đồ án môn xử lý khí thải, tính toán thiết bị cyclone

vc của hạt phụ thuộc vào hình dáng, kích thước, khối lượng của hạt, cũng như khối lượng đơn vị, độ nhớt của môi trường.Trong không khí, bụi tồn tại dưới dạng 1 tập hợp các hạt rắn có kíc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

KHÓA: 2013

Tp.HCM, tháng … năm …

LỜI MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, nền khoa học kỹ thuật của thế giới đã có những sự phát triểnvượt bậc, song song với đó, nền công nghiệp thế giới cũng đã đạt đến trình độ kỹ thuật cao, vớinhiều thành tựu đáng ghi nhận Cùng với sự phát triển ấy, mức sống của con người cũng đượcnâng cao và nhu cầu của con người cũng thay đổi Tuy nhiên, hệ quả của sự phát triển ấy là mộtloạt các vấn đề về môi trường như trái đất nóng lên, ô nhiễm không khí, ô nhiễm nguồn nước,mực nước biển dâng hay biến đổi khí hậu … Trước thực trạng ấy con người đã có ý thức về bảo

vệ môi trường, ý thức về mối quan hệ giữa “phát triển kinh tế” và “bảo vệ môi trường”

Vấn đề “phát triển bền vững” đã không còn xa lạ và đây là mối quan tâm không của riêng

ai đặc biệt là các nước đang trên đà phát triển như Việt Nam chúng ta Ngày nay ô nhiễm khôngkhí đang là một vấn đề đáng quan tâm của Việt Nam cũng như toàn thế giới Khi tốc độ đô thịhóa ngày càng nhanh, số lượng các khu công nghiệp, khu chế xuất ngày càng tăng, ngày càngnhiều bệnh tật ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người liên quan đến vấn đề ô nhiễmkhông khí Các bệnh về da, mắt, đặc biệt là đường hô hấp Vì vậy việc xử lý bụi và khí thải trongquá trình sản xuất là điều tất yếu phải có trong các khu công nghiệp, nhà máy để bảo vệ môitrường không khí và hết sức cần thiết để đảm bảo sự phát triển bền vững

Phạm vi của đồ án môn kỹ thuật xử lý khí thải, tôi đã thực hiện đồ án này-tính toán thiết kế

hệ thống thiết bị xử lý khí thải bụi của nhà máy sản xuất nhựa, cao su với năng suất 60000 m3/h

Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đở, hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Tấn Dũng Đểtránh xảy ra sai xót rất mong nhận được những ý kiến đóng góp từ phía các thầy cô và mọi ngườigóp phần cho đồ án được hoàn thiện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

TP.HCM KHOA CN HÓA HỌC - THỰC PHẨM

- Quy hoạch mặt bằng để lắp đặt hệ thống thiết bị

- Lựa chọn thiết bị lọc khí bụi thích hợp

- Tính toán các thông số cho thiết bị lọc khí, bụi

- Thiết kế thiết bị lọc khí bụi

- Giá thành của thiết bị

NHẬN XÉT CUẢ GVHD

………

………

Bụi phát sinh

Chụp hút

Hệ thống đường ống

Lắng quán tính

xiclon

Khí sạch Quạt hút

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Điểm bằng số: … ; Điểm bằng chữ: ………

Tp.HCM, ngày … tháng … năm 201…

Giáo viên hướng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên)

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ BỤI VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.2 TỔNG QUAN VỀ BỤI VÀ THÀNH PHẦN CỦA BỤI

1.2.1 Khái niệm chung về bụi và phân loại

1.2.1.1 Khái niệm chung về bụi

Các phần tử chất rắn thể rời rạc (vụn) có thể được tạo ra trong các quá trình nghiền, ngưng kết, và các phản ứng hóa học Dưới tác dụng của các dòng khí hoặc không khí, chúng chuyển thành trạng thái lơ lửng và trong những điều kiện nhất định chúng tạo ra thứ vật chất mà mọi người gọi là bụi

Bụi là một hệ thống gồm 2 pha: pha khí và pha rắn rời rạc, đó là các hạt có kích thước nằmtrong khoảng từ kích thước nguyên tử đến kích thước nhìn thấy đượcbằng mắt thường, có khả năng tồn tại trong thời gian dài ngắn khác nhau

Sol khí (aerozon) cũng là hệ thống vật chất rời rạc từ các hạt thể rắn và thể lỏng ở dạng lơ lửng trong thời gian dàikhông hạn định Tốc độ lắng của chúng rất bé

