Đồ án môn học kỹ thuật xử lý khí thải

GVHD: Nguyễn Thu Huyền

MỤC LỤC

1

SV: Ngô Thị Ngọc Huyền

Lớp: ĐH3CM2


GVHD: Nguyễn Thu Huyền

LỜI NÓI ĐẦU.
Bảo vệ môi trường hiện nay là vấn đề bức xúc trên toàn cầu, nhất là tại
các quốc gia đang phát triển. Nước ta đang trên đường hội nhập với thế giới nên
việc quan tâm đến môi trường sống trong đó bảo vệ môi trường không khí xung
quanh không bị ô nhiễm đã và đang được Đảng và nhà nước, các cấp chính
quyền, tổ chức và mọi người dân quan tâm. Đó không chỉ là trách nhiệm của
mỗi cá nhân mà còn là trách nhiệm của toàn xã hội.
Một trong các biện pháp tích cực bảo vệ môi trường sống, bảo vệ môi
trường không khí xung quanh tránh không bị ô nhiễm bởi sự có mặt của các chất
lạ là việc xử lý khí thải nói chung, đặc biệt là khí thải tại các nhà máy, đáp ứng
được các tiêu chuẩn môi trường hiện hành.
Hướng tới mục tiêu bảo vệ môi trường không khí xung quanh và tổng hợp
các kiến thức đã học tại khoa Môi Trường- Trường Đại Học Tài Nguyên và Môi
Trường Hà Nội, em nhận đồ án môn học kỹ thuật xử lý khí thải.
Trong quá trình thực hiện đồ án em đã được sự giúp đỡ tận tình của các
thầy cô giáo trong bộ môn Công nghệ - Khoa Môi Trường, đặc biệt là cô giáo
Nguyễn Thu Huyền. Em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô giáo
đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án môn học.

Con xin gửi lời cảm ơn gia đình đã luôn động viên, khuyến khích, tạo
điều kiện tốt nhất cho con trong quá trình làm đồ án môn học.
Mình xin gửi lời cảm ơn tới những người bạn tốt đã hỗ trợ mình trong
việc tìm kiếm tài liệu, trao đổi thông tin, kiến thức.
Với trình độ và thời gian còn hạn chế nên đồ án của em không tránh khỏi
nhứng thiếu sót, em rất mong nhận được sự chỉ bảo, góp ý của thẩy cô giáo và
các bạn.

2
SV: Ngô Thị Ngọc Huyền

Lớp: ĐH3CM2


GVHD: Nguyễn Thu Huyền

3
SV: Ngô Thị Ngọc Huyền

Lớp: ĐH3CM2


GVHD: Nguyễn Thu Huyền

CHƯƠNG 1: MỤC TIÊU THIẾT KẾ
Thông số đầu vào.

1.1.

Nhà A: b = 30m, l = 110m, HA = 10m

Nhà B: b = 40m, l = 40m, HB = 5m

L1 = 85m, Hống = 35m, u10 = 3m/s, = 1000. L = 40000 m3/h.
-

Thành phần chất khí.
Hàm lượng (mg/m3)

Thành phần

Clo
61
SO2
968
H2S
25
CO
3993
NO2
1120
3
Hàm lượng bụi: 15g/m , khối lượng riêng của bụi: 3000kg/m3
-

Thành phần bụi.
Cỡ hạt
()

0–5

5 – 10

%

8

12

10 – 20 20 – 30 30 – 40 40 – 50 50 – 60 60 – 70
17

8

8

17

19

11

4
SV: Ngô Thị Ngọc Huyền

Lớp: ĐH3CM2


GVHD: Nguyễn Thu Huyền

Xử lý số liệu.

1.2.
a.
-

Tính toán nồng độ tối đa cho phép.
Theo QCVN 19:2009/ BTNMT. Nồng độ tối đa cho phép của bụi và các chất vô
cơ trong khí thải công nghiệp được tính theo công thức sau:
Cmax = C × Kp × Kv
Trong đó:

•

Cmax: là nồng độ tối đa cho phép của bụi và các chất vô cơ trong khí thải công

•

nghiệp ( mg/Nm3 )
C là nồng độ của bụi và các chất vô cơ cơ theo cột B của QCVN 19:2009

•

/BTNMT
Kp: Hệ số lưu lượng ngồn thải. KP = 0,9 (Vì lưu lượng của nhà máy 40000m 3/ h

•

(mục 2.3 – QCVN 19: 2009 /BTNMT )
Kv: Hệ số vùng, Kv = 1. Khu công nghiệp; đô thị loại V; vùng ngoại thành, ngoại
thị đô thị loại II, III, IV có khoảng cách ranh giới nội thành nội thị lớn hơn hoặc

bằng 2 km; cơ sở sản xuất công nghiệp, chế biến, kinh doanh, dịch vụ và các
hoạt động công nghiệp khác có khoảng cách đến ranh giới các khu vực này dưới
2 km.
Bảng 1: Nồng độ tối đa cho phép đối với hạt bụi và các chất vô cơ trong khí thải
công nghiệp.
TT
1
2
3
4
5
6

