Đồ án Thiết kế lò đốt rác y tế bệnh viện đa khoa tỉnh Tây Ninh công suất 35kg/h

-7 1,31.10-5 0,027 O2 7,35.10-5 1,646.10-3 3,359 N2 1,665.10-3 0,037 75,51 Tổng 2,206.10-3 0,049 100 Từ bảng 24 và 25 ta xác định thành phần và lưu lượng của khí thải ra khỏi lò được trình bày trong bảng 26: Bảng 26: Thành phần và lưu lượng khí thải ra khỏi lò đốt. Thành phần Từ buồng sơ cấp (Kmol/s) Từ buồng thứ cấp (Kmol/s) Tổng cộng Kmol/s n.m3 % thể tích CO2 4,97.10-4 2,697.10-4 7,667.10-4 0,0172 12,464 H2O 3,915.10-4 1,969.10-4 5,884.10-4 0,0132 9,565 SO2 7,362.10-6 5,85.10-7 7,947.10-6 2,959.10-4 0,214 O2 1,2756.10-4 7,35.10-5 2,011.10-4 4,505.10-3 3,264 N2 2,888.10-3 1,665.10-3 4,553.10-3 0,102 73,913 HCl 3,543.10-5 - 3,543.10-5 7,936.10-4 0,575 CaO 2,083.10-8 - 2,083.10-8 4,666.10-7 3,381.10-4 P2O5 2,208.10-7 - 2,208.10-7 4,946.10-6 3,584.10-3 Tổng 3,95.10-3 2,206.10-3 6,158.10-3 0,138 100 5.5 Thể xây lò và tính toán khung lò 5.5.1 Thể xây lò 5.5.1.1 Cơ sở lựa chọn vật liệu Để xây dựng một lò đốt rác, cần một lượng lớn các loại vật liệu khác nhau như: vật liệu chịu lửa, cách nhiệt và các vật liệu xây dựng thông thường khác. Gạch chịu lửa có đặc điểm là có khả năng chịu được nhiệt độ cao mà không bị thay đổi hình dạng và tính chất vật lý. Khi chọn gạch hay vật liệu để xây lò cần phải căn cứ vào điều kiện làm việc của lò để chọn gạch và vật liệu xây dựng thích hợp đảm bảo thể xây lò làm việc tốt, không gây lãng phí. Đối với lò đốt rác y tế vận hành ở nhiệt độ 800 – 1200oC, trong điều kiện khắc nghiệt như vậy đòi hỏi vật liệu xây dựng phải có độ bền lớn, chịu được nhiệt độ và tính ăn mòn cao. Do đó, việc lựa chọn thể xây lò quyết định rất lớn khả năng làm việc của lò. 5.5.1.2 Thể xây lò Lò đốt gồm hai cấp Buồng đốt sơ cấp Nhiệt độ buồng đốt: 800oC. Kích thước buồng đốt: L = 1,6 m B = 1,1 m H = 1,1 m Kích thước ghi: F = 0,5 m2, ghi hình vuông cạnh 0,75 m. Lượng nhiên liệu tiêu hao: B = 7,2 kg/h. Buồng đốt thứ cấp Nhiệt độ buồng đốt: 1200oC. Kích thước buồng đốt: L= 0,8 m B = 1,1 m H = 1,1 m Lượng nhiên liệu tiêu hao: B = 13,5 kg/h. Theo Tính Toán Kỹ Thuật Nhiệt Lò Công Nghiệp T1, bảng 4.5, gạch Samốt A là loại gạch thích hợp để xây tường chịu nhiệt 1300 0C. Theo bảng 4.7/180, đối với tường cao hơn 1m ( H = 1,1 m) thì chiều dày lớp gạch chịu lửa phải (250 – 350 mm.) Gạch xây tường được chọn là gạch Samốt A số hiệu H3 có các thông số: a = 100mm; b = 113mm; c = 230mm. Thể tích V = 2600 cm3; trọng lượng 4,9 kg. Hệ số dẫn nhiệt = 0,88 + 0,00023t (W/m.độ). Nhiệt dung c = 0,865 + 0,00021t (kJ/kg.độ). Tường lò xây dày 330mm, xây phẳng, chiều dày mạch xây 3mm, xây bằng vữa nhão ( bột samốt mịn). Phía ngoài tường là lớp bông thủy tinh cách nhiệt dày 50 mm. Gạch và bông thuỷ tinh được xây ép vào thép tấm dày 5 mm bao bọc. Mạch nhiệt của thể xây tường là 5mm/m chiều dài. 5.5.1.3 Thể xây đáy lò Đáy lò được xây trực tiếp trên móng lò.Đáy lò được xây phẳng, mạch nhiệt 5mm/m chiều dài. Đáy lò được xây 2 lớp: Lớp dưới: gạch cách nhiệt Diatômit dày 115mm. Lớp trên: gạch Samốt A dày 230mm. 5.5.1.4 Thể xây nóc lò Nóc lò được xây bằng, tạo với tường lò góc 90o. Thể xây nóc lò là gạch Samốt A. Chiều rộng nóc lò bằng với chiều rộng lò: B = 1,1 m. Chiều dài lò: L = 1600 + 800 + 230 + 330x2 = 3290 mm. (5 – 63) Lò có góc ở tâm: = 180o nên bán kính nóc lò R = B/2 = 1100/2 = 550 mm. Chiều dày mạch xây d = 2mm. Số gạch xây một đường kính (5 – 64) R: bán kính vòm, mm. s: chiều dày gạch xây nóc lò,mm. a: chiều ngang viên gạch, mm. d: chiều dày mạch xây, mm. : góc ở tâm vòm. Số gạch dùng cho toàn bộ nóc lò: (viên) = 716 (viên) (5 – 65) Số gạch chân vòm cần dùng là: = 58 (viên) (5 – 66) 5.5.1.5 Thể xây cửa lò Cửa tiếp liệu Cửa tiếp liệu làm bằng thép tấm (CT3) dày 5mm, cùng loại với thép làm vỏ lò. Các thanh giằng là thép hình (30x30) hàn dính phía bên ngoài. Bên trong tấm thép là lớp cách nhiệt bằng bông thủy tinh dày 50 mm và lớp gạch cách nhiệt Samốt A dày 150 mm xây ép vào thép tấm. Kích thước cửa (500x500) mm. Tâm cửa có chừa một lỗ quan sát đường kính 10mm. Cửa dẫn sản phẩm cháy từ buồng sơ cấp sang buồng thứ cấp Gồm hai cửa kích thước (300x300) mm. Cửa thứ nhất cách trần lò 500mm, cửa thứ hai cách trần lò 100mm. Cửa lấy tro Cửa có kích thước (250x250) mm. Cửa được làm bằng 2 lớp thép tấm 5 mm. Giữa hai tấm thép là lớp bông thuỷ tinh cách nhiệt dày 50 mm. Bên ngoài cửa là các thanh giằng bằng thép hình (10x10) mm hàn dính vào thép tấm. 5.5.2 Khung lò 5.5.2.1 Đặc điểm của khung và vỏ lò Khung lò và vỏ lò gíup thể xây ổn định trong quá trình làm việc, phía ngoài thể xây được bao bọc bởi lớp thép tấm 5 mm. Bên ngoài lớp thép là hệ thống khung làm bằng thép góc (50x50x5) kiềng chặt ở các cạnh lò. 5.5.2.2 Tính toán khung lò Khung lò liên kết tĩnh, được đặt trên nền móng lò, có các thông số: Góc ở tâm = 180o. Bán kính trong của nóc lò: R = 550 mm. Khoảng cách giữa 2 cột theo chiều dài lò: a = 3290 – 330x2 = 2630 mm. Chiều cao vòm f = 0 mm. Khối lượng riêng của gạch: gạch = 1,9 tấn/m3. Chiều dài lò: L = 3290 mm. Chiều dày nóc lò: S = 330 mm. Nhiệt độ lò t = 1200 0C Chiều rộng của nóc: (5 – 68) Trọng lượng gạch nóc lò đối với 1 bước cột: (5 – 69) Lực thẳng đứng H: H = 0,25 x G = 0,25 x 3630,58 = 907,65(kg) (5 – 70) Lực ngang P: (5 – 71) Đối với lò nốc bằng f = 0 nên thực tế lực ngang P không tồn tại. Do đó chỉ có lực nén trung tâm H tác dụng lên phần tường lò bên dưới. 5.5.3 Kiểm tra tổn thất nhiệt qua xây lò 5.5.3.1 Buồng đốt sơ cấp Buồng lò có kích thước: L = 1,6 m B = 1,1 m H = 1,1 m. Rác được nung ở nhiệt độ 800oC. Tường và nóc lò dày 330 mm bằng gạch Samốt A. Đáy gồm 230 mm gạch Samốt A và 115 mm gạch Diatomit. Năng lượng nhiệt mất qua nóc: Nóc là tấm phẳng, nhiệt độ bên trong 800oC, nhiệt độ không khí 30oC. Nhiệt độ trung bình của lớp gạch xây nóc coi như là trung bình cộng của nhiệt độ không khí và nhiệt độ mặt trong lò: ttb = 420OC. Theo phụ lục VI Tính Toán Kỹ Thuật Nhiệt Lò Công Nghiệp T1, hệ số dẫn nhiệt của gạch Samốt A ở 420oC là 420 = 1,167 (W/m.