Tải bản đầy đủ (.pdf) (45 trang)

đồ án 2 3 XL khi lo dot rac y te

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.15 MB, 45 trang )

Thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác y tế công suất 1 tấn/h

MỤC LỤC
Trang
Chương I : Tổng quan ................................................................................................... 4
I.1.Mục đích ................................................................................................................. 4
I.2.Nội dung thiết kế đồ án............................................................................................ 4
Chương II : Lựa chọn công nghệ xử lý khí thải lò đốt rác y tế.................................... 5
II.1.Thành phần rác y tế ................................................................................................ 5
II.2.Đặc điểm khí thải lò đốt rác y tế ............................................................................. 5
II.3.Sơ đồ công nghệ - Thuyết minh ............................................................................. 6
A.Tính nồng độ chất ô nhiễm - Sơ đồ công nghệ .................................................... 6
B.Thuyết minh ..................................................................................................... 10
Chương III : Thiết kế các công trình xử lý khí thải lò đốt rác y tế ........................... 11
III.1.Tháp giải nhiệt .................................................................................................... 11
A.Thiết kế tháp .................................................................................................... 11
B.Tính bơm nước ................................................................................................. 16
III.2.Cyclone............................................................................................................... 17
A.Thiết kế cyclone ............................................................................................... 17
B.Xử lý bụi .......................................................................................................... 20
III.3.Tháp hấp thụ ....................................................................................................... 20
A.Thiết kế tháp .................................................................................................... 20
B.Xử lý dung dịch sau hấp thụ ............................................................................. 40
III.4.Quạt hút .............................................................................................................. 42
III.5.Ống khói ............................................................................................................. 43
Chương IV : Kết luận .................................................................................................. 45
Tài liệu tham khảo ....................................................................................................... 46
Phụ lục.......................................................................................................................... 47
GVHD: Pgs.TS Nguyễn Phước Dân
SVTH: Đỗ Thị Hồng Hạ


Trang 3


Thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác y tế công suất 1 tấn/h

Chương I: TỔNG QUAN
I.1.Mục đích:
-

Thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt chất thải y tế với công suất 1 tấn rác/h.
Hệ thống xử lý phải đạt QCVN 02 : 2008/BTNMT do Ban soạn thảo quy chuẩn kỹ
thuật quốc gia về khí thải lò đốt chất thải rắn y tế biên soạn,Vụ Môi trường và Vụ
Pháp chế trình duyệt và được ban hành theo Quyết định số /2008/QĐ-BTNMT
ngày tháng năm2008 của Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường.

I.2.Nội dung thiết kế đồ án:
-

Thành phần rác y tế
Tính toán lượng dầu sử dụng đốt 1 tấn rác, lưu lượng khí thải và nồng độ chất ô
nhiễm
Sơ đồ công nghệ và thuyết minh.
Tính toán các công trình.
Vẽ 3 bảng vẽ:
 Mặt bằng công nghệ
 Mặt cắt công nghệ
 Thiết kế chi tiết 1 công trình.

GVHD: Pgs.TS Nguyễn Phước Dân
SVTH: Đỗ Thị Hồng Hạ


Trang 4


Thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác y tế công suất 1 tấn/h

Chương II: LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ THẢI
LÒ ĐỐT Y TẾ
II.1. Thành phần rác y tế:

Bảng 1: Thành phần rác y tế

Thành phần rác y tế
Các chất hữu cơ
Chai nhựa PVC,PE,PP
Bông băng
Vỏ hộp kim loại
Chai lọ thủy tinh,xi lanh,thủy tinh,ống thuốc thủy tinh
Kim tiêm, ống tiêm
Giấy
Các bệnh phẩm sau khi mổ
Đất, cát, sành sứ và các chất rắn khác
Tổng

Tỉ lệ %
52,9
10,1
8,8
2,9
2,3

0,9
0,8
0,6
20,9
100

Bảng 2: Thành phần hóa học của rác y tế
Thành phần
Bệnh phẩm
Giấy
Carton
Nhựa plastic
Vải,băng gạc
Cao su
Kim loại
Thủy tinh

C
50,8
43,5
44,0
60,0
55,0
78,0
4,5
0,5

Thành phần hóa học ( % khối lượng)
H
O

N
S
9,35
39,85
Vết
6,0
44,0
0,3
0,2
5,9
44,6
0,3
0,2
7,2
22,8
6,6
31,2
4,6
0,15
10,0
2,0
3,0
0,6
4,3
0,1
0,4
-

Tro
6,0

5,0
10,0
2,5
10,0
90,5
98,9

% Khối
lượng
8
1,5
1
30,5
21,5
24,5
3,5
9,5

(Nguồn: Khảo sát đánh giá hiệu quả các lò đốt chất thải y tế khu vực phía Nam. Đề tài
nghiên cứu cấp TP Hồ Chí Minh 2002, Đào Văn Lượng và các cộng tác viên)

II.2. Đặc điểm của khí thải lò đốt rác y tế:
-

Đặc điểm khí thải lò đốt chất thải y tế:
 Hàm lượng các khí HCl, HF thấp (vì thành phần nhựa trong rác thải
chủ yếu là PE)
 Hàm lượng CO, SOx, bụi, VOCs: không ổn định, thấp nhưng vẫn
vượt quá giới hạn cho phép.


GVHD: Pgs.TS Nguyễn Phước Dân
SVTH: Đỗ Thị Hồng Hạ

Trang 5


Thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác y tế công suất 1 tấn/h

-

 Hàm lượng NOx cao do đốt cháy thành phần N hữu cơ trong rác thải
(khoảng 70 ÷80% thành phần khí NOx sinh ra), và một phần tạo
thành do oxi phản ứng với nitơ trong không khí ở nhiệt độ cao.
 Nhiệt độ và lưu lượng khí thải biến động.
 Áp suất dư rất nhỏ <100 mm H2O
Thành phần khí thải của lò đốt tùy thuộc vào thành phần rác thải và các yếu tố ảnh
hưởng đến quá trình đốt. Khí thải lò đốt chất thải y tế phải đảm bảo đạt QCVN 02
: 2008/BTNMT quy định giới hạn tối đa cho phép đối với các thông số ô nhiễm
trong khí thải lò đốt chất thải rắn y tế.

