Thiết kế môn học kiểm soát ô nhiễm không khí và tiếng ồn

Thiết kế môn học kiểm soát ô nhiễm không khí và tiếng ồn
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------

Thiết kế môn học.
Kiểm soát ô nhiễm không khí và tiếng ồn

Tên sinh viên: Đặng Văn Hoàng
Sinh viên lớp: Kỹ thuật môi trường K47.
MSSV

: 0605758

----------------------------------------------------------------------------------------------------------Đặng Văn Hoàng – kỹ thuật môi trường k47


Thiết kế môn học kiểm soát ô nhiễm không khí và tiếng ồn
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------

Đề bài:
Thiết kế hệ thống xử lý bụi nhà máy Xi măng A
- Công suất: 20000 tấn Clinke/năm
Lưu lượng khí thải: 350m3/h

Yêu cầu của thiết kế môn học

KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ TIẾNG ỒN
1. Đặt vấn đề
- Nêu tầm quan trọng của vấn đề nghiên cứu
- Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
- Tính tải lượng khí ô nhiễm  tính nồng độ các khí ô nhiễm
- Yêu cầu: + Khí thải sau xử lý đạt quy chuẩn QCVN 23: 2009/BTNMT (loại

B2)
+ Nhiệt độ khí sau xử lý: <100oC
2. Lựa chọn hệ thống xử lý
- Xác định các khí cần xử lý (nếu cần thiết, phải làm nguội khí thải trước khi
cho khí thải đi vào hệ thống xử lý)
----------------------------------------------------------------------------------------------------------Đặng Văn Hoàng – kỹ thuật môi trường k47


Thiết kế môn học kiểm soát ô nhiễm không khí và tiếng ồn
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------

- Xác định các thiết bị xử lý các khí đó: nêu rõ nguyên tắc xử lý, nguồn gốc
khí thải, phương pháp xử lý tốt nhất
3. Lập sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý khí thải
4. Tính toán các thiết bị
Các thiết bị phải được tính về:
- Kích thước của thiết bị: B, L, chiều cao làm việc, chiều cao tháp,
- Hiệu suất làm việc
- Lượng nguyên vật liệu, chất xúc tác cần thiết cho quá trình (nếu có)
- Có thể tự đặt các giả thuyết (phù hợp với thực tế) để quá tình tính toán đơn
giản hơn
5. Tính toán các thiết bị phụ trợ
- Ống khói
- Quạt hút
- Đường ống
- Tính trở lực của hệ thống
6. Kết luận.
I.

Đặt vấn đề:

1- Nêu tầm quan trọng của vấn đề nghiên cứu:
- Xử lý khói thải của nhà máy xi măng nhằm bảo đảm vệ sinh cho môi
trường không khí, bảo vệ sức khỏe cho người lao động.
- Tăng cường an toàn lao động, bảo đảm chất lượng sản phẩm;
- Giảm sự mài mòn máy móc, tăng hiệu suất sử dụng, giảm chi phí bảo trì
máy móc;
- Bảo đảm sự làm việc chính xác và kiên tục của các thiết bị công nghệ;
2- Tổng quan về vấn đề nghiên cứu:
3- Tính tải lượng khí ô nhiễm, tính nồng độ các khí ô nhiễm.

----------------------------------------------------------------------------------------------------------Đặng Văn Hoàng – kỹ thuật môi trường k47


Thiết kế môn học kiểm soát ô nhiễm không khí và tiếng ồn
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------

Mở đầu:
Đặc trưng của chất thải ngành công nghiệp ximăng là ô nhiễm bụi gây tác
hại lớn với môi trường và sức khoẻ con người, bụi là nguồn ô nhiễm chủ yếu cần
được xử lý. Do đó việc thiết kế một hệ thống xử lý bụi trong nhà máy trước khi
thải ra môi trường không khí là hết sức cần thiết để đảm bảo sự phát triển bền vững
của ngành công nghiệp ximăng. Nhà máy sản xuất ximăng A với công nghệ lò
quay theo phương pháp khô nên sản lượng ximăng lớn và ô nhiễm ít hơn nhiều so
với công nghệ lò đứng. Trong đồ án đề cập tới hệ thống xử lý bụi ximăng bằng
thiết bị lọc bụi tay áo.
Tác hại của bụi xi măng: Nhìn chung, bụi xi măng không gây bệnh bụi phổi nhưng
nếu trong bụi xi măng có trên 2% Silic tự do và tiếp xúc lâu trong thời gian dài thì
có thể phát sinh bệnh bụi phổi. Động vật hít thở bụi xi măng không gây biến đổi
bệnh lý cấp tính hoặc mãn tính nào. Tuy nhiên bụi xi măng bám trên lá cây làm
cho thực vật không quang hợp được. Bụi clinker và bụi xi măng có khả năng theo

