Bài giảng kỹ thuật xử lý khí thải phần II ths lâm vĩnh sơn

Bài giảng môn “Kỹ thuật xử lý khí thải”- Thạc sỹ Lâm Vónh Sơn
CHƯƠNG 3

TÍNH TOÁN LƯNG KHÔNG KHÍ CHO CÔNG TRÌNH
III.1. TÍNH TOÁN NHIỆT
III.1.1. Phương trình cân bằng nhiệt độ của nhà Xưởng
∆Q = ΣQt - ΣQtt.
Trong đó:
+ ∆Q : Lượng nhiệt thừa.
+ ΣQt : Nhiệt độ Xâm nhập vào phòng.
+ ΣQtt : Lượng nhiệt tổn thất trong phòng.
III.1.2. Nhiệt độ tính toán của không khí
III.1.2.1. Nhiệt độ ngoài trời
- Mùa nóng: Nhiệt độ trung bình cao nhất trong năm (tttng) được cho vào lúc 13
→ 14h ( tháng 6 hoặc tháng 7), (lấy trong bảng ở trạm khí lượng thủy văn).
- Mùa lạnh: từ 6 → 7h (nhất là tháng 1) nhiệt độ lạnh nhất.
III.1.2.2. Nhiệt độ trong nhà
- Mùa nóng:
Ttttr = tttng + (2 ÷ 5)0C
- Mùa lạnh:
ttttr = 18 ÷ 200C
III.1.3. Tính toán lượng nhiệt Xâm nhập vào phòng
III.1.3.1. Lượng nhiệt tỏa ra do người:
Phụ thuộc vào các yếu tố: Nhiệt độ trong phòng, tính chất của quần áo, vận
tốc chuyển động của không khí và cường độ làm việc (Xem bảng 3 – 1).
BẢNG 3-1. Số lượng nhiệt, ẩm (g/h) tỏa ra do người lớn tuổi
Đại lượng

+ Nhiệt: Hiện
Kín
Toàn phần

+ m:
+ Nhiệt: Hiện
Kín
Toàn phần
+ m:

1

Số lượng nhiệt (kcal/h), ẩm (g/h) khi nhiệt độ KK trong
phòng 0C
10
15
20
25
30
35
Ở trạng thái yên tónh
120
100
75
50
35
10
20
25
25
30
45
70
140

125
100
80
80
80
30
40
40
50
75
115
Làm việc trí óc
120
100
80
50
35
10
20
25
40
70
85
110
140
125
120
120
120
120

30
40
70
105
140
195
Làm việc vật lý nhệ nhàng




Bài giảng môn “Kỹ thuật xử lý khí thải”- Thạc sỹ Lâm Vónh Sơn
+ Nhiệt: Hiện
Kín
Toàn phần
+ m:
+ Nhiệt: Hiện
Kín
Toàn phần
+ m:
+ Nhiệt: Hiện
Kín
Toàn phần
+ m:

130
105
85
25
30

45
155
135
130
40
55
75
Khi làm việc nặng trung bình
140
115
90
45
65
85
185
180
175
70
110
140
Khi làm việc nặng
120
140
110
80
110
140
250
250
250

135
185
240

(

55
70
125
115

35
90
125
150

5
120
125
200

60
110
170
185

35
135
170
230

5
165
170
280

80
170
250
295

45
205
250
355

10
240
250
415

)

Qh = β C β A 2.5 + 10.3 v k (35 − t p )

Trong đó: - βc :

Hệ số kể đến cường độ làm việc
+ βc = 1 (Công việc nhẹ).
+ βc = 1.07 (Công việc trung bình).

+ βc = 1.15 (Công việc nặng).
- βA : Hệ số kể đến ảnh hưởng của quần áo.
+ βA = 0.65 :áo quần bình thường.
+ βA = 0.4 : đối với áo quần ẩm.
+ tp : nhiệt độ không khí trong phòng.
III.1.3.2. Lượng nhiệt tỏa ra do chiếu sáng:
QCS = aF
Trong đó:
- a: Tiêu chuẩn tỏa sáng (W/m2). a = E qcs ηc/s
- F: Diện tích mặt sàn của phòng (m2).
QCS = E F qcs ηc/s.
Trong đó:
- E :Độ chiếu sáng (lyc).(Đèn huỳnh quang 300, đèn bình thường 200).
- q :Lượng nhiệt tỏa ra trên đơn vò diện tích khi E = 1lyc (0.05 ÷ 0.03
đèn huỳnh quang; 0.13 ÷ 0.25 đèn dây tóc…).
- ηc/s :Hiệu suất nhiệt tỏa vào phòng (0.5 đèn huỳnh quang ; 0.85 đèn
dây tóc).
III.1.3.3. Lương nhiệt tỏa ra do động cơ
Q = Nµ
Trong đó:

2




Bài giảng môn “Kỹ thuật xử lý khí thải”- Thạc sỹ Lâm Vónh Sơn
- Hệ số µ : µ = ϕ1ϕ2ϕ3 (1 - η + ϕ4η).
+ ϕ1 : hệ số sử dụng công suất (0.7 ÷ 0.9)
+ ϕ2 : hệ số tải trọng thường nhận (0.5 ÷ 0.8)

+ ϕ3 : hệ số làm việc đồng thời của các động cơ (0.5 ÷1).
+ ϕ4 : hệ số chuyển từ cơ năng đến nhiệt năng
+ η : hiệu suất động cơ (0.75 → 0.92).
Tính toán nhanh nhận µ = 0.4 (40% nhiệt độ động cơ tỏa ra môi trường bên
trong).
Qđc = N (1 - η)
η : hiệu suất động cơ (0.75 ÷ 0.92).
III.1.3.4. Lượng nhiệt tỏa ra do đốt nhiên liệu:
Q = ηQct Gnt
Trong đó:
+ Gnt : lượng nhiên liệu đốt cháy trong 1 giờ.
+ Qct : nhiệt trò thấp của nhiên liệu được tra bảng nhiệt trò của nhiên liệu
hay theo công thức Mendelep.
+ Quá trình đốt cháy của nhiên liệu được biểu thò bằng η (0.9 ÷ 0.97).
III.1.3.5. Lượng nhiệt tỏa ra từ sản phẩm
- Sản phẩm khi làm nguội có trạng thái chuyển pha.
Q = [ Cd (td – tn/c) + inc + CR (tnc - tc)] G.
t0
tđ
tnc
tc

qnc
T

Trong đó:
+ Cd ,CR : Là nhiệt dung riêng của vật liệu ở trạng thái lỏng và rắn.
+ td, tc, tn/c : Là nhiệt độ tương ứng với trạng thái đầu và cuối và chuyển
biến pha (nóng chảy) của vật liệu.
+ G: khối lượng vật liệu (kg) đưa vào làm việc trong thời gian 1 giờ.

- Đối với sản phẩm làm nguội không có trạng thái thay đổi.
Q = C (tđ - tc) G.
III.1.3.6. Lượng nhiệt tỏa ra từ thiết bò nóng.
Q = αbm (tbm - tp) F
3




Bài giảng môn “Kỹ thuật xử lý khí thải”- Thạc sỹ Lâm Vónh Sơn

Trong đó:
+ tbm : nhiệt độ bề mặt thiết bò
+ tp : nhiệt độ không khí.
+ αbm : hệ số truyền nhiệt giữa bề mặt và không khí trong phòng.

α bm = 10 v k

(W/m2k2)

+ αbm = 10.44 W/m2.k , (nhiệt độ thấp)
+ αbm = 29 W/m2.k , (nhiệt độ cao)
III.1.3.7. Lượng nhiệt tỏa ra từ lò nung:
Q = k ( ttr – tXq ) F (w).
Với: + k: hệ số truyền nhiệt (W/m2.K)
1
k=
δ
1
1

+
+

λ

α tr

α ng

Nếu có nhiều lớp thì:

k =

1
n

∑
i = 1

δi
δ
1
1
+
+
+
λi
λ
α tr
α ng

+ λ : Hệ số dẫn nhiệt (W/m.K)
+ αtr, αng: Hệ số trao đổi nhiệt trong và ngoài.
Đối lưu

tp
Truyền nhiệt

t
tr

Dẫn nhiệt

Khi có nhiều lớp cách nhiệt ta có thể bỏ qua thành phần .

