2.1.Hiệu suất thiết bị
- Lưu lượng khí cần lọc: Q= 2570 m3/h riêng của bụi b=2900 kg/m3
Nhiệt độ không khí ra tk= 400C
` k40oC= = =1,13 kg/m3
- Nồng độ bụi vào thiết bị Cv= 500mg/m3 - Nhiệt độ khí bụi vào: tb= 1000C.
Khối lượng riêng của không khí ở 1000C: [1] ` k100oC=
Trong đó : p: áp suất,mmHg,p=760 mmHg t: Nhiệt độ không khí,0C.
` k100oC = = 0,95 kg/m3
Khối lượng Nồng độ bụi cho phép thải ra môi trường theo QCVN 19- 2009,loại A CTC=50mg/m3 (ở điều kiện chuẩn 00C và áp suất bằng 760 mmHg).
Nồng độ tối đa cho phép của các chất ô nhiễm trong khí thải của các cơ sở sản xuất ,chế biến, kinh doanh, dịch vụ thải ra môi trường không khí:
Cmax=CTC Kp Kv
Trong đó Cmax: Nồng độ tối đa cho phép của chất ô nhiễm trong khí thải của các co sở sản xuất, chế biến, kinh doanh, dịch vụ thải ra môi trường không khí, mg/Nm3.
CTC:Giá trị nồng độ tối đa cho phép của chất ô nhiễm quy định trong QCVN19 - 2009.
Kp: Hệ số theo lưu lượng nguồn thải:
Lưu lượng nguồn thải(m3/h) Giá trị hệ số Kp
P 20.000 1
20.000 0,9
P>100.000 0,8
Kv: Hệ số vùng,khu vưc,nơi có sở sản xuất, chế biến, kinh doanh, dịch vụ.
Phân vùng Giá trị hệ số Kv
Vùng 1 Nội thành đô thị loại đặc biệt (1) và đô thị loại 1 (1); rừng đặc dụng (2); di sản thiên nhiên , di tich lịch sử văn hóa được xếp hạng (3); cơ sở sản xuất chế biến, kinh doanh, dịch vụ có khoảng cách ranh giới đến khu vực này dưới 02 km.
0,6
Vùng 2 Nội thành,nội thành đô thị
loại II, III, IV (1): Vùng ngoại thành đô thị loại đặc biệt, đô thị loại một có khoảng cách đến ranh giới cách khu vực này dưới 02 km.
Vùng 3 Khu công nghiệp: đô thị loại
IV (1), 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 ranh giới đến khu vực này dưới 02 km(4).
1
Vùng 4 Nông thôn. 1,2
Vùng 5 Nông thôn miền núi. 1,4
Cmax=50 1 1=50 mg/m3.
Ở điều kiện thường t=20oC, nồng độ ra: Cr=50 =43,6 mg/m3.
Hiệu suất của thiết bị: = = = 90
2.2. Khối lượng bụi thu được
Lượng hệ khí vào thiết bị lắng quán tính [1] Gv= v Qv (1)
Trong đó: v= b yv (1- yv) k (2)
Với: vlà khối lượng riêng của hỗn hợp khí bụi
blà khối lượng riêng của bụi (bụi xi măng b= 2900 kg/m3) yvlà nồng độ bụi đi vào thiết bị, % khối lượng: yv= (3)
Thay (3) vào (2) ta được:
v= b k => v2 - k v– ( b- k) = 0
Thay các giá trị vào ta được : v2– v– ( – ) = 0
Giải phương trình ta được v= 1,77.
Thay vào (1) Gv= v Qv => Gv= 2570 = 4548,9 kg/h Thay giá trị này nào (2) ta được
Nồng độ bụi đi vào thiết bị, % khối lượng
yv= => yv= = 0,028%.
Nồng độ bụi đi ra thiết bị, % khối lượng yr =yv(1-η) = 0,028 (1-0,9) = 0,0028 %. Lượng hệ khí ra khỏi thiết bị
Gr=Gv = 4548,9 = 4547,8 kg/h.
Lượng khí sạch hoàn toàn [1]
Gs=Gv = = 4547,6 kg/h.
Lưu lượng hệ khí ra ngoài thiết bị [1] Qr = = = 2569, 4m3/h.
Năng suất của thiết bị lọc theo lượng khí sạch hoàn toàn Qs= = = 4786,9 m3/h.