II.3.Sơ đồ công nghệ - Thuyết minh:
A.Tính nồng độ chất ô nhiễm - Sơ đồ công nghệ:
II.3.1. Tính toán lượng dầu sử dụng đốt 1 tấn rác, lưu lượng khí thải và nồng độ chất ô
nhiễm:
II.3.1.a.Lượng dầu sử dụng đốt 1 tấn rác:
Theo thực nghiệm , người ta tính được hệ số (kg dầu DO/ kg rác là 0,3 ÷ 0,5. Công suất
càng lớn thì hệ số càng nhỏ. Với công suất 1 tấn/h ta lấy hệ số là 0,3
Lượng dầu DO cần :
1000kg rác. 0,3 kg dầu/ kg rác = 300 kg dầu / 1tấn rác
II.3.1.b.Lưu lượng khí thải:

*Khi đốt dầu:
Thành phần trong dầu:
Xét 100 kg dầu:
Thành phần

C

H

O

N

S

Tro

Độ ẩm

% khối lượng
100 kg dầu
Nguyên tử lượng
Số kmol

85,65
85,65
12
7,1375

11,5

11,5
1
11,5

0,2
0,2
16
0,0125

0,3
0,3
14
0,0214

0,2
0,2
32
6,25.10-3

0,15
0,15

2
2

*Khi đốt rác:
Xét 100kg rác:
GVHD: Pgs.TS Nguyễn Phước Dân
SVTH: Đỗ Thị Hồng Hạ


Trang 6


Thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác y tế công suất 1 tấn/h

Thành phần

C

H

O

N

S

Tro

Bệnh phẩm
Giấy
Carton
Nhựa plastic
Vải,băng gạc
Cao su
Kim loại
Thủy tinh
∑ 𝑘ℎố𝑖 𝑙ượ𝑛𝑔 (kg)
Nguyên tử lượng
Số kmol


4,064
0,625
0,44
18,3
11,825
19,11
0,1575
0,0475
54,5965
12
4,55

0,748
0,09
0,059
2,169
1,419
2,45
0,021
0,0095
6,9925
1
6,9925

3,188
0,66
0,446
6,954
6,708

0,1505
0,0038
18,145
16
1,134

0,0045
0,003
0,989
0,49
1,4865
14
0,106

0,003
0,002
0,0325
0,735
0,7723
32
0,024

0,09
0,05
3,05
0,5375
2,45
3,1675
9,3955
18,741


* Lưu lượng khí thải do đốt dầu và rác:
Thành phần

C

H

100kg dầu
300 kg rác
100kg rác
1000kg rác
𝑡ổ𝑛𝑔 𝑐ộ𝑛𝑔

7,1375
21,4125
4,55
45,5
66,9125

11,5
34,5
6,9925
69,925
104,425

O
kmol
0,0125
0,0375

1,134
11,34
11,3775

N

S

0,0214
0,0642
0,106
1,06
1,1242

6,25.10-3
0,01875
0,024
0,24
0,25875

Tro
Kg
0,15
0,45
18,741
187,41
187,86

-Phương trình phản ứng cháy:
C + O2 CO2

4H + O2 2H2O
N + O2 NO2
S + O2 SO2
� 𝑛�� = 𝑛� +

𝑛�
𝑛�
+ 𝑛� + 𝑛� –
4
2

= 66,9125+

-Không khí chứa:
0,03% CO2

���,���


+ 0,0642+ 0,25875 –

1,26% H2O

��,����


20,69% O2

= 87,653 kmol


78,02%N2

-Lượng không khí cần thiết để đốt
GVHD: Pgs.TS Nguyễn Phước Dân
SVTH: Đỗ Thị Hồng Hạ

Trang 7


Thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác y tế công suất 1 tấn/h

87,653
= 423,65 𝑘𝑚𝑜𝑙
20,69%

-Hệ số thừa không khí đối với dầu DO: α = 1,15

(Nguồn:trang 49 bài giảng Kiểm soát ô nhiễm không khí_cô Dư Mỹ Lệ)
-Lượng không khí cần đốt thực tế
423,65 .1,15 = 508,34 𝑘𝑚𝑜𝑙

- Tính số kmol thành phần khí thoát ra trong 1 giờ

• 𝑛�� hình thành do đốt không hoàn toàn , n = 0,6%
𝑛�� = 0,6%. 66,9125 = 0,4 𝑘𝑚𝑜𝑙/ℎ
• 𝑛��� hình thành do đốt dầu , rác và từ không khí
𝑛��� = (1 − 0,6%). 66,9125 + 508,34. 0,03% = 66,66 𝑘𝑚𝑜𝑙/ℎ
• 𝑛��� hình thành do đốt dầu , rác và từ không khí
104,425
𝑛��� =

+ 508,34. 1,26% = 58,6 kmol/h
2
• 𝑛��� hình thành do đốt dầu , rác
𝑛��� = 0,25875 𝑘𝑚𝑜𝑙/ℎ
• 𝑛�� dư

• 𝑛�� dư

𝑛�� = 508,34. 20,69% − 87,653 = 17,52 kmol/h

𝑛�� = 508,34. 78,02% − 0,0642 +

1,06
= 397,07 kmol/h
2

• 𝑛��� hình thành do đốt dầu , rác
1,723 . 10�� . 300�,��
𝑛��� = 0,0642 +
= 0,096 kmol/h
46
• Lượng bụi hình thành do đốt dầu , rác ( tro bay 50%)
187,86 .0,5= 93,93 kg/h
 tổng số kmol khí thải thoát ra

� 𝑛 = 0,4 + 66,66 + 58,6 + 0,25875 + 17,52 + 397,07 + 0,096 = 540,6 𝑘𝑚𝑜𝑙/ℎ

-Lưu lượng khí thải thoát ra ở điều kiện chuẩn:
GVHD: Pgs.TS Nguyễn Phước Dân
SVTH: Đỗ Thị Hồng Hạ


