THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ THẢI LƯU HUỲNH DIOXIT BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ
Thiết kế công nghệ xử lý khí lưu huỳnh đioxit bằng phương pháp hấp thụ cho nhà máy nhiệt điện:
Thiết kế công nghệ xử lý khí lưu huỳnh đioxit
Hiện nay, có rất nhiều thiết kế với nhiều công nghệ và trang thiết bị tiên tiến .
1. Tính toán tháp đệm.
– Sử dụng dung dịch Ca(OH)2 hấp thu khí thải SO2 từ nhà máy phát điện.
- Lưu lượng khí thải: 1100 m3/h.
- Nồng độ SO2 ban đầu 300 ppm.
- Nhiệt độ khí thải là 500C
- Áp suất là P=1 a N
- Nhiệt độ nước vôi trong 25oC
- Chọn điều kiện làm việc của tháp là nhiệt độ trung bình của dòng khí vào và dòng khí lỏng vào 37oC. Hỗn hợp xử lý xem như gồm SO2 và không khí
1.1 Sơ đồ công nghệ thiết kế công nghệ xử lý khí lưu huỳnh đioxit:
Quy trình xử lý khí thải được lựa chọn
Khí thải =>bộ lọc bụi =>cyclon => tháp giải nhiệt =>tháp hấp thụ xử lý SO2 => thiết bị lọc bụi tĩnh điện => khí thải ra MT.
1.2 Thuyết minh sơ đồ công nghệ thiết kế công nghệ xử lý khí SO2
+ Vì nồng độ bụi tương đối cao, vượt tiêu chuẩn cho phép (theo TCVN 5939 – 1995: tiêu chuẩn B là 500 mg/m3) nên phải xử lý bụi. Xử lý bụi sơ bộ bằng phương pháp khô, ta cho khói thải đi qua Xyclon thu hồi bụi bằng phương pháp lọc ly tâm. Sau đó khói thải được đưa qua thiết bị giải nhiệt để giảm nhiệt độ xuống.
+ Khí thải một phần đã được làm sạch, sử dụng quạt để thổi khí vào tháp đệm đi từ dưới lên. Dung dịch hấp thu sẽ được hệ thống ống dẫn bơm lên phần trên thân trụ và được các đĩa phân phối tưới đều lên lớp vật liệu đệm. Dòng khí đi từ dưới lên và dòng lỏng đi 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 đưa đến bể xử lý. Khí đi ra ở đỉnh tháp được quạt hút đưa ra thiết bị lọc bụi tĩnh điện giúp loại bỏ lượng bụi còn sót lại. Sau đó, khí được đưa ra ngoài môi trường thông qua ống khói cao để phát tán.
+ Khí sạch được thải ra ngoài môi trường phải có nồng độ SO2 đạt tiêu chuẩn cho phép (theo TCVN 5939 – 1995 cột B).
1.3 Xử lý sơ bộ dung dịch trong thiết kế công nghệ xử lý khí SO2:
Dung dịch xử lý khí thải được sử dụng tuần hoàn, khi tiếp xúc với khí thải các phản ứng hoá học xảy ra giữa dòng khí có tính acid và dung dịch kiềm, đó là phản ứng trung hoà. Dung dịch cũng lôi cuốn theo tro bụi trong khí thải. Theo thời gian, dung dịch sẽ giảm dần pH và chứa nhiều cặn. Khi bổ sung dung dịch mới, một lượng dung dịch cũ được thải bỏ. Vì vậy, bể lắng cặn ngoài tác dụng làm trong dung dịch tuần hoàn còn có tác dụng xử lý sơ bộ nước thải trước khi thải ra ngoài.
