Đồ án Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò hơi Công ty TNHH Green Chemical – Nhà máy sản xuất Formalyn 37%, KCN Long Bình, TP.Biên Hòa, Đồng Nai

đối với một số loại khí có mặt trong hỗn hợp khí nói chung và trong khí thải nói riêng, trong quá trình đó các phân tử chất khí ô nhiễm trong khí thải bị giữ lại trên bề mặt của vật liệu rắn. Vật liệu rắn sử dụng trong quá trình này được gọi là chất hấp phụ (adsorbent), còn chất khí bị giữ lại trong chất hấp phụ được gọi là chất bị hấp phụ (adsorbate). Quá trình hấp phụ được sử dụng rộng rãi để khử ẩm trong không khí hoặc trong môi trường khí nói chung, khử khí độc hại và mùi trong khí thải, thu hồi các loại hơi, khí có giá trị lẫn trong không khí hoặc khí thải. Quá trình hấp phụ được áp dụng rất phù hợp cho những trường hợp: Chất khí ô nhiễm không cháy được hoặc khó đốt cháy. Chất khí cần khử có giá trị và cần thu hồi. Chất khí ô nhiễm có nồng độ thấp trong khí thải mà các quá trình khử khí khác không thể áp dụng được. Quá trình hấp phụ được chia thành hấp phụ vật lý (physical adsorption) và hấp phụ hoá học(chemisorption). Hấp phụ vật lý: Trong hấp phụ vật lý các phân tử khí bị hút vào bề mặt của chất hấp phụ nhờ có lực liên kết giữa các phân tử (lực Vander Waals). Hấp phụ là quá trình có tỏa nhiệt. Lượng nhiệt tỏa ra phụ thuộc vào cường độ của lực liên kết phân tử và tương đương với entanpy (nhiệt) ngưng tụ của hơi, khí. Lượng nhiệt đó nằm trong khoảng từ 2 – 20 kJ/g.mol. Ưu điểm của quá trình hấp phụ vật lý là quá trình thuận nghịch. Bằng cách hạ thấp áp suất riêng của chất khí cần hấp phụ trong hỗn hợp khí hoặc thay đổi nhiệt độ, khí đã bị hấp phụ nhanh chóng được nhả ra mà bản chất hóa học của nó không hề bị thay đổi. Trong trường hợp này sự thay đổi nhiệt độ được áp dụng một cách phổ biến nhất. Tính chất thuận nghịch của quá trình hấp phụ vật lý có ý nghĩa đặc biệt quan trọng khi cần thu hồi chất bị hấp phụ có giá trị hoặc khi cần hoàn nguyên chất hấp phụ đã bão hòa để tái sử dụng. Lượng khí bị hấp phụ bằng quá trình hấp phụ vật lý giảm rất nhanh khi nhiệt độ tăng và có trị số rất bé khi nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tới hạn của chất bị hấp phụ. Lượng khí bị hấp phụ tỷ lệ thuận theo diện tích bề mặt của vật liệu hấp phụ. Một ưu điểm nữa của hấp phụ vật lý là tốc độ hấp phụ diễn ra rất nhanh. Hấp phụ hóa học : Hấp phụ hóa học là kết quả của các phản ứng hóa học giữa chất bị hấp phụ và vật liệu hấp phụ. Trong trường hợp này lực liên kết mạnh hơn nhiều so với lực liên kết trong hấp phụ vật lý. Do đó lượng nhiệt tỏa ra lớn hơn nhiều so với lượng nhiệt được giải phóng trong hấp phụ vật lý. Lượng nhiệt này thường nằm trong khoảng 20 – 400 kJ/g.mol. Do lượng nhiệt hấp phụ hóa học lớn, năng lượng cần cho phản ứng giữa các phân tử của chất bị hấp phụ với phân tử của chất hấp phụ là ít hơn đáng kể so với năng lượng cần cho phản ứng của các chất ấy ngay trong pha khí. Chi phí ít năng lượng cho phản ứng là cơ sở để giải thích hiệu quả của chất xúc tác bằng bề mặt chất rắn trong việc thúc đẩy nhanh một số quá trình hóa học trong công nghệ hóa chất. Một đặc điểm khác biệt quan trọng nữa của hấp phụ hóa học so với hấp phụ vật lý là tính chất không thuận nghịch của quá trình. Khi cần giải thoát khí đã bị hấp phụ trong quá trình hấp phụ hóa học thì bản chất hóa học của khí bị thay đổi. Do đó nếu muốn thu hồi khí có giá trị hoặc hoàn nguyên chất hấp phụ để tái sử dụng thì cần chọn vật liệu hấp phụ nào có tính chất hấp phụ vật lý là chủ yếu. Nếu tốc độ của quá trình hấp phụ hóa học phụ thuộc vào nhiệt độ, người ta gọi là quá trình hấp phụ hóa học kích hoạt (activated chemisorption, tức có thể kích hoạt được). Còn nếu quá trình hấp phụ xảy ra rất nhanh và không phụ thuộc vào nhiệt độ, người ta gọi đó là quá trình hấp phụ hóa học không kích hoạt (nonactivated chemisorption). Hình 2.4: Thiết bị hấp phụ Dòng khí thải đi vào thiết bị từ ống 1. Khi dòng khí thải đi qua các lớp vật liệu hấp phụ 2, khí thành phần trong hỗn hợp khí thải được bám giữ trên các bề mặt của các hạt vật liệu còn không khí sạch được xả ra ngoài qua ống 3. Vật liệu hấp phụ được áp dụng trong kỹ thuật xử lý khí thải có sự phát triển bề mặt bên trong rất lớn và chúng cần phải đáp ứng một số yêu cầu : Có khả năng hấp phụ lớn. Không tác dụng hóa học với các thành phần khí riêng biệt có trong khí thải. Có tính lựa chọn cao. Có độ bền cơ học cao, yêu cầu này cần được chú ý hơn khi sử dụng chúng trong những thiết bị hoạt động liên tục. Có khả năng hoàn nguyên. Có giá thành hạ. 2.2.6. Phương pháp hấp thụ: Sự hấp thụ là quá trình hút thu chọn lọc một hay một số thành phần của hỗn hợp khí bằng chất hút thu thể dịch, ta gọi chất hút thu thể dịch là chất hấp thụ. Vì vậy ta có thể hiểu phương pháp hấp thụ là phương pháp làm sạch khí thải của các nhà máy, xí nghiệp để tách ra những thành phần giá trị từ dòng khí và đưa nó trở lại vào quá trình công nghệ để tiếp tục sử dụng hoặc là để tách ra những chất độc hại trong dòng khí trước khi thải vào môi trường xung quanh. Thông thường sử dụng làm sạch hấp thụ hợp lý khi nồng độ của thành phần khí độc hại trong dòng khí thải khá lớn: cao hơn 1% theo thể tích. Sự hấp thụ gồm 2 phương thức: hấp thụ vật lý và hấp thụ hóa học. Hấp thụ vật lý: những phần tử bị hấp thụ không đi vào những phần tử hấp thụ, nghĩa là quá trình hấp thụ thành phần riêng bằng chất hấp thụ không kéo theo phản ứng hóa học. Khi áp suất riêng phần của khí thành phần có trong hỗn hợp khí cao hơn áp suất cân bằng trên bề mặt dịch thì quá trình hấp thụ tiếp tục. Hấp thụ vật lý thường người ta sử dụng chất hấp thụ phổ biến nhất là nước, đồng thời cả những dung dịch hữu cơ - không điện phân, không phản ứng với khí thành phần và dung dịch của chúng. Sử dụng nước rất hợp lý để làm sạch thể tích lớn khí thải áp suất thấp (khí thải sản xuất công nghiệp), bởi vì trong những thiết bị lớn khó mà tránh khỏi tổn hao dung dịch hấp thụ, mà nước lại là chất hấp thụ rẻ, dễ kiếm. Hấp thụ hóa học: những phần tử bị hấp thụ sẽ tác động tương hổ hóa học với các phần tử hoạt tính khí của chất hấp thụ và tạo thành hỗn hợp hóa học mới. Khi này áp lực cân bằng của khí thành phần trên bề mặt dung dịch ít hơn một chút so với sự hấp thụ vật lý và nó có khả năng tách ra hoàn toàn khỏi dòng khí thải. Khi hấp thụ hóa học có thể sử dụng những hợp chất hóa học sau: dung dịch monoetanolamin, dietanolamin, ammoniac, những dung dịch natri carbonat những phân tử của khí thành phần hòa tan trong dung dịch đi vào phản ứng với những phân tử thành phần hoạt tính của chất hấp thụ. Đa số các phản ứng là tỏa nhiệt và thuận nghịch, do đó khi tăng nhiệt độ dung dịch thì hợp chất tạo thành được phân hủy và sẽ tách thành những thành phần ban đầu. Hình 2.5: Thiết bị hấp thụ Thiết bị hấp thụ có chức năng tạo ra bề mặt tiếp xúc càng lớn càng tốt giữa 2 pha khí và lỏng. Thiết bị hấp thụ khí độc hại bằng phương pháp rửa khí thường là các tháp rửa khí, dòng khí thải đi vào thiết bị qua ống 1, chất lỏng được phun thành các hạt nhỏ chuyển động ngược với hướng chuyển động của dòng khí thải (hoặc theo hướng cắt ngang). Các hạt nhỏ li ti tiếp xúc với khí thải và hấp thụ khí độc hại trong khí thải, các lớp vật liệu đệm 2 làm tăng diện tích tiếp xúc giữa 2 pha, giúp tăng hiệu quả của thiết bị. Tại lớp tách ẩm 4, lượng khí thải vừa được xử lý (trở thành khí sạch) được đưa ra môi trường ngoài hoặc cũng tại đây một số dung dịch được hoàn nguyên và được chuyển sang công đoạn khác. Dòng cặn sẽ được tháo ra ngoài qua ống 6. Lượng dung dịch hấp thụ tưới trong thiết bị khoảng 1.3 đến 2.6 mg/m3. Hiệu quả có thể đạt đến 95% tùy thuộc vào loại khí độc hại và dung dịch hấp thụ. Ưu điểm của phương pháp : thích hợp với các loại khí độc hại dễ hòa tan trong dung dịch hay dễ phản ứng với các tác nhân hấp thụ chứa trong nước như là các khí SO2, NOx,HF, HCl Nhược điểm : nước thải của thiết bị sẽ bị nhiễm bẩn và nhiều khi phải có thiết bị xử lý nước kèm theo. Xử lý các chất độc hại có trong khí thải bằng phương pháp hấp thụ được sử dụng nhiều khi lưu lượng dòng khí thải lớn với nồng độ các khí độc hại khá cao. Ngoài ra khi sử dụng phương pháp này mang lại hiệu quả kinh tế cao và có thể thu hồi các chất sử dụng tuần hoàn hoặc chuyển sang công đoạn sản xuất ra sản phẩm khác. Tuy nhiên chất hấp thụ công nghiệp áp dụng trong quá trình làm sạch liên tục dòng khí cần phải thỏa mãn một số yêu cầu sau: Có đủ khả năng hấp thụ cao. Có tính chọn lọc cao theo quan hệ với thành phần cần được tách ra. Có thể có tính bốc hơi nhỏ. Có những tính chất động học tốt. Có khả năng hoàn nguyên tốt. Có tính ổn định nhiệt hóa học. Không có tác động ăn mòn nhiều đến thiết bị. Có giá thành rẻ và dễ kiếm trong sản xuất công nghiệp. Ta thấy rằng không có chất hấp thụ nào thỏa mãn được tất cả các yêu cầu trên nên trong mỗi trường hợp cụ thể nên chọn chất hấp thụ thỏa mãn được những yêu cầu cơ bản. Trong kỹ thuật xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ, nước là loại chất hấp thụ sẵn có, giá rẻ và thuận tiện nhất. Tuy nhiên, nước chỉ hấp thụ được một số ít loại khí độc hại, hơn nữa mức độ hấp thụ vật lý của nước cũng bị hạn chế. Trong nhiều trường hợp người ta phải áp dụng phương pháp hấp thụ hóa học bằng các loại dung dịch hóa chất khác nhau tùy theo chất độc hại cần khử. CHƯƠNG III ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN VÀ TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH XỬ LÝ KHÍ THẢI CHO NHÀ MÁY 3.1. Đề xuất phương án : 3.1.1. Tính toán tải lượng khí thải lò hơi : Theo Cơ quan quản lý môi trường của Mỹ (USEAP), hệ số ô nhiễm của các khí thải đặc trưng do đốt dầu FO (3%S) cho trong bảng sau: (4 loại khí thải đặc trưng là SO2, NO2, CO và bụi) Chất ô nhiễm Hệ số ô nhiễm khi dùng dầu FO (g/1000l dầu) SO2 54000 NO2 9600 CO 500 Bụi 2750 (Nguồn : USEAP) Lượng dầu FO sử dung là 150 lít/h cho lò hơi 2 tấn. Căn cứ theo bảng trên ta có thể tính được tải lượng các chất ô nhiễm như sau: Chất ô nhiễm Tải lượng các chất ô nhiễm (g/h) SO2 54000 * 0,15 = 8100 NO2 9600 * 0,15 = 1440 CO 500 * 0,15 = 75 Bụi 2750 * 0,15 = 412,5 Cũng căn cứ vào lượng dầu sử dụng, tính toán lưu lượng khí thải ra: Lượng không khí lý thuyết để đốt cháy 1 kg dầu FO là : Lt = 11,53.C + 34,34. + 4,29.S Lt = 11,53.0,875 + 34,34. + 4,24.0,03 Lt = 13,63 (kg không khí / kg FO) Lt = 10,55 (m3/kg FO) Lượng khí thải tính ở điều kiện chuẩn (1at,2730K) : LK = (mf – mNC) + Lt Với mf = 1 mNC = 0,004 là hàm lượng tro LK = (1 – 0,004) + 13,63 = 14,63 (kg/kg FO) = 11,32 (m3/kg FO) Lượng khí thải tính ở nhiệt độ 2000C và hệ số không khí thừa là 1,15 : L = 11,32.1,15. = 22,55 (m3/kg FO) Với lượng dầu tiêu thụ là 150 lít/h, có thể tính được lưu lượng khí thải trong một giờ đối với nguồn thải này như sau : Lg = 22,55 . 150 . 