Đồ án : Xử lí ô nhiễm không khí

Đồ án: Xử lí ô nhiễm không khí Mục lục LỜI NÓI ĐẦU Trong một vài thập kỷ gần đây, cùng với sự phát triển nhanh chóng của đất nước, ngành công nghiệp Việt Nam đã có những tiến bộ không ngừng cả về số lượng các nhà máy cũng chủng loại các sản phẩm và chất lượng cũng ngày càng được cải thiện. Ngành công nghiệp phát triển đã đem lại cho nhân dân những hàng hóa rẻ hơn mà chất lượng không thua kém so với hàng ngoại nhập là bao nhiêu. Ngoài ra, ngành công nghiệp cũng đóng một vai trò đáng kể trong nền kinh tế quốc dân. Bên cạnh những tác động tích cực do ngành công nghiệp mang lại thì cũng phải kể đến những tác động tiêu cực. Trong đó khí bụi phát sinh trong quá trình sản xuất của các nhà máy là một nguyên nhân gây nên ô nhiễm môi trường không khí, ảnh hưởng đến môi trường sống và sức khỏe của con người. Một trong những giải pháp cải thiện điều kiện vệ sinh môi trường trong các nhà máy sản xuất, các khu công nghiệp hiện nay là phát hiện, tổ chức thu gom, xử lí khí thải ở tại các nguồn phát thải. Trong phạm vi của đồ án môn học: kỹ thuật xử lí ô nhiễm không khí và dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Tấn Dũng, chúng tôi đã thực hiện đồ án “ tính toán – thiết kế hệ thống xữ lí khí bụi bằng phương pháp lọc cho nhà máy sản xuất bột mỳ với năng suất 15000m3/h”. Do lần đầu thiết kế đồ án nên trong quá trình tính toán và lựa chọn công nghệ không thể tránh khỏi những sai sót, rất mong nhận được sự chỉnh sửa, ý kiến đóng góp của tất các thầy cô để đồ án của chúng tôi được hoàn thiện hơn. Chúng tôi xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của thầy Nguyễn Tấn Dũng đã tạo điều kiện tốt nhất cho chúng tôi hoàn thành đồ án này. NHÓM 23 BỘ GIÁO DỤC VÀO ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM Đập lập - Tự do - Hạnh phúc KHOA CÔNG NGHỆ HÓA & TP ---o0o--- BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG ĐỒ ÁN MÔN HỌC Môn học: Xử lí ô nhiễm không khí Mã môn học: 1210070 Họ và tên sinh viên: Đào Tuấn Vũ MSSV: 08115046 Nguyễn Thùy Yến MSSV: 08115050 Lớp : 081150B GVHD: ThS. Nguyễn Tấn Dũng Tên đồ án: Tính toán – thiết kế hệ thống xử lí khí bụi bằng phương pháp lọc cho nhà máy sản xuất bột mỳ với năng suất 15000m3/h Mục đích của đồ án: Giúp sinh viên vận dụng kiến thức đã học vào tính toán ứng dụng trong thực tế Nhiệm vụ: Quy hoạch mặt bằng để lắp đặt hệ thống thiết bị. Lựa chọn thiết bị lọc khí bụi thích hơp. Tính toán các thông số cho thiệt bị lọc khí bụi: vận tốc lọc, tổn thất áp suất… Thiết kế thiết bị lọc khí bụi. Giá thành của thiết bị lọc. Vận hành, và ứng dụng của thiết bị. Vẽ bản vẽ hệ thống xử lí khí bụi bằng phương pháp lọc. Ngày nhận đồ án: 10/11/2010. Ngày nộp đồ án: 10/1/2011. Nội dung và yêu cầu Đồ án đã được thông qua Bộ môn NGƯỜI HƯỚNG DẪN Ngày tháng năm 2011 (Ký và ghi rõ họ tên) Chủ Nhiệm Bộ Môn NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. Điểm bằng số: ………… Điểm bằng chữ: …………………… Tp.HCM, ngày ……. Tháng ……. Năm ………………. Giáo viên hướng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên) Chương 1 TỔNG QUAN VỀ BỤI VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ 1.1. TỒNG QUAN VỀ BỤI 1.1.1. Khái niệm chung về bụi Các phần tử chất rắn thể rời rạc (vụn) có thể được tạo ra trong quá trình nghiền, ngưng kết và các phản ứng hóa học khác nhau. Dưới tác dụng của dòng khí hoặc không khí, chúng chuyển thành trạng thái lơ lửng và trong những đều kiện nhất định chúng tạo thành thứ vật chất mà người ta gọi là bụi. Bụi là một hệ thống gồm hai pha: pha khí và pha rắn rời rạc - các hạt có kích thước nằm trong khoảng từ kích thước nguyên tử đến kích thước nhìn thấy được bằng mắt thường, có khả năng tồn tại ở dạng lơ lửng trong thời gian dài ngắn khác nhau. Khi những hạt bụi lơ lửng trong không khí người ta gọi là aerozon, còn khi chúng đã lắng đọng lại trên bề mặt vật thể gọi là aerogen. Bụi thu giữa được hoặc bụi đã lắng động thường đồng nghĩa với khái niệm “ bột”, tức là loại vật chất vụn, rời rạc. Kích thước của hạt bụi δ được hiểu là đường kính, độ dài cạnh của hạt hoặc lổ ray kích thước lớn nhất của hình chiếu hạt. Đường kính tương đương δtđ của hạt có hình dạng bất kỳ là đường kính hình cầu có thể tích bằng thể tích hạt bụi. Vận tốc lắng chìm vc của hạt bụi là vận tốc rơi của hạt trong môi trường tĩnh dưới tác dụng của trọng lực. Vận tốc lắng chìm phụ thuộc vào kích thước của hạt, hình dáng và khối lượng đơn vị của nó cũng như khối lượng đơn vị và độ nhớt môi trường. Đường kính chìm vc của hạt bụi là đường kính hạt bụi hình cầu mà vận tốc rơi và khối lượng đơn vi của nó bằng vận tốc rơi và khối lượng đơn vị của hạt bụi có hình dáng ghi chuẩn đang xét. Bụi trong không khí được đánh giá bằng nồng độ – trọng lượng bụi trong một đơn vị thể tích của không khí, mg/l hoặc mg/m3. Ngoài ra người ta còn đánh giá bằng số lượng hạt bụi cũng như sự phân bố kích thước của chúng trong một đơn vị thể tích không khí. 1.1.2. Phân loại Theo nguồn gốc: bụi được phân biệt thành bụi hữu cơ (nguồn gốc động, thực vật), bụi vô cơ (bụi kim loại và bụi khoáng chât) và bụi hỗn hợp. Theo hình dáng: có thể phân bụi thành 3 dạng + Dạng mảnh ( mỏng) + Dạng sợi. + Dạng khối. Theo kích thước + Bụi thô cát bụi: là những hạt rắn có kích thước hạt d > 75 μm được hình thành trong quá trình cháy tự tự nhiên hay cơ khí như nghiền, tán, đập… + Bụi: hạt chất rắn có kích thước hạt d = (5 ÷ 75) μm được hình thành như bụi thô. + Khói: gồm các hạt thể rắn hay lỏng, đươc tạo ra trong quá trình đốt chảy nhiên liệu hay quá trình ngưng tụ, có kích thước hạt d = (1 ÷ 5) μm. Đặc điểm quan trọng là có đặc tính khuếch tán rất ổn định trong khí quyển. + Khói mịn: gồm những hạt rắn có kích thước d < 1 μm. + Sương: hạt chất lỏng có kích thước d < 10 μm. Loại hạt này ở một nồng độ nhất định làm giảm tầm nhìn, còn gọi là sương giá. Theo tính kết dính của bụi + Bụi không kết dính: xỉ khô, thạch anh, đất khô… + Bụi kết dính yếu: bụi từ lò cao, tro bụi… + Bụi có tính kết dính: bụi kim loại, than bụi tro mà không chứa chất cháy, bụi sữa, mùn cưa… + Bụi có tính kết dính mạnh: bụi xi măng, thạch cao, sợi bông, len… Theo độ dẫn điện + Bụi có điện trở thấp: nhanh trung hòa điện, dễ bị lôi cuốn trở