Thiết kế một hệ thống xử lý bụi và khí NOx trong nhà máy

MỤC LỤC

SVTH: Vũ Anh Tuân – Lớp: LĐH4KM

1


LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay Ô nhiễm môi trường là một trong những vấn đề bức xúc, đáng quan
tâm của xã hội trong thời kỳ CNH-HĐH. Hàng loạt các khu công nghiệp, khu
sản xuất ra đời kéo theo hàng trăm, hàng nghìn các nhà máy, thải ra rất nhiều
chất thải gây ô nhiễm môi trường không khí, đất, nước và đặc biệt tác động tới
sức khỏe con người. Khí thải trong các ngành công nghiệp hiện nay, đã và đang
gây ra những ảnh hưởng không nhỏ tới chất lượng các thành phần môi trường
trên Trái đất, đặc biệt là đối với môi trường không khí. Khí thải từ các hoạt
động công nghiệp có thể chứa nhiều chất độc hại đối với môi trường như SO 2,
NOX, CO, CO2, H2S ,với nồng độ vượt ngưỡng tiêu chẩn cho phép. Mỗi ngành
công nghiệp thì đặc tính khí thải khác nhau do đó công nghệ để xử lý chúng
cũng khác nhau. Dựa vào đặc tính của khí thải của từng ngành nghề mà chúng
ta có các biện pháp và hướng giải quyết để hạn chế tối thiểu nhất việc phát thải
khí thải độc hại ra ngoài môi trường.
Khí thải phát sinh từ qua trình sử dụng than là một trong số đó mà Bụi và khí
NOx là nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trường không khí. Chính vì vậy
việc thiết kế một hệ thống xử lý bụi và khí NOx trong nhà máy trước khi thải ra
môi trường không khí là hết sức cần thiết.
Những nội dung cụ thể của việc thiết kế đó được giới thiệu dưới đây

SVTH: Vũ Anh Tuân – Lớp: LĐH4KM

2




-





CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.Tổng quan về bụi và khí NOx
1.1. Bụi
1.1.1.Định nghĩa và phân loại bụi
Bụi là những chất rắn nhỏ, thông thường là những hạt có đường kính nhỏ
hơn 75µm tự lắng xuống do trọng lực của chúng nhưng vẫn có thể lơ lửng một
thời gian ( theo TCVN 5966:2009 )
Phân loại bụi
Theo nguồn gốc:
Bụi hữu cơ như bụi tự nhiên ( bụi do động đất, núi lửa…)
Bụi thực vật (bụi gỗ, bông, bụi phấn hoa…)
Bụi động vật (len, lông, tóc…)
Bụi nhân tạo (nhựa hóa học, cao su, cement…)
Bụi kim loại (sắt, đồng, chì…)
Bụi hỗn hợp (do mài, đúc…)
Theo kích thước hạt bụi:
Khi δ > 75µm gọi là bụi thô,cát bụi
Khi δ < 75µm gọi là bụi thường được hình thành từ các quá trình cơ khí như
nghiền, tán , đập;
Khi δ = (1 ÷ 5) µm : gọi là khói

Khi δ < 1 µm : gọi đó là khói mịn
Khi δ < 10µm gọi là sương
Theo tác hại
Bụi nhiễm độc chung (chì, thủy ngân, benzen)
Bụi gây dị ứng viêm mũi, hen, nổi ban… (bụi bông, gai, phân hóa học, một số
tinh dầu gỗ…);
Bụi gây ung thư (bụi quặng, crom, các chất phóng xạ…)
Bụi xơ hóa phổi (thạch anh, quặng amiang )
1.1.2.Tính chất hóa lý của bụi
Bụi có các tính chất :.
Tính bám dính
Tính bám dính của hạt xác định xu hướng kết dính của chúng. Độ kết
dính của hạt tăng có thể làm cho thiết bị lọc bị nghẽn do sản phẩm lọc.
Kích thước hạt càng nhỏ thì chúng càng dễ bám vào bề mặt thiết bị. Bụi
có (60 ÷ 70)% hạt có đường kính nhỏ hơn 10 µm được coi như bụi kết dính
(mặc dầu các hạt kích thước lớn hơn 10 µm mang tính tản rời cao
Tính mài mòn
Tính mài mòn của bụi đặc trưng cho cường độ mài mòn kim loại ở vận
tốc như nhau cả khí và nồng độ như nhau của bụi. Nó phụ thuộc vào độ cứng,
SVTH: Vũ Anh Tuân – Lớp: LĐH4KM

3


hình dạng, kích thước và mật độ của hạt. Tính mài mòn của bụi được tính đến
khi chọn vận tốc của khí, chiều dày của thiết bị và đường ống dẫn khí cũng như
chọn vật liệu ốp của thiết bị.
 Tính thấm







