Thông gió và kỹ thuật xử lý khí thả

TS NGUYÊN DUY GỘNG THONG GIO KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI (Tái lần thứ nhất, có bổ sung sửa chữa) M fß í P ĐỌC*"' \L.rr ự C H O N NHÀ XUẤT BẢN GIÁO DỤC ■2000 LỜI Mỏ ĐẨU Đê dần bước cải thiện điều kiện làm việc vệ sinh môi trường khu công nghiệp đô thị cần phải tích cực áp dụng biện pháp tổ chức kỹ thuật nhằm hạn chế giảm thiểu chất độc hại sinh trình sản xuất đời sống sinh hoạt người Trong công trình nhà văn hóa, cung thể thao, câu lạc bộ, triển lăm, trung bày v.v thường có lượng nhiệt ẩm khí c o tỏa lớn, đ ể tạo cảm giác thoải mái đảm bảo yêu cầu vệ sinh cho người cần phải tổ chức hệ thống thơng gió thổi khơng khí làm mát, "sạch" tới vùng làm việc Đối với phân xưởng có tỏa nhiều bụi khí độc hại ngồi việc tổ chức cung cấp khơng khí tới cịn phải có hệ thống hút vận chuyển hỗn hợp khí bụi độc hại phận thu gom, xử lý trước thái vào mối trường xung quanh Với mong muốn thỏa mãn phần vấn đề nêu biên soạn ch sách "Thơng gió kỹ thuật xử lý khí thải" Cuốn sách bao gồm 14 chương, trình bày vấn đề tính tốn nhiệt, ẩm, lượng độc hại tỏa nhà, sở xác định lưu lượng khí cần thiết đ ể khử nhiệt thừa, nước khí độc hại tỏa cơng trình Ch sách cịn nêu lên sổ giải pháp tổ chức thơng gió chống nóng, hút bụi khí độc hại thiết bị cơng nghệ Trong sách cịn trình bày hệ thống vận chuyển khí nén bụi, p h ế thải, thiết bị thu gom bụi, thiết bị loại bỏ khí độc hại khỏi dịng khí thải Cuốn sách sử dụng trường dại học kỹ thuật làm tài liệu giảng dạy, học tập, thiết kế, nghiên cứu cho chun ngành thơng gió, vi khí hậu, kỹ thuật mơi trường bổ ích cho cán bộ, kỹ sự, kỹ thuật viên viện nghiên cứu, thiết kế, tư vấn, quan quản lý vấn đề môi trường đô thị khu công nghiệp, phận chức an toàn, bảo hộ lao động, v.v Chúng xin chán thành cảm ơn Khoa kỹ thuật môi trường, Trường đại học Xây dựng Nhà xuất Giáo dục đỡ giúp đỡ đ ể sách hoàn thành Cảm ơn Giáo sư Trần Ngọc Chấn Phó Giáo sư Tăng Văn Đồn đóng góp ý kiến q báu cho đề cương nội dung sách Do khả trình độ có hạn, chắn khơng tránh khỏi thiếu sót, chúng tơi mong nhận ỷ kiến đóng góp đồng nghiệp bạn đọc TÁC GIẢ CHƯƠ NG KHÁI NIỆM CHUNG 1.1 KHÔNG KHÍ VÀ NHỮNG ĐẶC TÍNH CỦA NĨ Chúng ta biết sức khỏe cảm giác tiện nghi nhiệt người phụ thuộc nhiều vào độ khơng khí, thành phần hỏn hợp khơng khí đặc tính lý hóa Trong đời sống người sinh vật nói khơng khí vơ quan trọng khơng thể thiếu Nhiệm vụ kỹ thuật thịng gió phải tạo mơi trường khồng khí thật có thơng số: nhiệt độ, độ ẩm, vận tốc chuyển động khơng khí V.V phù hợp với yêu cầu mong muốn người lĩnh vực khác Đê giải vấn đề trước hết cần nghiên cứu khái niệm chung mơi trường khơng khí 1.1.1 T h ành phần hỗn hợp khơng khí khơ Khơng khí khơ hỗn hợp nhiều chất khí khác hai thành phẩn chủ yếu Nitơ Ơxy Trong bảng 1-1 cho biết thành phần chất có khơng khí tính theo tỷ lệ phần trầm thể tích trọng lượng Bảng 1-1 Ti lẹ % theo Loại khí Ký hiệu Thể tích Trọng lượng Nitơ n2 78,00 75,00 Ôxy °2 Ar 20,59 23,17 0,93 1,29 co 0,03 0,043 Nêôn, Hêli, Kpiptôn Ne, He, Kr Không đáng kể Không đáng kể Xêmôn, Hyđrô, ôzôn Xe, H2, , Không dáng kể Không đáng kể Argôn Cacboníc Ngồi loại khí nêu đây, khơng khí khơ cịn có bụi, vi trùng mà tỉ lệ nhiều hay tùy thuộc vào địa điểm (thành phố, nỏng thôn, mién