Aerozon thô có thể xem là đi là đồng nghĩa với bụi Chúng có thể có kích thước hạt đồng nhất hoặc không đồng nhất

Bụi thu giữ được hoặc bụi đã lắng đọng thường đồng nghĩa với khái niệm “bột” – loại vật chất vụn, rời rạc

Kích thước của hạt bụi δ là đường kính, độ dài cạnh của hạt hoặc là lỗ rây, kích thước lớn nhất của hình chiếu của hạt

Đường kính tương đương δtđ của hạt có hình dáng bất kỳ là đường kính hình cầu có thể tíchbằng thể tích của hạt bụi

Vận tốc lắng chìm vc của hạt bụi là vận tốc của hạt trong môi trường tỉnh dưới tác dụng của trọng lực vc của hạt phụ thuộc vào hình dáng, kích thước, khối lượng của hạt, cũng như khối lượng đơn vị, độ nhớt của môi trường.

Trong không khí, bụi tồn tại dưới dạng 1 tập hợp các hạt rắn có kích thước khác nhau cùngkhuếch tán trong không khí Duy chỉ có các loại bụi có nguồn gốc từ hơi ngưng tụ lại sẽ cho loạibụi có kích thước thuần nhất Tùy thuộc vào kích thước và trọng lượng riêng, hạt bụi có thể tồntại lâu hay mau trong không khí

Về nguồn gốc, bụi được chia làm 2 loại: bụi hữu cơ (có nguồn gốc từ động – thực vật), bụi

vô cơ (bụi kim loại, bụi khoáng chất) và bụi hỗn hợp

1.2.1.2 Phân loại bụi

Về hình dáng, bụi được phân thành 3 dạng: dạng mảnh (mỏng), dạng sợi và dạng khối

Về kích thước, bụi được phân chia thành các loại sau:

- Bụi thô, cát bụi (grit): gồm các hạt bụi chất rắn có kích thước δ > 75 µm

- Bụi (dust): các hạt chất rắn có kích thước nhỏ hơn bụi khô 75 µm > δ > 5 µm, được hình thành từcác quá trình cơ khí như nghiền, tán, đập,…

- Khói (smoke): gồm các hạt chất rắn hoặc lỏng có kích thước nhỏ hơn bụi khô 5µm > δ > 1µm,được tạo ra do quá trình đốt nhiên liệu hoặc quá trình ngưng tụ

- Khói mịn (fume): gồm các hạt chất rắn rất mịncó kích thước δ < 1 µm

- Sương (mist): các hạt chất lỏng có kích thước δ < 10 µm Khi ở nồng độ cao chúng sẽ làm giảmtầm nhìn thì chúng được gọi là sương giá (fog)

Theo tính kết dính của bụi, gồm có các loại:

- Bụi không kết dính: xỉ thô, 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, có các loại bụi như:

- Bụi có điện trở thấp: nhanh bị trung hòa về điện, dễ lôi trở lại dòng khí

- Bụi có điện trở trung bình: thích hợp cho các phương pháp xử lý

- Bụi có điện trở cao: hiệu quả xử lý không cao

1.2.2 Tính chất của bụi

1.2.2.1 Độ phân tán các phân tử

Kích thước hạt là một thông số cơ bản của bụi Việc lựa chọn các hạt bụi phụ thuộc vàothành phần phân tán của bụi tách được Các thiết bị đặc trưng cho kích thước hạt bụi là đại lượngvận tốc lắng của chúng cũng như đường kính lắng

Các hạt bụi công nghiệp có đường kính rất khác nhau, cho nên nếu cùng khối lượng chúngcũng sẽ lắng với những vận tốc khác nhau (những hạt càng gần với hình tròn thì tốc độ lắng càngnhanh hơn

Kích thước của hạt bụi đặc trưng cho độ phân tán của chúng

1.2.2.2 Tính kết dính của bụi

Các hạt bụi luôn có xu hướng kết dính lại với nhau, với độ kết dính cao như vậy sẽ gây ratình trạng bệ nghẹt hệ thống tách bụi của các thiết bị ở vị trí cục bộ hoặc trên toàn bộ hệ thống Vìvậy , người ta thường thiết lập giới hạn sử dụng theo độ kết dính của các hạt bụi.