Tính thấm nước có ảnh hưởng nhất định đến hiệu quả của thiết bị lọc
kiểu ướt, đặc biệt khi thiết bị làm việc có tuần hoàn. Khi các hạt khó thấm tiếp
xúc với bề mặt chất lỏng, chúng bị bề mặt chất lỏng bao bọc. Ngược lại đối với
các hạt dễ thấm chúng không bị nhúng chìm hay bao phủ bởi các hạt lỏng, mà
nổi trên bề mặt nước. Sau khi bề mặt chất lỏng bao bọc phần lớn các hạt, hiệu
quả lọc giảm vì các hạt khi tiếp tục tới gần chất lỏng, do kết quả của sự va đập
đàn hồi với các hạt được nhúng chìm trước đó, chúng có thể bị đẩy trở lại dòng
khí.
Các hạt phẳng dễ thấm hơn so với các hạt có bề mặt không đều. Sở dĩ
như vậy là do các hạt có bề mặt không đều hầu hết được bao bọc bởi vỏ khí
được hấp thụ cản trở sự thấm.
Tính hút ẩm và tính hòa tan
Các tính chất này của bụi được xác định trước hết bởi thành phần hóa học
của chúng cũng như kích thước, hình dạng và độ nhám của bề mặt các hạt bụi.
Nhờ tính hút ẩm và tính hòa tan mà bụi có thể được lọc trong các thiết bị lọc
kiểu ướt.
Tính mang điện
Tính mang điện (còn gọi là tính được nạp điện) của bụi ảnh hưởng đến
trạng thái của bụi trong đường ống và hiệu xuất của bụi (đối với thiết bị lọc
bằng điện, thiết bị lọc kiểu ướt…). Ngoài ra tính mang điện còn ảnh hưởng đến
an toàn cháy nổ và tính dính bám của bụi.
Tính cháy nổ
Bụi cháy được do bề mặt tiếp xúc với oxi trong không khí phát triển
mạnh (1 m2/g) có khả năng tự bốc cháy và tạo thành hỗn hợp nổ với không khí.
Cường độ nổ của bụi phụ thuộc vào tính chất hóa học và tính chất nhiệt của

bụi, vào kích thước và hình dạng của các hạt, nồng độ của chúng trong không
khí, vào độ ẩm và thành phần của khí, kích thước và nhiệt độ của nguồn cháy
và vào hàm lượng tương đối của bụi trơ.
1.2. Khí NOx
Nguồn gốc phát sinh:

SVTH: Vũ Anh Tuân – Lớp: LĐH4KM

4


1.


•

- NOx là tên gọi chung của oxit Nito gồm các chất NO, NO 2, N2O, hình thành
do sự kết hợp giữa oxi và Nito ở điều kiện nhiệt độ cao
- NOx có thể phát sinh do các quá trình tự nhiên hay do hoạt động công nghiệ
-Tác động:
+ NOx gây ảnh hưởng tới sức khỏe con người: các bệnh về phổi, da…
+ NOx gây ảnh hưởng tới thực vật: làm giảm quá trình quang hợp..
+ NOx cũng có thể coi là tác nhân gây phá hủy tầng ozon
Tổng quan về phương pháp (PP) xử lý bụi và khí NOx
Các phương pháp xử lý bụi
Tùy vào từng loại bụi, dựa trên đặc tính lý, hóa mà có nhiều phương
pháp xử lý bụi khác nhau. Dưới đây là một số phương pháp xử lý bụi phổ biến:
- Xử lý bụi bằng buồng lắng bụi
- Xử lý bụi bằng Xyclon
- Xử lý bụi bằng thiết bị lọc bụi ống táy áo….

Nguyên lý hoạt động của một số thiết bị xử lý bụi bằng phương pháp khô
Thiết bị lọc bụi ly tâm (Xyclon)
Nguyên lý:
Không khí sẽ chuyển động xoáy ốc bên trong thân hình trụ của xiclon và
khi chạm vào ống đáy hình phễu, dòng không khí bị dội ngược trở lên nhưng
vẫn giữ được chuyển động xoáy ốc rồi thoát ra ngoài qua ống
Trong dòng chuyển động xoáy ốc, các hạt bụi chịu tác dụng bởi lực ly tâm
làm cho chúng có xu hướng tiến dần về phía thành ống của thân hình trụ rồi
chạm vào đó, mất động năng và rơi xuống đáy phễu. Trên ống xả người ta có
lắp van để xả bụi

SVTH: Vũ Anh Tuân – Lớp: LĐH4KM

5


Thiết bị lọc bụi túi vải
Nguyên lý:
Cho không khí lẫn bụi đi qua 1 tấm vải lọc, ban đầu các hạt bụi lớn hơn khe
giữa các sợi vải sẽ bị giữ lại trên bề mặt vải theo nguyên lý rây, các hạt nhỏ hơn
bám dính trên bề mặt sợi vải lọc do va chạm, lực hấp dẫn và lực hút tĩnh điện,
dần dần lớp bụi thu được dày lên tạo thành lớp màng trợ lọc, lớp màng này giữ
được cả các hạt bụi có kích thước rất nhỏ .

SVTH: Vũ Anh Tuân – Lớp: LĐH4KM

6




Hiệu quả lọc có thể đạt tới 99,8% và lọc được cả các hạt rất nhỏ là nhờ có lớp
trợ lọc. Sau 1 khoảng thời gian lớp bụi sẽ rất dày làm sức cản của màng lọc quá
lớn, ta phải ngưng cho khí thải đi qua và tiến hành loại bỏ lớp bụi bám trên mặt
vải. Thao tác này được gọi là hoànn guyên khả năng lọc.
Xử lý NOx
Có nhiều phương pháp để xử lý khí NOx:
- Xử lý NOx bằng than hoạt tính
- Xử lý NOx bằng nước
- Xử lý NOx bằng amoni cacbonat
- Xử lý NOx bằng phương pháp khử ở nhiệt độ cao
- Xử lý NOx bằng phương pháp xúc tác chọn lọc….
• Nguyên lý hoạt động của tháp hấp thụ : hấp phụ NOx bằng than hoạt tính
Nguyên lý:
Tháp làm việc theo nguyên tắc ngược chiều, khí thải được dẫn vào đáy tháp
và thoát ra ở đỉnh tháp. Khí NOx khi qua lớp than hoạt tính sẽ bị hấp phụ và
không khí sạch sẽ theo ống trên đỉnh tháp đi ra ngoài