gió phát tán trong không khí và sa lắng xuống nước và mặt đất. Khi sa lắng xuống
môi trường nước sẽ làm tăng độ đục của nước và gây tác động xấu tới thủy sinh
vật. Khi sa lắng xuống môi trường đất sẽ làm cho đất đai xung quanh khu vực bị
chai cứng, khả năng giữ nước kém đi, đất trở nên nghèo dinh dưỡng, bị thoái
hóa…
Thiết kế hệ thống xử lý khí thải là dạng bài tập nhằm giúp cho sinh viên môi
trường vừa vận dụng các kiến thức đã học vào quá trình thiết kế lý thuyết, vừa có
nhận thức được công việc cần phải làm sau khi ra trường.
----------------------------------------------------------------------------------------------------------Đặng Văn Hoàng – kỹ thuật môi trường k47


Thiết kế môn học kiểm soát ô nhiễm không khí và tiếng ồn
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------

Với mô hình và các số liệu giả định, mục tiêu của bài tập lớn là “thiết kế hệ
thống xử lý bụi”, đưa ra sơ đồ công nghệ để xử lý bụi của nhà máy xi măng.

Phần I: Nhiệm vụ thiết kế.
Hệ số ô nhiễm và tải lượng ô nhiễm không khí từ các nguồn thải của sản xuất
xi măng theo phương pháp khô:
Hoạt động

Hệ số ô nhiễm, kg/tấn clinke.

SO2

BụiA

Bụi B

Dự trữ than (Silo)

0,1

0,5

140

700

Đập, nghiền, sàng

0,102

10,18

142

14252

Dự trữ nguyên liệu

0,14

0,14

196

196

Đập sàng nguyên liệu

0,02

4,2

280

5880

Vận chuyển bằng băng tải

0,075

1,5

105

2100

Nung Clinke

0,34

1,28

2,15

476

1792

1428

3010

Làm nguội Clinke
Nghiền Clinke
Dự trữ Clinke (Silo)
Dự trữ xi măng
Đóng bao xi măng
Tổng cộng

0,048
0,05
0,12
0,13
0,01
1,135

10,6
10,6
5,4
0,13
2,2
46,73

2,15

67,2

70
168
182
14
1589

14840
14840
7560
182
3080
65422

1428

3010

1,02

1,02

NO2

Tải lượng ô nhiễm.(Tấn/năm).
Hệ số ô nhiễm x lượng clinke sản xuất
trong một năm.
Bụi A
Bụi B
SO2
NO2

Vậy tổng lượng bụi sinh ra trong một ngày là: q ngày = 46,73.5000 = 233650
(kg/ngày) = 233,650(tấn/ngày).
Vì chỉ cần tính trường hợp B nên :
Tổng lượng bụi sinh ra trong 1 năm: qnăm = 65422 (tấn/năm).
----------------------------------------------------------------------------------------------------------Đặng Văn Hoàng – kỹ thuật môi trường k47


Thiết kế môn học kiểm soát ô nhiễm không khí và tiếng ồn
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------

I.1. Các chất khí cần xử lý trong nhà máy:
STT

Tên chất khí

Tải lượng (kg/ngày)

1

Nhiệt độ

2000C

2

Bụi

300

3

SO2

4200

4

NOx

3000

5

VOC

50

I.2. Cơ sở lựa chọn thiết bị xử lý khí thải.
Nồng độ C của các thông số ô nhiễm làm cơ sở tính toán nồng độ tối đa cho phép
của các thông số ô nhiễm trong khí thải công nghiệp sản xuất xi măng được quy
định tại Bảng 1 dưới đây:
Bảng 1: Nồng độ C của các thông số ô nhiễm trong khí thải công nghiệp sản
xuất xi măng
STT

Nồng độ C (mg/Nm3)

Thông số
A

B1

B2

1

Bụi tổng

400

200

100

2

Cacbon oxit, CO

1000

1000

500

3

Nitơ oxit, NOx (tính theo NO2)

1000

1000

1000

4

Lưu huỳnh đioxit, SO2

1.500

500

500

----------------------------------------------------------------------------------------------------------Đặng Văn Hoàng – kỹ thuật môi trường k47


Thiết kế môn học kiểm soát ô nhiễm không khí và tiếng ồn
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------

