Đồ án Kỹ thuật xử lý khí thải với các thông số cho trước

CHƯƠNG I: ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN XỬ LÍ
1.1.Kiểm tra khí cần xử lí:
• Thông số đầu vào:
Công suất: 45000 m3/h
Nồng độ chất thải tại cửa ra thiết bị hút
Chỉ tiêu
Clo
SO2
H2S
CO
NO2
Bụi

Nồng độ
71
1886
50
7781
1200
25000

Đơn vị
Mg/m3
Mg/m3
Mg/m3
Mg/m3
Mg/m3
Mg/m3

• Thông số đầu ra:

Theo QCVN 19-2009- BTNMT. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải
công nghiệp đối với bụi và các chất vô cơ. Áp dụng cột B.
Các giả thuyết tính toán:
Nhiệt độ khí thải 70
Áp suất 1 at
Khối lượng riêng bụi: 2500 kg/m3
Hệ thống xả thải nằm trong khu vực III (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 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 .
• Kiểm tra khí cần xử lý:
Ta có PV= nRT
Trong điều kiện đẳng áp:
1

1


Mà

=

=

C2 =

C2: nồng độ chất thải ở 25
T2 = 25

, T1= 70

C1: nồng độ chất thải ở 70
= 81,72 ( mg/Nm3 )

C2(Clo) =

= 2170 ( mg/Nm3)

C2 (SO2) =

= 57,55 (mg/Nm3)

C2 (H2S) =

C2 (CO) =

= 8955,98 (mg/Nm3)

C2 (NO2) =

= 1381,2 (mg/Nm3)

Áp dụng cột B ( QCVN 19:2009) có Cmax = KP ×KV× C
C: nồng độ chất ô nhiễm tại cột B
KV = 1 ( ở khu vực loại 3 )
KP = 0.9 (20.000 < L ≤ 100.000)
Cmax(clo) = 10× 0.9× 1 = 9 ( mg/Nm3)
Cmax(so2) = 500×0.9×1 = 450 (mg/Nm3)
Cmax ( H2S) = 7.5×0.9×1= 6.75 (mg/Nm3)

Cmax (CO) = 1000×0.9×1 = 900 (mg/Nm3)
Cmax ( NO2) = 850×0.9×1 = 765 (mg/Nm3)
Cmax (bụi) = 200×0.9×1 = 180 (mg/Nm3)
So sánh với QCVN 19:2009

2

2


Chỉ tiêu

Nồng độ

Nồng độ

Cmax

chất ô

chất ô

QCVN

nhiễm ở 70 nhiễm ở 25

Kết quả

19:2009
(mg/m3)

Clo
SO2
H2S
CO
NO2

(mg/m3)
71
1886
50
7781
1200

(mg/m3)
81,72
2170
57,55
8955,98
1381,2

9
450
6,75
900
765

Không đạt
Không đạt
Không đạt

Không đạt
Không đạt

Bảng trên cho thấy nồng độ của Clo, SO 2, NO2, bụi vượt quá quy chuẩn
cho phép

3

3


CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN LAN TRUYỀN
Nhà A có b= 30 m > 2,5hA = 17,5m
lA= 85m > 10hA = 70m

nhà rộng
nhà dài

hA = 7 m
x1 = l1= 55m < 10hA= 70m

2 tòa nhà đứng trong nhóm nhà

Hgh = 0.36( bz+ x1) + hb
bz=

bA =

30 = 20 m

Hgh = 0,36×( 20+55)+8= 35 (m)
Độ nâng của luồng khói:
Khí quyển cấp D với độ nhám mặt đất bằng 0.01
U = u10× (

)n = 5 × (

)0.12 = 5,94 (m/s)

Vận tốc khí thải ra khỏi miệng ống khói: W=

=

=

= 7,07 (m/s)
Theo Davison W.F, độ nâng của luồng khói:
∆H= D.

(1+

)1,4.(1+

)=1,5.(

) = 2,16(m)
4

4

)1,4.