Thông số
Bụi
Cl
SO2
H2S
CO
NO2

C(mg/Nm3) - cột b
QCVN 19/2009
200
10
500
7,5
1000
850

Kp

Kv

0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9

1
1
1
1
1
1

Cmax
(mg/Nm3)
180
9
450
6,75
900
765

5
SV: Ngô Thị Ngọc Huyền

Lớp: ĐH3CM2


GVHD: Nguyễn Thu Huyền
b.
-

Tính toán nồng độ đầu vào của khí thải.
Theo số liệu đầu vào, nồng độ các chất vô cơ (C 1) tại miệng khói có nhiệt độ là
110oC, nhưng nồng độ các chất vô cơ tối đa cho phép (C max) ở nhiệt độ 25oC.
Vậy nên trước khi so sánh nồng độ để xem bụi và khí thải nào vượt tiêu chuẩn ta
cần quy đổi.
C1 (100oC) C0 (25oC)
Từ phương trình trạng thái khí lý tưởng : PV = nRT
Trong đó:

•

C1, T1: Nồng độ của các thành phần trong khí thải (mg/m3) ở nhiệt độ tuyệt đối

•

T1 = 373oF.
C0, T0: Nồng độ của các thành phần trong khí thải (mg/Nm 3) ở nhiệt độ tuyệt đối
T2 = 298oF.
Bảng 2: Nồng độ chất ô nhiễm ở nhiệt độ 250C (mg/Nm3)
Thông số
Cmax ( mg/Nm3) C0 ( mg/ Nm3) Hiệu suất xử lý (%)
1
Bụi

180
15000
98,8
2
Cl
9
76,35
88,2
3
SO2
450
1211,62
62,86
4
H2S
6,75
31,29
78,43
5
CO
900
4997,94
81,99
6
NO2
765
1401,9
45,4
Nhận xét: Dựa vào bảng số liệu ta thấy những chỉ tiêu cần được xử lý trước khi
TT

-

thải ra ngoài môi trường là: Bụi, Cl, SO 2, H2S, CO, NO2. Chọn xử lý Bụi, Cl,
CO.

6
SV: Ngô Thị Ngọc Huyền

Lớp: ĐH3CM2


GVHD: Nguyễn Thu Huyền

Đề xuất và thuyết minh sơ đồ công nghệ

1.3.


Quy trình công nghệ.
Khí vào

cyclone

Túi lọc
vải


-

Na2C03

Khí ra

Tháp hấp
thụ Clo

Tháp hấp phụ
CO

Thuyết minh quy công nghệ.
Vì nồng độ bụi cao hơn rất nhiều so với nồng độ cho phép (15000mg/m3> 180
mg/m3) nên ta phải xử lý bụi, cho dòng khí thải đi qua lần lượt xyclone và túi lọc

-

vải để thu hồi bụi.
Sau khi thu hồi bụi xong khí sẽ được thổi vào tháp hấp thụ để loại bỏ Clo, dung
dich hấp thụ Na2CO3 (5%) được bơm từ thùng chứa lên tháp và được tưới đều

-

lên lớp vật liệu đệm theo chiều ngược với chiều dòng khí đi trong tháp.
Khí đi qua tháp hấp thụ lại tiếp tục được thổi vào tháp hấp phụ CO bằng than
hoạt tính để loại bỏ khí CO. Khí sạch đi ra sẽ có hàm lượng bụi, nồng độ Clo và
CO đạt tiêu chuẩn cho phép Cmax (Theo QCVN 19: 2009/BTNMT).
Tính toán lan truyền chất ô nhiễm không khí.

1.4.

a.
•
•

Xác định nguồn thải là nguồn cao hay nguồn thấp.
Do nguồn thải là ống khói của nhà máy A nên đây là nguồn điểm.
Ta có: 20oC < = = 100 – 25 = 75oC < 100oC Nguồn thải là nguồn nóng.
Xét nhà máy A.
Ta có:
Chiều rộng: b = 30m> 2,5 HA = 2,5 10 = 25m → nhà A : nhà rộng
Chiều dài: l = 110m> 10 HA = 10 10 = 100m →
nhà A : nhà dài
→ Nhà A: Nhà rộng, dài.
Xét khu dân cư B.
7
SV: Ngô Thị Ngọc Huyền

Lớp: ĐH3CM2


GVHD: Nguyễn Thu Huyền
-

Ta có:
Chiều rộng:b = 40m> 2,5 HB = 2,5 5 = 12,5m → Khu dân cư B là khu dân cư

-

rộng.
Chiều dài: l = 40m< 10 HB = 10 5 = 50m →

khu dân cư B là khu dân cư

ngắn.
→ Khu dân cư B là khu dân cư rộng và ngắn.
Gió thổi A → B. Khoảng cách từ nhà A đến khu dân cư B: x1(m)
Ta có: x1 = 85m > 8 HA = 80m
Ta có :

Hgh = 0,36bz + 1,7 Hnh

→ nhà độc lập.
(Công thức 4.2 trang 149, GS,TS.