độ). Nhiệt lượng mất qua nóc lò: (5 – 72) F: diện tích nóc lò, m2. F = 1,6 m(m2). S: chiều dày nóc, m. tl, tkk : nhiệt độ mặt trong lò và nhiệt độ không khí, 0C. 0,06 : nhiệt trở khi có trao đổi nhiệt ở mặt ngoài tường ra môi trường không khí xung quanh, m2độ/W n: hệ số dẫn nhiệt của tường lò, W/m.độ. Nhiệt lượng mất qua tường và đáy lò: Diện tích ngoài của tường và đáy lò ( không tính tường phía trước và phía sau ) (5 – 73) Xem như đường phân bố nhiệt trong tường lò là bậc nhất, nhiệt độ trung bình mỗi lớp: (5 – 74) Nhiệt độ trung bình của lớp Samốt: (5 – 75) Nhiệt độ trung bình của lớp diatomit: (5 – 76) Hệ số dẫn nhiệt của lớp Samốt ở : (5 – 77) Hệ số dẫn nhiệt của lớp Diatomit ở : (W/m.độ) (5 – 78) Nhiệt mất qua tường (5 – 79) Nhiệt lượng mất qua thể xây: Qx = Q + Qt =3810,7 + 5050,887 = 8861,58 (W) (5 – 80) Trong đó: Q: nhiệt lượng mất qua nóc buồng sơ cấp, W Qt : nhiệt lượng mất qua tường buồng sơ cấp, W Nhiệt giả sử mất qua nóc, tường, đáy lò là : Q5 = 0,1(216987 + 40048330.B) = 0,1(216987+ 40048330.0,002) (5 – 81) = 29708,366(W) Q5 > Qx : giả thiết hợp lý. 5.5.3.2 Buồng đốt thứ cấp Buồng lò có kích thước: L = 0,8 m B = 1,1 m H = 1,1 m. Rác được nung ở nhiệt độ 1200oC. Tường và nóc lò dày 330 mm bằng gạch Samốt A. Đáy gồm 230 mm gạch Samốt A và 115 mm gạch Diatomit. Năng lượng nhiệt mất qua nóc Nhiệt độ trung bình của lớp gạch nóc: ttb = 620OC. Theo phụ lục VI Tính Toán Kỹ Thuật Nhiệt Lò Công Nghiệp T1, hệ số dẫn nhiệt của gạch Samốt A ở 620oC là 620 = 1,143 (W/m.độ). Nhiệt lượng mất qua nóc lò (5 – 82) F: diện tích nóc lò, m2. F = 0,8 m (m2). S: chiều dày nóc, m. tl, tkk : nhiệt độ mặt trong lò và nhiệt độ không khí, 0C. 0,06 : nhiệt trở khi có trao đổi nhiệt ở mặt ngoài tường ra môi trường không khí xung quanh, m2độ/W n: hệ số dẫn nhiệt của tường lò, W/m.độ. Nhiệt lượng mất qua tường và đáy lò Diện tích ngoài của tường và đáy lò ( không tính tường phía trước và phía sau ) (5 – 83) Xem như đường phân bố nhiệt trong tường lò là bậc nhất, nhiệt độ trung bình mỗi lớp: (5 – 84) Nhiệt độ trung bình của lớp Samốt: (5 – 85) Nhiệt độ trung bình của lớp diatomit: (5 – 86) Hệ số dẫn nhiệt của lớp Samốt ở : (W/m.độ) (5 - 87) Hệ số dẫn nhiệt của lớp Diatomit ở : (W/m.độ) (5 - 88) Nhiệt mất qua tường (5 – 89) Nhiệt lượng mất qua thể xây: Qx = Q + Qt = 2845,48 + 4376,47 =7222 (W) (5 – 90) Q: nhiệt lượng mất qua nóc buồng thứ cấp, W Qt : nhiệt lượng mất qua tường buồng thứ cấp, W Nhiệt giả sử mất qua nóc, tường, đáy lò Q4 = 0,1(26393,36 + 40048330.B) = 0,1(26393,36+ 40048330.0,00375) =17657,46(W) (5-91) Q4 > Qx : giả thiết hợp lý. Chương 6 XỬ LÝ KHÓI THẢI CỦA LÒ ĐỐT 6.1 Xác định thành phần, lưu lượng và nồng độ các chất trong khói thải. Chọn phương pháp xử lý 6.1.1 Xác định thành phần, lưu lượng và nồng độ các chất trong khói thải Khói thải là sản phẩm của chất thải đưa vào lò đốt. Một lò đốt tiên tiến, quá trình cháy hoàn toàn và được kiểm soát thì lượng khí ô nhiễm sẽ rất ít. Tuy nhiên, rất khó kiểm soát hoàn toàn được quá trình cháy, khói thải lò đốt rác chứa những khí thải đặc trưng: CO Lượng CO phụ thuộc sự điều chỉnh và kiểm soát lò đốt. Lượng CO này có thể khống chế tối thiểu (gần như hoàn toàn) đối với những lò đốt tiên tiến có sự kiểm soát tốt quá trình cháy. Bụi Do các thành phần tro sinh ra từ các quá trình cháy. Nồng độ bụi phụ thuộc nhiều yếu tố: nguyên liệu, chế độ cấp gió, cấu trúc, nhiệt độ lòĐối với lò đốt hiệu quả cao thì lượng bụi khoảng 550 – 650 mg/m3. Có thể giảm lượng bụi bằng bộ phận lọc. SO2 Chất thải rắn được xử lý thường chứa ít sulphur. Lượng SO2 tạo ra chủ yếu phụ thuộc nhiên liệu đốt. Hệ thống xử lý theo phương pháp phun ướt có khả năng loại bỏ SO2 cao. HCl Lượng HCl phụ thuộc chất thải đem đốt, chủ yếu là lượng PVC trong chất thải. Hệ thống phun ướt có thể loại bỏ HCl. NOx Phụ thuộc nhiệt độ cháy và thời gian lưu cháy của lò đốt. Thiết bị loại bỏ NOx rất đắt tiền, thường chỉ lắp đặt ở các lò đốt lớn. Lượng NOx từ chất thải bệnh viện thường rất ít. HF Phụ thuộc thành phần chất thải đem đốt và thường không có vấn đề khi đốt chất thải bệnh viện. Tuy nhiên khi có thiết bị xử lý có thể giảm thiểu HF. Kim loại nặng Bình thường hàm lượng kim loại nặng trong khói thải của lò đốt rác y tế rát thấp,dưới giới hạn cho phép và không cần qua xử lý. Dioxin Dioxin được hình thành trong các quá trình cháy có mặt của Clo. Đây là những hợp chất hữu cơ có tính độc cao. Những lò đốt với nhiệt độ trên 1000oC mới phân hủy chúng thành CO2 và H2O. Hiệu quả đốt dioxin phụ thuộc các thông số: thời gian lưu cháy, lượng oxi. Khi đạt được các thông số: nhiệt độ 850 – 1100oC, thời gian lưu cháy là 1 giây, lượng oxi trong khí cháy 8 – 12%, lượng dioxin còn lại trong khí thải rất thấp. Thành phần, lưu lượng và nồng độ khí thải được xác định trong bảng sau: Bảng 27: Thành phần, lưu lượng và nồng độ các chất trong khói thải. Thành phần Kmol/s n.m3/s mg/n.m3 CO2 7,667.10-4 0,0172 244846,7 H2O 5,884.10-4 0,0132 77021,7 SO2 7,947.10-6 2,959.10-4 3780,6 O2 2,011.10-4 4,505.10-3 46647,7 N2 4,553.10-3 0,102 924816,8 HCl 3,543.10-5 7,936.10-4 9672,4 CaO 2,083.10-8 4,666.10-7 8,7 P2O5 2,208.10-7 4,946.10-6 181,7 Tổng 6,158.10-3 0,138 1,307.106 Xác định các thành phần cần xử lý Bảng 28: Nồng độ chất ô nhiễm trước khi xử lý Thành phần Nồng độ (mg/m3) TCVN 5939 – 2005 (mg/m3) Bụi 600 400 HCl 9672,4 200 SO2 3780,6 1500 6.1.3 Lựa chọn phương pháp xử lý Có hai phương pháp xử lý chủ yếu: xử lý ướt và xử lý khô. Xử lý khô Sử dụng hóa chất ở dạng bột (phổ biến là dùng vôi bột) để trung hoà các chất ô nhiễm và túi lọc (lọc sợi hay lọc tĩnh điện) để loại bỏ các muối và bụi. Trước khi xử lý, khói thải được làm mát đến nhiệt độ theo nguyên lý trao đổi nhiêt “không khí – khói thải” hoặc “ nước – khí thải” ở giai đoạn này có thể thu hồi nhiệt để sử dụng. Sau đó, phun bột vôi trực tiếp vào dòng khí thải, vôi phần ứng với các khí tạo muối trơ. Các muối cùng với tro và bụi được giữ lại ở bộ lọc, sau đó xử lý bằng chôn lấp. Phương pháp xử lý khô đơn giản, kinh tế và hiệu quả xử lý khá cao. Tuy nhiên, phương pháp này ít sử dụng do chi phí cho hoá chất khá lớn, chi phí cho thiết bị giải nhiệt và các thiết bị phụ. Xử lý ướt Khí thải sau khi ra khỏi buồng đốt đi vào vùng bão hoà và tháp lọc, dung dịch lỏng được phun trực tiếp vào dòng khí đề loại bỏ các chất ô nhiễm như : SO2, HCl, và các kim loại nặng. Đồng thời khí thải được làm mát tới nhiệt độ 70oC, sau đó được hút bằng quạt gió dẫn tới ống khói. Hiệu quả xử lý của phương pháp ướt khá cao, trị số ô nhiễm vào môi trường rất thấp, đạt tiêu chuẩn. Tuy nhiên phương phàp này khá phức tạp, chi phí đầu tư và vận hành cao. Dung dịch hoá chất sau khi xử lý là nguồn ô nhiễm ở dạng lỏng, cần phải thu gom vào hệ thống xử lý nước thải. Từ các phân tích trên, phương pháp xử lý ướt, cụ thể là phương pháp hấp thụ với dung dịch Ca(OH)2 0,5M có thể đồng thời xử lý HCl, SO2 và bụi. Thiết bị hấp thụ là tháp rửa khí rỗng (xem như khí thải đã được làm giải nhiệt trước khi vào tháp). 