Thiết kế hệ thống xử lý khí thải để khí thải đầu ra đạt QCVN 19: 2009BTNM

CHƯƠNG I: XỬ LÝ SỐ LIỆU
1. Số liệu giả thiết

Nhà máy A:

Khu dân cư B

b = 40 m

b = 80 m

l = 85 m

l = 40 m

hA = 20 m

hB = 15 m

-

Ống khói ở nhà máy A:

Lưu lượng:

Q = 5000 (m3/h)

Chiều cao ống khói:

Hô = 60 m

Đường kính ống khói:

D = 800 mm

Nhà máy A cách khu dân cư B :

L1 = 300 m

Tốc độ gió ở độ cao 10m:

u10 = 3(m/s)

Nhiệt độ của khí thải:

Tk = 150oC

Nhiệt độ không khí xung quanh:

Txq = 200C

 Thành phần các khí như sau:

1


Các khí

Nồng độ các khí (mg/m3)

SO2

780

H2 S

5

CO

563,6

NO2

1.120

 Thành phần của bụi như sau:
Hàm lượng bụi tổng = 2500 mg/m3; gồm các dãy sau:
D,  m

0 5

% theo 9
khối
lượng

-

5  10

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

8

12

7

12

12

16

24

Yêu cầu:
 Thiết kế hệ thống xử lý khí thải để khí thải đầu ra đạt QCVN 19: 2009/BTNMT
 Tính và so sánh nồng độ chất ô nhiễm ở vị trí 1 km, 2 km, 3 km so với mặt đất
trùng với trục hướng gió
 Tính Cmax và vị trí xuất hiện Cmax.

2


2. Tính toán nồng độ tối đa cho phép:
Theo QCVN 19: 2009/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải công
nghiệp đối với bụi và các chất vô cơ trong khí thải công nghiệp khi phát thải vào môi trường
không khí:
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, tính bằng miligam trên mét khối khí thải chuẩn (mg/Nm3);
+ C là nồng độ của bụi và các chất vô cơ quy định tại mục 2.2 tại bảng 1
đối với bụi tổng áp dụng ở cột B QCVN 19: 2009/BTNMT
+ Kp là hệ số lưu lượng nguồn thải quy định tại mục 2.3 tại bảng 2 : Hệ số
lưu lượng của nguồn thải Kp.Vì lưu lượng Q = 5000(m3/h) ≤ 20.000 (m3/h) nên Kp = 1
+ Kv là hệ số vùng, do nhà máy hoại động sau ngày 07/05/2009 nên C được
lấy ở cột B bảng 1 - QCVN 19: 2009/BTNMT. Khu công nhiệp nên theo quy định tại mục
2.4 ở bảng 3 ta lựa chọn Kv = 1
 Ta có bảng sau:
Bảng 1:Nồng độ tối đa cho phép theo QCVN 19/2009
Bảng: Nồng độ tối đa cho phép đối với hạt bụi và các chất vô cơ trong khí thải
công nghiệp
Thành phần

C (mg/m3)- cột B QCVN
19/2009

Cmax (mg/m3)

SO2

500.00

500.00

CO

1000.00

1000.00

H2 S

7.50

7.50

NO2

850

850.00

Bụi

200.00

200.00

3


3. Tính toán nồng độ đầu vào của khí thải:
Theo số liệu đầu vào, nồng độ các chất vô cơ (C1) tại miệng khói có nhiệt độ là
o
150 C, nhưng nồng độ các chất vô cơ tối đa cho phép (Cmax) ở nhiệt độ 25oC . Vậy nên,
trước khi so sánh nồng độ để xem bụi hoặc khí thải nào vượt tiêu chuẩn ta cần quy đổi
C1(150oC)  C2 (25oC)
Đây là trường hợp điều kiện đẳng áp với: Áp suất p1=p2= 760 mmHg

t1= 150oC  T1= 423oK
t2=25oC  T2=298Ko
Từ phương trình khí lý tưởng : PV=nRT
𝐶2 = 𝐶1 ×

𝑇1
423
= 𝐶1 ×
𝑇2
298

Trong đó:
C1, T1:

Nồng độ của các thành phần trong khí thải (mg/m3) ở nhiệt độ tuyệt
đối T1=423oF

C2, T2 :

Nồng độ của các thành phần trong khí thải (mg/Nm3) ở nhiệt độ tuyệt
đối T2=298oF

Bảng: Nồng độ các thành phần trong khói thải ở 25oC
C150 oC (mg/m3)

C25 oC (mg/m3)

SO2

780

1107,18

CO

1600

2271,14

H2 S

5

7,0

NO2

563,6

800

Bụi

25000

25000

Thành phần

4. Kết luận:

Ta được bảng số liệu:
TT

Thành phần

C25 oC

Cmax

4

Kết luận


(mg/Nm3)

mg/Nm3

1.

SO2

1107,18

500.00

Vượt QC

2.

CO

2271,14

1000.00

Vượt QC

3.

H2 S

7,0

7.50

Không vượt QC

4.

NO2

800,0

850.00

Không vượt QC

5.

Bụi

25000

200.00

Vượt QC

 Phải xử lý cả bụi và 2 khí.

5


CHƯƠNG II. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ
1. Lựa chọn công nghệ xử lý
1.1.