1
1
δ
+
+
λ
α tr
α ng
trong công thức (*)

4



(*)

Bài giảng môn “Kỹ thuật xử lý khí thải”- Thạc sỹ Lâm Vónh Sơn
III.1.3.8. Lượng nhiệt tỏa ra từ ống dẩn:

Q=

(th − tn )l
1
2πλcn

ln

1
d cn
+
d ng α ngπd ng
dng

t

dcn

t

l

+ αng = 8 + 0.04 th :hệ số trao đổi bề ngoài mặt ống

α ng = 8 + 0.04 t h + 0.6 v k

III.1.3.9. Nhiệt bức Xạ mặt trời:
Nhiệt bức Xạ mặt trời Xuyên qua cửa kính:
Q = T1 X T2 X T3 X T X bbX X F

Trong đó:
+ qbX: cường độ bức Xạ mặt trời được tính bằng thời điểm tính toán.
+ F: diện tích của cửa kính
+ T1: tính đến độ trong suốt của kính ( một lớp kính: T1 = 0.9 ; 2 lớp T1 = 0.81)
+ T2: hệ số độ bẩn của kính (1 lớp: 0.8 ;2 lớp: 0.7 ; kính nghiên một lớp 0.65).
+ T3: hệ số kể đến mức độ che khuất của cánh cửa (số liệu sách trang 32 ; Thông
gió và kỹ thuật Xử lý khi).
+ T4: hệ số tính đến che khuất của tấm che nắng
• Ôvang 0.45,
• Lá sách 0.1
• Sơn trắng đục: 0.65 ÷ 0.8.
• Kính nhám: 0.3
• Rèm che nắng phía ngoài cửa : 0.7
• Phía trong cửa : 0.4…
III.1.3. Nhiệt tiêu hao:
- Tổn thất nhiệt qua kết cấu phòng.
Q = k X F X ∆t X t
Trong đó:
+ ∆tt:hiệu nhiệt giữa trong và ngoài nhà
∆ttt = (ttttr - tttng)Ψ

5

Bài giảng môn “Kỹ thuật xử lý khí thải”- Thạc sỹ Lâm Vónh Sơn
1

k=

1

α tr

-

-

+∑

δi
1
+
λi λ ng

+ ttttr, tttng : Nhiệt tính toán của không khí bên trong và bên ngoài nhà
+Ψ
: Hệ số kể đến vò trí tương đối của kết cấu bao che so với
không khí ngoài trời: Trần hầm mái (0.75 – 0.9) ; Sàn tầng
trệt (0.4 – 0.6)
Tổn thất nhiệt khác : lượng nhiệt tiêu hao do phương hướng. Hướng nhà có khả
năng làm tăng sự trao đổi nhiệt độ giữa bề mặt tường với không khí Xung
quanh
Bổ sung phần trăm thất thoát nhiệt độ nào đó
Q = Q0 (1 + %)

B 10%

T
10%

5%
T

Đ

10%
Đ

10%

0%
TN

0% N

5%
Đ

III.1.4. Nhiệt và ẩm Xâm nhập vào phòng:
III.1.4.1. Từ bề mặt nước tự do
- Nhiệt hiện
Q = F (5.71 + 4.06 vk) ( tn – tp) ; (W)
- Nhiệt kín.
Q = W X Ih
Trong đó:

+ W: lượng nước bay hơi : W = (a + 0.0174 vk)(P2 – P1)F
+ Ih: entapi của hơi: Ih = 2500 + 1.8 tn (kj/kg)
+ a: hệ số linh động của không khí trên bề mặt chất lỏng (phụ thuộc nhiệt
độ)
T0C

6

a




Bài giảng môn “Kỹ thuật xử lý khí thải”- Thạc sỹ Lâm Vónh Sơn
T< 30
30 – 40
50
60
70
80
90
100

0.022
0.028
0.033
0.037
0.041
0.046
0.051

0.06

+ P1 : Áp suất hơi nước trong không khí Xung quanh
+ P2 : Áp suất riêng phần hơi nước trên bề mặt nước
III.1.4.2. Khi rửa thiết bò:

W =

G n (t d − t c )  kg 
 h


585

Trong đó:
+ Gn : Lưu lượng nước rửa
+ tđ , tc: Nhiệt độ đầu và cuối nước rửa
III.1.4.3. Do rò rỉ hơi nước:
- Nhiệt toàn phần
Q = 2 10-2 Gh X Ih (KJ/kg)
- Ngoài ra
W = β (Chbm - ChXq) F
Tong đó:

C hbm = 2.16 10 −3

P
= P2
273 + t

ChXq = P1
+ β : Hệ số truyền khối giữa hơi nước và bề mặt Xung quanh
được Xác đònh qua chuẩn số NuXen truyền khối

N

Re =

vk ρ L

µ

ud

=

β L
D

P rd =

=2+

υ kk

1
Re
2

υ

kk

0 .5

=

D

P rd

µ
ρ

kk
kk

(Tra bảng sổ tay)
III.2. XÁC ĐỊNH LƯNG KHÍ ĐỘC HẠI XÂM NHẬP VÀO NHÀ XƯỞNG
7




Bài giảng môn “Kỹ thuật xử lý khí thải”- Thạc sỹ Lâm Vónh Sơn
III.2.1. Xác đònh lượng chất độc hại sinh ra từ thiết bò làm việc dưới áp suất:

P1 = P2 +
2

v2 =

ρ2

ρ 2v22
2

(P1 − P2 ) =

ρ1  p1 
= 
ρ 2  p2 

2

ρ2

∆P

1
k

Trong đó:
+ ρ1 : Khối lượng riêng không khí trong thiết bò
+ ρ2 : Khối lượng riêng không khí ngoài thiết bò
+ k : Tỷ lệ Cp / Cv
- Khi ∆p < 2500 Pa (≈ 255 kg/m2). (Sai số ≤ 0.5% )

v=

2 ∆Ρ

ρ2

- 2500 < ∆p < 20.000 (≈ 2040 kgt/m2). (Sai số ≤ 5% )
- ∆p > 20.000 Pa.

v =


 ρ
2k ρ 1 
1 −  2
k −1 ρ2 
 ρ1






k − 1
k






Lưu lượng khí rò ró

G = µ.f.v
Trong đó:
+ f : tiết diện tổng cộng
+ µ : hệ số lưu lượng.
Ngoài ra:

G = Dc v

M
T

Trong đó:
8




Bài giảng môn “Kỹ thuật xử lý khí thải”- Thạc sỹ Lâm Vónh Sơn
+ c : Hệ số phụ thuộc áp suất (bảng 3.2)
Bảng 3.2. Trò số của hệ số C
p
suất

at
105P
a

Hệ số
C

<2
< 1.96

2
1.96

7
6.9

17
15.7

41
40

161
156

401
393

1001
981

0.121

0.166

0.182

0189

0.152

0.298

0.31

0.37

+ v : thể tích bên trong của thiết bò
+ M : khối lượng phân tử trong khối
+ D : hệ số dự trữ (1;2)
III.2.2. Xác đònh lượng chất độc hại sinh ra từ thiết bò làm việc ở áp suất âm.
- Khi ∆p > 1000 Pa → thiết bò làm việc với áp suất chân không.
- ∆p < 1000 Pa.
+ Khi C0 ≥ 105c (C0: Nồng độ khí độc hại bên trong) ⇒ Sự rò ró mạnh.
+ Khi áp suất (-): từ 40 ÷ 60 pa → lượng khí rò ró từ 70gcal/h.
Để đảm bảo được khí thông thoáng ta dùng thiết bò có công suất 70.000 km3/h (tốn
chi phí cao).
Các công thức Xác đònh khí rò ró.
a) Đối với khe rãnh dạng gần tròn:

f C0 D2
G=
v a2
Trong đó:
+ a: kích thước trung bình của khe rãnh (g/m3)
+ f: m2 (diện tích khe rãnh)
+ C0 : g/m3

+ v: vận tốc khí trong khe rãnh
+ D : m3/s (hệ số khuyếch tán)
b) Khe rãnh hình chữ nhật

1 f C0 D2
G=
2 v a2
•

Xác đònh lượng chất độc hại sinh ra từ chổ nối trục quay.