Chú thích:
- Đối với các lò nung xi măng có kết hợp đốt chất thải nguy sẽ có quy chuẩn
kỹ thuật quốc gia về môi trường riêng.
- Đối với xưởng nghiền nguyên liệu/clinke không quy định các nồng độ CO,
NOx, SO2.
Trong đó:
- Cột A quy định nồng độ C của các thông số ô nhiễm trong khí thải công
nghiệp sản xuất xi măng làm cơ sở tính toán nồng độ tối đa cho phép đối với
các dây chuyền sản xuất của nhà máy, cơ sở sản xuất xi măng hoạt động trước

ngày 16 tháng 1 năm 2007 với thời gian áp dụng đến ngày 01 tháng 11 năm
2011;
- Cột B1 quy định nồng độ C của các thông số ô nhiễm trong khí thải công
nghiệp sản xuất xi măng làm cơ sở tính toán nồng độ tối đa cho phép áp dụng đối
với:
+ Các dây chuyền sản xuất của nhà máy, cơ sở sản xuất xi măng hoạt động
trước ngày 16 tháng 1 năm 2007 với thời gian áp dụng kể từ ngày 01 tháng 11 năm
2011 đến ngày 31 tháng 12 năm 2014;
+ Các dây chuyền sản xuất của nhà máy, cơ sở sản xuất xi măng bắt đầu
hoạt động kể từ ngày 16 tháng 01 năm 2007 với thời gian áp dụng đến ngày 31
tháng 12 năm 2014;
- Cột B2 qui định nồng độ C để tính nồng độ tối đa cho phép các thông số ô
nhiễm trong khí thải công nghiệp sản xuất xi măng áp dụng đối với:
+ Các dây chuyền sản xuất của nhà máy, cơ sở sản xuất xi măng xây dựng mới
hoặc cải tạo, chuyển đổi công nghệ;
+ Tất cả dây chuyền của nhà máy, cơ sở sản xuất xi măng với thời gian áp dụng
kể từ ngày 01 tháng 01 năm 2015;
----------------------------------------------------------------------------------------------------------Đặng Văn Hoàng – kỹ thuật môi trường k47


Thiết kế môn học kiểm soát ô nhiễm không khí và tiếng ồn
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------

- Ngoài 04 thông số quy định tại Bảng 1, tuỳ theo yêu cầu và mục đích kiểm
soát ô nhiễm, nồng độ của các thông số ô nhiễm khác áp dụng theo quy định tại
cột A hoặc cột B trong Bảng 1 của gia QCVN 19: 2009/BTNMT- Quy chuẩn kỹ
thuật quôc gia về khí thải công nghiệp đối với bụi và các chất vô cơ.
.

Các thông số đầu vào nhà máy xi măng A:

-

Tải lượng bụi trong một giờ: qgiờ = 29206,25 kg/h.
Thể tích khí đầu vào V = 550 000 m3/h.
Nồng độ bụi: 29206,25/550000 = 0,053102 kg/m3 = 53102 mg/m3.
Khối lượng riêng bụi xi măng: ρ = 2 840 kg/m3.

- Sau xử lý đạt QCVN 23: 2009/BTNMT (loại B2)
- Nồng độ bụi: 100 mg/m3.
-

Nhiệt độ của khí sau khi xử lý : 100oC.

Phần II: Lựa chọn sơ đồ công nghệ và thiết bị xử
lý:
II.1.Xác định công nghệ và thiết bị xử lý khí thải của nhà máy:
Căn cứ vào các phương pháp xử lý, thiết bị xử lý, các chất phụ gia, hiệu quả xử lý
của các phương pháp đang được ứng dụng rộng rãi hiện nay. Các phương pháp xử
lý khí thải cho nhà máy được lựa chọn như sau:
 Xử lý nhiệt: bằng phương pháp trao đổi nhiệt bằng tháp trao đổi nhiệt.


Xử lý bụi: bằng phương pháp sử dụng thiết bị lọc tay áo.

II.2. Sơ đồ công nghệ:

----------------------------------------------------------------------------------------------------------Đặng Văn Hoàng – kỹ thuật môi trường k47


Thiết kế môn học kiểm soát ô nhiễm không khí và tiếng ồn

----------------------------------------------------------------------------------------------------------Khí thải vào

Thiết bị
xử lý
nhiệt

Thiết bị
xử lý bụi

Khí ra

Phần III: Tính toán các thiết bị xử lý.
Chương 1: Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt.
Để giảm nhiệt độ khí thải xuống, chúng ta sẽ sử dụng thiết bị nồi hơi để thực hiện
quá trình trao đổi nhiệt. Bản chất của quá trình trao đổi nhiệt chính là quá trình
truyền nhiệt giữa khí thải và chất lưu.Có thể dùng thiết bị ống chùm nhưng đối với
khí thái của nhà máy xi măng có nhiều bụi nên dễ là tắc ồng chùm, do đó ta chọn
thiết bị ống cong, trao đổi nhiệt ngược chiều.
Quá trình truyền nhiệt gồm những bước sau:
 Cấp nhiệt từ khí thải đến bề mặt ngoài của ống.
 Dẫn nhiệt qua thành ống
 Cấp nhiệt từ bề mặt trong của ống đến nước.
Nhiệt độ của khí thải sẽ giảm từ 3500C xuống còn 1000C. Nước đi vào ở nhiệt độ
trung bình khoảng 250C và được đun ở áp suất cao 10 at, nước sôi ở 1780C.
Sơ đồ cấu tạo của thiết bị trao đổi nhiệt
----------------------------------------------------------------------------------------------------------Đặng Văn Hoàng – kỹ thuật môi trường k47


Thiết kế môn học kiểm soát ô nhiễm không khí và tiếng ồn
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------

4
2

3
A
1

C
B

5

A.