lại dòng khí. + Bụi có điện trở cao: hiệu quả xử lí không cao. + Bụi có điện trở trung bình: thích hợp cho các phương pháp xử lí. Theo tác hại của bụi + Ảnh hưởng đến thực vật: bụi làm giảm khả năng diệp lục hóa quang hợp, hô hấp và thoát hơi nước. Dẫn đến cây sinh trưởng kém, làm năng suất cây giảm, làm thất thu mùa màng… + Ảnh hưởng đến động vật: bụi làm ảnh hưởng đến hệ hô hấp của động vật làm kích thích với các bệnh ho, dị ứng. + Ảnh hưởng đến con người Bụi gây ra bệnh bụi phổi, do sự xâm nhập của những hạt có đường kính d = ( 1÷ 2 ) μm vào sâu trong phổi và bị lắng động trong đó, đối với những hạt d < 0.5 μm bị đẩy ra ngoài khi thở. Khi đó chúng gây nhiễm độc hay dị ứng bằng sự co thắt đường hô hấp đó là bệnh hen suyễn. Loại bụi của vật liệu ăn mòn hay độc tính tan trong nước mà lắng động ở mũi, miệng, đường hô hấp có thể gây tổn thương làm rách ngăn mũi, vách miệng… Bụi có thể gây ra nhiều loại bệnh như: bệnh dị ứng, viêm niêm mạc, nổi ban (bụi bông, gai, phân hóa học), bệnh gây nhiễm độc chung (chì, thủy ngân, bengen...), bệnh nhiễm trùng ( bụi bông, tóc, vi khuẩn), bệnh xơ phổi ( bụi SiO2, bụi amiang), bệnh ung thư ( bụi quặng phóng xạ, hợp chất Crom…) Ngoài ra bụi cỏn ảnh hưởng đến các công trình dân dụng, mỹ quan đô thị, làm tăng khả năng ăn mòn các công trình dân dụng, công nghiệp, máy móc…và ảnh hưởng tới nguồn nước. Tính chất của bụi Độ phân tán các phân tử Kích thước hạt là một thông số cơ bản của nó. Việc lựa chọn các hạt bụi phụ thuộc vào thành phần phân tán của các hạt bụi tách được. Các thiết bị đặc trưng cho kích thước hạt bụi là đại lượng vận tốc lắng của chúng cũng như đại lượng đường kính lắng. Các hạt bụi công nghiệp có đường kính rất khác nhau, nên nếu cùng khối lượng sẽ lắng với các vận tốc khác nhau, hạt càng gần vơi hình cầu thì lắng càng nhanh. Các kích thước lớn nhất và nhỏ nhất của khối hạt bụi đặc trưng cho khoảng phân bố độ phân tán của chúng. Tính dính kết của bụi Các hạt có xu hướng kết dính vào nhau, với độ kết dính cao bụi có thể dẫn tới tình trạng bệ nghẹt một phần hay toàn bộ thiết bị tách bụi. Do đó đối với các thiết bị lọc, người ta thường thiết lập giới hạn sử dụng theo độ kết dính của hạt bụi. Kích thước hạt bụi càng nhỏ thỉ chúng càng dễ bị bám vào bề mặt thiết bị. Với những bụi có (60-70) % hạt có đường kính nhỏ hơn 10 μm thì rất dễ dẫn đến dính bết, còn bụi có nhiều hạt trên 10 μm thì dễ trở thành tơi xốp. Độ mài mòn của bụi Độ mài mòn của bụi đặc trưng cho cường độ mài mòn kim loại khi cùng vận tốc khí và cùng nồng độ bụi. Độ mài mòn của bụi phụ thuộc vào độ cứng, hình dạng, kích thước và mật độ của hạt. Khi tính toán thiết kế phải tính đến độ mài mòn của bụi. Độ thấm ướt của bụi Độ thấm ướt bằng nước của các hạt bụi có ảnh hưởng đến hiệu quả làm việc của các thiết bị tách bụi kiểu ướt, đặc biệt là các thiết bị làm việc ở chế độ tuần hoàn. Theo tính chất thấm ướt các vật liệu rắn, được chia làm 3 nhóm: Vật liệu lọc nước: dễ thấm nước (canxi, thạch cao, phần lớn silicat và khoáng vật được oxy hóa, halogenua của kim loại kiềm). Vật liệu kỵ nước: khó thấm nước (grafit, than, lưu huỳnh). Vật liệu kỵ nước tuyệt đối: (paraffin, nhựa Teflon, bitum). Độ hút ẩm của bụi Khả năng hút ẩm của bụi phụ thuộc vào thành phần hóa học cũng như kích thước, hình dạng và độ nhám bề mặt các hạt bụi. Độ hút ẩm của bụi tạo điều kiện tách chúng trong các thiết bị lọc bụi kiểu ướt. Độ dẫn điện của bụi Chỉ số này được dành giá theo chỉ số điện trở suất của bụi và phụ thuộc vào tính chất của từng hạt bụi riêng rẽ, cấu trúc hạt và các thông số của dòng khí. Chỉ số này ảnh hưởng rất lớn đến khả năng làm việc của các bộ lọc bụi tĩnh điện. Sự tích điện của lớp bụi Dấu của các hạt bụi tích điện phụ thuộc vào phương pháp tạo thành, thành phần hóa học, cả những tính chất vật chất mà chúng tiếp xúc. Tính chất này ảnh hưởng đến hiệu quả tách của chúng trong các thiết bị lọc khí (bộ tách ướt,lọc..) đến tính chất nổ và tính bết của các hạt. Tính tự bốc nóng và tạo hỗn hợp dễ nổ với không khí Các bụi cháy được dễ tạo với oxy của không khí hỗn hợp tự bốc cháy và dễ nổ do bề mặt tiếp xúc rất lớn của các hạt. Cường độ nổ phụ thuộc vào tính chất hóa học, tính chất nhiệt, kích thước, hình dáng các hạt và nồng độ của chúng trong không khí, độ ẩm, thành phần các khí, nhiệt độ nguồn lửa và hàm lượng các chất trơ. Các hạt bụi có khả năng bắt lửa như bụi hữu cơ (sơn, sợi, plastic) và một số bụi vô cơ như nhôm, kẽm, magie… . PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP LỌC BỤI Để lọc bụi người ta sử dụng nhiều thiết bị lọc bụi khác nhau và tùy thuộc vào bản chất các lực tác dụng bên trong thiết bị, người ta chia chúng thành những nhóm chính sau đây: Buồng lắng bụi: quá trình xảy ra dưới tác dụng của trọng lực. Thiết bị lọc bụi kiểu quán tính: lợi dụng lực quán tính khi thay đổi chiều hướng chuyển động để tách bụi ra khỏi dòng không khí. Thiết bị lọc bụi kiểu ly tâm - xiclon: dùng lực ly tâm để đẩy các hạt bụi ra xa tâm quay rồi chạm vào thành thiết bị, hạt bụi bị mất dần động năng và rơi xuống dưới đáy. Lưới lọc bụi bằng vải, lưới thép, giấy, vật liệu rỗng bằng khâu sứ, khâu kim loại…trong thiết bị lọc bụi loại này các lực quán tính, lực trọng trường và cả lực khuếch tán nữa đều phát huy tác dụng. Thiết bị lọc bụi bằng điện: dưới tác dụng của điện trường điện áp cao, các hạt bụi được tích điện và bị hút váo các bản cực khác dấu. Các nhóm thiết bị lọc bụi nêu trên đều có 2 loại: khô và ướt. Chất lỏng làm ướt thiết bị lọc bụi chủ yếu là nước – dùng trong xiclon màng nước, vật liệu rỗng tưới nước. Ngoài ra, người ta còn dùng dầu trong công nghiệp để tẩm ướt các lưới lọc làm bằng sợi thép, lưới thép. Các thông số quan trọng của thiết bị hoặc hệ thống lọc bụi là: Mức độ lọc sạch hay còn gọi là hiệu quả lọc. Năng suất của hệ thống tức là lưu lượng không khí đi qua bộ lọc, m3/h. Sức cản thủy lực, kg/m2 Điện năng tiêu hao cho một thể tích không khí cần lọc kW/m3 không khí. Giá thành thiết bị và các chi phí cho đơn vị sản phẩm. Thiết bị thu hồi bụi khô Buồng lắng bụi Đây là thiết bị lọc bụi đơn giản nhất. Cấu tạo là một không gian hình hộp có diện tích lớn hơn diện tích ống dẫn khí vào. Khi đó vận tốc giảm đột ngột, làm