Lượng bụi thu được
Gb= Gv - Gr =4548,9 - 4547,8 = 1,1 kg/h Khối lượng bụi thu được trong một ngày m = 1,1 x 24 = 26,4 kg/ngày
V = = 0,009 m3
2.3. Tính toán thiết bị
Chọn vận tốc vào thiết bị, qua đường kính ống d1 là v1 = 25 m/s. Khi đường kính ống d1 của thiết bị được tính theo công thức
d1= = = 0,2 m
Chọn vận tốc ra thiết bị, qua đường kính ống d1 là v1 = 18 m/s. Khi đường kính ống d1của thiết bị được tính theo công thức
d2= = = 0,22 m
Chọn đường kính D của thiết bị là 0,5m, khi đó vận tốc dòng khí trong thiết bị là
V = = = 3,7 m/s.
Phương trình cân bằng năng lượng (a) và (b), (chọn mặt chuẩn nằm ngang tại b)
Pa + va2 + = Pb+ vb2+ + s
Pa = Pb= Pkq, va= vbvì D như nhau, lưu lượng Q xấp xỉ nhau Thế các giá trị vào phương trình ta được
= s, với slà tổng tổn thất áp suất từ a đến b
s= ⅀ sdd+⅀ scb)
= ⅀ sdd+⅀ scb)
⅀ sdd: tổn thất áp suất dọc theo đường ống,⅀ sdd =
: hệ số ma sát dọc theo chiều dài ống Hệ số Re: Re =
Trong đó: valà vận tốc dòng khí trong thiết bị = 0,91 m/s. : khối lượng riêng của hỗn hợp khí bụi = 1,77 kg/m3
: độ nhớt động học, = 0 , 0= 17,17 10-6. 100oC= 2,18 10-5Pa.s
=>Re = = 150,2 103 > 4000
Chọn thiết bị là ống thép mới không hàn => độ nhám tuyệt đối = 0,1 mm. [1] Hệ số Reynold giới hạn trên [1]
Regh = = 102,3 103.
Hệ số Reynold khi bắt đầu xuất hiện vùng nhám [1]
Ren = =3,2 106.
=>Regh< Re < Ren=>Khu vực quá độ Hệ số ma sát
Ta có 8.10-5 < = = 2.10-4 < 0,0125
0,1 = 0,1 = 0,019
=>⅀ sdd= = 0,019 = 0,26 H N/m2
: hệ số trở lực cục bộ, đặc trưng cho cấu tạo của bộ phận gây ra trở lực cho thiết bị, chọn ở mỗi tấm chắn là 0,2.
Chọn số tấm chắn trong thiết bị là 20, khi đó n = 20
⅀ scb= = 20 0,2 = 27,4 kG/m2.
= ⅀ sdd+⅀ scb)
=> gH = 0,26 H + 27,4 =>(9,81-0,26) H =27,4 =>H = = 2,9 m 3 m
Bố trí các tấm chắn trên khoảng chiều dài thiết bị là: 3 – 1 - 0,2 = 1,8 m Khoảng cách giữa các tấm chắn là: = 0,09m = 9 cm
Chọn chiều rộng mỗi tấm chắn là 0,3 m
Kích thước chiều dài mỗi tấm chắn sẽ khác nhau do bố trí khác nhau trong hình trụ, chọn chiều dài trung bình của mỗi tấm chắn là 0,4 m
2.4. Tính quạt vào thiết bị
Trở lực trên đường ống dẫn khí vào thiết bị
Lưu lượng khí vào thiết bị: Q1= 2570 m3/h. Đường kính ống dẫn vào: d0= 200 mm = 0,2 m
Vận tốc vào thiết bị: v0= = = 22,7 m/s.
