Đề tài Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải CO2 bằng Etanolamin

Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư môi trường Việt Nam 1 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả xử lý nước thải,xử lý khí co2,môi trường,diễn đàn môi trường ĐỒ ÁN MÔN HỌC: KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI “ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ CO2 BẰNG ETANOLAMIN ” LỜI MỞ ĐẦU "Biến đổi khí hậu trái đất là sự thay đổi của hệ thống khí hậu gồm khí quyển, thuỷ quyển, sinh quyển, thạch quyển hiện tại và trong tương lai bởi các nguyên nhân tự nhiên và nhân tạo". Sự thay đổi này đã đang và tiếp xảy ra làm ảnh hưởng rất lớn mọi đối tượng đặc biệt là con người chúng ta. Việc làm như thế nào để khắc phục biến đổi khí hậu phải là nhiệm vụ hàng đầu của chúng ta hiện nay. Nguyên nhân chính làm biến đổi khí hậu trái đất là do sự gia tăng các hoạt động tạo ra các chất thải khí nhà kính, các hoạt động khai thác quá mức các bể hấp thụ và bể chứa khí nhà kính như sinh khối, rừng, các hệ sinh thái biển, ven bờ và đất liền khác. Các biểu hiện của sự biến đổi khí hậu trái đất gồm: - Sự nóng lên của khí quyển và trái đất nói chung. - Sự thay đổi thành phần và chất lượng khí quyển có hại cho môi trường sống của con người và các sinh vật trên trái đất. - Sự dâng cao mực nước biển do tan băng dẫn tới sự ngập úng của các vùng đất thấp, các đảo nhỏ trên biển. - Sự di chuyển của các đới khí hậu tồn tại hàng nghìn năm trên các vùng khác nhau của trái đất dẫn tới nguy cơ đe doạ sự sống của các loài sinh vật, các hệ sinh thái và hoạt động của con người. - Sự thay đổi cường độ hoạt động của quá trình hoàn lưu khí quyển, chu trình tuần hoàn nước trong tự nhiên và các chu trình sinh địa hoá khác. - Sự thay đổi năng suất sinh học của các hệ sinh thái, chất lượng và thành phần của thuỷ quyển, sinh quyển, các địa quyển. Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư môi trường Việt Nam 2 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Các quốc gia trên thế giới đã họp tại New York ngày 9/5/1992 và đã thông qua Công ước Khung về Biến đổi khí hậu của Liên Hợp Quốc. Công ước này đặt ra mục tiêu ổn định các nồng độ khí quyển ở mức có thể ngăn ngừa được sự can thiệp của con người đối với hệ thống khí hậu. Mức phải đạt nằm trong một khung thời gian đủ để các hệ sinh thái thích nghi một cách tự nhiên với sự thay đổi khí hậu, bảo đảm việc sản xuất lương thực không bị đe doạ và tạo khả năng cho sự phát triển kinh tế tiến triển một cách bền vững. PHẦN I GIỚI THIỆU TỔNG QUAN I. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ THẢI KHÍ THẢI Xử lý bụi Xử lý sương mù và giọt lỏng Xử lý tạp chất khí Xử lý tạp chất hơi Phươ ng pháp khô Phươ ng pháp ướt Phươn g pháp điện Buồng lắng Thiết bị rửa khí : trần , đệm , mâm , va đập. Lọc điện khô Lọc điện ướt Thiết bị thu bụi Xiclon Lọc: vải, sợi, hạt, sứ. Lọc sương Lưới thu giọt lỏng Phươ ng pháp ngưng tụ Phươ ng pháp nhiệt Phươn g pháp xúc tác Phươn g pháp hấp phụ Phươ ng pháp hấp thụ Thiết bị ngưn g tụ Lò đốt Thiế t bị phả n ứng Tháp hấp thụ với lớp tĩnh, động , và tầng sôi. Tháp hấp thụ :phun, mâm, đệm, màng, phun. Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư môi trường Việt Nam 3 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Phân loại các phương pháp xử lý khí thải được trình bày ở hình trên. Để xử lý các aerosol ( bụi, khói, sương ) người ta sử dụng phương pháp khô, ướt và tĩnh điện . Trong thiết bị ướt có sự tiếp xúc giữa khí bụi và nước, nhờ đó bụi được sa lắng trên các giọt lỏng, trên bề mặt bọt khí hay trên các màng chất lỏng. Trong thiết bị lọc tĩnh điện, các aerosol được tích điện và lắng trên điện cực. Để xử lý khí và hơi chất độc hại, người ta ứng dụng các phương pháp: hấp thụ ( vật lý và hóa học ), hấp phụ, xúc tác, nhiệt và ngưng tụ. Trong thực tế người ta ứng dụng nước, các dung môi hữu cơ không tham gia phản ứng với các khí và dung dịch nước với các chất này để hấp thụ vật lý. Còn khi hấp thụ hóa học, người ta sử dụng dung dịch nước muối và kiềm, các chất hữu cơ và huyền phù làm chất hấp thụ. Phương pháp hấp phụ dựa trên khả năng lôi cuốn các phân tử khí, hơi bởi chất rắn xốp. Trên thực tế, người ta sử dụng than hoạt tính, silicagen và zeolit làm chất hấp phụ. Trong thời gian gần đây, trong luyện kim màu, người ta sử dụng rộng rãi Al2O3 được nghiền mịn để làm chất hấp phụ HF . Xử lý bằng phương pháp xúc tác dựa trên sự biến đổi hóa học các cấu tử độc hại thành không độc hại trên bề mặt xúc tác rắn. Phương pháp này được sử dụng để xử lý NOx , SOx , COx và các tạp chất hữu cơ. Phương pháp nhiệt hay phương pháp đốt cháy trực tiếp các chất hữu cơ của khí thải được ứng dụng trong các nhà máy hóa dầu, nhà máy sản xuất metanol, khai thác và vận chuyển dầu mỏ … Phương pháp ngưng tụ dựa trên hiện tượng giảm áp suất bão hòa khi giảm nhiệt độ, phương pháp này dùng để thu hồi dung môi hữu cơ. Để quá trình ngưng tụ xảy ra cần phải làm lạnh khí chứa dung môi. Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư môi trường Việt Nam 4 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Do thành phần hóa học của khí thải phức tạp và nồng độ chất độc cao nên người ta áp dụng hệ thống xử lý nhiều bậc, và tổ hợp của nhiều phương pháp khác nhau. Để bảo vệ không khí xung quanh, đôi khi người ta phải dùng biện pháp phát tán chất thải vào khí quyển. Trong thực tế, không thể sản xuất không thải, không thể xử lý triệt để ô nhiễm do kỹ thuật giới hạn hay chi phí lớn … người ta sử dụng khả năng của tự nhiên phán tán chất thải vào khí quyển. Để phát tán chất ô nhiễm tốt, người ta xây dựng các ống khói cao đến 300 ÷ 350 m. Biện pháp này tuy có giảm chất thải trong phạm vi gần nguồn thải, nhưng không bảo vệ được môi trường trong lành. Việc xây dựng các ống khói cao thải khí vào thượng tầng khí quyển làm tăng khả năng chuyển hóa các oxit thành