CHƯƠNG I: XỬ LÝ SỐ LIỆU
1. Số liệu giả thiết

Nhà máy A:

Khu dân cư B

b = 40 m

b = 80 m

l = 85 m

l = 40 m

hA = 20 m

hB = 15 m

-

Ống khói ở nhà máy A:

Lưu lượng:

Q = 5000 (m3/h)

Chiều cao ống khói:

Hô = 60 m



780

H2 S

5

CO

563,6

NO2

1.120

 Thành phần của bụi như sau:
Hàm lượng bụi tổng = 2500 mg/m3; gồm các dãy sau:
D,  m

0 5

% theo 9
khối
lượng

-

5  10

10  20 20  30 30  40 40  50 50  60 60-70

+ Cmax là nồng độ tối đa cho phép của bụi và các chất vô cơ trong khí thải
công nghiệp, tính bằng miligam trên mét khối khí thải chuẩn (mg/Nm3);
+ C là nồng độ của bụi và các chất vô cơ quy định tại mục 2.2 tại bảng 1
đối với bụi tổng áp dụng ở cột B QCVN 19: 2009/BTNMT
+ Kp là hệ số lưu lượng nguồn thải quy định tại mục 2.3 tại bảng 2 : Hệ số
lưu lượng của nguồn thải Kp.Vì lưu lượng Q = 5000(m3/h) ≤ 20.000 (m3/h) nên Kp = 1
+ Kv là hệ số vùng, do nhà máy hoại động sau ngày 07/05/2009 nên C được
lấy ở cột B bảng 1 - QCVN 19: 2009/BTNMT. Khu công nhiệp nên theo quy định tại mục
2.4 ở bảng 3 ta lựa chọn Kv = 1
 Ta có bảng sau:
Bảng 1:Nồng độ tối đa cho phép theo QCVN 19/2009
Bảng: Nồng độ tối đa cho phép đối với hạt bụi và các chất vô cơ trong khí thải
công nghiệp
Thành phần

C (mg/m3)- cột B QCVN
19/2009

Cmax (mg/m3)

SO2

500.00

500.00

CO

1000.00


t1= 150oC  T1= 423oK
t2=25oC  T2=298Ko
Từ phương trình khí lý tưởng : PV=nRT
𝐶2 = 𝐶1 ×

𝑇1
423
= 𝐶1 ×
𝑇2
298

Trong đó:
C1, T1:

Nồng độ của các thành phần trong khí thải (mg/m3) ở nhiệt độ tuyệt
đối T1=423oF

C2, T2 :

Nồng độ của các thành phần trong khí thải (mg/Nm3) ở nhiệt độ tuyệt
đối T2=298oF

Bảng: Nồng độ các thành phần trong khói thải ở 25oC
C150 oC (mg/m3)

C25 oC (mg/m3)

SO2

780

Ta được bảng số liệu:
TT

Thành phần

C25 oC

Cmax

4

Kết luận


(mg/Nm3)

mg/Nm3

1.

SO2

1107,18

500.00

Vượt QC

2.


Bụi

25000

200.00

Vượt QC

 Phải xử lý cả bụi và 2 khí.

5


CHƯƠNG II. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ
1. Lựa chọn công nghệ xử lý
1.1.

Đối với bụi

1.1.1. Buồng lắng bụi
 Nguyên lý làm việc của buồng lắng bụi:
-

Buồng lắng bụi có khả năng xử lý bụi thô có kích thước ≥ 50µm khá tốt.

-

Nguyên lý hoạt động : Khí chứa bụi chuyển động từ đường ống vào có thiết
diện nhỏ song buồng lắng có thiết diện lớn hơn rất nhiều lần. Bụi chuyển động
chậm lại và được lắng xuống dưới tác động của trọng lực.

