CHƯƠng I tổng quan về nguồn gốc khí thảI, TÁc hại và CÁc biện pháp xử LÍ HỖn hợp khí H2s và mercaptan có chứa bụI

Lượng khí xử lí trong một chu kì hấp phụ:

Lượng khí H₂S trong một chu kì

Thể tích H₂S hấp phụ trên 1 kg than

Nhiệt hấp phụ tích phân:

Đối với than hoạt tính thì hệ số:

Vậy

Lượng nhiệt phát sinh trong một chu kì hấp phụ:

Lượng nhiệt phát sinh này sẽ hấp thụ bởi: than, vỏ thiết bị và khí.Giả sử lượng nhiệt phát sinh trong suốt quá trình hấp phụ làm nóng than

Vậy than sau khi hấp phụ hết một chu kì nhiệt độ tăng lên không đáng kể có thể bỏ qua nhiệt hấp phụ.

3.2.TÍNH CƠ KHÍ CHO THÁP HẤP PHỤ THAN HOẠT TÍNH CÓ LỚP HẤP ĐỨNG YÊN VÀ LÀM VIỆC GIÁN ĐOẠN

Từ kết quả tính toán của phần 3.1, ta có các thông số của tháp hấp phụ:

Đường kính tháp hấp phụ: D_t = 1 m

Chiều cao lớp than: H = 1 m

Thông thường thì tỉ số H/D = 3/2 – 2. Chọn H/D = 2

Vậy chiều cao tháp hấp phụ H_t = 2 m

Do hỗn hợp khí cần xử lí có tính ăn mòn và hỗn hợp khí có độ ẩm nên ta chọn thân, đáy và nắp của thiết bị hấp phụ làm bằng thép không rĩ.

Theo tính chất cơ học của tấm thép (Tra từ Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất – Tập 2. Bảng VII.6). Ta có được đối với thép không rỉ

S = 4-20 mm

σ_k = 450.10^-6 N/m²

σ_c =240.10^-6 N/m²

ρ = 7,85 kg/m³

[σ] = 130.10^-6 N/m²

Hệ số hiệu chỉnh η = 1 ( Bảng XIII.2 - Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất .Tập 2)

Hệ số an toàn của thép không rỉ

n_k = 2.6

n_c = 1.6

(Bảng XIII.3 - Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất .T2)

Ứng suất cho phép

N/mm²

= 146 N/mm²

N/mm²

Áp suất làm việc trong thân thiết bị: P_lv = 1 at =0,1 N/mm²

Do D_t = 1000 mm và tra bảng XIII.8 - Sổ tay quá trình và thiết bị hoá học.Tập2.Ta có:



1/ Tính chiều dày thân

Ta có:

Nên chiều dày thân thiết bị:

mm

Chọn S = 4 mm (Sách: Thiết kế và tính toán các chi tiết thiết bị hoá chất .Tác giả: Hồ Lê Viên) là chiều dày tối thiểu khi thiết bị có D > 700 mm

Vậy chiều dày thân: S = 4 mm

Kiểm tra lí thuyết vỏ mỏng: (Hệ số ăn mòn: C_a = 1 mm)

Kiểm tra áp suất cho phép:

Vậy thân thiết bị có :

Chiều dày S = 4 mm

Chiều cao thân thiết bị H_t =2 – 2.0,275 = 1,45 m

Đường kính tháp hấp phụ D_t = 1 m

Khối lượng thép không rỉ tiêu tốn cho thân tháp là:

Chọn đáy và nắp làm bằng thép không rỉ và đáy nắp có cấu tạo theo elip tiêu chuẩn.

Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất.Tập 2 -Bảng XIII.10 thì đối với elip có gờ

D_t = 1000 mm

h_t = 250 mm

h = 25 mm

Diện tích bề mặt trong 1,16 m²

Đáy và nắp có đục lỗ và được tăng cứng hoàn toàn thì k = 1

Chiều dày đáy và nắp elip

mm

Do đó ta chọ mm

Kiểm tra thuyết vỏ mỏng:

(thoả thuyết vỏ mỏng)

Kiểm tra áp suất:

Khối lượng đáy (nắp) của elip:

m_nắp = m_đáy = 36 g thép không rỉ (Bảng XIII.11- Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất.Tập 2)

Vậy tổng khối lượng đáy và nắp thiết bị : m₂ = 2.36= 72 kg thép không rỉ

Q = 1200 m³/h = 0.3333 m³/s

Khí trong trong ống dẫn của quạt có vận tốc 4 – 15 m/s (Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất - tập 1)