Đối với bụi

1.1.1. Buồng lắng bụi
 Nguyên lý làm việc của buồng lắng bụi:
-

Buồng lắng bụi có khả năng xử lý bụi thô có kích thước ≥ 50µm khá tốt.

-

Nguyên lý hoạt động : Khí chứa bụi chuyển động từ đường ống vào có thiết
diện nhỏ song buồng lắng có thiết diện lớn hơn rất nhiều lần. Bụi chuyển động
chậm lại và được lắng xuống dưới tác động của trọng lực.

 Ưu điểm :
-

Chi phí đầu tư ban đầu thấp,vận hành thấp.

-

Bụi lắng được ở dạng khô.

-

Cấu tạo đơn giản, dễ vận hành.

 Nhược điểm:
-

Chỉ lắng được bụi thô, không thể thu được bụi

-

Tốn diện tích, hiệu quả không cao.

-

Phải làm sạch thủ công định kì

1.1.2. Xyclon
a) Nguyên tắc: Tách bụi bằng lực ly tâm.
Xyclon là thiết bị hình trụ tròn có miệng dẫn khí vào ở phía trên. Không khí vào

Xyclon sẽ chảy xoáy theo đường xoắn ốc dọc bề mặt trong của vỏ hình trụ. Xuống tới
phần phễu, dòng khí sẽ chuyển động ngược lên trên theo đường xoắn ốc và qua ống tâm
thoát ra ngoài. Hạt bụi trong dòng không khí chảy 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 Xyclon. 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, sẽ mất động năng và rơi xuống phễu thu. Ở đó, hạt bụi đi qua thiết bị xả đi
ra ngoài.

6


b) Ưu điểm, nhược điểm.
 Ưu điểm:
+ Không có bộ phận chuyển động;
+ Có thể làm việc ở nhiệt độ cao (đến 5000C);
+ Vận tốc khí làm việc lớn (2,2-5m/s);
+ Thu bụi ở dạng khô;
+ Có khả năng thu bụi mài mòn mà không cần bảo vệ bề mặt Xyclon;
+ Chế tạo đơn giản, giá thành rẻ;
+ Chi phí vận hành sửa chữa thấp;
+ Có thể làm việc ở điêu kiện nhiệt độ, áp suất khác nhau;
+ Tách bụi có đường kính 𝛿< 20𝜇𝑚;
 Nhược điểm:
+ Không thể thu hồi được bụi có tính kết dính;
+ Tổn thất áp suất lớn;
+ Hiệu quả lọc bụi giảm khi kích thước hạt bụi < 5𝜇𝑚.
1.1.3 Các loại lưới lọc bụi:
a) Thiết bị lọc bụi túi vải:

7


Vật liệu lọc dùng trong thiết bị loại này là các loại vải bông, len dạ, vải sợi tổng
hợp, vải sợi thủy tinh. Trong đó vải tổng hợp hiện nay được sử dụng phổ biến nhất vì các
ưu điểm của nó như chịu được nhiệt độ cao, bền dưới tác dụng cơ học và hóa học, rẻ tiền.
Thông số quan trọng nhất của vải lọc là tải trong khí qua vải (m3/m2.ph).
Quá trình lọc bụi trên vải xảy ra theo 3 giai đoạn:
 Giai đoạn thứ nhất khi vải còn sạch, các hạt bụi lắng trên các lớp xơ nằm trên bề
mặt sợi. Ở giai đoạn này hiệu suất lọc bụi còn thấp.
 Giai đoạn thứ 2: là khi đã có một lớp bụi bám trên bề mặt vải, lớp bụi này trở
thành môi trường lọc thứ 2. Hiệu suất lọc bụi của giai đoạn này là rất cao.
 Sau một thời gian, bụi bám trên vải sẽ dày lên làm tăng trở lực đối với dòng khí,
vì vậy cân thiết phải làm sạch vải lọc. Sauk hi làm sạch vải lọc vẫn còn một lượng bụi nằm
giữa các sơ cho nên trong giai đoạn 3 này hiệu suất lọc vẫn còn cao.
Thiết bị lọc: Vải lọc được may thành túi hình trụ có đường kính không quá 600mm
và chiều dài thường lấy bằng 16 đến 20 lần đường kính. Thông thường, phía trong túi lọc
có khung đỡ bằng thép. Các túi lọc được bố trí thành từng dãy song song hoặc so le trong
thiết bị lọc bụi.

8


Nguyên lý làm việc: Không khí chứa bụi theo ống dẫn vào hộp phân phối đều
hướng lên trên giữa các túi vải. Bụi được giữ lại trên bề mặt ngoài ống, không khí sạch
vào trong ống vải đi lên trên vào hộp góp và ra ngoài. Sau một thời gian hoạt động, bụi
bám nhiều trên bề mặt túi vải lam tang trở lực của hệ thống, thì phải tiến hành hoàn nguyên
túi lọc.
Phương pháp hoàn nguyên bộ túi vải là một yếu tố quan trọng vì nó lien quan
đến vật liệu vải lọc, sức cản khí động, tải trọng không khí cần lọc và chi phí năng lượng

