Tính toán lưu lượng khí thải

CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN LƯU LƯỢNG
1.1

KW Hóa chất (1)

KW hóa chất (1) có dạng hình hộp chữ nhật với.
•
•
•

Chiều dài: a1 = 2500 mm = 2,5 m
Chiều rộng: b1 = 1500 mm = 1,5 m
Chiều cao: h1 = 3000 mm = 3 m

Khu vực hóa chất phải được bao quanh bởi tủ hút để ngăn chặn sự lan truyền
của .các khí ra xung quanh. Yêu cầu của tủ hút là bao quanh và cách các mặt bên
và mặt trên của KW hóa chất một khoảng bằng 200 (mm)
Từ đó ta tính được các kích thước của tủ
•
•
•

Chiều dài tủ hút: a2 = a1 + 2.200 = 2500 + 400 = 2900 (mm) = 2,9 (m)
Chiều rộng tủ hút: b2 = b2 + 2.200 = 1500 + 400 = 1900 (mm) = 1,9 (m)
Chiều cao tủ hút: h2 = h1 + 200 = 3000 + 200 = 3200 (mm) = 3,2 (m)

Lưu lượng qua miệng chụp hút: L = A.V trong đó:
•
•
•

L: lưu lượng qua miệng hút (m3/h).
A: tiết diện của chụp hút (m2); A= a2.b2 = 2,9 . 1,9 = 5,51 (m2)
V: Vận tốc tại miệng của chụp hút (m/s);
chọn V = 0,5 (m/s)

Lưu lượng qua miệng chụp hút:

L = 5,51.0,5 = 2,76 (m3/s) = 9936 (m3/h)

Chọn vận tốc khí qua đường ống là v = 11 m/s. Sử dụng số bảng tra từ phụ lục 3,
(Giáo trình Kĩ thuật thông gió của GS. Trần Ngọc Chấn) ta được d = 565 mm, R =
0.196 kG/m2
1.2

Lò nấu nhôm.

Ta có lưu lượng của lò nấu nhôm: L= 4000 m3/h.
1.3

Cp
(%
)

Lò hơi
Lò hơi sử dụng nhiên liệu là dầu F.O
Hp
(%)

Op
(%)

Np
(%)

Sp
(%
)

Ap Wp Dung Chiề
Địa
(% (%
ẩm u cao điểm
)
)
d
ống
(g/Kg khói

B
(Kg/h
)

D
(mm
)

Nhiệt
độ
khói
TK(0C)

)
80

2.6
5

3.2
9

1.1
6

2.9

5

5

16

h (m)
16

Hậu
Gian
g

800

400

140

1.3.1 Tính toán sản phẩm cháy
Công thức

STT

Đại lượng tính toán

1

VO = 0,089CP + 0,264HP – 0,0333(OP –
Lượng không khí khô SP)
lý thuyết cần cho
=0,089.80 + 0,264.2,65 - 0,0333.
quá trình cháy
(3,29-2,9)

2

3

Lượng không khí ẩm V = (1 + 0,0016d)V
a
O
lý thuyết cần cho
= (1 + 0,0016.16) . 7,807

quá trình cháy
Lượng không khí ẩm
thực tế với hệ số Vt = αVa
thừa không khí α =
= 1,4 . 8,007
1,2 ÷ 1,6

Kết quả
7,807
m chuẩn/kgNL
3

8,007
m chuẩn/kgNL
3

11,21
m chuẩn/kgNL
3

4

Lượng khí SO2 trong
VSO2 = 0,683.10-2SP= 0,683 . 10-2 . 2,9
SPC

0,02
m chuẩn/kgNL

5

Lượng khí CO trong
SPC với hệ số cháy V = 1,865.10-2ηC
CO
P
không hoàn toàn về
= 1,865 . 10-2 . 0,03 .78
hoá học và cơ học η
(η = 0,01 - 0,05)

0,045
m chuẩn/kgNL

6

-2
Lượng khí CO2 trong VCO2 = 1,853.10 (1 - η)CP
SPC
= 1,853.10-2 ( 1- 0,03) .80

1,438
m chuẩn/kgNL

Lượng hơi
trong SPC

0,643
m chuẩn/kgNL

7

nước

VH2O = 0,111HP + 0,0124WP +
0,0016dVt
= 0,111.2,65 + 0,0124.5 +

3

3

3

3


0,0016.16.11,21
8

-2
Lượng khí N2 trong VN2 = 0,8.10 Np+ 0,79Vt
SPC
= 0,8.10-2.1,16+ 0,79.11,21

8,865
m chuẩn/kgNL

9

Lượng khí O2 trong VO2 = 0,21(α - 1)Va

không khí thừa
= 0,21 (1,4 -1) . 8,007

0,673
m chuẩn/kgNL

3

3

M NOx = 1,723.10-3.B1,18
10

Lượng khí NOx trong
SPC (Nhiên liệu dầu)

= 1,723.10-3.8001,18
= 4,591 (kg/h)
=> VNOx = MNOx/B.γNOx

2,794.10-3
m3 chuẩn/kg NL

= 4,591/(800.2,054)
11

Lượng khí N2 tham VN2 = 0,5.VNOx
gia phản ứng cháy
= 0,5. 2,692.10-3

12

Lượng khí O2 tham
VO2 = VNOx
gia phản ứng cháy

Lượng
cộng

SPC

1.3.2

Tính toán nồng độ chất ô nhiễm

Đại lượng tính toán
Lưu ượng khói (SPC)
ở điều kiện chuẩn t=0
oC; p=760mmHg
Lưu lượng khói (SPC)
ở điều kiện thực tế
(t=1400)

tổng

Đơn
vị

m3chuẩn/kg NL
2,794.10-3

m3chuẩn/kg NL

VSPC = VSO2 + VCO + VCO2 + VH2O + VN2 +
VO2 + VNOx - (VN2 + VO2)