Vận tốc khí đi trong ống là v_k = 10 m/s

Chiều ống L = 130 mm(Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất - Tập 2.Bảng XIII -32)

Chọn ống có đường kính 200 mmvà có chiều dày 5 mm

2/. Đường kính ống dẫn khí ra

Tương tự như ống dẫn khí vào có đường kính 200 mm và chiều dày S = 10 mm, L = 130 mm

d_{hơi nước} = 100 mm

S = 5 mm

L = 120 mm

d_{ngưng tụ} = 50 mm

S = 5 mm

L = 50 mm

Chọn d = 250 mm

Chiều dày S = 10 mm

L = 140 mm

Số lượng 2 cái

Do than có kích thước hạt trung bình d_e = 0,004 m, ta chọn mắc lưới có kích thước 2x2 mm và bề dày lưới 5 mm

b/ Lớp lưới đỡ than

Đường kính ngoài 1 m

Đường kính trong 0,98 m

Chiều rộng bước 20 mm

Bề dày lưới 20 mm

Khối lượng thép không rỉ cho lưới đở m = 24,53 kg

Ta có loại bích nối sau:

• 
  Bích nối đáy, nắp với thân thiết bị
  
• 
  Bích nối các ống dẫn khí ra vào thiết bị hấp phụ
  
• 
  Bích dẫn hơi quá nhiệt
  
• 
  Bích dẫn hơi nước ngưng tụ đi ra
  
• 
  Bích của cửa nhập liệu và tháo liệu
  

Các bích làm bằng thép CT3 do bích không tiếp xúc với khí ô nhiễm.

Số lượng gồm 4 bích liền bằng thép

Ta có: D_t = 1000 mm P = 0.1 N/mm².Nên tra bảng ta có:

• 
  Đường kính ngoài D_o = 1013 mm
  
• 
  Đường kính ngoài của bích D =1140 mm
  
• 
  Đường kính tâm bulong D_b = 1090 mm
  
• 
  Đường kính mép vát D_I = 1060 mm
  
• 
  Đường kính của bulong d_b = M20
  
• 
  Số bulong Z = 24 cái
  
• 
  Chiều cao của bích h = 20 mm
  

Số lượng 4 bích

Có d_k = 200 mm

• 
  Đường kính ngoài D_o = 219 mm
  
• 
  Đường kính ngoài của bích D =290 mm
  
• 
  Đường kính tâm bulong D_b = 255 mm
  
• 
  Đường kính mép vát D_I = 232 mm
  
• 
  Đường kính của bulong d_b = M16
  
• 
  Số bulong Z = 8 cái
  
• 
  Chiều cao của bích h = 22 mm
  

Số lượng 2 bích

Có d_k = 100 mm

• 
  Đường kính ngoài D_o = 108 mm
  
• 
  Đường kính ngoài của bích D =205 mm
  
• 
  Đường kính tâm bulong D_b = 170 mm
  
• 
  Đường kính mép vát D_I = 148 mm
  
• 
  Đường kính của bulong d_b = M16
  
• 
  Số bulong Z = 4 cái
  
• 
  Chiều cao của bích h = 18 mm
  

Số lượng 2 bích

Có d_k = 50 mm

• 
  Đường kính ngoài D_o = 57 mm
  
• 
  Đường kính ngoài của bích D =140 mm
  
• 
  Đường kính tâm bulong D_b = 110 mm
  
• 
  Đường kính mép vát D_I = 90 mm
  
• 
  Đường kính của bulong d_b = M12
  
• 
  Số bulong Z = 4 cái
  
• 
  Chiều cao của bích h = 16 mm
  

Số lượng 4 bích

Có d_k = 250 mm

• 
  Đường kính ngoài D_o = 273 mm
  
• 
  Đường kính ngoài của bích D = 390 mm
  
• 
  Đường kính tâm bulong D_b = 335 mm
  
• 
  Đường kính mép vát D_I = 365 mm
  
• 
  Đường kính của bulong d_b = M16
  
• 
  Số bulong Z = 12 cái
  
• 
  Chiều cao của bích h = 24 mm
  

Số lượng chân đở là 3 chiếc và làm bằng thép CT3

Trọng lượng toàn tháp hấp phụ:

kg

Tải trọng đặt đặt lên mỗi chân đỡ:

Tra bảng XIII.35 (Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất.Tập 2)

