Đồ án: Thiết kế tháp đệm hấp thu SO2 - Công suất 2000m³/h môn Quá trình và thiết bị | Đại học Công nghiệp Thực phẩm Thành phố Hồ Chí Minh

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC ĐỒ ÁN MÔN HỌC Đ
Ề TÀI : THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU SO 2 CÔNG SUẤT 200 m
0 3 /h BẰNG DUNG MÔI NƯỚC
GV: HUỲNH VĂN TIẾN
SVTH: ĐẶNG TRƯƠNG HOÀNG NHI MSSV:2004190275 LỚP: 10DHHH2 Tp HCM, 12/2021
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP.HCM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
KHOA: CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
BỘ MÔN: QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ TRONG CNHH-SH-THỰC PHẨM ĐỒ ÁN
MÔN HỌC: KỸ THUẬT QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CNHH
Họ và tên sinh viên: Đặng Trương Hoàng Nhi
Chữ Ký:...................... MSSV: 2004190275 Lớp: 10DHHH2........
Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC I. Tên đồ án
Thiết kế tháp đệm hấp thu SO2 công suất 2000m3/h bằng dung môi nước.
II. Nhiệm vụ (nội dung yêu cầu và số liệu ban đầu) -
Nồng độ SO2 ban đầu: 10% -
Nồng độ khí sau hấp thu: 0,5% - Nhiệt độ
làm việc: 300 C. - Công suất : 2000 m3/h - Áp suất làm việc: 1 at -
Các thông số khác tự chọn
III. Nội dung các phần thuyết minh tính toán
Báo cáo đồ án được đóng thành quyển gồm các phần sau: Phần 1: Tổng quan
- Tổng quan về quá trình hấp thu, các phương pháp hấp thu. - Tổng quan về khí SO2.
Phần 2: Quy trình công nghệ
2.1. Thiết lập sơ đồ quy trình công nghệ (vẽ sơ đồ hệ thống thiết bị)
2.2. Thuyết minh sơ đồ quy trình công nghệ (thuyết minh toàn quy trình theo sơ đồ quy trình công nghệ)
Phần 3: Tính toán cân bằng vật chất và cân bằng năng lượng
3.1. Tính toán cân bằng vật chất
3.2. Tính toán cân bằng năng lượngPhần 4: Tính toán thiết bị chính
4.1. Tính thiết bị chính
4.2. Thiết kế kết cấu (cơ khí) thiết bị chính
Phần 5: Tính toán và lựa chọn thiết bị phụ
Tính toán lựa chọn các thiết bị phụ: bơm, quạt IV.
Các bản vẽ và đồ thị (loại và kích thước bản vẽ ):
-02 bản vẽ thiết kế khổ A4 (hoặc A3) đóng vào quyển báo cáo: quy trình công nghệ, thiết bị chính
-02 Bản vẽ khổ A1 (hoặc A0) để báo cáo hội đồng: quy trình công nghệ, thiết bị chính.
V. Ngày giao:............................................................................................................ VI.
Ngày hoàn thành: ............................................................................................... VII.
Ngày nộp: ........................................................................................................
TpHCM ngày 25 tháng 08 năm 2021
TRƯỞNG BỘ MÔN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Huỳnh Bảo Long Huỳnh Văn Tiến NHẬN XÉT ĐỒ ÁN
Cán Bộ hướng dẫn. Nhận xét (CBHD ghi rõ đồ án được bảo vệ hay không)
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
Điểm:……………………………… Chữ ký: ………………………………..
Cán Bộ chấm hay Hội Đồng bảo vệ. Nhận xét:
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
Điểm:……………………………… Chữ ký: ………………………………..
Điểm tổng kết:………………………… MỤC LỤC
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN.........................................................4
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN............................................................5
LỜI MỞ ĐẦU..............................................................................................................6
Phần 1.MỞ ĐẦU..........................................................................................................7
Chương 1: VỀ LÝ THUYẾT.....................................................................................7 1.
Khái niệm:........................................................................................................7
1.1. Hấp thu.............................................................................................................7
1.2. Cơ sở lý thuyết của quá trình:...........................................................................7
1.3. Phương trình cân bằng vật chất........................................................................8
1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả hấp thu:....................................................9
Chương 2: TỔNG QUAN VỀ KHÍSO ...................................................................10 2 1.
Tính chất hóa lý của SO .................................................................................10 2 2.
Tác hại của khí SO :........................................................................................10 2 3.
Các nguồn tạo ra SO :.....................................................................................11 2 4.
