Tài liệu Thiết kế hệ thống xử lý khí thải nồi hơi công suất 100m3 hơih sử dụng than đá (link full bản vẽ trang cuối)

Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ THẢI NỒI HƠI CÔNG SUẤT 100M3 HƠI/H SỬ DỤNG THAN ĐÁ Chương I:Yêu cầu thiết kế I.1.Số liệu đầu vào -Công suất nồi hơi:100 m3hơi/h -Nhiệt độ khí thải:150C [1] -Nồng độ SO2:500-1333 mg/m3 -Nồng độ bụi:200-1500 mg/m3 -Nồng độ CO:50-150 mg/m3 -Lưu lượng khí thải đầu vào V  B (Vo20  (  1)Vo ) Trong đó: 273  t ,m3/h 273 B-lượng than đá đốt trong 1 giờ,kg/h Vo20 -khói sinh ra khi đốt 1 kg than,m3/kg lấy Vo20 =7,5 m3/kg -hệ số thừa không khí(=1,25-1,53) lấy =1,25 Vo-lượng không khí cần để đốt 1 kg than,m3/kg lấy Vo=7,1 m3/kg t-nhiệt độ khí thải,C lấy t=150C Nguồn[1] Tính toán lượng than đốt trong 1 giờ Nhiệt lượng cần tiêu tốn để làm bay hơi 1 tấn nước ở 30C(xem nước bay hơi ở 100C) Q=MC  t,J Trong đó: C-nhiệt dung riêng của nước,J/kg.K M-khối lượng nước cần bay hơi,kg GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 1 SVTH:Phạm Hồng Hải Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than  t-hiệu số giữa nhiệt độ cuối và đầu,C Q=1000*4200*(100-30)=294*106 J=294*103=70237,47 kcal Than An-tra-xit có nhiệt lượng là 6810 kcal/kg(Nguồn[4]) lượng than đá cần dùng là m=Q/6810=70237,47/6810=10,314 kg/tấn hơi lượng than cần để bay hơi 100 tấn nước trong 1 giờ là:10,314*100=1031,4 kg/h Vậy B=1031,4 kg/h V=1031,4(7,5+(1,25-1)7,1) 273  150 =14822,4 m3/h=4,117 m3/s 273 I.2.Số liệu đầu ra Khí thải sau khi xử lý cần đạt QCVN 19:2009/BTNMT_Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải công nghiệp đối với bụi và các chất vô cơ) Giá trị giới hạn ở cột A áp dụng cho các cơ sở đang hoạt động Giá trị giới hạn ở cột B áp dụng cho tất cả các cơ sở kể từ ngày cơ quan quản lý môi trường quy định. Được trích ở bảng sau: Nồng độ C (mg/Nm3) Chất ô nhiễm A Bụi 400 CO 1000 SO2 1500 NOx 1000 Nếu so với quy chuẩn khí thải sau xử lý đạt chất lượng loại B thì B 200 1000 500 850 hàm lượng SO 2 và bụi vượt quá giới hạn cho phép nên cần xử lý hai thành phần này. I.3. Đề xuất và thuyết minh quy trình công nghệ I.3.1. Đề xuất quy trình công nghệ xử lý Xử lý bụi Các loại than đá được sử dụng ở TP.Hồ Chí Minh đa số là than An-tra-xit.Các kết quả nghiên cứu đã cho thấy tỷ lệ phân bố các loại hạt bụi ở các đường kính trung bình trong khí thải nồi hơi đốt than như sau: Dtb(m) % 0-10 3 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 60-86 3 4 3 4 3 7 GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 2 86-100 >100 6 67 SVTH:Phạm Hồng Hải Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than (Nguồn[1]) Với kết quả nghiên cứu trên kết hợp với bảng sau: Bảng:Các thông số đặc trưng của thiết bị thu hồi bụi khô STT Dạng thiết bị 1 Năng suất Hiệu quả tối xử lý nhiệt Buồng lắng đa(m3/h) Không giới (>50m)80- 50-130 độ(C) 350-550 Xiclon hạn 85000 90% (10m)50- 250-1500 350-550 đến 2000 750-1500 750-1500 đến 250 350-450 đến 400 2 3 4 5 Thiết bị gió