13

1,397.10-3

= 0,020 + 0,045 + 1,438 + 0,643
+ 8,865 + 0,673 + 2,794.10-3 (1,397.10-3 + 2,794.10-3 )

Công thức tính

11,684
m chuẩn/kgNL
3

kết quả

LC = VSPC.B/3600
3

m /s

= 11,684.800/3600

2.596

LT = LC.(273 +tkhói)/273

m3/s

= 2,596 . (273 + 140)/ 273

3.927


Lượng khí SO2 với
γSO2=2,926
kg/m3chuẩn
Lượng khí CO với
γCO
γCO=1,25
kg/m3chuẩn
Lượng khí SO2 với
γSO2
=1,977 kg/m3chuẩn
Lượng tro bụi với hệ
số tro bay theo khói
a=0,1-0,85 ( chọn
a=0,5)

MSO2 = (103 .VSO2.B.γSO2)/3600
g/s

13.004
3

= (10 . 0,02. 800. 2,926)/3600
MCO= (103. VCO.B. γCO)/3600

g/s

12.5

= (103. 0,045. 800. 1,25)/3600
MCO2 = (103 VCO2.B.γCO2)/3600

g/s

g/s

Nồng độ phát thải các chất ô
nhiễm trong miệng ống khói
Khí SO2
Khí CO
Khí CO2
Bụi

631.761

3

= (10 . 1,438. 800. 1,977)/3600
Mbụi = 10.a.Ap.B/3600

5.556

= (10. 0,5.5. 800)/3600

Công thức

Kết quả

Đơn vị

CSO2 = MSO2/LT = 13,004/3,927
CCO = MCO/LT = 12,5/3,927
CCO2 = MCO2/LT = 631,761/3,927
CBụi = MBụi/LT = 5,556/3,927

3,311
3,183
193,437
1,415

g/m3

Vậy lưu lượng do lò hơi thải ra L = 3,927 m3/s = 14137,2 m3/h
1.4 KV hóa chất (4)
KW hóa chất (1) có dạng hình hộp có mặt đáy là hình chữ L với.
•
•
•

Chiều dài: d1 = 4000 mm = 4 m
Chiều rộng: r1 = 2500 mm = 2,5 m
Chiều cao: c1 = 3000 mm = 3 m

Khu vực hóa chất phải được bao quanh bởi tủ hút để ngăn chặn sự lan truyền của
các khí ra xung quanh. Yêu cầu của tủ hút là bao quanh và cách các mặt bên và

mặt trên của KW hóa chất một khoảng bằng 200 (mm)
Từ đó ta tính được các kích thước của tủ
•

Chiều dài tủ hút: d2 = d1 + 2.200 = 4000 + 400 = 4400 (mm) = 4,4 (m)


•
•

Chiều rộng tủ hút: r2 = r1 + 2.200 = 2500 + 400 = 2900 (mm) = 2,9 (m)
Chiều cao tủ hút: c2 = c1 + 200 = 3000 + 200 = 3200 (mm) = 3,2 (m)

Lưu lượng qua miệng hút: L = A.V trong đó:
•
•
•

L: lưu lượng qua miệng hút (m3/h).
A: tiết diện của chụp hút (m2); A= d2.r2 = 4,4 . 2,9 = 12,76 (m2)
V: Vận tốc tại miệng của chụp hút (m/s);
chọn V = 0,5 (m/s)

Lưu lượng qua miệng chụp hút: L = 12,76 . 0,5 = 6,38 (m3/s) = 22968 (m3/h)
1.5 Máy nghiền cám
Ta có lưu lượng của máy nghiền cám: L = 3000 m3/h
1.6 Máy bào gỗ
Máy bào gỗ sử dụng chụp hút để thu bụi thải ra trong quá trình bào gỗ. Miệng
chụp hút có hinh chữ nhật chụp hút được đặt trên bàn, ta có:
Chiều ngang của miệng chụp hút bằng 2250 mm = 2,25 m

Chiều cao của miệng chụp hút ta chọn bằng 500 mm = 0,5 m
Lưu lượng qua miệng chụp hút: L = A.V
Trong đó:
•
•
•

L: lưu lượng qua miệng chụp hút (m3/h)
A: Diện tích mặt cắt ngang của chụp hút (m2).
A = 2,25.0,5 = 1,125 (m2)
V: Vận tốc qua miệng hút (m/s); chọn V = 5 (m/s)

Vậy lưu lượng qua chụp hút là: L= A.V = 1,125.5 = 5,625 (m 3/s) = 20250 (m3/h)
1.7

Thiết bị sấy

Ta có lưu lượng của thiết bị sấy là 7000 m3/h
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ
2.1 Hệ thống xử lý khí thải KW Hóa chất (1)
2.1.1 Chọn thiết bị
Khí thải từ khu vực hóa chất có các dung môi hữu cơ bay hơi (VOC, acetone,
benzen, toluen…) gây nguy hại đến sức khỏe người lao động.


Từ tính chất của dòng khí phát sinh từ Khu hóa chất như trên, ta đề ra biện pháp
để xử lý, đó chính là sử dụng tháp hấp phụ với vật liệu hấp phụ là than hoạt tính.
Trước hết cần hiểu rõ bản chất của quá trình hấp phụ. Hấp phụ là một quá trình
phân ly khí dựa trên ái lực của một số chất rắn đối với một số loại khí có mặt trong
hỗn hợp khí nói chung và trong khí thải nói riêng, trong quá trình đó thì các phân

tử chất khí ô nhiễm trong khí thải bị giữ lại trên bề mặt của vật liệu rắn.
Quan trọng nhất trong quá trình này chính là việc chọn lựa vật liệu hấp phụ cho
phù hợp, vật liệu hấp phụ cần phải đáp ứng các yêu cầu sau:
1.
2.
3.
4.
5.

Cấu trúc bên trong có lỗ xốp – để diện tích tiếp xúc lớn
Có khả năng hấp phụ cao – tức hút được một lượng lớn khí cần khử từ
pha khí.
Có độ bền cơ học cần thiết
Có khả năng hoàn nguyên dễ dàng.
Giá thành rẻ.