THÁP TRAO ĐỔI NHIỆT

B.

THIẾT BỊ LÀM LẠNH

C.

BƠM

1.

CỬA DẪN KHÍ VÀO

2.

CỬA DẪN KHÍ RA

3.

CỬA VỆ SINH THIẾT BỊ

4.

CỬA DẪN NƯỚC TẢI LẠNH VÀO THÁP

5.

CỬA ĐƯA NƯỚC TẢI NHIỆT RA KHỎI THÁP

6.

ĐƯỜNG ỐNG DẪN NƯỚC

Lựa chọn thiết bị:
Lựa chọn loại thiết bị trao đổi nhiệt là tháp trao đổi nhiệt kiểu ống xoắn đứng
gồm có vỏ hình trụ, 2 đầu hàn 2 lưới ống , các ống truyền nhiệt được ghép chắc,
kín vào lưới ống . Đáy và nắp nối với vỏ bằng một mặt bích có bu lông ghép chắc.
----------------------------------------------------------------------------------------------------------Đặng Văn Hoàng – kỹ thuật môi trường k47


Thiết kế môn học kiểm soát ô nhiễm không khí và tiếng ồn
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------

Trên vỏ và đáy có cửa ống để dẫn chất tải nhiệt. Thiết bị được đặt trên giá đỡ nhờ

tai đỡ hàn vào vỏ.
Chất tải nhiệt lạnh là nước sẽ đi từ trên xuống, chảy bên trong ống xoắn, chất tải
nhiệt nóng là khí thải cần làm nguội đi bên ngoài ống xoắn bên trong tháp, từ dưới
lên.
Chọn loại ống thép có hệ số dẫn nhiệt λ = 23,2+ W/m.độ, đường kính trong là 10
cm, đường kính ngoài là 10,5 cm.
Chọn chế độ chuyển động của chất tải nhiệt là chế độ xoáy:
Với nước: ωn= 0,1- 1 m/s. Chọn : ωn= 0,5 m/s.
Với không khí: ωkk= 2- 20 m/s. Chọn : ωkk= 20 m/s.
Do lưu lượng khí thải quá lớn nên ta chia lưu lượng của khí thải ra làm 20 phần
đưa vào 20 tháp trao đổi nhiệt độ. Sau đây ta sẽ tính toán cho 1 tháp.
I.1. Tính toán quá trình truyền nhiệt:
Hiệu số nhiệt độ trung bình của hai lưu thể chuyển động có thể tính như đối với
trường hợp hai lưu thể chuyển động ngước chiều nhau
Áp dụng công thức :
∆t tb =

∆t d − ∆t c
∆t
ln d
∆t c

2000C

1780C
900C

Trong đó
∆t1 = t1đ - t2c

00C

∆tc = t1c – t2d
Ta có nhiệt độ t1đ = 2000C, t1c = 900C
t2đ = 00C, t2c = 1780C
----------------------------------------------------------------------------------------------------------Đặng Văn Hoàng – kỹ thuật môi trường k47


Thiết kế môn học kiểm soát ô nhiễm không khí và tiếng ồn
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------

Suy ra hiệu số nhiệt độ trung bình là:
Δt tb =

Δt1 − Δt 2 (200 −`178) − (100 − 0)
Δt
172
=1330C
ln 1 =
ln
Δt 2
100

Nhiệt độ trung bình của nước là:
tn =

t1 + t 2 178 + 0
=
= 890C
2

2

Nhiệt độ trung bình của khí thải là:
t k = tΔt
n +

89= 133
+ 222
= C

0

tb

I.2 Lượng nhiệt cần trao đổi và lượng nước cần sử dụng:
Ta có phương trình cân bằng nhiệt lượng cho tháp trao đổi nhiệt như sau:
Qk=Qm+Qn+Q1
Trong đó:
Qk – Nhiệt lượng khí mang vào ở tđ = 200 oc
Qm - Nhiệt lượng mất mát, lấy Qm=10%Qk
Qn - Nhiệt lượng nước nhận.
Q1 - Nhiệt lượng ra khỏi thiết bị
a. Nhiệt lượng khí thải mang vào:
Lượng nhiệt do khí mang vào thiết bị trong một giây là: Qk = mk .Cp . t1đ
Trong đó :
m1 - lượng khí thải đi vào thiết bị
Cp - nhiệt dung riêng của khí thải kJ/kmol.độ
t1đ - nhiệt độ ban đầu của hỗn hợp khí, tđ = 200 0C.
----------------------------------------------------------------------------------------------------------Đặng Văn Hoàng – kỹ thuật môi trường k47