Các phương pháp xử lý SO :...........................................................................12 2
4.1. Phương pháp hấp thụ:.....................................................................................12
4.2. Phương pháp hấp thu:.....................................................................................13
4.3. Xử lí SO bằng phương pháp nhiệt và xúc tác:...............................................13 2
Phần 2. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ.......................................................................13
Chương 3: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ.................................................................13 1.
Chọn quy trình công nghệ:.............................................................................13 2.
Thuyết minh quy trình công nghệ:..................................................................13
Phần 3: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG
.....................................................................................................................................14
Chương 4: TÍNH TOÁN.........................................................................................14 1.
Các thông số ban đầu......................................................................................14 I.
Tính toán cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng.........................................14 1.
Phương trình cân bằng vật chất......................................................................14 2.
Cân bằng năng lượng:.....................................................................................18 II.
Tính kích thước của tháp hấp thu:..................................................................19 1.
Các thông số dòng khí:...................................................................................19 2.
Các thông số dòng lỏng:.................................................................................21 3.
Tính đường kính tháp hấp thu:.......................................................................22 4.
Xác định chiều cao đệm trong 1 đơn vị chuyển khối:.....................................23
4.1. Hệ số khuếch tán trong pha lỏng:...................................................................25
4.2. Hệ số khuếch tán trong pha khí:.....................................................................25
4.3. Tính ℜx ,Prx , ℜy , Pr y,:....................................................................................25
4.4. Tính hệ số thấm ướt ψ:...................................................................................26
4.5. Tính h1 ,h2:.....................................................................................................26
4.6. Tính chiều cao của một đơn vị chuyển khối:..................................................26
4.7. Xác định đơn vị truyền khối m y:.....................................................................26
4.8. Chiều cao phần đệm cho quá trình hấp thu:....................................................27
4.9. Chiều cao tháp:...............................................................................................27 5.
Tính trở lực của tháp đệm:..............................................................................27
5.1. Tổn thất áp suất của đệm khô:........................................................................27
5.2. Tổn thất áp suất đệm ướt:...............................................................................28
Phần 4: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH...............................................................30
Chương 5: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ...........................................................................30 I.
Tính bề dày thân tháp.....................................................................................30 1.
Thiết bị làm việc ở môi trường ăn mòn..........................................................30
II. Tính bề dày đáy và nắp:..................................................................................31
III. Tính ống dẫn lỏng, ống dẫn khí......................................................................31 1.
Tính ống dẫn khí vào tháp:.............................................................................31 2.
Tính ống dẫn khí ra khỏi tháp:........................................................................32 3.
Tính ống dẫn lỏng vào tháp:...........................................................................32 4.
Tính ống dẫn lỏng ra khỏi tháp:......................................................................32
IV. Tính bích ghép thân tháp................................................................................32 1.
Kiểm tra bulong ghép bích:............................................................................33 2.
Tính bích nối đường ống dẫn lỏng với thân và đường ống khí:......................34
2.1. Bích nối đường ống dẫn lỏng với thân:..........................................................34
2.2. Bích nối ống dẫn khí với thân:........................................................................34 V.
Tính lưới đỡ đệm và đĩa phân phối lỏng:........................................................34 1.
Tính lưới đỡ đệm:...........................................................................................34 2.
Đĩa phân phối lỏng:........................................................................................35
VI. Chân đỡ và tai treo:........................................................................................36 1.
Tính đáy và nắp..............................................................................................36 2.
Khối lượng nắp tháp:......................................................................................36 3.
Khối lượng thân tháp:.....................................................................................36 4.
Khối lượng đệm khô:......................................................................................37 5.
Khối lượng dung dịch:....................................................................................37 6.
Khối lượng bích nối với thân đáy và với thân nắp:.........................................37 7.
Khối lượng bích nối ống dẫn lỏng với thân:...................................................38 8.
Khối lượng bích nối ống dẫn khí với thân:.....................................................38 9.