Từ tính chất của khí thải là những chất hydrocacbon, mạch vòng…ta chọn than
hoạt tính có đường kính mao quản là 0.005 μm để có thể hấp phụ tốt các khí độc,
rất nguy hiểm đối với sức khỏe con người, vì than hoạt tính có ái lực mạnh đối với
các hydrocacbon…Mặt khác nó còn đáp ứng được nhiều vấn đề khác như: Giá
thành tương đối rẻ, có khả năng hoàn nguyên, độ bền cơ học cần thiết.
Sơ đồ công nghệ
Khí thải

Tháp hấp phụ bằng
than hoạt tính

Quạt hút

2.1.2 Thiết kế tháp rỗng hấp phụ có lớp đệm than hoạt tính

Thể tích tháp hấp thụ được tính theo công thức: V = L.t = . D2.H
Trong đó:
L là Lưu lượng khí đầu vào: L = 2,76 m3/s = 9936 m3/h
• t là thời gian lưu t = 2 – 6 s; ta chọn t = 3 s
=> Thể tích của tháp: V= t.L = 3.2,76 = 8,28 m 3
•

Ta có : V = . D2.H

Ống khói


Với: D là đường kính tháp
H là chiều cao tháp; H = 2,5D
=> V = . D2.2,5.D

=>

D = = 1,62 m

=> H = 2,5D = 2,5. 1,62 = 4,1 m

Hình 2.5: Tháp hấp thụ bằng than hoạt tính

0,6m
Lớp than hoạt tính
1,0m

1,0m

1,15m

Tháp hấp phụ có đặc điểm như sau :
Có 3 lớp than hoạt tính, mỗi lớp có bề dày d1 = 0,15 m
• Khoảng cách giữ 2 than hoạt tính: d2 = 1,0 m
• Khoảng cách từ đáy tháp đến đáy lớp than hoạt tính thứ nhất d3 = 1,15 m
• Khoảng cách từ mặt trên lớp than thứ 3 đến mặt trên của tháp d4 = 0,6 m
2.1.3 Trở lực của tháp hấp phụ có lớp đệm than hoạt tính
2.1.4 Hoàn nguyên lớp đệm than hoạt tính
Sau một thời gian làm việc, than hoạt tính sẽ bị bảo hòa do các chất ô nhiễm bám
vào khe hở giữa các hạt than hoạt tính và làm giảm hiệu quả xử lý của than hoạt
tính. Để khắc phục tình trạng này ta sẽ thay lớp than hoạt tính mới cho tháp và
tiến hành hoàn nguyên lớp than hoạt tính đã bảo hòa để tái sử dụng.
•


Để hoàn nguyên than hoạt tính ta sẽ sử dụng dòng khí nóng để tách các chất ô
nhiễm bám trên các khe hở của than. Hỗn hợp khí sau khi hoàn nguyên sẽ được
dẫn đến nơi thu hồi để tiến hành tái sử dụng các hóa chất
2.2 Hệ thống xử lý khí thải khu lò nấu nhôm và khu lò hơi
2.2.1 Lựa chọn thiết bị


Khí thải Lò nấu nhôm

Lò nấu nhôm phát sinh ra các loại axit HCl (nồng độ 1300 mg/m 3), H2SO4 (nồng độ
1200 mg/m3) và bụi ( đường kính d< 10 µm, nồng độ 800 mg/m3), có lưu lượng
khí thải là L = 4000 m3/h


Khí thải lò hơi

Lò hơi sử dụng nhiên liệu dầu F.O có lưu lượng khí thải L = 3,927 m 3/s = 14137,2
m3/h. Với nồng độ chi tiết của bụi và các chất vô cơ trong khí thải được thể hiện
trong bảng sau:
Bảng 1: Nồng độ của bụi và các chất vô cơ trong khí thải lò hơi
Các chất ô nhiễm
SO2
CO
CO2
Bụi

Nồng độ
(g/m3)
3,331
3,183
193,437
1,415

Nồng độ
(mg/m3)
3331
3183
193437
1415

Khi gộp khí thải của hai nhà máy để xử lý chung ta có:



Lưu lượng tổng cộng: L’ = 4000 + 14137,2 = 18137,2 m 3/h
Nồng độ bụi và các chất vô cơ trong khí thải khi đó sẽ thay đổi và được tính
theo công thức bảo toàn tải lượng: W1 + W2 = W3 ( với W = L [m3/h] .C [g/m3] )


Ví dụ: Ta sẽ tính nồng độ của HCl sau khi gộp khí thải của hai nhà máy. Các khí và
bụi còn lại sẽ tính theo tương tự:
Áp dụng công thức bảo toàn tải lượng đối với HCl ta có:
WHCl1 + WHCl2 = WHCl3
Trong đó:
•
•
•

WHCl1 là tải lượng của HCl trong lò nấu nhôm
WHCl2 là tải lượng của HCl trong lò hơi
WHCl3 là tải lượng của HCl sau khi gộp hai lò

=> L1.C1 + L2.C2 = (L1 + L2).C3
=> 4000.1,3 + 14137,2 . 0 = 18137,2.C 3 (C2 = 0 vì nồng độ HCl trong lò hơi bằng
0)
=> C3 = 0,287 g/m3
Các khí và bụi còn lại được tính tương tự và có kết quả trong bảng dưới đây.
Bảng 2: Nồng độ của bụi và các chất vô cơ trong khí thải sau khi gộp từ khí thải lò
nấu nhôm và lò hơi.
Các chất ô nhiễm
HCl
H2SO4
SO2
CO