hoàn nguyên. Có 2 phương pháp hoàn nguyên:
 Cơ khí: lắc rung và đôi khi vặn xoắn.
 Thổi bằng nén khí: thổi ngược, thổi liên tục hoặc thổi xung.
Thiết bị lọc túi vải có hiệu suất thu bụi cao đến trên 99% và tổn thất áp lực vao
khoảng 1300-1400 N/m2.
Trở lực khí động của vải chưa bám bụi khi lưu lượng khí từ 0,3-2 m/s thường từ
5-40 N/m2.
Nồng độ bụi sau khi lọc vải là 10-50mg/m3.
b) Lưới lọc bụi kiểu tấm:
Đây là thiết bị lọc được chế tạo thành tấm phẳng từ một vật liệu hay nhiều vật
liệu khác nhau để tạo ra những lỗ rỗng, hai mặt căng lưới thép và giữa là vật đệm như sợi
thủy tinh, sợi tổng hợp, dây kim loại, khâu nhựa, khâu sứ,… Kích thước vật liệu đệm càng
bé thì lỗ rỗng càng bé và lọc được bụi mịn. tùy theo lưu lượng không khí cần lọc ta tính
được diện tích các tấm lọc và sắp xếp chúng hợp lý (đứng, nghiêng, phẳng, ngang) vào
thiết bị không khí đi qua.
c)

Thiết bị lọc bụi dạng sơ sợi:

Các thiết bị lọc dạng xơ sợi bao gồm một hay nhiều lớp lọc, trong đó phân bố
đồng đều các xơ sợi. Các thiết bị lọc dạng xơ sợi được sử dụng để lọc bụi có nồng độ bụi
từ 0,5-5mg/m3 và được phân ra thành các loại sau:
 Các thiết bị lọc sơ mỏng: loại thiết bị này có thể làm sạch tinh những thể tích khí
lớn. Để thu hôi bụi có kích thước nhỏ (0,1-5𝜇𝑚) với hiệu suất >99%, người ta sử dụng các
thiết bị lọc dạng tấm phẳng hoặc các lớp vật liệu mỏng dạng sơ sợi nhỏ hơn 5 𝜇𝑚. Vận tốc
lọc từ 0,01-0,1m/s. Nồng độ bụi ban đầu không lớn hơn 5mg/m3. Loại thiết bị này không
tái sinh vật liệu lọc. Sau một thời gian sử dụng thì thay cả bộ lọc hoặc thay vật liệu lọc.
 Thiết bị lọc thô: Để khắc phục nhược điểm của loại trên là thời gian sử dụng
không dài và phải thay thế, trong nhiều trường hợp người ta sử dụng thiết bị lọc nhiều lớp
xơ sợi dày hơn và đường kính xơ sợi lớn hơn (từ 1-20𝜇𝑚). Với tốc độ lọc từ 0,05-0,1m/s

thì khả năng thu hồi bụi có kích thước trên 1 của loại bộ lọc nay là rất cao.
9


 Ưu và nhược điểm của lưới lọc bụi:
 Ưu điểm:
+ Gọn nhẹ.
+ Hiệu suất tách bụi cao >99%.
+ Tách được bụi có kích thước d<0,5µm.
 Nhược điểm:
+ Không thích hợp với hỗn hợp khí và bụi có độ ẩm cao.
+ Vật liệu túi lọc phụ thuộc và thành phần, tính chất của bụi, của khí và của nhiệt
độ.
 Chọn thiết bị lọc bụi túi vải.
KL: Đối với đặc điểm của dòng thải này thì ta sẽ chọn xử lý bụi bằng: buồng lắng, Xyclon
và thiết bị lọc bụi túi vải.
1.2. Đối với khí:
1.1.1.
Lựa chọn phương pháp xử lý khí:
a) Phương pháp hấp thụ:
Hấp thụ là một quá trình truyền khối mà ở đó các phân tử chất khí chuyển dịch
và hòa tan vào pha lỏng. Sự hòa tan có thể diễn ra đồng thời với một phản ứng hóa học
giữa các hợp phần giữa pha khí và pha lỏng hoặc không có phản ứng hóa học. Truyền khối
thực chất là một quá trình khuếch tán mà ở đó chất khí ô nhiễm dịch chuyển từ trạng thái
có nồng độ cao hơn đến trạng thái có nông độ thấp hơn. Việc khử chất khí ô nhiễm diễn ra
theo 3 giai đoạn:
(1) Khuếch tán chất khí ô nhiễm đến bề mặt chất lỏng;
(2) Truyền ngang qua bề mặt tiếp xúc pha khí/lỏng (hòa tan)
(3) Khuếch tán chất khí hòa tan tư bề mặt tiếp xúc pha vào trong pha lỏng
Sự chênh lệch nồng độ ở bề mặt tiếp xúc pha thuận lợi cho động lực của quá trình

và quá trình hấp thụ khí diễn ra mạnh mẽ trong điều kiện diện tích bề mặt tiếp xúc pha lớn,
độ hỗn loạn cao và hệ số khuếch tán cao. Bởi vì một số hợp phần của hỗn hợp khí có khả
năng hòa tan mới có thể hòa tan được trong chất lỏng, cho nên quá trình hấp thụ chỉ có hiệu
quả cao khi lựa chọn dung chất hấp thụ có tính hòa tan cao hoặc những dung chất phản ứng
không thuận nghịch với chất khí cần được hấp thụ.
 Ưu điểm và nhược điểm:
 Ưu điểm:
+ Xử lý được các chất khí, hơi độc hại.
+ Dễ lựa chọn được hóa chất hấp thụ.
10


