nghiên cứu hoàn thiện công nghệ và sản xuất thiết bị lọc ướt hướng tâm xử lý bụi và một vài loại khí axít

Trong nội dung này cần thiết phải nghiên cứu kiểm tra, hiệu chỉnh nếu thấy cần thiết một số thông số kỹ thuật chính sau: − Vận tốc của dòng khí; − Xác ñịnh lưu lượng của dòng khí; − Chiề

TÓM TẮT NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Xử lý khí thải các nguồn gây ô nhiễm không khí là một trong các lĩnh vực quan trọng trong công tác bảo vệ môi trường trong giai ñọan hiện nay; Tầm quan trọng của

nó cũng giống như xử lý ô nhiễm môi trường do nước thải; chất thải rắn và chất thải nguy hại Nghiên cứu ñể tìm ra các công nghệ xử lý phù hợp với ñiều kiện Việt Nam

có nền công nghiệp ña phần có quy mô vừa và nhỏ; kinh phí ñầu tư ban ñầu của các doanh nghiệp khá khiêm tốn là công việc hết sức cần thiết và cấp bách nhằm giảm thiểu các chất ô nhiễm không khí, góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững

Dự án sản xuất thử “Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ và sản xuất thiết bị lọc ướt

hướng tâm xử lý bụi và một vài loại khí axít” ra ñời cũng không ngòai mục tiêu trên

Sau hơn 2 năm thực hiện, dự án ñã khắc phục nhiều khó khăn do suy thóai kinh tế tòan cầu ảnh hưởng ñến sự phát triển kinh tế của Việt Nam; Giá cả nguyên vật liệu, xăng dầu, nhân công tăng ñột biến; sản xuất bị ngưng trệ ñể cố gắng thực hiện các nội dung của dự án

Kết quả nghiên cứu của dự án ñã nghiên cứu hòan thiện công nghệ xử lý khí thải với 02 chất ô nhiễm chính là bụi và một vài lọai khí axít trên mô hình thực nghiệm có quy mô nhỏ phù hợp với thực tế tại các cơ sở sản xuất nhỏ (lưu lượng khí thải L = 1.300 – 1.500 m3/h) và một mẫu thiết bị với lưu lượng 3.500 – 4.000 m3/h Từ ñó tìm kiếm ñịa bàn áp dụng và triển khai vào thực tế tại 06 cơ sở sản xuất và ñề xuất quy trình vận hành thiết bị phù hợp với ñiều kiện các cơ sở vừa và nhỏ ở Việt Nam về kinh phí và vị trí lắp ñặt hạn chế nhưng vẫn ñảm bảo ñiều kiện kỹ thuật về an tòan cho môi trường Kết quả nghiên cứu cho thấy có thể triển khai ứng dụng rộng rãi thiết bị và công nghệ này trong thực tế

SUMMARY OF RESEARCH CONTENT

Handling emission sources of air pollution is one of the important areas of environmental protection work in the current period, its importance, like environmental pollution caused by waste water; solid waste and hazardous waste Research to identify treatment technologies suitable to Vietnam's conditions the industry has mostly small and medium scale; initial funding of the enterprises is rather modest work essential and urgency to reduce air pollutants, contributing to environmental protection and sustainable development

Trial production project "Research on improving technologies and equipment production center handle towards wet filter dust and some acid gases" are not

born outside the goal After more than two years of implementation, the project has overcome many difficulties on the global economic slowdown to affect the economic development of Vietnam, prices of raw materials, fuel, labor increases mutation, production was stalled trying to make the contents of the project

Results of the project has been researched and completed the treatment technologies with 02 emissions of pollutants are dust and gas some kind of acid on experimental model of small-scale practice match at the premises small production (gas flow L = 1.300-1.500 m3 / h) and a sample device with a flow of 3.500-4.000 m3 / h Since then, local search and apply to practical implementation at 06 production facilities and proposed operating procedures and equipment in accordance with the conditions of small and medium establishments in Vietnam about the funding and limited set of technical conditions installation position but still ensure the safety for the environment Research results show that applications can be deployed widely equipment and technology in practice

MỤC LỤC

TÓM TẮT NỘI DUNG NGHIÊN CỨU i

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT v

DANH MỤC BẢNG vi

DANH MỤC HÌNH vii

BẢNG QUYẾT TOÁN BẢNG DỰ TRÙ KINH PHÍ GIAI ðOẠN II MỞ ðẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1 Tính cấp thiết của Dự án 3

1.2 Xuất xứ của Dự án 3

1.3 Tổng quan các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước 3

1.3.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 3

1.3.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 4

1.3.2.1 ðề tài cấp: Thành phố 4

1.3.2.2 Luận án Tiến sỹ của ThS ðinh Xuân Thắng 4

1.3.2.5 Công trình xử lý khí thải khác: 10

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA PHƯƠNG PHÁP LỌC ƯỚT HƯỚNG TÂM .13