2. Tính toán thiết kế tháp hấp thụ: tháp đệm trong thiết kế công nghệ xử lý khí lưu huỳnh đioxit
2.1. Cân bằng vật chất trong thiết kế công nghệ xử lý khí lưu huỳnh đioxit
- Kí hiệu tính toán :
Gđ, Gc : suất lượng hỗn hợp khí đầu vào – ra (kmol/h)
Lđ, Lc : suất lượng Ca(OH)2 đầu vào – ra (kmol/h)
Yđ, Yc : Nồng độ đầu và cuối của SO2 trong pha khí (kmol/kmol trơ)
Xđ, Xc : Nồng độ đầu và cuối của S02 trong pha lỏng (kmol/kmol lỏng)
yđ : Nồng độ phần mol của hỗn hợp khí ban đầu
Gtr : lưu lượng khí trơ
Sơ đồ cân bằng vật chất của tháp hấp thụ trong thiết kế công nghệ xử lý khí lưu huỳnh đioxit:
Đầu vào
Nồng độ SO2 ban đầu :
[SO2]đ = 300ppm => Đổi ra g/m3 :
Đầu ra
Suất lượng mol hỗn hợp
Khối lượng riêng của khí thải trong thiết kế công nghệ xử lý khí lưu huỳnh đioxit
Lượng SO2 hấp thụ trong 1h trong thiết kế công nghệ xử lý khí lưu huỳnh đioxit
Phương trình đường cân bằng hấp thụ khí SO2 bằng nước vôi trong
Lượng dung môi đi trong tháp
Nồng độ dung dịch ra khỏi tháp hấp thu
2.2. Tính tháp hấp thu – thiết kế công nghệ xử lý khí thải lưu huỳnh đioixt
Chọn vật liệu đệm trong thiết kế công nghệ xử lý khí lưu huỳnh đioxit
Tra bảng IX.8 trang 193- Sổ tay quá trình và thiết bị Công nghệ hóa chất tập 2
- Chọn vòng sứ đổ đống (lộn xộn, ngẫu nhiên) kích thước: 50(mm)
- Diện tích về mặt riêng phần: = 95 m2/m3
- Thể tích tự do tầng vật chêm: = 0,79
- Số đệm trong 1 m3 : 58 102
- Khối lượng riêng vật liệu đệm: = 500 (kg/m3)
- Tính de
Khi hấp thụ: A = 0,022
B = 1,75
Tính vận tốc đi trong tháp trong thiết kế công nghệ xử lý khí lưu huỳnh đioxit
Ta chọn chế độ chảy màng vì ở đây ta sử dụng vòng sứ nên để tạo điều kiện tiếp xúc tốt ( hệ số truyền khối Ky lớn) thì nước phải ở chế độ chảy màng
Khi đó ta chọn n = 0,44
Nồng độ phần khối lượng của SO2 đầu vào:
Lưu lượng cấu tử phân tán:
Khối lượng cấu tử phân tán SO2 được hấp thụ bởi dung dịch Ca(OH)2
Đường kính tháp trong thiết kế công nghệ xử lý khí lưu huỳnh đioxit
Ta chọn đường kính tiêu chuẩn D = 0,8 m
Tính hệ số thấm ướt trong thiết kế công nghệ xử lý khí lưu huỳnh đioxit
Xác định chiều cao tương đương 1 đơn vị truyền khối:
Chiều cao 1 đơn vị truyền khối phụ thuộc đặc tính đệm, chế độ thủy động lực của tháp và tính chất hóa lý của các pha. ho thay đổi theo chiều cao thiết bị, vì vậy ho được xác định theo công thức:
Trong đó h: là chiều cao đệm tương ứng với 1 đơn 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 và do đó hệ số góc thay đổi nên ta xác định hệ số phân phối trung bình như sau
m = m1 + m 2 + … + mn
m1, m2, … , mn là các hệ số góc của đường cân bằng
Ta có m1= 0,02958 m7= 0,03367
m2 = 0,03030 m8= 0,03493
m3= 0,03100 m9=0,03556
m4= 0,03168 m10 = 0,03617
m5 = 0,03236 m11= 0,03673
m6 = 0,04302
=> tổng m= 0.365
Đối với pha khí
Độ nhớt của hỗn hợp khí:
Tính Pr
Đối với pha lỏng
Tính chiều cao lớp vật liệu đệm
Chọn số đơn vị truyền khối là 3
Tổng chiều cao cần thiết cho lớp đệm:
2.3.Tính cơ khí – thiết kế công nghệ xử lý khí thải lưu huỳnh đioxit
Tính đường ống dẫn khí
Ống dẫn khí vào
Vận tốc khí trong ống 10-30 m/s
Chọn đường kính ống d1 =150mm
Kiểm tra vận tốc
Vật liệu là thép không gỉ
Theo bảng XIII.32- trang 434 STQTTB tập 2 thì chiều dài đoạn ống nối ứng với dl=130mm
Để đảm bảo phân phối khí đều trong tháp ta sử dụng đĩa đục lỗ (có đường kính 20mm bước lỗ 20mm , đĩa đục lỗ dày 5mm)
Ống dẫn khí ra
Tính đường ống dẫn lỏng
Vận tốc lỏng khoảng 0,5-3 m/s
Ống dẫn lỏng vào
Chọn vận tốc lỏng trong ống V3 = 0,5m/s
Ta chọn đường kính ống tiêu chuẩn l d = 50mm
Vật liệu lm l nhựa PVC.
