Đồ án Tính toán thiết kế hệ thống thiết bị xử lý khí thải bụi của nhà máy sản xuất nhựa, cao su với năng suất N=60000m3/h (Theo phương pháp lắng bằng lực quán tính kết hợp với ly tâm)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỀ TÀI: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ XỬ LÝ KHÍ THẢI BỤI CỦA NHÀ MÁY SẢN XUẤT NHỰA, CAO SU VỚI NĂNG SUẤT N = 60000 m3/h (THEO PHƯƠNG PHÁP LẮNG BẰNG LỰC QUÁN TÍNH KẾT HỢP VỚI LY TÂM) GVHD: NGUYỄN TẤN DŨNG SVTH: BÙI THỊ QUỲNH NHƯ LỚP: 13150 KHÓA: 2013 Tp.HCM, tháng năm LỜI MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, nền khoa học kỹ thuật của thế giới đã có những sự phát triển vượt bậc, song song với đó, nền công nghiệp thế giới cũng đã đạt đến trình độ kỹ thuật cao, với nhiều thành tựu đáng ghi nhận. Cùng với sự phát triển ấy, mức sống của con người cũng được nâng cao và nhu cầu của con người cũng thay đổi. Tuy nhiên, hệ quả của sự phát triển ấy là một loạt các vấn đề về môi trường như trái đất nóng lên, ô nhiễm không khí, ô nhiễm nguồn nước, mực nước biển dâng hay biến đổi khí hậu Trước thực trạng ấy con người đã có ý thức về bảo vệ môi trường, ý thức về mối quan hệ giữa “phát triển kinh tế” và “bảo vệ môi trường”. Vấn đề “phát triển bền vững” đã không còn xa lạ và đây là mối quan tâm không của riêng ai đặc biệt là các nước đang trên đà phát triển như Việt Nam chúng ta. Ngày nay ô nhiễm không khí đang là một vấn đề đáng quan tâm của Việt Nam cũng như toàn thế giới. Khi tốc độ đô thị hóa ngày càng nhanh, số lượng các khu công nghiệp, khu chế xuất ngày càng tăng, ngày càng nhiều bệnh tật ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người liên quan đến vấn đề ô nhiễm không khí. Các bệnh về da, mắt, đặc biệt là đường hô hấp. Vì vậy việc xử lý bụi và khí thải trong quá trình sản xuất là điều tất yếu phải có trong các khu công nghiệp, nhà máy để bảo vệ môi trường không khí và hết sức cần thiết để đảm bảo sự phát triển bền vững. Phạm vi của đồ án môn kỹ thuật xử lý khí thải, tôi đã thực hiện đồ án này-tính toán thiết kế hệ thống thiết bị xử lý khí thải bụi của nhà máy sản xuất nhựa, cao su với năng suất 60000 m3/h. Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đở, hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Tấn Dũng. Để tránh xảy ra sai xót rất mong nhận được những ý kiến đóng góp từ phía các thầy cô và mọi người góp phần cho đồ án được hoàn thiện. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CN HÓA HỌC - THỰC PHẨM NGÀNH CNKT MÔI TRƯỜNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc ---o0o--- ĐỒ ÁN MÔN HỌC Môn học: Đồ án xử lý không khí Mã môn học: Họ và tên sinh viên: Bùi Thị Quỳnh Như MSSV: 13150056 Tên đồ án: Tính toán thiết kế hệ thống thiết bị xử lý khí thải bụi của nhà máy sản xuất nhựa, cao su với năng suất 60000 m3/h. Mục đích đồ án: Giúp sinh viên vận dụng kiến thức đã học vào tính toán ứng dụng trong thực tế. Nhiệm vụ: Quy hoạch mặt bằng để lắp đặt hệ thống thiết bị. Lựa chọn thiết bị lọc khí bụi thích hợp. Tính toán các thông số cho thiết bị lọc khí, bụi. Thiết kế thiết bị lọc khí bụi. Giá thành của thiết bị. Vận hành và ứng dụng của thiết bị. Vẽ bản vẽ hệ thống xử lý khí bụi bằng phương pháp lắng bằng lực quán tính kết hợp với ly tâm. Ngày nhận đồ án: 01/10/2015 Ngày nộp đồ án: Nội dung và yêu cầu của Đồ án đã được thông qua Bộ môn. Tp.HCM, ngày tháng năm 201 Chủ Nhiệm Bộ Môn NGƯỜI HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CUẢ GVHD . Điểm bằng số: .......; Điểm bằng chữ: .. Tp.HCM, ngày tháng năm 201 Giáo viên hướng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên) Chương 1 TỔNG QUAN VỀ BỤI VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG THIẾT BỊ XỬ LÝ KHÍ THẢI Bụi phát sinh Chụp hút Hệ thống đường ống Lắng quán tính xiclon Khí sạch Quạt hút TỔNG QUAN VỀ BỤI VÀ THÀNH PHẦN CỦA BỤI Khái niệm chung về bụi và phân loại 1.2.1.1 Khái niệm chung về bụi Các phần tử chất rắn thể rời rạc (vụn) có thể được tạo ra trong các quá trình nghiền, ngưng kết, và các phản ứng hóa học. Dưới tác dụng của các dòng khí hoặc không khí, chúng chuyển thành