+ Phản ứng hóa học, độ hòa tan chất khí vào chất lỏng nhanh nếu nhiệt độ khí
thải cao.
 Nhược điểm:
+ Khó hoàn nguyên các chất hấp thụ.
b) Phương pháp hấp phụ:
Hấp phụ là một quá trình truyền khối mà trong đó chất khí được liên kết vào một
chất rắn. Chất khí (chất bị hấp phụ) thâm nhập vào các mao quản của chất rắn (chất hấp
phụ) nhưng không thâm nhập vào cấu trúc mạng tinh thể của chất rắn.
Nhìn chung, các chất hấp phụ này có đặc tính chung là diện tích bề mặt hoạt tính
trên một đơn vị thể tích rất lớn. Chúng rất có hiệu quả đối với các chất ô nhiễm dạng
Hydrocacbon. Hơn nữa, chúng có thể hấp phụ được cả H2S và SO2. Một dạng đặc biết của
rây phân tử cũng có thể hấp phụ được NO2.
Ngoại trừ than hoạt tính, các chất hấp phụ khác có một nhược điểm la chũng ưu
tiên tiếp xúc với nước trước bất kì một chất ô nhiễm nào. Vì vậy nước phải được tách hết
khỏi dòng khí trước khi đưa vao hấp phụ. Tất cả các chất hấp phụ đều bị phá hủy ở nhiệt
độ cao (1500C đối với than hoạt tính, 6000Cđối với rây phân tử, 4000C với silicagel và
5000C đối với Nhôm hoạt tính). Hoạt động của chúng rất kém hiệu quả ở những nhiêt độ
tương ứng như trên. Tuy nhiên hoạt tính của chúng lại được phục hồi lại ngay ở chính nhiệt

độ đó.
 Ưu điểm và nhược điểm:
 Ưu điểm:
+ Khử ẩm trong không khí.
+ Khử khí độc hại và mùi.
+ Thu hồi hơi và các khí có lẫn trong không khí hoặc khí thải.
 Nhược điểm:
+ Ngoại trừ than hoạt tính thì tất cả các chất hấp phụ đều ưu tiên tiếp xúc với
nước trước. Vì vậy phải loại bỏ nước khỏi dòng khí trước khi vào tháp hấp phụ.
+ Tất cả các chất hấp phụ đều phá hủy ở nhiệt độ cao.
+ Hoạt động của chúng rất kém hiệu quả ở nhiệt độ bị phá hủy. Tuy nhiên hoạt
tính của chúng lại được phục hồi lại ngay ở chính nhiệt độ đó.
 Chọn phương pháp xử lý khí là phương pháp hấp thụ.
1.1.2. Lựa chọn thiết bị hấp thụ:
a) Tháp đệm:
 Các tháp đệm rất được ưa chuộng. Vì:

Tháp đệm có những ưu điểm sau:
11


+ Có bề mặt tiếp xúc pha lớn, hiệu suất cao;
+ Cấu tạo đơn giản;
+ Trở lực trong tháp không lớn lắm;
+ Giới hạn làm việc tương đối rộng.
 Nhược điểm: Khó làm ướt đều đệm. Do đó, nếu tháp cao quá thi chất lỏng phân
bố không đều. Vì vậy người ta phải chia tầng và ở mỗi tầng có đặt them bộ phận phân
phối chất lỏng.
b) Tháp đĩa:
 Tháp đĩa thường kinh tế hơn tháp đệm vì khả năng chịu được lưu lượng khí cao

và do đó đường kính cột thường nhỏ hơn.
 So với tháp đệm thì tháp đĩa phức tạp hơn và được phân thanh nhiều loại theo kết
cấu của đĩa và sự vận chuyển của chất lỏng qua lỗ đĩa hoặc theo các ống chảy chuyền giữa
các đĩa, cụ thể phân thành:
+ Tháp đĩa có ống chảy truyền va không ống chảy chuyền.
+ Tháp đĩa lưới, tháp chop, tháp supap và một số dạng khác.
c) Các tháp phun:
Các tháp phun thường được áp dụng trong những trường hợp đòi hỏi độ giảm áp
pha khí qua tháp là nhỏ nhất và có sự hiện diện của các bụi lơ lửng trong dòng khí thải.
 Chọn thiết bị hấp thụ là tháp đệm.
1.1.3. Lựa chọn dung môi hấp thụ:
Khí cần xử lý là: SO2, CO
Những chất hấp thụ công nghiệp áp dụng trong quá trình làm sạch liên tục dòng
khí thải cần phải thỏa mãn một số yêu cầu sau:









Có đủ khả năng hấp thụ cao.
Có tính chọn lọc cao theo quan hệ với thành phần cần được tách ra.
Có thể có tính bốc hơi nhỏ.
Có những tính chất động học tốt.
Có khả năng hoàn nguyên tốt.
Có tính ổn định nhiệt hóa học.
Không có tác động ăn mòn nhiều đến thiết bị.

