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%, Khu công nghiệp Long Bình, TP Biên Hòa, Đồng Nai

ñoái vôùi moät soá loaïi khí coù maët trong hoãn hôïp khí noùi chung vaø trong khí thaûi noùi rieâng, trong quaù trình ñoù caùc phaân töû chaát khí oâ nhieãm trong khí thaûi bò giöõ laïi treân beà maët cuûa vaät lieäu raén. Vaät lieäu raén söû duïng trong quaù trình naøy ñöôïc goïi laø chaát haáp phuï (adsorbent), coøn chaát khí bò giöõ laïi trong chaát haáp phuï ñöôïc goïi laø chaát bò haáp phuï (adsorbate). Quaù trình haáp phuï ñöôïc söû duïng roäng raõi ñeå khöû aåm trong khoâng khí hoaëc trong moâi tröôøng khí noùi chung, khöû khí ñoäc haïi vaø muøi trong khí thaûi, thu hoài caùc loaïi hôi, khí coù giaù trò laãn trong khoâng khí hoaëc khí thaûi. Quaù trình haáp phuï ñöôïc aùp duïng raát phuø hôïp cho nhöõng tröôøng hôïp: Chaát khí oâ nhieãm khoâng chaùy ñöôïc hoaëc khoù ñoát chaùy. Chaát khí caàn khöû coù giaù trò vaø caàn thu hoài. Chaát khí oâ nhieãm coù noàng ñoä thaáp trong khí thaûi maø caùc quaù trình khöû khí khaùc khoâng theå aùp duïng ñöôïc. Quaù trình haáp phuï ñöôïc chia thaønh haáp phuï vaät lyù (physical adsorption) vaø haáp phuï hoaù hoïc(chemisorption). Haáp phuï vaät lyù: Trong haáp phuï vaät lyù caùc phaân töû khí bò huùt vaøo beà maët cuûa chaát haáp phuï nhôø coù löïc lieân keát giöõa caùc phaân töû (löïc Vander Waals). Haáp phuï laø quaù trình coù toûa nhieät. Löôïng nhieät toûa ra phuï thuoäc vaøo cöôøng ñoä cuûa löïc lieân keát phaân töû vaø töông ñöông vôùi entanpy (nhieät) ngöng tuï cuûa hôi, khí. Löôïng nhieät ñoù naèm trong khoaûng töø 2 – 20 kJ/g.mol. Öu ñieåm cuûa quaù trình haáp phuï vaät lyù laø quaù trình thuaän nghòch. Baèng caùch haï thaáp aùp suaát rieâng cuûa chaát khí caàn haáp phuï trong hoãn hôïp khí hoaëc thay ñoåi nhieät ñoä, khí ñaõ bò haáp phuï nhanh choùng ñöôïc nhaû ra maø baûn chaát hoùa hoïc cuûa noù khoâng heà bò thay ñoåi. Trong tröôøng hôïp naøy söï thay ñoåi nhieät ñoä ñöôïc aùp duïng moät caùch phoå bieán nhaát. Tính chaát thuaän nghòch cuûa quaù trình haáp phuï vaät lyù coù yù nghóa ñaëc bieät quan troïng khi caàn thu hoài chaát bò haáp phuï coù giaù trò hoaëc khi caàn hoaøn nguyeân chaát haáp phuï ñaõ baõo hoøa ñeå taùi söû duïng. Löôïng khí bò haáp phuï baèng quaù trình haáp phuï vaät lyù giaûm raát nhanh khi nhieät ñoä taêng vaø coù trò soá raát beù khi nhieät ñoä cao hôn nhieät ñoä tôùi haïn cuûa chaát bò haáp phuï. Löôïng khí bò haáp phuï tyû leä thuaän theo dieän tích beà maët cuûa vaät lieäu haáp phuï. Moät öu ñieåm nöõa cuûa haáp phuï vaät lyù laø toác ñoä haáp phuï dieãn ra raát nhanh. Haáp phuï hoùa hoïc : Haáp phuï hoùa hoïc laø keát quaû cuûa caùc phaûn öùng hoùa hoïc giöõa chaát bò haáp phuï vaø vaät lieäu haáp phuï. Trong