trạng thái lơ lửng và trong những điều kiện nhất định chúng tạo ra thứ vật chất mà mọi người gọi là bụi. Bụi là một hệ thống gồm 2 pha: pha khí và pha rắn rời rạc, đó là các hạt có kích thước nằm trong khoảng từ kích thước nguyên tử đến kích thước nhìn thấy đượcbằng mắt thường, có khả năng tồn tại trong thời gian dài ngắn khác nhau. Sol khí (aerozon) cũng là hệ thống vật chất rời rạc từ các hạt thể rắn và thể lỏng ở dạng lơ lửng trong thời gian dàikhông hạn định. Tốc độ lắng của chúng rất bé. Aerozon thô có thể xem là đi là đồng nghĩa với bụi. Chúng có thể có kích thước hạt đồng nhất hoặc không đồng nhất. Bụi thu giữ được hoặc bụi đã lắng đọng thường đồng nghĩa với khái niệm “bột” – loại vật chất vụn, rời rạc. Kích thước của hạt bụi d là đường kính, độ dài cạnh của hạt hoặc là lỗ rây, kích thước lớn nhất của hình chiếu của hạt. Đường kính tương đương dtđ của hạt có hình dáng bất kỳ là đường kính hình cầu có thể tích bằng thể tích của hạt bụi. Vận tốc lắng chìm vc của hạt bụi là vận tốc của hạt trong môi trường tỉnh dưới tác dụng của trọng lực. vc của hạt phụ thuộc vào hình dáng, kích thước, khối lượng của hạt, cũng như khối lượng đơn vị, độ nhớt của môi trường. Trong không khí, bụi tồn tại dưới dạng 1 tập hợp các hạt rắn có kích thước khác nhau cùng khuếch tán trong không khí. Duy chỉ có các loại bụi có nguồn gốc từ hơi ngưng tụ lại sẽ cho loại bụi có kích thước thuần nhất. Tùy thuộc vào kích thước và trọng lượng riêng, hạt bụi có thể tồn tại lâu hay mau trong không khí. Về nguồn gốc, bụi được chia làm 2 loại: bụi hữu cơ (có nguồn gốc từ động – thực vật), bụi vô cơ (bụi kim loại, bụi khoáng chất) và bụi hỗn hợp. 1.2.1.2 Phân loại bụi Về hình dáng, bụi được phân thành 3 dạng: dạng mảnh (mỏng), dạng sợi và dạng khối. Về kích thước, bụi được phân chia thành các loại sau: Bụi thô, cát bụi (grit): gồm các hạt bụi chất rắn có kích thước d > 75 mm. Bụi (dust): các hạt chất rắn có kích thước nhỏ hơn bụi khô 75 mm > d > 5 mm, được hình thành từ các quá trình cơ khí như nghiền, tán, đập, Khói (smoke): gồm các hạt chất rắn hoặc lỏng có kích thước nhỏ hơn bụi khô 5mm > d > 1mm, được tạo ra do quá trình đốt nhiên liệu hoặc quá trình ngưng tụ. Khói mịn (fume): gồm các hạt chất rắn rất mịncó kích thước d < 1 mm. Sương (mist): các hạt chất lỏng có kích thước d < 10 mm. Khi ở nồng độ cao chúng sẽ làm giảm tầm nhìn thì chúng được gọi là sương giá (fog). Theo tính kết dính của bụi, gồm có các loại: Bụi không kết dính: xỉ thô, thạch anh, đất khô, Bụi kết dính yếu: bụi từ lò cao, tro bụi, Bụi có tính kết dính: bụi kim loại, than bụi tro mà không chứa chất cháy, bụi sữa, mùn cưa, Bụi có tính kết dính mạnh: bụi xi măng, thạch cao, sợi bông, len, Theo độ dẫn điện, có các loại bụi như: Bụi có điện trở thấp: nhanh bị trung hòa về điện, dễ lôi trở lại dòng khí. Bụi có điện trở trung bình: thích hợp cho các phương pháp xử lý. Bụi có điện trở cao: hiệu quả xử lý không cao. 1.2.2 Tính chất của bụi 1.2.2.1 Độ phân tán các phân tử Kích thước hạt là một thông số cơ bản của bụi. Việc lựa chọn các hạt bụi phụ thuộc vào thành phần phân tán của bụi tách được. Các thiết bị đặc trưng cho kích thước hạt bụi là đại lượng vận tốc lắng của chúng cũng như đường kính lắng . Các hạt bụi công nghiệp có đường kính rất khác nhau, cho nên nếu cùng khối lượng chúng cũng sẽ lắng với những vận tốc khác nhau (những hạt càng gần với hình tròn thì tốc độ lắng càng nhanh hơn. Kích thước của hạt bụi đặc trưng cho độ phân tán của chúng. 1.2.2.2 Tính kết dính của bụi Các hạt bụi luôn có xu hướng kết dính lại với nhau, với độ kết dính cao như vậy sẽ gây ra tình trạng bệ nghẹt hệ thống tách bụi của các thiết bị ở vị trí cục bộ hoặc trên toàn bộ hệ thống. Vì vậy , người ta thường thiết lập giới hạn sử dụng theo độ kết dính của các hạt bụi. Đối với bụi có kích thước càng nhỏ thì khả năng kết dính, bám lên bề mặt thiết bị càng cao; đặc biệt là bụi có 60-70% hạt có đường kính d 10 mm thì dễ trở thành tơi xốp. 1.2.2.3 Độ mài mòn của bụi Độ mài mòn của bụi đặc trưng cho khả năng mài mòn kim loại khi chuyển động cùng một vận tốc và một nồng độ bụi . Độ mài mòn của bụi phụ thuộc vào hình dạng, kích thước, độ cứng và mật độ của chúng. Tính chất này khá quan trọng, do đó cần chú ý đến độ mài mòn của kim loại khi tính toán thiêt kế hệ thống. 