Hhq=Ho+∆H= 42 +2,16 = 44,16 > Hgh
→ Nguồn thải cao
Xét nồng độ chất ô nhiễm khi khuếch tán với nồng độ thải ra đạt QCVN
06:2009 – BTNMT

5

5


Đối với Clo:
M = Cmax QCVN× L =

× 12,5 = 0,1125 (g/s)

Xét tại điểm trên tường chắn gió nóc nhà B có: x= 75 , y=0 , z= 8
Theo Gauss: Cmax=

Tra bảng

= 8,7 m
Cmax

=

= 8,219×10-6 g/m3 = 8,219 (

)

Áp dụng QCVN 06/2009-BTNMT nồng độ Clo cho phép tại 1h là 100 (
)

nồng độ Clo tại nhà B đạt quy chuẩn cho phép

Đối với khí SO2:
M(SO2) = L× CSO2 =

12,5 = 5,625 (g/s)

Xét điểm trên tường chắn gió nóc nhà B có: x= 75, y= 0, z= 8
Theo Gauss: : Cmax=

6

6


Tra bảng

= 8,7 m
Cmax

=

= 4,12×1

(g/m3) = 412(µg/m3)

Áp dụng QCVN 05/2009-BTNMT nồng độ SO 2 cho phép tring bình
trong 1 giờ là 350(µg/m3)

nồng độ SO2 tại nhà B không đạt quy

chuẩn cho phép
350×1

=

M= 4,79 (g/s)

C=

=

= 0.0,383 (g) = 383 (mg/m3)

Đối với khí H2S:
M = L× C=

× 12,5= 0,084 (g/s)

Xét điểm trên tường chắn gió nóc nhà B có: x= 75, y= 0, z= 8
Theo Gauss: Cmax=

7

7

Tra bảng

= 8,7 m
Cmax

=

= 5,33×1

(g/m3) = 53,3 (µg/m3)

Áp dụng QCVN 06/2009-BTNMT nồng độ H2Scho phép trung bình 1
giờ là 42(µg/m3)

nồng độ H2S tại nhà B không đạt quy chuẩn cho

phép
42×1

=

M= 0,066 (g/s)

C=

=

(g) = 5,28 (mg/m3)

= 5,28×1

Đối với khí CO:
M = C× L =

× 12,5= 11,25 (g/s)

Xét điểm trên tường chắn gió nóc nhà B có: x=75, y= 0, z= 8
Theo Gauss: : Cmax=

8

8


Tra bảng

= 8,7 m
Cmax

=

8,22×1

(g/m3) = 822

µg/m3)
Áp dụng QCVN 05/2009-BTNMT nồng độ CO cho phép theo trung bình
1 giờ là 30000

µg/m3)

nồng độ CO tại nhà B đạt quy chuẩn cho

phép
Đối với NO2:
M = C×L =

×12,5= 9,5625 (g/s)

Xét điểm trên tường chắn gió nóc nhà B có: x= 75, y= 0, z= 8
Theo Gauss: : Cmax=

Tra bảng

9

= 8,7 m

9


Cmax

=

6,98×1

(g/m3) = 698

(µg/m3)
Áp dụng QCVN 05/2009-BTNMT nồng độ NO2 trung bình 1 giờ là 200
µg/m3)

nồng độ NO2 tại nhà B không đạt tiêu chuẩn cho phép
200×1

=

M= 2,73 (g/s)

C=

=

= 0,219 (g) = 219 (mg/m3)

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN XỬ LÍ BỤI
-

TÍNH TOÁN BUỒNG LẮNG
Khối lượng riêng hạt bụi: ρb = 2500 kg/m3
Khối lượng riêng của khí tại 70oC : ρk = 0,34 kg/m3.
Độ nhớt động lực tại 70oC : µ = 2,05.10-5 Pa.s
Nhiệt độ của khí thải vào thiết bị : 70oC
Với lưu lượng L = 45000 m3/h
Chọn 2 buồng lắng lắp song song => L ’ = 45000/2 = 22500 m3/h =

6.25m/s

- Nồng độ bụi đầu vào: Cv = 25000 mg/m3
10

10


- Nồng độ bụi đầu ra theo QCVN19:2009/BTNMT- cột B : C r = 200

mg/m3
- Hiệu suất tổng thể cần xử lý bụi :
=
. 100% = 99,2%

Đường kính
hạt bụi ( µm)
% khối lượng

0-5 5-10
5

5

10-

20-

30-

40-

50-

60-

20
5

30
9

40
9

50
16

60
8

70
43

bụi

11

11


Chọn

= 50 (

 Bl =

m) = 5.10-5 (m)
=

= 37.648(m2)

l > 2,5B
Chọn : * B = 3,75 (m)
* l = 10,2 (m)
Chọn vận tốc buồng lắng u = 0,7 (m/s)
 Chiều cao H =
 u =

=

=

= 2.38 (m) => chọn H=2.4 m
= 0,694 (m/s)

 Hiệu quả lọc theo cỡ hạt của xiclon :

ɳ(

)

= 5,555.