tröôøng hôïp naøy löïc lieân keát maïnh hôn nhieàu so vôùi löïc lieân keát trong haáp phuï vaät lyù. Do ñoù löôïng nhieät toûa ra lôùn hôn nhieàu so vôùi löôïng nhieät ñöôïc giaûi phoùng trong haáp phuï vaät lyù. Löôïng nhieät naøy thöôøng naèm trong khoaûng 20 – 400 kJ/g.mol. Do löôïng nhieät haáp phuï hoùa hoïc lôùn, naêng löôïng caàn cho phaûn öùng giöõa caùc phaân töû cuûa chaát bò haáp phuï vôùi phaân töû cuûa chaát haáp phuï laø ít hôn ñaùng keå so vôùi naêng löôïng caàn cho phaûn öùng cuûa caùc chaát aáy ngay trong pha khí. Chi phí ít naêng löôïng cho phaûn öùng laø cô sôû ñeå giaûi thích hieäu quaû cuûa chaát xuùc taùc baèng beà maët chaát raén trong vieäc thuùc ñaåy nhanh moät soá quaù trình hoùa hoïc trong coâng ngheä hoùa chaát. Moät ñaëc ñieåm khaùc bieät quan troïng nöõa cuûa haáp phuï hoùa hoïc so vôùi haáp phuï vaät lyù laø tính chaát khoâng thuaän nghòch cuûa quaù trình. Khi caàn giaûi thoaùt khí ñaõ bò haáp phuï trong quaù trình haáp phuï hoùa hoïc thì baûn chaát hoùa hoïc cuûa khí bò thay ñoåi. Do ñoù neáu muoán thu hoài khí coù giaù trò hoaëc hoaøn nguyeân chaát haáp phuï ñeå taùi söû duïng thì caàn choïn vaät lieäu haáp phuï naøo coù tính chaát haáp phuï vaät lyù laø chuû yeáu. Neáu toác ñoä cuûa quaù trình haáp phuï hoùa hoïc phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä, ngöôøi ta goïi laø quaù trình haáp phuï hoùa hoïc kích hoaït (activated chemisorption, töùc coù theå kích hoaït ñöôïc). Coøn neáu quaù trình haáp phuï xaûy ra raát nhanh vaø khoâng phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä, ngöôøi ta goïi ñoù laø quaù trình haáp phuï hoùa hoïc khoâng kích hoaït (nonactivated chemisorption). Hình 2.4: Thieát bò haáp phuï Doøng khí thaûi ñi vaøo thieát bò töø oáng 1. Khi doøng khí thaûi ñi qua caùc lôùp vaät lieäu haáp phuï 2, khí thaønh phaàn trong hoãn hôïp khí thaûi ñöôïc baùm giöõ treân caùc beà maët cuûa caùc haït vaät lieäu coøn khoâng khí saïch ñöôïc xaû ra ngoaøi qua oáng 3. Vaät lieäu haáp phuï ñöôïc aùp duïng trong kyõ thuaät xöû lyù khí thaûi coù söï phaùt trieån beà maët beân trong raát lôùn vaø chuùng caàn phaûi ñaùp öùng moät soá yeâu caàu : Coù khaû naêng haáp phuï lôùn. Khoâng taùc duïng hoùa hoïc vôùi caùc thaønh phaàn khí rieâng bieät coù trong khí thaûi. Coù tính löïa choïn cao. Coù ñoä beàn cô hoïc cao, yeâu caàu naøy caàn ñöôïc chuù yù hôn khi söû duïng chuùng trong nhöõng thieát bò hoaït ñoäng lieân tuïc. Coù khaû naêng hoaøn nguyeân. Coù giaù thaønh haï. 2.2.6. Phöông phaùp haáp thuï: Söï haáp thuï laø quaù trình huùt thu choïn loïc moät hay moät soá thaønh phaàn cuûa hoãn hôïp khí baèng chaát huùt thu theå dòch, ta goïi chaát huùt thu theå dòch laø chaát haáp thuï. Vì vaäy ta coù theå hieåu phöông phaùp haáp thuï laø phöông