CO2
Bụi

Nồng độ (g/m3)
0,287
0,265
2,6
2,48
150,8
1,28

Nồng độ
(mg/m3)
287
265
2600
2480
150800
1280




Dựa vào QCVN 19:2009/BTNMT ta tính được nồng độ tối đa cho phép của bụi
và các chất vô cơ trong khí thải của Lò nấu nhôm và Lò hơi được thải ra môi
trường theo công thức:
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/Nm 3)
C : là nồng độ của bụi và các chất vô cơ theo quy chuẩn; ta chọn C theo cột
B
Kp : hệ số lưu lượng nguồn thải; Ta có lưu lượng nguồn thải L= 18137,2 <
20000 m3/h nên ta lấy hệ số Kp = 1
Kv : là hệ số vùng, khu vực; Đồ án áp dụng cho tỉnh Hậu Giang nên K v = 1

Theo đó ta có được bảng dưới đây.
Bảng 3: Nồng độ tối đa cho phép (tính theo cột B QCVN 19-2009 ) của bụi và các
chất vô cơ trong khí thải của Lò nấu nhôm và lò hơi.
C (mg/Nm3) theo cột B
Cmax (mg/Nm3)
50
50
50
50
1000
1000
500
500
Không quy định trong
quy chuẩn
Bụi
200
200

Chú ý: vì trong QCVN 19:2009/BTNMT không quy định về CO2 nên ta sẽ không xử
Chất ô nhiễm
HCl
H2SO4
CO
SO2
CO2

lý khí này
Để thuận tiện cho theo dõi trong việc xử lý, ta có bảng so sánh giữa nồng độ phát
thải của hai lò C0 và nồng độ đạt quy chuẩn xả thải Cmax
Bảng 4: So sánh giữa nồng độ phát thải của hai lò C0 và nồng độ Cmax


Chất ô nhiễm
HCl
H2SO4
CO
SO2
Bụi

Nồng độ phát thải C0
(mg/m3)
287
265
2600
2480
1280

Cmax

(mg/Nm3)
50
50
1000
500
200

C0/Cmax
( lần )
5,74
5,3
2,6
4,96
6,4

Từ những kết quả tính toán được ta đề xuất sơ đồ công nghệ xử lý như sau:
Khí thải

Buồng
đốt

Ống
khói

Tháp giải
nhiệt

Quạt
hút

Cyclone liot

Tháp hấp
thụ

Thuyết minh: Trước hết khí thải từ lò đốt dầu FO sẽ được chuyển qua xử lý
nhiệt tại buồng đốt, tại nhiệt độ khoảng 8000C, tại đây xảy ra quá trình oxy hóa CO
chuyển thành CO2 ít độc hơn, như vậy ta đã xử lý được CO.
Tiếp theo đó ta dẫn hỗn hợp khí vừa được thiêu đốt qua tháp giải nhiệt để
điều chỉnh nhiệt độ cho thích hợp, trước khi đưa vào cyclone. Tại đây, bụi khói sẽ
được xử lý và thu hồi, ta tiếp tục dẫn hỗn hợp khí với thành phần lúc này còn SO 2,
CO2, HCl, H2SO4.
Để xử lý SO2, HCl, H2SO4 thì có nhiều biện pháp khác nhau, nhưng phương pháp sử
dụng tháp có lớp vật liệu đệm kết hợp phun dd kiềm (ở đây sử dụng NaOH) luôn
được áp dụng phổ biến nhất vì hiệu quả xử lý cao, chi phí đầu tư và vận hành chấp
nhận được. Khí SO2, HCl, H2SO4 sẽ được hấp thụ bởi dung dịch xút NaOH. Trong
thiết bị tháp hấp thụ có lớp vật liệu đệm còn có lớp tách nước được thiết kế ở giai
đoạn cuối cùng của tháp, nhờ đó khí đi ra là khí khô hoàn toàn. Tiếp theo khí sẽ
được quạt hút dẫn đến ống khói và thải ra môi trường.


2.2.2 Tính toán thiết bị buồng đốt xử lý CO
2.2.2.1 Tính lượng không khí đưa vào buồng đốt
Phương trình phản ứng chuyển hóa CO thành CO2
2CO + O2 → 2CO2
Lưu lượng khí thải vào; L = 18137,2 m3/h = 5,04 m3/s
Nồng độ CO trong khí thải: Cthải = 2,48 g/m3
Nồng độ CO ở khí thải cần đạt sau khi xử lý: CCO max = 1 g/m3
Thực tế ta cần xử lý CO xuống tới nồng độ khoảng: CCO t = 0,85 g/m3
Vậy tải lượng CO cần xử lý: W = L .(Cthải – CCO t) = 5,04.(2,48 – 0,85) =8,22 g/s

=> số mol CO cần xử lý : nCO = 8,22/28 =0,294 mol/s
=> Số mol O2 cần đưa vào: nO2 = . nCO = 0,147 mol/s
Thể tích O2 cần đưa vào: VO2 = 22,47.0,147 = 3,3 L/s
Thể tích không khí cần đưa vào: Vkk = 5VO2 = 5.3,3 = 16,5 L/s
Đây cũng chính là lưu lượng không khí đưa vào Lkk = 0,0165 m3/s
2.2.2.2 Tính toán buồng đốt
Thể tích buồng đốt được tính theo công thức: V = (L + L kk ).t = . D2.H
Trong đó:
•
•
•

V: thể tích buồng đốt
L: lưu lượng khí thải vào; L = 18137,2 m3/h = 5,04 m3/s
Lkk: lưu lượng không khí vào; Lkk = 0,0165 m3/s


t: thời gian lưu khí thải trong buồng đốt: Tra biểu đồ quan hệ giữa nhiệt độ

•

và thời gian lưu của khí thải trong buồng đốt ( Giáo trình kỹ thuật xử lý ô
nhiễm không khí của PGS.TS. Đinh Xuân Thắng, trang 260) tại nhiệt độ
8000C với thời gian lưu t = 0,01s thì hiệu quả oxy hóa CO đạt khoảng 90%.
D: đường kính buồng đốt
H: chiều cao buồng đốt; H =2,5D