Trần Ngọc Chấn)
Trong đó :
•
•
•
•
-

Hgh : Chiều cao giới hạn của nguồn điểm. (m)
bz: Khoảng cách từ mặt sau (mặt làm chuẩn) của nhà đến nguồn thải.
x1: khoảng cách của 2 nhà. (m)
Hnh: Chiều cao nhà A (m)
→Hgh = 0,36 20+ = 24,2 (m)
Theo Davidson W.F: = D , m
(Công thức 3.39 trang 92, GS,TS. Trần Ngọc Chấn)
Trong đó:

•
•

D: Đường kính miệng ống khói, m. D = 1,5m
w: Vận tốc ban đầu của luồng khói tại miệng ống khói, m/s
w=

Với: L: lưu lượng nguồn thải m3/s

L = = 11,11 m3/s
Suy ra:
•

w = = 6,29 m/s

u: Vận tốc gió, m/s
u(z) = u(10) , m/s. (Công thức 2.35 trang 69, GS,TS. Trần Ngọc Chấn)
Với:





u(10): Vận tốc gió ở độ cao 10m, u(10) = 5m
z: độ cao cần tính vận tốc u(z),m
n: Số mũ được cho ở bảng 2.4 ( 39 trang 69, GS,TS.Trần Ngọc Chấn). Khí
quyến cấp D, độ gồ nghề mặt đất m=0,01 → n = 0,12
Suy ra: u(z) = 3 = 3,49 m/s

•

Tkhói: Nhiệt độ tuyệt đối của khói tại miệng ống khói, K.
8
SV: Ngô Thị Ngọc Huyền

Lớp: ĐH3CM2


GVHD: Nguyễn Thu Huyền
•

: Chênh lệch nhiệt độ giữa khói và không khí xung quanh, độ C hoặc K
→ = 1,5 = 4,1 m
Ta có: Hhq = Hống + = 35 + 4,1 = 39,1 m
Do: Hhq> Hgh→ Đây là nguồn thải cao.

b.

Tính toán khuếch tán chất ô nhiễm từ nguồn thải cao. (khuếch tán từ nhà máy A


-

đến khu dân cư B)
Sự khuếch bụi:
Theo Gauss cơ sở ta có :
C = exp exp
(Công thức 3.26 trang 78, GS,TS. Trần Ngọc Chấn)
Trong đó:

•
•
•
•
•
•
•

C: Nồng độ chất ô nhiễm tại nơi tiếp nhận, g/m3.
M: Lượng phát thải chất ô nhiễm tại nguồn điểm liên tục, g/s.
L = 11,1 (m3/s) ; Cbụi = 0,18 (g/m3) => M = L Cbụi = 2 g/s
u: Tốc độ gió, m/s. Ta có : HB = 5m => u5 = 2,76 m/s
Tra ở hình 3.9 trang 83 GS,TS.Trần Ngọc Chấn.
Tra ở hình 3.10 trang 84 GS,TS.Trần Ngọc Chấn.
y: Tọa độ của điểm tính toán theo phương vuông góc với hướng gió, chiều

•

ngang, m.
z: Tọa độ của điểm tính toán theo phương vuông góc với hướng gió, chiều cao,

-

m.
Sự khuyếch tán bụi từ nhà A đến vách tường đầu trên mái nhà B.
C = exp exp
Với:

•

Khoảng cách từ nguồn thải tới điểm tính toán
x = 85 + 20 = 105 (m)

•
•
•
•
-

Khí quyển cấp D
Theo hình 3.9 trang 83 GS,TS. Trần Ngọc Chấn ta có: = 13
Theo hình 3.10 trang 84 GS,TS. Trần Ngọc Chấn ta có: = 7
y = 0 (Điểm tính toán dọc theo trục hướng gió), z = 5 m
→ C = exp = 9,8210-4 ( g/m3 )
Sự khuyếch tán bụi từ nhà A đến vách tường sau trên mái nhà B.
C = exp exp
9
SV: Ngô Thị Ngọc Huyền

Lớp: ĐH3CM2


GVHD: Nguyễn Thu Huyền

Với:
•

Khoảng cách từ nguồn thải tới điểm tính toán
x = 105 + 40 = 145 (m)

•
•
•
•

-

Khí quyển cấp D
Theo hình 3.9 trang 83 GS,TS. Trần Ngọc Chấn ta có: = 15
Theo hình 3.10 trang 84 GS,TS. Trần Ngọc Chấn ta có: = 8
y = 0 (điểm tính toán dọc theo trục hướng gió), z = 5 m
→C = exp = 7,910-4 (g/m3)
Sự khuyến tán khí thải từ nhà A sang nhà B.
Tính Cmax của khí thải trên mặt đất. (theo Gauss biến dạng)
Ta có: = = = 27,65
Theo hình 3.10 trang 84 GS,TS. Trần Ngọc Chấn ta có: x = 750m
→ Điểm Cmax không rơi vào nhà B.
x = 750, Theo hình 3.9 trang 83 GS,TS.Trần Ngọc Chấn ta có : = 58
Ta có :Cmax = = = 4,18 10-5g/m3

-

Theo Gauss biến dạng ta có:
C=
Trong đó :

•
•
•

•
•
•
•

C: Nồng độ chất ô nhiễm tại nơi tiếp nhận, g/m3.
M: Lượng phát thải chất ô nhiễm tại nguồn điểm liên tục, g/s.
u: Tốc độ gió, m/s. Ta có : HB = 5m => u5 = 2,76 m/s
Tra ở hình 3.9 trang 83 GS,TS. Trần Ngọc Chấn.
Tra ở hình 3.10 trang 84 GS,TS. Trần Ngọc Chấn.
H: Chiều cao hiệu quả của nguồn thải, m. H = 39,1 m
y: Tọa độ của điểm tính toán theo phương vuông góc với hướng gió, chiều

•

ngang, m.
z: Tọa độ của điểm tính toán theo phương vuông góc với hướng gió, chiều cao,
m.
+ Sự khuyếch tán khí Clo từ nguồn thải A đến nhà B.