0,97 = 3281,025 (m3/h) = 0,911 (m3/s) Tính được tải lượng các chất ô nhiễm và lưu lượng khí thải, ta có thể tính được nồng độ các chất ô nhiễm trong khí thải lò hơi như sau : Chất ô nhiễm Tải lượng ô nhiễm (g/h) Lưu lượng khí thải (m3/h) Nồng độ các chất ô nhiễm (mg/m3) TCVN 5939:2005 (mg/m3) SO2 8100 3281.025 2468.74 500 NO2 1440 3281.025 438.89 580 CO 75 3281.025 22.86 1000 Bụi 412.5 3281.025 12.57 200 Kết quả tính toán cho thấy, công ty sử dụng dầu FO với hàm lượng 3%S thì nồng độ SO2 trong khí thải vượt tiêu chuẩn cho phép rất nhiều lần, các khí còn lại và bụi đều nằm trong khoảng cho phép. 3.1.2. Đề xuất phương án : Chất ô nhiễm Nồng độ các chất ô nhiễm (mg/m3) TCVN 5939:2005 (mg/m3) SO2 2468.74 500 NO2 438.89 580 CO 22.86 1000 Bụi 12.57 200 Bảng trên cho thấy trong khí thải từ lò hơi chỉ có SO2 là vượt tiêu chuẩn TCVN 5939:2005 nhiều lần,các khí còn lại và bụi đều nằm trong khoảng cho phép. Do đó sơ đồ xử lý khí thải được chọn là: Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống xử lý khí thải Khí thải từ lò hơi Cyclon Oáng khói Tháp hấp thu Bể chứa dd tuần hoàn Trạm XLNT Dung dịch tuần hoàn Hình3.2: Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý khí thải Khí thải từ lò hơi được thu gom và theo đường ống dẫn khí đến Cyclon. Tại Cyclon, một lượng bụi trong khí thải sẽ được giữ lại ở đáy Cyclon và được tháo ra ngoài. Lượng khí thải sẽ tiếp tục cho vào tháp hấp thụ . Khí thải được đưa vào từ phần dưới của tháp, dung dịch hấp thu được đưa từ trên xuống qua vòi phun. Trải qua quá trình truyền khối pha khí và pha lỏng sẽ tiếp xúc và xảy ra quá trình khí SO2 tác dụng với dung dịch huyền phù (đây là quá trình hấp thu hóa học). SO2 + CaCO3 + ½ O2 = CaSO4 + CO2 Kết quả là SO2 từ khí chuyển thành dạng muối trong chất lỏng, do đó dòng khí trở nên sạch hơn và được thải ra ngoài qua ống khói. Dung dịch lỏng được thu hồi ở đáy tháp hấp thu và được đưa tới bể chứa dung dịch tuần hoàn. Tại đây dung dịch sẽ được bơm tuần hoàn trở vào tháp hấp thu, còn muối sẽ được đưa tới trạm XLNT tập trung của khu công nghiệp. 3.2. Tính toán thiết kế : 3.2.1. Cyclon : L = 3281,025 m3/h = 0,911 m3/s tokhói thải = 200oC rbụi = 2200 kg/m3 vE = 15 m/s Chọn áp suất làm việc 760 mmHg. Theo công thức thực nghiệm Sutherland – sách ÔNKK & XLKT của Trần Ngọc Chấn : Chọn cyclon dạng LIOT (Viện BHLĐ Petecbua LB nga). Diện tích tiết diện ngang của miệng ống dẫn vào cyclon: Theo bảng 7.5 trang118 (sách ÔNKK&XLKT – Trần Ngọc Chấn, tập 2) a = 0,36.D2 b = 0,21.D2 Þ Þ D2 = 0,891 chọn D2 = 0,9 (m) a = 0,324 (m) chọn a = 0,33 (m) b = 0,189 (m) chọn b = 0,19 (m) Chiều cao của cyclon: l = 2,8.D2 = 2,52 (m) re = r2 + b/2 = 0,45 + 0,19/2 = 0,545 Đường kính ống thoát khí sạch D1: D1 = 0,59.D2 = 0,531 (m) Tổn thất áp suất trong cyclon : Vận tốc dòng khí ra khỏi xiclon : Vận tốc tiếp tuyến trung bình của hạt bụi trong cyclon có thể nhận = 0,7.vE VtTB = 0,7.15 = 10,5 (m/s) Bán kính trung bình của vòng chuyển động xoắn ốc của hạt bụi trong cyclon : Đường kính giới hạn của hạt bụi: =1,124.10-5(m)=11,24(µm) Hiệu suất thu hồi bụi : với Đường kính hạt bụi (m) 3.10-6 6.10-6 9.10-6 10.10-6 11,24.10-6 > d0 αd2 -0,0846 -0,3384 -0,7614 -0,94 h(d)% 12,48 44,17 82 93,75 100 100 Bảng 3.1: Hiệu suất của Cyclon 3.2.2. Tháp hấp thụ : Lưu lượng khí thải: = 3281,025 ( m3/h) Nồng độ khí SO2 ban đầu: = 2468,74 ( mg/m3 ) = 2,469 (g/m3) Nhiệt độ khí thải: = 35 + 273 = 308oK Áp suất: = 1 at Nhiệt độ khí ra: = 30oC Nhiệt độ làm việc của tháp: = 30oC Nhiệt độ dung dịch vào: = 25oC Hiệu quả yêu cầu xử lý đạt 80%. Khí đầu vào: + Nồng độ khí ban đầu: Cbđ = = = 0,04 (mol /l) = 40 (mol /m3) +Nồng độ khí SO2 đầu vào: [SO2] = = 0,0386 (mol /m3) + Nồng độ phần mol: yđ = = 9,65.10-4 (mol SO2/ mol hỗn hợp) + Tỷ số mol : Yđ = = 9,66.10-4 (mol SO2/ mol khí trơ) + Lưu lượng hỗn hợp khí đầu vào : Gđ = V. rhh Trong đó V : thể tích hỗn hợp khí: 3281,025 (m3/h) rhh : khối lượng riêng của hỗn hợp khí Trong đó T : nhiệt độ pha khí trong điều kiện đang xét = 35 + 273 = 3080K PSO2 : áp suất riêng phần của SO2 trong 1 m3 hỗn hợp khí Ptr = P0 – PSO2 = 760 – 0,741 = 759,259 (mmHg) à à Gđ = (3281,025 / 3600) . 1,149 = 1,047 (kg/s) Khí đầu ra: + Nồng độ khí đầu ra: C = = = 0,0402 (mol /l) = 40,2 (mol /m3) +Nồng độ khí SO2 đầu ra: [SO2] = = 0,0078 (mol /m3) + Nồng độ phần mol: yc = = 1,95. 10-4 ( molSO2/ molKT ) + Tỷ số mol : Yc = = 1,95.10-4 ( molSO2/ molKT ) + Dung dịch hấp thu : Sử dụng CaCO3 dạng huyền phù có tỷ lệ về khối lượng = 1 : 10 Mhp = = 19,45 ( g hp / mol hp ) Khối lượng riêng huyền phù : ρhp = = = 1060 (kg/m3) Phương trình cân bằng của quá trình hấp thu : Phương trình đường cân bằng thực nghiệm của quá trình hấp thu: LgP*SO2 = 3,58 + 1,87.lg[SO2] + 2,24.10-2.T – 1960/T (1) Trong đó : P*SO2 :áp suất riêng phần SO2 cân bằng ( mmHg) T : nhiệt độ làm việc của tháp. T = 300C = 3030K [SO2] : Nồng độ cân bằng ( mol SO2/ mol huyền phù ) Từ phương trình trên lập đường cân bằng như sau : X* = = [SO2] . Y* = = Với Mhhkhi = yTB.MSO2 + (1 – yTB).Mkk yTB = (molSO2 / molKT) à Mhhkhi = 29,02 ρhhkhi = = = 1,148 (kg/m3) [SO2] lg(P*) P* X*10-3 Y*10-3 0.0001 -3.5814 0.0003 0.00253 3.94737E-07 0.0021 -1.1089 0.078 0.05309 0.000102642 0.0041 -0.5655 0.272 0.10364 0.000358023 0.0061 -0.2429 0.572 0.1542 0.000753198 0.0081 -0.0126 0.971 0.20476 0.001279266 0.0101 0.16663 1.468 0.25532 0.001935317 0.0121 0.31336 2.058 0.30588 0.002715247 0.0141 0.43759 2.739 0.35643 0.003616983 0.0161 0.54532 3.51 0.40699 0.00463985 0.0181 0.64041 4.365 0.45755 0.005776598 Hình 3.3: Đồ thị đường cân bằng + Nồng độ dung dịch ra khỏi tháp : Xc = Với Gtro : suất lượng cấu tử trơ. Gtro = Ghh.(1 – yđ) à Gtro = 129,83 . (1 – 9,65.10-4) = 129,7 (kmol/h) + Tìm Xmax : Xmax ứng với Yđ nằm trên đường cân bằng : Yđ = P* = = = 0,733 mmHg Thay P* vào phương trình (1) ta được giá trị Xmax: Lg[SO2] = [-3,58 + LgP* - 2,24.10-2.T + 1960/T] /1,87 = [-3,58 + Lg(0,733) – 2,24.10-2 .