•
•

Thay H = 2,5D vào công thức ta có:
( L + Lkk ).t = 2,5. . D3
=> D = = = 0,3 m
=> H = 2,5D = 0,75 m
2.2.2.3 Tổn thất áp suất của buồng đốt
2.2.3 Tháp giải nhiệt
2.2.4 Thiết kế cyclone Li-ot
2.2.4.1 Tính toán kích thước cyclone Li-ot
Ta sử dụng Cyclone Li-ot, với thông số kĩ thuật được tra theo bảng dưới đây

N0

Đường kính Đường kính
ống trụ
ống vào
D[mm]
d[mm]

Lưu lượng
[m3/h]

Vận tốc
vào
v [m/s]

Tổn thất áp
lực ∆P
[Kg/m2]

1

325

170

1000 - 1500

12 ÷ 18

20 - 50

20

456

245

2000 - 3000

12 ÷ 18

-v-

3

570

300

3000 - 4500

12 ÷ 18

-v-

4

655

345

4000 - 6000

12 ÷ 18

-v-

5

730

385

5000 - 7500

12 ÷ 18

-v-

6

780

410

5670 - 8500

7

845

445

6670 - 10.000

8

940

495

8830 - 12.500

9

1035

545

10000 - 15000

10

1110

585

12000 - 17500

-v-

12 ÷ 18

-v-

12 ÷ 18

-v-

12 ÷ 18

-v-

12 ÷ 18

-v-

Xiclon con

Ta thấy rằng với lưu lượng dòng khí khá lớn: 18137,2 m3/h. Ta dựa vào bảng trên
để chọn một tổ hợp cyclone đảm bảo xử lý theo lưu lượng dòng khí đầu ra
Phương án đề xuất là lắp một tổ hợp 4 xiclon như hình vẽ:

Suy ra

•
•

d

1,17d

5d
4d

0,4d

d

•

D

1,62d

1,
54
d

1,62d

d

•

3,24d

11,67d

•

D= 3,24 x d = 1,118 m
Đường kính ống thoát khí ra:
d= 0,345 m
Đường kính xả bụi ( Đường kính ống
đáy) :
Dd= 0,4 x d =0,138 m
Chiều cao thân cyclone (Chiều cao ống
vỏ):
Lb= 5d = 1,725 m
Chiều cao phễu (Chiều cao phần nón):
Lc = 4d = 1,38 m
Đường kính ống xoáy:
Dx = 1,9 x d = 0,656 m

1,9d

0,5d

•

Đường kính ống dẫn khí vào:
d= 0,345 m ( tra bảng)
Đường kính ống vỏ cyclone được tra là:

1,37d

1,62d d

•

0,2d
0,3d

1,17d

vào
Ta chia lưu lượng làm 4, taỐng
códẫn
L’ =khí20250/4
= 4534,3 m3/h = 1,26 m3/s

1,
2

1,03d
d

0,67d

0d


•

Chiều dài dòng xoáy (Chiều cao ống ra):
S = 5d = 1,725 m

2.2.4.2 Tổn thất áp suất của xiclon li-ot
Ta tính tổn thất áp suất của xiclon li-ot theo phương trình Shepherd và Lapple
∆P = . ρk.Vv2.Hv
Trong đó:
•
•

•
•

∆P: tổn thất áp suất của xiclon li-ot
Hv : Hằng số đối với mỗi xiclon xác định
Hv = ; với R: bán kính ống dẫn khí vào; R=0,345/2 =0,173 m
d: Đường kính ống dẫn khí ra; d=0,345 m
=> Hv = 16.. = 12,64
ρk : khối lượng riêng không khí; ρk = 1,293. = 1,165 kg/m3
Vv : vận tốc khí đi vào xiclon; Vv = = = 13,4 m/s

=> ∆P = . 1,165. 13,42. 12,64 = 1322 N/m2 = 132,2 kG/m2
2.2.5 Tính toán thiết bị tháp hấp thụ khí SO2
2.2.5.1 Kích thước tháp

Đường kính tháp rỗng được tính theo công thức:
D=
Trong đó:
•
•
•

D : đường kính tháp
L : lưu lượng khí thải, L = 18137,2 m3/h = 5,04 m3/s
v : Vận tốc khí thải qua tháp rỗng, chọn v = 0,8 m/s

=> đường kính tháp rỗng D= = 2.84 m
=> chiều cao tháp hấp thụ H = 2,5D = 7,1 m
-

Chọn vật liệu rỗng là các hạt sứ (trơ với axid,bazo, bền cơ học)
Chiều dày lớp đệm là 100 mm


2.2.5.2 Tổn thất áp suất của tháp hấp thụ có lớp vật liệu rỗng
2.2.5.3 Tính lượng NaOH cho vào tháp rỗng


Lượng NaOH phản ứng với SO2

NaOH phản ứng với SO2 theo phương trình
2NaOH + SO2 → Na2SO3 + H2O
Nồng độ SO2 trong khí thải là : 3,331 g/m3
Nồng độ SO2 cần đạt ở khí thải sau khi xử lý : 0,5 g/m3
Thực tế ta cần xử lý SO2 xuống tới nồng độ khoảng 0,35 g/m3

Vậy lượng SO2 cần xử lý là:
MSO2 = L . ( Cthải – Cthực tế ) = 3,927 . (3,331 – 0,35) = 11,706 g/s
= > số mol SO2: nSO2 = 11,706/64 = 0,183 mol/s
= > số mol NaOH: nNaOH = 2.nSO2 = 0,366 mol/s
= > khối lượng NaOH cần cung cấp: mNaOH = 0,366 . 40 = 14,64 g/s


Lượng NaOH phản ứng với CO2, HCl, H2SO4

2.2.6 Bộ tách ẩm
2.3 Hệ thống xử lý khí thải khu hóa chất (4)
2.3.1 Chọn thiết bị
Khí thải từ khu vực hóa chất có các dung môi hữu cơ bay hơi (VOC, acetone,
benzen, toluen…) gây nguy hại đến sức khỏe người lao động.
Từ tính chất của dòng khí phát sinh từ Khu hóa chất như trên, ta đề ra biện pháp
để xử lý, đó chính là sử dụng tháp hấp phụ với vật liệu hấp phụ là than hoạt tính.
Trước hết cần hiểu rõ bản chất của quá trình hấp phụ. Hấp phụ là một quá trình
phân ly khí dựa trên ái lực của một số chất rắn đối với một số loại khí có mặt trong


hỗn hợp khí nói chung và trong khí thải nói riêng, trong quá trình đó thì các phân
tử chất khí ô nhiễm trong khí thải bị giữ lại trên bề mặt của vật liệu rắn,
Quan trọng nhất trong quá trình này chính là việc chọn lựa vật liệu hấp phụ cho
phù hợp, vật liệu hấp phụ cần phải đáp ứng các yêu cầu sau:
1.
2.
3.
4.
5.

