NỘI DUNG VÀ NHIỆM VỤ - Xem xét đầu ra theo Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia QCVN 19:2009/BTNMTKhí thải công nghiệp đối với bụi và các chất vô cơ - Đề xuất được quy trình công nghệ xử lý bụi c
Mục tiêu đề tài
˗ Đề xuất được quy trình công nghệ xử lý bụi cho nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi ˗ Tính toán thiết kế được hệ thống xử lý bụi của nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi với nồng độ bụi 4000 mg/m 3 , lưu lượng 50000 m 3 /h.
1 Sản xuất thức ăn chăn nuôi trong bối cảnh hội nhập toàn cầu (n.d.) https://nongsanleanh.com.vn/tin-tuc/san- xuat-thuc-an-chan-nuoi-trong-boi-canh-hoi-nhap-toan-cau
Ý nghĩa đề tài
Thiết lập, đưa ra phương pháp giải quyết được lượng bụi sinh ra khi sản xuất thức ăn chăn nuôi trong nhà máy Giảm thải khí độc gây ô nhiễm môi trường Đề tài giúp cho sinh viên củng cố được kiến thức đã học trên lớp, có cơ hội tìm hiểu những cách xử lý khác nhau và tính toán được một hệ thống xử lý hoàn chỉnh,làm kinh nghiệm cho sinh viên khi đi làm sau này.
Phương pháp thực hiện
Các phương pháp xử lý bụi hiệu quả gồm phương pháp phân tích tổng hợp để thu thập thông tin và đưa ra giải pháp tối ưu, phương pháp so sánh để xác định chỉ tiêu cần xử lý dựa trên Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải công nghiệp, phương pháp tính toán sử dụng công thức toán học để thiết kế hệ thống xử lý và dự toán chi phí, phương pháp thống kê áp dụng kiến thức thống kê để lựa chọn phương pháp xử lý phù hợp nhất giúp giảm lượng bụi thải ra môi trường.
Nội dung thực hiện
˗ Tìm hiểu quy trình sản xuất có phát sinh bụi ˗ Lựa chọn công suất phát thải, xác định thành phần bụi ˗ Tính toán được Cmax và Cr ˗ Đề xuất những công nghệ xử lý, nêu ưu nhược điểm của mỗi công nghệ ˗ Tính toán công nghệ được chọn ˗ Vẽ hệ thống xử lý
TỔNG QUAN VỀ ĐỐI TƯỢNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN
Tổng quan về nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi
Nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi là một nhà máy sử dụng các nguyên liệu tươi như nội tạng, máu, da động vật của các lò mổ hoặc những con cá nhỏ, bột ngô, gạo, sắn, đem đi xử lý ban đầu rồi chuyển qua máy nghiền khô để nghiền mịn, trộn ép và sấy khô tạo thành thành phẩm Trong quá trình sản xuất một lượng bụi lớn được phát sinh gây ảnh hưởng lớn đến con người và môi trường, cũng như cảnh quan nhà máy
Bụi là một trong những tác nhân chính làm giảm chất lượng không khí, dẫn đến ô nhiễm Trong nhà máy, bụi sẽ bám bẩn vào bề mặt gây mất thẩm mỹ, giảm tuổi thọ và khả năng hoạt động của nhiều thiết bị, máy móc Những hạt bụi tích siêu nhỏ tích tụ lâu ngày trong cơ thể sẽ gây nên các bệnh về đường hô hấp như ho, khó thở, viêm phổi, viêm phế quản, tấn công trực tiếp đến hệ tuần hoàn máu, gây nhồi máu cơ tim, gây các bệnh lý về da, mắt, tai … ảnh hưởng đến sức khỏe của người công nhân. Người công nhân làm việc trong môi trường nhiều bụi kéo dài gây ngột ngạt, khó chịu, bực dọc, tâm lý trở nên bất ổn và khó kiểm soát thái độ,…
Do đó, các nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi đều phải áp dụng các công nghệ hoặc hệ thống thiết bị để xử lý, kiểm soát nồng độ bụi đầu ra đạt dưới giới hạn cho phép của QCVN 2
Cấu tạo & quy trình sản xuất của nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi
Một nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi bao gồm dây chuyền sản xuất thức ăn chăn nuôi, hệ thống làm mát, hệ thống chuẩn bị nguyên liệu (kho chứa nguyên liệu, băng chuyền, máy nghiền nguyên liệu,…), hệ thống cân nguyên liệu, hệ thống trộn, hệ thống ép viên, sấy, hệ thống cân thành phẩm, hệ thống đóng gói thành phẩm, kho chứa thành phẩm, hệ thống thu hồi bụi, xử lý bụi,…
Các hệ thống sản xuất:
Các giai đoạn trong quy trình sản xuất thức ăn chăn nuôi bao gồm nghiền nguyên liệu để hỗ trợ tiêu hóa, sau đó trộn đều các thành phần khô và ướt Giai đoạn ép viên nén lại hỗn hợp thành dạng viên, thường sử dụng cả phương pháp ép nén và ép đùn Hệ thống ép viên gồm các bộ phận chính như thùng nhận nguyên liệu, thiết bị ép viên, bộ phận làm nguội, nghiền, sàng và chứa.