Có giá thành rẻ và dễ kiếm trong sản xuất công nghiệp.
 Chọn chất hấp thụ là Ca(OH)2. Vì đáp ứng được nhiều nhu cầu ở trên nhất
như là: tính bền vững 3 khí thi đỡ tốn chi phí hóa chất, chi phí xây lắp thiết bị xử lý; phản

12


ứng của H2S với Ca(OH)2 mang tính chất chọn lựa khi có mặt của khí SO2 trong khí thải;
hiệu quả làm sạch tăng lên đến 90 − 98% đối với xử lí Clo …
PTHH:
(1) Cl2 + H2O + Na2CO3→ NaCl + NaOCl + CO2 + H2O
(2) H2S + Na2CO3↔ NaHS + NaHCO3
(3) 2NO2 + Na2CO3→ NaNO3 + NaNO2 + CO2
Note: 2NO2 + Na2CO3→ NaNO3 + NaNO2 + CO2 hoạt động của dung dịch kiềm
còn phụ thuộc vào pH ban đầu của dung dịch (pH càng cao thì hoạt độ càng cao).

13


2.

Sơ đồ quy trình công nghệ xử lý khí thải cho nhà máy A:

Khí thải

Buồng lắng

Xiclon

Thiết bị lọc túi

vải

Tháp hấp thụ SO2
bằng Ca(OH)2

Thấp hấp thụ CO

Khí sạch

 Thuyết minh sơ đồ công nghệ:
Dòng khí bị nhiễm bụi được đưa vào phần trên của thiết bị Buồng lắng để lắng những
hạt bụi có kích thước ≥ 50 micromet, sau đó bụi được lắng xuống thùng chứa bụi và được
xả ra ngoài bằng ống xả còn khí tiếp tục vào Cyclon theo phương tiếp tuyến thực hiện
chuyển động xoắn ốc, dịch chuyển xuống dưới và hình thành vòng xoáy ngoài do tác dụng
của lực ly tâm, các hạt bụi sẽ văng vào thành thiết bị và tách khỏi dòng khí thải. Bụi rơi
xuống đáy thiết bị và được thu ra ngoài, còn khí thải thoát ra từ đỉnh trên của thiết bị qua
ống tròn đặt tại tâm thân trụ. Hỗn hợp khí chưa xử lý hết bụi lại tiếp tục được đưa sang
thiết bị lọc bụi túi vải để loại bỏ bụi ra khỏi dòng khí thải sao cho đạt QCVN
19:2009/BTNMT.

Hỗn hợp khí được đưa sang tháp hấp thụ bằng dung dịch Ca(OH)2 để hấp thụ
𝑆𝑂2 , dung dịch được bơm từ thùng chứa lên tháp. Hỗn hợp khí còn lại đưa sang thấp hấp
thụ CO. Khí đạt chuẩn thoát ra ngoài.

14


CHƯƠNG III. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ XỬ LÝ BỤI
 Các thông số đầu vào
Các đại lượng

Đơn vị

Số liệu

Lưu lượng

m3/s

1,39

Nồng độ bụi ban đầu

mg/m3

2500

Khối lượng riêng của bụi

kg/m3

1500

Khối lượng riêng của khí thải

kg/m3

1,2

Độ nhớt của không khí ở 0oC

kg/m.s

1,6.10-5

Bảng: Dải phân cấp cỡ hạt
Đường
kính cỡ hạt

0-5

5-10

10-20

20-30

30-40

40-50

50-60

60-70

9%

8%

12%

7%

12%

12%

16%

24%

δ (μm)

Phần trăm
khối lượng

60%

I.

40%

Buồng lắng bụi

- Đường kính hạt bụi nhỏ nhất :
𝛿𝑚𝑖𝑛 = √

18 . μ. L
(ρb− ρk ). g. B. l

Chọn đường kính giới hạn của hạt bụi: δmin = 50 μm nghĩa là buồng lắng có thể lọc
toàn bộ cỡ hạt d ≥ 50 𝜇𝑚
15


Những đường bụi có đường kính ≥ 𝛿𝑚𝑖𝑛 đều được giữ lại 100% ở trong buồng lắng bụi
Trong đó:
+ µ : Độ nhớt của khí thải ở 1500. Hệ số nhớt động lực của khí thải ở 150oC, tính theo
công thức gần đúng của Sutherland : (trang 73)[4]
𝜇𝑡 𝑜 𝐶 = 𝜇0𝑜 𝐶 ×
𝜇150𝑜 𝐶 = 1,6. 10−5 ×

387
273 + 𝑡 3
×(
)2 (𝑃𝑎. 𝑠)
387 + 𝑡
273

387
273 + 150 3
×(
)2 = 2, 22. 10−5 (𝑃𝑎. 𝑠)
387 + 150
273

L : lưu lượng khí thải, L = 1,39(m3/s)
ρb : Trọng lượng riêng của bụi, ρb = 1500 kg/m3
ρkk : Trọng lượng riêng của khí thải, ρkk = 1,2 kg/m3
l : Chiều dài buồng lắng (m)