Khối lượng lưới đỡ đệm:................................................................................38
10. Khối lượng đĩa phân phối lỏng:......................................................................38
11. Tổng khối lượng bích:....................................................................................39
12. Tổng khối lượng toàn tháp hấp thu:................................................................39
13. Tải trọng tháp:................................................................................................39
Phần 5: TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ PHỤ.......................................41
Chương 6: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ....................................................................41
1. Tính công suất bơm:.......................................................................................41
a) Tổn thất dọc đường ống:.................................................................................41 b)
Tổn thất cục bộ:..............................................................................................42 c)
Cột áp của bơm:.............................................................................................42 d)
Công suất của bơm:........................................................................................42 e)
Công suất thực của bơm:................................................................................43
2. Tính công suất của quạt:.................................................................................43
a) Tính tổn thất dọc đường ống:.........................................................................44
b) Tính tổn thất cục bộ:.......................................................................................45
c) Cột áp của quạt:..............................................................................................45
d) Công suất của quạt:........................................................................................45
e) Công suất thực của quạt..................................................................................45
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................47
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................... LỜI MỞ ĐẦU
Với sự phát triển vợt bậc của các ngành công nghiệp như hiện này. Việc tạo ra các
sản phẩm phục vụ cho nhu cầu cần thiết của con người, bên cạnh việc phát triển công
nghiệp thì tồn tại cùng với đó là vấn nạn chất thải từ các nhà máy xí nghiệp là vô cùng
lớn và làm mất cân bằng hệ sinh thái khiến cho môi trường sống xung quanh ô nhiễm vô cùng nghiêm trọng.
Có rất nhiều loại ô nhiễm đến từ môi trường sống của con người, nhưng ảnh hưởng
đến sức khỏe nhất đó chính là ô nhiễm không khí, làm ảnh hưởng trực tiếp đến con
người, động vật, thực vật và các công trình kiến trúc xây dựng do con người làm ra.
Ô nhiễm không khí làm cho tuổi thọ của con người giảm rất nhanh do độ trong sạch
của môi trường bị ô nhiễm.Trong những năm trở lại đây mật độ nhiêm không khí ở
trong nước và thế giới đều ở mức báo động do sản xuất công nghiệp của các nhà máy,
đây là vấn đề nhức nhối mà không chỉ Nhà nước mà còn cả xã hội quan tâm vì mức
độ ô nhiễm gây hại môi trường ở mức báo động rất cao.
SO là một trong những chất gây ô nhiễm không khí và góp phần gây ra hiệu ứng 2
nhà kính tác động xấu đến con người như hiện này. Nguồn gốc của SO2 được sản sinh
nhiều trong các ngành sản xuất công nghiệp và sinh hoạt. Để xử lý SO2, chúng ta có
nhiều phương pháp xử lý khác nhau, tùy thuộc vào yêu cầu xử lí hiệu quả và tính kinh
tế của phương pháp. Vì vậy, với tính cấp thiết của yêu cầu trên mà Đồ án môn học
mang nhiệm vụ thiết kế tháp đệm SO2, là một trong những phương pháp góp phần vào
việc xử lý khí thải ô nhiễm để bảo vệ môi trường xanh.
Với đồ án SO sẽ đi khảo sát phương án: xử lý
bằng phường pháp hấp thu với 2 SO2
dung môi H2O. Nhằm tìm hiểu về các quá trình xử lý có đạt hiệu quả kinh tế hay không,
có như vậy khi đưa vào hệ thống xử lí khí thải trong ngành sản xuất công nghiệp và sinh hoạt.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Huỳnh Văn Tiến đã tận tình hướng dẫn và hỗ trợ
mọi điều kiện thuận lợi giúp cho em hoàn thành tốt đồ án môn học này. Trong quá
trình làm không tránh khỏi những lỗi sai sót nên em mong thầy thông cảm và chỉ bảo
cho em để đồ án được hoàn thiện và đạt kết quả tốt hơn. Phần 1.MỞ ĐẦU
Chương 1: VỀ LÝ THUYẾT 1. Khái niệm:
1.1. Hấp thu: là quá trình xảy ra khi một cấu tử của pha khí khuếch tán vào pha lỏng do sự
tiếp xúc giữa hai pha khí và lỏng.
Khí được hấp thụ gọi là chất bị hấp thụ ; chất lỏng dùng hút gọi là dung môi (chất hất
thụ), khí không bị hấp thụ gọi là khí trơ.
- Mục đích: hòa tan một hay nhiều cấu tử của hỗn hợp khí để tạo nên một dung dịch các
cấu tử trong chất lỏng . Các quá trình xảy ra do sự tiếp xúc pha giữa khí và lỏng . Quá
trình này cần sự truyền vật chất từ pha khí vào pha lỏng . Nếu quá trình xảy ra ngược
lại , nghĩa là cần sự truyền vật chất từ pha lỏng vào pha hơi , ta có quá trình nhả khí .
Nguyên lýcủa cả hai quá trình là giống nhau .
- Trong công nghiệp hóa chất , thực phẩm quá trình hấp thu dùng để:
1) Thu hồi các cấu tử quý trong pha khí . 2) Làm sạch pha khí .