Sự khuyếch tán khí Clo từ nguồn thải đến đầu nhà B phía trên mái nhà.
C=
Ta có : M: Lượng phát thải chất ô nhiễm tại nguồn điểm liên tục, g/s.
L = 11,11 (m3/s) ; CClo = 0,009 (g/m3) => M = L CClo = 0,1 g/s
→C=
10
SV: Ngô Thị Ngọc Huyền

Lớp: ĐH3CM2


GVHD: Nguyễn Thu Huyền


= 4,456 (g/m3)
Sự khuếch tán khí Clo từ nguồn thải đến cuối nhà B phía trên mái nhà.
C=
→C =
= 5,46 (g/m3)



Bảng 3: Thông số tính toán khuếch tán từ nhà A đến khu dân cư B.
Hiệu
Nồng độ
suất
đầu ra của xử lý
STT Thông số
nhà A
bụi,
Cmax
khí
3
(mg/Nm ) thải
(%)
1
Tổng bụi 180
98,8

2
Clo
9
88,2
3
SO2
450
62,86
4
H2S
6,75
78,43
5
CO
900
81,99
6
NO2
765
45,4

Nồng độ bụi, khí
khuếch tán đến nhà
B (g/m3)
QCVN05 QCVN06
(μg/m3)
(μg/m3)
Đầu
982
4,5.10-4

0,022
3,34.10-4
0,04
0,038

Cuối
790
0,005
0,27
0,04
0,54
0,46

100
30
50
42
10000
40

Theo bẳng trên ta thấy nồng độ bụi khi đạt tiêu chuẩn xả thải ở nhà máy
A theo QCVN19-2009 nhưng vẫn vượt tiêu chuẩn QCVN05-2013. Nên ta sẽ
tính lại hiệu suất xử lý bụi của nhà máy.
Tại điểm cuối trên mái nhà B: Cbụi = 100/m3 = 1 10-4 g/m3
Theo Gauss cơ sở ta có:
C = exp exp
→ M=
= = 0,25 g/s
→ Cbụi,A = = 0,0225 ( g/m3)
Vậy hiệu suất xử lý bụi là:

H = = = 99,8% m3/s

11
SV: Ngô Thị Ngọc Huyền

Lớp: ĐH3CM2


GVHD: Nguyễn Thu Huyền

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG XỬ LÝ BỤI.
2.1. Tính toán xyclon.
a.

Các thông số đầu vào.
Các đại lượng

Đơn vị

Số liệu

m3/s

11,11

Nồng độ bụi ban đầu

mg/m3

15000

Khối lượng riêng của bụi

kg/m3

3000

Lưu lượng

b.

Kích thước xyclon.
Chọn 4 cyclon mắc song song với nhau: lưu lượng của mỗi xyclon sẽ là
12477,6 m3/h

-

Diện tích tiết diện ngang của xyclon là:
F = = = 0,925 m2
Trong đó:

•
•
•
-

L: lưu lượng dòng khí m3/s
N: Số lượng xyclon đơn nguyên, N = 4
: Tốc độ quy ước 2,3 3 m/s. Chọn = 3 m/s
Đường kính của xyclon:

D = = = 1,08 m
Tốc độ thực tế của khí trong xyclon:
vtt = = = 2,92m/s
Độ sai lệch so với tốc độ ưu:
= = 2,73% < 15%
→vtt = 2,92m/s đạt yêu cầu.



Tính toán số liệu chi tiết xyclon theo kích thước tiêu chuẩn của
Stairmand C.J ta có:

12
SV: Ngô Thị Ngọc Huyền

Lớp: ĐH3CM2


GVHD: Nguyễn Thu Huyền

c.
-

Đường kính của xyclon : D = 1,1 m
Đường kính ngoài của ống ra d1 = 0,5 D = 0,55 m
Đường kính trong của cửa thoát bụi là : d2 = 0,3 D = 0,33 m
Đường kính thùng chứa bụi : d3 = D = 1,1 m
Chiều cao cửa vào : a = 0,5 D = 0,55 m
Chiều cao ống tâm có mặt bích: h1 = 0,5 D = 0,55 m
Chiều cao phần hình trụ: h2 = 1,5 D = 1,65 m