xoáy Xiclon tổ hợp Thiết bị lắng quán 30000 170000 127500 80% (2m)90% (5m)90% (2m)90% 6 tính Thiết bị thu hồi bụi 42500 (2m)90% Trở lực(Pa) Giới hạn đến 400 động (Nguồn[2]) ta sử dụng buồng lắng bụi để lắng các hạt bụi có kích thước >100m,sau đó dòng khí được dẫn qua xiclon để xử lý tiếp các hạt nhỏ hơn. Xử lý SO2 Trong các thiết bị dùng cho phương pháp hấp thụ thì dung dịch hấp thụ được sử dụng có thể là nước hoặc dung dịch hoá học như dung dịch kiềm,dung dịch sữa vôi…nếu dùng dung dịch hoá học thì hiệu suất hấp thụ các chất ô nhiễm sẽ cao nhưng đắt tiền.Dùng nước thì rẻ tiền và anh toàn cho thiết bị nhưng hiệu suất hấp thụ các chất ô nhiễm dạng khí sẽ kém hiệu quả hơn. Do dòng khí thải chứa thành phần ô nhiễm chính là SO 2 nên dung dịch hấp thụ được chọn là dung dịch Ca(OH)2 vì các ưu điểm sau: -Chất thải thứ cấp của nó được đưa về dạng thạch cao không gây ô nhiễm thứ cấp cho nguồn nước và có thể tách ra khỏi nước đem chôn lấp an toàn -Là loại dung dịch rẻ tiền,dễ kiếm -Tính ăn mòn thiết bị yếu,ít gây nguy hại cho thiết bị xử lý GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 3 SVTH:Phạm Hồng Hải Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than -Dung dịch này ngoài nhiệm vụ hấp thụ SO 2 còn có tác dụng làm nguội khí thải đáp ứng tiêu chuẩn về nhiệt độ khí thải đầu ra của ống khói Tháp hấp thụ được chọn là tháp đệm vì dòng khí có chứa bụi và tạo được bề mặt tiếp xúc lớn nên tháp sẽ có kích thước nhỏ,kinh tế hơn.Vật liệu đệm là vòng sứ với ưu điểm là chịu được môi trường ăn mòn tốt và chịu được nhiệt độ cao,ngoài ra còn có tác dụng kết dính bụi trong khí thải vào dung dịch hấp thụ sau đó được tách ra ở dạng cặn trong bể lắng. I.3.2.Thuyết minh quy trình công nghệ Sơ đồ xử lý khí thải nồi hơi đốt than đề xuất như sau: Môi trường Ống khói Khí thải Khí thải Buồng lắng Bụi Xiclon Bụi Tháp hấp thụ Nước bổ sung Nước thải Nước thải một phần thải bỏ Bể lắng Cặn Nước thải tuần hoàn Dd Ca(OH)2 mới Bể trộn dung dịch sữa vôi Ca(OH)2 Khí thải sau khi được thu gom bằng chụp hút sẽ được dẫn qua buồng lắng để thu hồi bụi có kích thước lớn.Dòng khí sau khi qua buồng lắng sẽ được dẫn qua xiclon thu hồi bụi có kích thước nhỏ hơn.Dòng khí sau khi qua xiclon sẽ được dẫn vào tháp hấp thụ.Khí thải được đưa vào tháp từ dưới lên,dung dịch hấp thụ được đưa GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 4 SVTH:Phạm Hồng Hải Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than lên trên thân trụ và được đĩa phân phối đều lên lớp vật liệu đệm.Dòng khí đi từ dưới lên,dòng lỏng từ trên xuống qua lớp đệm cả hai tiếp xúc nhau và xảy ra quá trình hấp thụ.Dung dịch SO2 lắng xuống đáy tháp và được đưa đến bể xử lý.Khí ra ở đỉnh tháp được thải ra ngoài qua ống khói cao. Dung dịch sau khi qua tháp hấp thụ được sử dụng tuần hoàn.Theo thời gian,dung dịch giảm dần pH và chứa nhiều cặn.Nước thải này được dẫn đến bể lắng để tách bụi và các tinh thể thạch anh.Sau đó được dẫn đến bể trộn dung dịch sữa