Đồ án môn học - Xử lý chất thải.pdf (cacbondioxit)

TAI LIEU CHI MANG TINH CHAT THAM KHAO Ñoà aùn moân hoïc xöû lyù chaát thaûi CHÖÔNG I GIÔÙI THIEÄU TOÅNG QUAN VAØ CAÙC PHÖÔNG PHAÙP XÖÛ LYÙ I.1 TOÅNG QUAN VEÀ KHÍ CACBON MONOXIT: I.1.1 Ñaëc ñieåm lyù hoùa cuûa khí Cacbon momoxit (CO): - Coâng thöùc phaân töû : CO - Phaân töû löôïng : 44 - Coâng thöùc caáu taïo : C = O - Laø chaát khí : khoâng maøu, khoâng muøi, khoâng vò, nheï hôn khoâng khí. - Nhieät ñoä soâi : - 191,5 oC - Giôùi haïn chaùy trong khoâng khí : 12 – 75 % theå tích - Deã chaùy, chaùy trong khoâng khí vôùi ngoïn löûa maøu xanh saùng - Troïng löôïng rieâng: · 1,25 g/l ôû 0oC , 1 atm · 1,145 g/l ôû 25oC , 1 atm - Tæ troïng so vôùi khoâng khí : 0,967 - Hoøa tan trong nöôùc : ôû · 0oC , 1 atm ......................3,54 ml/ 100 ml · 25oC , 1 atm ......................2,14 ml/ 100 ml · 37oC, 1 atm ......................1,83 ml/ 100 ml - Hoøa tan trong moät soá dung moâi höõu cô : ethyl acetate, methyl chloride, acetic acid, hoøa tan trong methanol vaø ethanol gaáp 7 laàn trong nöôùc - CO laø moät khí ñoäc I.1.2 Nguoàn goác cuûa khí cacbon oxit: - Cacbon oxit sinh ra do quaù trình ñoát chaùy khoâng hoaøn toaøn nguyeân nhieân lieäu (töùc laø quaù trình chaùy thieáu oxy) Ñoát chaùy hoaøn toaøn · Nguyeân nhieân lieäu ---------------------------- > CO2 + hôi nöôùc + caùc chaát khaùc (buïi, NOx, ….) O F N I . H O U M X G N N A R T I O SVTH: NGUYEÃN NHAÄT TRÖÔØNG MSSV: 90102976 1 TAI LIEU CHI MANG TINH CHAT THAM KHAO Ñoà aùn moân hoïc xöû lyù chaát thaûi Ñoát chaùy khoâng hoaøn toaøn · Nguyeân nhieân lieäu ---------------------------------- > CO2 + hoi nöôùc + CO + Caùc chaát khaùc - Nguoàn phaùt thaûi khí CO : v Nguoàn nhaân taïo : chuû yeáu laø do quaù trình ñoát khoâng hoaøn toaøn : trong ñoäng cô xe maùy, trong caùc quaù trình coâng nghieäp, caùc thieát bò nhieät, caùc loø ñoát ( ñoát raùc, loø thieâu,...), caùc nhaø maùy luyeän kim,...(hình 2) v Nguoàn töï nhieân : do chaùy röøng, nuùi löûa, caùc phaûn öùng hoùa hoïc aâm ó, do caùc sinh vaät, vi sinh vaät( caùc taûo naâu Fucus vaø Neocystis, söùa Physalia physalis) O F N I . H O U M X G N N A R T I O Hình 1: Quaù trình hình thaønh khí CO trong töï nhieân - Löôïng phaùt thaûi khí CO töø caùc nguoàn töï nhieân vaø nhaân taïo, löôïng khí CO thaûi ra do ñoäng cô tính treân 1km ñoaïn ñöôøng,löôïng CO phaùt