( 30+273) +1960/(30+273)] /1,87 = -2,157 Xmax = [SO2] = 6,97.10-3 ( kmol SO2 / kmol hp ). + Tìm lưu lượng tối thiểu : = 0,11 Lhpmin = 0,11 . 129,7 = 14,267 (kmol/h) + Chọn lưu lượng thực tế Ltt = 2. Lmin = 2 . 14,267 = 28,534 (kmol/h) Xc = + Vậy phương trình đường làm việc qua 2 điểm A (Xđ, Yc) à A (0 ; 1,94.10-4) B (Xc, Yđ) à B (3,509.10-4 ; 9,66.10-4) + Phương trình đường làm việc : Y = 0,22.X + 2.10-3 + Nồng độ phần khối lượng của SO2 trong hỗn hợp khí đầu vào: (kg SO2 /kghh) + Lưu lượng cấu tử phân tán : 1,047.2,127.10-3 = 2,227.10-3 (kg/s) 1,047.(1-2,127.10-3) = 1,045 (kg/s) + Khối lượng cấu tử phân tán SO2 được hấp thu: + Khối lượng cấu tử phân tán SO2 còn lại trong hỗn hợp khí đầu ra: 2,227.10-3 – 1,782.10-3 = 0,445.10-3 (kg/s) + Lưu lượng khí đầu ra: 0,445.10-3 + 1,045 = 1,0454 (kg/s) = 0,91 (m3/s) + Lưu lượng CaCO3 đầu vào : Lđ = L = + Lưu lượng CaCO3 đầu ra : Lc = Lđ + M = 0,793 + 1,782.10-3 = 0,795 (kg/s) Tính đường kính tháp hấp thu: + Đường kính tháp hấp thu : (*) Trong đó: GTB : lưu lượng trung bình pha khí (kg/s) (kg/s) rk : khối lượng riêng trung bình pha khí (kg/m3) 1,148 (kg/m3) wk : vận tốc khí qua tiết diện tháp (m/s) wk = wg . n Với wg : vận tốc tới hạn được xác định theo công thức : (công thức 5.4 – trang 232 - sách Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học tập 10 – Phạm Văn Bôn). Trong đó g : gia tốc trọng trường = 9,81 (m2/s) m : độ nhớt của nước ở 300C = 0,8007.10-3 (tra bảng 6 – trang 400 – sách Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học tập 10 – Phạm Văn Bôn). ryTB : khối lượng riêng trung bình của pha khí = 1,148 (kg/m3) rxTB : khối lượng riêng trung bình của pha lỏng = 1060 (kg/m3) LTB : suất lượng trung bình của dòng lỏng (kg/s) GTB : suất lượng trung bình của dòng khí = 1,0462 (kg/s) Do tháp hấp thu là tháp đệm, ta có: A = 0,022 B = 1,75 Chọn vật liệu đệm là vòng sứ đổ lộn xộn: 25 x 25 x 3 (mm) (Tra bảng IX.8 – sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2) Diện tích bề mặt riêng phần: a = 195 (m2 / m3) Thể tích tự do tầng vật chêm: e = 0,75 (m3 / m3) Số đệm trong 1 m3: 46.103 Khối lượng riêng xốp: rđ = 600 (kg/m3) à wg = 4,12 (m/s) n : hệ số phụ thuộc mục tiêu của quá trình và chế độ thủy động của tháp. Ta chọn chế độ chảy màn vì sử dụng vòng sứ nên tháp có điều kiện tiếp xúc tốt. Chọn n = 0,44 wk = 4,12 . 0,44 = 1,8 (m/s) Chọn đường kính D = 0,9 (m) Vận tốc làm việc ứng với D = 0,9 (m) wk = 1,0462 / (0,785.1,148.0,92) = 1,43 (m/s) Xác định chiều cao lớp đệm : H = Noy . Hoy Trong đó: Noy : số đơn vị truyền khối. Hoy : chiều cao tương đương 1 đơn vị truyền khối. + Xác định số đơn vị truyền khối : Số đơn vị truyền khối được tính theo công thức : Tích phân này được tính bằng phương pháp đồ thị, là diện tích giới hạn bởi đường cong theo Y và 2 trục Yc, Yd = const Để lấy tích phân bằng đồ thị ta lập bảng sau : Xc = 35,09.10-4 (mol/mol) Chọn Xc thay đổi từ (0 – 36,5.10-4) với bước 1,5.10-4 X Y Ycb (Y-Ycb) 1/(Y-Ycb) 0.00005 0.00201 2.23684E-10 0.002011 497.2651 0.0002 0.00204 3.14474E-09 0.002043997 489.2375 0.00035 0.00208 8.56579E-09 0.002076991 481.4656 0.0005 0.00211 1.66974E-08 0.002109983 473.9374 0.00065 0.00214 2.72632E-08 0.002142973 466.6415 0.0008 0.00218 4.01974E-08 0.00217596 459.5673 0.00095 0.00221 5.54342E-08 0.002208945 452.7049 0.0011 0.00224 7.29079E-08 0.002241927 446.0448 0.00125 0.00228 9.26184E-08 0.002274907 439.5783 0.0014 0.00231 1.14474E-07 0.002307886 433.2971 0.00155 0.00234 1.38487E-07 0.002340862 427.1931 0.0017 0.00237 1.64579E-07 0.002373835 421.2592 0.00185 0.00241 1.9279E-07 0.002406807 415.4882 0.002 0.00244 2.2304E-07 0.002439777 409.8735 0.00215 0.00247 2.55316E-07 0.002472745 404.4089 0.0023 0.00251 2.89658E-07 0.00250571 399.0884 0.00245 0.00254 3.25974E-07 0.002538674 393.9064 0.0026 0.00257 3.64237E-07 0.002571636 388.8576 0.00275 0.00261 4.04566E-07 0.002604595 383.9368 0.0029 0.00264 4.46777E-07 0.002637553 379.1393 0.00305 0.00267 4.91E-07 0.002670509 374.4604 0.0032 0.0027 5.37145E-07 0.002703463 369.896 0.00335 0.00274 5.85171E-07 0.002736415 365.4417 0.0035 0.00277 6.35171E-07 0.002769365 361.0936 0.00365 0.0028 6.86895E-07 0.002802313 356.8481 Với PT đường làm việc : Y = 0,22.X + 2.10-3 PT đường cân bằng : LgP*SO2 = 3,58 + 1,87.lg[SO2] + 2,24.10-2.T – 1960/T Trong đó P*SO2 : áp suất riêng phần của khí SO2 trong pha khí [SO2] : nồng độ SO2 T = 300C : nhiệt độ làm việc của tháp Số đơn vị truyền khối là diện tích giới hạn bởi đường cong trong đồ thị và được xem như là tổng diện tích của các hình thang thành phần. à Số đơn vị truyền khối Noy = 0,4 + Xác định chiều cao tương đương 1 đơn vị truyền khối : Trong đó: m : hệ số phân phối, bằng hệ số góc đường tiếp tuyến với đường cân bằng. Vì đường cân bằng là đường cong, do đó hệ số góc thay đổi nên ta xác định hệ số phân phối trung bình như sau : m1, m2,mn : là các hệ số góc của đường cân bằng. n : số khoảng chia. Lấy n = 10 Dựa vào đồ thị ta tìm được : m1 = 0,002 m2 = 0,0051 m3 = 0,0078 m4 = 0,0104 m5 = 0,013 m6 = 0,0154 m7 = 0,0178 m8 = 0,0202 m9 = 0,0225 m10 = 0,025 => m = 0,014 : là chiều cao đệm tương ứng với 1 đơn vị truyền khối theo pha lỏng và pha khí. Trong đó: b : hệ số phụ thuộc dạng đệm. Chọn b = 0,123 (đối với đệm vòng). y : hệ số thấm ướt của đệm. Ta có với U, Utu là mật độ tưới làm việc và mật độ tưới tối ưu. Utu = B.a Trong đó B : hệ số phụ thuộc quá trình. B = 0,158 (vì là quá trình hấp thu) a : diện tích bề mặt vật chêm = 195 (m2 / m3 ) Utu = 0,158 . 