vôi.Khi bổ sung dung dịch mới,một lượng dung dịch cũ sẽ được thải bỏ.Dung dịch mới lại được bơm vào tháp. Chương II:Tính toán và thiết kế II.1.Tính toán và thiết kế buồng lắng bụi -Diện tích mặt cắt ngang của buồng lắng F=BH=V/u,m2 Trong đó: u-tốc độ dòng khí đi qua thiết bị,m/s B-chiều rộng buồng lắng,m H-chiều cao buồng lắng,m V-lưu lượng khí đi qua buồng lắng,m3/s -Lưu lượng khí thải: V 1031,4(7,5  (1,25  1)7,1) 273  150 14822,4 m3/h=4,117 m3/s 273 -Thông thường,vận tốc tối đa của dòng khí trong buồng lắng bụi là u=3m/s,nhưng được áp dụng phổ biến nhất và đảm bảo nhất là u=0,3m/s Suy ra f=BH=4,117/0,3=13,72m2 -Chiều rộng,chiều dài và chiều cao buồng lắng Sau khi xác định tiết diện ngang f ta tự chọn chiều rộng buồng lắng B thì tìm được chiều cao buồng lắng H và ngược lại. -Thời gian lưu của dòng khí l=l/u,s Trong đó: l-thời gian lưu,s GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 5 SVTH:Phạm Hồng Hải Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than l-chiều dài buồng lắng,m u-vận tốc dòng khí qua buồng lắng,m/s -Thời gian lắng của bụi o=H/o,s Trong đó: o-thời gian lắng,s H-chiều cao buồng lắng,m o-tốc độ lắng,m/s Muốn thiết bị lắng thực hiện quá trình phân riêng được tốt,thì điều kiện cần thiết là: lo do đó:HLo/u Ta có:b=1600 kg/m3 (Nguồn[3]) Khối lượng riêng của khí: k=1.293 273 273 1,293 0,834 kg/m3 273  t 273  150 Trong đó: 1,293-khối lượng riêng khí ở 0C và 760 mmHg,kg/m3 t-nhiệt độ khí thải,C -Vận tốc lắng của bụi: o= ( b   k ) gd 2 18 Trong đó: b-khối lượng riêng của bụi,kg/m3 -khối lượng riêng của khí,kg/m3 g-gia tốc trọng trường,m/s2 d-đường kính hạt bụi,m -độ nhớt động học của khí,Pa.s 3 273  C  T  2   o   T  C  273  Trong đó: o-độ nhớt khí ở 0C,Pa.s C-hằng số trong phương trình độ nhớt T-nhiệt độ khí thải,K GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 6 SVTH:Phạm Hồng Hải Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than 3 = 17,3 *10 6 273  124  273  150  2   ( 273  150)  124  273  =24,217*10-6 Pa.s (1600  0,834) * 9,81 * (50 * 10  6 ) 2 0,09 m/s Vậy o= 18 * 24,217 * 10  6 Kiểm tra Re Re=  ko d 0,834 * 0,09 * 50 *10 6  0,155  0,2  chế độ lắng dòng  24,217 * 10  6 Cd=24/Re=24/0,155=154,84 Tính lại vận tốc lắng o= 4 gd ( b   k ) 4 * 9,81 * 50 *10 6 * (1600  0,834)  0,0899 m/s 3  k Cd 3 * 0,834 *154,84 Vậy o=0,09 m/s -Bề mặt lắng cần thiết Bl=V/o=4,117/0,09=45,74 m2 Tóm lại ta được: H0,3l Bl=45,74 m2 BH=13,72 m2 Chọn B=6 ml=7,6 m;H=2,28 m Kiểm tra:0,3l=2,28 m=Hthỏa -Bề mặt lắng cần thiết F=V/o=4,117/0,09=45,74 m2 -Thời gian lắng của hạt bụi,thời gian lưu của khí -Thời gian lắng của hạt bụi o=H/o=2,28/0,09=25,33 s -Thời gian lưu l=l/u=7,6/0,3=25,33 s -Thể tích làm việc của buồng lắng bụi Vlv=Vo=4,117*25,33=104,28 m3 II.2.Tính toán và thiết kế xiclon GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 7 SVTH:Phạm Hồng Hải Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than -Khối lượng riêng khí =0,834 kg/m3 -Lưu lượng dòng hỗn hợp Vs=4,117 