B: Chiều rộng buồng lắng (m)
 Từ công thức trên ta được:
B×l=

18 × 𝜇 ×𝐿
2
𝜌𝑏 × 𝑔 × 𝛿𝑚𝑖𝑛

=

18 × 2,22.10−5 𝑥 1,39
1500 × 9,81 × ( 50 × 10−6 )2

= 15 m2

Trong đó:
B: chiều rộng buồng lắng, m
l : chiều dài buồng lắng, m.
L: lưu lượng khí, L = 1,39 m3/s
µ: hệ số nhớt động lực của khí thải ở 150oC, =2, 22. 10−5 𝑃𝑎. 𝑠
ρb: Khối lượng riêng của bụi, = 1500kg/m3
g: gia tốc trọng trường, =9,81 m/s2

16


𝛿𝑚𝑖𝑛 : Đường kính hạt bụi nhỏ nhất, = 50 𝜇𝑚
- Với l ≥ 2,5B => Chọn B=2m và l=7,5m
- Chọn vận tốc khí trong buồng lắng là u=0,55m/s.
u=

L
𝐵𝐻

=> H =

L
𝐵𝑢

=

1,39
2×0,55

= 1,26 (m) => Chọn H = 1,3 m

- Kiểm tra lại đường kính hạt bụi nhỏ nhất:
18×2,22×10−5 𝑥1,39

18𝜇𝐿

𝛿 min = √

= √(1500−1,2)×9,81×2×7,5

(𝜌𝑏ụ𝑖 −𝜌𝑘ℎí )𝑔𝐵𝑙

= 5,01×10-5 (m) = 5 (µm)
+ Vận tốc chuyển động của bụi (vận tốc dòng khí):
𝑢=

𝐿
𝐵.𝐻

=

1,39
2×1,3

= 0,54 (m/s) < 3m/s => Thỏa mãn.

Vì thông thường vận tốc tối đa của dòng khí trong buồng lắng là u=3m/s trang 77. [4]
Kiểm tra lại kích thước buồng lắng:
- Thời gian lưu của cỡ hạt bụi 50𝜇m và dòng khí thải bên trong buồng lắng:
𝜏2 =

𝑙
𝑢

7,5

=

0,55

= 13,64 (s)

Như vậy, tất cả các hạt bụi có đường kính lớn hơn 50𝜇𝑚 đều được lắng hết trong buồng lắng
bụi.
- Đối với hạt bụi 𝛿𝑚𝑖𝑛 = 50 𝜇𝑚 thì vận tốc rơi giới hạn là:

𝑣𝑔ℎ =

2
𝜌𝑏 ×𝑔×𝛿𝑚𝑖𝑛

18𝜇

=

1500×9,81×(50×10−6 )2
18×2,22×10−5

= 0,1(m/s)

- Thời gian lắng của hạt bụi cỡ 50 𝜇𝑚 là:
𝜏1 =

𝐻
𝑣𝑔ℎ

=

1,3
0,1

= 13 (s)

𝜏1 < 𝜏2 đảm bảo cỡ hạt bụi 50 𝜇𝑚 được lắng hoàn toàn trong buồng lắng bụi
- Vậy tiết diện đứng của buồng lắng bụi:
𝐹 = 𝐵 × 𝐻 = 2 × 1,3 = 2,6 m2

17


- Thể tích làm việc của buồng lắng bụi:
𝑉 = 𝐹 × 𝑙 = 2,6 × 7,5 = 19,5 m3
- Hiệu suất lắng của buồng lắng với hạt bụi có đường kính 50 𝜇𝑚 :
Theo cỡ hạt, hiệu quả lắng được tính theo :
𝜂(𝛿) = 5,5555 .

𝜌𝑏 . 𝑔. 𝑙. 𝐵 2
𝛿 (%)
𝜇 .𝐿

Trong đó:
+ µ : Độ nhớt của khí thải ở 150oC
+ L : Lưu lượng khí thải, L = 1,39 (m3/s)
+ ρb : Trọng lượng riêng của bụi, ρb = 1500 kg/m3
+ ρk : Trọng lượng riêng của khí, ρk = 1,2 kg/m3
+ l : Chiều dài buồng lắng (m), l = 7,5m
+ B: Chiều rộng buồng lắng (m), B = 2m
Ta có bảng sau:

18


Hiệu quả lắng bụi của buồng theo cỡ hạt
STT
1

2

3

4

5

0_5
Phân cấp
cỡ hạt ban
đầu (%klg)
Lượng bụi
Gi trên 1m3
khí
thải
3
(g/m ).
Hiệu quả
lọc theo cỡ
hạt η (δ) %
của buồng
lắng
Lượng bụi
còn lại sau
buồng lắng
(100-η
(δ)%)*Gi/1
00 (g/m3)
Dải phân

cấp cỡ hạt
của bụi còn
lại sau lọc
CT:
(5)/∑(5)*1
00%

5_10

10_20 20_30

30_40

40_50 50_60 60_70

9

8

12

7

12

12

16

24

2,25

2,0

3,0

1,75

3,0

3,0

4,0

6,0

0,258

2,32

9,30

25,83

50,63

83,69

100

100

2,244

1,954

2,721

1,298

1,481

4,893

0

0

15,38

13,39

18,65

8,90

10,15

33,53

0

0

Tổng
cộng
100

25

14,59

100

 Hiệu quả lắng của thiết bị:
η𝑇 =

𝐶𝑣à𝑜 − 𝐶𝑟𝑎
𝐶𝑣à𝑜

× 100 =

2500−(224,4+195,36+272,1+129,8+148,11+48,93)
2500

× 100 = 59,25%

Như vậy, hiệu quả lọc của buồng lắng là 59,25% < hiệu suất tối thiểu cần đạt được (99,4%)
không thỏa mãn yêu cầu => Cần phải sử dụng đến Xyclon.