1.2.2.4 Độ thấm ướt của bụi Độ thấm ướt của bụi ảnh hưởng đến hiệu quả làm việc của các thiết bị tách bụi kiểu ướt, đặc biệt là các thiết bị làm việc tuần hoàn. Theo tính chất thấm ướt các vật liệu rắn, chúng được chia làm 3 loại: Vật liệu lọc nước: dễ thấm nước (canxi, thạch cao, phần lớn silicat và khoáng vật được oxy hoá, halogenua của kim loại kiềm,) Vật liệu kỵ nước: khó thấm nước (grafit, than, lưu huỳnh) Vật liệu nước tuyệt đối: (paraffin, nhựa Teflon, butim) 1.2.2.5 Độ hút ẩm của bụi Khả năng hút ẩm của bụi phụ thuộc vào hình dạng, độ nhám, kích thước cũng như thành phần hóa học của bụi. Độ hút ẩm của bụi sẽ tạo điều kiện tách bụi trong cách thiết bị lọc bụi kiểu ướt. 1.2.2.6 Độ dẫn điện của bụi Độ dẫn điện của bụi phụ thuộc vào tính chất, cấu trúc của từng hạt riêng rẽ và các thông số của dòng khí. Chỉ số này được đánh giá theo chỉ số điện trở suất của bụi, nó ảnh hưởng rất lớn đến khả năng làm việc của các bộ lọc bụi tĩnh điện. 1.2.2.7 Sự tích điện của lớp bụi Sự tích điện của bụi sẽ phụ thuộc vào phương pháp tạo thành, thành phần hóa học và tính chất vật chất mà chúng tiếp xúc. Sự tích điện của bụi ảnh hưởng đến hiệu quả tách của chúng trong cách thiết bị lọc khí. 1.2.2.8 Tính tự bốc nóng và tạo hỗn hợp dễ nổ với không khí Cường độ nổ phụ thuộc vào tính chất hóa học, tính chất nhiệt, kích thước, hình dạng và nồng độ của bụi trong không khí. Bụi càng nhỏ thì diện tích tiếp xúc với oxy càng lớn, khi đó bụi càng dễ bốc cháy, dễ gây nổ khi có mồi lửa. Các hạt có khả năng bắt lửa như bụi hữu cơ (sơn, sợi, plastic), một số bụi vô cơ như nhôm, kẽm, magie, Thành phần của bụi Tùy theo nguồn gốc phát sinh ra bụi mà chúng có thành phần khác nhau, đa số là bụi hô hấp (bụi có kích thước d < 5 mm). Nồng độ bụi cao nhất là ở khu vực máy cán, giai đoạn đổ phụ gia lên keo trên khe trục cán, khu vực chứa nguyên liệu Bụi có thành phần silic dioxyt, khi hàm lượng silic dioxyt tự do cao có thể gây xơ hóa phổi mạnh. Bên cạnh đó bụi còn bị nhiễm hóa chất trong quá trình sản xuất cũng gây nhiễm độc chung khi hấp thụ qua da và hệ hô hấp. ẢNH HƯỞNG CỦA BỤI ĐỐI VỚI MÔI TRƯỜNG Đối với thực vật: ảnh hưởng đến quá trình quang hợp, hô hấp và thoát hơi nước; cản trở sự phát triển, năng suất của cây trồng, Đối với động vật: ảnh hưởng đến khả năng hô hấp, kích thích các bệnh dị ứng của động vật. Đối với con người: Nhờ có hệ thống hô hấp mà ta có thể cản và loại trừ được 90% bụi có kích thước  khoảng trên 5 mm. Các hạt bụi nhỏ dưới 5 mm có thể theo không khí thở vào đến tận phế nang, ở đây cũng được các lớp niêm dịch và đại thực bào ăn và loại ra được khoảng 90% hạt bụi ở phổi. Số bụi còn lại đọng ở đường hô hấp trên có thể gây ra nhiều bệnh như: Bệnh phổi nhiễm bụi         Là một vấn đề lớn trong bệnh lý nghề nghiệp trong khoảng vài chục năm trở lại đây, chiếm khoảng 40-70% bệnh nghề nghiệp nội thương. Vài số liệu thống kê cho ta thấy rõ tính chất trầm trọng và yêu cầu phòng chống cấp bách bệnh này. Ở Mỹ, từ 1950-1955 đã phát hiện được 12.763 công nhân bị mắc bệnh phổi nhiễm bụi đá (silicose), có 75% bệnh nhân tuổi hơn 50. Ở Việt Nam qua điều tra cho thấy thợ mỏ tỷ lệ mắc bệnh phổi nhiễm bụi than và đá là 0,7-3,5%, thợ lò gạch chịu lửa ở Thanh  Trì và Cầu Đuống mắc silicose từ 10,2-12,9%, thợ làm fibrocement nhiễm bụi amiant là 5,5%. Một số điều tra gần đây cho thấy tỉ lệ bệnh bụi phổi Silic ở miền Trung là 14,08% (N. N. Cảnh và ctv, 1992). Trong ngành đúc cơ khí, tỉ lệ này ở Việt nam lên đến 40% (N.V. Hoài và ctv, 1992). Bệnh phổi nhiễm bụi là nhóm bệnh do nguyên nhân nghề nghiệp, gây ra do hít phải các loại chủ yếu là bụi khoáng và kim loại, dẫn tới hiện tượng xơ hóa phổi, làm suy giảm chức năng hô hấp (bệnh bụi phổi bông là một dạng bệnh lý khác, bệnh lý phế quản). Tùy theo loại bụi hít phải mà có các bệnh phổi nhiễm bụi mang tên khác nhau. Các bệnh khác do bụi