= 5,555 .

.

5
12

10

20

30

40
12

50

60

70


(μm)
η

1

4.096

16.38

36.86

65.53

100

100

100

(%)

Bảng phân cấp cỡ hạt bụi
Đường kính cỡ hạt
d(s) (μm)
Phần trăm khối

<5

5 -10

10 - 20

20 -30

30-40

40-50

50-60

lượng (%)
Lượng bụi trong

5

5

5

9

9

16

8

43

1m3 khí thải

1,25

1,25

1,25

2,25

2,25

4

2

10,75

1

2.548

10.238

26.62

51.195

82.765

100

100

1.2375

1.218

1.122

1.65

1.098

0.6894

0

0

(g/m3)
Hiệu quả lọc theo
cỡ hạt H%
Lượng bụi còn lại
sau khi qua buồng
lắng (g/m3)

Tổng lường bụi còn lại sau lắng =7.0149 g/m3
- Hiệu suất làm sạch của buồng lắng :

=

13

. 100% = 71.94 %

13

60-70


TÍNH TOÁN XICLON
- Chọn 4 xiclon làm việc song song

=> Lưu lượng tính cho mỗi xiclon là : L’= 45000/4= 11250 m 3/h =
3.125 m/s
= 1.754 g/m3

- Nồng độ bụi đầu vào: Cv =

- Nồng độ bụi đầu ra theo QCVN19:2009/BTNMT- cột B : C r = 200

mg/m3
 Hiệu suất tổng thể cần xử lý bụi :

=

. 100% = 97.1%

 Tính toán xiclon theo phương pháp chọn, dựa vào đường kính thân

xiclon 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 thân hình trụ (đường kính xiclon): D (m)
- Bán kính thân hình trụ: r2 = 0,5.D
- Đường kính ống trung tâm : d1= 0,5.D

- Bán kính ống trung tâm: r1 = 0,5.d1 = 0,25D
- Chiều dài của miệng ống dẫn khí vào: a = 0,5D
- Chiều rộng của miệng ống dẫn khí vào: b = 0,2D
- Chiều cao của thân hình trụ: h = 1,5D
- Chiều cao thiết bị xiclon: H = 1,5D+2,5D = 4.D
- Chiều cao phần bên ngoài ống trung tâm:
14

14


h1 = 0,5. D
- Chiều cao ống trung tâm : h2 = h1+ 0,5D = D
- Đường kính trong của cửa tháo bụi:
d3=( 0,3÷0,4).D
- Xác định đường kính xiclon (D)
Chọn

min

min

= 15 µm = 15. 10-6 m

=

(m)

Trong đó :
- l = H – a = 4D – 0,5D = 3,5D

- µ= 2,05.10-5 (Pa.s) : độ nhớt động lực
- n: số vòng quay của dòng khí trong xiclon (vòng/s)

ve : vận tốc của k hí ở ống dẫn vào xiclon:
ve

=

15

=

15

(m/s)




n=

min

=

= 15.

-6
10
(m)

 D = 1,2 (m)
 Chọn D = 1,2 (m)
Các thông số thiết kế xiclon:

- Đường kính thân hình trụ (đường kính xiclon): D = 1,2 m
- Bán kính thân hình trụ: r2 = 0,5.D = 0,5. 1,2 = 0,6 m
- Đường kính ống trung tâm : d1= 0,5.D = 0,6 m
- Bán kính ống trung tâm: r1 = 0,5.d1 = 0,25D = 0,25. 1,2 = 0,3 m
- Chiều dài của miệng ống dẫn khí vào: a = 0,5D = 0,6 m
- Chiều rộng của miệng ống dẫn khí vào: b = 0,2D = 0,24 m
- Chiều cao của thân hình trụ: h = 1,5D = 1,5. 1,2 = 1,8 m
- Chiều cao thiết bị xiclon: H = 1,5D+2,5D = 4.D = 4. 1,2 = 4,8 m
- Chiều cao làm việc hiệu quả của xyclon: l = H-a = 4,8 - 0,6 =4,2 m
16

16


- Chiều cao phần bên ngoài ống trung tâm: h1 = 0,5.D = 0,5.1,2 = 0,6 m
- Chiều cao ống trung tâm : h2 = D = 1,2 m
- Đường kính trong của cửa tháo bụi:
d3=( 0,3÷0,4).D = 0,36 ÷ 0,48 m => Chọn d3 = 0,4 m
• Hiệu quả lọc theo cỡ hạt của xiclon :

ɳ(

=

)

Với :

x 100%

=

= 4,6 (vòng/s)

α= -

=-

. (4,6)2 .4,2.