thaûi treân 1 taán nhieân lieäu, ñöôïc cho ôû caùc baûng :baûng 1, baûng 2, vaø baûng 3. SVTH: NGUYEÃN NHAÄT TRÖÔØNG MSSV: 90102976 2 TAI LIEU CHI MANG TINH CHAT THAM KHAO Ñoà aùn moân hoïc xöû lyù chaát thaûi O F N Hình 2: Söï taïo thaønh khí CO do quaù trình ñoát khoâng hoaøn toaøn I . H Baûng 1. Löôïng phaùt thaûi CO chuû yeáu töø caùc nguoàn thieân nhieân vaø nhaân taïo Taûi löôïng chaát oâ nhieãm Nguoàn gaây oâ nhieãm 6 ( 10 taán/naêm ) Cacbon Nguoàn nhaân taïo Nhaân Thieân Nguoàn thieân nhieân oxit chuû yeáu taïo nhieân (CO) .Chaùy röøng . Ñoát nhieân lieäu .Caùc phaûn öùng hoùa hoïc 300 > 3000 . Khí thaûi cuûa oâtoâ aâm ó O U X G N N A R T I O (Nguoàn: Taøi lieäu [1]) Baûng 2: löôïng khí ñoäc haïi do oâ toâ thaûi ra treân 1km ñoaïn ñöôøng Löôïng doäc haïi, g/km ñöôøng ñi Khí ñoäc haïi Ñoäng cô xaêng Ñoäng cô Diezen 60,00 0,69 – 2,57 Khí CO 5,90 0,14 – 2,07 Hydrocacbon Nitô Oxit NOx 2,20 0,68 – 1,02 Muoäi khoùi(buïi lô löûng) 0,22 1,28 Sunfua ñioxit SO2 0,17 0,47 Chì 0,49 Xaêng-piren 14.10-6 24.10-6 (Nguoàn: Taøi lieäu [1]) M SVTH: NGUYEÃN NHAÄT TRÖÔØNG MSSV: 90102976 3 TAI LIEU CHI MANG TINH CHAT THAM KHAO Ñoà aùn moân hoïc xöû lyù chaát thaûi Baûng 3: löôïng phaùt thaûi khí ñoäc haïi CO do ñoát nhieân lieäu, nhieân lieäu (kg/taán nhieân lieäu) Caùc nguoàn ñoát trong Chaát oâ nhieãm Khí CO Ñoäng cô xaêng Ñoäng cô Diezen 395 9 Caùc nguoàn ñoát ngoaøi Nhieân lieäu loûng Sinh Nhieät hoaït vaø ñieän coâng nghieäp 0,005 Than ñaù 0,025 Nhieät ñieän Sinh hoaït vaø coâng nghieäp O F N 0,25 25 I . H (Nguoàn: [1]) -Noàng ñoä neàn cuûa CO trong töï nhieân : 0,01 ÷ 0,23 mg/m3 ( 0,01 ÷ 0,2 ppm). Noàng ñoä CO trong caùc thaønh phoá phuï thuoäc vaøo thôøi tieát vaø giao thoâng. Noàng ñoä trung bình ño trong 8 giôø ≤ 20 mg/m3 ( 17 ppm). Tuy nhieân, noàng ñoä cöïc ñaïi trong 8 giôø : treân 60 mg/m3 (53ppm) ( nguoàn : [7]) O U X G N N A I.1.3 Taùc haïi cuûa khí CO ñoái vôùi moâi tröôøng: - Goùp phaàn taêng löôïng khí nhaø kính CO2 : vì : CO + ½ O2 = CO2 - CO laø khí ñoäc , aûnh höôûng ñeán söùc khoûe sinh vaät vaø con ngöôøi. I.1.4 Taùc haïi cuûa khí CO leân söùc khoûe con ngöôøi: - CO laø khí ñoäc. - Noù phaûn öùng ( coù aùi löïc) raát maïnh vôùi hoàng caàu trong maùu taïo ra Cacboxy Hemoglobin (COHb) : Hb + CO Û HbCO + O2 - Hoãn hôïp HbCO laøm giaûm löôïng oxy trong maùu, ngaên caûn maùu haáp thuï vaø vaän chuyeån