6.2 Tháp giải nhiệt 6.2.1 Khối lượng riêng hỗn hợp khí ( 6 – 1 ) Ta có: (6 – 2) Trong đó: t : Nhiệt độ vào tháp giải nhiệt, t = 10000C (6 – 3) Ta có: (6 – 4) Trong đó: : Áp suất riêng phần của khí trơ : Áp suất của hỗn hợp khí ở điều kiện tiêu chuẩn = 760 (mmHg) Dòng khí vào hệ thống làm mát gồm có: Nhiệt độ vào : tvào = 10000C. Lượng sản phẩn cháy ở 10000C : . Tải lượng khí thải: . Khối lượng riêng sản phẩm cháy ở 10000C : . Nhiệt dung riêng sản phẩm cháy ở 10000C : Nhiệt độ ra: tra = 1500C. 6.2.2 Phương trình truyền nhiệt khi chất khí chuyển động ngược đều ở nhiệt độ thay đổi. (6 – 5) Trong đó : Q : Nhiệt lượng, (Kcal). F : Diệt tích mặt phân cách chất lỏng, (m2). K : Hệ số truyền nhiệt, (kcal/m2.h.0C).  : Thời gian, (h).  : Hiệu số nhiệt độ trung bình, 0C. Dòng khí vào : (6 – 6) Tra bảng (thông số vật lý của khói thải ở 3870C) : . . . . Dòng nước vào : Tra bảng (thông số vật lý của hơi nước bảo hòa ở 4240C) : . . . . . Xét trong khoảng thời gian Nhiệt lượng khí truyền cho nước : (6 – 7) Về phía nước : (6 – 8) Phương trình truyền nhiệt : Q = 176060,03 (kcal) Tính  : Hiệu số nhiệt độ trung bình : (6 – 9) Đường kính của thiết bị trao đổi nhiệt D = t x(b - 1) + 4 xd (6 – 10) Trong đó : d : Đường kính trong của ống dẫn nhiệt. Chọn đường kính ống dẫn nhiệt là 60 (mm), d bề dày ống dẫn nhiệt vật liệu cách nhiệt là 2 (mm) = 2x10-3 (m). Chọn vật liệu cách nhiệt là thép không rỉ, có hệ số dẫn nhiệt = 39 . Chọn cách sắp xếp ống theo vòng tròn. Tra bảng VII, trang 48 Sổ tay quá trình và thiết bị hóa chất tập 2 – NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nôi – 2006. Số vòng tròn : 5 Số ống trên đường xuyên tâm : 11 Số ống ở vòng ngoài cùng : 31 Tổng số ống : 93 t : bước ống. Thường chọn t = 1,5 – 2d. chọn t = 1,7d = 1,7x 0,06 = 0,102 (m). Số ống trên đường xuyên tâm, b = 11 Chọn D = 1,3 (m). Tính hệ số K : (6 – 11) Trong đó :  : Hệ số cấp nhiệt từ không khí nóng đến thành ống  : Hệ số cấp nhiệt từ thành ống đến nước Hệ số cấp nhiệt từ chất khí nóng đến thành ống : (6 – 12) Chọn đường kính ống dẫn nhiệt : d = 60 (mm) = 0,06 (m). Tổng số trong thiết bị : n = 93 Đường kính thiết bị: D =1,3 (m). Đối với tấm chắn hình viên phân : C = 1,72 Đường kính tương đương : Hệ số Râynôn : (6 – 13) (6 – 14) Hệ số cấp nhiệt từ thành ống đến nước: (6 – 15) Hệ số Râynôn : (6 – 16) (6 – 17) (6 – 18 ) Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt  (6 – 19) Chiều cao thiết bị  (6 – 20) Chọn chiều cao H = 3(m) Vậy thiết bị trao đổi nhiệt loại ống chùm có : Đường kính thiết bị : D = 1,3 (m) Chiều cao H = 3 (m) 6.2.3 Tính cơ khí  Vật liệu Thiết bị làm việc ở môi trường ít ăn mòn. Nhiệt độ làm việc Plv = 1at = 9,81 (N/m2). Chọn vật liệu là thép CT3 để chế tạo thiết bị Ký hiệu thép : CT3 Giới hạn bền : . Giới hạn chảy : . Chiều dày tấm thép : b = 4 – 20 (mm). Độ dãn tương đối : Hệ số dẫn nhiệt : Khối lượng riêng : Chọn công nghệ gia công là hàn tay bằng hồ quang điện, bằng cách hàn giáp bên. Hệ số hiệu chỉnh : Hệ số an toàn bền kéo : Hệ số an toàn bền chảy: Hệ số bền mối hàn : 6.2.4 Tính bề dày thân tháp Thông số ban đầu của tháp mà ta đã biết như sau: Đường kính : D = 1300 (mm) Chiều cao tháp : H = 3000 (mm) Khối lượn riêng của pha lỏng : Tốc độ ăn mòn : 0,05 (mm/năm) Hệ số bền mối hàn : Thân hình trụ hàn dọc, hàn tay bằng hồ quang điện, hàn giáp mối 2 bên, đường kính thân lớn hơn 700. Do đó, hệ số bền mối hàn =0,95 ( bảng XII1.8, trang 362 Sổ tay quá trình và thiết bị hóa chất tập 2 – Pts Trần Xoa – NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội – 2006 ). Hệ số điều chỉnh : (thiết bị thuộc nhóm 2 loại II) (Bảng XII1.2, trang 356, Sổ tay quá trình và thiết bị hóa chất tập 2 – Pts Trần Xoa – NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội – 2006 ). Tính áp suất làm việc trong tháp (6 – 21) Trong đó: Pmt : Áp suất pha khí trong thiết bị, Pmt = 1at = 0,1013 (N/mm2) P1 : Áp suất thủy tinh của cột chất lỏng trong thiết bị (6 – 22) g : Gia tốc trọng trường (m2/s), g = 9,81(m2/s) : Khối lượng riêng của nước (kg/m3), =1000 (kg/m3) H : Chiều dài thiết bị (m), H = 3 (m) Định ứng suất cho phép của thép CT3 Theo giới hạn bền (6 – 23) Trong đó : : giới hạn bền kéo (N/m2), = 380 x 106 (N/m2), : Hệ số bền kéo, = 2,6 : Hệ số hiệu chỉnh, = 1 Theo giới hạn chảy (6 – 24) Trong đó : : giới hạn bền kéo (N/m2), = 240 x 106 (N/m2), : Hệ số bền kéo, = 1,5 : Hệ số hiệu chỉnh, = 1 Ta lấy giá trị bé hơn trong hai ứng suất cho phép ở trên làm ứng suất cho phép chuẩn. 