195 = 30,81 à Tra hình IX.16 – trang 178 - Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2 à y = 0,138 + Đối với pha khí : Chuẩn số Reynold của pha khí : Trong đó wk : vận tốc khí qua tiết diện tháp = 1,53 (m/s) rk : khối lượng riêng trung bình của pha khí = 1,148 (kg/m3) mk : độ nhớt trung bình của pha khí mk = 0,018.10-3 (Pa.s) Chuẩn số Prandy của pha khí Trong đó Dk : là hệ số khếch tán SO2 trong pha khí (m2/s) Giả sử khếch tán giống như trong không khí (tra bảng 42 – trang 428 – Quá trình và thiết bị công nghệ tập 10 ) D0SO2 = 10,3 . 10-6 (m2/s) Xem quá trình như là đẳng áp: à Chiều cao 1 đơn vị truyền khối theo pha khí: + Đối với pha lỏng: mx : độ nhớt động học của pha lỏng ở 250C = 0,8937.10-3 (N.s/m2) Hệ số khếch tán SO2 trong nước ở 250C (được tính theo công thức 5.25 – trang 228 - sách Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học tập 10) m = 0,8937.10-3 (N.s/m2) = 0,8937.cP = 0,8937 (mPa.s) A,B: các hệ số phụ thuộc vào tính chất dung môi B = 4,7 đối với dung môi là nước A = 1 đối với các chất khí Theo bảng 5.4 (trang 227 - sách Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học tập 10) ta có : VSO2 = 2.VO + VS = 2.8,3 + 25,6 = 42,2 (cm3/mol) VH2O = 2.VH + VO = 2.3,7 + 7,4 = 14,8 (cm3/mol) à (công thức 5.26 – trang 229 – Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học tập 10) Trong đó b = 0,2.m1/2.r-1/3 = 0,2.0,89371/2.1060-1/3 = 0,0185 à à Chiều cao 1 đơn vị truyền khối theo pha lỏng : àChiều cao 1 đơn vị truyền khối là: + Tổng chiều cao cần thiết cho lớp đệm : H = Noy . h0 = 0,4 . 1,84 = 0,7 (m) Tỷ lệ nên đảm bảo lớp đệm hoạt động tốt (vì trong hoạt động của tháp đệm ở chế độ chảy màng dòng khí đẩy chất lỏng về phía thành tháp, gây ảnh hưởng đến sự đồng đều mật độ tưới lên đệm à lớp đệm thường cao không quá 4 lần đường kính). Chiều cao phần tách lỏng Hc và đáy Hd phụ thuộc vào đường kính tháp được chọn theo bảng sau : D Hc (m) Hd (m) 1,0 – 1,8 0,8 2,0 2,0 – 2,6 1,0 2,5 2,8 – 4,0 1,2 3,0 Do D = 0,9 (m) Chọn Hc = 0,8 (m) và Hd = 2 (m) Vậy tổng chiều cao tháp hấp thu là : H = H + Hc + Hd = 0,7 + 0,8 + 2 = 3,5 (m) Tính trở lực : + Tổn thất áp suất đệm khô : Trở lực qua lớp chắn lỏng hay trở lực qua lớp vòng đệm khô tách lỏng Dpk – tổn thất áp suất đệm khô khi Rey > 400 được tính theo công thức IX.121 – trang 189 – Sổ tay quá trình công nghệ hóa chất tập 2: Trong đó H = 0,7 (m) : chiều cao lớp đệm rk = 1,148 (kg/m3) : khối lượng riêng của pha khí s = 195 (m2/m3) : diện tích bề mặt riêng phần Vt = 0,75 (m3/m3) : thể tích tự do vật chêm wk = 1,53 (m/s) : vận tốc khí qua tiết diện tháp mk = 0,018.10-3 (Pa.s) : độ nhớt động lực của pha khí 1 at = 98100 (N/m2) + Sức cản thủy lực của tháp đệm đối với hệ khí – lỏng và hơi – lỏng ở điểm đảo pha : Theo bảng IX.7 – trang 189 – Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2 ta có : A = 8,4 m = 0,405 n = 0,225 c = 0,015 + Trở lực của tháp : DP = max(DPu, DPk) = 1062 (N/m2) Tính toán cơ khí : + Chọn vật liệu : Do phải chịu tác dụng hóa học với khí thải và dung dịch có tính ăn mòn cao nên vật liệu chế tạo tháp hấp thu và các đường ống dẫn khí được chọn là loại thép hợp kim đặc biệt thuộc nhóm thép không gỉ, bền nhiệt và chịu nhiệt, chúng có tính chịu ăn mòn cao trong điều kiện làm việc của thiết bị. Kí hiệu thép : X18H10T (C £ 0,12%; Cr £ 18%; N £ 10%; T nằm trong khoảng 1 – 1,5%) Giới hạn bền : sK = 550.106 (N/m2) Giới hạn chảy : sC = 220.106 (N/m2) Chiều dày tấm thép : b = 4 – 25 (mm) Độ dãn tương đối : d = 40% Hệ số dẫn nhiệt : l = 16,3 (W/m.0C) Khối lượng riêng : r = 7928,5 (kg/m3) Chọn công nghệ gia công là hàn tay bằng hồ quang điện, bằng cách hàn giáp mối 2 bên. Hệ số hiệu chỉnh : h = 1 Hệ số an toàn bền kéo : nk = 2,6 Hệ số an toàn bền chảy : nc = 1,5 + Tính bề dày thân tháp : Đường kính D = 0,9 (m) = 900 (mm) Chiều cao H = 3,5 (m) Khối lượng riêng của pha lỏng r = 1060 (kg/m3) Tốc độ ăn mòn của SO2 = 0,1 (mm/năm) Hệ số bền mối hàn j: thân hình trụ hàn dọc, hàn tay bằng hồ quang điện, hàn giáp mối 2 bên, đường kính thân lớn hơn 700 mmà hệ số bền mối hàn jh = 0,95 (bảng XIII.8 – trang 362 – Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2) Xác định áp suất làm việc trong tháp: P = pmt + pl Trong đó pmt : áp suất pha khí trong thiết bị = 1 at = 0,1013 (N/mm2) pl : áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng trong thiết bị pl = g . rl . H = 9,81 . 1060 . 3,5 . 10-6 = 0,036 (N/mm2) ( H lấy bằng chiều cao tháp để đề phòng trường hợp ngập lụt hay tắt nghẽn). à P = 0,1013 + 0,036 = 0,1373 (N/mm2) Xác định ứng suất cho phép của thép X18H10T Theo giới hạn bền : (bảng XIII.3 – trang 356 – Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2) Theo giới hạn chảy: Lấy giá trị bé hơn trong 2 ứng suất cho phép ở trên làm ứng suất cho phép tiêu chuẩn à [s] = 146,67.106 (N/m2) = 146,67 (N/mm2) + Bề dày thân hình trụ hàn làm việc chịu áp suất trong tính theo lý thuyết vỏ mỏng : à Bề dày tối thiểu của thân là : Chọn hệ số bổ sung để quy tròn kích thước : C = C1 + C2 + C3 (công thức XIII.17 – trang 363 - Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2) Với C1 = 1 (mm) : hệ số bổ sung do bào mòn hóa học (tính thời gian làm việc trong 15 năm, trang 363 - Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2). C2 = 0 : hệ số bổ sung do bào mòn cơ học. C3 = 0,8 (mm) : hệ số bổ sung do sai âm (tra bảng XIII.9 – Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2) => C = 1,8 (mm) à Bề dày thực của thân thiết bị : S = S’ + C = 0,443 + 1,8 = 2,243 (mm) Chọn S = 4 (mm) Kiểm tra điều kiện : à thỏa mãn Aùp suất cho phép trong thân thiết bị khí bề dày S = 4 (mm) Vậy thân tháp hấp thu có bề dày S = 4 mm thỏa mãn điều kiện bền