Ép viên nén: Hệ thống ép viên nén làm nóng hỗn hợp với mức nhiệt độ là 85 o C, độ ẩm ở mức 16% trong khoảng thời gian 5 - 20 giây Tuy nhiên đây không phải là thời gian mặc định mà tùy thuộc vào từng thiết bị và thành phần nguyên liệu để có điều chỉnh phù hợp Qúa trình ép viên sẽ bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, trong đó là các thành phần muối khoáng, công thức thức ăn, độ mịn của nguyên liệu khuôn ép, tốc độ quay của rotor…
Ép viên đùn: Là công nghệ ép viên ở mức nhiệt và áp lực cao để tạo viên Vì thức ăn được nén tạo ra viên với áp lực lớn nên khi ra khuôn, viên thức ăn sẽ nở Thường đây là các ép viên thức ăn dành cho cá bởi khả năng ép và làm nổi viên thức ăn Hình thức ép đùn có ưu điểm là hồ hóa tinh bột tốt hơn, dễ kiểm soát nhờ tự động hóa, khử trùng được các loại vi khuẩn, nấm mốc có trong nguyên liệu thức ăn… Chính vì thế thức ăn ép viên đùn có lợi thế hơn và được ứng dụng phổ biến hiện nay ˗ Bảo quản thức ăn: Quá trình bảo quản cũng vô cùng quan trọng, bởi quá trình lưu trữ thức ăn có thể làm thức ăn bị hư hỏng, giảm dưỡng chất… Thức ăn chăn nuôi được bảo quản tốt ở nhiệt độ phòng và độ ẩm thấp
Các thiết bị chính trong quy trình sản xuất: ˗ Máy hút liệu: Máy được thiết kế dùng để hút hoặc xả các nguyên liệu khác nhau, có thể làm việc trong các điều kiện thời tiết khắc nghiệt khác nhau Các bộ phận đều được phun cát và sơn chống gỉ Máy hoạt động nhờ động cơ diesel với áp suất hút cao nhờ quạt hút tu bin và được làm mát tự động bằng không khí cho hiệu quả hoạt động cao ˗ Máy nghiền nguyên liệu: Máy nghiền có thiết kế vững chắc chịu được tải trọng lớn, có thể nghiền mịn các vật liệu cứng và xơ Máy có thiết kế chắc chắn giảm thiểu các loại rung động do quá trình làm việc gây ra Tốc độ búa nghiền hoạt động cao chép hiệu quả nghiền nhỏ nguyên liệu ˗ Máy trộn thức ăn: Máy có thiết kế đầu tròn, hạn chế được sự xâm nhập của vi khuẩn Máy được thiết kế đảm bảo an toàn vệ sinh Máy trọn có thiết kế với công nghệ tiên tiến với hai trụ gốc Các thành phần nguyên liệu được trọn trong thùng với quy định tốc độ cao Hơi nước sẽ được bơm vào hỗn hợp để nâng nhiệt lên một thông số nhất định Nhiệt sẽ được duy trì để có thể loại bỏ các vi khuẩn salmonella và hệ sinh vật có hại ˗ Máy ép viên: Máy ép viên có hệ thống truyền động trực tiếp qua bánh răng giúp quá trình hoạt động ổn, và ép được nhiều loại nguyên liệu
Hình 1: Quy trình sản xuất thức ăn chăn nuôi ˗ Kiểm tra nguyên liệu: Để chuẩn bị cho quá trình sản xuất thức ăn chăn nuôi được liên tục và đảm bảo chất lượng theo yêu cầu kỹ thuật, tất cả các loại nguyên liệu khi mua về dạng hạt, dạng bột, loại đóng bao,… đều được lấy mẫu kiểm tra chặt chẽ tại nhà lấy mẫu Mẫu được lấy ngẫu nhiên theo phân bố trong thiết bị chứa và kiểm tra chất lượng, đạt yêu cầu mới thu mua Các nguyên liệu đạt yêu cầu sẽ được chuyển đến khu vực nhập liệu. ˗ Nhập liệu : nguyên liệu được nhập dưới dạng bao và xe.
+ Đối với nguyên liệu chứa trong xe: Được chuyển đến hầm nhập nhờ hệ thống bàn nâng xe Tại hầm nhập, nguyên liệu được hệ thống sên tải và gầu tải chuyển qua tháp nạp liệu, tại đây, máy sàng và hệ thống nam châm được bố trí nhằm loại bỏ các tạp chất và kim loại có trong nguyên liệu trước khi vào các silo chứa Bụi phát sinh từ quá trình nhập liệu được thu hồi bằng hệ thống lọc bụi túi vải và tái sử dụng vào quá trình sản xuất.
+ Đối với nguyên liệu dạng bao: Được chất trong kho chứa theo đúng quy định về chiều cao và khoảng cách.
+ Đối với nguyên liệu lỏng: Được hệ thống bơm chuyển đến các bồn chứa lưu trữ. ˗ Ép đùn chín nguyên liệu:
+ Nguyên liệu thô (bắp và đậu nành) được máy nạp liệu tải vào máy trộn nhão (thuộc hệ thống máy ép đùn) Trong quá trình này, nguyên liệu sẽ được trộn với hơi nước làm mềm và chín, sau đó, qua máy ép đùn Nhiệt độ buồng trộn nhão và buồng ép đùn được theo dõi và kiểm soát chặt chẽ nhờ các cảm biến nhiệt độ và các van điều khiển tuyến tính.
+ Sản phẩm sau ép đùn có viên xốp sẽ được kiểm tra, nếu đạt yêu cầu sẽ được cho vào máy làm nguội, nếu không đạt sẽ được gàu tải chuyển lên bồn tái chế lại. + Sau khi làm nguội, tùy vào nhu cầu sản xuất, một phần nguyên liệu sau ép đùn sẽ được chuyển qua hệ thống máy nghiền để tiếp tục quá trình sản xuất Phần còn lại được vận chuyển vào kho chứa chờ phục vụ sản xuất. ˗ Nghiền nguyên liệu : Các loại nguyên liệu thô (Cám gạo, bột cá, cám mì…) được hệ thống sên tải chuyển đến máy nghiền để nghiền nhỏ nguyên liệu Bụi sinh ra từ quá trình nghiền sẽ được thu hồi bởi nhà máy Lượng bụi này được giũ xuống vít tải, cùng với nguyên liệu sau khi nghiền được các sên tải và gầu tải chuyển đến các bồn chứa theo từng loại riêng biệt (Nguồn ô nhiễm sinh ra ở công đoạn này) ˗ Cân và trộn nguyên liệu:
+ Các loại nguyên liệu được hệ thống vít tải chuyển đến cân định lượng theo đúng công thức của từng loại sản phẩm.