3) Tách hổn hợp tạo thành các cấu tử riêng biệt .
4) Tạo thành một dung dịch sản phẩm.
- Hấp thu bao gồm quá trình hấp thu vật lý và hấp thu hóa học.
• Hấp thu vật lý: dựa trên cơ sở hòa tan của cấu tử pha khí trong pha lỏng.
• Hấp thu hóa học : giữa hổn hợp khí và dung môi có xảy ra phản ứng hóa học.
- Quá trình làm sạch pha khí với mục đích là tách các cấu tử hổn hợp khí thì khi đó lựa
chọn dung môi tốt là phụ thuộc và các yếu tố sau :
• Độ hòa tan tốt: có tính chọn lọc có nghĩa là chỉ hòa tan cấu tử cần tách và không hòa
tan không đáng kể các cấu tử còn lại . Đây là điều kiện quan trọng nhất.
• Độ nhớt của dung môi càng bé thì trở lực thuỷ học càng nhỏ và và có lợi cho quá trình chuyển khối.
• Nhiệt dung riêng bé sẽ tốn ít nhiệt khi hồn nguyên dung môi.
• Nhiệt độ sôi khác xa với nhiệt dộ sôi của chất hồ tan để dể tách các cấu tử ra khỏi dung môi .
• Nhiệt độ đóng rắn thấp để tránh tắc thiết bị và thu hồi các cấu tử hòa tan dễ dàng hơn.
• Ít bay hơi, rẻ tiền , dễ kiếm và không độc hại với người và không ăn mòn thiết bị.
1.2.Cơ sở lý thuyết của quá trình:
- Cơ sở vật lý của quá trình hấp thu: Hấp thu là quá trình quan trọng để xử lý khí và được
ứng dụng trong rất nhiều quá trình khác . Hấp thu trên cơ sở của quá trình truyền khối ,
nghĩa là phân chia hai pha .Phụ thuộc vào sự tương tác giữa chất hấp thu và chất bị hấp thu trong pha khí.
Các quá trình cơ bản của quá trình hấp thu :
1.3.Phương trình cân bằng vật chất
Phương trình cân bằng vật liệu có dạng:
GYYĐ + GXXĐ = GXXC + GYYC Trong đó :
GX :luợng khí trơ không đổi khi vận hành ( kmol/ h)
GY: lượng dung môi không đổi khi vận hành (kmol/ h)
YĐ , YC: nồng độ đầu và cuối của pha khí (kmol/kmol khí trơ)
XĐ , XC: nồng độ cuối và đầu của pha lỏng (kmol/kmol khí trơ)
X+: nồng độ pha lỏng cân bằng với pha hơi (kmol/ kmol dung môi) X đ Y đ Y đ X đ X cbđ
Lượng dung môi tối thiểu: Lmin Lmin Y đ −Y c G = X∗
theo thực nghiệm ta thấy: L = (1.2 1.3).Lmin
1.4.Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả hấp thu: a.
Ảnh hưởng của nhiệt độ:
Khi các điều kiện khác không đổi mà nhiệt độ tháp tăng thì hệ số Henri sẽ tăng . Kết quả là
ảnh hưởng đường cân bằng dịch chuyển về phía trục tung . Nếu các đừơng làm việc AB
không đổi thì động lực trung bình sẽ giảm , số đĩa lý thuyêt sẽ tăng và chiều cao của thiết bị
sẽ tăng . Thậm chí có khi tháp không làm việc được vì nhiệt độ tăng quá so với yêu cầu kỹ
thuật. Nhưng nhiệt độ tăng cũng có lợi là làm cho độ nhớt cả hai pha khí và lỏng tăng. b.
Ảnh hưởng của áp suất :
Nếu các điều kiện khác giữ nguyên mà chỉ tăng áp suất trong tháp thì hệ số cân bằng sẽ
tăng và cân bằng sẽ dịch chuyển về phía trục hoành.
Khi đường làm việc AB không đổi thì động lực trung bình sẽ tăng quá trình chuyển khối sẽ
tốt hơn và số đĩa lý thuyết sẽ giảm làm chiều cao của tháp sẽ thấp hơn.
Tuy nhiên , việc tăng áp suất thừơng kèm theo sự tăng nhiệt độ. Mặt khác, sự tăng áp suất
cũng gây khó khăn trong việc chế tạo và vân hành của tháp hấp thụ. c. Các yếu tố khác:
Tính chất của dung môi , loại thiết bị và cấu tạo thiết bị độ chính xác của dụng cụ đo , chế
độ vận hành tháp… đều có ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất hấp thu.