oxy nuoâi cô theå. - Haøm löôïng COHb trong maùu ñöôïc quan nieäm nhö sau : thoâng thöôøng trong cô theå con ngöôøi coù 5000 ml maùu vaø cöù 100 ml maùu coù chöùa 20 ml oxy. Neáu khí Cacbon oxit thay theá hoaøn toaøn cho oxy trong maùu ta goïi ñoù laø tröôøng hôïp maùu bò baõo hoøa- töùc haøm löôïng COHb baèng 100 %. M R T I O % COHb = ( 3.317 x 10-5 ) . ( ppm CO )1.036 . ( RMV ) . ( t ) SVTH: NGUYEÃN NHAÄT TRÖÔØNG MSSV: 90102976 4 TAI LIEU CHI MANG TINH CHAT THAM KHAO Ñoà aùn moân hoïc xöû lyù chaát thaûi Trong ñoù : RMV (respiratory minute volume) löu löôïng khí hít thôû vaøo : Lít/phuùt Ppm CO : noàng ñoä ppm cuûa CO t : thôøi gian tieáp xuùc ( phuùt) - Haøm löôïng COHb trong maùu töø 2 ÷ 5 % baét ñaàu coù daáu hieäu aûnh höôûng ñeán heä thaàn kinh trung öông. Khi haøm löôïng COHb trong maùu taêng ñeán 10 ÷ 20 % caùc chöùc naêng hoaït ñoäng cuûa caùc cô quan khaùc nhau trong cô theå bò toån thöông. Neáu haøm löôïng COHb taêng ñeán ≥ 60%- töông öùng vôùi noàng ñoä khí CO trong khoâng khí = 1000 ppm thì tính maïng bò nguy hieåm vaø daãn ñeán töû vong.(xem baûng 5) - Tuy nhieân, khí CO khoâng ñeå laïi haäu quaû beänh lyù laâu daøi hoaëc gaây ra khuyeát taät naëng neà ñoái vôùi cô theå. Ngöôøi bò nhieãm CO khi rôøi khoûi nôi oâ nhieãm, noàng ñoä Cacboxy- hemoglobin trong maùu giaûm daàn do Cacbon oxit ñöôïc thaûi ra ngoaøi qua ñöôøng hoâ haáp. - Bình thöôøng noàng ñoï COHb trong maùu ñöôïc giöõ ôû möùc 0,4 % do khí CO saûn sinh beân trong cô theå khoâng phuï thuoäc vaøo nguoàn beân ngoaøi. O F N I . H O U X G N N A Hình 3: Tính ñoäc cuûa khí CO M R T I O Hình 4. Moái quan heä giöõa noàng ñoä khí CO vaø noâng ñoä COHb trong maùu SVTH: NGUYEÃN NHAÄT TRÖÔØNG MSSV: 90102976 5 TAI LIEU CHI MANG TINH CHAT THAM KHAO Ñoà aùn moân hoïc xöû lyù chaát thaûi I.1.5 Caùc giôùi haïn noàng ñoä cuûa CO trong moâi tröôøng: ü Noàng ñoä giôùi haïn cho pheùp cuûa CO: · Trong khu vöïc daân cö moät laàn toái ña : 3mg/m3 · Trung bình ngaøy ñeâm : 1 mg/m3 · Trong khu vöïc saûn xuaát : 20 mg/ m3 ü Tieâu chuaån cuûa khí CO trong moâi tröôøng xung quanh theo 5937– 1995 : trung bình 1 giôø : 40 mg/m3 · · Trung bình 8 giôø : 10 mg/m3 · Trung bình 24 giôø : 5 mg/m3 ü Tieâu chuaån ñoái vôùi khí thaûi coâng nghieäp : TCVN 5939- 1995 Giôùi haïn A ( aùp duïng cho caùc cô sôû ñang hoaït ñoäng): 1500 mg/m3 Giôùi haïn B (aùp duïng cho caùc côû