Thông số đã cho:
Nhà máy nằm ở khu vực nông thôn
Lưu lượng: Q = 15000 m3/h
Nhiệt độ: T = 25oC
Nồng độ bụi là: Cbụi = 2200 mg/m3
Trọng lượng riêng của bụi: 1 = 2,78 g/cm3 = 2780 kg/m3
Trọng lượng riêng của không khí: 2 = 1 kg/m3
Hệ số nhớt động của không khí: v2 = 19.10-6 m2/s 3.3.1. Tính nồng độ bụi tối đa cho phép:
Nồng độ tối đa cho phép của bụi theo QCVN 19:2009/BTNMT, cột B
𝐶𝑚𝑎𝑥 = 𝐶 𝑥 𝑘𝑝 𝑥 𝑘𝑣 = 200 𝑥 1 𝑥 1,2 = 240 𝑚𝑔/𝑁𝑚3
Với:
C: nồng độ của bụi theo QCVN 19:2009/BTNMT, cột B, mg/Nm3
Kplà hệ số lưu lượng nguồn thải.
SVTH: Trần Diễm Uyên MSSV: 0310020364 33
Hệ số lưu lượng nguồn thải Kp được quy định tại Bảng dưới đây:
Bảng 3.1: Hệ số lưu lượng nguồn thải Kp
Lưu lượng nguồn thải (m3/h) Hệ số Kp
P ≤ 20.000 1
20.000 < P ≤ 100.000 0,9
P>100.000 0,8
(Nguồn: QCVN 19:2009/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải công nghiệp đối với bụi và các chất vô cơ)
Hệ số vùng, khu vực Kv được quy định tại Bảng dưới đây:
Bảng 3.2: Hệ số vùng, khu vực Kv
Phân vùng, khu vực Hệ số Kv
Loại 1
Nội thành đô thị loại đặc biệt (1) và đô thị loại I (1); rừng đặc dụng (2); di sản thiên nhiên, di tích lịch sử, văn hóa được xếp hạng (3); cơ sở sản xuất công 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.
0,6
Loại 2
Nội thành, nội thị đô thị loại II, III, IV (1); 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 công 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.
0,8
Loại 3
Khu công nghiệp; đô thị loại V (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 công 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 (4) .
1,0
Loại 5 Nông thôn miền núi 1,4
Chú thích:
(1) Đô thị được xác định theo quy định tại Nghị định số 42/2009/NĐ-CP ngày 07 tháng 5 năm 2009 của Chính phủ về việc phân loại đô thị;
(2) Rừng đặc dụng xác định theo Luật Bảo vệ và phát triển rừng ngày 14 tháng 12 năm 2004 gồm: vườn quốc gia; khu bảo tồn thiên nhiên; khu bảo vệ cảnh quan; khu rừng nghiên cứu, thực nghiệm khoa học;
(3) Di sản thiên nhiên, di tích lịch sử, văn hóa được UNESCO, Thủ tướng Chính phủ hoặc bộ chủ quản ra quyết định thành lập và xếp hạng;
(4) Trường hợp nguồn phát thải có khoảng cách đến 02 vùng trở lên nhỏ hơn 02 km thì áp dụng hệ số vùng, khu vực Kv đối với vùng có hệ số nhỏ nhất;
(5) Khoảng cách quy định tại bảng 3 được tính từ nguồn phát thải.
(Nguồn: QCVN 19:2009/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải công nghiệp đối với bụi và các chất vô cơ)
3.3.2. Tính hiệu xuất xử lý cần thiết.
Nm3 là mét khối không khí ở điều kiện chuẩn ở nhiệt độ 250C và áp suất 760mmHg. Theo đề cô cho, thì nhiệt độ đo được là 25oC cũng là nhiệt độ ở điều kiện chuẩn. Khi đó Cbụi = 2200mg/m3 = 2200mg/Nm3.
Hiệu suất xử lý cùa thiết bị:
ŋ =𝐶𝑏ụ𝑖 − 𝐶𝑚𝑎𝑥
𝐶𝑏ụ𝑖 𝑥100 =
2200 − 240
2200 𝑥100 = 89%
Với:
Cmax: Nồng độ bụi phát thải cho phép theo quy chuẩn, mg/Nm3
Cbụi: Nồng độ bụi đo được, mg/Nm3 3.3.3. Tính kích thước cyclone.