v = 1,77 kg/m3
100oC = 2,18.10-5 Pa.s
Re = = 3,7.105
Chọn ống dẫn khí là ống thép mới không hàn => độ nhám tuyệt đối = 0,1 mm [1] Hệ số Reynold giới hạn trên [1]
Regh = = 0,35.105
Hệ số Reynold khi bắt đầu xuất hiện vùng nhám [1]
Ren = =11,4.105
=>Regh< Re < Ren=>Khu vực quá độ. Hệ số ma sát
Ta có 8.10-5 < = = 2,5.10-4 < 0,0125
=> 0,1 = 0,1 = 0,018
Áp suất động học: pd = = = 46,5 kG/m2 Chọn chiều dài đường ống dẫn khí từ chụp hút đến thiết bị lắng quán tính là
l= 10 m
Hệ số sức cản tương đương của đoạn ống thẳng td=ᵰ = 0,018 = 0,9
Tại chụp hút trên thiết bị ξ = 0,2- 0,4 .chọn ξ = 0,3 [3]
Hệ số sức cản cục bộ trên đoạn ống = 0,3 + 5 x 0,35 = 2,05 =>Tổng tổn thất áp suất trên đường ống
pd= ( + td) pd= (2,05+ 0,9) x 46,5 = 120,9 kG/m2=1345,7N/m2 thất áp suất do quạt tạo ra
pq= (0,12 0,15) 9,81 104= 0,13 9,81 104= 12753 N/m2
=>Tổng tổn thất áp suất: Ps= pd+ pq= 1345,7 + 12753 = 14098,7 N/m2 =>Công suất của quạt hút vào thiết bị [5]
Nq=
Trong đó Q: lưu lượng khí (m3/s)
: hệ số an toàn, (1,12 1,15), chọn = 1,13 : tổng tổn thất áp suất, = pd+ pq= 14098,7 N/m2 : (0,92 , chọn = 0,95 : (0,9 0.98), chọn = 0,95 (0,92 1), chọn = 0,95 =>Nq= = = 13,27 kW
=>Chọn quạt: “V-Xêp” 7-40 N06, kiểu “R”6 - 3a, công suất 15 kW [3] =>Số vòng quay: 1790 vòng/phút.
2.5. Ống khói
Chọn vận tốc của dòng khí trong ống khói là v3 = 5 m/s. Lưu lượng khí trong ống khói Q = 2569,4 m3/h.
Đường kính ống khói: D = = 0,4 m
Chiều cao ống khói: H =
Trong đó:
Ccp: nồng độ cho phép trong môi trường xung quanh, mg/m3.
A: Hệ số phụ thuộc sự phân bố nhiệt độ theo chiều cao khí quyển, được chọn cho điều kiện khí tượng nguy hiểm và xác định điều kiện phát tán thẳng đứng và theo phương ngang của chất độc hại trong khí quyển.Trong tính toán có thể nhận A = 200 - 240.
F: Hệ số vô thứ nguyên tính đến vận tốc lắng chất ô nhiễm trong khí quyển. Đối với chất ô nhiễm dạng khí F = 1; đối với bụi :
Nếu hiệu quả xử lí η 90% F = 2 Nếu hiệu quả xử lí η 75% 90% F =2,5 Nếu hiệu quả xử lí η 75% F = 3 M: tải lượng ô nhiễm, g/s
H: chiều cao nguồn thải tính từ mặt đất, m Q: lưu lượng khí thải, m3/s.
T: hiệu nhiệt độ khí thải Tkvà khí quyển Tkk. . Nhiệt độ khí quyển Tkk, cần lấy cho tháng nóng nhất trong năm vào lúc 13h.
m,n: Các hệ số vô thứ nguyên tính đến điều kiện thoát khí thải từ cổ ống khói, m được xác định theo công thức sau
m = (0,67 + 0,1 + 0,34 )-1 nếu f 100
m = (1,47 f)-1 nếu f > 100
Với f =
n được xác định như sau:
n =1 nếu Vm > 2
n = 0,532 Vm2– 2,13 Vm + 3,13 nếu 0,5 < Vm 2
n= 4,4 Vm nếu Vm 0,5
Tính toán : H = Trong đó :A = 220 F = 2 (hiệu suất xử lí η = 90%) M = Cb Q = 43,61 10-3= 0,031 g/s Chọn m =1, n = 1 Q = 2569,4 m3/h.
T = 60 - 40 =20 , (chọn nhiệt độ trong ống khói là 60 , nhiệt độ môi trường là 40 .
Ccpmaxđược tính theo công thức sau: Ccpmax= CcpTC Kp Kv.
Trong đó: CcpTC: chất lượng không khí xung quanh quy định trong QCVN 05- 2009, CcpTC =0,2 mg/m3, ở nhiệt độ 25 .