Chiều cao phần hình nón: h3 = 2,5 D = 2,75 m
Chiều cao bên ngoài ống trung tâm: h4 = 0,5 D = 0,55 m
Chiều cao thùng chứa bụi: h5 = 0,5 D = 0,55 m
Chiều cao tổng cộng của xyclon: H = h2 + h3 + h4 + h5 = 5,5 m
Chiều rộng cửa vào: b = 0,2 D = 0,22 m
Chiều dài cửa ống vào: l = 0,5 D = 0,55 m
Xác định đường kính giới hạn của hạt bụi.
Đường kính giới hạn của hạt bụi:
0 =
Trong đó:
L: Lưu lượng khí thải đối với 1 xyclon: L = 2,7775m3/s
: hệ số nhớt động của bụi ở 1000 C: = 2,25 10-5 (kg/m.s)
: Khối lượng riêng của bụi, = 3000 ( kg/m3)
r1: bán kính ống khí sạch, r1 = 0,5 d1 = 0,275 m
r2: Bán kính của xyclon: r2 = D/2 = 0,55 m
n: Số vòng quay của dòng khí bên trong xyclon.
n = = = = 6,25 vòng/s
13
SV: Ngô Thị Ngọc Huyền

Lớp: ĐH3CM2


GVHD: Nguyễn Thu Huyền

Với: : vận tốc của khí ở ống dẫn vào xyclon
= = = 23 m/s
l: Chiều cao làm việc của xyclon: l = H – a = 1,65 – 0,55 = 1,1 m
Với: H: Chiều cao thân hình trụ của xyclon (m)
a: Chiều cao cửa vào (m)

d.

→ =
= 1,46 10-5 m
Hiệu quả lọc bụi theo cỡ hạt của xyclon
= 100%
Trong đó: : là hệ số.
=== - 6,45 109

14
SV: Ngô Thị Ngọc Huyền

Lớp: ĐH3CM2


GVHD: Nguyễn Thu Huyền

Bảng 5:phân cấp cỡ hạt của hạt bụi
STT

5-10

10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 60-70

Hàm lượng bụi
1200
1800
2550
(mg/m3)

Hiệu quả lọc theo cỡ
5,28
40,73
hạt trung bình(%)
Lượng bui bị giữ lai
63,36 733,14 2550
trong xyclon (mg)
Lượng bụi còn lai 1136,6
1066,86
sau xyclon
4
Dải phân cấp cỡ hạt
của bụi còn lại sau 51,58
48,42
lọc bằng xyclon (%)

1
2
3
4
5

-

0-5

Tổng
cộng

1200

1200

2550

2850

1650

15000

-

-

-

-

-

1200

1200

2550

2850

1650

12796,5

-

-

-

-

-

2203,5

-

-

-

-

-

100

Hiệu suất xử lý của xyclon :
= 100% = 85,31 %
Như vậy, hiệu quả lọc của hệ thống chưa đạt yêu cầu hiệu suất xử lý theo

quy chuẩn ⇒phải xử lý tiếp bằng túi lọc vải.


-

Khối lượng bụi thu được trong 1 ngày
Khối lượng riêng của khí thải ở 100oC :ρk = 1,2 Kg/m3
Khối lượng riêng của hỗn hợp khí và bụi ở 100oC
→

– ρkρhh – (ρb – ρk)Cb = 0

→

- 1,2ρhh – (3000 – 1,2)= 0

→

- 1,2ρhh – 45= 0

Giải phương trình ta có: 7,33
Chọn:

và

- 6,134

7,33

Trong đó:

•

Cv = (mg/m3) = .10-3(kg/m3): là nồng độ khí đi vào xyclon.

•

= 1,2 (kg/m3): là khối lượng riêng của khí

•
-

= 3000 (kg/m3): là khối lượng riêng của bụi
Lượng hệ khí đi vào xyclon
Gv = ρhh.L = 7,3310000 = 73300 (kg/h)

-

Nồng độ bụi trong hệ khí đi vào xyclon (theo % khối lượng)
15
SV: Ngô Thị Ngọc Huyền

Lớp: ĐH3CM2


GVHD: Nguyễn Thu Huyền

Yv = 100% = = 0,205%
-

Nồng độ bụi trong khí thải đi ra khỏi xyclon (theo % khối lượng)

Yr = Yv (1 - η) = 0,205 (1 –0,8531) = 0,03%

-

Lượng hệ khí ra khỏi xyclon
Gr = Gv.= 73300. =73171,68 (kg/h)

-

Lưu lượng khí đi ra khỏi xyclon.
= = 9982,49 m3/h = 2,77 m3/s

-

Lượng bụi thu được:
= 73300– 73171,68 = 128,32 kg/h

-

Khối lượng bụi thu được trong một ngày ( làm việc 8 tiếng ):
m = 128,32 8 = 1026,56 kg/ngày

-

Thể tích bụi thu được trong 1 ngày:
= 0,342 m3

-

Chọn thùng chứa bụi có chiều cao h = 0,4, chiều rộng B = 1, chiều dài l = 1 m

→Kích thước thùng chứa bụi: 11 0,4
Tính toán lọc túi vải.