Lưu lượng thực tế của bụi đá vôi:
𝐿 = 𝑉(273 + 𝑡)
3600 𝑥 273 = 15000(273 + 25)
3600 𝑥 273 = 4,5 𝑚3/𝑠 Với:
V = Q: Thể tích khí đi vào không khí, m3
chuẩn/h
SVTH: Trần Diễm Uyên MSSV: 0310020364 35
Đường kính hạt bé nhất cần thu hồi: Đường kính hạt 0-4µm 5-9µm 10-19µm 20-29µm 30-49µm 50-100 µm Phần trăm khối lượng 2% 3% 5% 10% 20% 60% Nồng độ bụi thu hồi 44 mg/Nm3 110 mg/Nm3 220 mg/Nm3 440 mg/Nm3 880 mg/Nm3 2200 mg/Nm3 So sánh với nồng độ bụi thải cho phép theo QCVN 19:2009/BTNMT, cột B. Ta có được đường kính hạt bé nhất cần thu hồi là min = 10m = 10.10-6m
Tiết diện cửa vào của cyclone: 𝑓 = 𝐿
𝑣𝑣 = 4,5
20 = 0,225 𝑚2
Với: vv = 14 ÷ 20 m/s: là tốc độ khí vào
Dựa vào bảng III.3. Kích thước cơ bản của cyclone – trang 522 – Sổ tay Quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất – TS. Nguyễn Trọng Khuôn. Ta chọn cyclone kiểu BTИ.
Khi đó:
Chiều cao cửa vào cyclone: h = 4b => f = 4b2 = 𝐿 𝑣𝑣
Chiều rộng cửa vào cyclone: b = 0,5√𝑓 = 0,5√0,225 = 0,24 m
Chiều cao cửa vào cyclone: h = 4b = 4 x 0,24 = 0,96 m
Đường kính cyclone: D = 5,9b = 5,9 x 0,24 = 1,42 m
Vận tốc giới hạn của bụi:
𝑣𝑔ℎ =𝛿
2(𝜌1− 𝜌2)𝑢2
9𝜌2𝑣2𝐷 =
(10𝑥10−6)2 𝑥 (2780 − 1) 𝑥 132
9 𝑥 1 𝑥 19𝑥10−6 𝑥 1,42 = 0,19 𝑚/𝑠
Với: u = 12 ÷ 14m/s: tốc độ dòng khí trong cyclone Kiểm tra độ chính xác của D theo Re:
𝑅𝑒 = 𝑣𝑔ℎ𝛿 𝑣2 =
0,19 𝑥 10𝑥10−6
19𝑥10−6 = 0,1 ≤ 0,2
Đường kính của cyclone được tính lại theo công thức:
𝐷 = 𝐷𝑇 1 − 10𝑣𝑢𝑔ℎ
Với: 𝐷𝑇 = 𝑑𝑇 + 2𝑎 = 1,13√𝐿
𝑣𝑟+ 2𝑎 = 1,13√4,5
8 + 2𝑥0,01 = 0,87𝑚
Trong đó: - DT: đường kính ngoài của cyclone - dT: đường kính trong của cyclone
- a: là bề dày vật liệu
- vr = 4÷8m/s: là vận tốc khí ra
Vậy đường kính của cyclone có giá trị: 𝐷 = 0,87
1−10 𝑥 0,19
13
= 1𝑚
Dựa vào bảng III.4. Kích thước cơ bản của cyclone ЏH theo đường kính – trang 524 – Sổ tay Quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất – TS. Nguyễn Trọng Khuôn. Ta tính được các kích thước cần thiết còn lại của cyclone, chọn kiểu ЏH – 24:
Chiều cao cửa vào cyclone:
a = 1,11.D = 1,11 x 1 = 1,11 1,1m
Chiều cao ống tâm có mặt bích: h1 = 2,11.D = 2,11 x 1 = 2,11 2,1m
Chiều cao phần hình trụ:
h2 = 2,11.D = 2,11 x 1 = 2,11 2,1m
Chiều cao phần hình nón: h3 = 1,75.D = 1,75 x 1 = 1,75m
Chiều cao phần bên ngoài ống tâm: h4 = 0,4.D = 0,4 x 1 = 0,4m
Chiều cao chung:
H = 4,26.D = 4,26 x 1 = 4,26 4,3m
Đường kính ngoài của ống ra: d1 = 0,6.D = 0,6 x 1 = 0,6m
Đường kính trong của cửa tháo bụi: d2 = 0,4.D = 0,4 x 1 = 0,4m
Chiều rộng của cửa vào:
𝑏1 𝑏
⁄ = 0,26𝐷 0,2𝐷⁄ = 0,26 𝑥 1 0,2 𝑥 1⁄ = 1,3𝑚
Chiều dài của ống cửa vào:
l = 0,6.D = 0,6 x 1 = 0,6m
Khoảng cách từ tận cùng cyclone đến mặt bích: h5 = 0,32.D = 0,32 x 1 = 0,32m
SVTH: Trần Diễm Uyên MSSV: 0310020364 37
Đường kính trong của cyclone: dT = 0,85
Hệ số trở lực của cyclone: = 60
Sức cản thủy lực: ∆𝑃 = 𝑣𝑣2.𝜌2
2 = 60202 𝑥 1
2 = 12000𝑁/𝑚2 3.3.4. Khối lượng bụi thu được.