Chương 2: TỔNG QUAN VỀ KHÍSO 2 1.
Tính chất hóa lý của SO2
SO2 là chất khí không màu, mùi kích thích mạnh, dễ hóa lỏng, dễ hòa tan trong nước,
khi hòa tan trong H2O tạo thành dung dịch Sunfuro và tồn tại ở 2 dạng: chủ yếu SO2.n
H2O và phần nhỏ là H2 SO3.
SO2 có nhiệt độ nóng chảy ở −75℃ và nhiệt độ sôi ở 10℃.
Nguyên tử S trong phân tử SO có cặp electron hóa trị tư do linh động và ở trạng thái 2
oxy hóa trung gian (+4) nên SO2 có thể tham gia phản ứng theo nhiều kiểu khác nhau. -
Phản ứng cộng không thay đổi số oxy hóa:
SO2+H2 O→ H2 SO3 - Thực hiện quá trình khử:
SO2+2CO500℃2CO2+S↓ → -
Thực hiện phản ứng oxi hóa: 1
SO2+2 O2 V 2→O5 SO3
SO2+Cl2+H2O→H2 SO4+HCl
Trong môi trường không khí, SO2 dễ bị oxy hóa sẽ biến thành SO3 trong không khí, SO 3
tác dụng với nước trong môi trường và biên thành acid hoặc muối sunfat, chúng sẽ
nhanh chóng tách khỏi khí quyển và rơi xuống gây ô nhiễm môi trường đất và nước.
2. Tác hại của khí SO2:
- SO trong khí thải công nghiệp là thành phần gây ô nhiễm không khí. Nồng độ 2 SO2
có trong môi trường xung quanh chúng ta rất nhỏ (¿300mg/m3). Nó ảnh hưởng rất nhiều
đến sức khỏe và các hoạt động của con người cũng như động – thực vật và bầu khí quyển.
- Đối với con người và động vật khi hít phải khí SO có thể gây bệnh về đường hô 2
hấp: viêm phế quảng, viêm phổi, suy tim,… Nếu có thể hít SO2 ở nồng độ cao có thể gây tử vong.
- Đối với vật liệu và công trình xây dựng:
Khí SO2 có thể biến thành acid sunfuric, là chất phản ứng, mạnh do đó chung làm
hư hỏng, làm thay đổi tính năng vật lý hay thay đổi màu sắc của các vật liệu xây
dựng như đá vôi, đá hoa,… cũn như phá hoại các sản phẩm điêu khắc, các tượng đài.
Sắt, thép, các loại kim loại khác, các công trình xây dựng cũng dễ dàng bị gỉ, bị
ăn mòn hóa học và điện hóa. - Đối với thực vật:
Khí SO xâm nhập vào các quy mô của cây và thích hợp với nước để tạo thành 2
acid sunfuro gây tổn thương màng tế bào và làm giảm khả năng quang hợp của cây,
cây chậm lớn, vàng úa và chết.
Khí SO làm cây cối chậm lớn, nhiều bệnh tật, chất lượng giảm, hiệu quả thu hoạch 2 kém. - Mưa acid:
Khí SO trong khí quyển gặp các chất oxi hóa hay dưới tác động của nhiệt độ, ánh sáng 2
chúng chuyển thành SO3 nhờ O2 có trong không khí, khi gặp H2O, SO3 kết hợp với nước tạo thành H
. Đây chính là nguyên nhân chính tạo thành mưa acid mà thiệt hại mưa 2 SO4 acid gây ra rất lớn.
Mưa acid làm tăng tính acid của trái đất hủy diệt rừng và mùa màng, gây nguy hại đối
với sinh vật nước, đối với động vật và cả con người.
Ngoài ra, mưa acid còn phá hủy cả nhà cửa, công tình kiến trúc bằng kim loại bị ăn
mòn. Nếu H2 SO4 có trong nước mưa với nồng độ cao sẽ làm bỏng da hay làm nát quần áo. 3.
Các nguồn tạo ra SO2:
Khí SO tạo ra do sự đốt chay các hợp chất chưa lưu huỳnh hay nguyên tử lưu huỳnh. 2
Ví dụ: các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh trong than, dầu mỏ, quặng pirit (FeS2), hơi
đốt chứa nhiều khí H2 S, các quặng Sunfua.
Khí SO là loại chất ô nhiễm phổ biến nhất trong sản xuất công nghiệp và sinh hoạt. 2 -
Nguồn thải chủ yếu từ:
Các nhà máy nhiệt điện.