2.2.
a.
-

Thông số đầu vào:
Lưu lượng khí thải đi vào: L = 40000 m3/h = 11,11 m3/s.
Khối lượng riêng của bụi: = 3000 kg/m3
Khối lượng riêng của khí ở 100oC: = 1,2 kg/m3
Nồng độ bụi vào thiết bị: Cb = (mg/m3)
Nhiệt độ khí đầu vào là 100oC nên ta chọn vật liệu lọc của thiết bị là
nitron (do độ bền nhiệt khi tác động lâu dài 120 oC và tức thời 150oC, khá bền
hóa học đối với axit, chất kiềm và chất oxi hóa…)

-

Thiết bị lọc túi vải có hệ thống rung lắc cơ học.
Diện tích 1 túi vải:
Trong đó:

•
•
-

D: Đường kính túi lọc (theo quy phạm D = 125 – 300 mm),
chọn D = 250mm
h: Chiều cao túi lọc (theo quy phạm h = 2 – 3,5 m), chọn h = 3,5 m
Tổng diện tích bề mặt túi vải:

16
SV: Ngô Thị Ngọc Huyền

Lớp: ĐH3CM2


GVHD: Nguyễn Thu Huyền

Trong đó:
•
•

L: Lưu lượng khí vào thiết bị (m3/h)
v: Cường độ lọc (m3/m2.h), v = 15 – 200 m3/m2.h, tùy thuộc vào khí, vải lọc, pha

•
-

phân tán nhiệt độ và được xác định bằng thực nghiệm. Chọn v = 105 m3/m2.h.
Hiệu suất của thiết bị, lấy = 92%
Số túi lọc:
Chọn số túi lọc: n = 150 túi, chia làm 6 đơn nguyên, mỗi đơn nguyên có
25 túi được chia thành 5 túi hàng dọc và 5 túi hàng ngang.
Chọn khoảng cách:

•
•
•
•
-

Giữa các túi: d1 = 0,1 m
Giữa các hàng: d2 = 0,1 m
Giữa túi vải ngoài cùng đến mặt trong của thiết bị: d3 = 0,1 m
Chọn độ dày của đế thiết bị: = 0,003 m
Chiều dài của 1 đơn nguyên:

-

=
= 1,856 m
Chiều rộng của 1 đơn nguyên:



•

=
= 1,856 m
Chiều cao bộ phận lọc: H1 = h = 3,5 m
Chiều cao bộ phận chấn động trên túi vải: H2 = 0,3 m
Chiều cao thu hồi bụi: Chọn H3 = 1 m
Chiều cao của thiết bị: H = H1 + H2 + H3 = 3,5 + 0,3 + 1 = 4,8 m
Tính toán trở lục của thiết bị:
= A ,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 = 105 m3/m2.h
→ = 2 = 848,35 N/m2
Phương pháp hoàn nguyên bộ túi lọc
Tỉ lệ khí hoàn nguyên:
= = = 0,027 m/s
Phương pháp hoàn nguyên cơ cấu rung lắc cơ học: = 0,01 ÷ 0,03 m/s
Mà = 0,027 m/s
17
SV: Ngô Thị Ngọc Huyền

Lớp: ĐH3CM2


GVHD: Nguyễn Thu Huyền

Vậy chọn phương pháp hoàn nguyên rung cơ học.
Thời gian rung lắc 1 túi lọc khoảng 1 phút nên quá trình rung lắc của cả
chu trình làm việc khoảng 10 phút.
b.
-

Tính lượng bụi thu được trong 1 đơn nguyên.
Khối lượng riêng của hỗn hợp khí và bụi được tính theo công thức:
Trong đó:

•
•
•

Khối lượng riêng của bụi là: = 3000 kg/m3
Khối lượng riêng của khí ở 1000C: = 1,2 kg/m3
Nồng độ bụi trong hỗn hợp khí vào:
.10-6 kg/m3
→
→

– 1,2 - 6,613 = 0

Giải phương trình ta được: = 3,24kg/m3
= - 2,04 kg/m3
→

Chọn = 3,24kg/m3

Lượng hệ khí bụi đi vào ống tay áo:
= 3,24 6666,6 = 21599,78 kg/h
Nồng độ bụi trong hệ khí đi vào túi lọc: (% khối lượng)
= = 0,068 %
Nồng độ bụi trong hệ khí ra khỏi túi lọc: ( % khối lượng)
= = 0,0054 %
Lượng hệ khí bụi đi ra khỏi thiết bị.
= = 21586,26 kg/h
Lưu lượng khí đi ra khỏi túi lọc:
= = 6662,42 m3/h = 1,85 m3/s
Lượng bụi thu được:

= 21599,78 – 21586,26 = 13,52 kg/h
Khối lượng bụi thu được trong một ngày ( làm việc 8 tiếng ):
m = 13,52 8 = 108,16 kg/ngày
18
SV: Ngô Thị Ngọc Huyền

Lớp: ĐH3CM2


GVHD: Nguyễn Thu Huyền

Thể tích bụi thu được trong 1 ngày:
= 0,036 m3
Chọn thùng chứa bụi có chiều cao h = 0,35, chiều rộng B = 0,35, chiều
dài l = 0,35 m
→Kích thước thùng chứa bụi: 0,35 0,35 0,35.
Như vậy hiệu suất xử lý bụi tổng cộng qua 3 thiết bị buồng lắng, xyclon,
túi vải là:
Hiệu suất xử lý bụi cần đạt tới là 99,8 %, lượng bụi còn lại sễ được xử lý
cùng với quá trình xử lý khí thông qua tháp đệm.