6.2.5 Bề dày thân hình trụ hàn làm việc chịu áp suất tính theo lý thuyết chung (6 – 25) Bề dày tối thiểu của thân là: (6 – 26) Trong đó : Dt : Đường kính trong của tháp (mm), Dt = 1300 (mm) P : Áp suất làm việc trong tháp (N/mm2), P = 0,13073 (N/mm2) : Hệ số bền mối hàn, = 0,95 : Ứng suất cho phép tiêu chuẩn (N/mm2), = 146,15 (N/mm2) Chọn hệ số bổ sung để quy để quy tròn kích thước: (6 – 27) Trong đó: C0 : Hệ số quy tròn kích thước (mm), C0 =1,724 (mm). Ca : Hệ số bổ sung do bào mòn hóa học trong thời hạn sử dụng thiết bị là 15 năm,Ca = 0,75 Cb : Hệ số bổ sung do bào mòn cơ học (mm), Cb = 0 Cc : Hệ số bổ sung do sai âm (Bảng XII1.9, trang 364 Sổ tay quá trình và thiết bị hóa chất tập 2 – Pts Trần Xoa – NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội – 2006 ) , C3 = 0,4 (mm). . Do đó: Bề dày thực của thân thiết bị: S = S’ + C = 0,612 + 2,874 = 3,486 (mm) (6 – 28) Chọn S = 4 (mm) ứng với đường kính tháp bằng 1400 (mm) theo tiêu chuẩn. Kiểm tra điều kiện bền (6 – 29) Áp suất cho phép trong thân thiết bị khi bề dày S = 4(mm) được xác định theo công thức : (6 – 30) Trong đó: : Hệ số bền mối hàn, = 0,95 Dt : Đường kính trong của tháp (mm), Dt = 1300 (mm) : Ứng suất cho phép tiêu chuẩn (N/mm2), = 146,15 (N/mm2) S : Bề dày của thân thiết bị (mm), S = 4 (mm) Ca : Hệ số bổ sung do bào mòn hóa học trong thời hạn sử dụng thiết bị là 15 năm với tốc độ ăn mòn 0,05 mm/năm (mm), Ca = 0,75 (mm) Vậy tháp giải nhiệt có bề dày S = 4 (mm) thỏa mãn điều kiện bền và áp suất làm việc. 6.2.6 Tính đáy Ta chọn đáy của tháp là elip. Chọn vật liệu làm đáy thiết bị cùng vật liệu làm thân tháp. Các thông số đã biết Đáy làm bằng thép CT3 C = 2,874 (mm) Áp suất làm việc phần dưới thân P = 0,13073 (N/mm2) Đường kính tháp D = 1300 (mm) Chọn elip tiêu chuẩn Tỷ số : ht/Dt =0,25 Trong đó : Dt : Đường kính trong của tháp (m), Dt = 1300(m) ht : Chiều cao phần lồi của đáy (m) ht = Dt x 0,25 = 1,3 x 0,25 = 0,325 (m) (6 – 31) Bán kính trong phía cong của đáy Rt (6 – 32) Trong đó : Dt : Đường kính trong của tháp (mm), Dt = 1300(mm) ht : Chiều cao phần lồi của đáy (mm), ht = 325(mm) Tính tỷ số : Trong đó : : Hệ số bền mối hàn, = 0,95 P : Áp suất làm việc trong tháp (N/mm2) , P = 0,13073 (N/mm2) (6 – 33) Bề dày tối thiểu của đáy: (6 – 34) Trong đó : Rt : Bán kính cong phía trong của đáy (mm), Rt = 1300 (mm) P : Áp suất làm việc trong tháp (N/mm2), P = 0,13073 (N/mm2) : Hệ số bền mối hàn, = 0,95 : Ứng suất cho phép tiêu chuẩn (N/mm2), = 146,15 (N/mm2) chọn S = 0,65 (mm) Bề dày thực tế của đáy (nắp) S = S’ + C = 0,65 + 2,874 = 3,524(mm) (6 – 35) Xét : chọn bề dày đáy bằng bề dày nắp và bằng bề dày thân tháp (6 – 36) Áp suất cho phép ứng với bề dày S = 5 mm được xác định theo công thức (6 – 37) Bề dày của đáy là S = 4 (mm) Bảng 29: Các thông số của đáy STT Đại lượng Đơn vị Thông số 1 Đường kính D mm 1300 2 Chiều cao ht mm 325 3 Bề mặt trong m2 1,94 4 Thể tích m3 0,3209 5 Đường kính phôi mm 1574 6 Khối lượng riêng kg/m3 7850 7 Khối lượng kg 69,55 6.2.7 Tính nắp Chọn nắp phẳng, vật liệt chế tạo: Thép CT3 Kiểm tra điều kiện (6 – 38) (6 – 39) Bề dày đáy tính theo công thức: (6 – 40) S1 = 5,49 + 2,874 = 8,364 (mm).Chọn S1 = 8,5 Tra điều kiện : (6 – 41) 6.2.8 Tính đường ống dẫn khí vào và ra Vận tốc khí trong ống khoảng 10 – 30 (m/s), chọn vận tốc khí trong ống là 20 (m/s), đường kính ống vào (ra) là : (6 – 42) Trong đó : G : Suất lượng hỗn hợp khí đi vào tháp (m3/s), G = 2595,6 (m3/h) = 0,721 (m3/s) V : Vận tốc khí trong ống vào (ra) (m/s), v = 20 (m/s) Chọn đường kính tiêu chuẩn là d = 300 (mm) Tra lại vận tốc khí trong ống vào và ra Vận tốc khí trong ống : (6 – 43) Chọn bề dày ống b = 3 (mm) Vật liệu làm là thép CT3 Theo (Bảng XII1.32, trang 434 Sổ tay quá trình và thiết bị hóa chất tập 2 – Pts Trần Xoa – NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội – 2006). Thì chiều dài ống nối (ứng với đường kính ống 300 mm) là 140 mm. 6.2.9 Tính đường ống dẫn lỏng vào và ra Vận tốc nước chảy trong ống khỏang 1 – 3 (m/s), ta chọn vận tốc dòng lỏng 2 (m/s) Lưu lượng lỏng đầu vào L = 7,092 (m3/h) = 1,9710-3 (m3/s) (6 – 44) Ta có đường ống là (6 – 45) Chọn đường kính tiêu chuẩn là d = 40 (mm) Bề dày ống là b = 3(mm) Vật liệu làm là thép CT3 . Theo (Bảng XII1.32, trang 434 Sổ tay quá trình và thiết bị hóa chất tập 2 – Pts Trần Xoa – NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội – 2006 ). Thì chiều dài ống nối (ứng với đường kính ống 40 mm) là 100 mm. 6.2.10 Tính các thiết bị phụ khác Cửa thăm : Chọn cửa thăm dựa theo Bảng XII1.32, trang 434 Sổ tay quá trình và thiết bị hóa chất tập 2 - Pts Trần Xoa- NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội – 1999. Áp suất làm việc cho phép [P] = 0,16016 N/mm2 . Chọn đường kính d = 300 mm. Vật liệu là thép CT3 Cửa thăm được hàn vào thân thiết bị, bên ngoài có lắp mặt bích Theo bảng tra à chiều dài đoạn ống nối là 140 mm Mặt bích Các thông số của bích Hình 5 : Hình mặt bích Bích được dùng để ghép nắp với thân thiết bị và để nối các phần của thiết bị vào nhau. Kiểu bích liền vì áp suất và nhiệt độ làm việc không cao. Vật liệu là thép CT3 Kích thước theo Bảng XII1.27, trang 417 Sổ tay quá trình và thiết bị hóa chất tập 2 – Pts Trần Xoa – NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội – 2006. Bảng 30 : Thông số đo các bích STT Đại lượng Đơn vị Thông số 1 Px106 (N/m2) 0,3 2 Dt mm 1300 3 D mm 1440 4 Db mm 1390 5 D1 mm 1360 6 D0 mm 1313 7 Đường kính bulong db mm M20 8 Số bulông Z Cái 28 9 H mm 22 Khối lượng bích (6 – 46) Tính mặt bích nối ống dẫn và thiết bị Ống dẫn lỏng vào và ra : d = 30 (mm) Chọn loại bích liền bằng kim loại đen để nối, loại bích kiểu I Theo Bảng XII1.26, trang 409, Sổ tay quá trình và thiết bị hóa chất tập 2 – Pts Trần Xoa – NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội – 2006. Đường kính ngoài : D0 = 45 (mm) Đường kính ngoài của bích :D = 130 (mm) Đường kính tâm bulon : Dz = 100 (mm) Đường kính ngoài mép vát : D1 = 80 (mm) Đường kính bulon: db = M12 Số bulon: z = 4 (cái) Chiều cao bích : h = 12 (mm) Khối lượng bích : (6 – 47) Ống dẫn khí vào và ra : d = 300 (mm) Chọn loại bích liền bằng kim loại đen để nối Theo Bảng XII1.26, trang 409, Sổ tay quá trình và thiết bị hóa chất tập 2 – Pts Trần Xoa – NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội – 1999. Đường kính ngoài : D0 = 325 (mm) Đường kính ngoài của bích : D = 435 (mm) Đường kính tâm bulon : Dz = (mm) Đường kính ngoài mép vát : D1 = 365 (mm) Đường kính bulon : db = M20 Số bulon : z = 12 (cái) Chiều cao bích : h = 22 (mm) Khối lượng bích : (6 – 48) Tính các mặt bích nối cửa thăm: D = 300 (mm) Thông số của bích cũng giống như trường hợp của ống dẫn khí. Chân đỡ : Để chọn được chân đỡ thích hợp, trước tiên ta phải tính tải trọng của toàn tháp. Chọn vật liệu làm chân đỡ là thép CT3, khối lượng riêng của thép là : Khối lượng thân : (6 – 49) Khối lượng