Thiết kế môn học kiểm soát ô nhiễm không khí và tiếng ồn
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------

Với mk là khối lượng của khí được xác định theo công thức
550000
= 7, 64 m3/s
20.3600

mk = V .ρ k , với thể tích khói lò tính được là V =

Khối lượng riêng của khói tính theo công thức:
ρk =

∑ n .M
i

i

V

ni, Mi : số mol và khối lượng phân tử của khí i trong khói lò;
V: thể tích của hốn hợp khí
Với các giá trị trên thay vào được ρk = 1,2 kg/m3.
=> mk = V .ρ k = 7, 64.1, 2 = 9,168 kg/s = 33005 kg/h.
b.Tính nhiệt dung riêng của khói lò:
Công thức tính nhiệt dung riêng của hỗn hợp khí:
C = c1x1 + c2x2 + c3x3 + ...+cnxn
Trong đó:
c1, c2, c3 là nhiệt dung riêng phân tử của các cấu tử thành phần.

x1, x2, x3 là thành phần của các cấu tử khí, phần mol.
Trước hết ta phải xác định nhiệt dung riêng của các cấu tử thành phần:
cp = a0 + a1T - a2.T -2
Các giá trị a0, a1, a2 được xác định theo bảng sau:
Bảng 3 Các hệ số của hàm nhiệt dung riêng
Chất

a0.10

a1.104

a2.10-4

----------------------------------------------------------------------------------------------------------Đặng Văn Hoàng – kỹ thuật môi trường k47


Thiết kế môn học kiểm soát ô nhiễm không khí và tiếng ồn
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------

SO2

17,78

2,671

3,183

NO2

23,47

5,98

4,91

Suy ra nhiệt dung riêng phân tử của các khí thành phần với nhiệt độ trung bình của
khói lò là:
ttb = 222 + 273 = 495 0K và % mol của các cấu tử trong hỗn hợp khí.
Cấu tử

SO2

NO2

Cpi(kj/kg.độ)

1,78

2,44

xi

0,25

0,75

Vậy nhiệt dung riêng của hỗn hợp khí là:
Cp = c1x1 + c2x2 + c3x3 + …+ cnxn = 1,78.0,25 + 2,44.0,75 = 2,275
kJ/kg.độ

Vậy: Lượng nhiệt do khí mang vào thiết bị trong một giây là:
Qk = mk .Cp . t1đ = 9,168.2,275.200 = 4171kJ/s
Nhiệt lượng mất mát: Qm = 10%.Qk = 417 kJ/s
c. Nhiệt lượng khí thải mang ra:
Lượng nhiệt mà hỗn hợp khí mang ra là:
Q1 = m1 . Cp . t1c
Vậy nhiệt lượng khí mang ra là:
----------------------------------------------------------------------------------------------------------Đặng Văn Hoàng – kỹ thuật môi trường k47


Thiết kế môn học kiểm soát ô nhiễm không khí và tiếng ồn
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------

Q1 = m1 . Cp . t1c = 9,168 . 2,275 . 100 = 2086 kJ/s
Vậy nhiệt lượng cung cấp cho nước là: Qn = 4171 – 417– 2086 = 1668 kJ/s
= 3984 kcal/s

Lượng nhiệt nước nhận tính theo công thức:
Qn = Gn[Cn(ts-tv)+r] kcal/s
Với Qn= 3984 kcal/s.
Nhiệt dung riêng của nước: Cn = 1,047 kcal/kg.độ.
Nhiệt độ ban đầu của nước: tv = 00C.
Nhiệt hoá hơi của nước ở 10 at: r = 482,1 kcal/kg
Vậy ta có lượng nước cần cho quá trình là:
G=

3984
= 6 kg/s
1,047(178 - 0) + 482,1

Ta có khối lượng riêng của nước là: ρ = 966 kg/m3
⇒ Lưu lượng nước vào thiết bị: V=6.3600/966 = 22,5m3/h.
Theo thực tế lượng nước đưa vào thiết bị để làm nguội khí không được truyền
nhiệt hoàn toàn mà chỉ đạt một hiệu suất nhất định. Giả sử chỉ đạt hiệu suất là 80%
do vậy lượng nước thực tế cần đưa vào thiết bị là

22,5.100
= 28(m3/h)
80

Vậy: Lượng nhiệt cần trao đổi là: 3984 kcal/s.
Lưu lượng nước vào thiết bị là 22,5 m3/h.