m3/s -Chọn xiclon của viện NIOGAS (theo Bảng 4.1 Quy chuẩn xiclon(ở Liên Xô cũ) sách Quá trình và thiết bị công nghệ hoá học&thực phẩm_Nguyễn Văn Lụa,trang 188) Cho trước  P/=740 và hệ số trở lực  =160 ' -Tính sơ bộ tốc độ quy ước Vq 2 P Vq'    2 * 740 3,04 m/s 160 -Đường kính sơ bộ của xiclon D'  4Vs 4 * 4,117  1,31 m ' Vq 3,14 * 3,04 -Điều chỉnh tốc độ quy ước,theo tiêu chuẩn D’=1,31 mD=1,5 m Vq  4Vs 4 * 4,117  2.33 m 2 D 3,14 * 1,52 -Trở lực của xiclon: P  V q2 2 0,834 * 2,33 2 160 362,22 2 -Các kích thước của xiclon  Đường kính D=1,5 m  Chiều rộng cửa vào b=0,21D=0,315 m  Chiều cao cửa vào h=0,66D=0,99 m  Đường kính ống tâm do=0,58D=0,87 m  Chiều cao phần trụ H1=1,6D=2,4 m  Chiều cao phần nón H2=2D=3 m II.3.Tính toán và thiết kế tháp hấp thụ GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 8 SVTH:Phạm Hồng Hải Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than II.3.1.Xác định các dòng vật chất Gd,Gc-suất lượng hỗn hợp khí đầu vào và ra,kmol/h Ld,Lc-suất lượng Ca(OH)2 đầu vào và ra,kmol/h Ltr,Gtr-suất lượng mol của cấu tử trơ trong pha lỏng và khí,kmol/h xd,xc-phần mol của SO2 trong pha lỏng vào và ra,kmol SO2/kmol dd yd,yc-phần mol của SO2 trong pha khí vào và ra,kmol SO2/kmol hh Xd,Xc-tỉ số mol của SO2 trong pha lỏng vào và ra,kmol SO2/kmol dd Yd,Yc-tỉ số mol của SO2 trong pha khí vào và ra,kmol SO2/kmol hh Ta có Gd=Vhh Trong đó: V-thể tích hỗn hợp khí,m3/s hh-khối lượng riêng hỗn hợp khí,kg/m3 hh=  SO  tr  2 Trong đó: M SO2 PSO2 To 22,4TPo  M tr P trTo To  M SO2 PSO2  M tr Ptr 22,4TPo 22,4TPo   To-nhiệt độ pha khí ở điều kiện chuẩn,K T-nhiệt độ pha khí ở điều kiện đang xét,K M SO2 , M tr -khối lượng phân tử SO2 và không khí PSO2 -áp suất riêng phần của SO2 trong 1m3 hỗn hợp khí,mmHg PSO2  nSO2 22,4 (t  273) 273 1000 nSO2 V / M 1,333 / 64 0,021 mol Trong đó: Suy ra: P SO 2 0,021  22,4 (150  273) 273 7,289 * 10 4 at =0,547 mmHg 1000 Ptr-áp suất riêng phần của khí trơ,mmHg Po-áp suất của hỗn hợp khí ở điều kiện chuẩn,mmHg Ptr Po  PSO2 760  0,547 759,453 mmHg 273   hh  22,4(150  273)760 (64 * 0,547  29 * 759,453) 0,836 kg/m3 Vậy lưu lượng khí đầu vào GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 9 SVTH:Phạm Hồng Hải Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than Gd=Vhh=4,117*0,8396=3,442 kg/s Nồng độ khí ban đầu P 1 Ck= RT  0,082(273  150) 0,0288 kmol/m3=28,8 mol/m3 Nồng độ phần mol của SO2 trong hỗn hợp khí đầu vào yd=0,021/28,8=0,729*10-3 mol SO2/mol hh Tỉ số mol SO2 trong hỗn hợp khí đầu vào Yd=yd/(1-yd)=0,729*10-3/(1-0,729*10-3)=0,73*10-3 mol SO2/mol hh Giả sử ban đầu dung dịch là sạch nên Xd=0 SO2 đầu ra đạt tiêu chuẩn loại B(0,5g/m 3) nồng độ SO2 đầu ra n=0,5/64=7,8125*10-3 mol/m3 Nồng độ phần mol SO2 trong hỗn hợp khí đầu ra yc=7,8125*10-3/28,8=0,2713*10-3 mol SO2/mol hh Tỉ số mol của SO2 trong hỗn hợp khí đầu ra Yc=yc/(1-yc)=0,2713*10-3/(1-0,2713*10-3)=0,27137*10-3 mol SO2/mol hh II.3.2.Xác định suất lượng pha lỏng cho quá trình hấp thụ, đường