Đối với bụi có kích thước càng nhỏ thì khả năng kết dính, bám lên bề mặt thiết bị càngcao; đặc biệt là bụi có 60-70% hạt có đường kính δ < 10 µm thì rất dễ dẫn đến dính bết, còn hạt

có đường kính δ > 10 µm thì dễ trở thành tơi xốp

1.2.2.3 Độ mài mòn của bụi

Độ mài mòn của bụi đặc trưng cho khả năng mài mòn kim loại khi chuyển động cùng mộtvận tốc và một nồng độ bụi Độ mài mòn của bụi phụ thuộc vào hình dạng, kích thước, độ cứng

và mật độ của chúng

Tính chất này khá quan trọng, do đó cần chú ý đến độ mài mòn của kim loại khi tính toánthiêt kế hệ thống

1.2.2.4 Độ thấm ướt của bụi

Độ thấm ướt của bụi ảnh hưởng đến hiệu quả làm việc của các thiết bị tách bụi kiểu ướt,đặc biệt là các thiết bị làm việc tuần hoàn

Theo tính chất thấm ướt các vật liệu rắn, chúng được chia làm 3 loại:

- Vật liệu lọc nước: dễ thấm nước (canxi, thạch cao, phần lớn silicat và khoáng vật được oxy hoá,halogenua của kim loại kiềm,…)

- Vật liệu kỵ nước: khó thấm nước (grafit, than, lưu huỳnh)

- Vật liệu nước tuyệt đối: (paraffin, nhựa Teflon, butim)

1.2.2.5 Độ hút ẩm của bụi

Khả năng hút ẩm của bụi phụ thuộc vào hình dạng, độ nhám, kích thước cũng như thànhphần hóa học của bụi Độ hút ẩm của bụi sẽ tạo điều kiện tách bụi trong cách thiết bị lọc bụi kiểuướt

1.2.2.6 Độ dẫn điện của bụi

Độ dẫn điện của bụi phụ thuộc vào tính chất, cấu trúc của từng hạt riêng rẽ và các thông sốcủa dòng khí Chỉ số này được đánh giá theo chỉ số điện trở suất của bụi, nó ảnh hưởng rất lớnđến khả năng làm việc của các bộ lọc bụi tĩnh điện

1.2.2.7 Sự tích điện của lớp bụi

Sự tích điện của bụi sẽ phụ thuộc vào phương pháp tạo thành, thành phần hóa học và tínhchất vật chất mà chúng tiếp xúc Sự tích điện của bụi ảnh hưởng đến hiệu quả tách của chúngtrong cách thiết bị lọc khí

1.2.2.8 Tính tự bốc nóng và tạo hỗn hợp dễ nổ với không khí

Cường độ nổ phụ thuộc vào tính chất hóa học, tính chất nhiệt, kích thước, hình dạng vànồng độ của bụi trong không khí Bụi càng nhỏ thì diện tích tiếp xúc với oxy càng lớn, khi đó bụicàng dễ bốc cháy, dễ gây nổ khi có mồi lửa

Các hạt có khả năng bắt lửa như bụi hữu cơ (sơn, sợi, plastic), một số bụi vô cơ như nhôm,kẽm, magie,…

1.2.2 Thành phần của bụi

Tùy theo nguồn gốc phát sinh ra bụi mà chúng có thành phần khác nhau, đa số là bụi hô hấp (bụi có kích thước δ < 5 µm) Nồng độ bụi cao nhất là ở khu vực máy cán, giai đoạn đổ phụ gia lên keo trên khe trục cán, khu vực chứa nguyên liệu…

Bụi có thành phần silic dioxyt, khi hàm lượng silic dioxyt tự do cao có thể gây xơ hóa phổimạnh Bên cạnh đó bụi còn bị nhiễm hóa chất trong quá trình sản xuất cũng gây nhiễm độc chungkhi hấp thụ qua da và hệ hô hấp

 Đối với thực vật: ảnh hưởng đến quá trình quang hợp, hô hấp và thoát hơi nước; cản trở sự pháttriển, năng suất của cây trồng,…

 Đối với động vật: ảnh hưởng đến khả năng hô hấp, kích thích các bệnh dị ứng của động vật

 Đối với con người: Nhờ có hệ thống hô hấp mà ta có thể cản và loại trừ được 90% bụi có kíchthước khoảng trên 5 µm Các hạt bụi nhỏ dưới 5 µm có thể theo không khí thở vào đến tận phếnang, ở đây cũng được các lớp niêm dịch và đại thực bào ăn và loại ra được khoảng 90% hạt bụi