đáy : Khối lượng nắp: (6 – 50) Khối lượng ống trao đổi nhiệt: (6 – 51) Khối lượng nước giải nhiệt: 7092,045 (kg) Khối lượng các bích: (6 – 52) Khối lượng tổng cộng của tháp Tải trọng tòan tháp: (6 – 53) Ta chọn chân đỡ gồm 4 chân Do đó, tải trọng trên một chân : (6 – 54) Theo Bảng XII1.35, trang 437, Sổ tay quá trình và thiết bị hóa chất tập 2 – Pts Trần Xoa – NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội – 2006. Bảng 31 : Các thông số về chân đỡ B B1 B2 H h s l D Đơn vị (mm) 110 80 95 110 180 120 6 46 18 Tai treo Tính toán tương tự chân đỡ à tải trọng trên một tai treo là 21174,5 N, vật liệu là thép CT3. Bảng 32 : Các thông số về tai treo STT Đại lượng Đơn vị Thông số 1 Tải trọng cho phép trên một tai treo G.10-4 N 0,25 2 Bề mặt đỡ F.104 m2 57 3 Tải trọng cho phép lên trên bề mặt đỡ q.10-6 N/m2 0,44 4 L mm 90 5 B mm 65 6 B1 mm 75 7 H mm 140 8 s mm 6 9 l mm 35 10 a mm 15 11 d mm 18 Thiết bị làm mát nước Nước ra ở nhiệt độ 550C đuợc dẫn ra hệ thống làm mát để hạ nhiệt độ nước đọng lại 300C và tuần hoàn lại thùng chứa nước. Ta chọn Cooling Tower : Ta chọn Cooling Tower  của hãng LiangChi với các thông số sau: Nhiệt độ nước vào : 550C Nhiệt độ nước ra: 300C Nhiệt lượng giải phóng : 176060,03 (kcal/h) Lưu lượng nước: (6 – 55) Hình 6: Chọn tháp giải nhiệt nước tuần hoàn loại LiangChi Model: LBC-W-125RT Tính bơm nước: (đựơc 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 nước giải nhiệt vào thiết bị giải nhiệt. Dựa vào đặt tính của quá trình và loại chất lỏng (nước trung tính) được bơm ta chọn loại bơm ly tâm. Hơn nữa bơm ly tâm là loại bơm được sử dụng rộng rãi hiện nay trong nhiều ngành công nghiệp. Lưu lượng bơm = 7,092 (m3/h) Công suất bơm được tính như sau (6 – 56) Trong đó: Q : Lưu lượng lỏng vào thiết bị (m3/s), Q = 1,97 (m3/s) H : Chiều cao cột áp của bơm (m), chọn H = 20 mH2O : Hiệu suất của bơm. Tra bảng I5.1.32[4], ta chọn: Bảng 33 : hiệu suất của một số loại bơm Hiệu suất của một số bơm pittông 0,8 – 0,94 0,9 – 0,95 Ly tâm 0,85 – 0,96 0,8 – 0,85 0,95 – 0,96 Xoáy tốc >0,8 > 0,7 >0,9 Răng khía 0,7 – 0,9 Ta có : (6 – 57) Tra bảng I5.1.32[4], ta chọn hệ số dự trữ như sau : Bảng 34 : h ệ số dự trữ của bơm: Hệ số dự trữ Nđc <1 2 – 1,5 1 – 5 1,5 – 1,2 5 – 50 1,2 – 1,15 >50 1,1 Chọn hệ số dự trữ = 1,5 Công suất bơm : (6 – 58) Chọn bơm có công suất 1 Hp Bể chứa nước giải nhiệt : Thể tích hữu ích của bể: 7,092 (m3) Chọn bể hình vuông cạnh 2 (m) Chiều cao của bể : . Chọn chiều cao bể 2 (m) (6 – 59) 6.3 Tính toán thiết bị xử lý khí 6.3.1 Nồng độ HCl, SO2 trong pha khí vào tháp (6 – 60) YđHCl = 9,6724 (g/n.m3) (6 – 61) YđSO2 = 3,7806 (g/n.m3) 6.3.2 Nồng độ SO2, HCl trong pha khí ra khỏi tháp Các phản ứng xảy ra khi dung dịch Ca(OH)2 tiếp xúc với khí thải: 2HCl + Ca(OH)2 = CaCl2 + 2H2O SO2 + H2O = H2SO3 H2SO3 + Ca(OH)2 = CaSO3 + 2H2O Nồng độ cuối của SO2 khi ra khỏi tháp: (6 – 62) G = 0,138 (m3/s): thể tích hỗn hợp khí đi vào tháp trong 1 s. mSO2 = 750 .10-6 (g/m3): nồng độ SO2 ra khỏi tháp. nhh = 6,158.10-3 (Kmol/s): tổng số mol hỗn hợp khí vào tháp. MSO2 = 64: phân tử lượng SO2. Hiệu suất quá trình hấp thụ SO2: Nồng độ cuối HCl ra khỏi tháp rửa khí: (6 – 63) Hiệu suất quá trình hấp thụ HCl: 6.3.3 Dung môi sử dụng trong quá trình hấp thụ Phần mol dung dịch Ca(OH)2 0,5M: (6 – 64) Khối lượng riêng của dung dịch: đdd = 0,5.74 + 1000 = 1037 (kg/m3) Khối lượng mol của dung dịch Ca(OH)2 0,5M: Mdd = x.MCa(OH)2 + (1 – x).MH2O = 0,00892.74 + (1 – 0,00892).18 = 18,5 (g/mol) (6 – 65) 6.3.4 Lượng dd Ca(OH)2 sử dụng 6.3.4.1 Lượng dd Ca(OH)2 hấp thụ HCl trong 1 s Phản ứng của quá trình hấp thu HCl 2HCl + Ca(OH)2 = CaCl2 + 2H2O Lượng HCl được hấp thụ trong 1s: mHCl = G.(YđHCl – YcHCl) = 0,138 (9,6724 – 0,1) = 1,32 (g/s) (6 – 66) Số mol Ca(OH)2: nCa(OH)2 = 1/2 số mol HCl (6 – 67) Lượng Ca(OH)2 0,5M dùng để hấp thụ HCl trong 1s: (6 – 68) Để tăng khả năng khuếch tán HCl vào pha lỏng, chọn tỉ số L/G = 1. Lượng Ca(OH)2 cần để hấp thụ HCl trong 1s là L = G = 0,138(l/s). 6.3.4.2 Lượng dd Ca(OH)2 hấp thụ SO2 trong 1 s Phản ứng của quá trình hấp thu SO2: SO2 + Ca(OH)2 = CaSO3 + H2O Lượng SO2 được hấp thụ trong 1s: MSO2 = G.(YđSO2 – YcSO2) = 0,138x(3,7806 – 0,75) = 0,42 (g/s) Số mol Ca(OH)2 Lượng Ca(OH)2 0,5M dùng để hấp thụ SO2 trong 1s: Để tăng khả năng khuếch tán SO2 vào pha lỏng, chọn tỉ số L/G = 0,5. Lượng Ca(OH)2 cần để hấp thụ SO2 trong 1s là L =0,5.G = 0,5.0,1337 = 0,069 (l/s). 6.3.4.3 Lượng dd Ca(OH)2 cần dùng Ldd = 0,138 + 0,069 = 0,207 (l/s) = 0,75 (m3/h) 6.3.5 Tính tháp rửa khí 6.3.5.1 Đường kính tháp Đường kính sơ bộ của tháp rửa khí: Chọn vận tốc dòng khí trong tháp: v = 2,5 (m/s). Lưu lượng khí vào trong tháp Q = m.R.T = 6,158.10-3.0,082. 1473 = 0,744 (m3/s) = 2678,4 (m3/h) (6 – 69) Đường kính sơ bộ của tháp: (6 – 70) Chọn D = 0,65 (m). Đường kính thực tế của tháp: Khí thải chuyển động trong tháp phải thõa mãn điều kiện chảy rối. Hệ số Renoylds: (6 – 71) ìkt = 0,055.10-3 (N.S/m2): hệ số nhớt của khí thải ở 1200oC. > 10000 Vậy dòng khí chuyển động trong tháp ở trạng thái chảy rối. Đường kính của tháp là D = 0,65 (m). 6.3.5.2 Chiều cao làm việc của tháp Số giọt lỏng phun vào trong tháp trong 1h: (6 – 72) Xem giọt lỏng có đường kính d = 1mm. Diện tích tiếp xúc giữa giọt lỏng và pha khí: (6 – 73) Mật độ tưới: (6 – 74) Hệ số truyền khối thực nghiệm: (6 – 75) Phương trình truyền khối: (6 – 76) Lượng HCl và SO2 bị hấp thu trong 1h (6 – 77) Đối với HCl: Yđ – Yc = 5,75.10-3 – 6,14.10-5 = 5,69.10-3 Đối với SO2: Yđ – Yc = 1,54.10-3 – 2,626.10-4 = 1,28.10-3 Yđ – Yc = 5,69.10-3 + 1,28.10-3 = 6,97 .10-3 G = 6,158.10-3 (Kmol/s) = 22,17 (Kmol/h): phần mol hỗn hợp khí trong tháp. Thời gian để nồng độ khí thay đổi từ Yđ đến Yc: (6 – 78) = 74,8: hệ số truyền khối. F = 4500 (m2/h): diện tích bề mặt tiếp xúc pha. Động lực của quá trình truyền khối: (6 – 79) Chiều cao làm việc của tháp: (6 – 80) Chọn H = 1,2 (m). 