- Khối lượng riêng của hỗn hợp khí và bụi được tính theo công thức:
ρhh =

Cb
Cb
) × ρk
× ρb + (1 −
ρhh
ρhh

Trong đó:
19


Khối lượng riêng của bụi là: 𝜌𝑏 = 1500 kg/m3
Khối lượng riêng của khí ở 1500C:
ρ = 1,2 ×

273
273+𝑡

= 1,2 ×

273
273+150

= 0,774 kg/m3

Trong đó :
1,2: Khối lượng khí ở 0oC, 760 mmHg, kg/m3

t : Nhiệt độ khí thải.oC
𝜌𝑘 = 0,774 kg/m3
- Nồng độ bụi trong hỗn hợp khí vào (1 buồng lắng)
Cv = 25000 mg/m3 = 0,025 kg/m3
→ 𝜌ℎℎ =

0,025
𝜌ℎℎ

× 1500 + (1 −

0,025
𝜌ℎℎ

) × 0,774

2
𝜌ℎℎ
– 0,774 𝜌ℎℎ - 37,48 = 0

→

Giải phương trình ta được: 𝜌ℎℎ = 6,52

kg/m3

𝜌ℎℎ = - 5,75 kg/m3
→ Chọn

𝜌ℎℎ = 6,52

kg/m3

- Lượng hệ khí bụi đi vào buồng lắng:
𝐺𝑣 = 𝜌ℎℎ × 𝐿 = 6,52 × 5000 = 32600 kg/h
- Nồng độ bụi trong hệ khí đi vào buồng lắng: (% khối lượng)
𝛾𝑣 =

𝐶𝑏
𝜌ℎℎ

× 100% =

0,025
6,52

× 100% = 0,383 %

- Nồng độ bụi trong hệ khí ra khỏi buồng lắng: (% khối lượng)
𝛾𝑟 = 𝛾𝑣 × (1 − 𝜂) = 0,383 × (1 − 0,5925) = 0,156 %
- Lượng hệ khí bụi đi ra khỏi thiết bị:
𝐺𝑟 = 𝐺𝑣 ×
-

100− 𝛾𝑟

=32600 ×

100 − 0,383
100− 0,156

= 32525,88 kg/h

Lưu lượng khí đi ra khỏi buồng lắng:
𝐿𝑟 =

-

100 − 𝛾𝑣

𝐺𝑟
𝜌ℎℎ

=

32525,88
6,52

= 4988,63 m3/h = 1,386 m3/s

Lượng bụi thu được:
𝐺𝑏 = 𝐺𝑣 − 𝐺𝑟 =32600 – 32525,88 = 74,12 kg/h

20


-

Khối lượng bụi thu được trong một ngày (làm việc 8 tiếng):
m = 74,12 × 8 = 592,96 kg/ngày

-

Thể tích bụi thu được trong 1 ngày:
𝑉𝑏 =

𝑚
𝜌𝑏

=

592,96
1500

= 0,395 m3

Chọn thùng chứa bụi có chiều cao1 thùng h = 1, chiều rộng B = 0,5, chiều dài l = 0,8 m
Kích thước thùng chứa bụi: 1 × 0,5 × 0,8
Kích thước chi tiết của buồng lắng:

STT Các thông số

Kí hiệu

Đơn vị

Giá trị

1

Chiều dài buồng lắng

l

m

7,5

2

Chiều cao buồng lắng

H

m

1,3

3

Chiều rộng buồng lắng

B

m

2

4

Tiết diện đứng của buồng lắng

F

m2

2,6

5

Thể tích làm việc của buồng

V

m3

19,5

6

Ống đầu vào, ống ra

axb

m

10x10

7

Cửa xả bụi

cxd

mxm

1,2 x1,2

8

Chiều cao thùng chưa bụi

h

m

1

b

m

L1

m

9
10

Chiều rộng buồng lắng

Chiều dài thùng chứa bụi

21

0,5
0,8


II.

Xử lý bằng Xyclon:
 Các thông số cần thiết cho tính toán và thiết kế:

+ Lưu lượng khí vào Xyclon: 5000 m3/h
+ Khối lượng riêng của hạt bụi: 1500kg/m3
+ Nồng độ bụi vào Xyclon: 1018,7 mg/m3
Thống số thiết kê: Theo kích thước tiêu chuẩn của Xyclon theo Stairmand với loại lưu lượng khí thải
nhỏ, ta có:
Thông số

Ký hiệu

Kích thước

D

D (m)

Đường kính thân hình trụ

r2

0,5D

Đường kính ống trung tâm

d1

0,5D

Bán kính ống trung tâm

r1

0,25D

a

0,5D

b

0,2D

H1

1,5D

H

1,5D +2,5D = 4D

dp

0,25D

Đường kính thân hình trụ
(đường kính xiclon):