= - 1,29042255.1010
Bảng 4 : Hiệu quả lọc theo cỡ hạt η(
(μm)
η (%)

5

10

20

30

29,17

76,69

100

100

Bảng 5 : Bảng phân cấp cỡ hạt ban đầu của hạt bụi

17

)

17


Đường kính
cỡ hạt (μm)

<5

5 -10

10 - 20

20 -30

30-40

40-50

1.237

1.218

1.122

1.65

1.098

0.689

15.085

52.93

88.48

100

100

100

1.05

0.573

0.129

0

0

0

Lượng bụi
(g/m3)
Hiệu quả
lọc theo cỡ
hạt H%
Lượng bụi
còn lại sau
khi qua
xiclon
(g/m3)
- Tổng lượng bụi còn lại sau khi đi qua xiclon: 1.751g
- Hiệu suất làm sạch của xiclon:
=
. 100% =75 %
TÍNH TOÁN TÚI LỌC VẢI
Lưu lượng khí đầu vào: Q = 45000 (m3/h) = 750 (m3/phút)
Nồng độ bụi vào thiết bị : Cv = 1751 mg/m3 = 1.751 g/m3
Hiệu suất xử lý :

=

.100% = 88.6 %

Vì to = 70oC nên ta chọn loại túi vải tổng hợp

Cường độ lọc : v = 0,3

0,9 m/phút. Chọn v = 0,9

Tổng diện tích bề mặt túi vải :
18

18

/

phút


S=

.

=

.0,886= 783.3 m2

- Chọn đường kính túi vải D = 300 mm (D =125÷300mm)
- Chiều cao túi vải H = 3 m (h = 2÷3,5 )
Diện tích túi vải : Svải =
.D.h =
.0,3. 3= 2,82 (m2)
Số túi vải:
n=
=

= 277.77 (túi)

Chọn số túi vải là 280 túi.chia làm 1 đơn nguyên,mỗi đơn nguyên 278 túi
.chọn hàng ngang là 20 túi, hàng dọc là 14 túi
Chọn khoảng cách :
- Giữa các túi là d1 = 0,1 m
- Giữa các hàng là d2 = 0,1 m
- Giữa túi vải ngoài cùng đến mặt trong của thiết bị là d3 = 0,1 m
- Khoảng cách giữa 2 đơn nguyên: d4 = 0,1 m
- Chọn đế dày của thiết bị là

= 0,003 m

- Chiều dài của 1 đơn nguyên :
•
•
•

L1 = D.n1 + (n1 – 1).d1 + 2d3= 0,3.20 + (20 – 1).0,1 + 2.0,1 = 8,1 m
Chiều dài của thiết bị: 8,1 m
Chiều rộng của 1 đơn nguyên:
B1 = D.n2 + (n2 – 1).d2 + 2d3= 0,3.14 + (14 – 1).0,1 + 2.0,1 = 5,7 m m
chiều rộng của thiết bị B = 5,7 m
Chiều cao thiết bị
H=
+
+
(2÷3,5m)
: chiều cao túi vải = 3m

: chiều cao bộ phận chấn động trên túi vải (thường lấy
=100mm)
19

19


: chiều cao bộ phận thu hồi bụi (0÷1,5m) = 0,3m (chiều cao phần
phễu 0,2m ; chiều cao phần chứa bụi 0,2m)
 H= 3 + 0,1+ 0,4 = 3,5 m
- Tổn thất áp suất của thiết bị:
∆p= ξ
(N/
)
h: bề dày túi lọc chọn = 3,3.
D:đường kính sợi túi lọc = 10.

m

Theo công thức của Kazenhi-kaman:
ξ=

chọn

3,04.