----------------------------------------------------------------------------------------------------------Đặng Văn Hoàng – kỹ thuật môi trường k47


Thiết kế môn học kiểm soát ô nhiễm không khí và tiếng ồn
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------

I.3 Xác định hệ số truyền nhiệt:
Ta có d2/d1 = 10,5/10 < 2 nên hệ số truyền nhiệt qua vách trụ có thể được tính
như vách phẳng như sau:
K=

1
1 δ 1 (W/m2.độ)
+ +
α1 λ α 2

Trong đó:

λ - hệ số dẫn nhiệt của vách: λ = 23,2 W/m.độ
α1 – Hệ số cấp nhiệt của khí thải.
α2 – Hệ số cấp nhiệt của nước chảy trong ống.
δ – Độ dày của vách, δ = 0,005 m.
a. Hệ số cấp nhiệt của khí thải:
Hệ số cấp nhiệt tính theo công thức:
α1 =

Nu × λk
d1

Trong đó:
λk – hệ số dẫn nhiệt của khí thải.
λk = B.Cp.µ
Khói lò là hốn hợp thành phần nhiều nguyên tử nên B =1,72
=> λk = 1,72.2,275.103. 430 x 10-7 = 0,17 W/mđộ.
d2 – đường kính ngoài của ống.
Nu – chuẩn số Nussel. Xác định theo công thức:
Nu=0,41.Re0,6.Pr0,33.A.εR

[3]

εR=(s1/s2)1/6=(1,05)1/6=1
----------------------------------------------------------------------------------------------------------Đặng Văn Hoàng – kỹ thuật môi trường k47


Thiết kế môn học kiểm soát ô nhiễm không khí và tiếng ồn
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------

Đối với khói tiêu chuẩn Pr ít thay đổi theo nhiệt độ nên A=1

Với khí thải coi là khí nhiều nguyên tử là Pr =1
ω ×d 2

k
Chuẩn số Reynol : Re = ν
k

Với: ω k - vận tốc của khí trong thiết bị, ω k = 15 m/s
d2 – đk ngoài ống.
νk – độ nhớt động lực, vk=µk/ρk.
ρk = 1,2 kg/m3.
µk xác định theo công thức :
μk =

m1.μ1. M1.T1 + m 2 .μ 2 . M 2 .T2
m1. M1.T1 + m 2 . M 2 .T2

Trong đó:
μ k : Độ nhớt của hỗn hợp khí ở nhiệt độ ttb và áp suất khí quyển.

µ1 , µ 2 , - Độ nhớt của các cấu tử ở nhiệt độ ttb.

m1, m2, - Nồng độ phần thể tích của các cấu tử.
M1, M2, - Trọng lượng phân tử của các cấu tử.
T1, T2, - Nhiệt độ tới hạn của các cấu tử
Các giá trị Mi, Tthi, và M i .Ti được xác định theo bảng sau:
Bảng 4 Giá trị M i .Ti của một số khí
Chất

Mi

mi

Ti

M i .Ti

SO2

64

0.25

430,5

166

NO2

46

0.75

431,2

141

----------------------------------------------------------------------------------------------------------Đặng Văn Hoàng – kỹ thuật môi trường k47

Thiết kế môn học kiểm soát ô nhiễm không khí và tiếng ồn
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------

Độ nhớt của các cấu tử ở 495 oK (Ns/m2)
Cấu

SO2

tử

215,8.10-

µi

7

NO2
275,4.10-7

Thay các giá trị vào công thức trên ta có: μ k = 258,6 x 10-7N.s/m2
=> νk = 258,6 x 10-7/1,2 = 215,5. 10-7 m2/s.
ω ×d 2

k
=> Re = ν
k

=

15.0,105

= 73086
215,5.10−7

Với Re = 83627
Vì Re >104 nên nước chảy rối trong ống.
Hệ số toả nhiệt của nước được xác định theo công thức:
Nu=0.021.Re0.8.Pr0.43.A.ε1.εR
Do hệ số tỏa nhiệt của nước αn lớn hơn rất nhiều của khói nên nhiệt độ của vách
ống bên trong tw hầu như bằng nhiệt dộ của nước: tw= tn vì vậy : A=(Pr/PrT)0,25≈1
Hệ số ε phụ thuộc vào tỷ số l/d của ống, ở đây chiều dài ống: l >50d nên ε1=1
Vì phần uốn cong nhỏ so với chiều dài ống nên có thể bỏ qua ảnh hưởng của ống
uốn cong, εR=1
Vậy ta có Nu = 0.021 x (73086)0.8 x (1.5)0.43 = 194,5.