L = 110 mm

B = 80 mm

B₁ = 95 mm

B₂ = 110 mm

H = 180 mm

h = 120 mm

s = 6 mm

l = 40 mm

d = 18 mm

Bề mặt đở F = 85,5.10^-4 m²

Tải trọng cho phép lên bề mặt đỡ q = 0,29.106 N/m²

Khối lượng thép CT3 của chân đỡ: kg thép CT3

Ta có lưu lượng khí thải đầu vào: Q = 1200 m³/h = 0,3333 m³/s

Chọn vận tốc qui ướt trong cyclone: m/s

Đường kính của cyclone:

Chọn cyclone có D = 0,4 m

Vận khí trong cyclone:

m/s

Các thông số chế tạo cyclone theo loại IIH15:

- Chiều cao cửa vào: a = 0,66.D = 0,66.0,4 = 0,26 m

- Chiều cao ống tâm có mặt bích: h₁ = 1,74D = 1,74.0,4= 0,7 m

- Chiều cao phần hình trụ: h₂ = 2,26D = 2,26.0,4 = 0,91 m

- Chiều cao phần hình nón: h₃ = 2D = 2.0,4 = 0,8 m

- Chiều cao phần bên trong ống tâm: h₄ = 0,3D = 0,3.0,4 = 0,12 m

- Chiều cao chung: H = 4,56.D = 4,56.0,4 = 1,824 m

- Chiều dài của ống vào: l = 0,6D = 0,6.0,4 = 0,24 m

- Chiều cao phần bên trong ống tâm: h₄ = 0,3.D = 0,3.0,4 = 0,12 m

- Đường kính ống tháo ra: d₁ = 0,6.D = 0,6.0,4 = 0,24 m

- Đường kính của cửa tháo bụi: d₂ = 0,4D = 0,4.0,4 = 0,16 m

- Chiều rộng cửa tháo bụi: b₁/b₂ = 0,26D/0,2D = 0,26.0,4/0,2.0,4 = 0,104/0,08

- Độ nghiên cửa vào;

- Trở lực của cyclone

Cyclone được chế tạo từ thép không rỉ và có chiều dày S = 4 mm

Khối lượng cyclone có 2 phần chính là: vỏ ngoài, ống tâm

Khối lượng thép không rỉ cần thiết để chế tạo một cyclone khoảng:

Tổn thất áp suất khi qua cyclone:

Số lượng 2 quạt.Vị trí đặt sau cyclone và tháp hấp phụ

Lưu lượng Q = 1200 m³/h = 0.3333 m³/s

a/Quạt hút đặt sau cyclone

Công suất của quạt hút: Kw

Hiệu suất của quạt hút η = 0.6

Công suất quạt hút

Công suất động cơ điện

Với k là hệ số dự trữ và k = 1,1-1,15

-> cộng suất động cơ Kw = 0,45 Hp

Chọn quạt có công suất 0,5 Hp

Tổn thất áp lực của dòng khi đi qua lớp lưới đở

Vận tốc dòng khí đi qua lớp lưới: giả sử diện tích khí đi qua bằng 50 % diện tích bề mặt tháp do đó khí đi qua lớp lưới có vận tốc là v = 0,42.2 = 0,84 m/s.Khối lượngriêng của khí ρ = 1,6645 kg/m³ và hệ số tổn thất cục bộ khi đi qua lớp lưới

= 17,62(N/m²)

Tổn thất áp lực qua lớp than hoạt tính

Tính vận tốc qua lớp than;

• 
  Vật tốc dòng khí đi qua lớp than: m/s = 82,68 ft/min
  
• 
  Chiều cao lớp than H= 0,6 m = 23,62 in
  

Vậy tổn thất áp suất là =17,62 + 1,62.10³ = 1637,6 N/m²

Vậy công suất của quạt hút là:

Kw

Công suất động cơ điện

Với k là hệ số dự trữ và k= 1,1-1,15

-> cộng suất động cơ Kw = 1,4 Hp

Chọn quạt có công suất 1,5 Hp

-Tải lượng phát tán chất ô nhiễm bằng lưu lượng khối lượng H₂S đầu ra của tháp hấp phụ: M = G_cH2S = 2,73.10^-6 kgH₂S/s = 2,73.10^-3 gH₂S/s

Chiều cao tối thiểu của ống khói:

Trong đó:

• 
  A: hệ số ổn định của khí quyển. Đối với Việt Nam A = 200-240
  
• 
  M: tải lượng phát tán chất ô nhiễm phát tán (g/s)
  