Các lò nung, nồi hơi đốt bằng than đá, khí đốt dầu hỏa và khí đốt có chứa lưu huỳnh.
SO sinh ra từ các ngành sản xuất công nghiệp: nhà máy lọc dầu, nhà máy luyện 2 kim, lò đúc. Khí thải giao thông. 4.
Các phương pháp xử lý SO : 2
4.1. Phương pháp hấp thụ:
Để hấp thụ SO ta có thể sử dụng 2
H2O dung dịch hoặc huyền phù của muối kim loại kiềm hoặc kiềm thổ Hấp thu bằng nước:
SO2+H2 O⇌H+¿+HSO−3 ¿
Do độ hòa tan của SO trong nước thấp nên phải cần lưu lượng nước lớn và thiết bị hấp 2 thu có thể tích lớn.
Hấp thu bằng huyền phù CaCO 3 •
Ưu điểm của phương pháp này là quy trình công nghệ đơn giản chi phí
hoạt động thấp, chi phí hấp thu dễ tìm và rẻ, có khả năng xử lý mà
không cần làm nguội hoặc xử lý sơ bộ. •
Nhược điểm của phương pháp dễ bị đóng cặn thành CaCO và . 3 CaSO4 Phương pháp Magie (Mg)
SO2 được hấp thu bởi oxit – hydroxit magie tạo thành tinh thể ngậm nước sunfit magie
Phương pháp kẽm: trong phương pháp này chất hấp thụ là kẽm:
SO2+ZnO+2,5 H2 SO4 →ZnSO3+H 2O •
Ưu điểm: khả năng xử lý ở nhiệt độ cao (200−250℃). •
Nhược điểm: có thể hình thành ZnSO làm việc tái sinh ZnO bất lợi về kinh tế 4
nên phải thường xuyên tách chúng và bổ sung thêm ZnO.
Hấp thu bằng hất hấp thu trên cơ sở Natri
Ưu điểm của phương pháp này là ứng dụng chất hấp thu hóa học không có khả năng hấp thu lớn.
Phương pháp Amoniac: SO được hấp thu bởi dung dịch amoniac dung dịch sunfit 2 – bisunfit amin.
Ưu điểm của phương pháp này là hiệu quả cao, chất hấp thu dễ kism, thu được sản
phẩn cần thiết (sunfit và bisunfit amin).
Hấp thu bằng hỗn hợp muối nóng chảy xử lý ở nhiệt độ cao dùng hỗn hợp cacbonat
kim loại kiềm có thành phần như sau:
LiCO332%,Na2CO3 33%, K2CO335%
Hấp thu bằng các amin thơm: để hấp thu SO trong khí thải của kim loại màu (nồng 2
độ SO2 khoảng 1 – 2% thể tích).
Người ta sử dụng dung dịch: C6 H3 (NH 3)2 NH 2 (tỉ lệ C6 H3 (NH 3)2 NH 2 : nước là 1:1), không trộn C
lẫn với nước nhưng làm kích thích với tạo thành
6 H3 (NH 3)2 NH 2 SO2 (C6
H3(NH 3)2 NH 2)2 SO2 tan trong nước.
4.2. Phương pháp hấp thu:
SO được gửi lại trên bề mặt chất rắn, thu được dòng khí sạch khi đi qua bề mặt rắn. 2
Chất hấp phụ công nghiệp cơ bản là than hoạt tính silicagel, Zeonit và ionit ( chất trao đổi ion).
Nhược điểm: cần thiết phải hấp phụ để thu hồi câu tử bị hấp phụ và phục vụ khả năng
hấp phụ và chất hấp phụ.
Chi phí tái sinh chiếm khoảng 40 → 70 % tổng chi phí của quá trình làm sạch khí.
4.3. Xử lí SO bằng phương pháp nhiệt và xúc tác: 2
Bản chất của quá trình xúc tác để làm sạch khí và thực hiện các tương tác hóa học,
nhằm chuyển hóa tạp chất độc thành phẩm khác với sự có mặt của chất xúc tác đặc biệt.
Phần 2. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ Chương 3: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
1. Chọn quy trình công nghệ:
- Chọn nguồn xử lý là từ ống khói của các nhà máy, khí được xử lý sơ bộ trước khi vào tháp.
- Chọn dung môi hấp thu là nước vì nước là dung môi rẻ tiền, dễ tìm, không ăn mòn thiết bị.