2.1 Bản chất của quá trình lọc ướt 13

2.2 Các yếu tố ảnh hưởng ñến hiệu quả lọc ướt ñối với bụi và khí ñộc 13

2.2.1 Lựa chọn dung dịch hấp thụ thích hợp 13

2.2.2 Diện tích tiếp xúc giữa dung dịch hấp thụ và khí thải 14

2.2.3 Thời gian tiếp xúc 15

2.2.4 Ảnh hưởng của áp suất và nhiệt ñộ 15

2.2.5 Ảnh hưởng của bản chất khí thải 16

2.2.6 Tốc ñộ chuyển ñộng của dung dịch hấp thụ và khí thải 16

2.2.7 Hướng chuyển ñộng tương ñối của dung dịch hấp thụ và khí thải 16

2.3 Nghiên cứu chuyển ñộng của dòng không khí xoáy trong hệ thống thông gió 17

2.3.1 Chuyển ñộng của dòng không khí xoáy trong hệ thống thông gió 17

2.3.2 Sự phân bố bụi, hơi khí ñộc trong dòng khí chuyển ñộng xoáy 23

2.4 Nguyên tắc tiếp xúc giữa hạt bụi, khí ñộc và giọt chất lỏng 25

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28

3.1 NGHIÊN CỨU HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ (Nội dung 1) 28

3.1.1 Mục tiêu của Nội dung 1 28

3.1.2 Phương pháp thực hiện 28

3.1.2.1 Nghiên cứu lý thuyết 28

3.1.2.2 Nghiên cứu thực nghiệm 28

3.1.3 Xây dựng mô hình thí nghiệm 29

3.1.3.1 Cơ sở khoa học ñể xây dựng mô hình 29

3.1.3.2 Xây dựng mô hình 29

3.1.3.3 Quy hoạch thực nghiệm 31

3.2 GIA CÔNG VÀ LẮP ðẶT TẠI CÁC CƠ SỞ SẢN XUẤT (Nội dung 2) 38

3.2.1 Mục tiêu của nội dung 2 38

3.2.2 Phương pháp thực hiện 38

3.2.2.2 Phương pháp thực nghiệm 38

3.3 KẾT QUẢ THỰC HIỆN NỘI DUNG 1: (N/cứu hòan thiện công nghệ) 38

3.3.1 Kết quả ño kiểm tra các thông số ñầu vào 38

3.3.2 Kết quả ño ñạc hiệu suất xử lý của thiết bị 41

3.3.3 ðề xuất công nghệ xử lý bụi cho các phân xưởng cơ khí vừa và nhỏ 44

3.3.3.1 Sơ ñồ công nghệ 44

3.3.3.2 Các thông số tính toán 45

3.3.3.3 Các thông số kỹ thuật của các thiết bị theo lưu lượng 47

3.4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU NỘI DUNG 2 (Nghiên cứu triển khai tại các cơ sở sản xuất) 50 3.4.1 Khảo sát các cơ sở sản xuất có nhu cầu áp dụng 50

3.4.2 Lựa chọn cơ sở áp dụng 50

3.4.3 Kết quả áp dụng vào thực tế 51

3.4.4 Nhận xét kết quả tại các cơ sở khi ứng dụng công nghệ lọc ướt hướng tâm 55

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

PHỤ LỤC .61

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2 1 Các thông số kỹ thuật của một số vật liệu ñệm 14

Bảng 3 1 Thành phần hạt bụi kim loại trước khi thí nghiệm ……… 29

Bảng 3 2 Số ñiểm lấy mẫu ñối với ống dẫn tròn 33

Bảng 3 3 Số ñiểm lấy mẫu ñối với ống dẫn vuông góc 33

Bảng 3 4 Danh mục thiết bị lấy mẫu nguồn thải 34

Bảng 3 5 Kết quả ño vận tốc của dòng khí trên mặt cắt ngang ống hút 39

Bảng 3 6 Hiệu suất lọc bụi theo hệ số phun nước µ (lít/m3 khí thải) 40

Bảng 3 7 Tổng hợp kết quả ño ñạc nồng ñộ bụi 41

Bảng 3 8 So sánh ưu và nhược ñiểm của thiết bị với tháp ñệm và tháp rửa khí rỗng

43

Bảng 3 9 Bảng tra cứu các thiết bị lọc ướt hướng tâm 47

Bảng 3 10 Một số thông số cơ bản của thiết bị 48

Bảng 3 11 Kết quả ño ñạc trong ống khói sau hệ thống xử lý khí thải 52

Bảng 3 12 Nồng ñộ các chất ô nhiễm trước xử lý (Trung tâm công nghệ & QLMT)53 Bảng 3 13 Nồng ñộ các chất ô nhiễm sau xử lý của (Vinacontrol) 53