+ Các chất phụ gia như chất khoáng, vitamin, các vi chất hỗ trợ tiêu hóa,… được cân bởi hệ thống cân vi chất.
+ Nguyên liệu lỏng như dầu cá, dầu gạo trích ly… được định lượng bằng các bộ đo lưu lượng
Tất cả nguyên liệu đầu vào sau khi được định lượng sẽ trộn đều tại hệ thống máy trộn Sau đó, cám trộn chuyển đến hệ thống làm sạch để loại bỏ các tạp chất còn sót lại Nếu cám đạt yêu cầu sẽ được phân phối tới các bồn chứa thành phẩm hoặc bồn chờ ép viên theo từng loại riêng biệt Tại dây chuyền sản xuất thử nghiệm cám, máy tách đá sẽ giúp loại bỏ tạp chất trong cám sau trộn Cám bột sau đó được trộn với hơi nước, làm mềm và chín, rồi ép thành viên tại máy ép viên Cá
Tổng quan về bụi
1.3.1 Khái niệm ˗ Bụi trong quá trình sản xuất thức ăn chăn nuôi là các phần tử chất rắn rời rạc có thể được tạo ra trong quá trình nghiền, ngưng kết và các phản ứng hóa học khác nhau Dưới tác dụng của các dòng khí hoặc không khí, chúng di chuyển thành trạng thái lơ lửng và trong những điều kiện nhất định chúng tạo thành thứ vật chất bụi ˗ Bụi tồn tại ở 2 pha bao gồm: pha khí và pha rắn rời rạc, các hạt có kích thức nằm trong khoảng 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 động lại trên bề mặt vật thể nào đó gọi là aerogen ˗ Bụi trong không khí được đánh giá bằng nồng độ - trọng lượng bụi trong một đơn vị thể tích không khí, mg/l hoặc mg/m 3 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 4
3 nhà máy sx thức ăn chăn nuôi tỉnh Bình Phước.pdf (n.d.) Google Docs https://drive.google.com/file/d/1kpuFO3UbAmFcv1R2-APDaFd36sLMNC0C/view?usp=sharing
4 Đồ án : Xử lí ô nhiễm không khí - Luận văn, đồ án, đề tài tốt nghiệp (n.d.) https://luanvan.net.vn/luan-van/do- an-xu-li-o-nhiem-khong-khi-63598/
1.3.2 Phân loại bụi a Phân loại theo nguồn gốc phát sinh ra bụi
Chia làm 3 loại: ˗ Bụi hữu cơ: bụi thực vật (gỗ, bông…), bụi động vật (len, lông, tóc…) ˗ Bụi vô cơ: bụi khoáng chất (thạch anh, amiang…), bụi kim loại (sắt, đồng, ) ˗ Bụi nhân tạo: nhựa hóa học, cao su… b Phân loại theo kích thước bụi
Thực nghiệm cho thấy các hạt bụi vào tận phổi qua đường hô hấp có 70% là những hạt 1àm, gần 30% là những hạt 1-5àm, những hạt từ 5-20àm chiếm tỷ lệ khụng đỏng kể
Bảng 1: Phân loại bụi theo kích thước
Phân loại Kích thước điển hình (micromet)
Chuyển động Mức độ xâm nhập
Brao trong không khí Vào sâu trong khí quản và phổi.
0.1 - 10 Rơi với vận tốc không đổi trong không khí.
10 - 50 Rơi có gia tốc trong không khí Vào sâu hơn lỗ mũi, vào phổi không đáng kể.
>50 Rơi có gia tốc trong không khí
Bụi có thể gây ra nhiều tác hại khác nhau, tùy thuộc vào thành phần và kích thước của chúng Bụi gây nhiễm độc như Pb, Hg, benzen có thể gây ngộ độc cho cơ thể Bụi gây ung thư như nhựa đường, phóng xạ, các hợp chất brom có thể làm tăng nguy cơ ung thư phổi Bụi gây xơ phổi như bụi silic, amiang có thể gây ra bệnh bụi phổi Bụi gây viêm mũi, hen, viêm họng, dị ứng như bụi long, len, gai, phân hóa học, một số loại bụi gỗ có thể gây ra các vấn đề về hô hấp Bụi gây nhiễm trùng như bụi long, bụi xương có thể gây ra các bệnh nhiễm trùng.