6.3.5.3 Lưới phân phối khí Đường kính trong lưới: D = Dtháp = 0,65 (m). Đường kính lỗ phân phối: d = 10 (mm). Bước lỗ: t = 12 (mm). Lỗ sắp xếp theo hình lục giác đều. Số lỗ trên một cạnh của hình 6 cạnh lớn nhất (6 – 81) Tổng số lỗ trên lưới: (lỗ) (6 – 82) Vận tốc của khí qua lỗ: (6 – 83 ) 6.3.5.4 Nhiệt độ của dd Ca(OH)2 và khí thải ra khỏi tháp Nhiệt lượng của dòng khí từ lò thoát ra: (6 – 84 ) (6 – 85 ) Nhiệt lượng thất thoát qua ống dẫn, mối ghép bích: Nhiệt lượng của dòng khí đi vào trong tháp; (6 – 86 ) Hệ số truyền nhiệt của thiết bị: (W/m.độ) (6 – 87) = 7900 (W/m.độ): hệ số dẫn nhiệt của thân thiết bị bằng thép không rỉ. dn = 0,65 + 2.0,006 = 0,662 (m): đường kính ngoài thân thiết bị. dt = 0,65 (m): đường kính trong thân thiết bị. Giả sử: d1 = 0,25 (m): đường kính ống dẫn khí vào. 1, 2: hệ số toả nhiệt của sản phẩm cháy và không khí. Với sản phẩm cháy: Nhiệt độ sản phẩm cháy là 1080oC. Theo phụ lục III Tính Toán Kỹ Thuật Nhiệt Lò Công Nghiệp T1: độ nhớt động học v1 = 193,5.10-6 (m2/s), hệ số dẫn nhiệt 1 = 11,5.10-2 (W/m.độ). Vận tốc hổn hợp khí vào tháp: =15 (m/s). (6 – 88) Đối với môi trường không khí xung quanh: Nhiệt độ không khí là 30oC. Tra giản đồ 1-1/13 Các Quá Trình Và Thiết Bị Cơ Học T1: độ nhớt động lực học v2 = 0,019.10-3 (N.s/m2). Khối lượng riêng không khí ở 30 0C: (6 – 89) Vận tốc gió trung bình trong năm là = 2,5 (m/s). (6 - 90) Hệ số dẫn nhiệt của không khí ở 30 0C: = 0,019(W/m.độ). (W/m.độ) (6 – 91) : hệ số dẫn nhiệt của không khí ở 0oC. Tra bảng I-122/124 Sổ Tay Quá Trình và Thiết Bị Hóa Học T1, = 0,0201 (W/m.độ). Hằng số phụ thuộc vào loại chất khí c = 122. (6 – 92) Hệ số truyền nhiệt: Nhiệt lượng truyền qua vách trụ (6 – 93) Nhiệt lượng dòng khí sau các tổn thất: (6 – 94 ) Nhiệt độ của dd Ca(OH)2 khi vào tháp: t11 =27oC. Nhiệt dung riêng của Ca(OH)2 0,5M: cdd = 1,75 (Kcal/kg.độ). Nhiệt dung riêng của khí thải: ckt = 0,25 (Kcal/kg.độ). Phương trình cân bằng nhiệt: (6 – 95) Lượng dd Ca(OH)2 sử dụng trong 1 giờ mdd = 1037 x 0,75 = 777,75 (kg/h). =0,216(kg/s) Lượng khí thải qua tháp mkt = 0,138 x 3600 x 1,307 = 649,32(kg/h) = 0,18 (kg/s). Trong đó: t11, t12, t21, t22 : nhiệt độ dd Ca(OH)2 vào tháp và ra khỏi tháp, nhiệt độ khí thải vào tháp và ra khỏi tháp. Thiết bị có hệ số truyền nhiệt : K = 15600 (W/m2). Diện tích truyền nhiệt bằng diện tích tiếp xúc pha : F = 4500 (m2/h) = 1,25(m2/s). Nhiệt độ của DD Ca(OH)2 ra khỏi tháp: (6 – 96) Nhiệt độ của khí thải ra khỏi tháp: (6 – 97) 6.3.5.5 Lưới chặn lỏng Lưới chặn lỏng gồm 2 lưới, giữa 2 lưới là lớp khâu sứ để giữ hạt lỏng không bị lôi cuốn theo dòng khí. Kích thước khâu sứ: 25x25x3 (mm). Chiều dày lớp chặn lỏng: H = 160 (mm). Đường kính lưới: D = Dtháp = 0,65 (m). Đường kính lỗ lưới: d =1 (mm). Bước lỗ: t = 1,2 (mm). Số lỗ trên một cạnh của 6 cạnh lớn nhất: (lỗ) (6 – 98) Tổng số lỗ trên lưới: (lỗ) (6 – 99) Lưu lượng khí thải ra khỏi tháp: (6 – 100) Vận tốc khí qua lỗ: (6 – 101) 6.3.5.6 Đường kính ống dẫn khí vào tháp (6 – 102) Theo bảng II-2/369 Sổ Tay Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Chất T1, vận tốc khí trong ống v = 4 – 15 (m/s). Chọn v = 15 (m/s). Q = 0,721 (m3/s): lưu lượng khí vào tháp. (6 – 103) Chọn dv = 250 (mm). 6.3.5.7 Đường kính ống dẫn khí ra khỏi tháp (6 – 104) Qr = 0,59 (m3/s): lưu lượng khí thải ra khỏi tháp. v = 15 (m/s). Chọn d = 230 (mm). 6.3.5.8 Đường kính ống dẫn dung dịch hấp thụ (6 – 105) Theo bảng II-2/369 Sổ Tay Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Chất T1, vận tốc dd hấp thụ trong ống đẩy v = 1,5 – 2,5 (m/s). Chọn v = 1,5 (m/s). Qdd =0,72 (m3/h) = LCa(OH)2 Chọn ddd = 13 (mm). 6.3.5.9 Vòi phun Vận tốc dd Ca(OH)2 ra khỏi vòi phun Để tránh hiện tượng dòng khí đẩy giọt lỏng lên trên, ngăn cản sự tiếp xúc giữa hai pha, vận tốc khí thải trong tháp bằng 50 – 75% vận tốc giọt lỏng. Vận tốc dd Ca(OH)2 ra khỏi vòi phun: (6 – 106) Số lỗ phun: (lỗ) (6 – 107) Kết cấu vòi phun: Hệ thống vòi phun được bố trí theo hình 6 cạnh (kiểu bàn cờ). Số vòi phun trên một cạnh của 6 cạnh ngoài cùng a vòi = 2. Số vòi phun trên đường xuyên tâm của hình 6 cạnh: b=2avòi – 1 = 2 2 -1 = 3. Tổng số vòi phun là: (vòi) Lưu lượng dd hấp thu qua mỗi vòi: (6 – 108) Số vòi phun n = 7 (vòi). Số lỗ trên mỗi vòi: (lỗ) (6 – 109) Đường kính lỗ: d = 1 (mm). Bước lỗ: t = 10 (mm). Bố trí vòi phun: Hệ thống vòi phun gồm 7 vòi, bố trí theo hình lục giác đều. Khoảng cách giữa các vòi: (6 – 110) Khoảng cách từ vòi phun đến khu vực làm việc của tháp: Khoảng cách từ vòi phun đến khu vực làm việc là khoảng cách từ vòi đến nơi giọt lỏng bắt đầu phân bố đều. Góc ra của chùm tia = 10 – 20o. Chọn = 20o. (6 – 111) Chọn h = 0,3 (m). 6.3.6 Tính trở lực tháp 6.3.6.1 Trở lực do lưới phân phối khí (6 – 112) Trở lực đĩa khô (6 – 113) Hệ số trở lực của đĩa lỗ: Vận tốc khí qua lỗ: v = 5,09 (m/s). Trở lực do sức căng bề mặt (6 – 114) Sức căng bề mặt:(N/m2). Đường kính lỗ phân phối d = 10 (mm). Trở lực do lưới phân phối khí: 6.3.6.2 Trở lực của dd Ca(OH)2 Lấy theo trở lực của tháp khi không có lưới phân phối khí và lưới chặn lỏng. P = 450 (N/m2). 6.3.6.3 Trở lực do lưới chặn lỏng (6 – 115) Trở lực qua lưới (6 – 116) Hệ số trở lực đối với lưới:. Vận tốc khí qua lỗ: v = 3,65 (m/s). Trở lực do lớp hạt: (6-117) Độ xốp hạt: = 0,45. Chiều cao lớp hạt : H0 = 0,16 (m). Vận tốc khí trong tháp: v = 2,5 (m/s). Đường kính hạt : d = 0,002 (m). Độ nhớt không khí ở 1200 0C: µkt = 0,055.10-3 (N.s/m2). (6 – 118) Trở lực lưới chặn lỏng: 6.3.6.4 Trở lực của tháp rửa khí (6 – 119) 6.3.7 Tính toán cơ khí thiết bị Tháp có đường kính D = 0,65 (m). Tháp làm việc trong môi trường thiết bị ăn mòn, nhiệt độ làm việc t = 850C, chọn thép không rỉ SUS316. 