2.2.1 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.
25 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:
- 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.
2.2.2 Đề xuất sơ đồ công nghệ
Hình 2.2: Sơ đồ công nghệ xử lý khu vực hóa chất
Khí thải từ hai khu vực hóa chất sẽ được dẫn vào tháp hấp phụ có lớp đệm than hoạt tính để xử lý khí thải, sau đó khí được dẫn qua quạt hút và ra ống khói dẫn ra ngoài.
2.2.3 Tính toán thiết kế tháp hấp phụ có lớp đệm than hoạt tính
Ta chọn thân tháp hình trụ làm bằng thép không gỉ Tổng lưu lượng khí từ hai khu vực hóa chất
L’’= Lkw1+Lkw2 = 27360+15768 = 43128 (m3/h)= 11,98 m3/s Khí thải Tháp hấp phụ bằng than hoạt tính Quạt hút Ống khói
26 Thể tích tháp hấp thụ được tính theo công thức:
V = L’’×t = 𝜋
4× D2×H= 3×11,98 = 35,94 m3
Trong đó:
• L’’ là Lưu lượng khí đầu vào
• t là thời gian lưu t = 1 – 6 s; ta chọn t = 3 s • Ta có : V = 𝜋 4× D2×H Với: D là đường kính tháp H là chiều cao tháp; H = 2,5D => V = 𝜋 4× D2×2,5×D Đường kính tháp là: D = √ 4𝑉 2,5×𝜋 3 =√4×35,94 2,5×𝜋 3 =2,5 m Chiều cao tháp hấp thụ là: H = 2,5D = 2,5× 2,2 = 6,25 m Đường kính của ống dẫn hơi vào tháp:
d=√ 𝐿
0,785×𝜔= √ 11,98
0,785×27 = 0,75 𝑚 với 𝜔 = 27𝑚
𝑠 𝑙à 𝑡ố𝑐 độ ℎơ𝑖 𝑡𝑟𝑜𝑛𝑔 ố𝑛𝑔 Chọn đáy và nắp hình elip có gờ
27
Hình 2.3 : Tháp hấp thụ bằng than hoạt tính
Tháp hấp phụ có đặc điểm như sau :
➢ Khoảng cách giữa lớp đệm đến bích trên ở hai mặt trên và dưới là 0,3 m
➢ Chiều cao phần nắp trên 0,6 m ➢ Chiều cao phần nắp dưới 0,8 m ➢ Chiều cao lớp hạt là 4,75 m
2.2.4 Trở lực của tháp hấp thụ có lớp đệm than hoạt tính
Tổn thất áp suất của tháp hấp phụ bằng than hoạt tính ∆Ptb =𝑓×𝐿×𝜌×𝜔 𝑑 =100×4,75×1,5×0,039 0,28 = 99,3 kG/m2 chọn ∆Ptb =100 kG/m2 Trong đó: • f: hệ số ma sát f=1−𝜀 𝜀 × [150×(1−𝜀) 𝑅𝑒 + 1,75], chọn f= 100
28
• L: chiều cao lớp hạt,m
• 𝜌: khối lượng riêng trung bình của dòng khí, kg/m3, 𝜌 = 1,5 𝑘𝑔/m3
• 𝜔: vận tốc trung bình của dòng khí, kg/m3, 𝜔 = 0,039 𝑚/𝑠
• d:đường kính trung bình của hạt, chọn d=0,7mm
2.2.5 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
2.3 Tính toán hệ thống xử lý khí thải máy nghiền cám 2.3.1 Đề xuất sơ đồ công nghệ 2.3.1 Đề xuất sơ đồ công nghệ
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 tay áo để thu hồi bụi.
29
Sơ đồ đề xuất công nghê
Hình 2.4: Sơ đồ công nghệ xử lý khu vực máy nghiền cám
Thuyết minh sơ đồ công nghệ
Bụi thải từ máy nghiền cám sẽ được quạt hút dẫn qua 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 đẩy dẫn ra ống khói để thải trực tiếp ra môi trường.