phaùp laøm saïch khí thaûi cuûa caùc nhaø maùy, xí nghieäp ñeå taùch ra nhöõng thaønh phaàn giaù trò töø doøng khí vaø ñöa noù trôû laïi vaøo quaù trình coâng ngheä ñeå tieáp tuïc söû duïng hoaëc laø ñeå taùch ra nhöõng chaát ñoäc haïi trong doøng khí tröôùc khi thaûi vaøo moâi tröôøng xung quanh. Thoâng thöôøng söû duïng laøm saïch haáp thuï hôïp lyù khi noàng ñoä cuûa thaønh phaàn khí ñoäc haïi trong doøng khí thaûi khaù lôùn: cao hôn 1% theo theå tích. Söï haáp thuï goàm 2 phöông thöùc: haáp thuï vaät lyù vaø haáp thuï hoùa hoïc. Haáp thuï vaät lyù: nhöõng phaàn töû bò haáp thuï khoâng ñi vaøo nhöõng phaàn töû haáp thuï, nghóa laø quaù trình haáp thuï thaønh phaàn rieâng baèng chaát haáp thuï khoâng keùo theo phaûn öùng hoùa hoïc. Khi aùp suaát rieâng phaàn cuûa khí thaønh phaàn coù trong hoãn hôïp khí cao hôn aùp suaát caân baèng treân beà maët dòch thì quaù trình haáp thuï tieáp tuïc. Haáp thuï vaät lyù thöôøng ngöôøi ta söû duïng chaát haáp thuï phoå bieán nhaát laø nöôùc, ñoàng thôøi caû nhöõng dung dòch höõu cô - khoâng ñieän phaân, khoâng phaûn öùng vôùi khí thaønh phaàn vaø dung dòch cuûa chuùng. Söû duïng nöôùc raát hôïp lyù ñeå laøm saïch theå tích lôùn khí thaûi aùp suaát thaáp (khí thaûi saûn xuaát coâng nghieäp), bôûi vì trong nhöõng thieát bò lôùn khoù maø traùnh khoûi toån hao dung dòch haáp thuï, maø nöôùc laïi laø chaát haáp thuï reû, deã kieám. Haáp thuï hoùa hoïc: nhöõng phaàn töû bò haáp thuï seõ taùc ñoäng töông hoå hoùa hoïc vôùi caùc phaàn töû hoaït tính khí cuûa chaát haáp thuï vaø taïo thaønh hoãn hôïp hoùa hoïc môùi. Khi naøy aùp löïc caân baèng cuûa khí thaønh phaàn treân beà maët dung dòch ít hôn moät chuùt so vôùi söï haáp thuï vaät lyù vaø noù coù khaû naêng taùch ra hoaøn toaøn khoûi doøng khí thaûi. Khi haáp thuï hoùa hoïc coù theå söû duïng nhöõng hôïp chaát hoùa hoïc sau: dung dòch monoetanolamin, dietanolamin, ammoniac, nhöõng dung dòch natri carbonat nhöõng phaân töû cuûa khí thaønh phaàn hoøa tan trong dung dòch ñi vaøo phaûn öùng vôùi nhöõng phaân töû thaønh phaàn hoaït tính cuûa chaát haáp thuï. Ña soá caùc phaûn öùng laø toûa nhieät vaø thuaän nghòch, do ñoù khi taêng nhieät ñoä dung dòch thì hôïp chaát taïo thaønh ñöôïc phaân huûy vaø seõ taùch thaønh nhöõng thaønh phaàn ban ñaàu. Hình 2.5: Thieát bò haáp thuï Thieát bò haáp thuï coù chöùc naêng taïo ra beà maët tieáp xuùc caøng lôùn caøng toát giöõa 2 pha khí vaø loûng. Thieát bò haáp thuï khí ñoäc haïi baèng phöông phaùp röûa khí thöôøng laø caùc thaùp röûa khí, doøng khí thaûi ñi vaøo thieát bò qua oáng 1, chaát loûng ñöôïc phun thaønh caùc haït nhoû chuyeån ñoäng ngöôïc vôùi höôùng chuyeån ñoäng cuûa doøng khí thaûi (hoaëc theo höôùng caét ngang). Caùc haït nhoû li ti tieáp xuùc vôùi khí thaûi vaø haáp