làm việc, đường cân bằng Phương trình đường cân bằng * log PSO 3,58  1,87 log(SO2 )  2,24 * 10 2 T  2 Trong đó: 1960 T T-nhiệt độ làm việc của tháp,K tối ưu là T=40+273=313K * PSO -áp suất riêng phần của khí SO2 khi cân bằng,Pa 2 (SO2)-nồng độ SO2 cân bằng,mol/m3  hhkhi  ytb  với ytb   ytb  ( ytb M SO2  (1  ytb ) M kk) 273 22,4(273  t ) yd  yc (0,729  0,2713)10 3  0,5 * 10 3 mol SO2/mol hhkhi 2 2 (0,5 * 10 3 * 64  (1  0,2289 *10 3 )29)273 0,8358 kg/m3 22,4(273  150) GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 10 SVTH:Phạm Hồng Hải Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than M hhkhi  ytb M SO2  (1  ytb ) M kk 0,2289 * 10 3 * 64  (1  0,2289 * 10 3 ) 29 29,008g / mol 29,008 * 10 3 kg / mol Lập bảng: Y= * PSO 2 * SO 2 P P Nồng độ M hhkhi ;X= ( SO2 )  hhkhi * PSO (Pa) 2 SO2(mol/m3) 0,0050 1,0624 0,0125 5,8944 0,0200 14,1953 0,0275 25,7496 0,0350 40,4228 0,0425 58,1174 0,0500 78,7577 0,0575 102,2817 0,0650 128,6374 0,0725 157,7797 Tỷ số mol SO2 trong dung dịch ra khỏi tháp Xc = X*10-3(mol Y*10-3(mol SO2/moldd) 0,1735 0,4338 0,6941 0,9544 1,2147 1,4750 1,7353 1,9956 2,2559 2,5162 SO2/mol hhkhi) 0,0108 0,0601 0,1447 0,2626 0,4122 0,5928 0,8035 1,0437 1,3130 1,6109 Gtr (Yd  Yc ) L Với Gtr=Ghh(1-yd) Suất lượng mol hỗn hợp đi vào tháp là Ghh  VP 14822,4 * 1  427,3309 RT 0,082(273  150) kmol/h Gọi nồng độ SO2 lớn nhất trong dung dịch ra khỏi tháp theo tỉ số mol là Xcmax Xcmax là giao điểm giữa đường thẳng Yd và đường cân bằng Yd=0,73*10-3 Ta có: Y= * PSO 2 * SO 2 P P * *  Y ( P  PSO ) PSO 2 2 YP 0,73 * 10  3 * 105 * * *  YP  YPSO  P  P   72,9467 Pa SO2 SO2 2 1Y 1  0,73 * 10  3 * log PSO 3,58  1,87 log(SO2 )  2,24 * 10 2 T  2 1960 T *  1,87 log(SO2 ) log PSO  3,58  2,24 * 10 2 T  2 GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 11 1960 T SVTH:Phạm Hồng Hải Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than  ( SO2 ) 0,048 mol/m3  X c max 0,048 29,008 * 10  3 1,6659 * 10  3 0,8358 Lượng dung dịch hấp thụ tối thiểu Lmin Gtr ( Yd  Yc 0,73 * 10  3  0,27137 * 10 3 ) 427,0193( ) 117,5604 kmol/h X c max 1,6659 * 10 3 Lượng dung dịch hấp thụ cần thiết L=Lmin(=1,5-1,7) Chọn =1,5 1,5Lmin=1,5*117,5604=176,3406 kmol/h Nồng độ SO2 trong dung dịch ra khỏi tháp Xc  Gtr 427,0193 (Yd  Yc )  (0,73  0,27137)10 3 1,1106 * 10 3 mol SO2/mol dd L 176,3406 Vậy phương trình đường làm việc đi qua hai điểm A(Xd,Yc) và B(Xc,Yd) A(0;0,27137*10-3) và B(1,1106*10-3;0,73*10-3)  phương trình đường làm việc :Y=0,413X+0,2714*10-3 Nồng độ phần khối lượng của SO2 trong hỗn hợp khí đầu vào yd  yd M SO2 yd M SO2  M tr (1  yd )  0,73 * 10  3 * 64  0,73 *10  3 * 64  29(1  0,73 * 10  3 ) 1,6096 *10 3 kgSO2 / kghhkhi Lưu lượng pha khí GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 12 SVTH:Phạm Hồng Hải Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than d GSO Gd yd 3,442 *1,6096 * 10 3 5,5402 *10 3 kg/s 2 Gtrd Gd (1  yd ) 3,442 * (1  1,6096 * 10  3 ) 3,4365kg / s Khối lượng SO2 được hấp thụ bởi dung dịch Ca(OH)2 d M GSO  5,5402 *10 3 * 0,62 3,4349 *10 3 kg/s 2 Trong đó:  -hiệu suất quá trình hấp thụ Yd  Yc 0,73 * 10  3  0,27137 * 10 3  0,62 62% Yd 0,73 * 10  3 Khối lượng SO2 còn lại ở đầu ra c d GSO GSO  M 5,5402 *10 3  3,4349 *10 3 2,1053 *10 3 kg/s 2 2 Lưu lượng khí đầu ra Gc c GSO  Gtrd 2,1053 *10 3  3,4365 3,4386 2 kg/s Lưu lượng dung dịch đầu vào Ld=l=176,3406 kmol/h= 176,3406 * (40  17 * 2) 3,624 kg/s 3600 Lưu lượng dung dịch đầu ra Lc=Ld+M=3,6248+3,4349*10-3=3,6282 kg/s II.3.3.Xác định các kích thước cơ bản của tháp hấp thụ II.3.3.1.Xác định đường kính tháp hấp thụ D Gtb 0.785k  k Trong đó: Gtb-lưu lượng trung bình của pha khí,kg/s k-khối lượng riêng trung bình của pha khí,kg/m3 k-vận tốc khí qua tiết diện tháp,m/s Lưu lượng trung bình của pha khí Gtb  Gd  Gc 3,442  3,4386  3,4403 kg/s 2 2 Khối lượng riêng trung bình của pha khí tb k=  y 0,8385 kg/m3 GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 13 SVTH:Phạm Hồng Hải Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than Vận tốc tối ưu được tính như sau k=(0,750,9) gh Trong đó: gh-vận tốc giới hạn tương ứng với điểm nghịch đảo,m/s Vận tốc pha khí tại điểm nghịch đảo được tính theo công thức sau   2  lg  gh 3 y  gVR  x Trong đó:  x       0 ,16  L   A  1,75 tb  Gtb     0 , 25  y     x  0 ,125 -diện tích bề mặt riêng của vật liệu đệm,m2/m3 VR-phần thể tích tự do (rỗng) của vật liệu đệm,m3/m3 g-gia tốc trọng trường,m/s2 x-độ nhớt vận động của nước ở nhiệt độ làm việc (40C),Pa.s -độ nhớt vận động của nước ở 20C,Pa.s Gtb,Ltb-lưu lượng trung bình pha khí và lỏng,kg/s y,x-khối lượng riêng pha khí và lỏng,kg/m3 A-hệ số phụ thuộc dạng quá trình, đối với hấp thụ A=0,022 Lựa chọn vật liệu đệm Tra bảng IX.8 trang 193_Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất-tập 2 -Chọn vòng sứ đổ đống lộ xộn kích thước 25x25x3 mm -Bề mặt riêng =195 m2/m3 -Thể tích tự do VR=0,75 m3/m3 -Số đệm trong 1 m3 là 46*103 -Khối lượng riêng xốp 600 kg/m3 Lưu lượng lỏng trung bình Ltb  Ld  Lc 3,6248  3,6282  3,6265 kg/s 2 2 Lưu lượng khí trung bình:Gtb=3,4403 kg/s Khối lượng riêng của chất lỏng:x=1000 kg/m3 Khối lượng riêng của khí:y=1,293* 273 1,1278 kg/m3 273  40 Độ nhớt của nước ở 40C:x=0,6560*10-3 Ns/m2 GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 14 SVTH:Phạm Hồng Hải Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than Độ nhớt của nước ở 20C:=1,005*10-3 Ns/m2 0 ,16 0 , 25 0 ,125 2   gh * 195 * 1,1278  0,656    3,6265   1,1278  lg     0,022  1,75    3  3,4403   1000   9,81 * 0,75 * 1000  1,005   2 2 lg( gh * 0,05)  0,737  0,05 gh 0,183 gh=1,9 m/s k=0,9*1,9=1,71 m/s D 3,4403 1,507 m 0,785 * 1,17 * 1,1278 Chọn đường kính tiêu chuẩn D=1,5 m Tính lại vận tốc làm việc chính xác ứng với đường kính D=1,5 m 1,5  3,4403  k 1,727 m/s 0785 * k * 1,1278 II.3.3.2.Xác định chiều cao lớp đệm Chiều cao lớp đệm hấp thụ H thường được xác định theo số đơn vị truyền khối (Noy) và chiều cao tương đương 1 đơn vị truyền khối (Hoy) H=Noy*Hoy