sôû töø ngaøy cô quan quaûn lyù moâi tröôøng quy ñònh ) : 500 mg/m3 ü Giôùi haïn toái ña cho pheùp ñôùi vôùi khí thaûi loø ñoát chaát thaûi raén y teá : TCVN 6560- 1999 : CO : 100 mg/m3 Giôùi haïn toái ña cho pheùp ñoái vôùi khí thaûi ñoäng cô : TCVN 6438- 2001 ü Giôùi haïn cuûa CO trong khí thaûi ñoäng cô ñöôïc cho ôû baûng 4 O F N I . H X G N N A Baûng 4. Giôùi haïn toái ña cho pheùp cuûa CO trong khí thaûi ñoäng cô CO Ñoäng cô xaêng Ñoäng cô Diezen (% OÂ toâ Moâ toâ OÂ toâ theå Möùc 1 Möùc 2 Möùc 3 Möùc 4 Möùc 1 Möùc 2 Möùc 1 Möùc 2 Möùc 3 tích) 6,5 6,0 4,5 3,5 6,0 4,5 - I.2 O U R T I O CÔ SÔÛ LYÙ THUYEÁT CUÛA CAÙC QUAÙ TRÌNH XÖÛ LYÙ KHÍ CACBON OXIT: Ñeå khöû khí ñoäc CO, coù theå duøng caùc phöông phaùp sau ñaây: I.2.1 Phöông phaùp ñoát : - Nguyeân taéc : CO + ½ O2 ------ > CO2 - Phaûn öùng xaûy ra ôû nhieät ñoä gaàn 1000oC ---- > coù theå taän duïng nhieät do phaûn öùng sinh ra. - Phaûn öùng xaûy ra khi coù xuùc taùc chöùa Cu vaø caùc kim loaïi khaùc. - Khi haøm löôïng CO thaáp, O2 cao, khí ñöôïc ñoát trong buoàng ñoát noài hôi. - Khi coù xuùc taùc , ôû nhieät ñoä gaàn 500oC, phaûn öùng giöõa CO vaø H2O nhö sau : CO + H2O ---- > CO2 + H2 + 9,5 kcal - Coù theå söû duïng xuùc taùc laø hoãn hôïp caùc oxit cuûa Fe vaø Crom ( 87% Fe2O3 vaø 65% Cr2O3 )vôùi caùc chaát MgO vaø K2O coù chöùc naêng kích thích phaûn öùng. M SVTH: NGUYEÃN NHAÄT TRÖÔØNG MSSV: 90102976 6 TAI LIEU CHI MANG TINH CHAT THAM KHAO Ñoà aùn moân hoïc xöû lyù chaát thaûi Baûng 5: Trieäu chöùng cuûa cô theå öùng vôùi noàng ñoä Cacboxy- Hemoglobin trong maùu % COHb TT Trieäu chöùng trong maùu 1 Khoâng coù daáu hieäu gì < 1,0 2 Moät vaøi bieåu hieän khoâng bình thöôøng trong thaùi ñoä öùng xöû 1,0 ÷ 2,0 Aûnh höôûng ñeán heä thaàn kinh trung öông, giaûm khaû naêng 3 phaân bieät veà khoaûng thôøi gian, keùm nhaïy caûm giaùc quan 2,0 ÷ 5,0 keùm phaân bieät ñoä saùng vaø moät vaøi chöùc naêng taâm kyù khaùc 4 Chöùc naêng tim phoåi bò aûnh höôûng 5,0 ÷ 10,0 5 Ñau ñaàu nheï, giaõn maïch maùu ngoaïi vi 10,0 ÷ 20* 6 Ñau ñaàu, maáp maùy thaùi döông 20 ÷ 30 Ñau ñaàu nhieàu, meät moûi, hoa maét choùng maët, buoàn noân, 7 30 ÷ 40 noân möûa vaø suy suïp 8 Suy suïp, ngaát, maïch ñaäp vaø nhòp thôû chaäm daàn 40 ÷50 9 Ngaát , giaûm maïch ñaäp vaø nhòp thôû, hoân meâ vaø co giaät töøng côn 50 ÷ 60 Hoân meâ, co giaät töøng côn, tim maïch suy giaûm vaø 10 60 ÷ 