gây ra Bệnh ở đường hô hấp: tùy theo loại bụi mà gây ra các loại bệnh viêm mũi, họng, khí phế quản khác nhau. Bụi hữu cơ, lông, sợi, gai, lanh dính vào niêm mạc gây ra viêm phù thũng, tiết nhiều niêm dịch; bụi bông, lanh, gai có thể gây co thắt phế quản; viêm, loét trong lòng phế quản. Bụi vô cơ rắn, cạnh sắc nhọn, ban đầu thường gây ra viêm mũi phì đại làm cho niêm mạc dày lên, tiết nhiều niêm dịch làm cho hít thở không không khí khó khăn, vài năm sau chuyển thành thể viêm mũi teo, giảm chức năng lọc giữ bụi, làm cho bệnh bụi phổi dễ phát sinh. Loại bụi crom, arsen còn gây viêm loét thủng vách mũi vùng trước sụn lá mía. Loại bụi gây dị ứng: bụi bột, bụi len, bột thuốc kháng sinh có thể gây ra viêm mũi, viêm phế quản dạng hen. Bụi Mangan, phosphat, bicromat kali còn gây bệnh viêm phổi do nó làm thay đổi tính miễn dịch sinh học của phổi.            Một số bụi kim loại mang tính phóng xạ còn gây bệnh ung thư phổi như bụi cobalt, kền, crom, nhựa đường. Bệnh ngoài da: bụi đồng có thể gây nhiễm khuẩn da rất khó chữa. Bụi còn tác động lên các tuyến nhờn, làm cho khô da, phát sinh các bệnh da như trứng cá, viêm da, gặp ở công nhân đốt lò hơi, thợ máy, sản xuất xi măng, sành sứ ... Bụi còn kích thích lên da, sinh mụn nhọt, lở loét như bụi vôi, thiếc, dược phẩm, thuốc trừ sâu, đường. Bụi nhựa than còn có tác dụng quang học trên vùng da để hở dưới tác dụng của ánh sáng làm da sưng tấy, đỏ như bỏng, rất ngứa, còn làm cho mắt sưng đỏ, chảy nước mắt, các hiện tượng này sẽ không xảy ra nếu làm việc ở trong bóng râm hoặc làm việc về đêm. Bụi còn gây ra chấn thương ở mắt: do không mang kính phòng hộ nên bụi bẩn vào mắt kích thích màng tiếp hợp, lâu dần gây  ra viêm màng tiếp hợp, viêm mi mắt. Bụi kiềm hoặc bụi axit có thể gây ra bỏng giác mạc, để lại sẹo lớn làm giảm thị lực hoặc mù mắt. Bụi kim loại như phoi bào, phoi tiện bắn vào mắt gây ra các vết thương trên màng tiếp hợp và có thể tổn thương giác mạc, về sau để lại sẹo làm giảm thị lực, nặng hơn có thể làm mù mắt. Bệnh ở đường tiêu hóa: bụi đường, bột có thể làm sâu răng, do bụi động lại trên mặt răng, bị vi khuẩn phân giải thành axit lactic làm hỏng men răng. Bụi kim loại, bụi khoáng to, nhọn, cạnh sắc vào dạ dày có thể có ảnh hưởng, gây  rối loạn tiêu hóa. Bên cạnh đó, bụi còn ảnh hưởng đến mỹ quan đô thị, làm tăng khả năng ăn mòn các công trình xây dựng, vật liệu, máy móc,và đặc biệt là nguồn nước. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BỤI BẰNG PHƯƠNG PHÁP LẮNG Thiết bị lắng bụi bằng lực quán tính Thiết bị này lợi dụng tác dụng của lực quán tính để làm thay đổi chiều hướng chuyển động của dòng khí một cách liên tục, lặp đi lặp lại bằng nhiều loại vật cản có hình dáng khác nhau. Khi đó, bụi do có lực quán tính lớn sẽ không thể thay đổi hướng chuyển động ngay được mà sẽ giữ hướng chuyển động ban đầu của mình, rồi va đập với các vật cản rồi bị giữ lại đó hoặc bị mất động năng. Khi đó vận tốc của bụi sẽ đột ngột bị giảm, nhờ đó mà các hạt bụi sẽ bị ép vào thành vật cản và rơi vào bẫy bụi. Tại đây khí sẽ được hất ngược trở lên và đi ra ngoài, còn bụi trong bẫy thì rơi xuống phiễu chứa bụi của thiết bị dưới tác dụng của trọng lực và bị giữ lại, sau đó được chuyển ra ngoài. Vận tốc của thiết bị khoảng 1m/s, còn ở ống thì khoảng 10m/s. Hiệu quả của thiết bị lắng bụi bằng lực quán tính đạt 65 - 80% đối với bụi có kích thước hạt d (25-30) mm. Trở lực của chúng khoảng 150 – 390 N/m2. Các dạng khác nhau của thiết bị lọc bụi bằng lực quán tính: Có vách ngăn Với chỗ quay khí nhẵn Có chóp mở rộng Nhập khí ngang hông Hình 1.3: Thiết bị lắng bụi quán tính Hình 1.2: Thiết bị lọc bụi bằng lực quán tính kiểu Venturi. Hình 1.3: Thiết bị lọc bụi bằng lực quán tính kiểu màn chắn uốn cong. Hình 1.4: Thiết bị lọc bụi bằng lực quán tính kiểu “lá sách”. Hình 1.5: Thiết bị lọc bụi bằng lực quán tính kết hợp với thùng lắng bụi. Ưu điểm của thiết bị lắng bụi bằng lực quán tính: Chế tạo đơn giản, cấu tạo gọn nhẹ. Tổn thất áp suất thấp hơn các thiết bị khác. Khả năng lắng cao hơn buồng lắng. Năng suất và hiệu suất của thiết bị này tương đối cao. Được ứng dụng ở quy mô công nghiệp. Nhược điểm của thiết bị lắng bụi bằng lực quán tính: Hiệu quả xử lý không cao đối với bụi có kích thước d < 5 mm. Chủ yếu để lọc bụi khô. Không thể phân riêng hệ khí không đồng nhất có độ ẩm cao và có tính bám dính, các hạt rắn chuyển động đập vào các mặt phẳng nghiêng sẽ bị dính vào bề mặt, đến một lúc nào đó các khe hở sẽ bị bít lại. Thiết bị lắng bụi bằng lực ly tâm Thiết bị lọc bụi ly tâm gồm: kiểu nằm ngang, kiểu đứng, kiểu guồng xoắn. Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu nằm ngang. Thiết bị có cấu tạo khá đơn giản gồm một ống bao hình trụ bên ngoài, bên trong có lõi hình trụ hai đầu bịt tròn và thon 2 để đảm bảo chảy bọc được tốt. Không khí mang bụi đi vào thiết bị được các cánh hướng dòng tạo thành chuyển động xoáy. Lực ly tâm sản sinh từ chuyển động xoáy tác dụng lên các hạt bụi và đẩy chúng ra xa lõi hình trụ rồi chạm vào thành ống bao và thoát ra qua khe vành khăn để tơi vào nơi tập trung bụi. Không khí sạch theo ống loa với cánh hướng dòng kết hợp với van điều chỉnh thoát ra ngoài. Hình 1.6: Sơ đồ cấu tạo thiết bị lắng bụi ly tâm kiểu nằm ngang Do dòng khí đi từ đầu này sang đầu kia của thiết bị trên cùng một chiều nên có thể gọi đây là thiết bị lọc ly tâm một chiều. Thiết bị này thường sử dụng để xử lý bụi khô, hiệu quả thấp đối với bụi có đường kính d < 5 mm, nên ít được sử dụng. Thiết bị ly tâm kiểu thẳng đứng (xiclon) Thiết bị sử dụng theo nguyên lý đó là cho không khí mang bụi dược lắp dặt vào thiết bị theo phương tiếp tuyến với than hình trụ của xiclon , khi đó không khí sẽ chuyển động xoắn ốc bên trong than hình trụ của xiclon, cho đén khi chạm vào đáy ống thì không khí dội ngược trở lại nhưng vẫn giữ được chuyển động theo chiều xoắn ốc và không khí được thoát ra ngoài. Còn các hạt bụi do chịu tác dụng của lực quay ly tâm sẽ bị chuyển động xuống dưới, đồng thời do mất động năng nên các hạt bụi đó bị lắng xuống đáy của thiết bị. Hình 1.7: Sơ đồ cấu tạo của xiclon Ống dẫn không khí bẩn vào Vỏ Xiclon Phiễu chứa bụi Ống trụ ở giữa Van chặn Ưu điểm của thiết bị lắng bụi bằng lực ly tâm: Sử dụng rộng rãi, giá thành rẻ. Không có chi tiết chuyền động, vận hành đơn giản. Có thể vận hành dễ dàng ở nhiệt độ trên 500oC, áp suất lớn, trị số tổn thất áp suất ổn định, thu hồi bụi ở dạng khô. Hiệu quả xử lý không phụ thuộc vào nồng độ bụi. Khả năng phân riêng tốt, năng suất và hiệu suất cao, thời gian phân riêng nhỏ. Phù hợp với quy mô sản xuất lớn. Nhược điểm của thiết bị lắng bụi bằng lực ly tâm: Hiệu quả thấp đối với bụi có đường kính d < 5 dm. Không thể thu hồi bụi kết dính. Thiết bị dễ bị mài mòn nếu có hơi khí độc trong dòng khí độc. Thiết bị có cấu tạo phức tạp, khó chế tạo, khó vệ sinh, bảo dưỡng, sửa chữa. Thiết bị ly tâm kiểu guồng xoắn Thiết bị kiểu guồng xoắn đơn giản Bụi dưới tác dụng của lực ly tâm sẽ được tập trung đậm đặc ở một bên của vỏ xoắn ốc. Tại đó, người ta mở một rãnh hẹp để thải bụi và một phần khí vào nơi tập trung bụi, phần khí đó được lọc bớt bụi rồi theo đường ống khí thải hoặc đi đén cấp lọc tinh tiếp theo. Thiết bị kiểu guồng xoắn có kèm theo xiclon Thiết bị hoạt động theo nguyên tắc: một phần nhỏ khí đậm đặc bụi được tập trung ở lớp vỏ xoắn ốc và được dẫn vào xiclon, tại đây bụi được tách ra khỏi dòng khí và rơi xuống phiễu chứa. Còn khí được nhập trở lại dòng khí chính để tuần hoàn trở lại, khí sạch thì theo ống thoát đi ra ngoài. Hiệu quả xử lý bụi của thiết bị ly tâm kiểu guồng xoắn: Hình 1.8:a) Thiết bị lắng bụi guồng xoắn đơn giản b) Thiết bị lắng bụi guồng xoắn có xiclon c) Đường cong hiệu quả lọc theo kích thước bụi Thiết bị TURBO tương tự thiết bị ly tâm kiểu guồng xoắn Thiết bị hoạt động theo nguyên tắc: guồng cánh quạt ép các hạt bụi sát vào thành bao quanh của vỏ quạt xoắn ốc và đẩy một bộ phận khí đậm đặc bụi vào xiclon. Ở đó, bụi được tác ra khỏi dòng khí và rơi xuống phiễu chứa, còn khí thì tuần hoàn trở lại về quạt. Phần khí sạch sẽ theo miệng thổi của quạt được thải ra ngoài qua đường ống khí và được điều chỉnh bằng van. Những kết quả nghiêm cứu trong nước. Những kết quả nghiêm cứu trên thế giới. Chương 2 QUY HOẠCH MẶT BẰNG VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊM CỨU 2.1 Quy hoạch mặt bằng xây dựng nhà xưởng xử lý khí thải 2.1.1 Yêu cầu cơ bản trong việc quy hoạch mặt bằng Đặc điểm của nhà máy chế biến nhựa, cao su là nguồn gốc phát sinh bụi chủ yếu ở giai đoạn sấy khô nguyên liệu và quá trình vận chuyển nguyên vật liệu tới các cơ sở sản xuất, phương tiện xếp dỡ, vận chuyển nội bộ trong cở sở sản xuất. Khi hoạt động như vậy, các phương tiện vận tải sẽ thải ra môi trường một lượng khói bụi làm ô nhiễm môi trường. Đồng thời, do việc sử dụng một lượng axit vào giai đoạn đánh đông kết hợp với sấy ở nhiệt độ 110-1100oC, một lượng hơi khí độc kết hợp với bụi ở giai đoạn này sẽ phát sinh. Mà thành phần chủ yếu của bụi sẽ chứa axit và các loại hydrocacbon. Trước khi thành lập công ty, nhà máy thì công ty đó phải có bảng đánh giá tác động môi trường, trong đó phải nêu rõ những gì sẽ làm và mức độ ảnh hưởng đến môi trường, kèm theo đó phải có hướng khắc phục, xử lý để không gây ô nhiễm môi trường. Và phải đảm bảo khi đưa vào vận hành, sử dụng công trình đó sẽ không gây ô nhiễm môi trường, tức là nồng độ chất độc hại do công ty đó thải ra khi nhập vào nồ độ chất độ hại của khu vực đó không vượt quá nồng độ cho phép. Cần phân tích rõ điều kiện thời tiết (nhiệt độ, độ ẩm, lượng mưa hằng năm) và vi trí địa lý của mặt bằng cầ quy hoạch. Khi thiết kế, quy hoạch mặt bằng nhà máy cũng như hệ thống xử lý khí bụi càn phải nắm rõ quy trình công nghệ, yêu cầu về mọi mặt của các khâu trong dây chuyền đó. Khi đó địa điểm rất quan trọng đối với quá trình vận hành của hệ thống trông suốt thời gian sau này. Với việc sắp xếp địa điểm một cách hợp lý sẽ tạo điều kiện cho việc thu gom, khai thác, tận dụng năng lực và nâng cao hiệu quả sử dụng của hệ thống xử lý. 2.1.2 Quy hoạch mặt bằng 2.1.2.1 Vị trí địa lý Nhà máy không được đặt quá xa đối với các nguồn nguyên liệu đầu vào để dễ dàng cho quá trình vận chuyển nhằm mục tiêu tiết kiệm chi phí. Đồng thời trong n hà máy cũng cần xây dựng hệ thống giao thông hợp lý, tránh gây ùng tắc trong quá trình sản xuất. Địa hình và thời tiết là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến năng suất hoạt động của nhà máy, do đó, cần quy hoạch nhà máy vào khu vực có cơ sở hạ tầng giao thông phù hợp, điều kiện thời tiết ổn định để tăng năng suất. Phù hợp với quy hoạch dài hạn. Có đủ điều kiện thiên nhiên (khí hậu, địa chất,) Đảm bảo đủ điều kiện xây dựng và mở rộng trước mắt và lâu dài về diện tích mặt bằng, quy mô sản xuất cũng như địa chất ổn định, vững chắc cho việc thi công công trình, không lầm ảnh hưởng đến hoạt động kinh tế, chính trị, văn hóa, xã hội và đời sống của người dân Hệ thống xử lý ô nhiễm phải được xây dựng gần khu vực gây ra ô nhiễm. Khi xây dựng hệ thống cần chú ý: Yếu tố xã hội: sự phân bố không gian của lực lượng sử dụng phải đảm bảo tính cân đối, sự hài hòa của hệ thống và của cả nhà máy cũng như các ảnh hưởng đến người dân sống gần khu vực nhà máy. Yếu tố xí nghiệp: đó là sự cung ứng nguyên vật liệu, chất phụ trợ, năng lượng ( điện, nước,) và các tác động đến môi trường xung quanh (tiếng ồn, chất thải, khí thải,). Việc lựa chọn địa điểm cho công trình xây dựng cần xem xét các yếu tố ảnh hưởng như: Kích thước, hình dạng khu đất. Tính chất bề mặt. Nền móng công trình và yêu cầu về thủy văn. Đầu mối giao thông là sẵn có. Nhu cầu và mức đáp ứng về năng lượng (điện, nhiên liệu,), nước cho xuất và sinh hoạt và nhu cầu về lao động. Ảnh hưởng đối với môi trường xung quanh (tiếng ồn, độc hại,) Xây dựng nhà máy tránh tổn hại đến mỹ quan đô thị và môi trường sinh thái Phòng chống cháy nổ và an toàn cho sản xuất. 2.1.2.2 Vị trí đặt hệ thống xử lý bụi Trong nhà máy cần phân rõ từng khu và xây dựng một cách hợp lý để không làm gián đoạn hoạt động của bất cứ một khu vực nào. Hệ thống xử lý phải được thiết kế ở gần khu vực phát sinh khí thải để đảm bảo cho việc vận chuyển dễ dàng với đoạn đường ngắn nhất và đặc biệt là việc phát sinh khí thải không ảnh hưởng