Trang 8


Thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác y tế công suất 1 tấn/h

𝑉� = 540,6.22,4 = 12109,44 𝑚� /ℎ

-Lưu lượng khí thải ở điều kiện 250C,1 at
𝑉�� =

𝑉�
12109,44
(273 + 25) = 13218,4 𝑚� /ℎ
𝑇�� =
𝑇�
273

Lưu lượng khí thải thoát ra do đốt dầu và rác ở điều kiện 250C,1 at:V =13218,4 m3/h
II.3.1.c.Sơ đồ công nghệ
*Nồng độ các chất khí ở điều kiện 250C,1 at:
93,93. 10�
[𝑏ụ𝑖 ] =
= 7106 𝑚𝑔/𝑚�
13218,4

0,25875.64. 10�
[𝑆𝑂� ] =
= 1252,8 𝑚𝑔/𝑚�
13218,4

0,096.46. 10�
[𝑁𝑂�] =
= 334,8 𝑚𝑔/𝑚�
13218,4
[𝐶𝑂] =

0,4.28. 10�
= 847,3 𝑚𝑔/𝑚�
13218,4

So sánh theo QCVN 1002:2008 _quy chuẩn về khí thải lò đốt rác y tế
Thành phần
Nồng độ mg/m3
QCVN

Bụi
7106
115

SO2
1252,8
300

NO2
334,8
350

CO
847,3
100


chỉ có NO2 không vượt quá tiêu chuẩn xả thải.
Nồng độ CO giảm bằng cách kiểm soát quá trình đốt bằng cách tăng hiệu quả đốt hay
cung cấp lượng khí thừa α lớn hơn.
Vì NO2 là khí có độ độc cao nên ta có thể làm giảm nồng độ NO2 xuống bằng cách:
-Phân loại tại nguồn
-Kiểm soát quá trình cháy:
-Tuần hoàn khí cháy
GVHD: Pgs.TS Nguyễn Phước Dân
SVTH: Đỗ Thị Hồng Hạ

Trang 9


Thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác y tế công suất 1 tấn/h

-Phân đoạn quá trình cháy và vận hành quá trình cháy trong điều kiện thiếu khí O2
-NH3 bơm trực tiếp vào buồng đốt nhờ hệ thống bơm định lượng, các vòi
phun dòng tia NH3 tạo nên sự tiếp xúc tối đa giữa NH3 và NOx , giúp cho phản ứng
xảy ra triệt để
4NO + 4NH3 + O24N2 + 6H2O
6NO2 + 8NH3 + O27N2 + 12H2O
(Nguồn:trang 359 sách Quản lý và xử lý chất thải rắn _ thầy Nguyễn Văn Phước)
 xử lý bụi và SO2
*Sơ đồ công nghệ:
Khí thải

Tháp giải
nhiệt


Cyclone

Tháp
hấp thụ

Quạt hút

Ống
khói

B.Thuyết minh công nghệ:
Khói chứa các chất khí có khả năng gây ô nhiễm phát sinh từ lò đốt rác theo
đường ống dẫn đi vào hệ thống xử lý.Đầu tiên, luồng khí thải có nhiệt độc cao khoảng
9000C được đưa qua thiết bị trao đổi nhiệt( tháp giải nhiệt) nhằm giải nhiệt trước khi đưa
vào hệ thống xử lý.Ra khỏi thiết bị trao đổi nhiệt, nhiệt độ của luồng khí còn khỏang
3000C , khí thải tiếp tục đi vào cyclone để xử lý bụi.Sau khi qua cyclone, khí tiếp tục qua
tháp hấp thụ.Trong tháp hấp thụ, khí thải đi theo chiều từ dưới lên trên và tiếp xúc với
dung dịch hấp thụ được phun từ trên xuống.
Khí khói lò tiếp xúc với dung dịch hấp thụ dẫn tới sự hòa tan của chất khí gây ô
nhiễm vào pha lỏng, do đó trong tháp hấp thụ xảy ra phản ứng:

SO2 + H2O  SO3- + 2H+
SO3- + Ca(OH)2 CaSO3↓ + 2H2O
Khí thải sau khi qua tháp hấp thụ được hút ẩm bằng chất hút ẩm, sau đó qua hệ
thống quạt hút ,rồi qua ống khói thải ra ngoài.
Dung dịch sau hấp thụ được qua bể lắng để lắng cặn, sau đó qua bể chứa châm hóa
chất tiếp tục tuần hoàn vào tháp hấp thụ.
Việc quản lý và thải bỏ tro bụi qua quá trình đốt cũng như qua cyclone rất cần
thiết.Chúng là chất nguy hại đến sức khỏe và môi trường cần được đem đi chôn lấp .
GVHD: Pgs.TS Nguyễn Phước Dân

SVTH: Đỗ Thị Hồng Hạ

Trang 10


Thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác y tế công suất 1 tấn/h

Chương III. THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH XỬ LÝ
KHÍ THẢI LÒ ĐỐT Y TẾ
III.1.Tháp giải nhiệt:
A.Thiết kế tháp:
*Dòng khí cần làm mát
-Nhiệt độ vào:t1=9000C
-Lưu lượng sản phẩm cháy:
Q900=

��
��

𝑇��� =

�����,��.(�������)
���

-Tải lượng khí thải:

= 52030,67m3/h=14,45 m3/s

G900= Q900xρhh=14,45x0,3=4,3 kg/s=15480kg/h
-Khối lượng riêng của sản phẩm cháy ở 9000C:

ρhh=

�,���

���,�����.���

= 0,3kg/m3

-Nhiệt dung riêng của sản phẩm cháy ở 9000C : Cp=1,29 Kj/kg.0C
-Nhiệt độ ra t2=3000C
- Lưu lượng khí ra khỏi tháp
Q300=

��
��

𝑇��� =

�����,��.(�������)
���

= 23129,03m3/h = 6,42m3/s

*Phương trình truyền nhiệt khi chất khí chuyển động ngược chiều, nhiệt độ thay đổi:
Q=FxKxtxΔtcp
Trong đó:
Q: nhiệt lượng, kcal
F :diện tích mặt phân cách chất lỏng, m2
K :hệ số truyền nhiệt, kcal/m2.h.0C
GVHD: Pgs.TS Nguyễn Phước Dân