SVTH: Vũ Anh Tuân – Lớp: LĐH4KM

7


۰

۰



CHƯƠNG II: ĐỀ XUẤT , THUYẾT MINH CÔNG NGHỆ VÀ TÍNH

TOÁN THIẾT BỊ XỬ LÝ
2.1. Số liệu đầu vào
Bảng 1:Đánh giá chất lượng khí thải đầu vào
Chỉ tiêu

Đơn vị đo

Giá trị

Bụi
SO2
NOX
CO
H2S

mg/m³
mg/m³
mg/m³
mg/m³
mg/m³

5000
100
1700
500
5

QCVN
19:2009/BTNM
T

200
500
850
1000
7,5

Chỉ tiêu
cần xử lý
XL
XL
-

Nhận xét: với nồng độ đầu vào các chất ô nhiễm của nhà máy ta có thể thấy
hàm lượng bụi, NOx đã vượt so với QCVN: 19-2009/BTNMT QCKTQG khí
thải công nghiệp đối với bụi và các chất vô cơ, khí SO 2, CO, H2S nằm trong
giới hạn cho phép quy chuẩn,nên không cần đầu tư công nghệ xử lý.
Vậy cần có quy trình xử lý hàm lượng bụi, NOx để đảm bảo đầu ra của khí
thải nằm trong giới hạn cho phép của quy chuẩn.
Theo QCVN 19: 2009/ BTNMT, nồng độ tối đa cho phép của bụi và các chất
vô cơ trong khí thải được tính theo công thức:
Cmax = C×Kp×Kv
Trong đó
Cmax: nồng độ tối đa cho phép bụi và các chất vô cơ trong khí thải công nghiệp
(mg/m3)
C: Là nồng độ của bụi và các chất vô cơquy định tại mục 2.2 (mg/m3)
Kp: Hệ số lưu lượng nguồn thải quy định tại mục 2.3
Kv: Hệ số vùng, khu vực, quy định tại mục 2.4
Theo bảng 2 mục 2.3 QCVN 19:2009/BTNMT, ta có lưu lượng nguồn thải là
7785m3/h < 20000 m3/h nên hệ số Kp=1
Theo bảng 3 mục 2.4 QCVN 19: 2009/BTNMT, ta chọn hệ số Kv = 1

Nồng độ tối đa cho phép bụi và các chất vô cơ trong khí thải công nghiệp:
Cbụi-max = 200×1×1= 200 (mg/m3)
CNOx-max = 850×1×1= 850 (mg/m3)
2.2 Đề xuất phương án xử lý và thuyết minh
Đề suất phương án xử lý
Khí thải chưa
xử lý
SVTH: Vũ Anh Tuân – Lớp: LĐH4KM 8


Thiết bị lọc bụi
ly tâm( xyclon)

Thiết bị lọc bụi
túi vải

Than hoạt tính

Tháp hấp phụ
khí NOx

Ống khói

Thuyết minh quy trình : Khí thải chứa Bụi và NOx được thu gom ngay tại vị trí
phát sinh thông qua các chụp hút bố trí trên các máy công cụ. Dưới tác dụng
của lực hút ly tâm bụi theo hệ thống đường ống dẫn vào Xyclon. Hạt bụi trong
dòng không khí chuyển động xoáy sẽ bị cuốn theo dòng khí vào chuyển động
xoáy. Lực ly tâm gây tác động làm hạt bụi sẽ rời xa tâm quay và tiến về vỏ
ngoài xiclon. Đồng thời, hạt bụi sẽ chịu tác động của sức cản không khí theo
chiều ngược với hướng chuyển động, kết quả là hạt bụi dịch chuyển dần về vỏ

ngoài của Xyclon, va chạm với nó, mất động năng và rơi xuống phễu, lượng
bụi tinh còn lại sẽ theo dòng khí qua thiết bị lọc túi vải. Không khí lẫn bụi và
NOx đi qua tấm vải lọc, ban đầu các hạt bụi lớn hơn khe giữa các sợi vải sẽ giữ
lại trên bề mặt vải theo nguyên lý rây, các hạt nhỏ hơn bám dính trên bề mặt
sợi vải lọc do va chạm, lực hấp dẫn và lực hút tĩnh điện, dần dần lớp bụi thu
được dày lên tạo thành lớp màng trợ lọc, lớp màng này giữ được tất cả các hạt
bụi có kích thước rất nhỏ. Dòng khí sạch bụi đi ra ngoài và được đưa vào thiết
SVTH: Vũ Anh Tuân – Lớp: LĐH4KM

9


bị hấp phụ NOx. Khí NOx khi qua lớp than hoạt tính sẽ bị than hoạt tính hấp
phụ và không khí sạch sẽ theo ống trên đỉnh tháp đi ra ngoài
2.3. Tính toán thiết bị
công suất đốt than là 13 tấn/ngày = 0,5417 tấn/giờ = 541,7 kg/giờ
Lưu lượng khí thải đầu vào
V = B (Vn20 + ( a − 1)Va )

273 + t
273 + 150
= 541,7(7,5 + (1,25 − 1)7,1)
≈ 7785 m 3 / h
273
273

Trong đó:
B là lượng than đá đốt trong 1 giờ (kg/h)
Vn20

a

3

là khói sinh ra khi đốt 1kg than m /kg, lấy

Vn20

= 7,5 m3/kg

là hệ số thừa không khí (a = 1,25 – 1,53) lấy a= 1,25

Va

3

-

là lượng không khí cần để đốt 1kg than m /kg, lấy
T là nhiệt độ khí thải oC lấy t= 150 0C
2.3.1 Tính toán xyclon
Lưu lượng khí vào xyclon L= 7785 m3/h=2,16 m3/s

-

Khối lượng riêng của hạt bụi ρb = 1200 kg/m3

-

Nồng độ bụi vào xyclon Cv =5000mg/m3



•

Độ nhớt động học ở điều kiện chuẩn

Va

= 7,1 m3/kg

µO 0 C = 17,17 × 10−6

t = 150 o C

Nhiệt độ khí thải
Các kích thước chi tiết của xiclon
Theo Chương 6- bài giảng của Thạc Sỹ Lâm Vĩnh Sơn :
Diện tích tiết diện cần thiết của xiclon
L
νk

2,16
≈
2,2

F=
=
1 ( m2 )
L: lưu lượng dòng khí (m3/s)

νk

•

: vận tốc khí tối ưu trong thiết bị (m/s).