Xyclon sẽ chảy xoáy theo đường xoắn ốc dọc bề mặt trong của vỏ hình trụ. Xuống tới
phần phễu, dòng khí sẽ chuyển động ngược lên trên theo đường xoắn ốc và qua ống tâm
thoát ra ngoài. Hạt bụi trong dòng không khí chảy xoáy sẽ bị cuốn theo dòng khí vào
chuyển động xoáy. Lực ly tâm gây tác động làm hạt bụi sẽ rời xa tâm quay và tiến về vỏ
ngoài Xyclon. Đồng thời, hạt bụi sẽ chịu tác động của sức cản không khí theo chiều ngược
với hướng chuyển động, kết quả là hạt bụi dịch chuyển dần về vỏ ngoài của Xyclon, va
chạm với nó, sẽ mất động năng và rơi xuống phễu thu. Ở đó, hạt bụi đi qua thiết bị xả đi
ra ngoài.

6


b) Ưu điểm, nhược điểm.
 Ưu điểm:
+ Không có bộ phận chuyển động;
+ Có thể làm việc ở nhiệt độ cao (đến 5000C);
+ Vận tốc khí làm việc lớn (2,2-5m/s);
+ Thu bụi ở dạng khô;
+ Có khả năng thu bụi mài mòn mà không cần bảo vệ bề mặt Xyclon;
+ Chế tạo đơn giản, giá thành rẻ;
+ Chi phí vận hành sửa chữa thấp;
+ Có thể làm việc ở điêu kiện nhiệt độ, áp suất khác nhau;
+ Tách bụi có đường kính 𝛿< 20𝜇𝑚;
 Nhược điểm:
+ Không thể thu hồi được bụi có tính kết dính;
+ Tổn thất áp suất lớn;
+ Hiệu quả lọc bụi giảm khi kích thước hạt bụi < 5𝜇𝑚.
1.1.3 Các loại lưới lọc bụi:
a) Thiết bị lọc bụi túi vải:


hoàn nguyên. Có 2 phương pháp hoàn nguyên:
 Cơ khí: lắc rung và đôi khi vặn xoắn.
 Thổi bằng nén khí: thổi ngược, thổi liên tục hoặc thổi xung.
Thiết bị lọc túi vải có hiệu suất thu bụi cao đến trên 99% và tổn thất áp lực vao
khoảng 1300-1400 N/m2.
Trở lực khí động của vải chưa bám bụi khi lưu lượng khí từ 0,3-2 m/s thường từ
5-40 N/m2.
Nồng độ bụi sau khi lọc vải là 10-50mg/m3.
b) Lưới lọc bụi kiểu tấm:
Đây là thiết bị lọc được chế tạo thành tấm phẳng từ một vật liệu hay nhiều vật
liệu khác nhau để tạo ra những lỗ rỗng, hai mặt căng lưới thép và giữa là vật đệm như sợi
thủy tinh, sợi tổng hợp, dây kim loại, khâu nhựa, khâu sứ,… Kích thước vật liệu đệm càng
bé thì lỗ rỗng càng bé và lọc được bụi mịn. tùy theo lưu lượng không khí cần lọc ta tính
được diện tích các tấm lọc và sắp xếp chúng hợp lý (đứng, nghiêng, phẳng, ngang) vào
thiết bị không khí đi qua.
c)

Thiết bị lọc bụi dạng sơ sợi:

Các thiết bị lọc dạng xơ sợi bao gồm một hay nhiều lớp lọc, trong đó phân bố
đồng đều các xơ sợi. Các thiết bị lọc dạng xơ sợi được sử dụng để lọc bụi có nồng độ bụi
từ 0,5-5mg/m3 và được phân ra thành các loại sau:
 Các thiết bị lọc sơ mỏng: loại thiết bị này có thể làm sạch tinh những thể tích khí
lớn. Để thu hôi bụi có kích thước nhỏ (0,1-5𝜇𝑚) với hiệu suất >99%, người ta sử dụng các
thiết bị lọc dạng tấm phẳng hoặc các lớp vật liệu mỏng dạng sơ sợi nhỏ hơn 5 𝜇𝑚. Vận tốc
lọc từ 0,01-0,1m/s. Nồng độ bụi ban đầu không lớn hơn 5mg/m3. Loại thiết bị này không
tái sinh vật liệu lọc. Sau một thời gian sử dụng thì thay cả bộ lọc hoặc thay vật liệu lọc.
 Thiết bị lọc thô: Để khắc phục nhược điểm của loại trên là thời gian sử dụng
không dài và phải thay thế, trong nhiều trường hợp người ta sử dụng thiết bị lọc nhiều lớp
xơ sợi dày hơn và đường kính xơ sợi lớn hơn (từ 1-20𝜇𝑚). Với tốc độ lọc từ 0,05-0,1m/s

và quá trình hấp thụ khí diễn ra mạnh mẽ trong điều kiện diện tích bề mặt tiếp xúc pha lớn,
độ hỗn loạn cao và hệ số khuếch tán cao. Bởi vì một số hợp phần của hỗn hợp khí có khả
năng hòa tan mới có thể hòa tan được trong chất lỏng, cho nên quá trình hấp thụ chỉ có hiệu
quả cao khi lựa chọn dung chất hấp thụ có tính hòa tan cao hoặc những dung chất phản ứng
không thuận nghịch với chất khí cần được hấp thụ.
 Ưu điểm và nhược điểm:
 Ưu điểm:
+ Xử lý được các chất khí, hơi độc hại.
+ Dễ lựa chọn được hóa chất hấp thụ.
10


+ Phản ứng hóa học, độ hòa tan chất khí vào chất lỏng nhanh nếu nhiệt độ khí
thải cao.
 Nhược điểm:
+ Khó hoàn nguyên các chất hấp thụ.
b) Phương pháp hấp phụ:
Hấp phụ là một quá trình truyền khối mà trong đó chất khí được liên kết vào một
chất rắn. Chất khí (chất bị hấp phụ) thâm nhập vào các mao quản của chất rắn (chất hấp
phụ) nhưng không thâm nhập vào cấu trúc mạng tinh thể của chất rắn.
Nhìn chung, các chất hấp phụ này có đặc tính chung là diện tích bề mặt hoạt tính
trên một đơn vị thể tích rất lớn. Chúng rất có hiệu quả đối với các chất ô nhiễm dạng
Hydrocacbon. Hơn nữa, chúng có thể hấp phụ được cả H2S và SO2. Một dạng đặc biết của
rây phân tử cũng có thể hấp phụ được NO2.
Ngoại trừ than hoạt tính, các chất hấp phụ khác có một nhược điểm la chũng ưu
tiên tiếp xúc với nước trước bất kì một chất ô nhiễm nào. Vì vậy nước phải được tách hết
khỏi dòng khí trước khi đưa vao hấp phụ. Tất cả các chất hấp phụ đều bị phá hủy ở nhiệt
độ cao (1500C đối với than hoạt tính, 6000Cđối với rây phân tử, 4000C với silicagel và
5000C đối với Nhôm hoạt tính). Hoạt động của chúng rất kém hiệu quả ở những nhiêt độ
tương ứng như trên. Tuy nhiên hoạt tính của chúng lại được phục hồi lại ngay ở chính nhiệt

và do đó đường kính cột thường nhỏ hơn.
 So với tháp đệm thì tháp đĩa phức tạp hơn và được phân thanh nhiều loại theo kết
cấu của đĩa và sự vận chuyển của chất lỏng qua lỗ đĩa hoặc theo các ống chảy chuyền giữa
các đĩa, cụ thể phân thành:
+ Tháp đĩa có ống chảy truyền va không ống chảy chuyền.
+ Tháp đĩa lưới, tháp chop, tháp supap và một số dạng khác.
c) Các tháp phun:
Các tháp phun thường được áp dụng trong những trường hợp đòi hỏi độ giảm áp
pha khí qua tháp là nhỏ nhất và có sự hiện diện của các bụi lơ lửng trong dòng khí thải.
 Chọn thiết bị hấp thụ là tháp đệm.
1.1.3. Lựa chọn dung môi hấp thụ:
Khí cần xử lý là: SO2, CO
Những chất hấp thụ công nghiệp áp dụng trong quá trình làm sạch liên tục dòng
khí thải cần phải thỏa mãn một số yêu cầu sau:









Có đủ khả năng hấp thụ cao.
Có tính chọn lọc cao theo quan hệ với thành phần cần được tách ra.
Có thể có tính bốc hơi nhỏ.
Có những tính chất động học tốt.
Có khả năng hoàn nguyên tốt.
Có tính ổn định nhiệt hóa học.
Không có tác động ăn mòn nhiều đến thiết bị.

vải

Tháp hấp thụ SO2
bằng Ca(OH)2

Thấp hấp thụ CO

Khí sạch

 Thuyết minh sơ đồ công nghệ:
Dòng khí bị nhiễm bụi được đưa vào phần trên của thiết bị Buồng lắng để lắng những
hạt bụi có kích thước ≥ 50 micromet, sau đó bụi được lắng xuống thùng chứa bụi và được
xả ra ngoài bằng ống xả còn khí tiếp tục vào Cyclon theo phương tiếp tuyến thực hiện
chuyển động xoắn ốc, dịch chuyển xuống dưới và hình thành vòng xoáy ngoài do tác dụng
của lực ly tâm, các hạt bụi sẽ văng vào thành thiết bị và tách khỏi dòng khí thải. Bụi rơi
xuống đáy thiết bị và được thu ra ngoài, còn khí thải thoát ra từ đỉnh trên của thiết bị qua
ống tròn đặt tại tâm thân trụ. Hỗn hợp khí chưa xử lý hết bụi lại tiếp tục được đưa sang
thiết bị lọc bụi túi vải để loại bỏ bụi ra khỏi dòng khí thải sao cho đạt QCVN
19:2009/BTNMT.

Hỗn hợp khí được đưa sang tháp hấp thụ bằng dung dịch Ca(OH)2 để hấp thụ
𝑆𝑂2 , dung dịch được bơm từ thùng chứa lên tháp. Hỗn hợp khí còn lại đưa sang thấp hấp
thụ CO. Khí đạt chuẩn thoát ra ngoài.

14


CHƯƠNG III. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ XỬ LÝ BỤI
 Các thông số đầu vào
Các đại lượng


kg/m.s

1,6.10-5

Bảng: Dải phân cấp cỡ hạt
Đường
kính cỡ hạt

0-5

5-10

10-20

20-30

30-40

40-50

50-60

60-70

9%

8%

12%

Chọn đường kính giới hạn của hạt bụi: δmin = 50 μm nghĩa là buồng lắng có thể lọc
toàn bộ cỡ hạt d ≥ 50 𝜇𝑚
15


Những đường bụi có đường kính ≥ 𝛿𝑚𝑖𝑛 đều được giữ lại 100% ở trong buồng lắng bụi
Trong đó:
+ µ : Độ nhớt của khí thải ở 1500. Hệ số nhớt động lực của khí thải ở 150oC, tính theo
công thức gần đúng của Sutherland : (trang 73)[4]
𝜇𝑡 𝑜 𝐶 = 𝜇0𝑜 𝐶 ×
𝜇150𝑜 𝐶 = 1,6. 10−5 ×

387
273 + 𝑡 3
×(
)2 (𝑃𝑎. 𝑠)
387 + 𝑡
273

387
273 + 150 3
×(
)2 = 2, 22. 10−5 (𝑃𝑎. 𝑠)
387 + 150
273

L : lưu lượng khí thải, L = 1,39(m3/s)
ρb : Trọng lượng riêng của bụi, ρb = 1500 kg/m3
ρkk : Trọng lượng riêng của khí thải, ρkk = 1,2 kg/m3
l : Chiều dài buồng lắng (m)