6.3.7.1 Tính bề dày thân thiết bị Thiết bị làm việc với áp suất trong: (6 - 120) Thân thiết bị được hàn dọc, phương pháp hàn tay giáp mối. Hệ số bền mối hàn = 0,95. Ứng suất tiêu chuẩn của thép SUS: [] = 140 (N/mm2). (6 – 121) Chiều dày thực của thân: S = S’ + C. Thiết bị có tuổi thọ 10 năm, hệ số ăn mòn 0,2 mm/năm, Ca = 0,2 x 10 = 2 (mm). Hệ số bổ sung: C0 = 1,05 (mm). C = Ca + C0 = 2 + 1,05 = 3,05 (mm) Chiều dày thân thiết bị: S = 2,47 + 3,05 = 5,52 (mm). Chọn S = 6 (mm). Kiểm tra chiều dày thân: 6.3.7.2 Tính nắp thiết bị Nắp thiết bị là nắp elip tiêu chuẩn có lỗ d = 250 (mm). Tra bảng XIII.13/377 Sổ Tay Tập 2, chiều cao phần cong của nắp hb = 162 (mm). (6 – 122) S = 4,24 + 3,05 = 7,29 (mm) Chọn S = 8 (mm). Kiểm tra Tra bảng XIII.13 Sổ Tay TII có các thông số nắp: Dt 650 mm hb 162 mm Chiều cao gờ h 25 mm Thể tích V 44,2.10-3 m3 Khối lượng mn 24 kg 6.3.7.3 Tính đáy thiết bị Đáy thiết bị là đáy nón có = 30o, có gờ. (6 – 123 ) yt là yếu tố hình dạng đáy, xác định theo đồ thị XII.15 Sổ Tay TII, yt =1,4 Chiều dày thực của đáy: S = S’ + C = 4 + 3,05 = 7,05 (mm). Chọn S = 8 (mm). Theo bảng XIII.21 Sổ Tay TII, đáy có các thông số: Dt 650 mm H 589 mm H 40 mm V 89.10-3 Ft 0,792 m2 Khối lượng md 31,7 kg R 720 mm r 55 mm D 49,8 mm 6.3.7.4 Mối ghép bích Mối ghép bích dùng để nối đáy, nắp vào thân thiết bị. Vật liệu: thép CT3, vật liệu bulông: thép CT3. Ừng suất cho phép của bích: [] = 85 (N/mm2). Ứng suất cho phép của bulông : [] = 85 (N/mm2). Bích sử dụng là bích phẳng kiểu 4. Tra Sổ Tay TII, bích có các thông số: db Z h(mm) D(mm) Db(mm) D1(mm) D0(mm) M20 20 20 790 740 700 662 Kiểm tra cánh tay đòn của bích: (6 – 124) Chiều dày bích: (6 – 125) Chọn h = 25 (mm). 6.3.7.5 Chân đỡ Khối lượng thiết bị: M = Mlưới + Mđáy + Mnắp + Mlỏng + Mthân Khối lượng đáy: Mđáy = 31,7 (kg). Khối lượng nắp: Mnắp = 24 (kg). Khối lượng thân: (6 – 126) Khối lượng lưới Mlưới: Khối lượng chất lỏng Mlỏng: (6 – 127) Chiều cao cột chất lỏng h: Khối lượng thiết bị: M = 20,02 + 31,7 + 24 + 64,68 + 231 = 371,4 (kg) Thiết bị có 4 chân đỡ, trọng lượng lên mỗi chân đỡ là: (6 – 128) Chân đỡ Tra bảng XIII.35 Sổ Tay TII, chọn loại chân JL – 0.1 có các thông số: L(mm) B(mm) B1(mm) B2(mm) H(mm) h(mm) s(mm) l(mm) d(mm) 70 60 60 90 150 105 4 30 14 6.4 Tính Bơm Và Quạt 6.4.1 Tính bơm dẫn lỏng vào tháp 6.4.1.1 Tổn thất cột áp (6 – 129) Tổn thất đường ống: (6 – 130) Trở lực của hai góc lượn 90 0: Dx = 2,1. Độ nhớt lỏng ở 27 0C: m = 0,8937.10-3. Tổn thất cột áp: (6 – 131) Tổn thất qua vòi phun: (6 – 132) Trở lực qua lỗ phun: Tra Sổ Tay T1, có các thông số: e0 = f(Re) = 0,64;x0 = 1,63; xj = 0,2; ¦=0,26. (6 – 133) Tổn thất cột áp: 6.4.1.2 Công suất bơm dd Ca(OH)2 (6 – 134) 6.4.2 Tính quạt hút khí ra khỏi tháp 6.4.2.1 Tổn thất năng lượng ở lò đốt rác Các thông số ban đầu: Khối lượng sản phẩm cháy tạo thành: 3600 x 0,138 = 496,8(m3/h) Khối lượng riêng của sản phẩm cháy: 1,307 (kg/n.m3). Kích thước tiếp diện không gian cuối buồng lò: 1,1 x 1,1 = 1,21 (m2). Nhiệt độ sản phẩm cháy cuối buồng lò: Tk = 1473oK. Tốc độ khói trong lò: (6 – 135) Tốc độ khói trong kênh dẫn: (6 – 136) Tổn thất năng lượng do ma sát: (6 – 137) l = 0,04: kênh kim loại. Tổn thất năng lượng do độ thu vào kênh: Hệ số tổn thất do đột thu vào kênh K: (6 – 138) Tổn thất do đột mở: Hệ số tổn thất do đột mở K: Tổn thất do khắc phục cột năng hình học: (6 – 139) Nhiệt độ trung bình của không khí: Tkk = 3030K. Nhiệt độ trung bình của khí thải: Td = 1220,5oK. Trở lực của lò đốt: 6.4.2.2 Tổng trở lực của hệ thống (6 – 140) 6.4.2.3 Công suất quạt hút khí thải (6 – 141) (6 – 142) Tra đặc tuyến quạt: h = 0,55. Q: lưu lượng khí thải; Q= 0,59(m3/h) Công suất động cơ: (6 – 143) Hệ số dự trữ cho công suất động cơ: K = 1,2. Hiệu suất truyền động: h = 0,9. 6.4.3 Tính quạt cấp gió cho lò đốt Các thông số ban đầu: Lò đốt làm việc ở áp suất môi trường: p = 1 (atm). Nhiệt độ không khí: tkk = 300C. Lưu lượng không khí ở điều kiện chuẩn: Đường kính thuỷ lực của thân: (6 – 144) Chiều cao lớp rác trong lò: H = 0,3 (m). 6.4.3.1 Tổn thất áp suất qua lớp rác Tính trở lực theo phương pháp kênh (6 – 145) Hệ số nở nhiệt của khí: b = 1/273. Khối lượng riêng của không khí ở 30oC: r0 = 1,165 (kg/m3). Tốc độ không khí qua lò khi không có rác: (6 – 146) Đường kính trung bình của rác d = 45mm, bề mặt riêng của rác Wr = 77 (m2/m3), bề mặt thoáng riêng v = 0,56 (m2/m2). Bề mặt riêng của tường lò: (6 – 147) Bề mặt riêng của tường và lớp rác: (6 – 148) Đường kính tương đương: (6 – 149) Hệ số nhớt động học của không khí ở 30oC: n = 14,5.10-6 (m/s2). (6 – 150) Tra bảng 2.3 Tính Toán Kỹ Thuật Nhiệt Lò Công Nghiệp T1, hệ số trở lực của lớp rác x = 1,365. Tổn thất áp suất khi không khí chuyển động trong lớp rác: (6 – 151) 6.4.3.2 Tổn thất cục bộ Tốc độ không khí trong ống dẫn: w0 = 15 (m/s). (6 – 152) Tổn thất do đột mở: (6 – 153) Hệ số tổn thất do đột mở: (6 – 154) (6 – 155) 6.4.3.3 Tổn thất do ma sát (6 – 156) Trong đó: Kênh kim loại: l = 0,04. Đường kính ống dẫn: d =0,077(m). Chiều dài ống dẫn: L = 2(m). 6.4.3.4 Công suất quạt cấp không khí (6 – 157) Trở lực của hệ thống: 3039,38 (N/m2). 6.4.4 Tính quạt cấp gió cho béc đốt nhiên liệu Các thông số ban đầu: Lượng không khí cần thiết để đốt dầu DO: L =1259,652 (m3/100kgDO) = 12,6 (m3/kgDO) Lượng dầu tiêu hao ở hai buồng đốt: Lượng không khí cần cung cấp: Đường kính miệng phun không khí ở buồng đốt sơ cấp: d1 = 20 (mm). Đường kính miệng phun không khí ở buồng đốt thứ cấp: d2 = 26 (mm). Vận tốc không khí ra khỏi mỏ phun ở buồng sơ cấp: (6 – 158) Vận tốc không khí ra khỏi mỏ phun ở buồng thứ cấp: (6 – 159) 6.3.4.1 Tổn thất năng lượng qua miệng phun của béc đốt (6 – 160) Tổn thất năng lượng qua miệng phun của buồng sơ cấp hm1: (6 – 161) Hệ số tổn thất do đột mở: K = 0,98. Khối lượng riêng của không khí ở 300C: r0k = 1,165 (kg/m3). Tổn thất năng lượng qua miệng phun của buồng thứ cấp hm2: Tổn thất năng lượng: 6.3.4.2 Tổn thất khi qua van, phân nhánh, góc lượn 900 và do ma sát (6 – 162) Tra bảng 5.4 Tính Toán Kỹ Thuật Nhiệt Lò Công Nghiệp: Van hơi xv = 0,5; góc lượn 90o rg = 1; phân nhánh xn = 2. Vận tốc không khí trong ống: v = 15 (m/s). Đường kính ống dẫn khí: (6 – 163) Chiều dài ống: L = 5 (m). Ống dẫn kim loại: l = 0,04. Tổn thất đường ống: (6 – 164) 6.4.4.3 Công suất quạt cấp không khí cho béc đốt (6 – 165) Lưu lượng không khí: Q = 260,82(m3/h). Ap suất quạt: (6 – 166) Công suất quạt: (6 – 167) 6.5 Tính Ống Khói Nhiệm vụ của ống khói là đưa sản phẩm cháy từ buồng lò ra ngoài môi trường và có độ cao nhất định.Trong công nghiệp thường dùng 3 loại ống khói: ống xây bằng bêtông chịu nhiệt, ống khói xây bằng gạch, ống khói bằng kim loại. Lò đốt rác có công suất nhỏ nên dùng ống khói bằng kim loại vì dễ chế tạo, dễ lắp đặt. Do xử dụng quạt hút ở cuối hệ thống xử lý khí thải truớc khi qua ống khói nên chiều cao ống khói được chọn theo các điều kiện thích hợp như:nhiệt độ khói thải, nhiệt độ môi trường, độ che chắn của môi trường xung quanh. Chọn ống khói bằng thép không rỉ, lấy sơ bộ chiều cao ống khói H = 18 (m), đường kính ống khói d = 0,2 (m). Hệ số truyền nhiệt của thiết bị: (6 – 168) = 7900 (W/m.