1.3.3 Tính chất bụi a Tính phân tán: Là trạng thái của bụi trong không khí phụ thuộc vào trọng lượng của bụi và sức cản của không khí Hạt bụi càng lớn càng dễ rơi tự do, hạt càng mịn sẽ càng rơi chậm và nhỏ hơn 0,1àm thỡ chuyển động Brown trong khụng khớ b Sự nhiễm điện của bụi: Dưới tác dụng của một điện trường mạnh của hạt bụi bị nhiễm điện và sẽ bị cực của điện trường hút với vận tốc khác nhau tùy thuộc vào kích thước hạt bụi Tính chất này của bụi được ứng dụng để lọc bụi bằng điện c Tính cháy nổ của bụi: Các hạt bụi mịn càng nhỏ, diện tích tiếp xúc với oxy càng lớn, hoạt tính hóa học càng mạnh nên dễ bốc cháy trong không khí d Tính lắng trầm nhiệt của bụi: Cho một luồn khói đi qua một ống dẫn từ vùng nóng chuyển sang vùng lạnh hơn thì phần lớn bị lắng trên bề mặt ống lạnh Sự lắng trầm của bụi được ứng dụng để lọc bụi e Tính tán xạ ˗ Thành phần tán xạ: hàm lượng tính bằng số lượng hay khối lượng các hạt thuộc nhóm có kích thước khác nhau ˗ Nhóm kích thước (nhóm cỡ hạt hay nhóm hạt): là phần tương đối của các hạt có kích thước nằm trong khoảng trị số xác định được coi như là giới hạn dưới và giới hạn trên f Tính bám dính: Tính bám dính của hạt xác định xu hướng kết dính của chúng. Độ kết dính của hạt tăng có thể làm cho thiết bị lọc bị nghẽn do sản phẩm lọc Kích thước hạt càng nhỏ thì chúng càng dễ bám dính vào bề mặt thiết bị g Tính mài mòn ˗ 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 h Tính thấm ướt 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) 5
Bụi trong quá trình sản xuất thức ăn chăn nuôi
a Đặc điểm ˗ Kớch thước: nhỏ, từ 0.01ữ100àm →Dễ xõm nhập vào đường hụ hấp và gõy hại cho sức khỏe con người. ˗ Thành phần: đa dạng, gồm:
+ Bột ngũ cốc: gạo, ngô, lúa mì,…
+ Bột thịt, bột cá, bột xương,…
+ Bột khoáng: đá vôi, bột sò, bột vỏ sò,… ˗ Các chất phụ gia: Thành phần: đa dạng, gồm: ˗ Độ ẩm: Bụi ở nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi có độ ẩm cao, thường từ 5 đến 10% Độ ẩm cao khiến bụi dễ dàng lắng xuống và tích tụ, gây tắc nghẽn đường ống và thiết bị ˗ Tính chất: Bụi ở nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi có tính chất hút ẩm, dễ cháy và dễ nổ Tính chất này cần được lưu ý khi thiết kế và vận hành hệ thống xử lý bụi. b Ảnh hưởng của bụi ở nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi
5 TỔNG QUAN VỀ BỤI (n.d.) 123doc - Thư Viện Tài Liệu Trực Tuyến Số 1 Việt Nam https://123docz.net/document/4202575-tong-quan-ve-bui.htm ˗ Ảnh hưởng đến sức khỏe con người: Bụi có kích thước nhỏ có thể xâm nhập vào đường hô hấp và gây ra các bệnh về đường hô hấp, bao gồm viêm mũi, viêm họng, viêm phế quản, viêm phổi,… Ngoài ra, bụi cũng có thể gây ra các bệnh về da, mắt và hệ thần kinh. ˗ Ảnh hưởng đến môi trường: Bụi có thể gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến chất lượng không khí và hệ sinh thái Bụi cũng có thể làm giảm tầm nhìn, gây khó khăn cho giao thông và an toàn lao động. ˗ Ảnh hưởng đến sản xuất: Bụi có thể gây tắc nghẽn đường ống, thiết bị và gây mất an toàn cho người lao động 6
6 phương pháp hiệu quả để lọc bụi trong nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi (n.d.) VINATRO https://vinatro.com.vn/5-phuong-phap-hieu-qua-de-loc-bui-trong-nha-may-san-xuat-thuc-an-chan-nuoi/
TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BỤI
Phương pháp xử lý bụi khô
Phương pháp lọc bụi khô thường dùng để thu hồi các loại bụi có thể tận dụng lại hoặc tái chế Ví dụ các loại thuốc tây, cám, bụi gỗ…
Hình 2: Buồng lắng bụi(https://moitruonghana.com/xu-ly-bui-cong-nghiep/) a Cấu tạo ˗ Buồng lắng bụi là một không gian hình hộp có tiết diện ngang lớn hơn rất nhiều lần so với tiết diện đường ống dẫn, khiến cho vận tốc khí giảm xuống rất nhỏ, nhờ thế, hạt bụi có đủ thời gian để rơi xuống và chạm đáy dưới tác dụng của trọng lực Trên buồng lắng có cửa để làm vệ sinh hay lấy bụi ra ngoài. ˗ Buồng lắng bụi được làm từ gạch, bê tông cốt thép hoặc thép ˗ Áp dụng với hạt bụi có kích thước lớn, dòng khí chuyển động với vận tốc nhỏ (2 àm d Nhược điểm
Cần lọc sạch bụi mịn với hiệu quả tương đối cao Kết hợp giữa lọc bụi và khử khí độc hại trong phạm vi có thể, nhất là các loại khí, hơi cháy được có mặt trong khí thải Cho phép làm việc với vận tốc khí lớn (có thể đạt tới 10m/s)
2.2.3 Thiết bị lọc bụi (rửa khí) với lớp hạt hình cầu di động a Cấu tạo
Hình 9: Thiết bị lọc bụi với lớp hạt hình cầu di động b Nguyên lý hoạt động
Cho dòng khí đi từ dưới lên qua các hạt hình cầu được làm ướt và các hạt hình cầu này có thể di chuyển tự do trong hỗn hợp khí nước bên trong thiết bị Khi đó các hạt bụi sẽ bám vào lớp nước trên các hạt hình cầu và bị giữ lại Khi các quả cầu va chạm và cọ sát vào nhau chúng sẽ tự rửa sạch lớp bụi cặn bám trên bề mặt
Hiệu quả lọc cú thể đạt đến 99% đối với bụi cú cỡ hạt d >= 2 àm Thiết bị cho phộp nhận vận tốc khí trong 5÷6 m/s
2.2.4 Thiết bị lọc bụi ướt a Cấu tạo ˗ Vỏ thiết bị ˗ Quạt ˗ Cánh hướng dòng ˗ Tấm chắn nước ˗ Ống dẫn khí
Hình 10: Thiết bị lọc bụi kiểu ướt(https://moitruonghana.com/xu-ly-bui-cong-nghiep/) b Nguyên lý hoạt động
Dòng khí mang theo bụi đi vào thiết bị lọc theo chiều từ dưới lên, qua tấm hướng dòng khí được phân bố đều trên diện tích ngang của thiết bị Nước phun từ trên xuống ngược chiều với dòng khí Bụi tiếp xúc với nước và bị giữ lại, tạo thành hỗn hợp bùn lắng xuống phía dưới Không khí sạch đi ra ngoài theo hướng ngược lại.
LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH XỬ LÝ
Cơ sở lựa chọn
Việc lựa chọn phương án xử lý bụi tối ưu cần dựa trên các nguyên tắc: phù hợp với thành phần, nồng độ và tính chất hạt bụi; đảm bảo xử lý bụi đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn QCVN 19:2009/BTNMT loại B; dễ dàng thi công và tháo lắp; phù hợp với điều kiện kinh tế của nhà máy; đáp ứng các điều kiện khách quan khác.
Đề xuất công nghệ xử lý
Hình 11: Sơ đồ công nghệ xử lý bụi nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi
3.2.2 Thuyết minh sơ đồ công nghệ:
Khí mang bụi trong nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi được hút vào hệ thống xử lý thông qua chụp hút Khí đi qua hệ thống ống dẫn, dòng khí được dẫn đến cyclone Do lưu lượng cần xử lý lớn nên ta sử dụng cyclone để đảm bảo hiệu quả xử lý bụi, nhằm giảm áp lực đến hệ thống lọc bụi túi vải Bụi được dẫn vào cyclone qua ống dẫn có phương tiếp tuyến với thân cyclone Dòng khí chuyển động theo phương tiếp tuyến hình thành vòng xoáy ngoài đi xuống dưới, khi gặp phễu thì hình thành vòng xoáy và bị hút ngược lên trên đi ngoài do bên trong cyclone là áp suất âm còn bên ngoài là áp suất dương Trong quá trình chuyển động xoáy của dòng khí bên trong cyclone, các hạt bụi dưới tác dụng của lực ly tâm va vào thành cyclone, mất quán tính và rơi xuống dưới Dưới đáy cyclone có van xả bụi và bụi được lấy ra ngoài
Dòng khí sau khi qua cyclone được dẫn đến hệ thống túi vải để xử lý phần bụi còn lại. Tỳi vải cú hiệu quả lọc đến 99% cỏc hạt bụi cú kớch thước > 1àm, nờn cỏc hạt bụi này sẽ được giữ lại bên trên bề mặt túi vải, các hạt bụi nhỏ cũng sẽ bám dính trên bề mặt sợi vải lọc do va chạm, lực hấp dẫn và lực hút tĩnh điện, dần dần lớp bụi thu được dày lên tạo thành lớp màng trợ lọc, lớp màng này giữ được cả những hạt bụi có kích thước rất nhỏ và làm tăng hiệu quả lọc bụi của túi vải, phần khí sạch di chuyển vào trong túi vải và đi ra ngoài.
Trong quá trình lọc bụi, các túi vải lọc bị bám bụi làm tăng lực cản và giảm hiệu quả lọc Để khắc phục tình trạng này, hệ thống giũ bụi khí nén tự động được sử dụng với các vòi phun và Venturi tại mỗi túi vải Luồng khí nén được phun ra từ bên trong túi vải với lực mạnh, đánh bật các hạt bụi bám trên bề mặt túi xuống phễu Hệ thống xả và vận chuyển bụi từ đáy lọc bụi sẽ đưa bụi đến thùng chứa Cuối cùng, việc mở van ở cuối thiết bị giúp bụi di chuyển đến thùng chứa.
Dòng khí sau khi đi qua túi vải là khí sạch có nồng độ bụi không quá 200 mg/Nm3, đạt tiêu chuẩn Việt Nam QCVN 19:2009/BTNMT loại B và được dẫn đến ống khói để thải ra ngoài môi trường Phần bụi thu được sẽ được đem đi xử lý theo quy định.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ XỬ LÝ
Các thông số cơ bản
Bảng 2: Thông số đầu vào
T Thông số Giá trị ban đầu Nồng độ C (loại
4 Khối lượng riêng của hạt bụi 850
5 Áp suất (atm) 1 ˗ Độ nhớt không khí ở 50˚C là: μ= μ o × ( T T o ) 3 /2 × ( T T o +110+110 ) ¿1.81×10 −5 × ( 323.15293.15) 3/ 2 × ( 293.15+323.15+110110) =1.95 ×10 −5 (Pa s ) ˗ Khối lượng riêng không khí ở 50˚C: ρ g =ρ o × ( P P o ) × ( T T o ) =1.2× ( 11) × ( 293.15323.15) =1.09 ( kg / m 3 ) ˗ Tính toán Cmax:
Cmax = C × K P × K V =¿ 200 ×0.9×10mg/Nm 3 Trong đó:
C max : Nồng độ tối đa cho phép của các thông số ô nhiễm trong khí thải công nghiệp (mg/Nm 3 )
C: Nồng độ của bụi quy định tại mục 2.2 QCVN 19:2009/BTNMT, mg/Nm 3
K P : Hệ số theo lưu lượng nguồn thải, quy định tại mục 2.3 QCVN 19:2009/BTNMT
K V : Hệ số vùng, khu vực quy định tại mục 2.4 QCVN 19:2009/BTNMT
Bảng 3: Hệ số lưu lượng nguồn thải K P
Lưu lượng nguồn thải (m 3 /h) Giá trị hệ số K P
Bảng 4: Hệ số vùng, khu vực K v
Phân vùng, khu vực Hệ số K v
Loại 1 Nội thành đô thị loại đặc biệt và đô thị loại I; rừng đặc dụng; di sản thiên nhiên, di tích lịch sử văn hóa được xếp hạng; cơ sở sản xuất, chế biến, kinh doanh, dịch vụ có khoảng cách ranh giới đến khu vực này dưới 02 km
Loại 2 Nội thành, nội thị đô thị loại II, III, IV; Vùng ngoại thành đô thị loại đặc biệt, đô thị loại I có khoảng cách đến ranh giới nội thành lớn hơn hoặc bằng 02 km; cơ sở sản xuất nông 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 02 km.