axit. Các axit này cùng với sương mù lắng xuống mặt đất ở khoảng cách hàng ngàn km cách ống thải. Các sương axít tác động xấu lên đất canh tác, rừng, giảm chất lượng nước tự nhiên, ăn mòn nhà cửa và các công trình văn hóa. Do đó, phát tán chất thải bằng ống khói cao không phải là phương pháp tốt để bào vệ môi trường trong lành. Tuy nhiên, phương pháp này hiện nay vẫn được áp dụng kết hợp với các phương pháp xử lý có nồng độ thỏa mãn tiêu chuẩn thải được phép thải qua ống khói có chiều cao thích hợp. Để giảm ô nhiễm không khí do chất thải công nghiệp, cần hoàn thiện các quá trình công nghệ, đảm bảo độ kín tuyệt đối cho các thiết bị, ứng dụng phương pháp vận chuyển vật liệu trong ống dẫn khí bằng khí nén và xây dựng các hệ thống xử lý. II. TỒNG QUAN VỀ CO2 Tính chất lý hóa của CO2 CTPT : CO2 CTCT : O=C=O Phân tử lượng : 44 g/mol Tỷ trọng riêng ở 25oC là 1,98 kg/m3 , nặng hơn không khí khoảng 1,5 lần . Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư môi trường Việt Nam 5 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Phân tử diôxit cacbon ( C=O=C ) chứa hai liên kết đôi và có hình dạng tuyến tính. Nó không có lưỡng cực điện. Do nó là hợp chất đã bị ôxi hóa hoàn toàn nên về mặt hóa học nó không hoạt động lắm và cụ thể là không cháy. Biểu hiện : Điôxit cacbon là một khí không màu mà khi hít thở phải ở nồng độ cao ( nguy hiểm do gắn liền với rủi ro ngạt thở ) tạo ra vị chua trong miệng và cảm giác nhói ở mũi và cổ họng. Các hiệu ứng này là do khí hòa tan trong màng nhầy và nước bọt, tạo ra dung dịch yếu của axit cacbonic. Ở nhiệt độ dưới -78oC, diôxit cacbon ngưng tụ lại thành các tinh thể màu trắng gọi là băng khô. Diôxit cacbon lỏng chỉ được tạo ra dưới áp suất trên 5,1 bazơ ; ở điều kiện áp suất khí quyển, nó chuyển trực tiếp từ các pha khí sang pha rắn và ngược lại theo một quá trình gọi là thăng hoa. Tính tan : CO2 tan tương đối tốt trong nước, nhất là ở nhiệt độ thấp. CO2 là anhydrit của axit cacbonic. Nước sẽ hấp thụ một lượng nhất định dioxit cacbon, và nhiều hơn lượng này khi khí bị nén. Khoảng 1% dioxit cacbon hòa tan chuyển hóa thành axit cacbonic. Axit cacbonic phân ly một phần thành các ion bicacbonat ( HCO3- ) và cacbonat ( CO3 ). CO2 + H2O → H2CO3 ; ( k1 = 4,01.10-7 ; k2 = 5,2 . 10-11 ) CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O Nguồn gốc của khí cacbon dioxit CO2 sinh ra do quá trình đốt cháy nguyên nhiên liệu. Nguyên nhiên liệu đốt cháy hoàn toàn CO2 + hơi nước + các chất khác ( bụi , NOx…) Nguyên nhiên liệu đốt cháy không hoàn toàn CO2 + hơi nước + CO + các chất khác Nguồn phát thải CO2 Tự nhiên : Dioxit cacbon nguyên thủy trong khí quyển của Trái Đất được tạo ra trong hoạt động của các núi lửa; nó là cốt yếu để làm ấm và ổn định khí hậu dẫn đến sự sống. Hoạt động núi lửa ngày nay giải phóng khoảng 130 – 230 Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư môi trường Việt Nam 6 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả triệu tấn dioxit cacbon mỗi năm. Lượng khí này xấp xỉ 1% lượng dioxit cacbon do các hoạt động của con người tạo ra. Các thay đổi của điôxít cacbon từ thời Phanerozoic ( 542 triệu năm trước ). Thời kỳ gần đây nằm bên trái của biểu đồ, và nó dường như là 550 triệu năm trước thì nồng độ điôxít cacbon cao hơn đáng kể so với ngày nay. Sự thải khí điôxít cacbon toàn cầu từ năm 1751 đến năm 2004 Từ đầu thời kì cách mạng công nghiệp, nồng độ CO2 trong khí quyển đã tăng khoảng 110µl/l hay khoảng 40% phần lớn trong số này được giải phóng từ năm 1945 đến nay. Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư môi trường Việt Nam 7 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Sự tàn phá rừng là nguyên nhân thứ 2. Năm 1997, các đám cháy than bùn ở Indonesia co thể giải phóng tới 13% - 40% lượng Dioxit cacbon do nhiên liệu hóa thạch tạo ra đám cháy than bùn. Ô nhiễm khói và ôzôn từ các đám cháy ở Indonesia năm 1997. Nhân tạo Ô nhiễm do quá trình đốt nhiên liệu Tất cả các sản phẩm do quá trình đốt nhiên liệu đều là các khí độc hại cho con người. Nhất là quá trình đốt xảy ra không hoàn toàn. Ta có thể tóm lược quá trình đốt nhiên liệu tổng quát như sau : Nhiên liệu + O2 → CO, CO2 , SO2, NOx, hydrocacbon và tro bụi. Hoa Kỳ phát thải khí nhà kính tồn kho ( Nguồn www.epa.gov/climatechange/emissions/co2_human.html ) Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư môi trường Việt Nam 8 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Tuy nhiên tùy từng nhiên liệu và động cơ đốt cháy mà ta thu được những sản phẩm khác nhau. Ta có thể phân biệt các nguồn gây ô nhiễm do đốt cháy nhiên liệu thành các nhóm. Ô nhiễm do các phương tiện giao thông Loại động cơ máy nổ chạy bằng tia lửa điện luôn luôn hoạt động với hỗn hợp nhiên liệu và không khí ở mọi chế độ vận hành nên rất khó bảo đảm cho quá trình cháy được hoàn toàn. Loại động cơ điêzen thì chỉ có không khí được nén theo quá trình đoạn nhiệt không cho thoát nhiệt ra ngoài. Ở giai đoạn nén không khí, nhiên liệu được phun vào và khi tiếp xúc với không khí nén ở nhiệt độ cao nó bốc cháy. Vì vậy mà quá trình cháy được hoàn toàn hơn. Khi quá trình cháy không hoàn toàn do thiếu oxi hay do trong khi cháy nhiệt độ ngọn lửa bị giảm thấp thì một số nguyên tử cacbon và hydro không được cấp đủ năng lượng cần thiết để hình thành các gốc tự do và cho ra các sản phẩm cuối cùng trong ngọn lửa là CO2 và H2O. Kết quả làm ngưng trệ các phản ứng cháy ở những giai đoạn cân bằng trung gian. Phát thải các nguyên tử cacbon hoặc kết hợp các nguyên tử với nhau thành muội, khói đen và mồ hóng – than chì . Ô nhiễm do đun nấu Quá trình đun nấu bằng củi, than, rơm đều là quá trình cháy ở nhiệt độ ngọn lửa thấp nên quá trình cháy cũng không hoàn toàn, sản phẩm sinh ra là các chất khí độc hại như : CO2, CO, mồ hóng, bụi, khói đen … Ô nhiễm do các nhà máy nhiệt điện Các chất độc hại thai ra khí quyển do đốt nhiên liệu ở các