19
SV: Ngô Thị Ngọc Huyền

Lớp: ĐH3CM2


GVHD: Nguyễn Thu Huyền

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ

Vì lưu lượng khí thải vào tháp hấp thụ lớn nên chia ra làm 4 tháp hấp thụ
đặt song song.


TÍNH TOÁN CHO 1 THÁP HẤP THỤ

1. Tính toán số liệu đầu vào:
Vì nhiệt độ khí thải là 1000C và qua các quá trình lọc bụi thì nhiệt độ
dòng khí thải đã bị giảm xuống. Vậy giả sử nhiệt độ khí thải sau quá trình lọc
bụi đã bị giảm xuống còn 300C.
-

Ta có:

+ Ở 1000C: PV = n1T1
+ Ở 300C: PV = n2T2
 n1T1 = n2T2 hay C1T1 = C2T2
C2 = = =
Ta có bảng sau:
Nồng độ khí clo
-

Ở1000C
61

Đơn vị
mg/m3

Ở 300C
75,09

Lưu lượng khí vào một tháp hấp thụ:
L1 = = 10000(m3/h)
Lượng mol hỗn hợp khí cung cấp đầu vào:
= = = 402,479 (
Lượng mol khí clo đầu vào:
= (
Nồng độ phần mol tuyệt đối:
= (

Nồng độ phần mol tương đối:
= (
 Ta có bảng sau:
-

(mg/m3)
Khí Cl2
75,09
 Lượng mol khí trơ:
=
=402,479 –
= 402,4685(

M

(

(

(

71

2. Tính toán số liệu đầu ra:
20
SV: Ngô Thị Ngọc Huyền

Lớp: ĐH3CM2


GVHD: Nguyễn Thu Huyền
-

Ta có:

+ Ở 250C: PV = n1’T1’
+ Ở 300C: PV = n2T2
 n1’T1’ = n2T2 hay C1’T1’= C2T2
C2 = = =
(Nồng độ các chất khí ở 250C là lấy theo QCVN 19:2009/BTNMT)
 Ta có bảng sau:
Nồng độ khí clo
-

-

-

Ở 250C
10

Đơn vị
mg/m3

Ở 300C
9,835

Lượng mol hỗn hợp khí đầu ra:
= +
402,48 (
Lượng mol khí đầu ra:
= (
Nồng độ phần mol tuyệt đối:
= (

Nồng độ phần mol tương đối:
= (
 Ta có bảng sau:
-

(mg/m3)

M

(

(

(

Khí Cl2 9,835
71
10-3
 Bảng: Hiệu suất xử lý các khí:
Khí Cl2
-

Cv
75,09

Cr
9,835

ɳ
86,9%

Lượng mol khí Cl2 bị hấp thụ:
= = 10,510-3– 10-3= 9,115 (

3. Xây dựng đường cân bằng và đường làm việc:

-

Xây dựng đường cân bằng:
Phương trình đường cân bằng có dạng: y* = mx
Vì y Y nên Y* = mX
Trong đó:
m_Hệ số Hery (Tra 153 bảng 3.1_Các quá trình thiết bị trong công nghệ
hóa chất và thực phẩm-Tập 4)
21

SV: Ngô Thị Ngọc Huyền

Lớp: ĐH3CM2


GVHD: Nguyễn Thu Huyền

m=
Với: P_áp suất (mmHg)
Nhiệt độ trong tháp là 300C.
 Bảng phương trình cân bằng của các chất khí Clo:
m = = 660,526
Y* = 660,526X



Xây dựng đường làm việc:
PTCB vật chất:
Có = 0

-

Ta có: thay vào PTCB => = (Kmol/Kmol)
_nồng độ cân bằng ứng với nồng độ đầu của hỗn hợp khí.
Lượng dung môi tối thiểu của quá trình hấp thụ:
(Kmol/h)
(CT 3.6_Các quá trình, thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩmTập 4)
+ Chọn hệ số thừa dư thực tế là 1,2.

 Lượng dung môi thực tế:

= 1,2=1,2 (Kmol/h)
-

Lượng dung môi cần thiết:
GX= Gtr

 Xc = ( (
 Xc (Kmol/Kmol)
Yđ

Yc

Khí
Cl2
Đơ Kmol/Kmo Kmol/Kmo Kmol/Kmo Kmol/h
n vị l
l
l
-

GX

Xc

Kmol/h Kmol/Kmo
l

Phương trình đường làm việc có dạng:
Y = aX+b
+ Phương trình đường làm việc đi qua các điểm:

22
SV: Ngô Thị Ngọc Huyền

Lớp: ĐH3CM2


GVHD: Nguyễn Thu Huyền

A(
B(
+ Tìm a,b:
a, b là nghiệm của hệ phương trình:
=a+b
=a+b
• Phương trình đường làm việc của khí Cl2:
+ Phương trình đi qua 2 điểm: A1(0; 3,441×10-6)
B1(3,317; 2,63×10-5)
Giải hệ phương trình ta được: a=689,15; b=3,441×10-6
 Phương trình làm việc có dạng: Y=689,15X+3,441×10-6
4. Tính toán lượng dung dịch Na2CO3 cần dùng để hấp thụ khí Cl2:
Phương trình phản ứng chủ yếu xảy ra trong tháp hấp thụ:
Cl2 + H2O + Na2CO3 → NaCl + NaOCl + CO2 + H2O
Từ phương trình hóa học:
Cl2 + H2O + Na2CO3 → NaCl + NaOCl + CO2 + H2O
= = 0,96619(kg/h)
 Khối lượng dung dịch Na2CO3 cần thiết để hấp thụ các khí Cl2là: = (kg/h)
= = (m3/h)
5. Tính toán tháp hấp thụ khí Cl2:
(1) Vật liệu đệm:
( Bảng IX.8_Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ _Tập 2_Trang 193)

Chọn đệm xếp lộn xộn:
- Đệm vòng sứ Rasich (do các khí có tính axit)
- Kích thước: 50
- Bề mặt riêng của đệm () (m2/m3): 95
- Thể tích tự do của đệm ((m3/m3): 0,79
- Khối lượng riêng của đệm (: 500
- Số viên đệm/1m3: 5800
(2) Đường kính tháp:
D=
Trong đó: Vy là lưu lượng pha khí theo thể tích
w là vận tốc làm việc của tháp: w = (0.8 – 0.9)
( CT IX.114_Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ _Tập 2_Trang 187)
 Chọn w= 0,8
là vận tốc đảo pha được xác định bằng công thức
Y = 1,2
( CT IX.114_Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ _Tập 2_Trang 187)
+ Trong đó: X =
23
SV: Ngô Thị Ngọc Huyền

Lớp: ĐH3CM2


GVHD: Nguyễn Thu Huyền

( CT IX.114_Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ _Tập 2_Trang 187)
•

Ta có:
/= 1,0466

(tra bảng I.56-Tại x=5%, t= 300C (Nội suy) _Sổ tay quá trình và thiết bị

công nghệ hóa chất_Tập 1_Trang 45)
 = = 1,0466 = 1046,6
(CT I.6_Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất_Tập 1_Trang 6)
o
• Khối lượng riêng của pha khí ở 0 C, 1 atm.
= +
Trong đó:


Khối lượng riêng trung bình ở 00C, 1atm
= = 3,23 (kg/m3)



Nồng độ trung bình ban đầu của hỗn hợp khí là:
= = 2,63.10-5 (kmol/kmolhhk)



= 1,293 (kg/m3 )
Suy ra =
→

•

= 1,293 (kg/m3 )

Khối lượng riêng pha khí ở 1000C và 1atm.

= . . = 1,293 . . = 0,946 (kg/m3)
= . . = 1,293 . . = 1,164 (kg/m3)

•

-

= = = 1,055 (kg/m3)
(Bảng I.8_Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất_tập 1_Trang
15)
Ta có:

= = = 5,94(
 Suất lượng trung bình của pha lỏng :
Gx = = 5,94 = 1,749(kg/s)
-

Ta có:

= = = 5,94(
= 5,94
= 1,1715 (kg/s)
 Suất lượng trung bình của pha lỏng :
Gy = = 1,1715 (kg/s)
 X = = = 0,467
 Y = 1,2 = 1,2 = 0,185
24
SV: Ngô Thị Ngọc Huyền

Lớp: ĐH3CM2

GVHD: Nguyễn Thu Huyền

•

•

Mà:
( CT IX.114_Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ _Tập 2_Trang 187)
Lại có:
độ nhớt pha lỏng
(Tra bảng I.101_x=5%_Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa
chất_Tập 1_Trang 100)
độ nhớt của nước ở nhiệt độ 200C.
(Bảng I.102_Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất_tập 1_Trang
95)

o
= 3,051 (m/s)
+ Trong đó: Bề mặt riêng ( (m2/m3) : = 95 (m2/m3)
Thể tích tự do (m3/m3) : Ftd = = 0,79(m3/m3)

w = 0,8 (m
 Đường kính tháp :
D= = (m)
 Diện tích tiết diện ngang của tháp :
(3) Chiều cao tháp đệm:
*Với Cl2:
- Động lực trung bình tại đỉnh tháp hấp thụ:

thay vào PTCB Y* = 660,526X ta được:
 = 2,19(
 = == (
- Động lực trung bình tại đáy tháp hấp thụ:
thay vào PTCB Y* = 660,526X ta được:
 = 0(
 = ==(
- Động lực trung bình của quá trình:
= = = 3,9 (
- Số đơn vị truyền khối:
= = = 5,86
 Chiều cao lớp đệm:
H = hyny
Trong đó:
+ H: Chiều cao của đoạn đệm (m)
+ hy: Chiều cao một đơn vị chuyển khối (m)
+ ny: Số đơn vị chuyển khối
Chiều cao của một đơn vị truyền khối:
+ Theo Kafarov – Duneski thì:
hy = 200
25
SV: Ngô Thị Ngọc Huyền

Lớp: ĐH3CM2