70 nguy cô töû vong 11 Maïch yeáu, thôû chaäm vaø yeáu daàn roài taét thôû sau vaøi giôø 70 ÷ 80 12 Cheát trong voøng < 1 tieáng ñoàng hoà 80 ÷ 90 13 Cheát trong voøng vaøi phuùt > 90 (Nguoàn: Taøi lieäu [1]) I.2.2 Phöông phaùp haáp thuï : - Söû duïng phöông phaùp haáp thuï , söû duïng moät trong caùc dung dòch haáp thuï v Nitô loûng v Dung dòch [ Cu(NH3)m(H2O)n]+ v COCH v Dung dòch Clorua ñoàng nhoâm CuAlCl4. O F N I . H O U M X G N N A R T I O I.2.2.1 Haáp thuï baèng dung dòch [ Cu(NH3)m(H2O)n]+ [Cu(NH3)m(H2O)n]+ + xNH3 + yCO ↔ [Cu(NH3)m+n(CO)y(H2O)n]+ + Q - Tuøy theo töøng noàng ñoä cuûa phöùc, taêng aùp suaát cuûa CO, giaûm nhieät ñoä, thì khaû naêng haáp thuï taêng. I.2.2.2 Haáp thuï baèng Clorua ñoàng nhoâm CuAlCl4 (20- 50%) vaø (8090%) Toluen CuCl + AlCl3 + 2 C6H5CH3 → (CuAlCl4)( C6H5CH3)2 sau ñoù : (CuAlCl4)( C6H5CH3)2 + 2 CO → (CuAlCl4).2 CO + 2 C6H5CH3 SVTH: NGUYEÃN NHAÄT TRÖÔØNG MSSV: 90102976 7 TAI LIEU CHI MANG TINH CHAT THAM KHAO Ñoà aùn moân hoïc xöû lyù chaát thaûi -Caùc khí CO2, O2, N2, H2, khoâng tham gia phaûn öùng vôùi phöùc CuAlCl4 nhöng hôi nöôùc laïi phaûn öùng : CuAlCl4 + H2O → 2HCl + CuCl + CuAlCl4 .CuOCl - Vì vaäy, tröôùc khi haáp thuï khí phaûi ñöôïc saáy khoâ. Ñaây laø nhöôïc ñieåm cuûa phöông phaùp naøy. I.2.2.3 Haáp thuï baèng Nitô loûng - Khöû CO baèng phöông phaùp ñoát coù xuùc taùc laø phuø hôïp, nhöng trong doøng khí thaûi, ngoaøi CO coøn coù caùc khí khaùc coù theå laø chaát ñoäc ñoái vôùi xuùc taùc. - Quaù trình naøy ñöôïc öùng duïng trong coâng nghieäp nitô bao goàm 3 giai ñoaïn: * Laøm nguoäi sô boä vaø saáy khoâ khí. * laøm saïch khí vaø ngöng tuï moät phaàn caùc caáu töû. * Röûa khí (loïai boû CO, CO2, CH4, .... ). O F N I.2.3 Haáp phuï baèng than hoaït tính : - Doøng khí thaûi ñöôïc daãn vaøo ôû ñaùy thaùp, ñi qua lôùp vaät lieäu haáp phuï baèng than hoaït tính, chaát oâ nhieãm CO ñöôïc giöõ laïi trong caùc khe roãng cuûa than vaø treân beà maët than. Coøn khoâng khí saïch thoaùt ra ngoaøi ñænh thaùp. - Khi than ñaõ baõo hoøa, ngöôøi ta nhaû haáp ñeå thu hoài chaát oâ nhieãm vaø ñeå than coù theå haáp phuï trôû laïi. I . H O U M X G N N A R T I O SVTH: NGUYEÃN NHAÄT TRÖÔØNG MSSV: 90102976 8 TAI LIEU CHI MANG TINH CHAT THAM KHAO Ñoà aùn moân hoïc xöû lyù chaát thaûi CHÖÔNG II YEÂU CAÀU THIEÁT KEÁ O F N II.1 NHIEÄM VUÏ THIEÁT KEÁ: - Thieát keá thaùp haáp thuï khí thaûi