Cấu trúc bên trong có lỗ xốp – để diện tích tiếp xúc lớn
Có khả năng hấp phụ cao – tức hút được một lượng lớn khí cần khử
từ pha khí.
Có độ bền cơ học cần thiết
Có khả năng hoàn nguyên dễ dàng.
Giá thành rẻ.

Từ tính chất của khí thải là những chất hydrocacbon, mạch vòng…ta chọn than
hoạt tính có đường kính mao quản là 0.005 μm để có thể hấp phụ tốt các khí độc,
rất nguy hiểm đối với sức khỏe con người, vì than hoạt tính có ái lực mạnh đối với
các hydrocacbon…Mặt khác nó còn đáp ứng được nhiều vấn đề khác như: Giá
thành tương đối rẻ, có khả năng hoàn nguyên, độ bền cơ học cần thiết.
Sơ đồ công nghệ
Tháp hấp phụ bằng
than hoạt tính

Khí thải

Ống khói

2.3.2 Thiết kế tháp rỗng hấp phụ có lớp đệm than hoạt tính
Thể tích tháp hấp thụ được tính theo công thức: V = L.t = . D2.H
Trong đó:
Lưu lượng khí đầu vào: L = 6,38 m3/s = 12,76 m3/h
• Thời gian lưu t = 2 – 6 s; ta chọn t = 3 s
=> Thể tích của tháp: V= t.L = 3.6,38 = 19,14 m 3
•

Ta có : V = . D2.H
Với: D là đường kính tháp

H là chiều cao tháp; H = 2,5D
=> V = . D2.2,5.D

=>

D = = 2,15 m


=> H = 2,5D = 2,5 . 2,15 = 5,38 m
Vì mục đích thiết kế nên ta chọn H = 5,4 m

Hình : Tháp hấp phụ bằng than hoạt tính

0,4m
Lớp than hoạt tính
1,4m

1,4m

1,6m

Tháp hấp phụ có đặc điểm như sau :
Có 3 lớp than hoạt tính, mỗi lớp có bề dày d1 = 0,2 m
• Khoảng cách giữa 2 lớp than hoạt tính: d2 = 1,4 m
• Khoảng cách từ đáy tháp đến đáy lớp than hoạt tính thứ nhất d3 = 1,6 m
• Khoảng cách từ mặt trên lớp than thứ 3 đến mặt trên của tháp d4 = 0,4 m
2.3.3 Trở lực của tháp hấp phụ có lớp đệm than hoạt tính
•

2.3.4 Hoàn nguyên lớp đệm than hoạt tính

Sau một thời gian làm việc, than hoạt tính sẽ bị bảo hòa do các chất ô nhiễm bám
vào khe hở giữa các hạt than hoạt tính và làm giảm hiệu quả xử lý của than hoạt
tính. Để khắc phục tình trạng này ta sẽ thay lớp than hoạt tính mới cho tháp và
tiến hành hoàn nguyên lớp than hoạt tính đã bảo hòa để tái sử dụng.
Để hoàn nguyên than hoạt tính ta sẽ sử dụng dòng khí nóng để tách các chất ô
nhiễm bám trên các khe hở của than. Hỗn hợp khí sau khi hoàn nguyên sẽ được
dẫn đến nơi thu hồi để tiến hành tái sử dụng các hóa chất


2.4 Hệ thống xử lý khí thải khu làm việc của máy nghiền cám
2.4.1 Lựa chọn thiết bị xử lý
Bụi do máy nghiền cám thải ra ta cần thu hồi để phục vụ cho nhiều mục đích khác,
vì vậy ta chọn thiết bị lọc bụi tau áo để thu hồi bụi.
Sơ đồ đề xuất công nghê
Khí thải

Lọc bụi tay
áo

Quạt hút

ống
khói

Thuyết minh:
Khí thải từ máy nghiền cám sẽ được dẫn qua lọc bụi tay áo, tại đây bụi sẽ được giữ
lại do kích thước hạt bụi lớn hơn kích thước các lỗ màng trên thiết bị lọc bụi tay
áo, nhờ đó ta sẽ thu hồi được bụi. khí đi qua lỗ màng sẽ được dẫn ra ống khói để
thải trực tiếp ra môi trường.
2.4.2 Tính toán thiết bị

2.4.2.1 Kích thước thiết bị lọc bụi tay áo
a, Tổng diện tích bề mặt lọc cần thiết
F = = (m2)
Trong đó:
•
•
•

L : lưu lượng khí thải đi vào thiết bị, L = 3000 m3/h
: Năng suất lọc bụi của thiết bị, với = 90 m3/(m2.h)
H : hiệu suất lọc bụi, với H = 99%

Thay vào công thức ta tính được F = = 33,67 m2
b, Số lượng và kích thước lọc bụi tay áo