Xác định số đơn vị truyền khối Số đơn vị truyền khối được tính theo công thức yd dY N oy   Y  Ycb yc Tích phân này được tính bằng phương pháp đồ thị là diệ tích giới hạn bởi đường 1 cong Y  Y theo Y và 2 trục Yc,Yd cb Để lấy tích phân bằng đồ thị ta lập bảng sau Xc =1,1106 kmol SO2/mol dd Chọn Xc thay đổi từ 01,15 với bước nhảy 0,05*10-3 X*10-3 Y*10-3 Ycb*10-3 (Y-Ycb)*10-3 10  3 Y  Ycb 0,05 0,1 0,15 0,292 0,313 0,333 0,001 0,004 0,008 0,291 0,309 0,325 3,436 3,236 3,077 GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 15 SVTH:Phạm Hồng Hải Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than 0,2 0,354 0,014 0,25 0,375 0,021 0,3 0,395 0,03 0,35 0,416 0,039 0,4 0,437 0,055 0,45 0,457 0,063 0,5 0,478 0,073 0,55 0,499 0,094 0,6 0,519 0,105 0,65 0,54 0,129 0,7 0,561 0,142 0,75 0,581 0,17 0,8 0,602 0,184 0,85 0,622 0,2 0,9 0,643 0,232 0,95 0,6638 0,249 1 0,684 0,284 1,05 0,705 0,303 1,1 0,726 0,342 1,15 0,764 0,362 Từ đồ thị ta có các diện tích thành phần: 0,34 0,354 0,365 0,377 0,382 0,394 0,405 0,405 0,414 0,411 0,419 0,411 0,418 0,422 0,411 0,415 0,4 0,402 0,384 0,402 2,94 2,824 2,74 2,653 2,618 2,538 2,469 2,469 2,415 2,433 2,387 2,433 2,392 2,37 2,433 2,41 2,5 2,488 2,604 2,488 Noy=0,07+0,063+0,063+0,06+0,056+0,057+0,055+0,052+0,053+0,052+0,049+0, 05+0,051+0,048+0,051+0,048+0,05+0,05+0,113+0,05+0,05+0,1=1,795 Xác định chiều cao tương đương 1 đơn vị truyền khối GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 16 SVTH:Phạm Hồng Hải Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than Chiều cao 1 đơn vị truyền khối phụ thuộc đặc tính đệm,chế độ thủy động lực của tháp và tính chất hóa lí của các pha. H oy hy  mGtb h Ltb x Trong đó: hy , hx -chiều cao đệm tương đương với 1 đơn vị truyền khối theo pha khí và pha lỏng m-hệ số phân phối bằng hệ số góc đường tiếp tuyến với đường cân bằng Vì đường cân bằng là đường cong nên hệ số góc thay đổi nên ta xác định hệ số phân phối trung bình như sau m m1  m2  ...  mn n Trong đó: m1,m2,…,mn-các hệ số góc tiếp tuyến tại điểm 1,2,…,n của đường cân bằng n-số khoảng chia Từ đồ thị đường cân bằng ta tìm được m1=0,062 m2=0,198 m3=0,325 m4=0,453 m5=0,575 m6=0,694 m7=0,809 m8=0,923 m9=1,035 m10=1,144 m= 0,062  0,189  0,325  0,453  0,575  0,694  0,809  0,923  1,035  1,144 0,6209 10 Theo công thức ta có hy   Re0k , 25 Prk0, 67 , m a b 2  h x 256 x  x Trong đó: 3  Re l0, 25 Prl0,5 , m  b-hệ số phụ thuộc dạng đệm, đối với vòng Rasing b=0,123 -hệ số thấm ướt của đệm,xác định theo đồ thị phụ thuộc tỉ lệ mật độ tưới làm việc(U) trên mật độ tưới tối ưu(Utu) GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 17 SVTH:Phạm Hồng Hải Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than U Ltb * 3600 l * 0,785 * d k2 Trong đó: dk-đường kính tháp,m l-khối lượng riêng pha lỏng,kg/m3 Ltb-lưu lượng lỏng trung bình,kg/s 3,6265 * 3600 7,39 1000 * 0,785 * 1,52 U  Utu được tính theo công thức Utu=B*a Trong đó: B-hệ số phụ thuộc dạng quá trình, đối