2,2 ÷ 2,5 m/s. Chọn
Đường kính xyclon

νk

νk

= 2,2 m/s

SVTH: Vũ Anh Tuân – Lớp: LĐH4KM

10

: tốc độ quy ước, thường chọn

νk

=


D=

•

1
= 1,13m
0,785 × 1

Ta có :
F : Tiết diện của xyclon (m)
N: số lượng xyclon ( chọn xyclon đơn nên N = 1 )
Tốc độ thực tế của khí trong xyclon:
ν tt

•

F
=
0,785 × N

=

L
2,16
=
= 2,15
2
0,785 × N × D
0,785 × 1 × 1,13 2

(m/s )

L :lưu lượng dòng khí (m3/s)
D: đường kính của xyclon ( m)

N: số lượng xyclon
Tính toán xyclon theo phương pháp chọn, chọn xyclon CH-15 ( theo Bài giảng
Kiểm soát ô nhiễm môi trường không khí của Phạm Tiến Dũng )
×

Đường kính ống dẫn khí ra: d = 0,59D = 0,59 1,13 =0,67 m
×

Đường kính ống đáy : d1 = 0,4D = 0,4 1,13 = 0,45 m
×

Chiều rộng cửa vào: b = 0,2D = 0,2 1,13 =0,23 m
×

Chiều cao cửa vào: a = 0,66D = 0,66 1,13 = 0,75 m
Chiều dài ống dẫn khí vào:

l = 0,6 D = 0,6 × 1,13 = 0,68

Chiều cao ống tâm có mặt bích:
Chiều cao phần hình trụ:

m

ht = 1,74 D = 1,74 × 1,13 = 1,96

H t = 2,26 D = 2,26 × 1,13 = 2,55

Chiều cao phần thân hình nón:

Chiều cao thiết bị xyclon:

m

H k = 2 D = 2 × 1,13 = 2,26

Chiều cao phần bên ngoài ống dẫn khí ra:

m

hb = 0,3D = 0,3 × 1,13 = 0.34

H = 4,56 D = 4,56 × 1,13 = 5,15

Đường kính trong của cửa tháo bụi (ống đáy):
Chọn d2 = 0,42m

11

m

m

d 2 = 0,3 ÷ 0,4 D = 0,39 ÷ 0,45

Khoảng cách từ tận cùng xyclon đến mặt bích:
Chọn h5 = 0,34m
SVTH: Vũ Anh Tuân – Lớp: LĐH4KM

m

m.

h5 = 0,24 ÷ 0,32 D = 0,312 ÷ 0,36

m


Góc nghiêng giữa nắp và ống vào: α =150


Hệ số trở lực = 105
Xác định đường kính giới hạn của hạt bụi
Theo giáo trình “ ô nhiễm không khí và xử lý khí thải ” của Trần Ngọc Chấn
- Đường kính giới hạn của hạt bụi được tính theo công thức
δ0 =

4,5 × µL
π × ρ b (r22 − r12 ) × n 2 × l
3

Trong đó
δ0: đường kính giới hạn của hạt bụi(m)
µ: hệ số nhớt động học của bụi
l = H (chiều cao thiết bị) = 5,15 m
µ = µ O 0C ×

387  273 + t 



387 + t  273 

3/ 2

387  273 + 150 
= 17,17.10 ×


387 + 150  273 
−6

-

3/ 2

= 2,3.10 −5 Pa.s

r2: bán kính thân xyclon, r2 = D/2 =

1,13
2

= 0,56 m
0,67
2

-

r1: bán kính ống thoát khí sạch, r1 = d/2 =

-

ρb: khối lượng riêng của bụi, ρb = 1200 kg/m3

= 0,33 m

vE =
-

vE: vận tốc của khí ở ống dẫn vào xyclon:
n=

n: số vòng quay của dòng khí trong xyclon
vòng/s

SVTH: Vũ Anh Tuân – Lớp: LĐH4KM

12

L
2,16
=
= 12,52
a × b 0,75 × 0,23

m/s

0,7 × vE
0,7 × 12,52
=

= 3,14
π (r1 + r2 ) 3,14 × ( 0,33 + 0,56)


-

Thay các số liệu vào ta có

δ0 =
=

 r2 
4,5 × µL

ln
2
2
2
π × ρ b ( r2 − r1 ) × n × l  r1 
3

4,5 × 2,3.10 −5 × 2,16
 0,56 
ln

3
2
2
2
3,14 × 1200(0,56 − 0,33 ) × 3,14 × 5,15  0,33 

= 3,1.10 −5 ( m) = 31µm


Hiệu quả lọc theo cỡ hạt của xyclon
η(δ ) =

(
(

)
)

1 − exp αδ 2
× 100%
1 − exp αδ 02

SVTH: Vũ Anh Tuân – Lớp: LĐH4KM

13


Với
4 ρ
r2 − r2
α = − π 3 b n 2l 2 1
9
µ
L
4

1200
(0,562 − 0,332 )
2
α = − × 3,143 ×
×
3
,
14
×
5
,
15
×
= −3,45 × 109
−5
9
2,3.10
2,16