SVTH: Đỗ Thị Hồng Hạ

Trang 11


Thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác y tế công suất 1 tấn/h

T :thời gian,h
Δtcp: hiệu số nhiệt độ trung bình, 0C
Dòng khí vào:
Td1=9000C, Td2=3000C






Tcb= �𝑇��
𝑥𝑇��
= √900� 𝑥300� =5200C

-Thông số vật lý của khói ở 5200C
ρ1=0,457 kg/m3

C1= 1,185 kJ/kg. 0C=0,282kcal/kg. 0C
λ1=6,56.10-2W/m. 0C=1,56.10-5kcal/m.s. 0C= 0,0562kcal/m.h. 0C
μ1=34,8.10-6 N.s/m2=3,55. 10-6kg.s/m2=9,86.10-10kg.h/ m2
υ1=76,3. 10-6 m2/s=0,275 m2/h
PT1=0,63
Dòng nước vào:

Td1=300C, Td2=550C






Tcb= �𝑇��
𝑥𝑇��
= √30� 𝑥55� =410C

-Thông số vật lý của nước trên đường bão hòa ở 410C
ρ2=992,2 kg/m3
C2 = 4,174 kJ/kg. 0C=0,993 kcal/kg. 0C
λ2=63,5.10-2W/m. 0C=15,11.10-5kcal/m.s. 0C= 0,544kcal/m.h. 0C
μ2=653,3.10-6 N.s/m2=66,6. 10-6kg.s/m2=1,85.10-8kg.h/ m2
υ2=0,659. 10-6 m2/s=2,4.10-3 m2/h
PT2=4,31
-Xét trong khoảng thời gian t=1h
GVHD: Pgs.TS Nguyễn Phước Dân
SVTH: Đỗ Thị Hồng Hạ

Trang 12


Thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác y tế công suất 1 tấn/h

Nhiệt lượng khí truyền cho nước:
Q1= G1x C1xtxΔt =15480x0,282x1x(900-300) = 2619216 kcal
Về phía nước:

Q 1 = Q2
Q2=G2x C2xtxΔt=G2x0,993x1x(55-30)=2619216 kcal
G2=105507,2 kg/h
Lưu lượng nước cần sử dụng: Q2 =

��
��

=

������,�
���,�

=106,34 m3/h

Lưu lượng nước cần làm mát: Q2 = 106,34 m3/h
Phương trình truyền nhiệt:
Q=FxKxtxΔtcp
Với:
Q2 =2619216 kcal
t=1h
Tính Δtcp
Kiểm tra:
G1xC1=15480x0,282=4365,36
G2xC2=105507,2x0,993=104768,5
Vì G1xC1< G2xC2
-> Δtđ=tđ1- tđ2=900-55=8450C
Δtc=tc1- tc2=300-30= 2700C
Hiệu số nhiệt độ trung bình:
Δt =


��đ� ���
��
�� đ
���

=

�������
��

���
���

Vậy Δtcp = 5040C

= 5040C

GVHD: Pgs.TS Nguyễn Phước Dân
SVTH: Đỗ Thị Hồng Hạ

Trang 13


Thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác y tế công suất 1 tấn/h

Tính K
𝐾=
Trong đó:


1
1
1 𝛿
+ +
𝛼� 𝛼� 𝜆

α1: hệ số cấp nhiệt từ chất khí nóng đến thành ống ( kcal/m2.h.0C)
α2: hệ số cấp nhiệt từ thành ống đến nước (kcal/ m2.h.0C)
δ: bề dày ống vật liệu cách nhiệt =2mm=2.10-3m
Chọn vật liệu cách nhiệt là thép không rỉ, có:
λ hệ số dẫn nhiệt =39 kcal/ m2.h.0C
*Hệ số cấp nhiệt từ chất khí nóng đến thành ống α1:


α1= C.𝐷�đ 0,6. .Re0,6.Pr0,33.μ0,14


Chọn đường kính ống dẫn nhiệt d=60mm=0,06m
Tổng số ống trong thiết bị : n=93
Đường kính thiết bị: D=2500mm=2,5m
Đối với tấm chắn hình viên phân: C=1,72
đường kính tương đương: 𝐷�đ =√𝐷 � − 𝑛. 𝑑 � =2,35m
Hệ số Re
Re=

�.�
��

=


�.�

�.��

�.�

= �.�.��




.��

=

�.�����,��

��.�,��.�,��.�,���

=> α1 = C.𝐷�đ 0,6. .Re0,6.Pr0,33.μ0,14

=43193,4>104 :chế độ chảy xoáy



= 1,72.(2,35)0,6.(0,0562/0,06).( 43193,4)0,6.(0,63)0,33.(9,86.10-10)0,14
=76,55 kcal/m3.h.0C
*Hệ số cấp nhiệt từ thành ống đến nước α2
GVHD: Pgs.TS Nguyễn Phước Dân
SVTH: Đỗ Thị Hồng Hạ


Trang 14


Thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác y tế công suất 1 tấn/h



α2= C.𝐷�đ 0,6. .Re0,6.Pr0,33.μ0,14


Hệ số Re:
Re=

�.�
��

=

�.�

�.��

�.�

= �.�.��





.��

=

�.���,��

�,��.�,��.�,�.��^��

=> α2= C.𝐷�đ 0,6. .Re0,6.Pr0,33.μ0,14

=24018,6>104 :chế độ chảy xoáy



= 1,72.(2,35)0,6.(0,544/2,35).( 24018,6)0,6.(4,31)0,33.(1,85.10-8)0,14
=37,83 kcal/m3.h.0C
Vậy K =