nhà máy nhiệt điện, lượng nhiên liệu tiêu thụ rất lớn. Đây là nguồn ô nhiễm cực lớn thải vào khí quyển hằng ngày. Vì vậy tại các nhà máy nhiệt điện cần phải quan tâm chú ý đến các kỹ thuật tiên tiến trong quá trình đốt. Ô nhiễm trong công nghiệp luyện gang thép Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư môi trường Việt Nam 9 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Chất ô nhiễm từ công nghiệp sản xuất gang thép chủ yếu là : bụi, CO, CO2, hydrocacbon ,phenol, benzene, SO2, SO3, NH3, AsH3… các sản phẩm này sinh ra từ các công đoạn sau : So sánh lượng thải CO2 theo các dạng nguồn năng lượng khác nhau. Nguồn: Wikipedia Lò cao : Quặng sắt được nung chảy trong lò cao bằng than cốc với phản ứng hóa học Fe2O3 + 3C = 2Fe + 3CO Trong khí lò cao có thành phần : 55% N2 , 24 - 28% CO , 15% CO2 và rất nhiều bụi. Ô nhiễm trong công nghệ sản xuất phân bón Phân urê : Chất ô nhiễm bao gồm khí thải chứa CO, CO2, NH3, SO2, chủ yếu ở khâu khí hóa than. Hiện nay theo số liệu của các nhà khoa học, hàm lượng CO2 trong khí quyển của Trái Đất ngày một tăng. Điều này đã là tăng hiệu ứng nhà kính của Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư môi trường Việt Nam 10 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Trái Đất và tăng nhiệt độ trung bình của Trái Đất, gây hiệu qủa xấu đến môi trường và con người. Tác hại CO2 đến sức khỏe con người Hàm lượng dioxin cacbon trong không khí trong lành là khoảng 0,004% và trong không khí bị thải ra từ sự thở là 4,5%. Khi thở trong không khí với nồng độ cao ( khoảng 5% theo thể tích ), nó là độc hại đối với con người và các động vật khác . Hemoglobin, phân tử chuyên chở oxi chính trong hồng cầu, có thể chở cả oxi và dioxit cacbon, mặc dù theo các cách thức hoàn toàn khác nhau. Sự suy giảm liên kết với oxi trong máu do sự tăng mức dioxit cacbon được biết đến như là hiệu ứng Haldane, và nó là quan trọng trong việc vận chuyển dioxit cacbon từ các mô tới phổi. Ngược lại, sự tăng áp suất thành phần của CO2 hay pH thấp hơn sẽ sinh ra sự rút bớt oxi từ hemoglobin. Hiệu ứng này gọi là hiệu ứng Bohr. Hemoglobin liên kết với CO2 không giống như liên kết với oxi, CO2 liên kết với các nhóm chứa N trên 4 chuỗi globin. Tuy nhiên, do các hiệu ứng khác khu vực hoạt hóa trên phân tử hemoglobin, lien kết của CO2 làm giảm lượng oxi được liên kết đối với áp suất thành phần nhất định của oxi. Dioxit cacbon có thể là một trong các chất trung gian để tự điều chỉnh việc cung cấp máu theo khu vực. Nếu nồng độ của nó cao thì các mao mạch nở ra để cho nhiều máu hơn đến các mô. Các ion bicacbonat là chủ yếu trong việc điều chỉnh pH của máu. Do tần suất thở có ảnh hưởng tới mức CO2 trong máu, nên nhịp thở quá chậm hay quá nông sẽ sinh ra hiện tượng nhiễm axit hô hấp, trong khi nhịp thở quá nhanh sinh ra trong các chứng thở quá nhanh sẽ dẫn đến nhiễm kiềm hô hấp. Mặc dù oxi là chất cần thiết của quá trình trao đổi chất của cơ thể, nhưng không phải nồng độ thấp của oxi kích thích sự hô hấp mà lại là nồng độ cao của dioxit cacbon. Kết quả là, sự hô hấp trong không khí loãng ( áp suất thấp ) hay hỗn hợp khí không có oxi ( ví dụ nitơ nguyên chất) dẫn đến sự bất tỉnh mà không cần có các vấn đề hô hấp của cá thể đó. Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư môi trường Việt Nam 11 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Các giới hạn của OSHA cho nồng độ dioxit cacbon tại nơi làm việc là 0,5% cho thời gian dài, tối đa tới 3% cho phơi nhiễm ngắn ( tối đa 10 phút ). OSHA cho rằng các nồng độ trên 4% là “ nguy hiểm ngay lập tức đối với sức khỏe và sự sống”. Những người thở không khí chứa trên 5% dioxit cacbon trên 30 phút có các triệu chứng tăng anhidrit cacbonic máu cấp tính, trong khi việc thở với nồng độ dioxit cacbon từ 7% - 10% có thể làm bất tỉnh trong vài phút. CO2 rắn ( đá khô ) có thể gây ra những vết bỏng rất khó lành. Tác động của CO2 với môi trường CO2 gần như trong suốt với ánh sang nhưng lại là chất hấp thụ mạnh và phản phát xạ bức xạ hồng ngoại, đặc biệt trong vùng bước sóng từ 12 - 18µm. Vì vậy khí CO2 tăng, gây tăng nhiệt độ vùng khí quyển thấp, do nhiều bức xạ hồng ngoại từ trái đất bị giữ lại. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng nhà kính, có thể làm tăng nhiệt độ Trái Đất lên một cách lâu dài. Các nghiên cứu cho thấy khi nồng độ CO2 tăng từ 300 đến 600 ppm thì nhiệt độ tăng 3,26oC. Nồng độ CO2 trung bình trong khí quyển vào khoảng 320 ppm. Nồng độ CO2 trong khí quyển tăng hang năm trung bình khoảng 0,7 ppm. Hiệu ứng nhà kính làm Trái Đất nóng lên, gây ra tác hại rất lớn đối với sự sống trên Trái Đất, như là làm tan các biển núi băng ở hai cực Trái Đất, lượng băng tan sẽ làm cho mực nước biển dâng cao và nước tràn ngập những vùng đồng bằng rộng lớn ven biển. Và nếu như không có biệp pháp hữu hiệu giảm thiểu khí nhà kính thì mực nước biển có thể dâng cao tới 1-3m vào cuối thế kỉ này. Sau vài thế kỉ thiếp theo băng giá ở tây Antartic tan ra chảy vào biển thì mực nước biển sẽ tăng cao tới 5 - 6m. Cơ sở lý thuyết của các quá trình xử lý CO2 Hấp thụ bằng các dung dịch Etanolamin Phản ứng hấp thụ CO2 bằng dung dịch mono etanolamin diễn ra như sau : Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư môi trường Việt Nam 12 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả 2RNH2 + CO2 + H2O → (RNH3)2CO3 (RNH3)2CO3 + CO2 + H2O → 2RNH3HCO3 2RNH2 + CO2 → RNHCOONH3R Dung dịch hấp thụ được phục hồi bằng cách đun nóng. Ưu điểm : giá rẻ, khả năng phản ứng cao, ổn định, dễ phục hồi. Nhược điểm : áp suất hơi cao và dung dịch tham gia phản ứng không thuận nghịch với COx. Để giảm áp suất hơi, người ta thường dùng nước rửa khí để thu hồi mono etanolamin. Khi khí có chứa COx, người ta sử dụng dietanolamin. Hấp thụ dung dịch ammoniac Phản ứng hấp thụ như sau : 2NH3 + CO2 → NH2COONH4 NH3 + CO2 + H2O → NH4HCO3 2NH3 + CO2 + H2O → (NH4)2CO3 Phương pháp này được ứng dụng để xử lý khí thải chứa 30% CO2. Trong thực tế, phương pháp này cho phép giảm nồng độ CO2 từ 34% còn 0,015% trong khi tổng hợp NH3. Dung dịch hấp thụ được phục hồi bằng cách đun nóng. Hấp thụ CO2 bằng dung dịch kiềm Thường sử dụng chất hấp thụ là Na2CO3 . Phản ứng hấp thụ như sau : Na2CO3 + CO2 + H2O → 2NaHCO3 Vận tốc hấp thụ nhỏ, để tăng vận tốc hấp thụ người ta thường dùng xúc tác là methanol, etanol, đường … Dung dịch được phục hồi bằng cách đun nóng bằng hơi nước. Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư môi trường Việt Nam 13 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Nhược điểm : hiệu quả hấp thụ thấp và tốn nhiều hơi nước để phục hồi dung dịch. Do đó, để tăng hiệu quả hấp thụ, người ta cho vào dung dịch một lượng dư NaOH và dung dịch không tái sinh mà dung vào mục đích khác. Hấp thụ bằng nước Phản ứng như sau : H2O + CO2 → H+ + HCO3- Hấp thụ CO2 bằng nước có ý nghĩa công nghiệp trong xử lý khí áp suất cao, ví dụ như khi tổng hợp NH3. Khả năng hấp thụ của nước cao khi áp suất riêng phần của CO2 là 3 ÷ 4 at, khi đó áp suất dư của khí tổng hợp NH3 lên đến 14 at, điều đó làm hạn chế ứng dụng của nó. Ưu điểm : kết cấu thiết bị đơn giản, không tốn nhiệt, dung dịch rẻ, nước trơ với các khí COx, O2 và các tạp chất khác. Nhược điểm : nước hấp thụ H2 trong không khí, bơm công suất lớn, khả năng hấp thụ thấp, CO2 thu được không đạt độ tinh khiết. III. SƠ LƯỢC VỀ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT THÉP Sản xuất thép trong lò điện hồ quang bao gồm các khâu chuẩn bị nguyên liệu, nạp nguyên liệu, nấu luyện, ra thép và xỉ, tinh luyện, thu gom xỉ và đúc liên tục. Sơ đồ hình bên dưới mô tả tóm tắt các công đoạn cơ bản Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư môi trường Việt Nam 14 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả trong quy trình sản xuất thép bằng lò điện. Sắt thép phế Điện Đất cát Chất phi KL Điện Khí thải Điện cực Bụi Chất tạo xỉ Tiếng ồn VL đầm lò Chất thải rắn Gas Nhiệt độ cao Oxy Hơi nước Dầu mỡ Dầu mỡ Nước Nhiệt độ cao Điện Bụi Dầu mỡ Chất thải rắn Nước Hơi nước Tiếng ồn Sản phẩm 1. Chuẩn bị nguyên liệu Nguyên liệu cho luyện thép lò điện là sắt thép phế, sắt xốp và gần đây ở một số nước như Trung Quốc, Ấn Độ và cả Việt Nam cũng sử dụng một lượng gang lỏng tới 50 - 60%. Ra thép Nạp nguyên liệu Nấu chảy Tinh luyện Chuẩn bị nguyên liệu Đúc liên tục Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư môi trường Việt Nam 15 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Sắt thép phế được tập trung tại bãi chứa liệu. Tại đây liệu được xử lý như phân loại, cắt, băm thành các kích thước theo quy định. Các tạp chất như đất cát, nhựa, gỗ và các chất gây cháy nổ như vũ khí cũ các loại được loại bỏ hoặc cắt làm thoáng các ống kín… Sau khi xử lý, liệu được chất vào các thùng chứa liệu rồi vận chuyển đến vị trí quy định của xưởng luyện. Trong một số trường hợp nguyên liệu được gia nhiệt trong quá trình vận chuyển (trong thùng chứa liệu hoặc trên băng tải) bằng nhiệt tuần hoàn hoặc trong lò điện. Một số loại lò điện có hệ thống sấy liệu bằng nhiệt của khí thải như lò kiểu lò đứng (shaft furnace) hoặc consteel. Tuy nhiên việc gia nhiệt liệu có thể dẫn đến sinh ra lượng khí thải gồm các chất độc hữu cơ chứa halogen như polyclorin dibenzo-p-dioxin furam (PCDD/F), polyclorin biphenil (PCB), polyciclic aromatic hydrocarbon (PAH)… cao hơn và cần thêm chi phí xử lý. Việc kiểm tra các đồng vị phóng xạ trong nguyên liệu là rất quan trọng. Các nguyên liệu khác như chất tạo xỉ ở dạng cục hay bột (vôi, bột carbon), chất hợp kim hóa, hợp kim phero, các chất khử ôxy và vật liệu chịu lửa phải được lưu trữ, bảo quản trong các thùng hay boongke có mái che. Các vật liệu dạng bột cần được chứa trong xilo kín. 2. Nạp nguyên liệu Sắt thép vụn cùng với chất trợ dung như vôi, dolomit được chất vào thùng chứa liệu. Khi nạp liệu, các điện cực được nâng lên cao, nắp lò được xoay sang một bên để chất liệu từ thùng chứa liệu vào lò. Thông thường lần đầu chất 50 - 60% liệu cho cả mẻ. Sau đó nắp lò đóng lại, điện cực từ từ hạ xuống tới khoảng cách 20-30 mm tới liệu thì bắt đầu đánh hồ quang. Sau khi liệu đầu nóng chảy thì chất phần liệu còn lại vào lò. 3. Nấu chảy Khi bắt đầu quá trình nấu chảy cần lưu ý sử dụng công suất điện thấp để phòng ngừa sự phá hủy tường lò và nắp lò do bức xạ nhiệt. Khi hồ quang bị bao che bởi sắt thép phế xung quanh thì có thể nâng công suất điện cho đến khi nấu chảy hoàn toàn. Các vòi phun oxy ngày nay cũng được sử dụng để cường hóa quá trình nấu luyện. Ngoài điện, quá trình nấu chảy còn sử dụng Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư môi trường Việt Nam 16 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả nhiên liệu là khí thiên nhiên và dầu nhằm rút ngắn quá trình nấu luyện. Oxi có thể được phun vào thép lỏng bằng những vòi phun đặc biệt ở dưới hoặc từ hông lò. Oxi trong luyện thép lò điện hồ quang được sử dụng ngày càng nhiều từ 30 năm nay không chỉ vì lý do luyện kim mà còn do yêu cầu tăng năng suất. Việc sử dụng oxi có thể từ bình oxi lỏng hoặc từ trạm sản xuất oxi. Về luyện kim, oxi được dùng để khử cacbon của thép lỏng và khử các chất không mong muốn như P, Mn, Si, S. Hơn nữa, oxi còn phản ứng với cacbua hydro tạo nên các phản ứng tỏa nhiệt, hỗ trợ cường hóa. Cần lưu ý việc thổi oxi có thể tăng khí và khói lò. Khí CO, CO2, hạt oxit sắt cực mịn và các sản phẩm khói khác có thể được tạo thành. Trong trường hợp cháy sau (post composting), hàm lượng CO là dưới 0,5% thể tích. Argon và các khí trơ khác có thể được phun vào trong thép lỏng để khuấy đảo bể thép làm đồng đều thành phần hóa học và nhiệt độ của thép. 4. Rót thép và ra xỉ Khi thép lỏng đạt yêu cầu thì cần tháo xỉ trước khi rót thép vào thùng để đưa sang lò tinh luyện. Lò được nghiêng về phía cửa tháo xỉ để xỉ chảy vào thùng xỉ. Sau đó thép lỏng được rót