Trong đó
l: chiều cao làm việc của xyclon, l = H = 5,15 m
L: lưu lượng làm việc của xyclon, 2,16 m3/s
Kết quả tính toán hiệu quả lọc theo cỡ hạt η(δ) thể hiện trong bảng sau:
Bảng2. Hiệu quả lọc theo cỡ hạt η (δ)



5.10

10.10

15.10

20.10

1-exp(αδ2)

0,083

0,29

0,54

0,75

-

1-exp(αδ02)

0,96

η(δ), %

8,64

30,2

56,25

78,125

100

-6

-6

-6

6

Hiệu quả lọc theo khối lượng của hệ thống
Bảng 3. Bảng phân cấp cỡ hạt ban đầu của hạt bụi
Đường kính cỡ
<5
hạt δ, µm
Phần trăm khối
3,1
lượng %
Lượng bụi trong 1
155
m3 khí thải, mg/m3
Hiệu quả lọc theo
cỡ hạt η(δ),% lấy
8,64
trung bình theo cỡ
hạt
Lượng bụi còn lại
sau
khi

qua 141,6
3
xiclon, mg/m

•

> 20.10-

Đường kính hạt bụi δ, m

-6

5 – 10

10 – 15

15-20

>20

Tổng

10,5

15,1

19,6

51,7

100

525

755

980

2585

5000

16,5

42,5

67,05

100

-

438,4

434,12

322,91

0

1336,42

Hiệu suất làm sạch của xyclon
SVTH: Vũ Anh Tuân – Lớp: LĐH4KM

14


η=

5000 − 1336,42
× 100 = 73,27%
5000

Khối lượng bụi thu trong 1 ngày



-

Khối lượng riêng của khí thải ở 150oC:
ρk

-

1,293 × P
(1 + 0,00367 × t ) 760

=
=

=0.83 (g/l) = 0,83 (kg/m3)
Khối lượng riêng của hỗn hợp khí thải ở 150oC:
ρ hh
ν1 =

=

ρ bυ1

C1
ρ hh

+

ρ kν 2

ρ k = 0,83

mg/m3
kg/m3

Thay vào ta được
Với

=

ρ bν 1 + (1 − ν 1 ) ρ k

(%)

C1 = 5000

-

1,293 × 760
(1 + 0,00367 × 150 ) 760

ρ hh = 2,89

kg/m3.

ν1 ν 2

, lần lượt là nồng độ phần thể tích của các cấu tử trong hỗn hợp

Lượng hệ khí vào xyclon
Trong đó:

Gv = ρ hh × L = 2,89 × 7785 = 22498,65

ρhh: khối lượng riêng của hỗn hợp khí thải, ( kg/m3)
-

L: lưu lượng khí vào xyclon, L = 7785( m3/h )
Nồng độ bụi trong hệ khí đi vào xyclon (% khối lượng)
yv =

-

Cv

5000 × 10 −6
=
× 100 = 0,17%
ρ hh
2,89

Nồng độ bụi trong hệ khí ra khỏi xyclon (% khối lượng)
y r = y v (1 − η ) = 0,17(1 − 0,7327 ) = 0,045%

-

Lượng hệ khí ra khỏi xyclon
G r = Gv ×

100 − y v
100 − 0,17
= 22498,65 ×
= 22470,5
100 − y r
100 − 0,045

SVTH: Vũ Anh Tuân – Lớp: LĐH4KM

15

kg/h

kg/h

Lượng khí sạch hoàn toàn

-

G s = Gv ×

100 − y v
100 − 0,17
= 22498,65 ×
= 22460,4
100
100

kg/h

- Lượng bụi thu được
Gb = Gv − Gr = 22498,65 − 22470,5 = 28,15
Lr =

kg/h

Gr
22470,5
=
= 7775,26
ρ hh
2,89

Lưu lượng hệ khí đi ra xyclon:
Năng suất xyclon theo lượng khí sạch hoàn toàn :

-

Qs =

G s 22460,4
=
= 27060,7
ρk
0,83

m3/h
Khối lượng bụi thu được ở xyclon trong 1 ngày ( làm vệc 16 giờ/ngày đêm)

-

m = 28,15 × 16 = 450,4

kg/ngày
V =



-

m3/h

-Thể tích bụi thu được ở xyclon trong 1 ngày:
Tổn thất áp suất trong xyclon
Trở lực của xyclon được áp dụng theo công thức:

N/m3 = 38,79 Kg/m3
Bảng 4: Các thông số của thiết bị xyclon
STT Thông số
Lưu lượng khí vào
1

m 450,4
=
= 0,375
ρ b 1200

m3/ngày

Đơn vị

Giá trị

m3/h

7785

2

Đường kính cyclone.

m

1,13

3

Đường kính của ống thoát khí ra.

m

0,67

4

Chiều cao cửa vào.

m

0,75

5

Chiều rộng cửa vào.

m

0,23

6

Chiều dài ống dẫn khí vào.

m

0,68

7

Chiều cao ống tâm có mặt bích.

m

1,96

8

Chiều cao phần hình trụ.

m

2,55

9

Chiều cao phần thân hình nón.

m

2,26

10

Chiều cao bên ngoài ống dẫn khí ra

m

0,34

SVTH: Vũ Anh Tuân – Lớp: LĐH4KM

16


-

11

Chiều cao thiết bịxyclon.