chöùa khí CO. II.2 CAÙC THOÂNG SOÁ CUÛA KHÍ THAÛI: II.2.1 Caùc thoâng soá cuûa khí thaûi ñaàu vaøo: - Coâng suaát xöû lyù : 10.000 m3/h. - Khí thaûi ban ñaàu chöùa : 6% CO + 4% N2. II.2.2 Caùc thoâng soá cuûa khí thaûi ñaàu ra - Noàng ñoä CO sau khi ra khoûi heä thoáng xöû lyù ñaït chuaån 1000 mg/m3 (TCVN 5939-1995) II.3 O U X G N I . H N A CAÙC GIAÛ THUYEÁT TRONG QUAÙ TRÌNH TÍNH TOAÙN: - Quaù trình haáp thuï laø ñaúng nhieät. - Khí thaûi goàm chuû yeáu laø H2, CO, N2 M R T I O SVTH: NGUYEÃN NHAÄT TRÖÔØNG MSSV: 90102976 9 TAI LIEU CHI MANG TINH CHAT THAM KHAO Ñoà aùn moân hoïc xöû lyù chaát thaûi CHÖÔNG III ÑEÀ XUAÁT VAØ THUYEÁT MINH COÂNG NGHEÄ III.1 ÿ CHOÏN PHÖÔNG PHAÙP XÖÛ LYÙ: Löïa choïn coâng ngheä : phöông phaâp haáp thuï , vì: - Khöû CO baêng phöông phaùp ñoát coù xuùc taùc laø phuø hôïp, nhöng trong doøng khí thaûi, ngoaøi CO coøn coù caùc khí khaùc coù theå laø chaát ñoäc ñoái vôùi xuùc taùc. - Phöông phaùp haáp phuï baèng than hoaït tính thì chi phí cao, do than hoaït tính ñaét tieàn. - Haáp thuï baèng Clorua ñoàng nhoâm CuAlCl4, hay haáp thuï baèng Haáp thuï baèng dung dòch [ Cu(NH3)m(H2O)n]+ laø haáp thuï hoùa hoïc , phaùt sinh caùc hoùa chaát thöù caáp, caàn phaûi saáy khoâ doøng khí --- > chi phí cao, sinh caùc chaát oâ nhieãm thöù caáp. - Haáp thuï CO baèng nitô loûng laø haáp thuï vaät lyù, ñôn giaûn , chi phí thaáp. Öu ñieåm cuûa phöông phaùp haáp thuï : v Phöông phaùp haáp thuï coù theå aùp duïng khi caàn xöû lyù vôùi löu löôïng lôùn, noàng ñoä chaát oâ nhieãm cao ( > 1%). v Ñaït hieäu quaû kinh teá cao. v Coù theå thu hoài caùc chaát ñeå söû duïng tuaàn hoaøn laïi , hoaëc chuyeån sang coâng ñoaïn saûn xuaát ra saûn phaåm khaùc. Do ñoù ta löïa choïn phöông phaùp haáp thuï. O F N I . H O U III.2 - M X G N N A R T I O SÔ LÖÔÏC VEÀ PHÖÔNG PHAÙP HAÁP THUÏ VAØ CAÙC LOAÏI THIEÁT BÒ HAÁP THUÏ: III.2.1 Sô löôïc veà phöông phaùp haáp thuï Söï haáp thuï laø quaù trình huùt thu choïn loïc 1 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. Coù 2 phöông thöùc haáp thuï : 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 ( khoâng xaûy ra baát cöù phaûn öùng hoùa hoïc naøo), quaù trình xaûy ra do söï cheânh leäch aùp suaát rieâng phaàn cuûa chaát caàn haáp thuï trong doøng khí vaø trong dung dòch haáp thuï. SVTH: NGUYEÃN NHAÄT TRÖÔØNG MSSV: 90102976 10

Đồ án môn học - Xử lý chất thải

Nội dung