� �
� �
�� �� �

=



= 25,29 kcal/m3.h.0C




�.�� ��


��,�� ��,��
��

Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt
F=



�.�.���

=

�������

��,��.�.���

= 205,5 m2

Chiều dài thiết bị: F=n.𝜋.d.l => l=



=


���,�

= 11,7 m

�.�.� ��.�,��.�,��

 chọn chiều dài thiết bị là L = 12m
Đường kính thiết bị: D=2,5m

Tồng số ống n=93, số ống ở vòng ngoài cùng 31, số vòng tròn 5, được làm bằng thép
không rỉ
(nguồn: bảng V.II Trang 48 sổ tay quá trình thiết bị và công nghệ hóa chất tập 1)
Đường kính ống dẫn khí vào thiết bị trao đổi nhiệt dv=1m
Vận tốc khí vào
v=

�.����
���

=

�.��,��
�,��.��

= 18,41𝑚/𝑠

Miệng ra có đường kính dr=0,5m
Vận tốc khí ra:
v=


�.����
���

=

�.�,��

�,��.�,��

= 32,7𝑚/𝑠

GVHD: Pgs.TS Nguyễn Phước Dân
SVTH: Đỗ Thị Hồng Hạ

Trang 15


Thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác y tế công suất 1 tấn/h

Nước ra ở nhiệt độ 550C được dẫn ra hệ thống làm mát để hạ nhiệt độ nước xuống là
300C và tuần hoàn lại thùng chứa nước. Ống dẫn được làm bằng nhựa PVC,Φ=100mm
-. Vận tốc nước đi trong đường ống:


v= =


���,��

����.�,��


=2,95 m/s

Tính chọn Cooling Tower của hãng LiangChi với các thông số:
nhiệt độ nước vào: 550C
Nhiệt độ nước ra: 300C
Nhiệt lượng giải phóng: Q=2619216 kcal
Lưu lượng nước
V=



ρ.�.��

=

�������

���.�,���.(�����)

=105,3 m3/h

-. Chọn tháp giải nhiệt nước tuần hoàn loại LiangChi Model: LBC-W-125RT
B.Tính bơm nước
Tính bể chứa: chọn bể chứa có kích thước : L x B x H =3m x 1,4m x 2m
Tính bơm nước : được dùng để đưa nước từ thùng chứa vào thiết bị làm mát.
Trong quá trình giải nhiệt ta dùng một bơm duy nhất để bơm nước từ bể chứa giải nhiệt
vào thiết bị giải nhiệt.Dựa trên đặt tính của quá trình và loại chất lỏng( nước trung tính)
được bơm ta chọn loại bơm li tâm. Hơn nữa bơm li tâm là loại bơm được sử dụng rộng
rãi hiện nay trong ngành công nghiệp.

Lưu lượng bơm 106,34 m3/h
(Nguồn:Tra bảng II.36 trang 444 tập 1 sổ tay quá trình thiết bị và công nghệ hóa chất
tập 1- Bơm chất lỏng thường )
Ta chọn loại bơm K_bơm li tâm một cấp nằm ngang để bơm chất lỏng trung tính, sạch
hoăc hơi bẩn.
Có các thông số sau:
-năng suất: 8-290 m3/h
-áp suất toàn phần m: 18-85
GVHD: Pgs.TS Nguyễn Phước Dân
SVTH: Đỗ Thị Hồng Hạ

Trang 16


Thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác y tế công suất 1 tấn/h

-số vòng quay vg/ph: 1450-2900 vg/ph
-nhiệt độ: <800C
-chiều cao hút m: 4-5,5m
-có vỏ ngoài, bánh guồng làm bằng gang, trục làm bằng thép cacbon
Công suất máy bơm
N=

�.�.ρ.�

����.�

=

���,��.��.���,�.�,��

����.����.�,���

= 7,34 kW

Q: năng suất của bơm m3/s
H: áp suất toàn phần của bơm H=20m
ρ ∶khối lượng riêng của sảnước ở 300C: ρ= 995,7 kg/m3
g: gia tốc trọng trường, g=9,81 m/s2
η: hiệu suất chung của bơm,
η=η0.ηtl. ηck=0,96.0,85.0,96=0,783

( Nguồn: bảng II.32/439 sổ tay quá trình thiết bị và công nghệ hóa chất tập 1)
Vì N=7,34 kW nên ta chọn β=1,2
(Nguồn bảng II.33/440 sổ tay quá trình thiết bị và công nghệ hóa chất tập 1)
Công suất động cơ:
Nđc=N. β=7,34.1,2=8,8 kW=11,8 Hp
Vậy lấy bơm ly tâm một cấp có công suất 12 Hp

III.2. Cyclone
A.Tính kích thước cyclone
*Tính đường kính:
(Nguồn:CT III.47 trang 522 sổ tay quá trình thiết bị và công nghệ hóa chất tập 1)

GVHD: Pgs.TS Nguyễn Phước Dân
SVTH: Đỗ Thị Hồng Hạ

Trang 17


Thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác y tế công suất 1 tấn/h


𝑄
𝐷=�
0,785. ω�

Q : lưu lượng dòng khí vào m3/s, Q300=23129,03m3/h=6,42m3/s
ω q : tốc độ qui ước m/s
2. ∆𝑝
ξ . ρ�

ω� = �

Chọn

∆�
ρ�

 Tổn thất áp suất trong cyclone

∆�
ρ�

= 730 (

= 540÷740)

 Hệ số trở lực trong cyclone ξ = 105
(Nguồn: tra bảng III.10 trang 528 sổ tay quá trình thiết bị và công nghê
hóa chất tập 1)
chọn cyclone đơn kiểu IIH-15gồm 4 nhóm , mỗi nhóm sẽ nhận 1 lưu lương

khí là Q300=

����


= 6,42/4=1,605 m3/s

Vậy
𝐷=�

2.730
= 3,73 𝑚/𝑠
105

ω� = �

𝑄
1,605
=�
= 0,74 𝑚
0,785. ω�
0,785.3,73

Chọn D = 750mm
Vận tốc qui ước của dòng khí khi vào cyclone là :
Q
1,605
ω ′� =
=
= 3,63 m/s