cho hạt bụi rơi xuống dưới tác dụng của trọng lực, và bị giữ lại trong buồng lắng. Buồng lắng bụi được áp dụng để lắng bui thô có kích thước hạt từ (60-70) μm trở lên. Tuy nhiên, các hạt bụi có kích thước nhỏ vẫn giữ lại trong buồng lắng. Trở lực của thiết bị từ (50-130) Pa, giới hạn nhiệt độ (350 – 550) oC. Hình 1.1. Sơ đồ buồng lắng bụi Ưu điểm: Chế tạo đơn giản. Chi phí vận hành và bảo trì thấp. Giá thành thấp, rẻ tiền có thể sử dụng nguồn nhiều nguyên liệu chế tạo. Lắng được cả bụi khô và bụi ướt. Thường dùng lắng sơ bộ Nhược điểm: Buồng lắng bụi có diện tích lớn, chiếm diện tích nhiều. Hiệu suất không cao. Vận tốc dòng khí nhỏ. Xử lí hiệu quả với các hạt có d > 50 μm. Có nhiều loại buồng lắng như: buồng lắng bụi có vách ngăn, buồng lắng có tấm chắn ở cửa, buồng lắng bụi động năng,.. Hình 1.2. Buồng lắng bụi nhiều ngăn và chuyển động của không khí trong buồng lắng bụi nhiều ngăn Hình 1.3. Buồng lắng bụi nhiều tầng Thiết bị lọc bụi kiểu quán tính Nguyên lí làm việc của loại thiết bị này là làm thay đổi chiều chuyển động của dòng khí một cách liên tục, lặp đi lặp lại bằng nhiều vật cản có hình dáng khác nhau. Khi dòng khí đổi hướng chuyển động thì bụi do có sức quán tính lớn chuyển hướng chuyển hướng chuyển động ban đầu của mình và va đập vào các vật cản rồi bị giữ lại ở đó hoặc mất động năng và rơi xuống đáy thiết bị. Vận tốc khí trong thiết bị khoảng 1m/s, còn ở ống vào khoảng 10m/s. Hiệu quả xử lí của thiết bị dạng này từ (65-80) % với hạt (25-30) μm. Trở lực của chúng khoảng (150-390) N/m2. Ưu điểm Cấu tạo gọn nhẹ Tổn thất áp suất thấp hơn so với các thiết bị khác. Khả năng lắng cao hơn buồng lắng Nhược điểm Hiệu quả xử lí kém với bụi có đường kính d < 5 μm Thường sử dụng để lọc bụi thô. Các dạng khác nhau của thiết bị lọc bụi quán tính Hình 1.4. Thiết bị lọc bụi quán tính: a- có tấm ngăn; b- có phần côn mở rộng; c-bằng cách dẫn nhập dòng khí vào phía hông. Hình 1.5. Thiết bị lọc bụi quán tính kiểu “lá xách”. Thiết bị lọc ly tâm Có nhiều dạng thiết bị lọc ly tâm khác nhau: kiểu name ngang, kiểu đứng và các thiết bị thu hồi bụi kiểu xoáy, kiểu động. Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu đứng Thiết bị lọc bụi kiểu thẳng đứng thường được gọi là xiclon Nguyên lí: không khí mang bụi vào thiết bị theo ống dẫn được lắp theo phương tiếp tuyến với thân hình trụ của xiclon, không khí sẽ chuyển động xoắn ốc bên trong thân hình trụ của xiclon, khi chạm vào ống đáy hình phễu dòng khí bị dội ngược trở lên nhưng vẫn giữ được chuyển động xoắn ốc và thoát ra ngoài ống thải. Các hạt bụi chịu tác dụng bởi lực ly tâm sẽ chuyển động về phía thành ống của thân hình trụ, rồi chạm vào đó, mất động năng, rơi xuống đáy phễu. Hình 1.6. Sơ đồ cấu tạo của xiclon: Ống dẫn không khí bẩn vào Vỏ xiclon ( ống trụ ngoài) Phễu chứa bụi Ống trụ ở giữa Van chặn Những thông số cần biết Vận tốc khí vào: vgh > 5m/s Hiệu suất lọc 70% đối với xiclon ướt và xiclon chùm, đường kính cỡ hạt d = (30÷40) μm. Nồng độ bụi vào: Cbụi > 20g/m3 Trở lực của thiết bị: (250-1500) Pa Ưu điểm + Sử dụng rộng rãi, giá thành rẻ. + Không có chi tiết c