Đường kính ống tay áo : D = 0,125 – 0,3 m ; Chọn D = 0,2 m
Chiều cao ống tay áo : H = 2,5 – 3,5 m ; Chọn H = 3 m
Số lượng ống tay áo là : n = F/( πD2/4 + πDH)
Thay số tính được n = 33,67/( π.0,22/4 + π.0,2.3) = 17,57 (ống)
Ta chọn n = 18 ống
c, Phân bố ống tay áo
Bố trí các ống tay áo thành 3 hàng, mỗi hàng 6 ống. khoảng cách giữa hai ống tay
áo gần nhất là 8 cm.
Khoảng cách từ ống tay áo ngoài cùng đến thành thiết bị là 8 cm.
d, Kích thước thiết bị
chiều dài thiết bị: a = D.n1 + m1.( n1 – 1 ) + 2m2
chiều rộng thiết bị: b = D.n2 + m1.( n2 – 1 ) + 2m2
trong đó:
•

•
•
•
•

D: đường kính ống tay áo; D = 0,2 m
n1: số ống tay áo theo chiều dọc thiết bị; n1 = 6
n2: số ống tay áo theo chiều rộng thiết bị; n2 = 3
m1 khoảng cách giữa các ống tay áo; m1 = 8 cm
m2 khoảng cách giữa ống tay áo ngoài cùng đến thành thiết bị; m2 = 8 cm

Thế số vào ta được:
a = 0,2.6 + 0,08.( 6 – 1 ) + 2.0,08 = 1,76 m
b = 0,2.3 + 0,08.( 3 – 1 ) + 2.0,08 = 0,92 m
Diện tích của thiết bị : S = a.b = 1,76 . 0,92 = 1,62 m 2
e, Tổn thất áp suất trong thiết bị lọc bụi tay áo
∆Ptv = A.
Trong đó:
•
•

A: hệ số thực nghiệm tính đến ăn mòn và bụi bẩn; ta chọn A = 1,5
: Năng suất lọc bụi của thiết bị, với = 90 m3/(m2.h)


n : hệ số thực nghiệm; n = 1,25 – 1,3; ta chọn n= 1,3

•

Thay số vào công thức ta được: ∆Ptv = 1,5. 901,3 = 520,72 N/m2 = 52,072 KG/m2

2.5 Hệ thống xử lý khí thải khu làm việc của máy bào gỗ
2.5.1 Chọn thiết bị
Máy bào gỗ có nồng độ gỗ phát sinh 600 mg/m3 ( bụi có đường kính 150 µm). Bụi
do máy bào gỗ thải ra có thể thu hồi để sử dụng cho mục đích khác do đó ta sẽ sử
dụng thiết bị lọc bụi tay áo.
Sơ đồ công nghệ đề xuất
Khí thải

Xiclon
liot

Lọc bụi
tay áo

Quạt
hút

ống
khói

Thuyết minh:
Khí thải từ máy bào gỗ sẽ được thu bởi chụp hút, sau đó dẫn qua xiclon để loại bỏ
bụi thô, khí sau khi qua xiclon sẽ đưa vào thiết bị lọc bụi tay áo, tại đây bụi sẽ
được giữ lại do kích thước hạt bụi lớn hơn kích thước các lỗ màng trên thiết bị lọc
bụi tay áo, nhờ đó ta sẽ thu hồi được bụi. khí đi qua lỗ màng sẽ được quạt hút dẫn
ra ống khói để thải trực tiếp ra môi trường
2.5.2 Tính toán thiết bị
2.5.2.1 Tính toán xiclon Liot
Ta sử dụng Cyclone Li-ot, với thông số kĩ thuật được tra theo bảng dưới đây
N0

Đường kính Đường kính
ống trụ
ống vào
D[mm]
d[mm]

Lưu lượng
[m3/h]

Vận tốc
vào
v [m/s]

Tổn thất áp
lực ∆P
[Kg/m2]

1

325

170

1000 - 1500

12 ÷ 18

20 - 50

20

456

245

2000 - 3000

12 ÷ 18

-v-

3

570

300

3000 - 4500

12 ÷ 18

-v-

4

655

345

4000 - 6000

12 ÷ 18

-v-


5

730

385

5000 - 7500

6

780

410

5670 - 8500

7

845

445

6670 - 10.000

8

940

495

8830 - 12.500

9

1035

545

10000 - 15000

10

1110

585

12000 - 17500

-v-

12 ÷ 18

-v-

12 ÷ 18

-v-

12 ÷ 18

-v-

12 ÷ 18

-v-

12 ÷ 18

-v-

Ta thấy rằng với lưu lượng dòng khí khá lớn: 20250 m3/h. Ta dựa vào bảng trên để
Xiclon
con đảm bảo xử lý theo lưu lượng dòng khí đầu ra
chọn một tổ hợp
cyclone
Phương án đề xuất là lắp một tổ hợp 4 xiclon như hình vẽ:

Suy ra

•

•

11,67d

0,2d

5d
4d

D

0,4d

d

•

3,24d

1,62d

1,
54
d

1,62d

d

•

D= 3.24 x d = 1,118 m

Đường kính ống thoát khí ra:
d= 0.345 m
Đường kính xả bụi ( Đường kính ống
đáy) :
Dd= 0.4 x d =0,138 m
Chiều cao thân cyclone (Chiều cao ống
vỏ):
Lb= 5d = 1,725 m
Chiều cao phễu (Chiều cao phần nón):
Lc = 4d = 1,38 m

1,9d

0,5d

•

Đường kính ống dẫn khí vào:
d= 0.345 m
Đường kính ống vỏ cyclone được tra là:

1,37d

1,62d d

•

d

1,17d

1,17d

Ta chia lưu lượng làm 4, ta có L’ = 20250/4 =
5062,5 m3/h.