----------------------------------------------------------------------------------------------------------Đặng Văn Hoàng – kỹ thuật môi trường k47


Thiết kế môn học kiểm soát ô nhiễm không khí và tiếng ồn
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------

=> α1 =

Nu × λk 194,5.0,17
=
= 330 W/m.độ
d1
0,1

b. Hệ số cấp nhiệt của nước:
Hệ số cấp nhiệt của nước được xác định theo công thức:

α2 =

Nu × λn
d1

Trong đó:
λn – hệ số dẫn nhiệt của nước, λn = 0,68 w/m.độ
d1 – đường kính trong ống, d1 = 0,1 m.
Nu=0.021.Re0.8.Pr0.43.A.ε1.εR
Trong đó:
Pr = 1,5, chuẩn số Prandtl, đặc trưng cho tính chất vật lý của môi
trường.
A = (Pr/ PrT)0,25 ≈ 1 (do nhiệt độ bên trong vách ≈ nhiệt độ nước).
εR = 1, vì phần uốn cong nhỏ so với chiều dài ống nên có thể bỏ qua
ảnh hưởng của ống uốn cong.
Chuẩn số Reynolt: Re =

ωn × d1
ν

Với: ωn = 0,5 m/s
d1 – đường kính trong ống, d1 = 0,1 m.
νn – độ nhớt động học của nước, v n=µn/ρn, ở nhiệt độ tntb = 89 0c, ta
có độ nhớt của nước: µn=0.3202 x 10-3Ns/m2, khối lượng riêng của
nước: ρn=966 kg/m3 nên :
νn = 0,33. 10-6 m2/s
----------------------------------------------------------------------------------------------------------Đặng Văn Hoàng – kỹ thuật môi trường k47


Thiết kế môn học kiểm soát ô nhiễm không khí và tiếng ồn

----------------------------------------------------------------------------------------------------------ωn × d1
0,5.0,1
6
Vậy Re = ν = 0,33.10−6 = 0,15.10

Với Re = 0,15.106 , (l/d) > 50 nên hệ số hiệu chỉnh ε = 1.
=> Nu = 0,021.(0,15.106)0,8.1,50,43 = 346.

Vậy : Hệ số cấp nhiệt của nước là:
α2 =

Nu × λn 346.0, 68
=
= 2353 w/m2.độ
d1
0,1

Như vậy hệ số truyền nhiệt qua vách trụ:
K=

1
1
=
= 272
1 δ 1
1
0, 005
1
W/m2.độ
+ +

+
+
α1 λ α 2 330 23, 2 2353

I.4 Xác định bề mặt trao đổi nhiệt:
Tổng diện tích bề mặt truyền nhiệt của các ống:
F=

Q
k.∆t

Trong đó:
Q – lượng nhiệt trao đổi, Q = 1668 kJ/
K – hệ số truyền nhiệt, K = 272 W/m2.độ
∆ttb – chênh lệch nhiệt độ trung bình, ∆ttb = 133 0c.
Q
1668.10 3
=
= 46 m2.
=> F =
K .∆t 272.133

I.5. Xác định các kích thước chính của thiết bị:
Số ống uốn khúc:
n=

4 × Gn
4 ×16
=
= 4 ống

2
π × d1 × ωn × ρn π × 0,12 × 0, 5 × 966

----------------------------------------------------------------------------------------------------------Đặng Văn Hoàng – kỹ thuật môi trường k47


Thiết kế môn học kiểm soát ô nhiễm không khí và tiếng ồn
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------

Với tổng bề mặt trao đổi nhiệt như trên thì tổng chiều dài 1 ống sẽ là:
l=

F
46
=
= 22
2
nπd 1 .ω 4π .0,12.0,5
(m)

Chọn chiều dài 1 ống uốn khúc là 2m, vậy số lớp ống là : m = 22/2 = 11 (lớp ống).
Gọi khoảng cách giữa 2 lớp ống uốn khúc là s1 = 2,1.d2 = 2.0,105 ≈ 0,22 (m).
Vậy chiều cao trao đổi nhiệt là : h = 11.s1 = 11.0,22 = 2,4 (m).
Vậy chiều cao của tháp là : H = h + hđỉnh + hđáy = 2,2 + 0,25 + 0,25 = 2,9 (m).
Gọi khoảng cách giữa hai ống uốn khúc liền kề là s2 = 2.d2=2.0,105 =0,2(m).
Chiều rộng tháp B= 1,2m. Chiều dài L=2,5
Các thông số của 1 tháp trao đổi nhiệt:
Lượng khí vào

7,64 m3/s

Lượng khí ra

7,64 m3/s

Lượng nước vào

75 m3/h

Nhiệt độ khí vào

2000C

Nhiệt độ khí ra

900C

Chiều rộng

1,2m

Chiều cao thiết bị

3,5m

Số ống uốn khúc

4

Chiều dài

2,5m

Chương II : Tính toán thiết bị lọc bụi :
Trước hết ta đi tìm hiểu sơ đồ công nghệ sản xuất Clinker và ximăng để có thể thấy
được các khâu phát sinh ra bụi :