đến hoạt đọng sản xuất. Quy hoạch mặt bằng phải đảm bảo sự tiện lợi và chi phí sử dụng là thấp nhất. Bố trí phải hợp lý, phù hợp với dây chuyền công nghệ. Đồng thời phải đảm bảo dây chuyền xử lý được áp dụng một cách khoa học. Bên cạnh đó, việc quy hoạch phải đảm bảo tính thẩm mỹ công nghiệp, an toàn. Dễ ngăn chặn sự khi có sự cố sảy ra để hạn chế tổn thất cho nhà máy, công ty mà không ảnh hưởng đến khả năng mở rộng của nhà máy. 2.1.2.3 Mạng lưới điện quốc gia Quy hoạch xây dựng ở khu vực có đường điện quốc gia để đảm bảo điện năng cung cấp cho hệ thống sử dụng và vận hành. Nguồn điện cung cấp cho nhà máy phải đáp ứng được nhu cầu và ổn định trong suốt quá trình sản xuất. Nhà máy phải có chu trình công nghệ khép kín trong việc tự tạo điện năng, hơi nước để chủ động trong việc sản xuất và sản xuất một cách liên tục kể cả khi lưới điện quốc gia gặp sự cố hoặc không đáp ứng đủ. Bố trí quy hoạch sao cho diện tích được sử dụng một cách tối ưu, hiệu quả nhất. Áp dụng khoa học kỹ thuật tiên tiến vào sản xuất để vừa tiết kiêm năng lượng vừa tiết kiệm một khoản kinh tế cho công ty, nhà máy (như việc sử dụng pin năng lượng mặt trời,) TB LẮNG QUÁN TÍNH XICLON Hình 2.1: Sơ đồ bản vẽ quy hoạch mặt bằng 2.2 Đối tượng nghiêm cứu và phương pháp tính toán Đối tượng nghiêm cứu: hệ thống thiết bị xử lý khí thải bụi của nhà máy sản xuất nhựa, cao su với năng suất 60000 m3/h – Theo phương pháp lắng bằng lực quán tính kết hợp với lực ly tâm. Chương 3 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỖNG XỬ LÝ KHÍ THẢI VÀ THẢO LUẬN 3.1 Tính toán 3.1.1 Các thông số ban đầu cần thiết cho tính toán Bụi có khối lượng riêng: rb =1500 kg/m3. Nhiệt độ bụi vào: tb =100oC Nhiệt độ không khí ra: tk =40oC Năng suất của thiết bị: Q = 60000 m3/h Nồng độ bụi vào: Cv = Cb =12000 mg/m3 Độ nhớt động học ở điều kiện chuẩn: mo = 17,17x10-6 Pa.s Khối lượng riêng của không khí ở nhiệt độ t (oC) được xác định theo phương trình sau: rk(toC) = 1,293273,15t+273,15 Suy ra, ở nhiệt độ không khí ra tk =40oC thì: rk(40oC) = 1,293273,1540+273,15=1,128 kg/m3 Ở nhiệt độ bụi vào tb =100oC thì: rk(100oC) = 1,293273,15100+273,15=0,95 kg/m3 Bảng : Giá trị hệ số Kp theo lưu lượng Lưu lượng nguồn thải Giá trị hệ số Kp P ≤ 20.000 1 20000 < P ≤ 100000 0,9 P > 1000000 0,8 Bảng: Hệ số phân vùng Kv Phân vùng Giá trị hệ số Kv Vùng 1 Nội thành đô thị loại đặc biệt (1) và đô thị loại 1 (1): rừng đặc dụng (2); di sản thiên nhiên; di tích lịch sử văn hóa được xếp hạng (3), cơ sở sản xuất kinh doanh dịch vụ; có khoảng cách ranh giới đến khu vực này dưới 0.2 km 0.6 Vùng 2 Nội thành, nội thị đô thị loại II, III, IV khu vực ngoại thành đặc biệt khoảng cách đến khu vực này không quá 0.2 km 0.8 Vùng 3 Khu công nghiệp, khu đô thị loại IV,vùng ngoại thành đô thị loại II, III, IV có khoảng cách đến nội thành nội thị nhỏ hơn hoặc bằng 0.2 km, cơ sở sản xuất, kinh doanh, dịch vụ có khoảng cách đến khu vực này bé hơn 0.2 km. 1 Vùng 4 Nông thôn 1.2 Vùng 5 Nông thôn miền núi 1.4 Nồng độ bụi tối đa cho phép được xác định: Cmax = CTC . Kp . Kv = 50 x 0,9 x 1 = 45 mg/m3 Ở điều kiện thường t = 400C, nồng độ thải ra : Cr = Cmax 273273+t = 45 x 273273+40 = 39,25 mg/m3 Hiệu suất làm việc của thiết bị: η = Cv-CtCv=12000-39,2512000 x 100% = 99,67% 3.1.2 Tính cân bằng vật chất Lưu lượng khối lượng khí vào thiết bị lắng quán tính được xác định : Gv = rv . Qv Trong đó, rv: khối lượng riêng của hỗn hợp khí bụi và được xác định bởi phương trình: 1rv = yvrb+1-yvrk Với: rb là khối lượng riêng của bụi, rb = 1500 kg/m3 rk là khối lượng riêng của khí ở 100oC, rk(100oC) = 0,95 kg/m3 yv (%) là nồng độ bụi đi vào thiết bị và được xác định: yv=Cbrv Thay vào phương trình ta có: 1rv = Cbrb.rv+rv-Cbrv.rk « 1rv = 500×10-61500.rv+rv-500×10-6rv.0,95 Khi đó, rv = 0,951 kg/m3 Thay vào phương trình: yv=Cbrv = 500×10-60,951 = 0,526 x 10-3 = 0,0526% Đồng thời, ta sẽ có: Gv = rv . Qv = 0,951 x 60000 = 57060 kg/h Nồng độ bụi đi ra thiết bị được xác định: yr = yv (1 – η) = 0,028 (1 – 0,9215) = 0,0022 % Lượng hệ khí ra khỏi thiết bị: Gr = Gv 100-yv 100- yr = 57060 x 100-0,0526 