Ống dẫn lỏng được hn vo thiết bị, bn ngồi cĩ lắp mặt bích. Theo bảng XIII.32-trang 434-sách Sổ tay quá trình và thiết bị thì chiều di đoạn ống nối l 100mm
Ống dẫn lỏng ra:
Chọn vận tốc v4 = 1.5 (m/s)
Đường kính ống D4 = 10 (mm)
Vật liệu làm ống là nhựa PVC.
Tính bề dày thân trong thiết kế công nghệ xử lý khí lưu huỳnh đioxit
Chọn vật liệu
Do thân tháp phải chịu tác dụng hoá học với khí thải và dung dịch có tính chất ăn mòn cao nên ta chọn loại vật liệu chế tạo tháp hấp thụ và các đường ống dẫn khí được là loại thép hợp kim đặc biệt và thuộc nhóm thép không gỉ và bền nhiệt, chịu nhiệt tốt. Thép phải có tính chịu ăn mòn cao trong điều kiện làm việc của thiết bị.
Thiết bị làm việc ở môi trường ăn mòn
Nhiệt độ làm việc t0C = 400C
Áp suất làm việc Plv = 1at = 9,81 (N/m2)
Chọn vật liệu là thép không gỉ để chế tạo thiết bị
– Ký hiệu của thép là X18H10T (N10%, Cr 18%, C £ 0,12%T nằm trong
khoảng 1 – 1,5%)
– Giới hạn bền của thép :sK = 550.106 (N/m2)
– Giới hạn chảy của thép X18H10T: sc = 220.106 (N/m2)
– Chiều dày của thép X18H10T: b = 4 – 25 (mm)
– Độ dãn tương đối: d = 40%
– Hệ số dẫn nhiệt: l = 16,3 (W/m.0C)
– Khối lượng riêng của thép X18H10T: r = 7900 (kg/m3)
Ta chọn công nghệ gia công là hàn tay bằng hồ quang điện bằng việc ta 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
Các thông số ban đầu của tháp mà ta đã biết như sau:
- Đường kính D = 0,8 m =800 mm
- Chiều cao tháp H = 3 m
Xác định áp suất làm việc trong tháp:
Trong đó
- pmt : áp suất pha khí trong thiết bị, pmt = 1 at =760mmHg=9,81×104 N/m2
- pl : áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng trong thiết bị
Xác định ứng suất cho phép của thép X18H10T
Kiểm tra lại ứng suất thành thiết bị theo áp suất thử tính toán
Tính đáy và nắp
chọn đáy và nắp dạng elip
Tính bích trong thiết kế công nghệ xử lý khí lưu huỳnh đioxit
Tính bích nối đáy tháp với thân tháp hấp phụ, ta chọn bích liền bằng thép để nối thiết bị.
Đường kính trong:Dt =800mm
Đường kính ngoài Dn =800+2×8=816mm
Tra bảng XIII.27-trang 417-Sổ tay quá trình thiết bị và hóa chất tập 2,ta có:
Đường kính ngoài của bích 😀 =630
Đường kính tâm bu lon:Db=580mm
Đường kính mép vát 😀l=511mm
Đường kính Bulon db=M20
Số bulon :z=16 cái
Chiều cao bích: h = 20 mm
Khối lượng bích:
Tính mặt bích nối ống dẫn và thiết bị
Ống dẫn lỏng vào:
Ống dẫn lỏng vào có d=15 mm.
Chọn loại bích liền bằng kim loại đen để nối.