thuï khí ñoäc haïi trong khí thaûi, caùc lôùp vaät lieäu ñeäm 2 laøm taêng dieän tích tieáp xuùc giöõa 2 pha, giuùp taêng hieäu quaû cuûa thieát bò. Taïi lôùp taùch aåm 4, löôïng khí thaûi vöøa ñöôïc xöû lyù (trôû thaønh khí saïch) ñöôïc ñöa ra moâi tröôøng ngoaøi hoaëc cuõng taïi ñaây moät soá dung dòch ñöôïc hoaøn nguyeân vaø ñöôïc chuyeån sang coâng ñoaïn khaùc. Doøng caën seõ ñöôïc thaùo ra ngoaøi qua oáng 6. Löôïng dung dòch haáp thuï töôùi trong thieát bò khoaûng 1.3 ñeán 2.6 mg/m3. Hieäu quaû coù theå ñaït ñeán 95% tuøy thuoäc vaøo loaïi khí ñoäc haïi vaø dung dòch haáp thuï. Öu ñieåm cuûa phöông phaùp : thích hôïp vôùi caùc loaïi khí ñoäc haïi deã hoøa tan trong dung dòch hay deã phaûn öùng vôùi caùc taùc nhaân haáp thuï chöùa trong nöôùc nhö laø caùc khí SO2, NOx,HF, HCl Nhöôïc ñieåm : nöôùc thaûi cuûa thieát bò seõ bò nhieãm baån vaø nhieàu khi phaûi coù thieát bò xöû lyù nöôùc keøm theo. Xöû lyù caùc chaát ñoäc haïi coù trong khí thaûi baèng phöông phaùp haáp thuï ñöôïc söû duïng nhieàu khi löu löôïng doøng khí thaûi lôùn vôùi noàng ñoä caùc khí ñoäc haïi khaù cao. Ngoaøi ra khi söû duïng phöông phaùp naøy mang laïi hieäu quaû kinh teá cao vaø coù theå thu hoài caùc chaát söû duïng tuaàn hoaøn hoaëc chuyeån sang coâng ñoaïn saûn xuaát ra saûn phaåm khaùc. Tuy nhieân chaát haáp thuï coâng nghieäp aùp duïng trong quaù trình laøm saïch lieân tuïc doøng khí caàn phaûi thoûa maõn moät soá yeâu caàu sau: Coù ñuû khaû naêng haáp thuï cao. Coù tính choïn loïc cao theo quan heä vôùi thaønh phaàn caàn ñöôïc taùch ra. Coù theå coù tính boác hôi nhoû. Coù nhöõng tính chaát ñoäng hoïc toát. Coù khaû naêng hoaøn nguyeân toát. Coù tính oån ñònh nhieät hoùa hoïc. Khoâng coù taùc ñoäng aên moøn nhieàu ñeán thieát bò. Coù giaù thaønh reû vaø deã kieám trong saûn xuaát coâng nghieäp. Ta thaáy raèng khoâng coù chaát haáp thuï naøo thoûa maõn ñöôïc taát caû caùc yeâu caàu treân neân trong moãi tröôøng hôïp cuï theå neân choïn chaát haáp thuï thoûa maõn ñöôïc nhöõng yeâu caàu cô baûn. Trong kyõ thuaät xöû lyù khí thaûi baèng phöông phaùp haáp thuï, nöôùc laø loaïi chaát haáp thuï saün coù, giaù reû vaø thuaän tieän nhaát. Tuy nhieân, nöôùc chæ haáp thuï ñöôïc moät soá ít loaïi khí ñoäc haïi, hôn nöõa möùc ñoä haáp thuï vaät lyù cuûa nöôùc cuõng bò haïn cheá. Trong nhieàu tröôøng hôïp ngöôøi ta phaûi aùp duïng phöông phaùp haáp thuï hoùa hoïc baèng caùc loaïi dung dòch hoùa chaát khaùc nhau tuøy theo chaát ñoäc haïi caàn khöû. CHÖÔNG III ÑEÀ XUAÁT PHÖÔNG AÙN VAØ TÍNH TOAÙN COÂNG TRÌNH XÖÛ LYÙ KHÍ THAÛI CHO NHAØ MAÙY 3.1. Ñeà xuaát phöông aùn : 3.1.1. Tính toaùn taûi löôïng khí thaûi loø hôi : Theo Cô quan quaûn lyù moâi tröôøng cuûa Myõ (USEAP), heä soá oâ nhieãm cuûa caùc khí thaûi ñaëc tröng do ñoát