với hấp thụ B=0,158 a-diện tích bề mặt vật chêm,m2/m3 Utu=0,158*195=30,81 U 7,39 Tính tỉ số U  30,81 0,24 tu Tra đồ thị Hình IX.16 trang 178 Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2 =0,24 Đối với pha khí: 4k  k Tính Rey= a k Trong đó: k-vận tốc khí qua tiết diện tháp,m/s k-khối lượng riêng trung bình pha khí,kg/m3 a-diện tích bề mặt vật liệu chêm,m2/m3 k-độ nhớt động học của pha khí,Pa.s Độ nhớt động học của pha khí được tính như sau: M k ySO 2 M SO2 kk M kk   k  SO2  kk Mk-khối lượng phân tử hỗn hợp khí,g/mol 29,008 0,2289 *10 3 * 64 (1  0,2289 * 10  3 ) 29   k 0,014 *10 3 0,018 *10 3 k=0,01799*10-3Pa.s0,018*10-3 Pa.s GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 18 SVTH:Phạm Hồng Hải Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than 4 * 1,727 * 0,836 Vậy Rey= 195 * 0,018 * 10 3 1645,32 k Tính Prk=  D với Dk là hệ số khuếch tán SO2 trong pha khí,m2/s k k o DSO 10,3 * 10 6 m2/s 2 Dk ở điều kiện làm việc (40C): 3 o SO2 Dk  D P1 P2  T2   T1 3 2 760  273  40  2 2 5  10,3 * 10 6   1,26 * 10 m /s 760 273    Vậy giá trị của chuẩn số Prandi: Pr  0,018 * 10  3 1,7 0,836 * 1,26 * 10 5 Chiều cao 1 đơn vị truyền khối theo pha khí: 0,75 hy  1645,320 , 25 * 1,7 0, 67 1,18m 195 * 0,24 * 0,123 Đối với pha lỏng: Tính Rel  Trong đó: 4 Ltb 0,785D 2  x D-đường kính tháp,m =a=195 m2/m3 4 * 3,6265  Re l  0,785 *1,52 * 0,6560 * 10  3 *195 64,2 Hệ số khuếch tán SO2 trong nước ở 23C được tính theo công thức: 1 23 l D  10  6 1  13 AB 2  VSO 2   1 1   2  1 M M  SO2 H 2O   VH32 O   2    (Công thức 5.23 Sách Ví dụ và bài tập tập 10) Trong đó: -độ nhớt động học của nước ở 23C,=0,9385*10-3 Ns/m2=0,9385mPa.s A,B-các hệ số phụ thuộc tính chất dung môi B=4,7 dung môi là nước A=1 đối với khí GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 19 SVTH:Phạm Hồng Hải Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than Theo bảng 5.4 trang 227 sách Ví dụ và Bài tập_tập 10 VSO2 2 * Vo  Vs 2 * 8,3  25,6 42,2cm3 / mol Từ các số liệu trên ta tính được: 10 6 1   1 Dl23     1 1  64 18  14,7 * 10000 ,5 (42,2 3  14,8 3 ) 2 0,5 1,66 * 10 9 m2/s  Dl40 Dl23 1  b ttb  20  1,66 *10 9 1  0,02 40  20  2,324 *10 9 m2/s Với ttb=40C là nhiệt độ trung bình của pha lỏng b=0,20,5-1/3=0,2*0,93850,5*1000-1/3=0,02 Vậy chuẩn số Prandi của pha lỏng là: 0,9385 * 10 3 Prl  410,25 1000 * 2,324 *10 9 2  0,9385 * 10  3 hx 256 1000  3  64,20, 25 * 410,250,5 1,4m  Kết quả chiều cao 1 đơn vị truyền khối là: h o 1,18  0,6209 * 3,4403 1,4 2m 3,6265 Tổng chiều cao cần thiết cho lớp đệm: H=Noy*Hoy=1,795*2=3,59m Tỉ lệ H 3,59  2,39 40 D 1,5 nên đảm bảo lớp đệm hoạt động tốt Chiều cao phần tách lỏng Hc và Hd được chọn theo bảng sau,phụ thuộc vào đường kính tháp: D,m 1,0-1,8 2,0-2,6 2,8-4 D=1,5 m nên chọn Hc=0,8m,Hd=2m Hc,m 0,8 1 1,2 Hd,m 2 2,5 3 Vậy tổng chiều cao tháp hấp thụ là: Ht=H+Hd+Hc=3,59+0,8+2=6,39m II.4.Tính toán cơ khí : II.4.1.Chọn vật liệu: GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 20 SVTH:Phạm Hồng Hải