100-0,0022 = 57031 kg/h Lượng khí sạch hoàn toàn: Gs = Gv 100-yv 100 = 57060 x 100-0,0526100 = 57030 kg/h Lưu lượng khí sạch ra ngoài thiết bị ở nhiệt độ t = 400C: Qr = Grrr Trong đó: rr: khối lượng riêng của hỗn hợp khí và được xác định bởi phương trình: 1rr = yrrb+1-yrrk Với: rb là khối lượng riêng của bụi, rb = 1500 kg/m3 rk là khối lượng riêng của khí ở 100oC, rk(40oC) = 1,128 kg/m3 yr (%) là nồng độ bụi đi ra thiết bị và được xác định: yr = 0,0022% Thay vào phương trình ta có: 1rr = 0,00221500+1-0,00221,128 Khi đó, rr = 1,13 kg/m3 Suy ra: Qr = Grρr = 570311,13 = 50470 m3/h Năng suất của thiết bị lọc theo lượng khí sạch hoàn toàn: Qs = Gsrk =57030 1,128 =50558,5 m3/h Lượng bụi thu được ở giai đoạn này : Gb = Gv – Gr = 57060 – 57031 = 29 kg/h Khối lượng bụi thu được trong 1 ngày: m = 29 x 24 = 696 kg/ngày Thể tích bụi thu được trong 1 ngày: V = mrb = 6961500 = 0,464 m3/ngày 3.1.3 Tính cân bằng năng lượng 3.1.4 Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải Ở giai đoạn lắng bằng lực quán tính: Tại vị trí đường ống vào của thiết bị có: Qv = 60000 m3/h Tính toán thiết bị ( chia làm 10 thiết bị quán tính): Chọn vv = v1 = 25 m/s Khi đó, đường kính của ống được xác định: d1 = 4Qv3600 πv1 =4 x 60003600 π x 25 = 0,291 m Do đó, ta lấy d1 = mm Tại vị trí đường ống ra của thiết bị có: Qr = 50470 m3/h Chọn vr = v2 = 18 m/s Khi đó, đường kính của ống được xác định: d2 = 4Qr3600 πv2 =4 x 49743600 π x 18 = 0,31 m Do đó, ta lấy d2 = m Chọn đường kính của thiết bị D = 0.8 m, khi đó vận tốc w của dòng khí bên trong của thiết bị được tính : w=4Qv3600 π D2 = 4 x 600003600 x π 0,52 = 3,3 m/s w = va = vb = 3,3 m/s Theo phương trình Becnully, tại (a) và (b) – là các mặp phẳng chuẩn nằm ngang Pa + 12ρvva2 + ρvgH = Pb + 12ρrvb2 + ρrgH Mà Pa=Pb=Pkq, nên ta có thể viết lại: ρvgH = 12w2ρr-ρv+∆Pa-b Trong đó: ∆Pa-b= ∆Pms+ ∆Pcb Với : ∆Pms= λHDρtbw22 ∆Pcb= i=1nξiρtbw22 λ : hệ số ma sát dọc chiều dài đường ống ξi: hệ số trở lực cục bộ Xác định λ; Hệ số Reynolds: Re= w.D.ρtbµ Với: ρtb= 12ρr+ρv=120,962+1,146=1,054 kg/m3 µ : độ nhớt tuyệt đối, xác định theo công thức sau: µ= µ0387387+t273+t27332 Có µ0= 17,17x10-6Pa.s → µ1000C=17,17x10-6387387+100273+10027332=2,18×10-5 Pa.s Như vậy: Re= 3,3×0,8×1,0542,18×10-5= 126556>4000 Chọn thiết bị là ống thép mới không hàn, có độ nhám tuyệt đối ε = 0,1 mm. Khi đó hệ số Reynolds của giới hạn trên là : Regh=6Dε87=614000,187=3,29×105 Hệ số Reynolds khi bắt đầu xuất hiện vùng nhám: Ren=220Dε98=22014000,198=10,16×106 Do đó, Regh<Re<Ren: dòng chảy quá độ, hệ số ma sát được xác định: λ= 0,11,46εD+100Re0,25 =0,1(1,460,11400+1007,22×106)0,25=0,0104 Suy ra: ∆Pms=λHDρtbw22=0,0104H1,41,04110,822=0,451H (Pa) Xác định ξ: hệ số trở lực cục bộ (đặc trưng cho cấu tạo của bộ phận gây ra trở lực cho thiết bị), chọn ξi = 0,2 ở mỗi tấm chắn. Chọn số tấm chắn của thiết bị n = 20. ∆Pcb= i=1nξiρtbw22= 20×0,2×1,04110,822=242,84 (Pa) Từ , ta có: 0,951×9,81×H=1210,821,13-0,951+0,451H+242,8 Giải phương trình trên ta tìm được: H = 29,7 m ≈30m Bố trí các tấm chắn trên khoảng chiều dài thiết bị là: 30-0,5-0,5=29 m Khoảng cách giữa các tấm chắn là: 29/20 = 1,45 m = 145cm Chọn chiều rộng mỗi tấm chắn là 0,7 m Kích thước chiều dài mỗi tấm chắn sẽ khác nhau do bố trí khác nhau trong hình trụ, chọn chiều dài trung bình mỗi tấm là 1,1 m. 3.1.5 Thiết kế hệ thống xử lý khí thải 3.2 Thảo luận KẾT LUẬN Khảo sát tính lưu lượng chụp hút Tại các vị trí phát sinh bụi ta bố trí hệ thống hút ngay vị trí thiết bị máy móc. Trên mỗi thiết bị máy móc có sẵn các dạng miệng hút bụi tương ứng, có đường kính và số lượng tuỳ thuộc vào từng thiết bị máy móc khác nhau. Lưu lượng hút được xác định dựa theo công thức: (1) Trong đó: v: vận tốc hút, đối với bụi gỗ lấy từ 20 -22m/s.chọn v = 20(m/s) d: đường kính đầu hút (m) Tính toán đường kính, vận tốc và tổn thất áp suất ma sát cho từng đoạn ống với lưu lượng L = 60000 m3/h Công thức tính đường kính đoạn ống: d = 4 x L3600 x π x v=4 x 600003600 x π x 20 = 1,03 (m) Từ đó suy ra vận tốc thực trong ống là: v = 4 x L3600 x π x d2 Và tổn thất áp suất ma sát R