G=π d B Ρ
9




Bài giảng môn “Kỹ thuật xử lý khí thải”- Thạc sỹ Lâm Vónh Sơn
Trong đó:
+ G:lượng khí rò ró.
+ d: đường kính trục (mm)
+ p: áp suất dư (p1 – p2) , (at, kg/cm2)
+ B: hệ số thực nghiệm
Đối với sản phẩm dầu mỏ có tính ăn mòn cao: B = 5
Xăng ,dầu hỏa: B = 2.5
Nối dicdăc

G = 10 f

Ρ12 − Ρ22

n Ρ1

.ρ .g

Trong đó:
+ f: Diện tích của khe rò (cm2)
+ P1, P2 : Là áp lực trước và sau lớp đệm khuất khúc, at
+ n: Số buồng khuất khúc
+ ρ: Khối lượng riêng của khí độc hại, kg/m3.
III.2.3. Xác đònh lượng chất độc hại thoát ra từ bề mặt dung dòch tự do:
G = M (0.000352 + 0.000786 v).P.E

(kg/h).

Trong đó:
+ P: Áp suất hơi bảo hòa trên bề mặt tương ứng với nhiệt độ của dung
dòch (tra bảng 3.3)
+ M:Khối lượng phân tử tương đối của dòch bay hơi
+ F: Diện tích bề mặt bay hơi.
+ v: Vận tốc chuyển động của không khí trên bề mặt dòch
+ G: Lưu lïng khối lượng dung dòch bay hơi,
Bảng 3.3. Áp suất hơi bão hòa P của một số dòch khi td =200C
Loại dòch
P.Pa (mmHg)
Loại dòch
P.Pa (mmHg)
Ête
5720
Rượu Amyl, clo
532 (4)

benzen
AXeton
3720
Anilin, nitrobenzen
40 (0.3)
Rượu êtyl, Benzen
2000
Thủy ngân
0.16 (0.0012)
Đicơloetan
III.2.4. Xác đònh lượng dung môi bay hơi:

G=

A mF
100

Trong đó:
10




Bài giảng môn “Kỹ thuật xử lý khí thải”- Thạc sỹ Lâm Vónh Sơn
+ A: lượng vật liệu sơn tính cho 1m2 bề mặt thành phẩm (g/m2)
+ m: hàm lượng dung môi dể bay hơi trong vật liệu %.
+ F: diện tích bề mặt thành phẩm cần sơn trong 1 giờ, (m2/h)
(A và m cho trong bảng 3.4 )
Bảng 3.4. Lượng vật liệu sơn cho một lớp thành phẩm A và hàm lượng dung
môi (m) trong nó

Vật liệu
Phương pháp sơn
Sơn máy bay không màu
Bàn chải, bút lông
Chất gắn nitrô
Bàn chải, bút lông
Keo nitro
Bàn chải, bút lông
Sơn máy bay có mầu và tráng men
Phun
Sơn dầu và tráng men
Phun

A,g/m2
200
100 -180
160
180
60 - 90

m, %
92
35 – 10
80 – 5
75
35

III.2.5. Xác đònh khí sinh ra do đốt nhiên liệu:
GK = Gn . gk
Trong đó:

+ Gk: Lưu lượng khối lượng khí tỏa ra khi đốt cháy nhiên liệu (kg/h).
+ Gn: Lưu lượng khối lượng của nhiên liệu cháy (kg/h).
+ gk : Khối lượng sản phẩm cháy tính cho 1kg nhiên liệu (kg/kg). (Xem
bảng 3.5).
• Phương pháp Xác đònh lượng khí độc hại bằng phương pháp đo đạc phân
tích thành phần không khí.

G =

V (χ 2 − χ 1 ) + L (χ R − χ v ) t
10 6 t

Trong đó:
+ G: Lưu lượng khối lượng của khí Xâm nhập vào phòng (kg/h)
+ V: Thể tích của phòng (m3)
+ X1,X2 : Tương ứng là nồng độ ban đầu và cuối của khí độc hại có
trong không khí của phòng (mg/m3) .
+ L: Lưu lượng không khí thông gió cho phòng (m3/h)
+ Xv , XR : Nồng độ khí độc hại có trong không khí vào và ra khỏi
phòng (mg/m3).
+ t: Thời gian thử nghiệm

11




CHƯƠNG 4

BÀI TẬP SỰ PHÁT TÁN KHÍ THẢI VÀO KHÍ QUYỂN (ÁP

DỤNG CHO NGUỒN THẢI CAO)
Nguồn thải cao (ống khói cao)

