỡ hạt từ đường cong η (δ) % ở hình 6.12/Tr76
d = (100 - η (δ) %)Gi/100 (g/m3)
e = (4)/∑(4)*100%

Thông số
Phân cấp
cỡ hạt ban

đầu (1)

05
4

510

1020

2030

3040

4050

5060

6070

Tổng

8

10

17

12

15

18

16

100
%

SVTH: Đường Thị Hợi – ĐH3CM1 – MSV: DH00301179

25