0,785. D� 0,785. 0,75�
Kiểm tra lại vận tốc qui ước
ω ′� − ω �
3,63 − 3,73

�=�
� = 2,7% < 10%
ω ′�
3,63
Vậy đường kính của cyclone là D = 750 mm

GVHD: Pgs.TS Nguyễn Phước Dân
SVTH: Đỗ Thị Hồng Hạ

Trang 18


Thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác y tế công suất 1 tấn/h

 Các thông số kích thước liên quan:
Thông số
Chiều cao cửa vào
Chiều cao ống tâm có mặt bích
Chiều cao phần hình trụ
Chiều cao phần hình nón
Chiều cao phần bên ngoài ống tâm
Chiều cao chung
Đường kính ngoài của ống ra
Đường kính trong của cửa tháo bụi
Chiều rộng cửa vào

Chiều dài ống cửa vào
Khoảng cách từ tận cùng cyclone đến mặt
bích
Góc nghiêng giữa nắp và ống vào

Công thức
a = 0,66.D
H1 = 1,74.D
H2 = 2,26.D
H3 = 2.D
H4 = 0,3.D
H = 4,56.D
D1 = 0,6.D
D2 = (0,3÷0,4).D
= 0,4.D
b = 0,2.D
l = 0,6.D
H5 = (0,24÷0,32).D
= 0,3.D
α

Giá trị (m)
0,495
1,305
1,695
1,5
0,225
3,42
0,45
0,3

0,15
0,45
0,225
150

(Nguồn: tra bảng III.4 trang 524 sổ tay quá trình thiết bị và công nghê hóa chất tập 1)
*Tính trở lực của cyclone:
(Nguồn :CT III.50 trang 522 sổ tay quá trình thiết bị và công nghệ hóa chất tập 1)

ξ. ω′� � . ρ�

105. 3,63� . 0,615
∆𝑝 =
=
= 425,45 𝑁/𝑚�
2
2
ρk : khối lượng riêng của không khí ở nhiệt độ 3000C
ρk = ρhh=

�,���

���,���������

= 0,615kg/m3

*Tính số vòng quay của dòng khí trong thân cyclone
(Nguồn: CT III.38 trang 520 sổ tay quá trình thiết bị và công nghê hóa chất tập 1)

Trong đó


𝑛=

���

�.π.��

=

(�,�÷�).��

π.(�� ��� )

 𝒱E : vận tốc ban đầu của dòng khí ở ống dẫn vào cyclone ở ống dẫn vào tại
tiết diện (a.b)
GVHD: Pgs.TS Nguyễn Phước Dân
SVTH: Đỗ Thị Hồng Hạ

Trang 19


Thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác y tế công suất 1 tấn/h

𝑣� =

𝑄
1,605
=
= 21,5 𝑚/𝑠
𝑎. 𝑏 0,497.0,15


 𝒱tb: vận tốc tiếp tuyến trung bình bên trong cyclone m/s
𝒱tb = (0.7÷1). 𝒱E

 ro : bán kính trung bình của cyclone m
𝑟� =

�� ���

r1 =

=



 r1 : bán kính ống dẫn khí ra
��


�,��


=0,225 m

 r2 : bán kính thân hình trụ
r1 =
Vậy
𝑛=





=

�,��


=0,375 m

0,7. 𝑣�
0,7.21,5
=
= 8 𝑣ò𝑛𝑔/𝑠
π. (𝑟� + 𝑟� ) 3,14. (0,225 + 0,375)

B.Xử lý bụi :
Việc quản lý và thải bỏ bụi sau khi qua cyclone là vấn đề đáng phải quan tâm , nó
được xem là chất thải nguy hại sức khỏe con người và môi trường.lượng bụi thu được sau
khi qua cyclone sẽ được đem đi chôn lấp.

III.3.Tháp hấp thụ:
A.Tính chi tiết tháp:

III.3.a.Tính cân bằng vật chất- cân bằng pha :
Các thông số đầu vào của khí vào tháp:
Nồng độ SO2 vào: CSO2 = 687,76 mg/m3
GVHD: Pgs.TS Nguyễn Phước Dân
SVTH: Đỗ Thị Hồng Hạ

Trang 20



Thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác y tế công suất 1 tấn/h

Sau khi qua cyclone, nhiệt độ khói thải khoảng 2730C
Do nồng độ ô nhiễm của NOx không quá cao so với tiêu chuẩn nên ta xem như xử
lý khí SO2, còn khí NOx sẽ được phân tán qua ống khói
Lưu lượng khí thải ở 2730C V=24218,9 m3/h
Áp suất 1at
Nhiệt độ nước vôi trong vào khoảng 250C
Nhiệt độ làm việc của tháp 900C

-

Nồng độ S0 vào:
2

C

S02

= 687,76 mg/m3 = 0,688g/m3

Nồng độ khí ban đầu:
P
1
Ck =
=
R.T 0,082.(273 + 273)
Nồng độ mol S0


= 0,022mol/l = 22 mol/m3

2

�,���

[SO2]=
=0,011mol/m3
��
Nồng độ phân mol:
yđ =

Tỷ số mol:

0,011
= 0,0005
22

mol SO2/ mol hh khí


0,0005
=
= 5.10 −4 mol SO2/ mol khí.
1 − y đ 1 − 0,0005
Các thông số đầu ra:
Theo quy chuẩn về khói thải từ lò đốt rác y tế
Nồng độ SO2 đầu ra =300mg/m3 ở 250C
Nồng độ SO2 của khí thải quy về ở 250C là 1252,8 mg/m3

Hiệu xuất xử lý SO2 của tháp:
����,�����
. 100 = 76%
Yđ =

����,�

Do đó ta lấy hiệu suất tháp là 80% nên tháp xử lý được 688x0.8=550,4 mg/m3 . Vậy nồng
độ S0 ra khỏi tháp là :
2

688 – 550,4 = 137,6 mg/m3 =0,1376 g/m3
3

Nồng độ S0 ra khỏi tháp là 137,6mg/m
2

Nồng độ mol SO :
2

0,1376
yc =
= 0,00215
64

mol/ m3

Nồng độ phân mol:
yc =


0,00215
= 0,0001
22

mol SO2/ mol khí

GVHD: Pgs.TS Nguyễn Phước Dân
SVTH: Đỗ Thị Hồng Hạ

Trang 21


Thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác y tế công suất 1 tấn/h

Tỷ số mol:

yc
0,0001
=
= 10− 4 mol SO2/ mol khí
1 − yc 1 − 0,0001
Xây dựng đường cân bằng ở 900C
Yc =

o

Hệ số Henrry của SO ở 90 C là 0,15.106 mmHg.
2

(Nguồn tra bảng IX.1 trang 139 Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2 )