C

max

=

A .M .F .m .n
H 23 V .∆T

Trong đó:
+ M: tại lượng ô nhiễm (g/s)
+ V: lưu lượng khí thải (m3/s)
+ H: chiều cao ống khói
+ ∆T = TKT - TKQ
+ F = 1 đối với khí
+ Bụi: *
η > 90% : F = 2
* 75 < η < 90% : F = 2.5
*
η <75 :
F=3
+ Hệ số phân tầng A = 200 ÷ 250
+ m tính theo f :
m = (0.67 + 01X f1/2 + 0.34 X f1/3)-1 nếu f < 100
m = (1.47 X f1/3)-1
nếu f > 100

f =

10

3

.ω

H

2

2
0

.D

∆Τ

; ω

0

=

V
0 . 785

D

2

+ n = 1 : Vm > 2
+ n = 0.532 Vm2 – 2.13 Vm + 3.13 (ĐK : 0.5 < Vm <2)
+ n = 4.4 Vm ; Vm < 0.5
Với :

V m = 0 . 65
•

3

V ∆Τ
Η

Vận tốc gió nguy hiểm: là vận tốc gió mà khi nồng độ cực đại của chất
ô nhiễm ở lớp khí quyển gần mặt đất đạt giá trò lớn nhất, được Xác đònh
như sau:
um = 0.5 → Vm ≤ 0.5
um = Vm → 0.5 < Vm ≤ 2




(

um = Vm 1 + 0.12 f

)

; Vm > 2

Với vận tốc gió nguy hiểm um , nồng độ chất ô nhiễm cực đại ở khoảng cách
so với ống khói:
Xm = d X H
Trong đó: + d: hệ số phụ thuộc (f , Vm) : Tính theo giản đồ 7.3 (trang 152 –
Tập 13) hoặc theo giản đồ 3.11 trang 83 – ÔN Môi trường KK đô thò …) ; đính kèm
• Nếu vận tốc gió khác vận tốc gió nguy hiểm, nồng độ chất ô nhiễm cực đại
tính: (Cm) = r X Cm.
Với r phụ thuộc u/um được Xác đònh theo đồ thò 7.4.(trang153 – Tập 13)
• Sự phân bố nồng độ các chất ô nhiễm theo hướng gió ở các khoảng cách X
khác nhau tính từ nguồn được Xác đònh theo công thức:
CX = S1 CmaX
 X 

S 1 = f 
 Xm 

Tra bảng sau:
X/Xm 0.25

•

•

S1

0.27

X/Xm

2.75

S1

0.55

0.5
0
0.7
0
3.0
0
0.5
2

0.75

1.00

1.25

1.50

0.95

1.00

0.95

0.87

3.25

3.50

3.75

4.00

0.48

0.43

0.40

0.38

1.7
5
0.8
0
4.2
5
0.3
4

2.0
0
0.7

3
4.5
0
0.3
0

2.2
5
0.6
7
4.7
5
0.2
7

2.5
0
0.6
5.0
0
0.2
5

Nồng độ chất ô nhiễm tại vò trí theo phương y
C y = S 2 CX
(S2 Tra trong đồ thò 7.5 trang 154 – Tập 13)
Xác đònh chiều cao ống khói

Η=

AMFmn
C cp 3 V∆Τ

Tính lặp:
Bước 1: Cho m0 = 1 : n0 = 1 → Tính H0 theo công thức trên
Bước 2: Có H0 tính lại m1, n1:
m1: Có H0 tính được f, có f tính đïc m1
n1 : Có H0 tính được Vm, có Vm tính được n2




Bước 3: Tính H1
H1 = H

m 1 n1
m 0 n0

0

Bước 4: Tính H2 (tương tự như H1)

H

2

= H

1

m2n2
m 1 n1

Điểm dừng sao cho: ∆H ≤ 0.5 m
Hoặc có thể

• Đánh giá mức độ
Nồng độ thực tế tối đa

•

∆Η
= 1%
Η

CttmaX = CmaX + Cp
- Nếu Cp = Ccp thì phải Xử lý môi trường
∆T ≤ 0 ( những công thức có liên quan ∆T ta thay công thức mới)

C max =

AMFn
H

K =

K

D
1

=
8V
7 . 1 ω 0V

+ Vm ≤ 2 : D = 11.4 Vm
+ Vm > 2 :

D = 16 .2 V m
+

V m = 1 .3

4
3

ω0D
Η