vào thùng chứa thép. Hiện nay thường áp dụng công nghệ ra thép ở đáy lệch tâm (Eccentric Bottom Tapping-EBT) với lượng xỉ phủ trên bề mặt của thùng thép lỏng là ít nhất. Trong các nhà máy không có các thiết bị tinh luyện riêng thì các nguyên tố hợp kim được cho vào thép trước hoặc trong khi ra thép. Các chất cho thêm như vậy cũng làm tăng lượng khói trong quá trình ra thép. Xỉ cần được vớt ra trong quá trình nóng chảy và oxi hóa ở cuối mẻ luyện, trước khi ra thép. 5. Tinh luyện Tinh luyện thép thông thường được tiến hành trong lò thùng (Ladle Furnace-LF) sau khi thép được lấy ra từ lò điện hồ quang. Trong lò thùng, bể thép lỏng được nâng nhiệt bằng hồ quang điện và đồng đều hoá nhiệt độ cũng như thành phần hoá học bằng cách thổi khí argon. Việc thổi khí argon còn có tác dụng khử sâu các tạp chất khí và tạp chất phi kim loại. Ngoài ra còn bón dây nhôm và CaSi vào để khử sâu lưu huỳnh, ôxy. Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư môi trường Việt Nam 17 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả 6. Đúc liên tục Hiện nay, trên 90% sản lượng thép sản xuất trên toàn thế giới được đúc liên tục do công nghệ này cải thiện được năng suất và chất lượng của phôi thép. Thép lỏng sau khi tinh luyện được rót vào thùng trung gian (tundish) của máy đúc liên tục để đúc thành thép phôi vuông (billet), phôi dẹt (slab) … qua hệ thống hộp kết tinh bằng đồng được làm nguội bằng nước. Tốc độ làm nguội cần được kiểm tra chặt chẽ để đảm bảo chất lượng của phôi thép. Để phôi thép không bám dính vào thành hộp kết tinh, người ta áp dụng cơ cấu rung theo hướng đúc và bôi trơn hộp bằng dầu thực vật. Khi ra khỏi hộp kết tinh, phôi thép được kéo ra liên tục và làm nguội bằng hệ thống giàn phun. Sau khi được làm nguội, phôi thép được cắt theo chiều dài yêu cầu bằng máy cắt ngọn lửa. IV. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ Nguyên lý của phương pháp này là do khí thải tiếp xúc với chất lỏng, khi đó các khí này hoặc được hoà tan trong chất lỏng hoặc biến đối thành ph ần thành chất ít độc hơn. Hiệu quả của phương pháp này phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc bề mặt giữa khí thải và chất lỏng, thời gian tiếp xúc, nồng độ môi trường hấp thụ và tốc độ phản ứng giữa chất hấp thụ và khí. Thiết bị dùng trong phương pháp hấp thụ là một thiết bị trong đó dung dịch hấp thụ và dòng khí sẽ đi qua. Thiết bị hấp thụ gồm một số loại chủ yếu sau: - Tháp đệm + tháp đĩa - Tháp phun + thiết bị rửa khí Phương pháp hấp thụ dựa vào sự phản ứng của khí với các chất hấp thụ dạng rắn. quá trình xảy ra có thể là quá trình vật lý hay hoá học. Hiệu quả của thiết bị hấp thụ phụ thuộc vào các yếu tố như diện tích bề mặt chất hấp thụ cũng như khả năng hấp thụ của các chất đưựoc chọn. Thiết bị hấp thụ thường được sử dụng khi cần thu hồi khí thải, hoặc để khử các khí có chất mùi trong công nghiệp thực phẩm, thuộc da, các dung dịch hữu cơ… V. TỔNG QUÁT VỀ ETANOLAMIN Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư môi trường Việt Nam 18 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả 1. Ethanol amin Ethanol amin là một loại hợp chất hữu cơ tạp chức, trong phân tử chứa đồng thời 2 loại nhóm chức là nhóm –OH và nhóm – NH2 Công thức cấu tạo HO-CH2-CH2-NH2 Ethanol amin được điều chế bằng cách cho etylen oxit tác dụng với ammoniac trong dung dịch nước và tạo ra sản phẩm là một hỗn hợp gồm Ethanol amin, diethanol amin, tỉ lệ sản phẩm sinh ra phụ thuộc vào tỉ lệ giữa etylen oxit và amoniac tham gia phản ứng ban đầu. Nếu tỉ lệ giữa phân tử amoniac và etylen oxit ban đầu là 20:1 thì sản phẩm sinh ra chứa 70% Ethanol amin 2. Tính chất Ethanol amin (côlamin) sôi ở 1710C có trong thiên nhiên, trong thành phần của photphotit và được tạo thành từ serin do sự decacboxyl bởi men Ethanol amin là một chất lỏng nhớt, có tính hút ẩm mạnh, tan trong nước và trong alcol theo bất kì tỉ lệ nào, khó tan trong các hydrocacbon và ete Do trong phân tử của Ethanol amin mang đồng thời 2 nhóm chức nên ethanol amin là một chất lưỡng tính. Ethanol amin vừa thể hiện được tính chất của một rượu no đơn chức, vừa thể hiện tính chất của một amin đơn chức. 3. Vai trò Dung dịch Ethanol amin đậm đặc có khả năng hấp thục cacbon dioxit ( CO2 ) trong không khí VI. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế tháp hấp thụ chứa khí CO2 Các thông số khí thải đầu vào Lưu lượng đầu vào: 700 m3/h Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư môi trường Việt Nam 19 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Nồng độ đầu: 0,7% ( theo thể tích ) Các giả thuyết trong quá trình tính toán Quá trình hấp thụ là đẳng nhiệt. Khí thải gồm chủ yếu là CO2, CO, bụi … VII. THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ Ban đầu khí thải từ lò dây chuyền sản xuất thép gồm có bụi, CO2, NOx, SO2, . . . được đưa vào Xyclon để thu bụi. Sau đó dòng khí này tiếp tục qua máy lọc khí ướt. Trong máy lọc khí ướt, các hạt bụi được chất lỏng cuốn đi, chất lỏng này thường được xử lý và tái sử dụng. Khí thải của các nhà máy thường chứa nhiều cacbuahydro và bụi nhỏ nên các máy lọc khí thông thường (máy venturi, các máy lọc kiểu cột, tia) không đạt hiệu quả cao. Vì vậy, một loại máy lọc khí mới được sản xuất với tên AIRFINE bao gồm một thiết bị lọc bụi tĩnh điện để lọc bụi thô, một hệ thống làm nguội khí thải và bão hoà độ ẩm, một hệ thống máy lọc tinh để lọc bụi nhỏ mịn và làm sạch khí và một thiết bị xử lý nước để tách sản phẩm phụ và thu hồi. Sau khi làm nguội khí thải, SO2 và NOx được hấp thụ bằng dung dịch kiềm ( hoặc huyền phù ) Tiếp đó khí thải ra sẽ được quạt hút đưa vào tháp hấp thu để hấp thụ CO2 bằng dung dịch etanolamin. Ở giai đoạn này 90% lượng CO2 được hấp thụ dung dịch sau khi hấp thụ từ tháp hấp thu sẽ vào bồn giải hấp để thu hồi lại lượng etanolamin rồi dẫn vào bồn cho việc tái sử dụng và khí thoát ra sẽ được thải ra hệ thống ống khói