núi ), vào điều kiện thời tiết (nhiệt độ, độ ẩm, mưa, gió ) Hiện nay, ngồi loại khí có tự nhiẽn cịn có số chất khí độc hại thải vào khí hoạt động công nghiệp hoạt động khác đời sống người gây Các loại khí thải: c o , C 9, S 02, NOx, H^s, v.v ngày gây tác hại cho người, sinh vật làm nhiễm mồi trường mức độ báo động Vì vậy, cồng nghệ xử lý khí thải khơng thể thiếu sản xuất công nghiệp 1.1.2 C ác thông số lý học khơng khí ẩm Trong thực tế ln luồn có bay nước từ nguồn nước thiên nhiên v.v khơng khí cịn có thành phần quan trọng nước, nên ta gọi khơng khí ẩm Trong khơng khí ẩm lượng nước thường chiếm khoảng 0,47% thể tích Trong phạm vi sai số cho phép phép tính kỹ thuật, ta xem khơng khí ẩm hỗn hợp hai chất khí: khơng khí khơ nước Theo định luật Danton, loại khí hỗn hợp chiếm tất thể tích có áp suất riênng phần, cịn tổng áp suất riêng phần áp suất toàn phần hỗn hợp p, đo kkhí áp kế: P = IP , -1 ) đó: Pị áp suất riêng phần khí thành phần Áp suất đo Pascal (Pa) tronng hệ SI (còn hệ MCGSS - kg/m2 mmHg ) Khí thành phần thể tích hỗn hợp V (m3) có nhiệt độ hỗn hợp T (K) ááp suất riêng phần Pị, Pa Đẳng thức đạc trưng Clapeiron cho kg khối lượng khí hỗỗn hợp có dạng: m.RT pi = M:V RT = D; ( 1- 2) đó: mị R Mị Oị - khối lượng khí thành phần, kg; - số khí tổng hợp; - khối lượng phân tử gam khí, kg/mol; - số lượng phân tử gam khí hỗn hợp; Hằng số khí tổng hợp hệ SI, R = 8,314 103 J/mol.K, hệ MCGSS đo áp kg/m2 R = 848 kg.M/mol.°C; đo áp suất mmHg R = 62,37 mmHg.M3/mol.°C Trong tính tốn thơng gió, khơng khí ẩm xem hỗn hợp hai khí: nước (c ó khối lượng phân tử gam Mhn = 18 kg/mol) khơng khí khơ (được quy ước khí đồng c ó Mk = 29 kg/mol) Áp suất hỏn hợp khí p trường hợp tổng áp suất riêng phẩn củìa khơng khí khơ Pk nước Phn, ' p = p k + p hn (1-3) Khi sử dụng khái niệm khối lượng riêng khơng khí khơ nước p (kg/m3) hằnig sơ' khí chúng Rj (J/kg.K kg.M/kgơC) ta có đẳng thức: m R p‘ V ; R‘ m T_ Đối với khơng khí khô, tuân theo đẳng thức (1-2) (1-4) ta có khối lượng riêng pk p mk V Pk M k R ; , kg/m3 (1-5) T Trị số pk áp suất khí (bằng 101325 Pa, 760 mmHg, 10333kG/m2) p = Pk xác định: P.M, 101325 X 29 353 ( 1- 6) Pk = RT 8,314 x 103 T T Ở điều kiện tiêu chuẩn nhiệt độ không khí 20°c (293K) khối lượng riêng pk = 1,2kg/m2 Với giá trị khác áp suất Pk (đo Pa) nhiệt độ T, K khối lượng riêng khơng khí khơ tính bằng: pk =l, 293 p, 101325 T 0.35.10 T (1-7) Cịn áp suất đo mmHg thì: pk - 1,2 293 Pk 0,46 760 T (1-7’) Khối lượng riêng nước khơng khí P| tiến hành tương tự theo công thức (1-6) áp suất khí tính bằng: 219 kg/m Phn ( 1- 8) Trị số pk công thức (1-7), thay đổi ti lệ thuận với áp suất nước Phn tương ứng tỉ lệ nghịch với nhiệt độ T Khối lượng riêng không khí ẩm p xác định khối lượng riêng khơng khí khơ nước có hỗn hợp áp suất riêng phần chúng P = P h n + Pk _ p>k RT -T PM Phn M hn -— RT — - RT p phn — (M k - M| ) = pk - — (Mk - M hn) RT k RT (1-9) Khi đo áp suất Pa khối lượng riêng khơng khí ẩm p bằng: 353 K32.10'3 p,hn T T Còn đo áp suất mmHg ta có; 353 p = 0,176 Phn — (MO) ( M O ’) Từ cồng thức (1-9) rút kết luận quan trọng khối lượng riêng khơng khí ẩm nhỏ khối lượng riêng khơng khí khơ Độ ẩm khơng khí phân chia làm hai loại: độ ẩm tuyệt đối độ ẩm tương đối Độ ẩm tuyệt đối D (kg/m3) đại lượng biểu thị trọng