và áp suất làm việc. + Tính đáy và nắp : Chọn vật liệu làm đáy và nắp thiết bị cùng với loại vật liệu làm thân tháp. Chọn đáy và nắp thiết bị dạng elip chuẩn, có gờ, chiều cao gờ h = 25 (mm). Tỷ số : ht / D = 0,25 (vì là dạng elip chuẩn) Hệ số bền mối hàn : jh = 0,95 à (mm) Bề dày thực của đáy (nắp) : S = S’ + C = 0,443 + 1,8 = 2,243 (mm) à Chọn bề dày đáy (nắp) = bề dày thân = 4 (mm). Aùp suất cho phép ứng với bề dày S = 4 (mm): Vậy bề dày của đáy, nắp là S = 4 (mm). Theo bảng XIII.10 và XIII.11 – trang 382, 383, 384 - Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, các thông số của đáy và nắp như sau : D (mm) ht (mm) Bề mặt trong (m2) Thể tích đáy (m3) Đường kính phôi (mm) r (kg/m3) Khối lượng (kg) 900 225 0,95 0,111 1106 7928,5 30,3 + Tính đường ống dẫn khí : Vận tốc khí trong ống khoảng 10 – 30 (m/s). Chọn vận tốc ống dẫn khí vào bằng vận tốc ống dẫn khí ra, v = 20 (m/s). Oáng dẫn khí vào : Lưu lượng khí vào: Gđ = 0,911 (m3/s) à đường kính ống dẫn khí vào : Ta chọn đường kính ống tiêu chuẩn là d = 250 (mm). à vận tốc dòng khí vào tháp : Theo bảng XIII.32 – trang 434 - Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, chiều dài đoạn ống nối (ứng với đường kính ống 250 mm) là 140(mm). Oáng dẫn khí ra : Lấy dr = dv = 250 (mm). + Tính đường ống dẫn lỏng : Vận tốc lỏng khoảng 1 – 3 (m/s). Oáng dẫn lỏng vào : Chọn vận tốc dòng lỏng trong ống là v = 2 (m/s). Lưu lượng dòng lỏng đầu vào : à đường kính ống dẫn lỏng vào : Ta chọn d = 25 (mm). à vận tốc dòng lỏng vào tháp : Theo bảng XIII.32 – trang 434 - Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, chiều dài đoạn ống nối (ứng với đường kính ống 25 mm) là 90(mm). Oáng dẫn lỏng ra : Chọn vận tốc dòng lỏng trong ống là v = 1,5 (m/s) Lưu lượng lỏng đầu ra : à đường kính ống dẫn lỏng ra : Chọn đường kính ống d = 25 (mm). Theo bảng XIII.32 – trang 434 - Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, chiều dài đoạn ống nối (ứng với đường kính ống 25 mm) là 90(mm). Tính các thiết bị phụ khác : + Tính bích : Bích được dùng để ghép nắp với thân thiết bị và để nối các phần thiết bị với nhau. Chọn kiểu bích liền vì áp suất và nhiệt độ không cao. Vật liệu là thép X18H10T. Bích nối đáy tháp với thân, nắp với thân : à có 1 bích nối nắp với thân và 1 bích nối đáy với thân. Chọn bích liền thân, bằng thép để nối thiết bị. Theo bảng XIII.27 – trang 417 - Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, ta có : Đường kính trong của tháp : Dt = 900 (mm). Đường kính ngoài của tháp : Dn = 900 + 2.4 = 908 (mm). Đường kính ngoài của bích : D = 1030 (mm). Đường kính tâm Bulong : Db = 980 (mm). Đường kính mép vát : DI = 950 (mm). Đường kính Bulong : db = 20 (mm) (loại M20). Số Bulong : Z = 24 (cái). Chiều cao bích : h = 20 (mm). Khối lượng mỗi bích : Bích nối ống dẫn và thiết bị : Oáng dẫn lỏng vào và ra : Chọn bích liền bằng kim loại đen để nối thiết bị. Theo bảng XIII.26 – trang 409 - Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, ta có : Đường kính trong của ống : Dt = 25 (mm). Đường kính ngoài của ống : Dn = 32 (mm). Đường kính ngoài của bích : D = 100 (mm). Đường kính tâm Bulong : Db = 75 (mm). Đường kính mép vát : DI = 60 (mm). Đường kính Bulong : db = 10 (mm) (loại M10). Số Bulong : Z = 4 (cái). Chiều cao bích : h = 12 (mm). Khối lượng mỗi bích : Oáng dẫn khí vào và ra : Chọn bích liền bằng kim loại đen để nối thiết bị. Theo bảng XIII.26 – trang 409 - Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, ta có : Đường kính trong của ống : Dt = 250 (mm). Đường kính ngoài của ống : Dn = 273 (mm). Đường kính ngoài của bích : D = 390 (mm). Đường kính tâm Bulong : Db = 350 (mm). Đường kính mép vát : DI = 320 (mm). Đường kính Bulong : db = 20 (mm) (loại M20). Số Bulong : Z = 12 (cái). Chiều cao bích : h = 26 (mm). Khối lượng mỗi bích : Tổng khối lượng bích : mb = 3.m1 + 2.m2 + 2.m3 = 3.29,45 + 2.0,664 + 2.12,43 = 85,088 (kg) + Oáng tháo đệm : Aùp suất làm việc cho phép [P] = 1,38 (N/mm2). Chọn đường kính ống tháo đệm d = 250 (mm). Vật liệu là thép không gỉ X18H10T. Oáng tháo đệm được hàn vào thân thiết bị, bên ngoài có lắp mặt bích. Dựa theo bảng XIII.32 – trang 434 - Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2. à Chiều dài đoạn ống nối là 140 (mm). + Lưới đỡ đệm : Lưới đỡ đệm được cấu tạo là 2 nửa vỉ thép không gỉ nối lại với nhau. Bên trên có hàn các lỗ tay để có thể dễ dàng cầm nắm khi tháo lắp. Bề mặt lưới được cấu tạo bởi các thanh thép không gỉ. Chọn đường kính lưới đỡ đệm theo bảng IX.22 – trang 230 - Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2 và nội suy : Đường kính tháp : D = 900 (mm) Kích thước đệm : 25 x 25 x 3 (mm) Chiều rộng của bước b = 21 (mm) Chiều dày h = 5 (mm) Thể tích tự do : Vt = 0,75 (m3/m3) Khối lượng riêng vật liệu đệm : rd = 600 (kg/m3) Chiều cao lớp đệm : hd = 0,7(m) Đường kính lưới Dl = 880 (m) à Khối lượng đệm : Khối lượng dung dịch đệm (tính cho trường hợp ngập lụt): Khối lượng tổng cộng mà lưới đỡ đệm phải chịu : M = md + mdd = 200,39 + 354,03 = 2217,7 (kg) Diện tích bề mặt lưới đỡ đệm : + Bộ phận phân phối lỏng : Chọn theo tiêu chuẩn thép X18H10T : dùng đĩa phân phối loại 2 – bảng IX.22 trang 230 - Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2 và nội suy : Đường kính tháp (mm) Đĩa phân phối loại 2 Đường kính đĩa Dd Oáng dẫn chất lỏng d x S t Số lượng lỗ mm chiếc 900 550 44,5 x 2,5 70 34 Bề dày đĩa : 5 (mm) + Oáng nhập liệu : Ta chọn kích thước ống nhập liệu giống như ống tháo đệm. Sử dụng kính quan sát để có thể theo dõi quá trình khi vận hành. Đường kính của kính quan sát d = 250 (mm) Chiều dài đoạn ống nối l = 140 (mm) + Lớp tách ẩm : Lớp tách ẩm có tác dụng tách hơi lỏng ra khỏi khí trước khi hỗn hợp khí thoát ra ngoài qua ống dẫn khí ra. Chọn lớp tách ẩm dày h = 300 (mm), dùng vật liệu đệm cho vào hoặc làm bằng tôn dập xéo. Thể tích lớp tách ẩm = + Chân đỡ : Để chọn được chân đỡ thích hợp, ta phải tính được tải trọng của toàn tháp. Chọn vật liệu làm chân đỡ là thép CT3 (r = 7850 kg/m3) Khối lượng thân : Khối lượng đáy và nắp : Tra bảng XIII.11 – trang 384 - Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, ta có : md = mn = 30 (kg) Khối lượng dung dịch thấm qua đệm : Trong đó : D = 0,9 (m) : đường kính tháp. hd = 0,7 (m) : chiều cao lớp đệm. Vt = 0,75 (m3/m3) : thể tích tự do vật liệu đệm. à Khối lượng đệm : Khối lượng lớp tách ẩm : Khối lượng bộ phận phân phối lỏng không đáng kể. Khối lượng lưới đỡ đệm : Khối lượng bích : mb = 85,088 (kg) Khối lượng tổng cộng toàn tháp : Sm = 888,998 (kg) à Chọn Sm = 890 (kg) Tải trọng toàn tháp : G = Sm . g = 890 . 9,81 = 8730,9 (N) Ta chọn chân đỡ gồm 3 chân. à tải trọng trên một chân = 8730,9 / 3 = 2910,3 (N) Ta chọn tải trọng cho phép lên một chân = 5000 (N). Theo bảng XIII.35 – trang 437 - Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập : Bề mặt đỡ : 172 . 10-4 (m2) Tải trọng cho phép trên bề mặt đỡ : 0,29 . 106 (N/m2) Khối lượng một chân đỡ = 20 (kg) L B B1 B2 H h s l d mm 160 110 135 195 240 145 10 55 23 + Tai treo : Ta chọn tháp có 3 tai treo, làm bằng thép CT3. à tải trọng trên một tai treo = 8730,9 / 3 = 2910,3 (N) Ta chọn tải trọng cho phép lên một tai treo = 5000 (N). Theo bảng XIII.36 – trang 438 - Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2 : Bề mặt đỡ : 72,5 . 10-4 (m2) Tải trọng cho phép trên bề mặt đỡ : 0,69 . 106 (N/m2) Khối lượng một tai treo = 1,23 (kg) L B B1 H S l a d mm 100 75 85 155 6 40 15 18 + Tính bơm : Dựa vào đặc tính của quá trình có áp không cao nên ta chọn bơm là bơm lu tâm. Hơn nữa, bơm lu tâm là loại bơm được sử dụng rộng rãi hiện nay trong nhiều ngành công nghiệp hóa chất do tính chất có nhiều ưu điểm của nó. Công suất bơm được tính theo công thức trang 493 - Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1 : Trong đó : Q : lưu lượng lỏng đầu vào thiết bị, Q = 0,793 (kg/s) = 7,48 . 10-4 (m3/s) H : chiều cao cột áp bơm. Ta lấy H = 20 (mH2O) h : hiệu suất của bơm : Bảng 3.2: Hiệu suất một số loại bơm Hiệu suất một số loại bơm h0 htl hck Bơm pittông 0,8 – 0,94 0.9 – 0.95 Bơm ly tâm 0,85 – 0,96 0,8 – 0,85 0.95 – 0.96 Bơm xoáy tốc > 0,8 > 0,7 > 0.9 Bơm răng khía 0,7 – 0,9 (bảng II.32 – trang 439 - Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1) à h = h0 . htl . hck = 0,9 . 0,85 . 0,95 = 0,727 à Hệ số dự trữ b Ndc b < 1 2 – 1,5 1 - 5 1,5 – 1,2 5 - 50 1,2 – 1,15 > 50 1,1 (bảng II.33 - Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1) Chọn hệ số dự trữ b = 1,7 Công suất bơm : Nb = N . b = 0,214 . 1,7 = 0,3638 (kW) = 0,488 (Hp) à Chọn bơm có công suất 0,5 (Hp) 3.2.3. Quạt công suất : Công suất của quạt : (kW) Trong đó : htr = 1 : lắp trực tiếp với động cơ điện. hq : hiệu suất của quạt (0,5 – 0,6). Chọn hq = 0,55 Công suất quạt thực tế phải tính thêm hệ số dự trữ b. Chọn b = 1,1 à N = 1,1 . 1,865 = 2,0515 (kW) = 2,0515 / 0,7457 = 2,75 (Hp) 3.2.4. Bể nước tuần hoàn : Lưu lượng lỏng ra : Lc = 7,5.10-4 (m3/s) = 2,7 (m3/h) Chọn thời gian lưu là 8h. à Thể tích của bể V = 2,7 . 8 = 21,6 (m3) Kích thước bể : l x b x h = 21,6 Chọn bể cao 2 (m). l x b = 10,8 (m2) à Chiều dài bể l = 3,6 (m) Chiều rộng bể b = 3 (m) Chọn chiều cao dự phòng của bể = 0,5 (m) à Chiều cao của bể h = 2,5 (m) 3.2.5. Oáng khói : + Các thông số để tính toán : Tiêu chuẩn thải ra môi trường xung quanh : CCP = 0,5 (g/m3) (TCVN 5939 : 2005) Nồng độ SO2 ra khỏi tháp hấp thu vào ống khói : C = 0,5 (g/m3) (tối đa khi đã xử lý khí thải). Lưu lượng khí vào ống khói : Q = 3281,025 (m3/h) = 0,911 (m3/s) Tải lượng chất ô nhiễm (SO2) : M = C.Q = 0,5 . 0,911 = 0,4555 (g/s) Nhiệt độ khí thải : T = 300C (nhiệt độ khí thải sau khí đã xử lý) Nhiệt độ khí quyển : Tkq = 270C + Đường kính ống khói : Chọn vận tốc khí thải vào ống khói v = 20 (m/s) + Chiều cao ống khói : Trong đó: A : hệ số kể đến độ ổn định của khí quyển. Đối với phần lớn các địa phương của Việt Nam, A = 200 – 240. Chọn A= 240 M = 0,4555 (g/s) F : hệ số kể đến loại chất khếch tán. Đối với khí, F = 1 CCP = 0,5 (g/m3) Q = 0,911 (m3/s) DT : hiệu số giữa nhiệt độ khí thải và nhiệt độ khí quyển. DT = 30 – 27 = 30C > 0 : nguồn nóng m,n : các hệ số không thứ nguyên kể đến điều kiện thoát ra của khí thải ở miệng ống khói, phụ thuộc các thông số sau : n = 3 khi VM < 0,3 (m/s) n = khi 0,3 < VM < 2 (m/s) n = 1 khi VM > 2 (m/s) Tính toán chiều cao ống khói theo phương pháp vòng lặp như sau : Chọn m = 1; n = 1 Đối với nguồn nóng ta có : Vì 0,3 £ VM £ 2 (m/s) nên : => m = 0,24; n = 2,4 Ta có : Do đó ta phải tính lặp tiếp : Đối với nguồn nóng ta có : Vì 0,3 £ VM £ 2 (m/s) nên : => m = 0,2; n = 2,29 Ta có : Do đó ta phải tính lặp tiếp : Đối với nguồn nóng ta có : Vì 0,3 £ VM £ 2 (m/s) nên : => m = 0,19; n = 2,244 Ta có : Vậy chiều cao ống khói là H = 8,17 (m). Để đảm bảo an toàn ta chọn chiều cao ống khói là 10 (m). CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN KINH TẾ 4.1. Kinh phí vận hành (/m3) : Chi phí nhân công : Lương công nhân : 6 người x 1 triệu VNĐ/người/tháng x 12 tháng = 72 (triệu VNĐ/năm) Lương cán bộ quản lý : 1 người x 2 triệu VNĐ/người/tháng x 12 tháng = 24 (triệu VNĐ) => Tổng chi phí nhân công: 72 + 24 = 96 (triệu VNĐ/năm) Chi phí điện năng (cho 1 năm) : Bơm