L
𝐵𝐻

=> H =

L
𝐵𝑢

=

1,39
2×0,55

= 1,26 (m) => Chọn H = 1,3 m

- Kiểm tra lại đường kính hạt bụi nhỏ nhất:
18×2,22×10−5 𝑥1,39

18𝜇𝐿

𝛿 min = √

= √(1500−1,2)×9,81×2×7,5

(𝜌𝑏ụ𝑖 −𝜌𝑘ℎí )𝑔𝐵𝑙

= 5,01×10-5 (m) = 5 (µm)
+ Vận tốc chuyển động của bụi (vận tốc dòng khí):
𝑢=

𝑣𝑔ℎ =

2
𝜌𝑏 ×𝑔×𝛿𝑚𝑖𝑛

18𝜇

=

1500×9,81×(50×10−6 )2
18×2,22×10−5

= 0,1(m/s)

- Thời gian lắng của hạt bụi cỡ 50 𝜇𝑚 là:
𝜏1 =

𝐻
𝑣𝑔ℎ

=

1,3
0,1

= 13 (s)

𝜏1 < 𝜏2 đảm bảo cỡ hạt bụi 50 𝜇𝑚 được lắng hoàn toàn trong buồng lắng bụi
- Vậy tiết diện đứng của buồng lắng bụi:
𝐹 = 𝐵 × 𝐻 = 2 × 1,3 = 2,6 m2

2

3

4

5

0_5
Phân cấp
cỡ hạt ban
đầu (%klg)
Lượng bụi
Gi trên 1m3
khí
thải
3
(g/m ).
Hiệu quả
lọc theo cỡ
hạt η (δ) %
của buồng
lắng
Lượng bụi
còn lại sau
buồng lắng
(100-η
(δ)%)*Gi/1
00 (g/m3)
Dải phân


2,25

2,0

3,0

1,75

3,0

3,0

4,0

6,0

0,258

2,32

9,30

25,83

50,63

83,69

100


0

0

Tổng
cộng
100

25

14,59

100

 Hiệu quả lắng của thiết bị:
η𝑇 =

𝐶𝑣à𝑜 − 𝐶𝑟𝑎
𝐶𝑣à𝑜

× 100 =

2500−(224,4+195,36+272,1+129,8+148,11+48,93)
2500

× 100 = 59,25%

Như vậy, hiệu quả lọc của buồng lắng là 59,25% < hiệu suất tối thiểu cần đạt được (99,4%)
không thỏa mãn yêu cầu => Cần phải sử dụng đến Xyclon.

t : Nhiệt độ khí thải.oC
𝜌𝑘 = 0,774 kg/m3
- Nồng độ bụi trong hỗn hợp khí vào (1 buồng lắng)
Cv = 25000 mg/m3 = 0,025 kg/m3
→ 𝜌ℎℎ =

0,025
𝜌ℎℎ

× 1500 + (1 −

0,025
𝜌ℎℎ

) × 0,774

2
𝜌ℎℎ
– 0,774 𝜌ℎℎ - 37,48 = 0

→

Giải phương trình ta được: 𝜌ℎℎ = 6,52

kg/m3

𝜌ℎℎ = - 5,75 kg/m3
→ Chọn

𝜌ℎℎ = 6,52


= 32525,88 kg/h

Lưu lượng khí đi ra khỏi buồng lắng:
𝐿𝑟 =

-

100 − 𝛾𝑣

𝐺𝑟
𝜌ℎℎ

=

32525,88
6,52

= 4988,63 m3/h = 1,386 m3/s

Lượng bụi thu được:
𝐺𝑏 = 𝐺𝑣 − 𝐺𝑟 =32600 – 32525,88 = 74,12 kg/h

20


-

Khối lượng bụi thu được trong một ngày (làm việc 8 tiếng):
m = 74,12 × 8 = 592,96 kg/ngày

