Luận văn thạc sĩ HCMUTE: Nghiên cứu và mô phỏng hệ thống xử lý khí thải trong thiêu xác gia cầm

• Tác giả: Nguyễn Lê Quốc Kháng
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thanh Hào
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy
• Đề tài: Nghiên Cứu Mô Phỏng Hệ Thống Xử Lý Khí Thải Gia Cầm Bằng ANSYS Fluent
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

• Lời cam đoan
• Cảm tạ
• MỤC LỤC
• Danh sách các chữ viết tắt
• Danh sách các bảng
• Danh sách các hình
• 1. Chƣơng 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc đã công bố
• 1.2. Nghiên cứu nước ngoài
• 1.2.1. Hệ thống xử lý nhiều tầng
• 1.2.2. Phƣơng pháp loại bỏ SOx và NOx từ hệ thống lò đốt
• 1.3. Các nghiên cứu trong nƣớc
• 1.3.1. Lò đốt và xử lý khói thải lò đốt chất thải nguy hại
• 1.4. Các vấn đề khoa học còn tồn tại cần nghiên cứu để giải quyết hiện nay
• 1.5. Tính cấp thiết của đề tài, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 1.6. Xác định mục đích nghiên cứu, khách thể và đối tượng nghiên cứu
• 1.7. Xác định nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn của đề tài
• 1.8. Phương pháp nghiên cứu
• 1.9. Kế hoạch thực hiện
• 2. Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH XỬ LÝ KHÍ THẢI
• 2.1. Xử lý khí và hơi bằng phương pháp thiêu hủy
• 2.1.1. Thiêu hủy bằng nhiệt
• 2.1.2. Thiêu hủy bằng phương pháp hóa học
• 2.1.3. Thiêu hủy bằng phương pháp đốt
• 2.1.3.1. Đốt không có chất xúc tác
• 2.2. Phương pháp ngưng tụ
• 2.3. Xử lý hơi và khí thải bằng phương pháp hấp phụ
• 2.3.1. Khái quát về hiện tượng hấp phụ
• 2.3.2. Hấp phụ vật lý
• 2.3.3. Hấp phụ hóa học
• 2.4. Xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ
• 2.4.1. Nguyên lý phương pháp hấp thụ
• 2.4.2. Hấp thụ vật lý
• 2.4.3. Hấp thụ hóa học
• 2.4.4. Sự chuyển chất trong quá trình hấp thụ
• 2.4.5. Cân bằng pha trong hệ khí – lỏng
• 3. Chƣơng 3: CHẤT HẤP THỤ TRONG QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BẰNG PHƢƠNG PHÁP HẤP THỤ
• 3.1. Đối với NOX
• 3.1.1. Hấp thụ NOX bằng than hoạt tính
• 3.1.2. Hấp thụ NOX bằng silicagen
• 3.1.3. Hấp thụ NOX bằng keo nhôm
• 3.1.4. Hấp thụ NOX bằng than bùn có tính kiềm trong thiết bị tầng sôi
• 3.1.5. Hấp thụ NOx bằng amoni cacbonat
• 3.1.6. Hấp thụ NOx bằng nước
• 3.1.7. Hấp thụ khí NOx bằng kiềm
• 3.2. Đối với khí SO2
• 3.2.1. Hấp thụ khí SO2 bằng nước
• 3.2.2. Hấp thụ khí SO2 bằng dung dịch soda
• 3.2.3. Hấp thụ khí SO2 bằng dung dịch amoniac
• 3.2.4. Hấp thụ khí SO2 bằng các amin thơm
• 3.2.5. Hấp thụ đồng thời khí SO2 và NOx bằng NaOH và Na2CO3
• 3.3. Đối với khí CO2