m

5,15

12

Đường kính ống đáy

m

0,45

13

Hiệu suất làm việc của xyclon

%

73,27

14

Lượng bụi thu được trong ngày

Kg/ngày

450,4

15

Thể tích bụi thu được trong ngày

m3/ngày

0.375

2.3.2 Tính toán thiết bị lọc bụi túi vải
Lưu lượng khí cần lọc L = 7775,26 m3/h
Nồng độ bụi vào thiết bị Cv = 1336,42 mg/m3
Nhiệt độ khí bụi vào tb = 150oC.
Khối lượng riêng của không khí khô ở 150oC: ρk = 0,83 kg/m3
Khối lượng riêng của bụi ρb = 1200 kg/m3.
Nhiệt độ không khí ra tk = 150oC.
Nồng độ bụi ra khỏi thiết bị túi vải theo QCVN 19 – 2009, loại B C TC = 200
mg/Nm3 ở điều kiện chuẩn ( 0oC và áp suất bằng 760 mmHg).
Nồng độ tối đa cho phép của các chất ô nhiễm trong khí thải của các cơ sở sản

xuất, chế biến, kinh doanh, dịch vụ thải ra môi trường không khí:
× 1× 1,2

Cmax = CTC × Kp × Kv = 200
=240 (mg/Nm3);
Trong đó: Kv : Hệ số phân vùng - thải ra trong vùng nông thôn, Kv = 1,2
KP : Hệ số lưu lượng nguồn thải, P ≤ 100000 m3/h, KP =1
240

Ở điều kiện thường t = 150oC, nồng độ ra: Cr =
Cv − Cr
Cv



-

-

273
273 + 150

= 155 mg/m3

1336,26 − 155
× 100%
1336,26

Hiệu suất làm việc của thiết bị η: η =
=

Trong đó: CV: Nồng độ bụi chứa trong khí thải trước khi xử lý
CR: Nồng độ bụi chứa trong khí thải sau khi xử lý
Kích thước túi vải
Đường kính D = 125 – 300 mm, chọn D = 300 mm= 0,3 m
π × 0,3 × 3,5

π×D×l

Diện tích một ống tay áo: S túi vải =
=
= 3,3 m2
Chọn hiệu suất bề mặt lọc: η = 85%, cường độ lọc v = 50 m3/m2.h

Diện tích bề mặt lọc S =

L
v×η

=

7775,26
50 × 0,85

SVTH: Vũ Anh Tuân – Lớp: LĐH4KM

= 183 m2

17

=88,4 %

S
S túi

183
3,3

Số ống tay áo cần: n =
=
= 56 ống
Chọn số ống thiết kế là 56 ống
Thiết kế n1 = 8 hàng, mỗi hàng n2 = 7 ống

-

×



-

Diện tích bề mặt lọc thực tế là Stt = n S túi vải = 56 3,3= 184,8 (m2).
Kích thước thiết bị
Chọn khoảng cách giữa các túi là d1= 0,08m, giữa các hàng là d2=
0,08m, khoảng cách giữa túi ngoài và mặt trong thiết bị d3= 0,08m
Chiều rộng của thiết bị:
×

×

B1=D n1+( n1−1) d1+2d3
×

×

×

B1=0.3 8+( 8−1) 0.08+2 0,08=3,12m
Chiều dài của thiết bị:

-

×

×

L1=D n2+( n2−1) d2 +3d3
×

-



×

×

L1=0.3 7+( 7−1) 0,08+3 0,08=2,82m
Chiều cao của thiết bị: H=h1+h2+h3

Trong đó: h1: chiều cao bộ phận lọc, lấy h1=l =2m
h2: chiều cao bộ phận chấn động trên túi vải, lấy h2=0,6m
h 3: chiều cao bộ phận thu hồi bụi, lấy h 3: 0- 1.5m, chọn h3=1 m (với
chiều cao phần phễu là 0,7m, phần chứa là 0,3m
=> H=2+0.6+1=3,6 m
Trở lực của thiết bị
∆P = A × v n

( N/m2)

Trong đó:
A: hệ số thực nghiệm kể đến độ ăn mòn, độ bẩn. A = 0,25÷2,5. Chọn
A=2
n: hệ số thực nghiệm, n = 1,25÷1,3. Chọn n = 1,3
v: cường độ lọc, v = 50 m3/m2.h
Vậy


∆P = 2 × 501,3 = 323,4( N / m 2 ) = 34kg / m 2

Khối lượng bụi thu được
- Lượng hệ khí vào ống tay áo: Gv = ρhh×L = 2,89×7775,26 = 22470,5 kg/h.
SVTH: Vũ Anh Tuân – Lớp: LĐH4KM

18


Nồng độ bụi trong hệ khí đi vào thiết bị lọc tay áo (% khối lượng)

-

Cb
ρ hh

1336,42 × 10 −6
× 100%
2,89

yv =
=
= 0,046%
Nồng độ bụi trong hệ khí ra khỏi thiết bị (% khối lượng)
yr = yv (1 – η) = 0,046 × (1 – 0,884) = 0,0053 %

-

Lượng hệ khí ra khỏi thiết bị: G r = Gv
22461,35 kg/h.