- Tháp hấp thu là tháp đêm nên dung môi hấp thu là nước sạch để không tạo ra cặn
lắng cản trở dòng khí và dòng lỏng.
2. Thuyết minh quy trình công nghệ:
- Dòng khí thải từ nhà máy được xử lý sơ bộ, sau đó: quạt thổi qua cyclone để xử lý
bụi và sau đó chuyện qua thiết bị trao đổi. Nhiệt được quạt thổi qua lưu lượng kế
khí để đo lưu lượng và đi vào tháp đệm thực hiện quá trình hấp thu.
- Dung môi là nước. Nước sạch từ bể chứa được bơm vào tháp sẽ qua lưu lượng kế
lỏng để đo mực nước trước khi vào tháp, nước được chảy từ trên xuống, khí SO 2
được thổi lên từ đá tháp, quá trình được thực hiện.
- Khí sai khi đạt TCVN được thổi phát tán ra môi trường dung dịch nước sau khi hấp
thu được cho chảy vào từ bể chứa thực hiện quá trình trung hòa và thải ra môi trường.
Phần 3: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG Chương 4: TÍNH TOÁN
1. Các thông số ban đầu
- Nồng độ SO2 ban đầu: 10% -
Nồng độ khí sau hấp thu: 0,5% - Nhiệt độ làm việc: 300 C.
- Công suất : 2000 m3/h
- Áp suất làm việc: 1 at
- Các thông số khác tự chọn I.
Tính toán cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng
1. Phương trình cân bằng vật chất
Phương trình cân bằng vật chất của dung dịch hấp thu SO bằng 2
H2O được biểu diễn theo định luật henry H
p=H . xhoặc ycb= Pt =m. x (1) Trong đó:
y : nồng độ phần mol
trong dòng khí ở điều kiện cân bằng cb SO2
x: nồng độ khí hòa tan trong pha lỏng
p: áp suất riêng của cấu tử khí hòa tan khi cân bằng Pt: áp suất tổng của hệ hấp thu H: hệ số henry
Ở 30℃: H =0,0364.106 (mmHg) [[2], bảng IX.1 trang 139] m: Hệ số phân bố
m= H =0,0364.106 =47,894 Pt 760 Ta có: Y X
Y cb=1+Y ;x=1+X Thay vào (1) ta có: Y cb X =m 1+Y cb 1+X mX 47,894 X Y cb= = 1+(1−m) X 1+(1−47,894)X 47,894 X
Vậy ta có PTCB: Y cb=1−46,894 X
X: nồng độ SO2 trên cơ bản cấu tử trơ,KmolSO2/KmolH 2O ycb: nồng độ SO2 trên cơ bản không
khí ở điều kiện cân bằng. Từ PTCB trên ta được bảng số liệu đường cân bằng X 0 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 0.001
0.00112 0.00114 0.00116 0.00118 Ycb 0 0.00967 0.01952 0.0295 0.03981 0.0502
0.05661 0.05768 0.05875 0.05983 7 5
Ta được đồ thị cân bằng X Đường cân bằng Ycb -
Nồng độ thể tích ban đầu của dòng khí
yđ=10%=0,1 - Nồng độ đầu của pha khí theo tỷ lệ mol: yđ 0,1 Y đ=
1− yđ =1−0,1=0,11(KmolSO2/Kmolkhí trơ ) -
Nồng độ thể tích cuối của dòng khí yc=0,5%=0,005 -
Nồng độ cuối của pha khí theo tỷ lệ mol yc 0,005 Y c=
1− yc =1−0,005=0,00502(KmolSO2/Kmolkhí trơ )
- Hấp thu SO2 bằng nước, chọn dung môi sạch khi vào tháp nên X đ=0.
Với X đ: nồng độ đầu của pha lỏng, (KmolSO2/Kmol H2O)
Nồng độ tối đa trong chất lỏng có thể xác định từ phương trình 47,894 X
Y cb=Y đ ⇔0,11=1−46,894 X ⇒ Xmax=0,002 - Lượng dung môi tối thiểu được sử dụng: Lmin Y đ −Y c = ∗ Gtrơ X − Xđ
Gtrơ: suất lượng dòng khí trơ trong hỗn hợp
X*: nồng độ pha lỏng cân bằng tương ứng với X đ
- Từ đồ thị cân bằng ta xác định được X* = 0,002 (Kmol SO / Kmol 2 H2O) Lmin 0,11−0,005 ⟹ = =52,49 Gtrơ 0,002−0
- Với Y đ=0.11 và dựa vào phương trình cân bằng ta xác định được X* = 0,002 Lượng dung môi tối thiểu: Lmin=G
trơ .∗(Y đ −Y c)=3761,18 ( Kmol/h) X − Xđ - Chọn L trơ =1,2.Lmin
Ltrơ: Lượng dung môi không đổi khi vận hành (Kmol/h) Ltrơ Lmin ⟹ =1,2.