• 
  F: hệ số khuếch đại của chất khuếch tán. Đối với chất khí thì F = 1
  
• 
  C_cp: nồng độ chất ô nhiễm cho phép chất ô nhiễm sau khi phát tán và lấy bằng tiêu chuẩn khí thải công nghiệp C_cp = 7,5 mg/m³ = 7,5.10^-3 g/m³. Giả sử xung quanh không có nhà máy thải khí H₂S do C_nen = 0
  
• 
  Q: lưu lượng khí thải Q = 0,3333 m³/s
  
• 
  .Do thiết bị hoạt động trong vùng đẳng nhiệt do đó chênh lệch nhiệt độ giữa khí thải và môi trường xunh quanh không đáng kể nên có thể bỏ qua.
  
• 
  m.n = 1
  

Xây ống khói có chiều cao khoảng H = 15 m

Ống khói cao H = 15 m và có đường kính cổ ống khói D = 0,6 m.Giá thành để xây ống khói 17 triệu đồng

Quạt hút có cộng suất 1,5 Hp giá thành khoảng 5 triệu

Quạt hút có cộng suất 0,5 Hp giá thành khoảng 2,5 triệu
4.1.5 Chi phí cho hệ thống ống thu gom khí thải chế tạo từ thép không rỉ và các bích: khoảng 15 triệu

Vậy tổng số tiền lắp đặt = 62,106 + 16,238 +17 + 5 + 2,5 + 15= 117,844 triệu

- Điện cho 2 quạt (tổng công xuất cho 2 quạt là 1,5 Kw), trong 1 ngày nhà máy vận hành hệ thống xử lí trong 1 ca là 4 giờ thì tiền điện 6,48 triệu.

-Tiền tái sinh than hoạt tính: sau khoảng thời gian 189 giờ (khoảng 47 ca hệ thống hoạt động) ta tiến hành tái sinh than hoạt tính bằng hơi quá nhiệt.Chi phí tái sinh than hoạt tinh gồm 2 phần: chi phí nước tạo hơi và năng lượng tạo hơi quá nhiệt.

Định kiểm tra chất lượng khí thải đầu ra có đạt theo yêu cầu đầu ra hay không, nếu không đạt thì tìm nguyên nhân và khắc phục sự cố.

1/Trần Ngọc Chấn - Ô nhiễm không khí và kỹ thuật xử lí khí thải

+ Ô nhiễm không khí và tính khuyếch tan chất ô nhiễm.Tập 1

+ Cơ học về bụi và phương pháp xử lí bụi. Tập 2

+ Lý thuyết tính toán và công nghệ xử lí khí độc hại. Tập 3

2/Đinh Xuân Thắng - Ô nhiễm không khí

3/Hoàng Kim Cơ - Tính toán kỹ thuật lọc bụi và làm sạch khí

4/Vũ Bá Minh - Quá trình và thiết bị công nghệ hoá học thực phẩm / Truyền khối.Tập 3

5/Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông, Phạm Xuân Toản, Đỗ Văn Đài, Long Thanh Hùng, Dinh Văn Hùng, Phạm Văn Thơm - Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất.Tập 1, 2.

6/Hồ Lê Viên - Thiết kế và tính toán các chi tiết thiết bị hoá chất.

7/Dư Mỹ Lệ - Bài giảng môn “Ô nhiễm không khí” và môn “ Kỹ thuật xử lí ô nhiễm không khí”

8/Nguyễn Văn Phước, Dương Thị Thành, Nguyễn Thị Thanh Phượng - Kỹ thuật xử lí chất thải công nghiệp.

9/Trịnh Văn Dũng - Quá trình và thiết bị công nghệ hoá học.Bài tập Truyền Khối

10/Đỗ Văn Đài, Nguyễn Trọng Khuông, Trần Quang Thảo, Võ Thị Tươi, Trần Xoa – Cơ sở các quá trình và thiết bị công nghệ hoá học.Tập 1,2

11/Nguyễn Văn Phước - Bài giảng môn “ Quá trình công nghệ môi trường II”

12/Trần Hùng Dũng, Nguyễn Văn Lục, Vũ Bá Minh - Hoàng Minh Nam – Các quá trình cơ học

13/Sổ tay hoá lý

14/Nguyễn Duy Động - Thông gió và kỹ thuật xử lí khí thải

15/Sổ tay Peery

16/C David cooper, F G.Alley - Air pollution control