Hệ số cân bằng pha:


�,��.���

m= =
=197

���
Phương trình cân bằng SO2 trong dung dịch:
y = mx 
Y=

YX
=m
YX++11

��

=

��(���)�

���.�

������

Mà: Yđ = 5.10 −4 mol SO2/ mol khí
𝑋�∗ =




�(���)��

=

�.����

���.(�.���� ��)��.����

= 2,54. 10�� molSO2/mol H2O

Suất lượng mol hỗn hợp :
�.�
�.�����,��
𝐺�� =
=
=270,5 kmol/h
�.�

�,���.(�������)

Suất lượng mol cấu tử trơ :

-4

G = G .(1 - Y ) = 270,5.(1 – 5.10 ) = 270,4(kmol/h)
tr

đ


hh

Lưu lượng dung dịch tối thiểu tiêu tốn theo lý thuyết được tính theo công thức:
𝐿��� = 𝐺�� .

�đ ���
��∗

= 270,4.

�.���� �����
�,��.����

=42583 kmol H2O/ h

Thông thường,trong các thiết bị hấp thụ, không bao giờ đạt được cân bằng giữa các pha,
nghĩa là nồng độ cân bằng luôn lớn hơn nồng thực tế nên lượng dung môi tiêu tốn thực tế
lớn lượng dung môi tối thiểu. Thường ta cho lưu lượng thực lớn hơn 20% lưu lượng
dung môi tối thiểu, vậy lưu lượng lỏng cho vào tháp là:
=> Lth=(1+20%)𝐿���= 1,2.42583=51100 kmol H2O/ h
Vậy:nồng độ của SO2 ra khỏi tháp:
𝑋� = 𝐺�� .

�đ ���
���

= 270,4.

�.���� �����

�����

=2,12.10-6 molSO2/mol H2O

Phương trình đường làm việc Y = Ax + B trong đó


𝐴 = ��
và 𝐵 = 𝑌� − �� 𝑋�
���

���

Nên: Y= 189X+ 10-4 qua 2 điểm A( 0, 10-4) và B(2,12.10-6, 5.10-4)
Phương trình đường cân bằng :
GVHD: Pgs.TS Nguyễn Phước Dân
SVTH: Đỗ Thị Hồng Hạ

Trang 22


Thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác y tế công suất 1 tấn/h

Y=

𝟏𝟗𝟕.𝑿

𝟏�𝟏𝟗𝟔𝑿

III.3.b. Tính đường kính tháp:

Đường kính tháp hấp thụ có thể tính theo công thức:
4Vtb
D=
π .3600.ω y
(Nguồn CT IX.89 trang 181Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2 )
Trong đó:V : lưu lượng khối dòng khí trung bình đi trong tháp
Vtb =

tb

VV
dc +
2

trong đó: Vđ =24218,9 m3/h

𝑉� = 𝑉đ .

���đ

=24218,9.

VV
dc +
2

=

����


vậy: Vtb =

���.����
������

=24109,2 m3/h

�����,�������,�

Tính vận tốc khí ωy :
Ta có:ω = ( 0,8-0,9) ω
y



= 24214 𝑚3/h

0

(Nguồn trang 187 Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2 )
Với ω :Tốc độ bắt đầu tạo nhũ tương,còn gọi là tốc độ đảo pha,m/s
0

Nên được xác định theo công thức sau:

(Nguồn CT IX.115 trang 187 Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2 )
Trong đó:
σ ,V : Bề mặt riêng và phần thể tích tự do của đệm
đ


đ

g: gia tốc trọng trường,m/s2
ρ ,ρ :Khối lượng riêng trung bình pha khí và lỏng,kg/m3
xtb

ytb

0

µ ,µ :Độ nhớt vận động của pha lỏng ở nhiệt độ làm việc và nước ở 20 C
x

y

G ,L :Lưu lượng trung bình pha khí và pha lỏng(kg/s)
tb

tb

Ytb =

Yđ + Yc 5.10 −4 + 10 −4
=
= 3.10 −4
2
2

MyMyM
=+−

hhktbSOtbkk

2

molSO2/mol H2O

(1)

= 3.10 −4 .64+ (1- 3.10 −4 ).29=29,01 g/mol
Khối lượng riêng trung bình của chất khí được tính theo công thức :
GVHD: Pgs.TS Nguyễn Phước Dân
SVTH: Đỗ Thị Hồng Hạ

Trang 23


Thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác y tế công suất 1 tấn/h

𝜌=

�.���

��,�.(������)

=

��,��.���

��,�.(������)


3

= 0,974 kg/m

Hấp thu SO2 bằng huyền phù là nước vôi trong Ca(OH) , với tỷ lệ pha loãng Ca(OH)2 và
2

H2O là 1:24
Huyền phù Ca(OH) 4% khối lượng:
2

ρ
ρ

Ca(OH)2
nước

3

0

= 984,35 kg/m (ở nhiệt độ 25 C)

= 1000kg/m3

Khối lượng phân tử pha lỏng (huyền phù ):

(0.040.96)
+
kghp

0.04()0.96
kgCaOHkgHO
22
+
74()/()18/
kgCaOHkmolCaOHkgHOkmolkgHO
2222
= 18.56187 kghp/kmolhp

M hp =

Khối lượng riêng pha lỏng (huyền phù):
(0.040.96)
+
kghp
0.04()0.96
kgCaOHkgHO
22
+
33
984.35()/1000/
kgCaOHmkgHOm
22

ρ xtb ==

999.36

kghp/m3hp


Phần trăm thể tích của Ca(OH) trong huyền phù:
2

0.04()
kgCaOH 2
984.35()/
kgCaOHm 2
ρ xtb ==
0.04()0.96
kgCaOHkgHO
22
+
33
984.35()/1000/
kgCaOHmkgHOm
22
Độ nhớt huyền phù µ
hp