Kp: Hệ số theo lưu lượng nguồn thải, Kp= 1
Kv: Hệ số vùng, khu vực, nơi có cơ sở sản xuất, chế biến, kinh doanh, dịch vụ, Kv = 1
= > Ccpmax = 0,2 1 1 = 0,2 Ở nhiệt độ 60 , nồng độ khí ra :
Ccp= 0,2 = 0,18 mg/m3
H = = 6 m
Dựa vào giá trị H, tính lại H1
f = => f = = 13,8 < 100 => m = (0,67 + 0,1 + 0,34 )-1 = 0,54
Vm= 0,65 = Vm= 0,65 = 0,87 => n = 0,532 Vm2– 2,13 Vm + 3,13 = 1,68
=> H1= = = 5,5 m
H = = = 8,3
Dựa vào giá trị H1, tính lại H2
f = => f = = 16,5 < 100 => m = (0,67 + 0,1 + 0,34 )-1 = 0,51 Vm= 0,65 = Vm= 0,65 = 0,89 => n = 0,532 Vm2– 2,13 Vm + 3,13 = 1,65 => H1= = = 5,3 m H = = = 3,6 (nhận)
ậy chiều cao ống khói là: H = 5,5 m
2.6. Tính quạt ra thiết bị
Trở lực trên đường ống dẫn khí ra thiết bị
Lưu lượng khí ra khỏi thiết bị: Qr = 2569,4 m3/h Đường kính ống dẫn ra: d2 = 220 mm = 0,22 m
Vận tốc ra thiết bị: v2= = = 18,7 m/s
ρr = 1,77 kg/m3
40oC = 1,9.10-5 Pa.s
Re = = 3,8.105
Chọn ống dẫn khí là ống thép mới không hàn, độ nhám tuyệt đối = 0,1 mm [1]
Hệ số Reynold giới hạn trên [1]
Regh = = 0,40.105
Hệ số Reynold khi bắt đầu xuất hiện vùng nhám [1]
Ren = =12,7.105
=>Regh< Re < Ren=>Khu vực quá độ Hệ số ma sát
Ta có 8.10-5 < = = 4,5.10-4 < 0,0125
0,1 = 0,1 = 0,018
Áp suất động học :pd= = = 31,5 kG/m2
Chọn chiều dài đường ống dẫn khí từ thiết bị lắng quán tính đến ống khói là l = 15 m
Hệ số sức cản tương đương của đoạn ống thẳng td=ᵰ = 0,018 = 1,22
Co 90o(ngoặt tiết diện tròn nhiều đốt, R/D = 2; = 90o),ξ = 0,35 [4] Hệ số sức cản cục bộ trên đoạn ống = 3 0,35 = 1,05
=> pd = ( + td) pd= (1,05+ 1,22) 31,5 = 71,5 Kg/m2 = 701,5 N/m2
Tổn thất áp suất do quạt tạo ra
pq= (0,12 0,15) 9,81 104= 0,13 9,81 104= 12753 N/m2
Tổng tổn thất áp suất: Pt= pd+ pq= 701,5 + 12753 = 13454,5 N/m2
Trở lực của thiết bị
ps= (0,26 H + 27,4) g
Với H là chiều cao thiết bị, g là gia tốc trọng trường = 9,81 ps= (0,26 +27,4) g = 276,5 N/m2
Trở lực của ống khói
Đường kính ống khói: dok= 0,4 m
Vận tốc thoát khí ra ống khói: vok= 18,7 m/s Xem nhiệt độ trong ống khói là: 60
Hệ số Reynold Re =
r60oC= 1,77 kg/m3 60oC = 1,9.10-5Pa.s
Re = = 6,6.105
Chọn ống dẫn khí là ống thép mới không hàn => độ nhám tuyệt đối = 0,1 mm [1]
Hệ số Reynold giới hạn trên [1]
Regh = = 0,4.105
Hệ số Reynold khi bắt đầu xuất hiện vùng nhám [1]
=>Regh< Re < Ren=> Khu vực quá độ Hệ số ma sát
Ta có 8.10-5 < = = 4,5.10-4 < 0,0125
0,1 = 0,1 = 0,017
Áp suất động học: pok= = = 31,5 kG/m2 Chiều cao ống khói H = 5,5 m
Hệ số sức cản tương đương của đoạn ống thẳng td= λ = 0,017 = 0,4 => Hệ số sức cản cục bộ trên đoạn ống = 1
=> pd= ( + td) pok= (1+ 0,4) 31,5 = 32,9 Kg/m2=322,7 N/m2 Tổng tổn thất trên toàn đường ống dẫn khí ra
= + d+ ok = 276,5 + 13454,5 + 322,7 =14053,7 N/m2 Công suất của quạt hút khí vào thiết bị [5]
Nq=
Trong đó Q: lưu lượng khí (m3/s)
: hệ số an toàn, (1,12 1,15), chọn = 1,13 : tổng tổn thất áp suất : (0,92 ,chọn = 0,95 : (0,9 0,98),chọn = 0,95 (0,92 1),chọn = 0,95 => Nq= = = 13,2 kW
Chọn quạt: “V-Xêp” 7-40 N06, kiểu “R”6-3a, công suất 15 kW [3] Số vòng quay: 1790 vòng/phút