Chiều dài của miệng ống
dẫn khí vào
Chiều rộng của miệng ống
dẫn khí vào
Chiều cao của thanh hình
trụ
Chiều cao của thiết bị
xiclon
Đường kính đáy phễu

22


Chiều cao phần bên ngoài

h1

0,5D

h2 = h1 + 0,5D

D

d3

(0,3÷0,4)D

ống trung tâm
Chiều cao ống trung tâm
Đường kính trong của cửa
tháo bụi

 Tính Xyclon:

- Đường kính của Xyclon:
𝐿

1,39

𝐷= √
=√
= 0,84 (m) => chọn D=0,9m
0,785×W
0,785×2,5
𝑞

-

Diện tích tiết diện ngang của Xyclon:

23

F=𝜋

𝐷2
4

=𝜋

0,92
4

= 0,64 (m2)

Trong đó:
F là diện tích tiết diện ngang của Xyclon (m2)
L là lưu lượng dòng khí (m3/s), = 1,39
Wq là tốc độ quy ước (=2,2-2,5 m/s) => Chọn 2,5 m/s.
-

Vận tốc dòng khí tại cửa vào:
𝑣𝐸 =

𝐿
𝑎𝑏

=

1,39
0,5×0,9×0,2×0,9

= 17,16 (m/s)

- Vận tốc tiếp tuyến trung bình bên trong Xyclon:
𝑣𝑡𝑡𝑏 = (0,7÷1) 𝑣𝐸 = 0,8×17,16 = 13,73(m/s)
- Bán kính trung bình của Xyclon:
Ro=ro=
-

𝑟1 +𝑟2
2

=

0,75𝐷
2

= 0,34 (m)

Số vòng quay của dòng khí bên trong cyclon:
𝑛=

𝑣𝑡𝑡𝑏
2𝜋𝑟𝑜

=

13,73
2𝜋.0,34

= 6,43

(vòng/s)

Trong đó:
𝑣𝑡𝑡𝑏 : Vận tốc tiếp tuyến trung bình bên trong Xyclon
- Đường kính giới hạn của hạt bụi được tính theo công thức:
𝛿 min=√

4,5×𝜇𝐿

𝑟

𝜋 3 ×𝜌𝑏 (𝑟22 −𝑟12 )𝑛2 𝑙

ln( 2)
𝑟1

4,5×2,22×10−5 ×1,39

=√

𝜋 3 ×1500×[(0,5×0,9)2 −(0,25×0,9)2 ])×6,342 ×0,9

ln(

0,5×0,9
0,25×0,9

)

= 2×10-5 (m) =20 (𝜇m)
Trong đó:
𝜇: Hệ số nhớt động lực của khí thải, 𝜇 = 2,2. 10−5 Pa.s (đã tính ở phâng lắng bụi)
L: Lưu lượng khí thải, L= 1,39 m3/s
𝜌𝑏 : Khối lượng riêng của bụi, = 1500 kg/m3
r2, r1: Lần lượt là bán kính ống thoát khí sạch và bán kính thân hình trụ của cyclon
n: Số vòng quay của khi trong cyclon
24


-

Vậy kích thước của cyclon:
b = 0,2D = 0,18 (m);
a =0,5D = 0,45 (m);
H =1,5D = 1,35 (m);
l =H-a = 1D = 0,9 (m);
r1 = 0,25D = 0,225 (m);
r2 = 0,5D = 0,45 (m).
- Chiều cao của phễu:
H’ = 2,5D = 2,25 (m)

- Tổng chiều cao làm việc của Xyclon:
H* = H+H’ = 1,35 + 2,25 = 3,6 (m)
- Thể tích làm việc của Xyclon:
V = F×H* = 0,64×3,6 = 2,304 (m3)
- Hệ số 𝛼:
4

𝜌

𝑟 2 −𝑟12

𝛼 = - 𝜋3 𝑏 n2l 2
9

𝜇

𝐿

4

1500

9

2,2 .10−5

=- 𝜋3 x

x 6,432 x 0,9 x

0,452 −0,2252
1,39

= - 367,5 x 107

Trong đó:
l: Chiều cao làm việc của cyclon, l= 1D = 0,9 m

L: Lưu lượng làm việc của cyclon, 1,39 m3/h
- Hiệu suất của cỡ hạt theo công thức 7.13-tập 2 -95:
η(𝛿 ) =

1−exp(𝛼𝛿 2 )
2
1−exp(𝛼𝛿𝑚𝑖𝑛
)

Như vậy, hiệu quả lọc của buồng lắng và Xyclon là không thỏa mãn yêu cầu => Cần phải sử dụng
đến Lưới lọc bụi.
- Tính tổn thất áp suất của Xyclon: Theo Shepherd và Lapple( CT 7.45) [2]
KE =

16𝑎𝑏
𝐷12

=

16×0,18×0,45
(2𝑥0,225)2

= 6,4

- Tính tổn thất áp suất của Xyclon: Theo Shepherd và Lapple( CT 7.45) [2]
KE =

16𝑎𝑏
𝐷12

=

16×0,18×0,45
(2𝑥0,225)2

- Tổn thất ( CT 7.47) [2]
25

= 6,4