phát tán ra bên ngoài môi trường. PHẦN II TÍNH TOÁN THIẾT KẾ Các thông số tính toán: Lưu lượng: 700 m3/h Nồng độ đầu: 0,7% Hiệu suất: 90% Nhiệt độ vào: 27 Nhiệt độ tháp: 25 Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư môi trường Việt Nam 20 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Nhiệt độ dung môi: 25 Áp suất: 1atm = 101325 Pa I. CÂN BẰNG VẬT CHẤT Ta có: Xđ = 0 yđ = 0,007 ( molCO2/molKK ) Yđ = = = 0,00705 ( molCO2/molKK ) Yc = yđ *(1 – 0,9 ) = 0,00705*(1 – 0,9) = 0,000705 ( molCO2/molKK ) yc = = = 0,000704503 ( molCO2/molKK ) ytb = = = 0,003852251 ( molCO2/molKK ) MCO2 = 44 MKK = 29 M = ytb * MCO2 + ( 1 - ytb )* MKK = 0,003852251*44 + ( 1 - 0,003852251 )*29 = 29,05778377 = 29,0578 = 1,9768 ( kg/m3 ) theo bảng 1.7 trang 13 sổ tay quá trình và thiết bị Công Nghệ Hóa Chất tập 1 = 1,2928 ( kg/m3 ) theo bảng 1.7 trang 13 sổ tay quá trình và thiết bị Công Nghệ Hóa Chất tập 1 = 1,9768* = 1,811 ( kg/m3 ) = 1,2928* = 1,1844 ( kg/m3 ) = = 1,1884 ( kg/m3 ) Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư môi trường Việt Nam 21 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả = + = + = 24,4843 Giá trị của bước nhảy: = = 0,0006345 ( molCO2/molKK ) Ta có: Y = Suy ra: = = = 135,5432773 ( Pa ) [CO2] = = = 0,149036857 ( mol/m3 ) = 0,000149036 ( kmol/m3 ) X = = 0,000149036 *24,4843 = 0,003649063 Bảng số liệu đường cân bằng: Yđ P* [CO2] ( kmol/m3 ) X 0.0013395 135.5432773 0.000149036000 0.0036490421348 0.001974 199.6214972 0.000183316000 0.0044883639388 0.0026085 263.6186133 0.000212708000 0.0052080064844 0.003243 327.5347797 0.000238892000 0.0058491033956 0.0038775 391.3701497 0.000262757000 0.0064334212151 0.004512 455.1248766 0.000284842000 0.0069741569806 0.0051465 518.7991129 0.000305503000 0.0074800271029 0.005781 582.393011 0.000324990000 0.0079571526570 0.0064155 645.9067229 0.000343486000 0.0084100142698 0.00705 709.3404002 0.000361132000 0.0088420642276 Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư môi trường Việt Nam 22 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Suất lượng mol hỗn hợp: Ghh = = 28,646 ( kmol/h ) Suất lượng mol khí trơ: Gtr = Ghh ( 1 – Yđ ) = 28,646*(1 – 0,00705 ) = 28,444 ( kmol/h ) Suất lượng khí CO2 đầu vào: GCO2 vào = Ghh - Gtr = 28,646 – 28,444 = 0,202 ( kmol/h ) Lượng dung môi tối thiểu dùng để hấp thụ: Lmin = Gtr . = 28,444. = 20,4112 Lượng dung môi cần thiết: L = k*Lmin = 1,5*20,4112 = 30,6168 Nồng độ dung dịch ra khỏi tháp: Xc = ( Yđ – Yc ) = *( 0,00705 – 0,000705 ) = 0,0059 Tọa độ đường làm việc: A ( Xđ; Yc ) B ( Xc; Yđ ) A ( 0 ; 0,000705 ) B ( 0,0059 ; 0,00705 ) Phương trình đường làm việc: y = 1,075x + 0,000705 Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư môi trường Việt Nam 23 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Bảng số liệu để xác định số bậc truyền khối: Trong đó: X và Y* được lấy từ bảng số liệu đường cân bằng Y được tính từ phương trình đường làm việc: y = 1,075x + 0,000705 ∆ Y = Y sau – Y trước nOy = * ∆ Y X Y* Y Y - Y* 1/(Y - Y*) ∆ Y nOy 0.0036490421348 0.0013395 0.006926617 0.005587117 178.9831909 0.0044883639388 0.001974 0.008357661 0.006383661 156.6499342 0.001431044 0.240152884 0.0052080064844 0.0026085 0.009584651 0.006976151 143.3455199 0.00122699 0.184045711 0.0058491033956 0.003243 0.010677721 0.007434721 134.5040333 0.00109307 0.151854505 0.0064334212151 0.0038775 0.011673983 0.007796483 128.2629588 0.00996262 1.308923845 0.0069741569806 0.004512 0.012595938 0.008083938 123.7020921 0.000921955 0.116150219 Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư môi trường Việt Nam 24 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả 0.0074800271029 0.0051465 0.013458446 0.008311946 120.308767 0.000862508 0.105230659 0.0079571526570 0.005781 0.014271945 0.008490945 117.7725173 0.000813499 0.096839443 0.0084100142698 0.0064155 0.015044074 0.008628574 115.8940008 0.000772129 0.084270661 0.0088420642276 0.00705 0.01578072 0.00873072 114.5380972 0.000736646 0.084873441 2.372341368 Chọn nOy = 2 II. TÍNH TOÁN THÁP HẤP THỤ Chọn vật liệu đệm là vòng sứ sếp ngẫu nhiên ( tra bảng IX.8 trang 193 sổ tay quá trình và thiết bị Công Nghệ Hóa Chất tập 2 ) ta được: Kích thước: 20 * 20 * 2,2 Diện tích bề mặt riêng: ( m2/m3 ) Thể tích tự do của tầng chêm.: Vr = 0,73 ( m2/m3 ) Số đệm trong 1 m3 : 95*103 Khối lượng riêng xốp: = 650 ( kg/m3 ) Khối lượng riêng của pha lỏng: = 1012 kg/m3 Khối lượng riêng của pha khí: = 1,1884 kg/m3 C = 0,022 L: Gx: suất lượng dòng lỏng (kg/h) G: Gy: suất lượng dòng khí (kg/h) Gy = Gtr.Mkk+ (Ghh – Gtr).MCO2 = 28,444*29 + ( 28,646 - 28,444)*44 = 833,764 (kg/h) Gx= L.Ghh= 30,6168*28,646 = 877,049 (kg/h) Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư môi trường Việt Nam 25 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Độ nhớt động học của chất lỏng etanolamin: µx = 2,3.10-3 ( N.S/m2 ) ( tra bảng I.33, trang 113, sổ tay quá trình và thiết bị Công Nghệ Hóa Chất tập 1 ) Độ nhớt động học của chất khí: µy = 0,0147 .10-3 ( N.S/m2 ) ( tra bảng VI, trang 45, Ví dụ bài tập 10 ) 8/14/116,0 3 2 ..75,1... ..lg              l ytb l x lt ytbñf G LCVg v       lg = 0,022 – 1,75 . lg (0,166* = - 0,74 vf = 1,047 v = 0,9* vf = 0,9*1,047 = 0,9423 1. Đường kính tháp D = = = 0,512 ( m ) Chọn D = 0,5 m Tiết diện tháp: S = = = 0,19625 ( m2 ) Tính chiều cao tháp đệm: hp = hOy *nOy Trong đó: hoy: chiều cao một bậc truyền khối ( m ) Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư môi trường Việt Nam 26 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả noy: số bậc truyền khối Áp dụng công thức Tính chiều cao 1 đơn vị truyền khối: hOy = h1 + h2 Trong đó: hoy: chiều cao 1 đơn vị truyền khối (m) h1: chiều cao 1 đơn vị truyền khối ứng với pha khí (m) h2: chiều cao 1 đơn vị truyền khối ứng với pha lỏng (m) Gx: lưu lượng lỏng (kg/s) Gy: lưu lượng khí (kg/s) m: giá trị trung bình của tan góc