0,3d

Ống dẫn khí vào

1,
2

1,03d
d

0,67d

0d


•
•

Đường kính ống xoáy:
Dx = 1.9 x d = 0,656 m
Chiều dài dòng xoáy (Chiều cao ống ra):
S = 5d = 1,725 m

Ta tính tổn thất áp suất của xiclon li-ot theo phương trình Shepherd và Lapple:

∆P = . ρk.Vv2.Hv
Trong đó:
•
•

•
•

∆P: tổn thất áp suất của xiclon li-ot
Hv : Hằng số đối với mỗi xiclon xác định
Hv = ; với R: bán kính ống dẫn khí vào; R=0,345/2 =0,173 m
d: Đường kính ống dẫn khí ra; d=0,345 m
=> Hv = 16.. = 12,64
ρk : khối lượng riêng không khí; ρk = 1,293. = 1,165 kg/m3
Vv : vận tốc khí đi vào xiclon; Vv = = = 15 m/s

=> ∆P = . 1,165. 152. 12,64 = 1656 N/m2 = 165,6 kG/m2
Có 4 xiclon vậy ∆Pht xiclon = 4.165,6 =662,4 kG/m2
2.5.2.2 Tính toán thiết bị lọc bụi tay áo
a, Tổng diện tích bề mặt lọc cần thiết
F = = (m2)
Trong đó:
•
•
•

L : lưu lượng khí thải đi vào thiết bị, L = 20250 m3/h
: Năng suất lọc bụi của thiết bị, với = 90 m3/(m2.h)
H : hiệu suất lọc bụi, với H = 99%

Thay vào công thức ta tính được F = = 227,27 m2
b, Số lượng và kích thước tay áo
Đường kính ống tay áo : D = 0,125 – 0,3 m ; Chọn D = 0,2 m
Chiều cao ống tay áo : H = 2,5 – 3,5 m ; Chọn H = 3 m
Số lượng ống tay áo là : n = F/( πD2/4 + πDH)


Thay số tính được n = 227,27/( π.0,22/4 + π.0,2.3) = 118,6 ống
Vì vấn đề về thiết kế nên ta chọn n = 190 ống
c, Phân bố ống tay áo
Bố trí các ống tay áo thành 10 hàng, mỗi hàng 19 ống.
khoảng cách giữa hai ống tay áo gần nhất là 8 cm.
Khoảng cách từ ống tay áo ngoài cùng đến thành thiết bị là 8 cm.

-

d, Kích thước thiết bị



chiều dài thiết bị: a = D.n1 + m1.( n1 – 1 ) + 2m2
chiều rộng thiết bị: b = D.n2 + m1.( n2 – 1 ) + 2m2

trong đó:
•
•
•
•
•

D: đường kính ống tay áo; D = 0,2 m
n1: số ống tay áo theo chiều dọc thiết bị; n1 = 19 ống
n2: số ống tay áo theo chiều rộng thiết bị; n2 = 10 ống
m1 khoảng cách giữa các ống tay áo; m1 = 8 cm
m2 khoảng cách giữa ống tay áo ngoài cùng đến thành thiết bị; m2 = 8 cm

Thế số vào ta được:
a = 0,2.19 + 0,08.( 19 – 1 ) + 2.0,08 = 5,4 m
b = 0,2.10 + 0,08.( 10 – 1 ) + 2.0,08 = 2,88 m
diện tích của thiết bị : S = a.b = 5,4 . 2,88 = 15,55 m2
e, Tổn thất áp suất trong thiết bị lọc bụi tay áo
∆Ptv = A.
Trong đó:
•
•
•

A: hệ số thực nghiệm tính đến ăn mòn và bụi bẩn; ta chọn A = 1,5
: Năng suất lọc bụi của thiết bị, = 80 – 100 m3/(m2.h); chọn = 90 m3/(m2.h)
n : hệ số thực nghiệm; n = 1,25 – 1,3; ta chọn n= 1,3

Thay số vào công thức ta được: ∆Ptv = 1,5. 901,3 = 520,72 N/m2 = 52,072 KG/m2
2.6 Hệ thống xử lý khí thải khu làm việc của máy sấy thùng phuy


2.6.1 Lựa chọn thiết bị
Do đặc tính làm việc của máy sấy thùng phuy nên khí thải của nó là chất hữu cơ có
mùi rất khó chịu như xylen, phenol. Do đó việc xử lý khí thải của khu máy sấy
thùng phuy sẽ quy về việc xử lý mùi do nó tạo ra. Để xử lý được mùi này ta có thể
lựa chọn một trong hai phương án sau:

Phương án 1: dùng chế phẩm sinh học
Dùng chế phẩm sinh học có vi sinh vật: nguyên lý của phương pháp này là vi sinh
vất sẽ dùng chất hữu cơ làm thức ăn của nó, do đó có thể loại bỏ được mùi của
khí thải. Nhưng phương pháp này có tính khả thi không cao vì điều kiện trong khí
thải như nhiệt độ, pH, độ ẩm đều không thật sự thuận lợi cho vi sinh vật phát
triển. Đây là nguyên nhân chính làm giảm hiệu quả của phương pháp này.
Phương án 2: Sử dụng O3 để xử lý mùi
O3 là một chất có tính oxy hóa cực mạnh, có khả năng oxy hóa nhiều hợp chất hữu
cơ trong đó có cả hợp chất hữu cơ gây mùi như xylen, phenol. Đây là phương
pháp xử lý mùi triệt để, dễ lắp đặt và vận hành hệ thống nên được sử dụng rộng
rãi.
Kết luận: Từ những đặc tính ưu và nhược của 2 phương pháp, em quyết định chọn
phương án 2 để xử lý mùi hôi do nhà máy sấy thùng phuy thải ra.
2.6.2. Tính toán thiết bị
2.6.2.1 Máy phát O3
Để xử lý mùi hôi từ khí thải nhà máy sấy thùng phuy thải ra thì nồng độ O 3 cần
cung cấp là G = 60 mg/m3
Công suất cung cấp O3 cho hệ thống: P = L.G
Trong đó:
•
•

L: Lưu lượng khí thải từ nhà máy sấy thùng phuy; L = 7000 m 3/h
G: Nồng độ O3 cần cung cấp; GO3 = 60 mg/m3

Thế số ta được: P = 7000.60 = 420000 mg/h = 420 g/h
Vậy ta chọn mua máy phát O3 có công suất 420g/h