daàu FO (3%S) cho trong baûng sau: (4 loaïi khí thaûi ñaëc tröng laø SO2, NO2, CO vaø buïi) Chaát oâ nhieãm Heä soá oâ nhieãm khi duøng daàu FO (g/1000l daàu) SO2 54000 NO2 9600 CO 500 Buïi 2750 (Nguoàn : USEAP) Löôïng daàu FO söû dung laø 150 lít/h cho loø hôi 2 taán. Caên cöù theo baûng treân ta coù theå tính ñöôïc taûi löôïng caùc chaát oâ nhieãm nhö sau: Chaát oâ nhieãm Taûi löôïng caùc chaát oâ nhieãm (g/h) SO2 54000 * 0,15 = 8100 NO2 9600 * 0,15 = 1440 CO 500 * 0,15 = 75 Buïi 2750 * 0,15 = 412,5 Cuõng caên cöù vaøo löôïng daàu söû duïng, tính toaùn löu löôïng khí thaûi ra: Löôïng khoâng khí lyù thuyeát ñeå ñoát chaùy 1 kg daàu FO laø : Lt = 11,53.C + 34,34. + 4,29.S Lt = 11,53.0,875 + 34,34. + 4,24.0,03 Lt = 13,63 (kg khoâng khí / kg FO) Lt = 10,55 (m3/kg FO) Löôïng khí thaûi tính ôû ñieàu kieän chuaån (1at,2730K) : LK = (mf – mNC) + Lt Vôùi mf = 1 mNC = 0,004 laø haøm löôïng tro LK = (1 – 0,004) + 13,63 = 14,63 (kg/kg FO) = 11,32 (m3/kg FO) Löôïng khí thaûi tính ôû nhieät ñoä 2000C vaø heä soá khoâng khí thöøa laø 1,15 : L = 11,32.1,15. = 22,55 (m3/kg FO) Vôùi löôïng daàu tieâu thuï laø 150 lít/h, coù theå tính ñöôïc löu löôïng khí thaûi trong moät giôø ñoái vôùi nguoàn thaûi naøy nhö sau : Lg = 22,55 . 150 . 0,97 = 3281,025 (m3/h) = 0,911 (m3/s) Tính ñöôïc taûi löôïng caùc chaát oâ nhieãm vaø löu löôïng khí thaûi, ta coù theå tính ñöôïc noàng ñoä caùc chaát oâ nhieãm trong khí thaûi loø hôi nhö sau : Chaát oâ nhieãm Taûi löôïng oâ nhieãm (g/h) Löu löôïng khí thaûi (m3/h) Noàng ñoä caùc chaát oâ nhieãm (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 Buïi 412.5 3281.025 12.57 200 Keát quaû tính toaùn cho thaáy, coâng ty söû duïng daàu FO vôùi haøm löôïng 3%S thì noàng ñoä SO2 trong khí thaûi vöôït tieâu chuaån cho pheùp raát nhieàu laàn, caùc khí coøn laïi vaø buïi ñeàu naèm trong khoaûng cho pheùp. 3.1.2. Ñeà xuaát phöông aùn : Chaát oâ nhieãm Noàng ñoä caùc chaát oâ nhieãm (mg/m3) TCVN 5939:2005 (mg/m3) SO2 2468.74 500 NO2 438.89 580 CO 22.86 1000 Buïi 12.57 200 Baûng treân cho thaáy trong khí thaûi töø loø hôi chæ coù SO2 laø vöôït tieâu chuaån TCVN 5939:2005 nhieàu laàn,caùc khí coøn laïi vaø buïi ñeàu naèm trong khoaûng cho pheùp. Do ñoù sô ñoà xöû lyù khí thaûi ñöôïc choïn laø: Hình 3.1: Sô ñoà khoái heä thoáng xöû lyù khí thaûi Khí thaûi töø loø hôi Cyclon Oáng khoùi Thaùp haáp thu Beå chöùa dd tuaàn hoaøn Traïm XLNT Dung dòch tuaàn hoaøn Hình3.2: Sô ñoà coâng ngheä heä thoáng xöû lyù khí thaûi Khí thaûi töø loø hôi ñöôïc thu gom vaø theo ñöôøng oáng daãn khí ñeán Cyclon. Taïi Cyclon, moät löôïng buïi trong khí thaûi seõ ñöôïc giöõ laïi ôû ñaùy Cyclon vaø ñöôïc thaùo ra ngoaøi. Löôïng khí thaûi seõ tieáp tuïc cho vaøo thaùp haáp thuï . Khí thaûi ñöôïc ñöa vaøo töø phaàn döôùi