2.3.2 Tính toán thiết bị lọc tay áo
Lưu lượng máy nghiền cám :Lmnc= Qv = 3000 m3/h
Nồng độ bụi vào thiết bị : Cv = 700 mg/m3 = 0,0007 kg/m3
Tổng diện tích bề mặt lọc cần thiết
F = 𝑉× Qv = 3000
150 ×0,85 = 23,52 m2
T.B lọc bụi tay áo Nhà xưởng Chụp hút bụi
Ống khói Quạt đẩy Thùng chứa bụi thu hồi
Hệ thống ống hút Bụi, khí thải Hệ thống ống thoát khí sạch Quạt hút
30 Trong đó:
• Qv= L = 3000 m3/h : lưu lượng khí thải đi vào thiết bị,
• V: cường độ lọc (m3/m2.h), thường lấy V = 15 – 200 m3/m2.h, tùy thuộc vào khí, vải lọc, pha phân tán, nhiệt độ,… và được xác định theo thực nghiệm.
Chọn V = 150 m3/m2.h
• : hiệu suất lọc bụi, với = 85% ( bảng 7.6 trang 178, thiết kế thông gió công nghiệp, Hoàng Thị Hiền)
Số lượng và kích thước lọc bụi tay áo
Theo Trần Ngọc Chấn, giáo trình ô nhiễm không khí và kỹ thuật xử lý khí thải, trang 162, lựa chọn thiết bị ống tay áo có các thông số sau
- Đường kính ống tay áo : D = 0,125 – 0,3 m ; Chọn D = 0,2 m
- Chiều cao ống tay áo : H1 = 2 – 3,5 m ; Chọn H1 = 2 m
- Số lượng ống tay áo là : n = π×𝐷2 𝐹
4 + π×D×H1 =π×0,2223,52
4 + π×0,2×2= 18 (ống)
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.
Kích thước thiết bị
- Chiều dài thiết bị: a = D×n1 + m1×( n1 – 1 ) + 2×m2 - Chiều rộng thiết bị: b = D×n2 + m1×( n2 – 1 ) + 2×m2
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
31
• 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 Chiều cao của thiết bị:
H = 𝐻1+ 𝐻2+ 𝐻3+ 𝐻4 =2 + 1,4+0,9+ 1,7 =6 m
Trong đó
• 𝐻1: chiều cao túi vải , 𝑐ℎọ𝑛 𝐻1 = 2 𝑚
• 𝐻2: chiều cao phần phía trên túi vải,chọn 𝐻2= 1,4𝑚
• 𝐻3: chiều cao bộ phía dưới ống tay áo, chọn 𝐻3 = 0,9 𝑚
• 𝐻4: chiều cao thùng lấy bụi, chọn H4=1,7 m
Diện tích của thiết bị : S = a×b = 1,76 × 0,92 = 1,62 m2
Tổn thất áp suất trong thiết bị lọc bụi tay áo
Tổn thất áp suất của thiết bị lọc túi vải được tính theo công thức sau: ∆Pthiết bị = 0,2Vf + 5Cv(Vf)2.t
(page 240, Chapter 9 - Particulate Emission Control, Environmental engineer’s mathematics handbook)
Trong đó :
• ∆Ptb : tổn thất áp suất trong thiết bị, inches H2O • Vf : vận tốc lọc,ft/phút • Vf = Qv F= 3000 3600 ×23,52= 0,035 m/s = 6,97 ft/phút • Cv : nồng độ bụi vào, lb/ft3 • Cv = 700 mg/m3 = 4,37 × 10−5 lb/ft3
32 ∆Pthiết bị = 0,2×Vf + 5×Cv×(Vf)2×t = 0,2 × 6,97 + 5× 4,37 × 10−5× 6,972× 2 = 1,42 inches H2O = 352,5 N/m2=35,93 kG/m2 (1ft = 0,305m, 1lb = 0.45359237 kilograms,
1inches H2O = 25.4 millimeters H2O = 2,491mbar= 2,491.102 Pa or N/m2)
Chọn thiết bị lọc bụi tay áo có hệ thống phụt khí nén kiểu xung lực để rũ bụi
Chọn máy nén :
- Thời gian rũ bụi rất ngắn, thường chỉ vài giây đối với thiết bị rũ bụi bằng khí nén. Ta chọn thời gian rũ bụi là 5s
- Quá trình rũ bụi được điều khiển bởi các valve điện tử được gắn trực tiếp trên mỗi hàng ống dẫn khí (3 hàng ống dẫn khí, mỗi hàng có 6 ống thổi thẳng vào ống tay áo). Lưu lượng rũ bụi cho mỗi túi vải khoảng 5l/s, áp suất là 5atm.