hóa chất : 15 triệu Quạt : 30 triệu => Tổng chi phí điện năng : 15 + 30 = 45 (triệu VNĐ/năm) Chi phí hoá chất : (ước tính chi phí hoá chất cho 1 năm ) CaCO3 @ 20 (kg/ngày) x 8000 đồng = 160000 (đồng/ngày) 300 ngày x 160000 đồng/ngày = 48000000 (VNĐ/ 300 ngày (1 năm)) Chi phí sửa chữa, bảo trì: 20.000 (đồng/ngày) 4.2. Kinh phí đầu tư : Vốn đầu tư : Hạng mục Loại vật liệu Số lượng ĐVT Đơn giá (đồng/ĐVT) Thành tiền Cyclon X18H10T 385,146 Kg 80000 31.000.000 Tháp hấp thu Thân tháp X18H10T 315,24 Kg 80000 26.000.000 Đáy + Nắp X18H10T 60 Kg 80000 4.800.000 Bộ phận phân phối lỏng X18H10T 5.000.000 Đĩa đục lỗ X18H10T 3.000.000 Lớp tách ẩm Vòng sứ Không đáng kể Vật liệu đệm Vòng sứ Không đáng kể Lưới đỡ đệm X18H10T 24,39 Kg 80000 2.000.000 Bích thân X18H10T 58,9 Kg 80000 4.800.000 Bích ống Thép CT3 26,188 Kg 30000 1.000.000 Chân đỡ Thép CT3 22 Kg 30000 1.800.000 Tai treo Thép CT3 6 Kg 30000 180.000 Bulong Không đáng kể Bể nước tuần hoàn Gạch + xi măng 21,6 m3 800000 17.300.000 Oáng khói Thép CT3 119,3 Kg 30000 3.600.000 Tổng 100.480.000 Chi phí trang thiết bị : Hạng mục Số lượng ĐVT Thành tiền Bơm 1 cái 5.000.000 Quạt 1 cái 15.000.000 Van – ống 20.000.000 Hệ thống điều khiển 20.000.000 Tổng 60.000.000 à Tổng chi phí đầu tư cho hệ thống là : 160.480.000 (VNĐ) Chi phí khấu hao : + Phần đầu tư xây dựng tính khấu hao trong 20 năm : (VNĐ/năm) + Phần thiết bị máy móc tính khấu hao trong 15 năm : (VNĐ/năm) à Tổng chi phí khấu hao M = (VNĐ/năm) Do chưa tính chi phí cho nhân công và chi phí thử nghiệm nên giá thành chỉ có ý nghĩa ước đoán. Chi phí thực tế có thể lớn hơn. CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1. Kết luận : Hiện nay, ô nhiễm không khí và xử lý khí thải là một trong những vấn đề hết sức nan giải. Do đó, việc xây dựng hệ thống xử lý khí thải cho các nhà máy là hết sức cần thiết. Trong quá trình khảo sát, tính toán hệ thống xử lý khí thải cho Nhà máy sản xuất Formalyn 37% - công ty TNHH Green Chemical, tôi nhận tháy rằng : Nhà máy chưa có hệ thống xử lý khí thải hoàn chỉnh, khí thải thải ra môi trường còn một số chỉ tiêu vượt giới hạn cho phép. Nhà máy lại nằm trong một KCN trọng điểm của TP. Biên Hòa, do đó việc xây dựng hệ thống xử lý khí thải cho nhà máy là yêu cầu cấp bách và cần thiết. 5.2. Kiến nghị : Qua quá trình khảo sát và tính toán, Tôi xin đề xuất hệ thống xử lý khí thải cho Nhà máy sản xuất Formalyn 37% - công ty TNHH Green Chemical với công suất thiết kế 3281,025 (m3/h). Để nâng cao, cải thiện chất lượng môi trường sống tự nhiên, cũng như đảm bảo vấn đề an toàn vệ sinh môi trường sống của dân cư trong khu vực. Mong rằng, Ban giám đốc Công ty TNHH Green Chemical sớm xem xét, và quyết định đề xuất của tôi. Để hệ thống sớm đưa vào vận hành và hoạt động ổn định. LỜI CÁM ƠN Tôi xin chân thành cám ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy NGUYỄN ĐỨC CẢNH, cùng với sự giúp đỡ nhiệt tình của các anh của Trung tâm Nghiên Cứu Ưùng Dụng và Tư Vấn Công Nghệ Môi Trường đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành tốt đề tài luận văn tốt nghiệp. Bên cạnh đó, tôi còn được các thầy cô khoa Môi Trường và Công Nghệ Sinh Học của trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.HCM đã tận tình chỉ dạy, cung cấp cho tôi nhiều kiến thức quý giá sau hơn 4 năm học tại trường. Cùng với sự ủng hộ của bạn bè và gia đình đã cho tôi tự tin thực hiện tốt đề tài đồ án này. Một lần nữa tôi xin chân thành cám ơn sự giúp đỡ của thầy cô cùng bạn bè và gia đình đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp. TP.Hồ Chí Minh, tháng 6 / 2007 Trịnh Việt Đức TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu Báo cáo đánh giá tác động môi trường – Dự án nhà máy sản xuất Formalyn 37% khu công nghiệp Long Bình, TP.Biên Hòa, tỉnh Đồng Nai. Đồng Nai. Viện Cơ Học Ưùng Dụng – Viện Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam, tháng 11/2006. Nguyễn Duy Động. Thông gió và kỹ thuật xử lý khí thải. NXB Giáo Dục, 2001. Trần Ngọc Chấn. Oâ nhiễm không khí và xử lý khí thải tập 1. NXB Khoa Học và Kỹ Thuật Hà Nội, 2004. Trần Ngọc Chấn. Oâ nhiễm không khí và xử lý khí thải tập 2. NXB Khoa Học và Kỹ Thuật Hà Nội, 2004. Trần Ngọc Chấn. Oâ nhiễm không khí và xử lý khí thải tập 3. NXB Khoa Học và Kỹ Thuật Hà Nội, 2004. Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuôn. Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập I. NXB Khoa Học và Kỹ Thuật Hà Nội, 2006. Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuôn. Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập II. NXB Khoa Học và Kỹ Thuật Hà Nội, 2006. Phạm Văn Bôn, Vũ Bá Minh, Hoàng Minh Nam. Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học tập 10. Trường ĐH Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh. DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ HÌNH Bảng 1.1: Hệ số ô nhiễm của một số khí khi dùng dầu FO. Bảng 1.2: Nồng độ các chất ô nhiễm trong khí thải lò hơi. Bảng 1.3: Hệ số ô nhiễm của một số khí khi dùng dầu DO. Bảng 1.4: Nồng độ các chất ô nhiễm trong khí thải máy phát điện. Bảng 3.1: Hiệu suất của Cyclon. Bảng 3.2: Hiệu suất của một số loại bơm. Hình 1.1: Sơ đồ tổ chức của nhà máy. Hình 1.2: Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất Formalyn 37%. Hình 2.1: Mặt cắt dọc buồng lắng bụi. Hình 2.2: Cấu tạo Cyclon. Hình 2.3: Cấu tạo thiết bị lọc bụi Venturi. Hình 2.4: Cấu tạo thiết bị hấp phụ. Hình 2.5: Cấu tạo thiết bị hấp thu. Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống xử lý khí thải. Hình 3.2: Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý khí thải.