Lượng hệ khí vào thiết bị lắng quán tính: Qv=ρv.Qv (1) Trong đó: 𝜌𝑣 = 𝜌1. 𝑦𝑣+ (1 − 𝑦𝑣). 𝜌2 (2)
Với:
ρv là khối lượng riêng của hỗn hợp khí bụi
ρ1 là khối lượng riêng của bụi (bụi vôi ρ1 = 2780 kg/m3)
yv là nồng độ bụi đi vào thiết bị, % khối lượng: yv = Cb
ρv (3)
𝜌2 là khối lượng riêng của khí: 𝜌2 = 1 kg/m3 Thay (3) vào (2) ta được:
𝜌𝑣 = 𝜌1𝐶𝑏
𝜌𝑣+ (1 − 𝐶𝑏
𝜌𝑣) . 𝜌2 𝜌𝑣2− 𝜌𝑘. 𝜌2− (𝜌1− 𝜌2). 𝐶𝑏 = 0
Thay các giá trị vào ta được :
ρv2 – 1 𝑥 ρv – (2780 – 1) x 2200 𝑥 10−6 = 0 Giải phương trình ta được ρv = 3kg/m3.
Thay vào (1) Gv=ρv.Qv => Gv= 3 x 15000 = 45000 kg/h Thay giá trị này nào (2) ta được:
Nồng độ bụi đi vào thiết bị, % khối lượng yv = Cb
ρv => yv = 2200 x 10
−6
3 𝑥 100% = 0,073%.
Nồng độ bụi đi ra thiết bị, % khối lượng
yr = yv(1 – η) = 0,073 x (1 – 0,89) = 0,008 %.
Lượng hệ khí ra khỏi thiết bị Gr=Gv
100−yv
100−yr = 45000 𝑥 100−0,073
100−0,008 = 44970,7 kg/h.
Lượng khí sạch hoàn toàn Gs=Gv
100−yv
100 =45000 𝑥 100−0,073
100 = 44967,15 kg/h.
Lưu lượng hệ khí ra ngoài thiết bị Qr = Gr
ρv = 44970,7
3 = 14990m3/h.
Năng suất của thiết bị lọc theo lượng khí sạch hoàn toàn Qs= Gs
ρk = 44967,15
1 = 44967,15 m3/h.
Lượng bụi thu được trong một giờ
Khối lượng bụi thu được trong một ngày, giả sử ngày làm 16 tiếng: m = 29,3 x 16 = 468,8 kg/ngày
Thể tích bụi thu được trong một ngày: V = 𝑚
𝜌1=468,8
2780 = 0,17 m3 Giả sử, mỗi tháng lượng bụi thu hồi được xử lý một lần.
Vậy thể tích thùng thu bụi là: 𝑉𝑡ℎù𝑛𝑔 = 0,17 𝑥 30 = 5,1𝑚3
Kích thước xây dựng của thùng chứa bụi là L x B x H = 1,6 x 1,6 x 2
Bảng 3.3: Tổng hợp số liệu thiết kế cyclone
STT Kích thước Đơn vị Kết quả
1 Đường kính cyclone, D m 1
2 Chiều cao cửa vào cyclone, a m 1,1
3 Chiều cao ống tâm có mặt bích, h1 m 2,1
4 Chiều cao phần hình trụ, h2 m 2,1
5 Chiều cao phần hình nón, h3 m 1,75
6 Chiều cao phần bên ngoài ống tâm, h4 m 0,4
7 Chiều cao chung, H m 4,3
8 Đường kính ngoài của ống ra, d1 m 0,6
9 Đường kính trong của cửa tháo bụi, d2 m 0,4
10 Chiều rộng của cửa vào, b1/b m 1,3
11 Chiều dài của ống cửa vào, l m 0,6
12 Khoảng cách từ tận cùng cyclone đến mặt bích, h5
m 0,32
13 Góc nghiêng giữa nắp và ống vào, α Độ 24
14 Đường kính trong của cyclone, dT m 0,85
SVTH: Trần Diễm Uyên MSSV: 0310020364 39
CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