----------------------------------------------------------------------------------------------------------Đặng Văn Hoàng – kỹ thuật môi trường k47


Thiết kế môn học kiểm soát ô nhiễm không khí và tiếng ồn
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------

II.1. Sơ đồ công nghệ :
a. Sơ đồ công nghệ sản xuất Clinker :
Nguồn gốc gây ô nhiễm không khí trong quá trình sản xuất Clịnker gồm :
- Bụi nguyên liệu (đá vôi, đất sét, laterite, cát) phát sinh trong quá trình vận
chuyển, dự trữ trong các kho, bãi chứa.
- Bụi nguyên liệu sinh ra trong quá trình vận chuyển trên các băng tải, gầu nâng,
máng trượt, phễu, cân định lượng, đổ rót, nhgiền, trộn…
- Khí thải sinh ra từ ống khói lò nung Clinker có chứa bụi, CO, CO2, SO2, NOx…
- Bụi Clinker trong quá trình vận chuyển Clinker tới Silo, rút Clinker từ Silo xuống
băng tải…

Đất sét.
Đá vôi
Đá đỏ(Laterite)

Bình bơm

Tháp trao đổi
nhiệt

Băng tải

Cân định
lượng

Clinke
r

Băng định
lượng

Silo tồn trữ

Quạt hút

Máy nghiền
bi

Silo đồng
nhất

Lò con

Quạt hút

Máy cào

Cối đập

Clinker tiêu
chuẩn d < 30
mm

----------------------------------------------------------------------------------------------------------Đặng Văn Hoàng – kỹ thuật môi trường k47


Thiết kế môn học kiểm soát ô nhiễm không khí và tiếng ồn
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------

b. Sơ đồ công nghệ sản xuất xi măng:
-Clinker
-Thạch Cao
-Puzoland

Máy đóng
bao

Băng tải

Silo đóng
bao

Gầu múc

Băng tải
định lượng

Bơm khí nén

Phân ly
khí động

Máy nghiền
bi

Gầu nâng

-Phương
tiện nhận
-Kho

Nguồn gốc gây ô nhiễm không khí trong quá trình sản xuất ximăng gồm:
- Bụi Clinker và phụ gia (thạch cao, puzoland) trong khu vực máy đập, máy nghiền
bi, máy sàng, máy phân ly và hệ thông vận chuyển…
- Bụi ximăng sinh ra trong quá trình đóng bao.

----------------------------------------------------------------------------------------------------------Đặng Văn Hoàng – kỹ thuật môi trường k47


Thiết kế môn học kiểm soát ô nhiễm không khí và tiếng ồn
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------

- Bụi ximăng sinh ra trong quá trình vận chuyển ximăng bao thành phẩm lên oto,
nhà kho…
II.2. Tính toán thủy lực.
Bụi phát sinh trong nhà máy bao gồm từ các khâu: Dự trữ than (Silo); Đập, nghiền,
sàng ; Dự trữ nguyên liệu; Dự trữ Clinke (Silo); Dự trữ xi măng; Đóng bao xi

măng; Vận chuyển bằng băng tải; Nung Clinke; Làm nguội Clinke; Nghiền Clinke;
Đập sàng nguyên liệu.
a. Các thông số tính toán:
- Lưu lượng hút tại:
+ Dự trữ than (Silo): 6894 (m3/h).
+ Đập, nghiền, sàng : 118 140 (m3/h).
+ Dự trữ nguyên liệu: 3215 (m3/h).
+ Dự trữ Clinke (Silo): 63 428 (m3/h).
+ Dự trữ xi măng: 2988 (m3/h).
+ Đóng bao xi măng: 25393 (m3/h).
+ Vận chuyển bằng băng tải: 18097 (m3/h).
+ Nung Clinke: 18614 (m3/h).
+ Làm nguội Clinke: 122 394 (m3/h).
----------------------------------------------------------------------------------------------------------Đặng Văn Hoàng – kỹ thuật môi trường k47


Thiết kế môn học kiểm soát ô nhiễm không khí và tiếng ồn
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------

+ Nghiền Clinke: 122 373 (m3/h).
+ Đập sàng nguyên liệu: 48 489 (m3/h).
- Vận tốc khí thải trong ống dẫn khí thải đến thiết bị lọc tay áo bảo đảm yêu cầu kỹ
thuật kinh tế là: 18 – 20 (m/s), chọn v = 18 (m/s).
- Miệng hút:

- Chạc ba nhập dòng:

- Côn thay đổi tiết diện:

----------------------------------------------------------------------------------------------------------Đặng Văn Hoàng – kỹ thuật môi trường k47