ở phổi Số bụi còn lại đọng ở đường hô hấp trên có thể gây ra nhiều bệnh như:

- Bệnh phổi nhiễm bụi

Là một vấn đề lớn trong bệnh lý nghề nghiệp trong khoảng vài chục năm trở lại đây, chiếm khoảng 40-70% bệnh nghề nghiệp nội thương Vài số liệu thống kê cho ta thấy rõ tính chất trầm trọng và yêu cầu phòng chống cấp bách bệnh này Ở Mỹ, từ 1950-1955 đã phát hiện được 12.763 công nhân bị mắc bệnh phổi nhiễm bụi đá (silicose), có 75% bệnh nhân tuổi hơn 50

Ở Việt Nam qua điều tra cho thấy thợ mỏ tỷ lệ mắc bệnh phổi nhiễm bụi than và đá là 3,5%, thợ lò gạch chịu lửa ở Thanh Trì và Cầu Đuống mắc silicose từ 10,2-12,9%, thợ làm fibrocement nhiễm bụi amiant là 5,5%

0,7-Một số điều tra gần đây cho thấy tỉ lệ bệnh bụi phổi Silic ở miền Trung là 14,08% (N N Cảnh và ctv, 1992) Trong ngành đúc cơ khí, tỉ lệ này ở Việt nam lên đến 40% (N.V Hoài và ctv,1992)

Bệnh phổi nhiễm bụi là nhóm bệnh do nguyên nhân nghề nghiệp, gây ra do hít phải các loại chủ yếu là bụi khoáng và kim loại, dẫn tới hiện tượng xơ hóa phổi, làm suy giảm chức năng hô hấp (bệnh bụi phổi bông là một dạng bệnh lý khác, bệnh lý phế quản) Tùy theo loại bụi hít phải

mà có các bệnh phổi nhiễm bụi mang tên khác nhau

- Các bệnh khác do bụi gây ra

Bệnh ở đường hô hấp: tùy theo loại bụi mà gây ra các loại bệnh viêm mũi, họng, khí phế quản khác nhau Bụi hữu cơ, lông, sợi, gai, lanh dính vào niêm mạc gây ra viêm phù thũng, tiết nhiều niêm dịch; bụi bông, lanh, gai có thể gây co thắt phế quản; viêm, loét trong lòng phế quản Bụi vô cơ rắn, cạnh sắc nhọn, ban đầu thường gây ra viêm mũi phì đại làm cho niêm mạc dày lên,tiết nhiều niêm dịch làm cho hít thở không không khí khó khăn, vài năm sau chuyển thành thể viêm mũi teo, giảm chức năng lọc giữ bụi, làm cho bệnh bụi phổi dễ phát sinh Loại bụi crom, arsen còn gây viêm loét thủng vách mũi vùng trước sụn lá mía

Loại bụi gây dị ứng: bụi bột, bụi len, bột thuốc kháng sinh có thể gây ra viêm mũi, viêm phếquản dạng hen

Bụi Mangan, phosphat, bicromat kali còn gây bệnh viêm phổi do nó làm thay đổi tính miễn dịch sinh học của phổi

Một số bụi kim loại mang tính phóng xạ còn gây bệnh ung thư phổi như bụi cobalt, kền, crom, nhựa đường

Bệnh ngoài da: bụi đồng có thể gây nhiễm khuẩn da rất khó chữa Bụi còn tác động lên các tuyến nhờn, làm cho khô da, phát sinh các bệnh da như trứng cá, viêm da, gặp ở công nhân đốt lò hơi, thợ máy, sản xuất xi măng, sành sứ

Bụi còn kích thích lên da, sinh mụn nhọt, lở loét như bụi vôi, thiếc, dược phẩm, thuốc trừ sâu, đường

Bụi nhựa than còn có tác dụng quang học trên vùng da để hở dưới tác dụng của ánh sáng làm da sưng tấy, đỏ như bỏng, rất ngứa, còn làm cho mắt sưng đỏ, chảy nước mắt, các hiện tượngnày sẽ không xảy ra nếu làm việc ở trong bóng râm hoặc làm việc về đêm

Bụi còn gây ra chấn thương ở mắt: do không mang kính phòng hộ nên bụi bẩn vào mắt kích thích màng tiếp hợp, lâu dần gây ra viêm màng tiếp hợp, viêm mi mắt