độ): hệ số dẫn nhiệt của thân thiết bị bằng thép không rỉ. d1 = 0,2 (m): đường kính trong của ống khói. d2 = 0,3 + (2 0,006) = 0,212 (m): đường kính ngoài của ống khói. 1, 2: hệ số toả nhiệt của khí thải và không khí. Với khí thải: Nhiệt độ khí thải là 888oC. Theo phụ lục III Tính Toán Kỹ Thuật Nhiệt Lò Công Nghiệp T1: độ nhớt động học v1 = 152,5.10-6 (m2/s), hệ số dẫn nhiệt 1 = 10,005.10-2 (W/m.độ), Pr = 0,61 Vận tốc khí thải tại chân ống khói: (6 – 169) Đối với môi trường không khí xung quanh: Nhiệt độ không khí là 30oC. Tra giản đồ 1-1/13 Các Quá Trình Và Thiết Bị Cơ Học T1: độ nhớt động lực học v2 = 0,019.10-3 (N.s/m2). Khối lượng riêng không khí ở 30 0C: (6 – 170) Vận tốc gió trung bình trong năm là = 2,5 (m/s). (6 – 171) Hệ số dẫn nhiệt của không khí ở 30 0C: = 0,019(W/m.độ). (6 – 172) : hệ số dẫn nhiệt của không khí ở 0oC. Tra bảng I-122/124 Sổ Tay Quá Trình và Thiết Bị Hóa Học T1, = 0,0201 (W/m.độ). Hằng số phụ thuộc vào loại chất khí c = 122. Hệ số truyền nhiệt: Nhiệt lượng truyền qua thành ống khói: (6 – 173) Nhiệt lượng ban đầu của dòng khí thải vào trong ống khói: (6 – 174) Nhiệt lượng dòng khí sau các tổn thất: (6 – 175) Nhiệt độ khí thải tại đỉnh ống khói: (6 – 176) Lưu lượng khí thải tại đỉnh ống khói: (6-136) Vận tốc khí thải tại đỉnh ống khói: (6 – 177) Ống khói đảm bảo thông gió. 6.6 Dự Toán Chi Phí Cho Công Trình 6.6.1 Tính toán chi phí thiết kế và xây dựng hệ thống Số TT Tên thiết bị Số lượng Đơn vị Giá thành (VNĐ) Tổng giá thành (VNĐ) 1 Gạch Samốt A 3000 Viên 8.000 24.000.000 2 Gạch Điatomít 1200 Viên 8.000 9.600.000 3 Khâu sứ 8.000 Cục 2.000 16.000.000 4 Ghi lò làm bằng gang chịu nhiệt 1 Bộ 7.000.000 7.000.000 5 Tủ điều khiển 1 Bộ 12.000.000 12.000.000 6 Đầu dò nhiệt độ 1 Bộ 12.000.000 12.000.000 7 Ống nước, van khoá 1 Bộ 2.500.000 2.500.000 8 Gió đá 1 Bộ 350.000 350.000 9 Bông thuỷ tinh 10 Kg 65.000 650.000 10 Bột Samốt 750 Kg 9.000 6.750.000 11 Thép CT3 1.200 Kg 12.000 14.400.000 12 Thép hình 140 Kg 10.000 1.400.000 13 Thép không rỉ 700 Kg 110.000 77.000.000 14 Sơn chống rỉ 25 Kg 35.000 875.000 15 Que hàn thép 65 Kg 17.000 1105.000 16 Que hàn inox 35 Kg 45.000 1.575.000 17 Bể dung môi 4,2 m3 2.200.000 9.240.000 18 Nhà bao che 30 m2 1.200.000 36.000.000 19 Bồn chứa dầu 1000l 1 Cái 5.500.000 5.500.000 20 Béc đốt dầu 2 Cái 10.500.000 21.000.000 21 Bơm nước 1 Cái 5.200.000 5.200.000 22 Bơm dung dịch Q=0,72 m3/h 2 Cái 4.500.000 9.000.000 23 Quạt hút Q= 2041 m3/h 1 Cái 15.500.000 15.500.000 25 Quạt cấp gió Q= 207,66m3/h 1 Cái 5.200.000 5.200.000 26 Phụ kiện ( bulông, amiăng, bích,...) - - 5.000.000 5.000.000 Tổng chi phí thiết bị (Ttb) 298.845.000 Phí thi công = 30% * Ttb = 30%219.415.000 89.653.500 Phí thiết kế = 3% * Ttb = 3% 219.415.000 8.965.350 Tổng (Txd) 397.463.850 Thuế VAT = 10% * Txd 39.746.385 Tổng cộng (T) 437.210.235 6.6.2 Tính toán chi phí nguyên nhiên liệu sử dụng trong một ngày đêm (8h) STT Nguyên nhiên liệu Số lượng Đơn vị Đơn giá (VNĐ) Thành tiền (VNĐ) 1 Dầu DO 80 Lit 8.900 712.000 2 Vôi 80 Kg 3.000 240.000 3 Điện 25 Kw 2.000 50.000 4 Nước 3 m3 7.000 21.000 Tổng cộng 1.023.00 6.6.3 Giá thành xử lý rác Lượng rác sinh ra trong một ngày đêm là:150 kg. Số công nhân vận hành hệ thống là một người. Lương công nhân 1.500.000 đ/tháng = 50.000 đ/ngày. Chi phí nguyên nhiên liệu : 1.023.000 đ/ngày.đêm. Vậy giá thành xử lý 1 kg rác là : 7153.3 (VNĐ). Thời gian hoàn vốn là : T = (năm) = 403 (ngày) KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ Kết Luận Ngày nay, một lượng lớn chất thải y tế ngày một gia tăng do gánh nặng dân số, thiên tai lũ lụt, sự xuất hiện của nhiều loại bệnh nguy hiểm. Thành phần chất thải rắn y tế gồm chất thải sinh hoạt và chất thải nguy hại, tuy lượng chất thải y tế nguy hại chỉ chiếm một phần nhỏ trong thành phần rác y tế nhưng nếu ta không có biện pháp quản lý xử lý phù hợp thì chúng ta khó mà lường được hậu quả của chúng tới môi trường. Do vậy ta cần xử lý chất thải rắn y tế bằng phương pháp thiêu đốt rất phù hợp với một nước đang phát triển như nước ta hiện nay. Xử lý chất thải rắn y tế nguy hại bằng phương pháp thiêu đốt nó sẽ giúp giải quyết được một phần vấn đề cấp bách trong việc xử lý chất thải bảo vệ môi trường. Tuy nhiên phương pháp này chỉ hiệu quả về mặt môi trường khi có hệ thống xử lý chất thải đạt tiêu chuẩn quy định. Với điều kiện vật tư, thiết bị để chế tạo trong nước là có sẵn, lò đốt rác y tế sẽ có thể được thiết kế và chế tạo trong nước nhưng vẫn đảm bảo điều kiện kĩ thuật Đối với lò đốt rác thiết kế trong nước, chi phí thiết kế – xây dựng thấp hơn nhiều so với lò đốt ngoại nhập. Do vậy, việc sản xuất lò đốt rác y tế trong nước sẽ tiết kiệm một khoảng ngoại tệ không nhỏ cho Nhà nước. Hơn nữa, đối với điều kiện địa phương tỉnh Tây Ninh thì việc chế tạo lò đốt quy mô nhỏ xử lý cục bộ tỏ ra có nhiều ưu điểm do xử lý tại chỗ, tránh được các rủi ro và tiết kiệm chi phí vận chuyển. Bên cạnh đó ta cần xây dựng các lò đốt rác y tế cho từng khu vực hoặc cho các bệnh viện có trên 500 giường. Với dây chuyền công nghệ trên khí thải khi thải ra ngoài môi trường đạt TCVN 5939-2005. Kiến nghị Khi sử dụng lò đốt rác y tế ta cần vận hành lò theo đúng quy trình, tránh gây lãng phí nhiên liệu và xử lý triệt để lượng rác cần thiết đốt cũng như đảm bảo an toàn đối với khí thải, không gây ô nhiễm môi trường. Công nhân vận hành cần phải được đào tạo và hướng dẫn để có thể vận hành lò đốt theo đúng quy trình đã đề xuất. Chất thải rắn trước khi đem đốt cần tổ chức thu gom, phân loại và bảo quản theo đúng quy định. Cần giáo dục ý thức bảo vệ môi trường cho cán bộ nhân viên và mọi người dân, đặc biệt trong việc thu gom, quản lý chất thải nguy hại.