cuûa thaùp, dung dòch haáp thu ñöôïc ñöa töø treân xuoáng qua voøi phun. Traûi qua quaù trình truyeàn khoái pha khí vaø pha loûng seõ tieáp xuùc vaø xaûy ra quaù trình khí SO2 taùc duïng vôùi dung dòch huyeàn phuø (ñaây laø quaù trình haáp thu hoùa hoïc). SO2 + CaCO3 + ½ O2 = CaSO4 + CO2 Keát quaû laø SO2 töø khí chuyeån thaønh daïng muoái trong chaát loûng, do ñoù doøng khí trôû neân saïch hôn vaø ñöôïc thaûi ra ngoaøi qua oáng khoùi. Dung dòch loûng ñöôïc thu hoài ôû ñaùy thaùp haáp thu vaø ñöôïc ñöa tôùi beå chöùa dung dòch tuaàn hoaøn. Taïi ñaây dung dòch seõ ñöôïc bôm tuaàn hoaøn trôû vaøo thaùp haáp thu, coøn muoái seõ ñöôïc ñöa tôùi traïm XLNT taäp trung cuûa khu coâng nghieäp. 3.2. Tính toaùn thieát keá : 3.2.1. Cyclon : L = 3281,025 m3/h = 0,911 m3/s tokhoùi thaûi = 200oC rbuïi = 2200 kg/m3 vE = 15 m/s Choïn aùp suaát laøm vieäc 760 mmHg. Theo coâng thöùc thöïc nghieäm Sutherland – saùch OÂNKK & XLKT cuûa Traàn Ngoïc Chaán : Choïn cyclon daïng LIOT (Vieän BHLÑ Petecbua LB nga). Dieän tích tieát dieän ngang cuûa mieäng oáng daãn vaøo cyclon: Theo baûng 7.5 trang118 (saùch OÂNKK&XLKT – Traàn Ngoïc Chaán, taäp 2) a = 0,36.D2 b = 0,21.D2 Þ Þ D2 = 0,891 choïn D2 = 0,9 (m) a = 0,324 (m) choïn a = 0,33 (m) b = 0,189 (m) choïn b = 0,19 (m) Chieàu cao cuûa cyclon: l = 2,8.D2 = 2,52 (m) re = r2 + b/2 = 0,45 + 0,19/2 = 0,545 Ñöôøng kính oáng thoaùt khí saïch D1: D1 = 0,59.D2 = 0,531 (m) Toån thaát aùp suaát trong cyclon : Vaän toác doøng khí ra khoûi xiclon : Vaän toác tieáp tuyeán trung bình cuûa haït buïi trong cyclon coù theå nhaän = 0,7.vE VtTB = 0,7.15 = 10,5 (m/s) Baùn kính trung bình cuûa voøng chuyeån ñoäng xoaén oác cuûa haït buïi trong cyclon : Ñöôøng kính giôùi haïn cuûa haït buïi: =1,124.10-5(m)=11,24(µm) Hieäu suaát thu hoài buïi : vôùi Ñöôøng kính haït buïi (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 Baûng 3.1: Hieäu suaát cuûa Cyclon 3.2.2. Thaùp haáp thuï : 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 AÙp suất: = 1 at Nhiệt độ khí ra: = 30oC Nhiệt độ laøm việc của thaùp: = 30oC Nhiệt độ dung dịch vaøo: = 25oC Hieäu quaû yeâu caàu xöû lyù ñaït 80%. Khí đầu vaøo: + Nồng độ khí ban đầu: Cbñ = = = 0,04 (mol /l) = 40 (mol /m3) +Nồng độ khí SO2 đầu vaøo: [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) + Löu löôïng hoãn hôïp khí ñaàu vaøo : Gñ = V. rhh Trong ñoù V : theå tích hoãn hôïp khí: 3281,025 (m3/h) rhh : khoái löôïng rieâng cuûa hoãn hôïp khí Trong ñoù T : nhieät ñoä pha khí trong ñieàu kieän ñang xeùt = 35 + 273 = 3080K PSO2 : aùp suaát rieâng phaàn cuûa SO2 trong 1 m3 hoãn hôïp khí Ptr = P0 – PSO2 = 760 – 0,741 = 759,259 (mmHg) à à Gñ = (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 dòch haáp thu : Söû duïng CaCO3 daïng huyeàn phuø coù tyû leä