nghiêng của đường cân bằng với mặt phẳng ngang 2. Mật độ tưới thực tế Utt= Ltt/F Trong đó: Ltt : lưu lượng thực tế F: tiết diện tưới ( tiết diện tháp) Ltt= L *61,08*10-3= 30,6168*61,08*10-3= 1,87 (m3etanolamin/h) Utt= = 9,53 (m3etanolamin/m2h) 3. Mật độ tưới thích hợp Uth = B* Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư môi trường Việt Nam 27 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Trong đó: B = 0,158 (m3/m.h) tra bảng IX.6 trang 177 sổ tay quá trình và thiết bị Công Nghệ Hóa Chất tập 2 = 240 bề mặt riêng của đệm Uth = 0,158*240 = 37,92 (m3H2O/m2.h) Vậy Utt/ Uth = 9,53/37,92 = 0,25 Hệ số thấm ướt = 0,25 tra biểu đồ IV trang 178 sổ tay quá trình và thiết bị Công Nghệ Hóa Chất tập 2 Chuẩn số cho pha khí Rey = = = 141 Dx, Dy hệ số khuếch tán CO2 trong pha lỏng và pha khí ở 250C Dy = Do = 13,8*10-6* = 1,5738*10-5 ( m2/s ) tra bảng 42 trang 428 sách VD & BT 10 Pry = = = 0,786 Chuẩn số pha lỏng = 1,8*10-9 ( m2/s ) tra bảng 43 trang 429 sách VD & BT 10 Dx = 1,8*10-9*[ 1 + 0,02*( 25 – 20 )] = 1,98*10-9 ( m2/s ) Gx = L* = 30,6168* = 0,519 ( kg/s ) Gy = Q* = 700/3600*1,1884 = 0,231 ( kg/s ) Rex = = = 0,19 Prx= = = 1147,842 h1 = *1410.25 *0,7862/3 = 0,29 ( m ) Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư môi trường Việt Nam 28 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả h2 = = 0,99 (m ) Tính m: hệ số góc X Y ∆X ∆Y Tg m ( ∆Y/∆X ) m 0.003649042 0.0013395 0.004488364 0.001974 0.000839322 0.0006345 0.755967493 0.647509362 0.005208006 0.0026085 0.000719643 0.0006345 0.881687727 0.722605208 0.005849103 0.003243 0.000641097 0.0006345 0.989709963 0.780226582 0.006433421 0.0038775 0.000584318 0.0006345 1.085881653 0.826547752 0.006974157 0.004512 0.000540736 0.0006345 1.173401207 0.865012863 0.007480027 0.0051465 0.00050587 0.0006345 1.25427451 0.897720013 0.007957153 0.005781 0.000477126 0.0006345 1.329838644 0.926035016 0.008410014 0.0064155 0.000452862 0.0006345 1.401090271 0.950914985 0.008842064 0.00705 0.00043205 0.0006345 1.468580169 0.972984139 7.58955592 Suy ra: mtb= = 0.84 Vậy hOy = h1 + h2 = 0,29 + 0,99 = 1 ( m ) H = hOy*nOy = 1*2 = 2 ( m ) Chọn H = 2 (m) H = hOy*nOy + ( 0,8 ÷ 1 ) = 2 + 1 = 3 ( m ) Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư môi trường Việt Nam 29 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả ( Công thức trang 168 sổ tay quá trình và thiết bị Công Nghệ Hóa Chất tập 1 ) Chọn chiều cao phần hút ẩm: 0,1 ( m ) Chọn chiều cao phần tách lỏng: 0,15 ( m ) Chọn chiều cao phần đĩa phân phối lại: 0,15 ( m ) Chọn chiều cao phần bên dưới lớp đệm: 0,3 ( m ) Chọn chiều cao phần nắp: hn = 0,25D + h = 0,25*0,5 + 0,025 = 0,15 ( m ) Chọn chiều cao phần đáy: hđ = 0,25D + h = 0,25*0,5 + 0,025 = 0,15 ( m ) 4. Tính trở lực của tháp Tổn thất áp suất của đệm khô: = Công thức IX.119 trang 189 sổ tay II Tổn thất áp suất đệm khô: Bảng IX.119 trang 189 sổ tay quá trình và thiết bị Công Nghệ Hóa Chất tập 2 Hệ số phụ thuộc chuẩn số Raynon ( hệ số trở lực của đệm ) Với Rey = 141 > 40 nên λ= = = 5,945 Tốc độ khí của khí tính trên toàn bộ tiết diện tháp ( m/s ) vy’ = Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư môi trường Việt Nam 30 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả : đường kính tương đương của đệm = 0,01217 ( m ) Ar = = = 98296698,84 Re’y = 0,045* = 0,045* = 195,04 Suy ra: vy’ = = 0,198 Tốc độ thực của khí trong lớp đệm: vy = = = 0,27 ( m/s ) = 119,16 N/m2 Các hệ số A, m, n, c phụ thuộc vào hệ: * * = * * = 0,014 < 0,5 ( tra bảng IX.7 trang 189 sổ tay quá trình và thiết bị Công Nghệ Hóa Chất tập 2 ) Cho nên : A = 8,4 m = 0,405 n = 0,225 c = 0,015 = 119,16* = 447,56 N/m2 Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư môi trường Việt Nam 31 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả 5. Chọn bề dày thân Chọn vật liệu là thép không rỉ ký kiệu X18H10T ( X: crom 18%, H: niken 10%, T: titan 1 -15% ) tra bảng XII.4 trang 309 sổ tay quá trình và thiết bị Công Nghệ Hóa Chất tập 2 Giới hạn kéo: = 550. ( N/m2 ) Giới hạn chảy: = 220. ( N/m2 ) Khối lượng riêng: ( kg/m3 ) Chọn công nghệ gia công là hàn tay hồ quang điện và kiểu hàn là hàn giáp mối một bên tra bảng XIII.8 trang 363 sổ tay quá trình và thiết bị Công Nghệ Hóa Chất tập 2 Hệ số bền mối hàn: = 0,7 Hệ số an toàn khí kéo theo gia hạn bền: = 2,6 Hệ số gia hạn chảy: = 1,5 Hệ số gia hạn mỏi: = 1,5 Hệ số điều chỉnh: η = 1 Chọn chiều dày: 4 mm Ứng suất cho phép của vật liệu bền ( CT XIII.1, XIII.2 trang 355 sổ tay quá trình và thiết bị Công Nghệ Hóa Chất tập 2 ) = = *1 = 0,000212 ( N/m2 ) = = *1 = 0,000147 ( N/m2 ) Tính nắp đáy: Chọn nắp và đáy thiết bị dạng elip có gờ Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư môi trường Việt Nam 32 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Đường kính tháp D = 500 mm Tra bảng XIII.11 , XIII.10 trang 382 sổ tay quá trình và thiết bị Công Nghệ Hóa Chất tập 2 ta được: a/ Đáy: Chiều cao hình elip hđ= 125 mm Chiều cao gờ h = 25 mm Bề dày đáy s = 4 mm Khối lượng m = 10 kg Khối lượng thực của đáy là: m = 1,01*10 = 10,1 kg b/ Nắp: Chiều cao hình elip hn = 125 mm Chiều cao gờ h = 25 mm Bề dày nắp s = 4 mm Khối lượng m = 10 kg Khối lượng thực của đáy là: m = 1,01*10 = 10,1 kg 6. Tính cơ khí a/ Tính đường ống dẫn khí Vận tốc trong ống khoảng 10 – 20 m/s Chọn v1 = v2 = 15 m/s D1 = = = 0,128 m Chọn đường kính ống dẫn khí vào bằng đường kính ống dẫn khí ra D1 = D2 = 130 mm Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư môi trường Việt Nam 33 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Bề dày 4 mm b/ Tính đường kính ống dẫn lỏng Ống vào : vận tốc khoảng 1 – 2 m/s (chọn V3 = 1,5 m/s ) D3 = = = 0,0143 m Với Q = = = 0,867 m3/h Chọn D3 = 15 mm Ống ra: vận tốc khoảng 1 m/s D4 = = = 0,0175 m Chọn D4 = 18 mm Chọn bề dày thép của ống vào = 3 mm Chọn bề dày thép của ống ra = 3 mm 7. Tính bích a/ Tính bích nối vào thân tháp Ta chọn bích liền