Bụi kiềm hoặc bụi axit có thể gây ra bỏng giác mạc, để lại sẹo lớn làm giảm thị lực hoặc mùmắt Bụi kim loại như phoi bào, phoi tiện bắn vào mắt gây ra các vết thương trên màng tiếp hợp

và có thể tổn thương giác mạc, về sau để lại sẹo làm giảm thị lực, nặng hơn có thể làm mù mắt Bệnh ở đường tiêu hóa: bụi đường, bột có thể làm sâu răng, do bụi động lại trên mặt răng, bị

vi khuẩn phân giải thành axit lactic làm hỏng men răng

Bụi kim loại, bụi khoáng to, nhọn, cạnh sắc vào dạ dày có thể có ảnh hưởng, gây rối loạn tiêu hóa

 Bên cạnh đó, bụi còn ảnh hưởng đến mỹ quan đô thị, làm tăng khả năng ăn mòn các công trình xây dựng, vật liệu, máy móc,…và đặc biệt là nguồn nước

1.4.1 Thiết bị lắng bụi bằng lực quán tính

Thiết bị này lợi dụng tác dụng của lực quán tính để làm thay đổi chiều hướng chuyển độngcủa dòng khí một cách liên tục, lặp đi lặp lại bằng nhiều loại vật cản có hình dáng khác nhau Khi

đó, bụi do có lực quán tính lớn sẽ không thể thay đổi hướng chuyển động ngay được mà sẽ giữhướng chuyển động ban đầu của mình, rồi va đập với các vật cản rồi bị giữ lại đó hoặc bị mấtđộng năng Khi đó vận tốc của bụi sẽ đột ngột bị giảm, nhờ đó mà các hạt bụi sẽ bị ép vào thànhvật cản và rơi vào bẫy bụi Tại đây khí sẽ được hất ngược trở lên và đi ra ngoài, còn bụi trong bẫythì rơi xuống phiễu chứa bụi của thiết bị dưới tác dụng của trọng lực và bị giữ lại, sau đó đượcchuyển ra ngoài

Vận tốc của thiết bị khoảng 1m/s, còn ở ống thì khoảng 10m/s Hiệu quả của thiết bị lắngbụi bằng lực quán tính đạt 65 - 80% đối với bụi có kích thước hạt δ (25-30) µm Trở lực củachúng khoảng 150 – 390 N/m2

Các dạng khác nhau của thiết bị lọc bụi bằng lực quán tính:

Khí bẩn

Bụi

Khí sạch Khí bẩn

Bụi

Khí bẩn Khí sạch

Bụi

Khí bẩn

Bụi Khí sạch

Cĩ vách ngăn Với chỗ quay khí nhẵn Cĩ chĩp mở rộng Nhập khí ngang hơng

Hình 1.3: Thiết bị lắng bụi quán tính

Hình 1.2: Thiết bị lọc bụi bằng lực quán tính kiểu Venturi

Hình 1.3: Thiết bị lọc bụi bằng lực quán tính kiểu màn chắn uốn cong.

Khí bụi

Khí bụi

Khí sạch

Hình 1.4: Thiết bị lọc bụi bằng lực quán tính kiểu “lá sách”

Hình 1.5: Thiết bị lọc bụi bằng lực quán tính kết hợp với thùng lắng bụi

 Ưu điểm của thiết bị lắng bụi bằng lực quán tính:

- Chế tạo đơn giản, cấu tạo gọn nhẹ

- Tổn thất áp suất thấp hơn các thiết bị khác

- Khả năng lắng cao hơn buồng lắng

- Năng suất và hiệu suất của thiết bị này tương đối cao

- Được ứng dụng ở quy mơ cơng nghiệp

 Nhược điểm của thiết bị lắng bụi bằng lực quán tính:

- Hiệu quả xử lý khơng cao đối với bụi cĩ kích thước δ < 5 µm

- Chủ yếu để lọc bụi khơ

- Khơng thể phân riêng hệ khí khơng đồng nhất cĩ độ ẩm cao và cĩ tính bám dính, các hạt rắn chuyển động đập vào các mặt phẳng nghiêng sẽ bị dính vào bề mặt, đến một lúc nào đĩ các khe

hở sẽ bị bít lại

1.4.2 Thiết bị lắng bụi bằng lực ly tâm

Thiết bị lọc bụi ly tâm gồm: kiểu nằm ngang, kiểu đứng, kiểu guồng xoắn

1.4.2.1 Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu nằm ngang.