=1,2.52,49=62,988 Gtrơ Gtrơ
- Lưu lượng hỗn hợp khí vào tháp hấp thu:
P.V 1.2000 Ghh= R.T = 0,082. (273+30) =80,496 ( Kmol/h)
- Suất lượng dòng khí trơ trong hỗn hợp:
Gtrơ=Ghh. (1−Y đ )=71,64144 ( Kmol/h) - Suất lượng dung môi làm việc:
Ltrơ =62,988.Gtrơ =62,988.71,64144=4512,55 (Kmol H2O/h) - Phương trình cân
bằng vật chất có dạng:
Gtrơ .Y đ +Ltrơ . Xđ=Gtrơ .Y c +Ltrơ . Xc Ltrơ Y đ −Y c Y đ −Y c 0,11−0,005 ⟹ G = X −
X ⟹ Xc= = 62,988 =0,00167( KmolSO2/Kmol H2O ) trơ c đ trơ
X : nồng độ dung dịch ra khỏi tháp c
- Phương trình đường làm việc đi qua hai điểm A (X ) và B ( ) Ta có: đ ,Y c X c ,Y đ Ltrơ A= =62,988 G trơ Ltrơ B=Y c − Gtrơ .X đ=0,00502
Vậy phương trình đường làm việc có dang Y=62,988 X+0,00502
- Lượng khí SO2 ban đầu 1.0,11.2000.64 3 M SO = =566,69 (g/m ) 2 0,082. (273+30)
- Số mâm lý thuyết từ đồ thị là N¿=9 - Hiệu suất η=90% Số mâm thực tế: N¿ 9 Ntt = = =10 η 0.9
2. Cân bằng năng lượng:
Phương trình cân bằng năng lượng có dạng:
Gđ .I đ+Lđ .Cđ .T đ +Qs=Gc . I c+Lc .Cc .T c+Q o Với: G
: lượng hỗn hợp khi đầu và cuối
: lượng dung dịch đầu và cuối đ ,Gc Lđ ,Lc T
: nhiệt độ dung dịch đầu và cuối đ ,T c I : đ , I c
entapi hỗn hợp khi ban đầu và cuối Q : nhiệt mất mát o Q : s
nhiệt lượng phát sinh do hấp thụ khí -
Để đơn giản hóa về quá trình tính toán. Ta có thể giả thiết như sau: Nhiệt độ mất mát
ra môi trường xung quanh không đáng kể. Qo=0 Nhiệt độ của hỗn hợp khí ra khỏi
tháp bằng nhiệt độ dung dịch vào tháp t đ=t c=30℃
Tỷ nhiệt của dung không đổi trong suốt quá trình hấp thu Cđ=Cc=CH2O
Trong quá trình hấp thu có thể phát sinh nhiệt, do đó nếu kí hiệu q là nhiệt phát sinh của
1 mol cấu tử bị hấp thu thì ta có:
Qs=q. Lđ .(X c −X đ)
q: nhiệt phát sinh của 1 kmol SO hấp thu 2
Với mức độ gần đúng có thể coi q không đổi trong suốt quá trình hấp thu G
đ .I đ+Lđ .C.Tđ +q. Ltrơ . (X c −X đ)=Gc . I c+Lc .C.T c Hoặc Lđ Gđ .I đ −Gc . I c q. Ltr T c= Lc .t đ + Lc .C
+Lc .C .( Xc − Xđ ) Lđ
Vì lượng cấu tử hòa tan trong dung dịch nhỏ nên ra có thể lấy ≈1 L Ta cũng có thể bỏ qua c
mức độ biến đổi nhiệt của pha khí tức là:
Gđ .I đ −Gc . I c=0
⟹ Công thức nhiệt độ cuối T của dung dịch có dạng: c q.Ltr T c=T đ+
Lc .C .( Xc − Xđ )
Do lượng cấu tử hòa tan trong dung dịch nhỏ L
đ và Lc không khác nhau nhiều
Lc=Lđ=Ltr
Biến đổi phương tình cân bằng vật chất theo giả thiết:
Lc (T c −T đ)=q. L (Xc − Xđ ) q.(X c − Xđ)
⟹∆T=T c −T đ= C