Theo bảng XIII.26-trang 417-Sổ tay quá trình thiết bị và hóa chất tập 2,ta có:
Đường kính ngoài Do=45 (mm)
Đường kính ngoài của bích 😀 =80mm
Đường kính tâm bu lon:Dz=55mm
Đường kính mép vát 😀l=40mm
Đường kính Bulon db=M10
Số bulon :z=4 cái
Chiều cao bích: h = 10 mm
Khối lượng bích:
Ống dẫn lỏng ra: d=10mm
Ta chọn loại bích liền bằng kim loại đen để nối
Đường kính ngoài Do = 14 (mm)
Đường kính ngoài của bích 😀 = 75 mm
Đường kính tâm bu lon:Dz =50 mm
Đường kính mép vát 😀l = 35 mm
Đường kính Bulon db = M10
Số bulon :z = 4 cái
Chiều cao bích: h = 10mm
Khối lượng bích:
- Ống dẫn khí vào và ra: D = 150mm
Ta chọn loại bích liền bằng kim loại đen để nối
Đường kính ngoài Do = 159 (mm)
Đường kính ngoài của bích 😀 = 260 mm
Đường kính tâm bu lon:Dz = 225 mm
Đường kính mép vát 😀l = 202 mm
Đường kính Bulon db = M16
Số bulon :z = 8 cái
Chiều cao bích: h = 16 mm
Khối lượng bích:
- Tính tổng khối lượng bích:
mb = 4. m1 + 2.m2 + 2.m3 + 4.m4 = 78,66 (kg)
Bộ phận phân phối lỏng:
Đường kính của tháp D=800mm
Tra bảng IX22-STQTTBCN- trang 230 ta có :
Đường kính đĩa Dđ=500mm
Ống dẫn chất lỏng dxS=45,5×2,5
Lưới có lỗ d=45,5mmB
Bước lỗ t =70mm
Lỗ sắp xếp theo hình 6 cạnh
Số lỗ trên mỗi cạnh
Tổng số lỗ trên lưới: n=3a(a-1)+1=3×5,4(5,4-1)+1=72
Ống tháo đệm trong thiết kế công nghệ xử lý khí lưu huỳnh đioxit
Ta chọn ống tháo đệm dựa theo bảng XIII.32- Sổ tay quá trình và thiết bị tập 2
Áp suất làm việc cho phép [P] = 1.38 N/mm2
Chọn đường kính ống tháo đệm d = 150 mm
Vật liệu là thép không gỉ X18H10T
Ống tháo đệm được hàn vào thân thiết bị, bên ngoài có lắp mặt bích
Lưới đỡ đệm trong thiết kế công nghệ xử lý khí lưu huỳnh đioxit:
Ta chọn đường kính lưới đỡ đệm theo bảng IX.22- Sổ tay quá trình và thiết bị tập 2
Các thông số của lưới:
Kích thước đệm: 50 x 50 x 5 (mm)
Thể tích tự do Vt = 0.79 m3/m3
Khối lượng riêng vật liệu đệm rd = 500 kg/m3
Chiều cao lớp đệm hd = 0,2m
Đường kính tháp D = 0,8m
Tính tai treo và chân đỡ:
Chân đỡ trong thiết kế công nghệ xử lý khí lưu huỳnh đioxit
Để chọn được chân đỡ thích hợp, trước tiên ta phải tính tải trọng của toàn tháp. Chọn vật liệu làm chân đỡ là thép CT3
- khối lượng riêng của thép CT3 là:
ro = 7.85.103 kg/m3
- khối lượng riêng của thép không gỉ X18H10T là r = 1.01 x ro = 7.93x 103 kg/ m3
Tai treo
Tính bơm , ống khói trong thiết kế công nghệ xử lý khí lưu huỳnh đioxit
Tính bơm
Ta dựa vào đặc tính quá trình có áp suất không cao nên bơm ta chọn là bơm ly tâm. Hơn nữa bơm ly 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.
Theo trang 493- Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất – Tập 1
Công suất của bơm được tính như sau:
Theo bảng II.32 trang 439- Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất – Tập 1,ta chọn
Chọn hệ số dự trữ
Công suất bơm:
=>Chọn bơm có công suất 4Hp
Tính ống khói
11.2. ống khói:
Qvào=Qra=1100(m3/h)
Chọn vận tốc khí trong ống khói 8m/s
Chướng ngại cao nhất có chiều cao 5m
Chọn H=13m
Chiều cao hiệu quả của ống khói:
Thành phần động năng do vận tốc đầu của khói
Công ty xử lý khí thải Hòa Bình Xanh của chúng tôi rất mong được phục vụ quý khách.
Công ty Hòa Bình Xanh chuyên thiết kế hệ thống xử lý khí thải cùng với đội ngũ thạc sĩ, kỹ sư có nhiều năm kinh nghiệm. Công ty Hòa Bình Xanh sẽ tư vấn các phương án thi công tối ưu nhất cho công trình của quý khách cũng như báo giá dịch vụ thi công.Chúng tôi xin đảm bảo sẽ là hài lòng quý khách khi đến với dịch vụ của công ty chúng tôi.
Mọi chi tiết xin liên hệ hotline: 0943.466.579
Liên hệ công ty Hòa Bình Xanh