Loại 3 Khu công nghiệp; đô thị loại IV; vùng ngoại thành, ngoại thị đô thị loại II, III, IV có khoảng cách đến ranh giới nội thành, nội thị lớn hơn hoặc bằng 02 km; cơ sở sản xuất, chế biến, kinh doanh, dịch vụ có khoảng cách đến ranh giới các khu vực này dưới 02 km.
Loại 5 Nông thôn miền núi 1.4
→Chọn Kv = 1 (Loại 3 -LÔ B10 -B, KHU B, KCN BECAMEX - BÌNH PHƯỚC, PHƯỜNG MINH THÀNH, THỊ XÃ CHƠN THÀNH, BÌNH PHƯỚC)
- Ở điều kiện thường t = 50 0 C, nồng độ ra:
Bảng 5: Bảng phân phối cỡ hạt của nhà máy Đường kính % khối
Tính toán
Sự thay đổi của chụp hút phụ thuộc vào góc α của chụp hút Góc α càng lớn thì vận tốc tại chụp Vmax càng lớn so với vận tốc trung bình Vtb Chọn góc α của chụp hút là
Lưu lượng đi vào chụp hút Q = 40000 m 3 /h
Chọn vận tốc vào chụp hút Vvào = 20 m/s Đường kính ống hút:
Vậy chọn đường kính ống hút là 0.9 m
Chụp hút hình chữ nhật với kích thước 1 x 1.2 m
Diện tích tiết diện vào chụp hút: F = 1 x 1.2 = 1.2 m 2
Hình 12: Kích thước cơ bản cyclone theo đường kính
File excel: https://docs.google.com/spreadsheets/d/16pfByouwKZvUuLgTgP7AScZ0nuFbX5nc/ edit?usp=sharing&ouid6184047706873437280&rtpof=true&sd=true
Chọn Cyclone Staimand Chọn B=2 (theo hình 13)
Biết B: Tham số độ dốc (Hình 13) (B càng lớn → Hiệu suất xử lý càng cao)
Vin: Vận tốc vào chụp hút
Hình 13: Hệ số B (B càng lớn thì khả năng xử lý càng cao)
Từ hình 12 và D đã chọn ở phần 4.2.1, ta có:
H/D = 0,5 => H = 0,45 m W/D = 0,2 => W = 0,18 m De/D = 0,5 => De = 0,45 m Lb/D = 1,5 => Lb = 1.35 m Lc/D = 2,5 => Lc = 2.25 m S/D = 0,5 => S = 0,45 m Dd/D = 0,375 => Dd = 0,34 m
Bảng 6: Bảng tính toán hiệu suất tổng khi đi qua cyclone dpj(μm)m) 2.5 6 8.5 15 30 50 85 η j = 1
- Nồng độ bụi sau xử lý:
→ Đầu vào của lọc bụi túi vải
- Tổn thất áp suất của cyclone:
→ ∆ P nằm trong ngưỡng có thể chấp nhận được (từ 1000 - 2000 Pa)
* Khối lượng bụi thu trong 1 ngày:
+ Khối lượng hệ khí đi vào cyclone:
Q: lưu lượng dòng khí (m 3 /h) ρ hh k : khối lượng riêng của hỗn hợp khí (kg/m 3 ) ρ hh k =ρ p × C v à o ρ gas ×100+( 1− ρ gas C × v à o 100) × ρ gas = 850× 6200× 1.09× 10 100 −6 + ( 1− 6200 1.09 ×10 ×100 −6 ) ×1.09=1.14 ( kg / m 3 )
+ Nồng độ bụi hệ khí (tính theo % khối lượng) đi vào cyclone: y v à o =C v à o ρ hhk b00×10 −6
1.14 ×100=0.54 % + Nồng độ bụi hệ khí (tính theo % khối lượng) đi ra khỏi cyclone: y ra =y và o ×(1−H)=0.54×(1−0.7418)=0.14 %
+ Khối lượng khí đi ra khỏi cyclone:
+ Khối lượng khí sạch đi ra khỏi cyclone:
+ Lượng bụi thu được từ cyclone:
+ Lưu lượng đi ra cyclone:
+ Năng suất của cyclone theo lượng khí sạch hoàn toàn:
+ Lượng bụi thu được sau 16h vận hành: (Làm việc 16h/ngày đêm)
+ Thể tích bụi thu được trong 16h:
+ Ta có thùng chứa bụi có kích thước:
Công suất quạt thổi w f =Q× ∆ P=1.59×1004.5897.28(W) 1.60(kW)
Q: lưu lượng khí vào mỗi cyclone, m 3 /s; Q ' =Q tổng , giây
∆ P: tổn thất áp suất của cyclone, Pa
Chọn vật liệu là thép carbon CT3 để gia công thiết bị: (Tham khảo Sổ tay QTTB tập 2)
Bảng 7: Thông số vật lý của thép carbon CT3
STT Thông số Kí hiệu Giá trị Đơn vị
3 Chiều dày tấm thép b 4 - 20 mm
6 Khối lượng riêng ρ 7850 kg/m 3 ˗ Xác định ứng suất cho phép của thép CT3:
Trong đó: (Tham khảo bảng XIII.3 trang 356, Sổ tay QTTB tập 2) η k : hệ số an toàn bền kéo, η k =2.6 η c : hệ số an toàn bền chảy, η c =1.5 η: hệ số điều chỉnh, η=1 (cho nhóm thiết bị 2, loại II, bảng XIII.2 trang 356,
- Chiều dày thiết bị cyclone:
Dt: đường kính trong của cyclone, m φ h : hệ số bền mối hàn, φ h = 0.95 (đối với kiểu hàn tay bằng hồ quang điện cho thép carbon với Dt ≥ 0.7m, tham khảo bảng XIII.8 trang 362, Sổ tay QTTB tập 2). p*: Áp suất thủy tĩnh (P ¿ =g × ρ w × H=9.81×1000×5I050(N/m 2 ) ) Áp suất tính toán trong thiết bị:P= pmt+p* 6 + 49050=1.049x10 6 (N¿¿m 2 )¿
Với: C0: hệ số quy tròn kích thước, C0 = 0.5 mm
C1: hệ số bổ sung do bào mòn hóa học trong thời hạn sử dụng thiết bị là 15 năm với tốc độ ăn mòn (0.05-0,1mm/năm, Chọn C1 = 1mm)
C2: hệ số bổ sung do bào mòn cơ học, C2 = 0.4 mm
C3: hệ số bổ sung do dung sai âm, C3 = 0.4 mm
(Tham khảo Sổ tay QTTB tập 2, trang 363)
Kiểm tra ứng suất của thành theo áp suất thử (dùng nước): Áp suất thử Pth được tính theo công thức (Bảng XIII – 5 – trang 358 – Sổ tay quá trình thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, NXB Khoa Học và Kỹ Thuật)
Pth = 1.5 × Plv = 1.5 × 1.049x10 6 = 1.57 × 10 6 Ứng suất theo áp suất thử tính toán: σ=D t +(S−C)× P t
Vậy thân tháp có bề dày S= 6mm thỏa mãn điều kiện bền và áp suất làm việc
4.2.3 Tính toán lọc túi vải
Bảng 8: Nồng độ đầu vào
Nồng độ bụi Lưu lượng Nhiệt độ
Nồng độ đầu ra theo QCVN 19:2009/BTNMT loại B là C max , ra 6.07mg/m 3 , suy ra được hiệu suất túi vải cần xử lý: η=C v −C r
Túi lọc bụi cho nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi, Quá trình sản xuất thức ăn chăn nuôi thường tạo ra một lượng lớn bụi, bao gồm bụi nguyên liệu, bụi vỏ, bụi bột,
… Những bụi này có thể chứa hơi ẩm và tinh dầu từ nguyên liệu sản xuất thức ăn Vì vậy hệ thống lọc bụi của nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi thường sử dụng túi lọc bụi vải PE chịu nước chịu dầu để đảm bảo được công suất cũng như hiệu quả lọc bụi của hệ thống 7
Túi vải hình trụ, chọn vải lọc bụi PE550 cho túi vải Túi lọc bụi PE550 được sản xuất bằng vật liệu vải polyester hay gọi là túi lọc bụi polyester, chuyên dùng để lọc bụi trong công nghiệp Chịu được nhiệt độ cao, bền trong mọi môi trường.
Bảng 9: Thông số kỹ thuật túi học bụi PE550 ( http://sanphamloc.net/tui-loc-bui-pe-550-chat-luong-cao/)
T Tên số liệu Thông số vải lọc bụi
7 https://vinatro.com.vn/tui-loc-bui-cho-nha-may-san-xuat-thuc-an-chan-nuoi/
7 Chịu nhiệt làm việc thời gian ngắn 150 o C
8 Chịu nhiệt làm việc liên tục ≤130 o C
Theo thầy Trần Ngọc Chấn, giáo trình ô nhiễm không khí và kỹ thuật xử lý khí thải trang 162 thì lựa chọn thiết bị lọc túi vải với các thông số là:
Hệ số A/C: V f đối với tuần hoàn vải lọc bằng khí nén sẽ nằm trong khoảng 2 - 3.5 (m/min), chọn V f = 3.5 (m/min)= 210(m/h)= 0.0583 (m/s) = 11.48 (ft/min) (trang 377 trong Air Pollution Control Technology Handbook của Frank Kreith).
Thiết kế thành 14 hàng mỗi hàng 11 túi đều trong 1 đơn nguyên + 1 hàng dự phòng
15 hàng ngang x 11 hàng dọc 5 túi vải
- Vận tốc khí mỗi túi vải phải chịu đựng:
- Vận tốc khí mỗi túi vải phải chịu đựng khi có 1 hàng nghỉ để phun khí nén hoặc có 1 hàng bị hỏng (lúc này xem như mất đi hàng phun khí nén hoặc hàng hỏng vì hàng này không lọc bụi trong thời gian nén) (Tức là lúc này gồm có 144 túi)
- Vận tốc khí mỗi túi vải phải chịu đựng khí có 1 hàng nghỉ để phun khí nén và có
Ta có thể dễ dàng thấy được V f 1, V f 2 , V f 3 nhỏ hơn so với vận tốc ban đầu (A/C ratio)
Vf = 0.0583 m/s, vậy khi có 1 hàng ngưng để phun khí nén và 1 hàng hỏng không hoạt động được thì vận tốc khí túi vải chịu đựng vẫn nhỏ hơn so với vận tốc ban đầu, vậy chọn 165 túi vải là hợp lý.