Chiều dài buồng lắng

l

m

7,5

2

Chiều cao buồng lắng

H

m

1,3

3

Chiều rộng buồng lắng

B

m

2

4


Cửa xả bụi

cxd

mxm

1,2 x1,2

8

Chiều cao thùng chưa bụi

h

m

1

b

m

L1

m

9
10

Chiều rộng buồng lắng

r2

0,5D

Đường kính ống trung tâm

d1

0,5D

Bán kính ống trung tâm

r1

0,25D

a

0,5D

b

0,2D

H1

1,5D

H


D

d3

(0,3÷0,4)D

ống trung tâm
Chiều cao ống trung tâm
Đường kính trong của cửa
tháo bụi

 Tính Xyclon:

- Đường kính của Xyclon:
𝐿

1,39

𝐷= √
=√
= 0,84 (m) => chọn D=0,9m
0,785×W
0,785×2,5
𝑞

-

Diện tích tiết diện ngang của Xyclon:

23


= 17,16 (m/s)

- Vận tốc tiếp tuyến trung bình bên trong Xyclon:
𝑣𝑡𝑡𝑏 = (0,7÷1) 𝑣𝐸 = 0,8×17,16 = 13,73(m/s)
- Bán kính trung bình của Xyclon:
Ro=ro=
-

𝑟1 +𝑟2
2

=

0,75𝐷
2

= 0,34 (m)

Số vòng quay của dòng khí bên trong cyclon:
𝑛=

𝑣𝑡𝑡𝑏
2𝜋𝑟𝑜

=

13,73
2𝜋.0,34



= 2×10-5 (m) =20 (𝜇m)
Trong đó:
𝜇: Hệ số nhớt động lực của khí thải, 𝜇 = 2,2. 10−5 Pa.s (đã tính ở phâng lắng bụi)
L: Lưu lượng khí thải, L= 1,39 m3/s
𝜌𝑏 : Khối lượng riêng của bụi, = 1500 kg/m3
r2, r1: Lần lượt là bán kính ống thoát khí sạch và bán kính thân hình trụ của cyclon
n: Số vòng quay của khi trong cyclon
24


-

Vậy kích thước của cyclon:
b = 0,2D = 0,18 (m);
a =0,5D = 0,45 (m);
H =1,5D = 1,35 (m);
l =H-a = 1D = 0,9 (m);
r1 = 0,25D = 0,225 (m);
r2 = 0,5D = 0,45 (m).
- Chiều cao của phễu:
H’ = 2,5D = 2,25 (m)

- Tổng chiều cao làm việc của Xyclon:
H* = H+H’ = 1,35 + 2,25 = 3,6 (m)
- Thể tích làm việc của Xyclon:
V = F×H* = 0,64×3,6 = 2,304 (m3)
- Hệ số 𝛼:
4


L: Lưu lượng làm việc của cyclon, 1,39 m3/h
- Hiệu suất của cỡ hạt theo công thức 7.13-tập 2 -95:
η(𝛿 ) =

1−exp(𝛼𝛿 2 )
2
1−exp(𝛼𝛿𝑚𝑖𝑛
)

Như vậy, hiệu quả lọc của buồng lắng và Xyclon là không thỏa mãn yêu cầu => Cần phải sử dụng
đến Lưới lọc bụi.
- Tính tổn thất áp suất của Xyclon: Theo Shepherd và Lapple( CT 7.45) [2]
KE =

16𝑎𝑏
𝐷12

=

16×0,18×0,45
(2𝑥0,225)2

= 6,4

- Tính tổn thất áp suất của Xyclon: Theo Shepherd và Lapple( CT 7.45) [2]
KE =

16𝑎𝑏
𝐷12