µ =µ

x100%4.06%

-3

-3

.(1+2,5.ϕ) = 0,8937.10 .(1+2,5.0,0406) = 0,9844.10 Ns/m2

nước


hp

3

-3

2

µ =µ =0,9844.10 Ns/m
hp

x

Khối lượng mol trung bình của hỗn hợp:
Mdd= 18.(1- 0,04) + 74.0,04= 20,24g/mol = 20,24kg/kmol
�����.�,���
𝐺�� =
=6,5 kg/s
����
�����.��,��

𝐿�� =

=287,3 kg/s

����

Do lượng S02 được hấp thụ là rất nhỏ nên ta có thể xem lưu lượng khí và lỏng vào và ra
gần như không đổi G =G ,L =L

-3

2

đ

c

đ

c

0

µ = 1,005.10 Ns/m -Độ nhớt của nước ở 20 C
l

Chọn vòng sứ đổ đống (lộn xộn, ngẫu nhiên) kích thước: 25x 25 x 3 mm
2

3

Diện tích bề mặt riêng phần: a = 195 m /m
GVHD: Pgs.TS Nguyễn Phước Dân
SVTH: Đỗ Thị Hồng Hạ

Trang 24


Thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác y tế công suất 1 tấn/h


33
Thể tích tự do tầng vật chêmε = 0.75/mm

3

Số đệm trong 1 m : 46.10

2

3

Khối lượng riêng vật liệu đệm: ρ = 600 (kg/m )
(Nguồn tra bảng IX.8 trang 193 Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2 )
Đối với vật liệu là vòng sứ thì A = 0.022 , B = 1,75
�,��
𝜔�� . 195.0,974
0,9844. 10��
lg �
.�
� �
9,81. 0,75� . 999,36
1,005. 10��
287,3 �,�� 0,974 �,���
= 0,022 − 1,75. (
) .(
)
6,5
999,36
lg(0,005 ωo2 )= -1.68

0.005ωo2 = 0.02
ωo =4,18m/s
ω y =3,34 m/s

4Vtb
4.24214
=
=1,59m
π .3600.ω y π .3600.3,34
Chọn D theo tiêu chuẩn = 1,6m
Khi đó vận tốc làm việc chính xác:
�.�
ωy=
= 3,35 m/s
�.����.��
Nên: D =

III.3.c.Tính chiều cao tháp hấp thụ :

H=m . h
y

m :Số đơn vị truyền khối

0

y

h :Chiều cao của 1 đơn vị truyền khối
0


Tính số đơn vị truyền khối m

y

Tính bằng phương pháp đồ thị
Vẽ đường cân bằng và đường làm việc trên cùng một đồ thị trong hệ tọa độ X,Y.
Phương trình đường cân bằng là:
���.�
Y=
������
Phương trình đường làm việc:
Y= 189X+ 10-4

GVHD: Pgs.TS Nguyễn Phước Dân
SVTH: Đỗ Thị Hồng Hạ

Trang 25


Thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác y tế công suất 1 tấn/h

0.0006
đường làm
việc

0.0005
0.0004
0.0003


đường cân
bằng

0.0002
0.0001
0
0

0.0000005

0.000001

0.0000015

0.000002

0.0000025

trung bình

Từ hình vẽ ta xác định được số đơn vị truyền khối là my=5
Tính chiều cao của 1 đơn vị truyền khối
Trong đó:
m = tgα=

�đ ��� �.���� �����

��∗ ��đ

=


�,��.����

=157,5

Trong đó
𝑉đ : thể tích tự do của đệm 0,75 m3/m2
a: hệ số phụ thuộc dạng đệm. Chọn a = 0,123 đối với đệm vòng
ψ : hệ số thấm ướt của đệm
U
với U,Utu là mật độ tưới làm việc và mật độ tưới tối ưu.
ψ=
U tu
L .3600
Ta có: U = tb
và UBtud = .σ
ρl .0.785.D 2
Ltb=287,3 kg/s
3

ρ =984,35kg/m
l

B:Hệ số phụ thuộc quá trình(b=0,158 nếu là quá trình hấp thu)
GVHD: Pgs.TS Nguyễn Phước Dân
SVTH: Đỗ Thị Hồng Hạ

Trang 26



Thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác y tế công suất 1 tấn/h

2

3

σ d : diện tích bề mặt vật đệm = 195m /m
Và U =0,158.195=30,81
tu

U=
ψ=

���,�.����

=683

���,��.�,���.�,��

���

=

=22,2>1

��� ��,��

(Nguồn tra đồ thị IX.16 trang 178 Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2 )
suy ra ψ =1
Đối với pha khí:

Tính Re : chuẩn số Reynold của pha khí
y
0,4. 𝜔� . 𝜌�
0,4.3,35.0,974
𝑅𝑒� =
=
= 313,5
𝜇� 𝜎�
2135. 10�� . 195

ω y =3,35 m/s là vận tốc khí qua tiết diện tháp; khối lượng riêng trung bình của pha khí
3

ρ =0,974 kg/m ; σ =195 m2/m3
y

µy

d

là là độ nhớt trung bình của pha khí, lấy tương đối độ nhớt của không khí ở nhiệt độ
0

làm việc 90 C (bảng I.114- trang 118) sổ tay 1
-8

2

µ =2135.10 Ns/m
y


(Nguồn tra bảng I.114 trang 118 Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1 )
Tính : Pry chuẩn số Prandy của pha khí
Ta có
��
Pry=
�� .��

2

0

với D là hệ số khuếch tán SO trong pha khí ở nhiệt độ làm việc 90 C (m /s)
k

0

D

SO2
0

D

2

0

: Hệ số khuếch tán của S0 ở điều kiện chuẩn (0 C,1atm).
2


-6

SO2

= 10,3 x 10 m2/s




𝑃� 𝑇� �
90 + 273 �
��

��
𝐷���
= 𝐷��
.


10,3.
10
.
1.



𝑃� 𝑇�
273
=1,6.10-5 m2/s


GVHD: Pgs.TS Nguyễn Phước Dân
SVTH: Đỗ Thị Hồng Hạ

Trang 27


×