Lưu lượng cho mỗi lần rũ bụi : Q = 6 × 5 = 30 l/s = 108 m3/h
Nguyên tắc rũ bụi : Sau khi rũ bụi cho hàng thứ nhất xong, sau 2 phút valve khí tại hàng thứ hai sẽ hoạt động rũ bụi cho hàng túi thứ hai. Quá trình này sẽ lặp đi lặp lại cho tới hàng túi vải cuối cùng. Khi đó một chu kỳ rũ bụi mới cho hàng thứ nhất lại bắt đầu.
Lượng khí nén trong 2 phút : V = Q × t = 30 × 2 × 60 = 3600 l = 3,6 m3
Chu kỳ rũ bụi cho một hàng tay áo = 3 × 2 × 60 + 3 × 5 = 375 s = 6,25 phút
Chọn máy nén có áp suất 5atm, lưu lượng khí nén cho một lần rũ bụi là 108 m3/h
33
Khối lượng bụi thu được:
Khối lượng riêng của không khí khô tại 30oC : (sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất, tập 1) ρk = 1,293 × 𝑝 (1+0,00367× 𝑡)×760 Trong đó : p – áp suất tính bằng mmHg t – nhiệt độ không khí tính bằng oC ρ30 = 1,293 × 760 (1+0,00367× 30)×760 = 1,16kg/m3
Khối lượng riêng hỗn hợp khí và bụi được tính theo công thức: 𝜌ℎℎ = 𝐶𝑉 𝜌ℎℎ× 𝜌𝑏 + (1- 𝐶𝑉 𝜌ℎℎ)× 𝜌90 = 700×10−6 𝜌ℎℎ × 256+ (1- 700×10−6 𝜌ℎℎ )× 1,16 Trong đó:
• Khối lượng riêng của bụi: 𝜌𝑏 = 256 kg/m3
• Khối lượng riêng của không khí ở 300C: 𝜌30= 1,16 kg/m3
• Nồng độ bụi vào :CV = 0,7 g/m3 = 700× 10−6 kg/m3
Giải phương trình trên ta được: 𝜌ℎℎ= 1,29 kg/m3
Lượng hệ khí bụi vào ống tay áo:
Gv = ρhh × Qv = 1,29 × 7000 = 9030 kg/h
Nồng độ bụi trong hệ khí đi vào thiết bị lọc tay áo (% khối lượng) yv = 𝐶𝑏
𝜌ℎℎ × 100%= 700×10−6
1,29 × 100% = 0,054 % Nồng độ bụi trong hệ khí ra khỏi thiết bị (% khối lượng)
34 yr = yv × (1 – η) = 0,054 × (1 – 0,9) = 5,4 × 10-3 %
Lượng hệ khí bụi ra khỏi thiết bị Gr = Gv× 100− 𝑦𝑣
100− 𝑦𝑟= 9030× 100−0,054
100−5,4× 10−3 = 9025,611 kg/h Lượng khí sạch hoàn toàn
Gs = Gv ×100− 𝑦𝑣
100 = 9030 × 100−0,054
100 = 9025,123 kg/h Lưu lượng hệ khí đi ra khỏi thiết bị
Qr = 𝐺𝑟
𝜌ℎℎ = 9025,611
1,29 = 6996,59 m3/h
Năng suất của thiết bị lọc theo lượng khí sạch hoàn toàn : Qs =𝐺𝑠
𝜌30 = 9025,123
1,16 = 7780,2 m3/h Lượng bụi thu được :
Gb = Gv – Gr =9030- 9025,611 = 4,4 kg/h Khối lượng bụi thu được trong một ngày:
m = 4,4 × 24 = 105,6 kg/ngày Thể tích bụi thu được :
V = 105,6
256 = 0,4125 m3
2.4 Hệ thống xử lý khí thải khu làm việc của máy sấy 2.4.1 Lựa chọn thiết bị xử lý khí thải khu vực máy sấy 2.4.1 Lựa chọn thiết bị xử lý khí thải khu vực máy sấy
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 phương án : 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.