* Kích thước hệ thống lọc bụi túi vải:
Khoảng cách giữa các ống (ngang dọc như nhau): 8-10 cm, chọn 10cm Vì ở khoảng cách này các túi vải sẽ cách nhau 1 khoảng đủ để khi phun khí nén sẽ không rơi ra nhưng lại bám vào túi vải ở hàng kế bên.
Khoảng cách tối ưu từ đầu ống tay áo lọc bụi đến thành thiết bị là 10 cm Khoảng cách này cho phép bụi xâm nhập vào phần vải phía trong để lọc, giúp hiệu suất lọc cao hơn so với khoảng cách nhỏ hơn (8 cm).
- Kích thước của thiết bị:
Ltb = n × D túi vải +(n+1) × khoảng cách giữa các hàng túi vải ¿15×0.15+16×0.1=3.85m 4m
Trong đó: n là số hàng của túi vải
Wtb = m × D túi vải + (m +1)× khoảng cách giữa các túi vải ¿11×0.15+12×0.1=2.85m 3m
Trong đó: m là số túi của 1 hàng
- Chọn chiều cao của thiết bị:
+ Chiều cao phễu xả bụi = 1.5m
+ Chiều cao thùng chứa bụi = 0.5m
+ Chiều cao hệ thống xả bụi tự động = 1m
+ Chiều cao phía dưới túi vải = 0.5m
+ Chiều cao phía trên túi vải = 1m
- Vậy chiều cao thiết bị lọc túi vải:
Ta có Cin 00.84 (mg/m 3 ) và Cout= 166.07mg/m 3 Vậy hiệu suất xử lý mong muốn:
Chọn khả năng xử lý bụi mong muốn khi qua hệ thống lọc túi vải %
* Khối lượng bụi thu được:
- Lượng hệ khí vào túi vải:
- Nồng độ bụi trong hệ khí đi vào thiết bị túi vải: yv = C ρ b k ×10000.84×10 −6
- Nồng độ bụi trong hệ khí ra khỏi thiết bị: yr = yv × (1 - ŋ) = 0.14 × (1 – 0.9) = 0.014 (%)
- Lượng hệ khí ra khỏi thiết bị:
- Lượng khí sạch hoàn toàn:
- Lưu lượng hệ khí đi ra khỏi thiết bị:
- Năng suất của thiết bị lọc theo lượng khí sạch hoàn toàn:
- Thể tích bụi thu được trong 1 ngày: (Làm việc 16h/ngày đêm)
→ Chọn kích thước thùng chứa bụi cho túi vải với tần suất thu 1 ngày/1 lần
- Hiệu suất sau khi ra khỏi hệ thống lọc túi vải
Hiệu suất sau khi qua lọc túi vải: 90.02 % > hiệu suất cần xử lý là 89.63% → Quá trình xử lý đạt yêu cầu.
-Tổn thất áp suất của túi vải:
∆ P : Tổn thất áp suất của thiết bị, inH 2 O
V f : Vận tốc lọc bằng khí nén, Vf = 11.48 ft/min (3.5 m/min)
Vậy ∆ P sẽ chạy trong khoảng: 11.71 < ∆ P < 27.33 (inH2O) [Thỏa mãn điều kiện
* Chọn máy nén khí dùng để rũ bụi:
- Chọn áp suất chịu tải của túi vải:
Chọn thiết bị lọc bụi tay áo có hệ thống phụt khí nén kiểu xung lực để giũ bụi
Thời gian rũ bụi rất ngắn thường nằm trong khoảng 100ms đến 200ms (0.1s đến 0.2s) (trang 355 trong Air Pollution Control Technology Handbook của Frank Kreith),
Ta chọn thời gian rũ bụi là 0.2s
- Quá trình rũ bụi bằng valve điện tử được gắn trực tiếp trên mỗi hàng ống dẫn khí (gồm có 13 hàng ống dẫn khí, mỗi hàng có 12 ống thổi thẳng và ống tay áo).
- Lưu lượng rũ bụi cho mỗi túi vải khoảng 12 l/s, áp suất trong khoảng 0.4 - 0.8 MPa
→Chọn áp suất là 0.8 Mpa = 8 atm
- Thể tích một túi lọc:
V 1 : thể tích một túi lọc, m3
D: đường kính làm việc của túi lọc, D = 0.15 m
L: chiều dài làm việc của túi lọc, L =4 m
- Thể tích một hàng túi lọc:
Trong đó: n: số túi vải của một hàng
Trong đó: ˗ p là áp suất khối khí ˗ V là thể tích khối khí ˗ n là số mol của khối khí ˗ R là hằng số khí ˗ T là nhiệt độ khối khí
Do lượng khí nén cần sử dụng để rũ bụi ở mỗi ống túi vải bằng với thể tích của nónên với điều kiện ở áp suất 8atm (cho nhiệt độ, khối lượng riêng không đổi), vậy nên:
- Thể tích khí nén cho mỗi lần rũ bụi:
- Lưu lượng khí nén cho mỗi lần rũ bụi:
Do hiệu suất lọc của thiết bị lọc túi vải là 90.02% Do đó lượng bụi mà túi vải lọc được là:
- Lượng bụi còn lại sau xử lý là:
Csau xử lý = C𝑉ào – Cvải = 1600.84– 1441.08= 159.76 mg/m 3 < Cr = 166.07 mg/m 3
→ Sau xử lý nồng độ bụi ra đạt yêu cầu của tiêu chuẩn