-

Lượng khí sạch hoàn toàn: Gs = Gv
kg/h

-

100 − y v
100 − y r

100 − y v

100

Gr
ρ hh

= 22470,5 ×

= 22470,5 ×

100 − 0,046
100 − 0,0053

100 − 0,046
100

=

= 22460,16

22461,35
2,89

Lưu lượng hệ khí đi ra khỏi thiết bị: Lr =
=
= 7772,1 kg/h.
Năng suất của thiết bị lọc theo lượng khí sạch hoàn toàn

-

Gs

ρk

22460,16
0,83

Qs =
=
= 27060,4 m3/h.
Lượng bụi thu được
Gb = Gv – Gr =22470,5 – 22461,35 = 9,15 kg/h
Khối lượng bụi thu được trong một ngày: m = 9,15 × 16 = 146,4 kg/ngày

-

m 146,4
=
= 0,122
ρ b 1200



Thể tích bụi thu được trong một ngày V =
m3/ngày
Chọn máy nén khí:
Thời gian rũ bụi τ (s) rất ngắn, thường chỉ vài giây đối với thiết bị rủ bụi bằng
khí nén, chọn τ = 2s.
Bảng 5: Các thông số của thiết lọc bụi ống tay áo
Stt

Thông số

Đơn vị

Giá trị

1

Diện tích bề mặt lọc cần thiết.

m2

183

2

Diện tích bề mặt lọc của mỗi túi vải.

m2

3,3

3

Số túi vải cần thiết, (túi) : Các túi này được bố Cái
trí thành 8 hàng, mỗi hàng 7 túi
Chiều rộng của thiết bị
m
Chiều dài của thiết bị.
m

4
5

SVTH: Vũ Anh Tuân – Lớp: LĐH4KM

19

56
3,12
2,82


6

Chiều cao của thiết bị.

m

3,6

7

Chiều cao bộ phận lọc

m

2

8
9

Chiều cao bộ phận thu hồi bụi
Trở lực của thiết bị

m
Kg/m2

1
34

10 Hiệu suất làm việc của thiết bị

%

85

11 Khối lượng bụi thu được trong ngày

Kg/ngày

146,4

12 Thể tích bụi thu được trong ngày

m3/ngày

0,122

2.3.3 Tính toán tháp hấp phụ xử lý NOx
C NOx



Nồng độ NOx vào: CNOx =

-

Nồng độ khí ban đầu: CK =

-

1700 × 46 × 273
22,4 × ( 273 + 40)
P
R ×T

Nồng độ mol NOx: [NOx]bđ= =

-

=

Nồng độ phân mol: Yv =



Tỷ số mol: yv =
Đầu ra:

Yd

1 − Yv

=

CK

=

Nồng độ NOx ra: [NOx]ra =

=

[ NOx ] ra

-

Nồng độ phân mol: Yr =

CK

=

= 0,0389 (mol/l)
= 38,9 (mol/m3)

= 0,075 (mol/m3)

0,075
38,9

1,93.10 −3
1 − 1,93.10 −3

C
46

= 3045 (mg/m3) = 3,445 (g/m3)

1
0,082 × ( 273 + 40)

3,445
46

[ NOxbđ ]

-

-

Nồng độNOx ban đầu
=1700 mg/m3
Nhiệt độ khói t = 400C
Áp suất P = 1at
Nồng độ ra CNOx = 850 mg/m3 ( QCVN 19-2009, cột B)
Đầu vào:

= 1,93.10-3 (mol NOx/mol khí)

= 1,934.10-3( mol NOx/mol khí)

0,85
46

0,018
38,9

SVTH: Vũ Anh Tuân – Lớp: LĐH4KM

= 0,018 (mol/m3)

= 4,6.10-4 (mol NOx/mol khí)
20


4,6.10 −4
1 − 4,6.10 − 4

Yr
1 − Yr



Tỷ số mol: yr =
=
Hiệu suất quá trình hấp phụ
yv − y r
yv



= 4,602.10-4 ( mol NOx/mol khí)

1,934.10 −3 − 4,602.10 −4
1,934.10 −3

e=
.100(%) =
.100 = 76,2%
Lưu lượng khí NOx trong dòng khí thải QNOx = 1700.7785 = 13,23.106 mg/h =
13,23 kg/h
Gọi:
Xđ:
Nồng độ ban đầu của NOx trong vật liệu hấp phụ, Xđ = 0 mg/m3
Xc:
Nồng độ cuối của NOx trong vật liệu hấp phụ, mg/m3
Yđ: Nồng độ ban đầu của NOx trong hỗn hợp khí thải, Yđ = 1700 mg/m3
Yc:
Nồng độ cuối của NOx trong khí thải sau xử lý, lấy theo QCVN 19 –
2009/BTNMT, theo giới hạn B Yc = 850 mg/m3
Gy:
Lượng khí thải đi vào tháp, Gy = 7785 (m3/h)
Gx:
Lượng dung môi vào thiết bị hấp thụ (m3/h)
Gtr: Lượng khí trơ đi vào thiết bị (m3/h)
Ta có lượng khí NOx đi vào tháp hấp phụ:
Gy.Yd = 7785.1700 = 13,234 kg/h
Lượng khí NOx ra khỏi tháp hấp phụ:
Yc.Gy = 850.7785 = 6617250 (mg/h) =6,617 (kg/h)
Lượng NOx bị giữ lại trong tháp hấp phụ:
13,234 – 6,67 = 6,617 (kg/h)

Tính toán tháp là
Lưu lượng khí thải cần xử lý L =7785 (m3/h) = 2,16 (m3/s)
Thời gian lưu của khí thải trong thiết bị, τ1 = 1 ÷ 5s, chọn τ1 = 5 s.
Vận tốc dòng khí thải chuyển động trong tháp =1 ÷ 4m/, ta chọn = 1 (m/s).
Đường
D=

kính

tháp

hấp

phụ

được

4× V
4 × 7785
=
= 1,66
π . 3600. ω k
3,14.3600.1

tính

theo

công

thức

:

(m)
Ta có lưu lượng khí đầu vào của tháp là V = 2,16 m 3/s, chọn vận tốc dòng khí
di chuyển trong lớp vật liệu hấp phụ là = 1,5 m/s, thời gian lưu khí là 5s
SVTH: Vũ Anh Tuân – Lớp: LĐH4KM