35
2.4.2 Tính toán thiết bị xử lý khí thải khu vực máy sấy
❖ Máy phát O3
Để xử lý mùi hôi từ khí thải nhà máy sấy thùng phuy thải ra thì nồng độ O3 cần cung cấp là G = 60 mg/m3
Công suất cung cấp O3 cho hệ thống:
P = L×Gc= 7000×60 = 420000 mg/h = 420 g/h
Trong đó:
• L: Lưu lượng khí thải từ nhà máy sấy thùng phuy; L = 7000 m3/h • G: Nồng độ O3 cần cung cấp; GO3 = 60 mg/m3
Vậy ta chọn mua máy phát O3 có công suất 420g/h ❖ Tháp hòa trộn
Giới thiệu về tháp hòa trộn
Để quá trình xử lý mùi được hiệu quả thì cần những điều kiện sau
- Diện tích tiếp xúc phải đủ lớn để O3 có thể tiếp xúc với toàn bộ các chất hữu cơ trong khí thải
- Thời gian lưu phải đủ lớn để phản ứng giữa O3 với các chất hữu cơ gây mùi trong khí thải xảy ra hoàn toàn
- Do đó để đáp ứng điều kiện trên thì tháp hòa trộn phải có hình trụ ( khí dễ lưu thông) và có các thanh chắn ngang theo hình zic-zac.
Tính toán thiết bị
Tiết diện ngang của tháp: S = 𝐿
𝑉 = 1,94
1 = 1,94 m2
Trong đó:
• L: lưu lượng khí thải; L = 7000 m3/h = 1,94 m3/s
• V: Vận tốc khí thải qua mặt cắt ngang của tháp; chọn V = 1 m/s Đường kính tháp: D = √4×𝑆
𝜋 = 1,57 m, chọn D = 1,6 m Chiều cao tháp hòa trộn: H = 2,5D = 2,5×1,6 = 4 m
36 Trong tháp thiết kế các khoang trung hòa hơi hóa chất dạng tổ ong
Tổn thất áp suất: ∆Ptb = 50 kG/m2
2.5 Hệ thống xử lý khí thải khu làm việc của máy bào gỗ 2.5.1 Chọn thiết bị xử lý cho máy bào gỗ 2.5.1 Chọn thiết bị xử lý cho máy bào gỗ
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 cyclone và thiết bị lọc bụi tay áo. Sơ đồ công nghệ đề xuất
Hình 2.5: sơ đồ công nghệ xử lý khu vực máy bào gỗ
Thuyết minh:
Khí thải từ máy bào gỗ sẽ được thu bởi chụp hút, sau đó dẫn qua xiclone chum để loại bỏ bụi thô, bụi mịn, khí sau đó sẽ được quạt hút dẫn ra ống khói để thải trực tiếp ra môi trường
2.5.2 Tính toán thiết bị xử lý cho máy bào gỗ
Lưu lượng máy bào gỗ : L= 20250 (m3/h)
Tính toán thiết bị Cyclone chùm
Để đảm bảo hiệu quả xử lý đạt mức độ cao nhất mà vẫn đảm bảo với quy chuẩn, ta có thể chỉ cần lắp đặt một cyclone chùm. Như vậy vẫn đảm bảo tính kinh tế của hệ thống.
Khối luợng riêng của bụi là: 𝜌b=1200 kg/m3
Chọn xiclon con bằng gang, đường kính quy ước Dqư= 150mm với cánh hướng dòng loại chân vịt 8 cánh α = 25o Lưu lượng cực đại của một xiclon con Lqư = 250 m3/h
• Số lượng xiclon con là: n = Lt
Lqư=20250 250 = 81