bằng thép kiểu I để nối thiết bị: tra bảng XIII.27 sổ tay quá trình và thiết bị Công Nghệ Hóa Chất tập 2 Với Dtháp = 500 mm ; P = 1atm Đường kính ngoài của tháp: Dngoài = Dtrong + s*2 = 500 + 5*2 = 508 mm Đường kính bích = 700 mm Đường kính tâm bulông Db = 650 mm Đường kính bulông = 20 mm loại M20 Đường kính mép vát DI = 610 mm Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư môi trường Việt Nam 34 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Do = 563 mm Dt = 550 mm Số lượng bulông 20 cái Chiều cao bích h = 25 mm Khối lượng bích: m1 = b/ Tính bích nối ống dẫn lỏng vào thiết bị Ta chọn bích nối kim loại đen kiểu I để nối tra bảng XIII.26 trang 409 sổ tay quá trình và thiết bị Công Nghệ Hóa Chất tập 2 Đường kính trong của ống dẫn lỏng Dống = 15 mm Đường kính ngoài của ống dẫn lỏng D = 23 mm Đường kính bích D = 75 mm Đường kính bulong: M10 Dn = 14 mm D = 50 mm D1 = 35 mm Số lượng bulông 4 cái Chiều cao bích h = 12 mm Khối lượng bích: m2 = c/ Tính bích nối ống dẫn lỏng ra thiết bị Tra bảng XIII.26 sổ tay quá trình và thiết bị Công Nghệ Hóa Chất tập 2 Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư môi trường Việt Nam 35 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Đường kính trong của ống dẫn lỏng ra Dống = 18 mm Đường kính ngoài của ống dẫn lỏng ra D = 26 mm Đường kính bích D = 75 mm Đường kính bulong: M10 Dn = 14 mm D = 50 mm D1 = 35 mm Số lượng bulông 4 cái Chiều cao bích h = 12 mm Khối lượng bích: m3 = d/ Tính bích nối ống dẫn khí vào Đường kính trong của ống dẫn khí vào D = 130 mm Đường kính ngoài của ống dẫn khí vào D = 138 mm Đường kính bích D = 205 mm Đường kính bulong: M16 Dn = 108 mm D = 170 mm D1 = 148 mm Số lượng bulông 4 cái Chiều cao bích h = 16 mm Khối lượng bích: Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư môi trường Việt Nam 36 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả m4 = e/ Tính bích nối ống dẫn khí ra Đường kính trong của ống dẫn khí ra D = 130 mm Đường kính ngoài của ống dẫn khí ra D = 138 mm Đường kính bích D = 205 mm Đường kính bulong: M16 Dn = 108 mm D = 170 mm D1 = 148 mm Số lượng bulông 4 cái Chiều cao bích h = 16 mm Khối lượng bích: m5 = 8. Đĩa phân phối Tra bảng IX.22 trang 230 sổ tay quá trình và thiết bị Công Nghệ Hóa Chất tập 2 Đường kính tháp : 500 mm Chọn đĩa phân phối loại 2 Đường kính đĩa Dd = 300 mm Đường kính ống 25 mm Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư môi trường Việt Nam 37 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Bề dày ống 3 mm Số lượng ống 22 9. Lưới đỡ đệm Đường kính trong của tháp là 500 mm. tra bảng IX.22 trang 230 sổ tay quá trình và thiết bị Công Nghệ Hóa Chất tập 2 Chọn đường kính lưới Dl = 480mm Chiều rộng lưới b = 18,4 mm Chọn chiều dày: 15 mm Chiều rộng thanh: 5 mm Số thanh đỡ đệm Dl / b = 480 /( 18,4 + 5 ) = 20,5 ta chọn 20 thanh Diện tích bề mặt lưới đỡ đệm: S = Tổng khối lượng mà lưới phải chịu : m = mdd + mđệm khô Với mdd = Vđệm * = 400,85 kg mđệm khô = Vậy m = 400,85 + 587,808 = 988,658 kg. 10. Khối lượng toàn tháp Khối lượng nắp và đáy: m = 10,1 + 10,1 = 20,2 kg Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư môi trường Việt Nam 38 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Khối lượng thân tháp: trong đó H = 3 – ( 0,15 + 0,15 ) = 2,7 m m = π*Dtrong*H* 3,14*0,5*2,7*7900*4.10-3 = 133,953 kg Khối lượng lưới đỡ đệm: m = 988,658 kg Khối lượng tất cả bích: m = 35,96 + 0,379 + 0,368 + 2,28 + 2,28 = 41,267 kg Vậy khối lượng toàn tháp: m = 20,2 + 133,953 + 988,658 + 41,267 = 1184,078 kg 11.Tính chân đỡ bằng ống thép tròn Tải trọng toàn tháp: Pt = m * g = 1184,078 * 9,81 = 11615,8 N Tải trọng 1 chân tháp : Pc = Chọn tải trọng cho phép là G = 0,5.104 N Tra bảng XIII.35 trang 437 sổ tay quá trình và thiết bị Công Nghệ Hóa Chất tập 2 Bề mặt đỡ F = 172*104 N L = 160 mm B = 110 mm B1 = 135 mm B2 = 195 mm H = 240 mm h = 145mm s = 10 mm Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư môi trường Việt Nam 39 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả l = 55 mm d = 23 mm 12.Tính tai treo Chọn tải trọng cho phép là 0,5.104 N Tra Bảng XIII.36 trang 438 sổ tay quá trình và thiết bị Công Nghệ Hóa Chất tập 2 Khối lượng của 1 tai treo : 2 kg Bề mặt đỡ : 89,5.104 m2 L = 100 mm B = 75 mm B1 = 85 mm H = 155 mm S = 6 mm l = 40 mm a = 15 mm d = 18 mm III. TÍNH KINH TẾ Đơn vị tính: Đồng VẬT LIỆU LOẠI QUYCÁCH SỐ LƯỢNG ĐƠN GIÁ THÀNH TIỀN Thân tháp ThépX18H10T 133,953 kg 62000/kg 8305086 Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư môi trường Việt Nam 40 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Đáy và nắp ThépX18H10T 20,2 kg 62000/kg 1252400 Bộ phận phân phối lỏng Thép X18H10T 2 cái 500000/cái 1000000 Bộ phận đỡ đệm ThépX18H10T 2 cái 400000/cái 800000 Bích Thép 82,534 kg(2*41,267) 30000/kg 2476020 Chân đỡ Thép 66 kg 30000/kg 1980000 Tai treo Thép 8 kg 30000/kg 240000 Đường ống dẫn khí Thép 20 m 150000/m 3000000 Đường ống dẫn lỏng Thép 20 m 80000/m 1600000 Bộ phận hút ẩm 1 cái 200000/cái 200000 Cửa tháo đệm và cho đệm vào 4 cái 200000/cái 800000 Bulông M20 Sắt 20 cái 4000/cái 80000 Bulông M10 Sắt 8 cái 2000/cái 16000 Bulông M16 Sắt 8 cái 3000/cái 24000 Quạt 1 cái 2000000/cái 2000000 Máy bơm 2 cái 1000000/cái 2000000 Van ống dẫn lỏng 4 cái 40000/cái 160000 Van ống dẫn khí 3 cái 60000/cái 180000 Đệm Vòng sứrasiga 0,3925 m 3 700000/m3 274750 26388256 Chi phí vật liệu: 26.388.256 đồng Chi phí phụ khác: 10% chi phí vật liệu = 2,638825.6 đồng Tổng chi phí vật liệu: 29027081,6 đồng Tài liệu được cung cấp bởi diễn đàn kỹ sư môi trường Việt Nam 41 Tài liệu mang tính chất tham khảo.Cấm mọi hình thức kinh doanh trái phép khi chưa đượcsự đồng ý của tác giả Chi phí chế tạo và chi phí lắp đặt bằng tổng chi phí vật liệu: 29027081,6 đồng Chi phí nhân công: 30% chi phí lắp đặt = 8708124,48 đồng Tổng chi phí: 66.762.287,68 đồng. | xử lý nước thải,xử lý khí co2,môi trường