21


×

×

Thể tích của tháp: V1 = L τ1 = 2,16 5 = 10,8(m3).
Chiều dày lớp vật liệu hấp phụ H = 5.1 = 5 m
Đây cũng chính là chiều cao làm việc của tháp hấp phụ, Hlv = 5m
Thể tích của lớp vật liệu hấp phụ: Vvl = Hlv.F =5 = 3,4 m3
Chọn than hoạt tính có kích thước hạt : 2,36 – 4,76 (mm)
Khối lượng riêng của than hoạt tính là 520kg/m 3 => khối lượng than hoạt tính
cần dùng là M = 3,4.520 = 1768, chọn 1770
Chiều cao của tháp là H = 5 + 1 + 1 =7m
Chiều cao đầu và cuối tháp: H1 = H2 = 1m

SVTH: Vũ Anh Tuân – Lớp: LĐH4KM

22

Bảng 6: Các thông số của thiết bị hấp phụ NOx
Stt
1
2
3
4
5
6
7

•

•

Thông số
Thể tích của tháp
Chiều dày của lớp vật liệu hấp phụ
Đường kính của tháp
Chiều cao từ mép trên của lớp vật liệu đệm đến
tấm mép vật liệu đệm
Khoảng cách từ miệng trên cửa khí vào đến
mép dưới lớp vật liệu đệm.
Tổng chiều cao của tháp hấp thụ, (m)
Hiệu suất xử lý khí (η)

Các công trình phụ
Chọn ống khói có:
Chân đáy là 3m
Miệng ống là 1m

Chiều cao là 7m
Quạt

SVTH: Vũ Anh Tuân – Lớp: LĐH4KM

23

m3
m
m
m

Giá trị
10,8
5
1,66
1

m

1

m
%

7
76,2


CHƯƠNG 3 KẾT LUẬN

Trên cơ sở lý thuyết kết hợp thực nghiệm, đồ án đã tính toán và thiết kế hệ
thống xử lý bụi bằng thiết bị xiclon và thiết bị lọc túi vải, xử lý NOx bằng
phương pháp hấp phụ than hoạt tính. Lượng bụi và khí NOx sau khi xử lý đảm
bảo nhỏ hơn quy chuẩn cho phép trước khi thải vào môi trường
Thiết bị xử lý bụi dựa vào lực ly tâm ( xyclon ) là thiết bị xử lý bụi với hiệu
suất khá cao, thiết bị này có thể làm việc ở nhiệt đô cao ( đến 500 0C) và làm
việc tốt ở áp suât cao,thiết bị này có khả năng thu hồi bụi ở dạng khô, hiệu quả
không phụ thuộc vào nồng độ bụi. Đặc biệt thiết bị này chế tạo đơn giản nên
dễ vận hành, sử dụng và chi phí rẻ, ít phải bảo trì, ít chiếm diện tích. Tuy nhiên
thiết bị này đạt hiệu quả thấp khi xử lý hạt bụi có kích thước < 5µm, không thể
thu hồi bụi có tính kết dính.
Để xử lý triệt để được bụi sau thiết bị xyclon lắp đặt thiết bị lọc bụi túi vải,
thiết bị lọc bụi túi vải được đưa vào sử dụng khi cần đạt hiệu quả cao, nó có
những ưu điểm như thu hồi bụi ở trạng thái khô,có thể thu hồi bụi dễ cháy, giữ
cho khí xuyên qua tối ưu, lưu lượng khí thải cần lọc không quá lớn. Ngoài lý do
trên thì thiết bị này được sử dụng trong các ngành công nghiệp do dễ vận
hành , có thể phục hồi vải lọc. Nhưng bên cạnh đó nó cũng có những nhược
điểm đó là dễ cháy nổ, độ bền nhiệt thấp, chi phí vận hành cao do vải dễ hỏng,
công đoạn rủ bụi phức tạp, thay thế túi vải phức tạp.
Để xử lý bụi có nhiều biện pháp nhưng sử dụng hai loại thiết bị trên thì lượng
bụi thô và bụi tinh xử lý được khá cao. Đối với thiết bị xyclon hiệu quả xủ lý
bụi đạt 73,29%, thiết bị lọc bụi túi vải xử lý bụi đạt 88,4 %.
Dùng tháp hấp phụ để xử lý NOx có trong khí thải với chất hấp phụ là than
hoạt tính. Ưu điểm của phương pháp này là quy trình công nghệ đơn giản; có
sẵn chất hấp phụ, giá rẻ, dễ tìm, có thể hoàn nguyên được; hệ thống xử lý đơn
giản, đẽ vận hành. Hiệu suất hấp phụ trong quá trình công nghệ trên đạt 76,2%.
Tuy nhiên khi sử dụng phương pháp này cũng có những hạn chế. Đó khi tiếp
xúc với các oxit Nito than có thể cháy và nổ
Việc áp dụng dây chuyên xử lý trên đã xử lý đáng kể được bụi và khí NOx phát
sinh trong quá trình sản xuất, hạn chế được sự phát thải của chúng ra môi

trường.
SVTH: Vũ Anh Tuân – Lớp: LĐH4KM

24


Để có thể hoàn thành đồ án môn học này, em cũng xin gửi lời cảm ơn chân
thành đến cô giáo Bùi Thị Thanh Thuỷ cùng các thầy cô giáo trong khoa Môi
trường đã nhiệt tình giảng dạy, giúp đỡ em trong suốt thời gian qua.
Tuy nhiên với kinh nghiệm còn hạn chế cũng như kiến thức còn chưa sâu
nên còn nhiều sai sót. Em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô và các
bạn.

SVTH: Vũ Anh Tuân – Lớp: LĐH4KM

25