∆p=



=54,32(N/

)

• Khối lượng bụi thu được :
- Lượng hệ khí vào ống tay áo :

Gv =

.Q = 0,34 .45000 =15300 (kg/h)

- Nồng độ bụi trong hệ khí đi vào thiết bị lọc tay áo (% khối lượng) :

yv =

=

.100 = 0,515 %

- nồng độ bụi trong hệ khí ra khỏi thiết bị (%khối lượng ) :

yr = yv.(1 -

) = 0515.(1 – 0,886) = 0,05871 %

- lượng hệ khí ra khỏi thiết bị :
20

20

Gr = Gv.

= 15300.

= 15230,15 (kg/h)
- lượng khí sạch hoàn toàn :
Gs = Gv .

= 15300.

=

15221.205 (kg/h)
- lưu lượng hệ khí đi ra khỏi thiết bị:
Qr =
=
= 44794.6 (m3/h)
- năng suất của thiết bị lọc theo lượng khí sạch hoàn toàn :

Qs =

= 44768.3 (m3/h)

=

- lượng bụi thu được :

Gb = Gv – Gr = 15300 – 15230.15 = 69.85 (kg/h)
Chọn thời gian lưu bụi T=8 tiếng

- khối lượng bụi cần chứa : m = Gb.T = 69.85 .8 = 558.8 (kg)
- thể tích thùng chứa bụi : V=
=
= 0.224 (m3)
 chọn thể tích thùng chứa bụi :V=0,23 m3
 diện tích ngăn chứa bụi s= V/h =0.23/0,2 = 1.15 m2

chọn chiều dài ngăn chứa bụi: l=1.15 m
chọn chiều rộng ngăn chứa bụi: b= 1 m
CHƯƠNG IV: XỬ LÍ KHÍ THẢI

Chỉ tiêu

Nồng độ chất ô

Nồng độ chất

Cmax

nhiễm ở 70

ô nhiễm ở 25

QCVN

3

(mg/m3)

(mg/m )

21

21

19:2009
(mg/m3)

Hiệu suất
(%)


SO2
1886
2170
Clo
71
81,72
NO2
1200
1381,2
Vậy hiệu suất của quá trình hấp thụ là 92%
-

450
6,75
765

79,26
91,74
44,6

Hỗn hợp khí sau khi qua xử lý bụi đến thiết bị làm mát (quạt), sau

đó được đưa sang tháp hấp thụ khí SO 2, NO2, Clo bằng tháp hấp thụ với
dung dịch hấp thụ là NaOH 10%. Chọn điều kiện làm việc của tháp là
nhiệt độ trung bình của dòng khí vào và dòng lỏng vào t= 30
I.

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

=

444,43(kmol/h)
Nồng độ của SO2 ở 30℃:

=

=

=

= 2134,98 (mg/m3)
Nồng độ của Cl2 ở 30℃ :

=

=

= 80,37 (mg/m3)

22

22


Nồng độ của NO2 ở 30℃:

=

=

= 1358,42 (mg/m3)

Đối với SO2:
Lượng mol khí SO2 đầu vào:
=

= 416.99(mol/h) = 0,417(kmol/h)
Nồng độ phần mol của SO2:
= 0.938.10-3

=

- Nồng độ mol tương đối của SO2 là:

=

=

0,938×1
-

Đối với Cl2:

- Lượng mol khí Cl2 đầu vào:
23

23


=

= 14,15

= 0,01415

- Nồng độ phần mol của Cl2:

=

=

= 3,18× 1

- Nồng độ phần mol tương đối của Cl2:

=

=

= 3,18×

- Đối với khí NO2:
- Lượng mol khí NO2 đầu vào:

=

=396,136

= 0,396

- Nồng độ phần mol của NO2:

24

24


=

=

=0,891.

- Nồng độ phần mol tương đối của NO2:

=

=

=

0,891.
- Lượng mol khí trơ của SO2:

=

-

= 444,43- 0,417= 444,013

- Lượng mol khí trơ của Cl2:

=

-

= 444,43 -

444,416(kmol/h)
- Lượng mol khí trơ của NO2:
=
-

= 444,43- 0,396 = 444,034

(kmol/h)
Khối lượng riêng pha khí ở 0

=

và 1 atm:
+

Trong đó: Khối lượng riêng trung bình ở 0

, 1atm

=
Tra bảng sổ tay quá trình thiết bị công nghệ - tập1ta có :
25

0,01415 =

25