veà khoái löôïng = 1 : 10 Mhp = = 19,45 ( g hp / mol hp ) Khối lượng rieâng huyền phuø : ρhp = = = 1060 (kg/m3) Phương trình caân bằng của quaù trình hấp thu : Phương trình đường caân bằng thực nghiệm của quaù trình hấp thu: LgP*SO2 = 3,58 + 1,87.lg[SO2] + 2,24.10-2.T – 1960/T (1) Trong ñoù : P*SO2 :aùp suất rieâng phần SO2 caân bằng ( mmHg) T : nhieät ñoä laøm vieäc cuûa thaùp. T = 300C = 3030K [SO2] : Nồng độ caân bằng ( mol SO2/ mol huyền phuø ) Từ phương trình treân lập đường caân bằng như sau : X* = = [SO2] . Y* = = Vôùi 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: Ñoà thò ñöôøng caân baèng + Noàng ñoä dung dòch ra khoûi thaùp : Xc = Vôùi Gtro : suaát löôïng caáu töû trô. Gtro = Ghh.(1 – yñ) à Gtro = 129,83 . (1 – 9,65.10-4) = 129,7 (kmol/h) + Tìm Xmax : Xmax ứng với Yđ nằm treân đường caân bằng : Yđ = P* = = = 0,733 mmHg Thay P* vaøo phương trình (1) ta được giaù 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 = + Vaäy phöông trình ñöôøng laøm vieäc qua 2 ñieåm A (Xñ, Yc) à A (0 ; 1,94.10-4) B (Xc, Yñ) à B (3,509.10-4 ; 9,66.10-4) + Phöông trình ñöôøng laøm vieäc : Y = 0,22.X + 2.10-3 + Noàng ñoä phaàn khoái löôïng cuûa SO2 trong hoãn hôïp khí ñaàu vaøo: (kg SO2 /kghh) + Löu löôïng caáu töû phaân taùn : 1,047.2,127.10-3 = 2,227.10-3 (kg/s) 1,047.(1-2,127.10-3) = 1,045 (kg/s) + Khoái löôïng caáu töû phaân taùn SO2 ñöôïc haáp thu: + Khoái löôïng caáu töû phaân taùn SO2 coøn laïi trong hoãn hôïp khí ñaàu ra: 2,227.10-3 – 1,782.10-3 = 0,445.10-3 (kg/s) + Löu löôïng khí ñaàu ra: 0,445.10-3 + 1,045 = 1,0454 (kg/s) = 0,91 (m3/s) + Löu löôïng CaCO3 ñaàu vaøo : Lñ = L = + Löu löôïng CaCO3 ñaàu ra : Lc = Lñ + M = 0,793 + 1,782.10-3 = 0,795 (kg/s) Tính ñöôøng kính thaùp haáp thu: + Ñöôøng kính thaùp haáp thu : (*) Trong ñoù: GTB : löu löôïng trung bình pha khí (kg/s) (kg/s) rk : khoái löôïng rieâng trung bình pha khí (kg/m3) 1,148 (kg/m3) wk : vaän toác khí qua tieát dieän thaùp (m/s) wk = wg . n Vôùi wg : vaän toác tôùi haïn ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc : (coâng thöùc 5.4 – trang 232 - saùch Quaù trình vaø thieát bò coâng ngheä hoùa hoïc taäp 10 – Phaïm Vaên Boân). Trong ñoù g : gia toác troïng tröôøng = 9,81 (m2/s) m : ñoä nhôùt cuûa nöôùc ôû 300C = 0,8007.10-3 (tra baûng 6 – trang 400 – saùch Quaù trình vaø thieát bò coâng ngheä hoùa hoïc taäp 10 – Phaïm Vaên Boân). ryTB : khoái löôïng rieâng trung bình cuûa pha khí = 1,148 (kg/m3) rxTB : khoái löôïng rieâng trung bình cuûa pha loûng = 1060 (kg/m3) LTB : suaát löôïng trung bình cuûa doøng loûng (kg/s) GTB : suaát löôïng trung bình cuûa doøng khí = 1,0462 (kg/s) Do thaùp haáp thu laø thaùp ñeäm, ta coù: A = 0,022 B = 1,75 Choïn vaät lieäu ñeäm laø voøng söù ñoå loän xoän: 25 x 25 x 3 (mm) (Tra baûng IX.8 – soå tay quaù trình vaø thieát bò coâng ngheä hoùa chaát taäp 2) Dieän tích beà maët rieâng phaàn: a = 195 (m2 / m3) Theå tích töï do taàng vaät cheâm: e = 0,75 (m3 / m3) Soá ñeäm trong 1 m3: 46.103 Khoái löôïng rieâng xoáp: rñ = 600 (kg/m3) à wg = 4,12 (m/s) n : heä soá phuï thuoäc muïc tieâu cuûa quaù trình vaø cheá ñoä thuûy ñoäng cuûa thaùp. Ta choïn cheá ñoä chaûy maøn vì söû duïng voøng söù neân thaùp coù ñieàu kieän tieáp xuùc toát. Choïn n = 0,44 wk = 4,12 . 0,44 = 1,8 (m/s) Choïn ñöôøng kính D = 0,9 (m) Vaän toác laøm vieäc öùng vôùi D = 0,9 (m) wk = 1,0462 / (0,785.1,148.0,92) = 1,43 (m/s) Xaùc ñònh chieàu cao lôùp ñeäm : H = Noy . Hoy Trong ñoù: Noy : soá ñôn vò truyeàn khoái. Hoy : chieàu cao töông ñöông 1 ñôn vò truyeàn khoái. + Xaùc ñònh soá ñôn vò truyeàn khoái : Soá ñôn vò truyeàn khoái ñöôïc tính theo coâng thöùc : Tích phaân naøy ñöôïc tính baèng phöông phaùp ñoà thò, laø dieän tích giôùi haïn bôûi ñöôøng cong theo Y vaø 2 truïc Yc, Yd = const Ñeå laáy tích phaân baèng ñoà thò ta laäp baûng sau : Xc = 35,09.10-4 (mol/mol) Choïn Xc thay ñoåi töø (0 – 36,5.10-4) vôùi böôùc 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 Vôùi PT ñöôøng laøm vieäc : Y = 0,22.X + 2.10-3 PT ñöôøng caân baèng : LgP*SO2 = 3,58 + 1,87.lg[SO2] + 2,24.10-2.T – 1960/T Trong ñoù P*SO2 : aùp suaát rieâng phaàn cuûa khí SO2 trong pha khí [SO2] : noàng ñoä SO2 T = 300C : nhieät ñoä laøm vieäc cuûa thaùp Soá ñôn vò truyeàn khoái laø dieän tích giôùi haïn bôûi ñöôøng cong trong ñoà thò vaø ñöôïc xem nhö laø toång dieän tích cuûa caùc hình thang thaønh phaàn. à Soá ñôn vò truyeàn khoái Noy = 0,4 + Xaùc ñònh chieàu cao töông ñöông 1 ñôn vò truyeàn khoái : Trong ñoù: m : heä soá phaân phoái, baèng heä soá goùc ñöôøng tieáp tuyeán vôùi ñöôøng caân baèng. Vì ñöôøng caân baèng laø ñöôøng cong, do ñoù heä soá goùc thay ñoåi neân ta xaùc ñònh heä soá phaân phoái trung bình nhö sau : m1, m2,mn : laø caùc heä soá goùc cuûa ñöôøng caân baèng. n : soá khoaûng chia. Laáy n = 10 Döïa vaøo ñoà thò ta tìm ñöôïc : 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 : laø chieàu cao ñeäm töông öùng vôùi 1 ñôn vò truyeàn khoái theo pha loûng vaø pha khí. Trong ñoù: b : heä soá phuï thuoäc daïng ñeäm. Choïn b = 0,123 (ñoái vôùi ñeäm voøng). y : heä soá thaám öôùt cuûa ñeäm. Ta coù vôùi U, Utu laø maät ñoä töôùi laøm vieäc vaø maät ñoä töôùi toái öu. Utu = B.a Trong ñoù B : heä soá phuï thuoäc quaù trình. B = 0,158 (vì laø quaù trình haáp thu) a : dieän tích beà maët vaät cheâm = 195 (m2 / m3 ) Utu = 0,158 . 195 = 30,81 à Tra hình IX.16 – trang 178 - Soå tay quaù trình vaø thieát bò coâng ngheä hoùa chaát taäp 2 à y = 0,138 + Ñoái vôùi pha khí : Chuaån soá Reynold cuûa pha khí : Trong ñoù wk : vaän toác khí qua tieát dieän th