lượng nước chứa lm khơng khí ẩm Nếu khồng khí bão hịa nước (dưới áp suất nhiệt độ định) độ ẩm tuyệt đối có giá trị lớn gọi độ ẩm tuyệt đối bão hòa D” Ớ trạng thái bão hòa nước khơng khí khơng cịn khả thu nhận thêm nước Nếu tiếp tục cung cấp nước vào khơng khí bão hịa có lượng nước thừa ngưng đọng lại thành nước Độ ẩm tương đối khơng khí cp (%) đại lượng biểu thị tỷ số độ ẩm tuyệt đối D độ ẩm tuyệt đối bão hòa D” nhiệt độ Trị số (p tỷ số áp suất riêng phần nước Phn khơng khí ẩm chưa bão hòa áp suất riêng phần nước khơng khí ẩm bão hịa P’hn nhiệt độ: p,_ (p = ( 1- 11 ) P’,hn Áp suất nước trạng thái bão hòa phụ thuộc vào nhiệt độ Giá trị P ’hn bão hòa xác định thực nghiệm đưa vào bảng Có nhiều cơng thức thể phụ thuộc P’hn nhiệt độ t Thí dụ: vùng nhiệt độ dương ta có cơng thức xác định gần P ’hn, Pa sau: P’hn = 479 +(11,52 + l,62t)2 hay (khi đo áp suất mmHg): (1-12) P’hn = 3,58 + + ,1 4t)2 (1-12’) Dung ẩm không khí khối lượng nước khối khơng khí ẩm có trọng lượng phần khơ kg Dung ẩm d ’ (kg/kg) tính theo cơng thức: Phn R P M p n p, n_ h R kPhn Mhnph d’ = = 0.623 (1-13) p - p hn Pk Rhnpk MkPk Trị số d ’ thường 'CĨ giá trị nhỏ tính tốn thuận tiện biểu thị dung ẩổm d đơn vị gam (g) ẩm ỉ kg phần khô khơng khí ẩm, cơng thức (1-13) ccó dạng sau: hn (1-14) p -p , Ể*in Dung ẩm klhồng khí có giá trị khác nhau, nhiên trị số cực đại đạt đưẹợc khơng khí bão hịa hồn tồn nhiệt độ định Khi sử dụng khái niệm độ ẩm tương đối (p, dung ẩm khơng khí [theo cơng thức (1-14)1 ccó thể xác định theo công thức: (p P’ d = ( 1 ) ci = lOOOd’ = 623 Nhiệt dung riêng khơng khí khơ Ck nhiệt dung riêng nước Ch 1trong vùng nhiắệt độ q trình thơng gió coi không đổi xác định sau: - Đối với hệ SI: c;k = 1,005 kJ/kg.K; Chn = 1,8 kl/kg.K - Đối với hệ MCGSS: Ck = 0,24 kcal/kg°C, Chn = 0,43 kcal/kg°C Nhiệt dung riêng coi giá trị nhiệt riêng thành phần Entanpi khơng khí khỏ Ik nhiệt độ t =0°c tiếp nhận entanpi Ik m -4 -6 -8 -10 -12 -14 -16 -18 -20 -22 -24 -26 -28 -30 I Biểu đồ I-đ khơng khí ẩrn hệ MCGSS (xây Biểu đồ sử dụng rộng rãi tính tốn thơng gió, điều hịa khơng khí, q trình làm khỏ q trình khác có liên quan đến q trình thay đổi trạng thái khơng khí ẩm Biểu đồ I - d xây dựng hệ tọa độ nghiêng Điều cho phép mở rộng biểu đồ vùng khơng khí ẩm chưa bão hịa Hai trục I d hợp với góc 135° Theo trục tung biểu đồ giá trị entanpi I, cịn theo trục hồnh hướng theo góc 135° phía trục I giá trị dung ẩm Vùng biểu đồ hai trục I d đường đẳng entanpi (I = const) đẳng dung âm (d = const) Trên biểu đồ cịn có đường đẳng nhiệt độ t = const Ngoài đường I, d, t vùng biểu đồ có bố trí đường độ ẩm tương đối khơng khí (p = const Trong phần biểu đồ I - d hình - bố trí đường cong áp suất nước riêng phán: trục tung biểu đồ thang chia giá trị áp suất nước riêng phẩn Biểu đồ có liên hệ chặt chẽ với đẳng thức (1 -15) mà có thồng số d P| J Đường độ ẩm tương đối (p = 100% chia vùng I - d biểu đồ làm phần Vùng phía đường (p lĩnh vực khơng khí ẩm chưa bão hịa nước, cịn có khả nhận thêm nước Vùng phía đường cp đặc trưng cho khơng khí q bão hịa (khồng khí nằm vùng khơng ổn định - gọi vùng sương mù) Trong vùng biểu đồ I - d, điểm tương ứng với trạng thái nhiệt ẩm xác định khồng khí Để xác định vị trí điểm trạng thái khơng khí ta cần biết hai năm thông số: b d’ f’