• 3.3.1. Hấp thụ khí CO2 bằng các dung dịch etanolamin
• 3.3.2. Hấp thụ khí CO2 bằng dung dịch amoniac
• 3.3.3. Hấp thụ khí CO2 bằng dung dịch kiềm
• 3.3.4. Hấp thụ khí CO2 bằng nước
• 3.4. Đối với CO
• 4. Chƣơng 4: TÍNH HỆ THỐNG XỬ LÝ BẰNG PHƢƠNG PHÁP HẤP THỤ
• 4.1. Công suất và thành phần cần thiêu hủy
• 4.2. Tính toán lượng vật chất vào lò và ra khỏi lò
• 4.2.1. Cân bằng vật chất
• 4.2.1.1. Lượng vật chất cấp vào lò
• 4.2.1.2. Lượng không khí nạp vào lò
• 4.2.2. Tổng lượng vật chất vào lò
• 4.2.3. Lượng vật chất ra khỏi lò
• 4.3. Cân bằng nhiệt lượng
• 4.3.1. Nhiệt lượng đưa vào lò
• 4.3.2. Cân bằng nhiệt lượng ra khỏi lò
• 4.4. Tính toán thiết kế tháp hấp thụ
• 4.5. Kết quả code matlab
• 5. Chƣơng 5: MÔ PHỎNG SỐ QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BÊN TRONG THÁP HẤP THỤ
• 5.1. Mô hình hóa hệ thống
• 5.2. Mô tả bài toán và điều kiện biên
• 5.2.1. Mô tả bài toán
• 5.2.2. Điều kiện biên
• 5.2.2.1. Điều kiện biên vận tốc vào
• 5.2.2.2. Điều kiện biên áp suất ra
• 5.3. Sử dung CFD trên ANSYS FLUENT mô phỏng quá trình xử lý bên trong tháp hấp thụ
• 5.3.1. Chia lưới tháp hấp thụ
• 5.3.2. Thiết lập điều kiện mô phỏng
• 5.3.2.1. Thiết lập điều kiện vận tốc khí thải vào
• 5.3.2.2. Thiết lập điều kiện biện vận tốc chất hấp thụ
• 5.3.3. Kết quả ảnh hưởng của vận tốc đến quá trình hấp thụ
• 6. Chƣơng 6: KẾT LUẬN ĐÁNH GIÁ
• 6.1. Kết quả xử lý
• PHỤ LỤC Chƣơng 4 TÍNH HỆ THỐNG XỬ LÝ BẰNG PHƢƠNG PHÁP HẤP THỤ
• 4.1. Tính toán tháp làm nguội
• 4.2. Tính toán thiết kế xiclon
• 4.3. Tính toán thiết kế ống khói
• 4.4. Tính toán chọn bơm dung dịch Ca(OH)2
• 4.5. Tính toán chọn bơm nước vào tháp làm nguội
• 4.6. Tính toán quạt hút
• 4.7. Tính toán các thiết bị phụ
• 4.7.1. Chọn vật liệu
• 4.8. Kiểm tra bằng Code Matlab
• PHỤ LỤC Chƣơng 5: MÔ PHỎNG SỐ QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BÊN TRONG THÁP HẤP THỤ
• 5.1. Mô hình hóa hệ thống
• 5.1.1. Mô hình chi tiết tháp hấp thụ
• 5.1.2. Xuất bản vẽ sang file SAT
• 5.2. Mô phỏng bằng ANSYS FLUENT
• 5.2.1. Khởi động chương trình ANSYS FLUENT
• 5.2.2. Mô hình số (Geometry)
• 5.2.3. Tiến hành mô phỏng (Setup)
• 5.2.3.1. Phần cài đặt
• 5.4. Tháp đường kính 780mm cao 2500mm vận tốc khí bên trong tháp vtháp=1,2m/s
• 5.5. Tháp đường kính 850mm cao 2800mm vận tốc khí bên trong tháp vtháp=1,0m/s
• 5.6. Tháp đường kính 950mm cao 3200mm vận tốc khí bên trong tháp vtháp=0,8m/s
• 5.7. Tháp đường kính 1100mm cao 3700mm vận tốc khí bên trong tháp vtháp=0,6m/s
• 5.8. Kết quả mô phỏng 3 chiều
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan

Nghiên cứu mô phỏng hệ thống xử lý khí thải gia cầm bằng ANSYS Fluent đã chỉ ra tầm quan trọng của việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường từ quá trình thiêu đốt xác gia cầm. Các nghiên cứu trước đây cho thấy rằng khí thải từ lò thiêu có thể chứa nhiều chất độc hại như SO2, NO2, và CO2. Việc áp dụng công nghệ xử lý khí thải hiện đại như mô phỏng ANSYS giúp tối ưu hóa quy trình xử lý, từ đó nâng cao hiệu suất và giảm thiểu tác động xấu đến môi trường. Theo nghiên cứu, việc sử dụng phương pháp hấp thụ với chất hấp thụ Ca(OH)2 đã cho thấy hiệu quả cao trong việc xử lý khí thải. Kết quả từ mô phỏng cho thấy nồng độ khí thải giảm đáng kể, góp phần vào việc bảo vệ môi trường.

1.1 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước

Nghiên cứu về hệ thống xử lý khí thải đã được thực hiện rộng rãi trên thế giới, tuy nhiên, việc xử lý khí thải từ thiêu đốt xác gia cầm vẫn còn hạn chế. Các nghiên cứu nước ngoài đã chỉ ra rằng việc áp dụng công nghệ xử lý khí thải nhiều tầng có thể giảm thiểu ô nhiễm hiệu quả. Hệ thống này sử dụng các phương pháp như hấp thụ và hấp phụ để loại bỏ các chất ô nhiễm. Đặc biệt, việc sử dụng CMA (Calcium Magnesium Acetate) trong quá trình xử lý khí thải đã cho thấy hiệu quả cao trong việc loại bỏ SOx và NOx. Các nghiên cứu trong nước cũng đã chỉ ra rằng việc áp dụng công nghệ lò đốt và xử lý khói thải là cần thiết để đáp ứng yêu cầu bảo vệ môi trường.

II. Cơ sở lý thuyết quá trình xử lý khí thải

Quá trình xử lý khí thải trong lò thiêu xác gia cầm chủ yếu dựa trên các phương pháp như thiêu hủy bằng nhiệt, hấp thụ, và hấp phụ. Thiêu hủy bằng nhiệt là phương pháp chính, trong đó xác gia cầm được đốt ở nhiệt độ cao để chuyển hóa thành khí và tro. Hấp thụ là quá trình mà các chất khí được hấp thụ vào chất lỏng, trong khi hấp phụ là quá trình mà các chất khí bám vào bề mặt của chất rắn. Việc áp dụng phần mềm ANSYS Fluent trong mô phỏng giúp phân tích và tối ưu hóa các quá trình này, từ đó nâng cao hiệu suất xử lý khí thải. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng việc điều chỉnh các thông số như tốc độ khí thải và nồng độ chất hấp thụ có thể ảnh hưởng lớn đến hiệu quả xử lý.

2.1 Phương pháp xử lý khí thải

Các phương pháp xử lý khí thải hiện nay bao gồm hấp thụ hóa học và hấp thụ vật lý. Hấp thụ hóa học thường sử dụng các chất như Ca(OH)2 để phản ứng với các khí độc hại, trong khi hấp thụ vật lý dựa vào sự tương tác giữa khí và bề mặt chất rắn. Việc sử dụng phần mềm ANSYS Fluent cho phép mô phỏng các quá trình này một cách chính xác, từ đó đưa ra các giải pháp tối ưu cho việc xử lý khí thải. Kết quả từ mô phỏng cho thấy rằng việc tối ưu hóa các thông số như nhiệt độ và áp suất có thể nâng cao hiệu suất xử lý khí thải, giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

III. Mô phỏng quá trình xử lý khí thải

Mô phỏng quá trình xử lý khí thải bằng ANSYS Fluent đã được thực hiện để phân tích hiệu quả của hệ thống xử lý. Mô hình hóa hệ thống cho phép xác định các thông số quan trọng như vận tốc khí thải, nồng độ chất hấp thụ và điều kiện biên. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng việc điều chỉnh vận tốc khí thải có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả hấp thụ. Các thông số như nhiệt độ và áp suất cũng cần được tối ưu hóa để đạt được hiệu suất xử lý cao nhất. Việc sử dụng phần mềm ANSYS không chỉ giúp mô phỏng chính xác quá trình mà còn cung cấp các dữ liệu cần thiết để cải tiến thiết kế hệ thống xử lý khí thải.

3.1 Kết quả mô phỏng

Kết quả từ mô phỏng cho thấy rằng hệ thống xử lý khí thải có thể đạt hiệu suất cao khi các thông số được tối ưu hóa. Việc điều chỉnh vận tốc khí thải và nồng độ chất hấp thụ đã cho thấy sự giảm đáng kể nồng độ khí thải độc hại. Các kết quả này không chỉ có giá trị trong việc cải thiện quy trình xử lý khí thải mà còn có thể áp dụng trong các nghiên cứu và phát triển công nghệ xử lý khí thải trong tương lai. Sự kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn trong mô phỏng đã chứng minh được tính khả thi và hiệu quả của hệ thống xử lý khí thải gia cầm.