Bảng 3 14 So sánh kinh tế - kỹ thuật một số thiết bị lọc ướt 56

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 1 Mô hình thí nghiệm của Luận án Tiến sỹ 5

Hình 1 3 Hiệu suất thiết bị ở các vận tốc khác nhau 6

Hình 1 4 Sự phụ thuộc của hiệu suất thiết bị vào chiều cao lớp nước ở ñáy thiết bị

6

Hình 1 5 Quan hệ giữa hiệu suất xử lý SO2 và hệ số phun dung dịch hấp thụ là nước .8

Hình 1 6 Quan hệ giữa hiệu suất xử lý SO2 và hệ số phun dung dịch hấp thụ bằng sữa vôi 5% 8

Hình 1 7 Hiệu suất xử lý bụi 9

Hình 1 8 Hiệu suất xử lý SO2 9

Hình 2.1 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ, áp suất lên quá trình hấp thụ 15

Hình 2.2 Sơ ñồ chuyển ñộng của dòng khí 17

Hình 2.3 Phương pháp thông gió ống cụt 18

Hình 2.4 Chuyển ñộng xoáy của dòng không khí trên bề mặt ñáy 20

Hình 2.5 ðồ thị ñặc trưng biểu diễn các ñiều kiện tạo ra dòng khí xoắn 22

Hình 2.6 Sự phân bố nồng ñộ bụi, khí ñộc và nhiệt ñộ 24

Hình 3.2 Sơ ñồ chung hệ thống lấy mẫu nguồn 33

Hình 3 1 Mô hình thực nghiệm xử lý bụi 31

Hình 3 2 Ảnh 3D và ảnh thực cấu tạo chung mô hình thực nghiệm 39

Hình 3 3 Quan hệ giữa hiệu suất lọc bụi và hệ số phun nước µ (lít/m3) 40

Hình 3 4 Hiệu suất xử lý bụi của thiết bị thực nghiệm 42

MỞ đẦU

I GIỚI THIỆU VỀ DỰ ÁN

1 Tên Dự án: Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ và sản xuất thiết bị lọc ướt

hướng tâm xử lý bụi và một vài loại khắ axắt

2 đồng Chủ nhiệm dự án: PGS.TS đinh Xuân Thắng & KS Vũ Văn Dũng

3 Cơ quan chủ trì: Viện Môi trường & Tài nguyên Ờ đHQG.HCM

4 Cơ quan phối hợp: Viện Nghiên cứu Công nghệ Môi trường & Bảo hộ Lao ựộng

5 Thời gian thực hiện ựề tài: 24 tháng (từ 12/2007 ựến 12/2009 theo ựề cương) và ựược gia hạn thêm 06 tháng (gia hạn ựến hết 06/2010)

6 Kinh phắ ựược duyệt:

- Tổng kinh phắ của dự án: 2.597.350.000 ựồng

- Kinh phắ từ Ngân sách: 940.000.000 ựồng

- Kinh phắ ựối ứng: 1.657.350.000 ựồng

7 Kinh phắ ựã cấp:

− đợt 1: 700.000.000 ự; theo thông báo số: 297TB-SKHCN ngày 17/12/2007;

− đợt 2: 146.000.000 ự; theo thông báo số: 148/TB-SKHCN ngày 28/08/2009;

Kinh phắ ựã thanh quyết toán:

- đã thanh toán xong kinh phắ ứng ựợt 1 là 700.000.000 đồng;

- đang làm các thủ tục xin thanh toán ựợt 2: 146.000.000 đồng

- đã nộp kinh phắ thu hồi ựợt 1: 250.000.000 đồng

II MỤC TIÊU CỦA DỰ ÁN

2.1 Mục tiêu của Dự án sản xuất hoặc chuyển giao công nghệ ựặt ra

Nhằm ổn ựịnh các thông số kỹ thuật, hoàn thiện thiết bị và công nghệ của thiết bị trước khi triển khai rộng rãi trong thực tế;

2.2 Mục tiêu của Dự án sản xuất thử nghiệm

a) Theo đề cương và hợp ựồng số 488/Hđ-SKHCN ngày 24/12/2007:

- Gia công 02 mẫu thiết bị có công suất 3.500 Ờ 4.000 m3/h và 4.000 Ờ 5.500 m3/h;

- Gia công lắp ựặt tại 10 Ờ 12 cơ sở sản xuất ựể kiểm chứng;

b) Theo Ý kiến của Hội ựồng giám ựịnh ựợt 1 ngày 09/04/2009:

Do dự án thực hiện trong thời gian từ ựầu năm 2008 và 2009 là thời gian khủng khoảng kinh tế, giá cả nguyên vật liệu, nhân công tăng lên rất cao và việc tìm kiếm các

cơ sở áp dụng gặp nhiều khó khăn nên Hội ựồng giám ựịnh giai ựoạn 1 cho phép dự án ựược ựiều chỉnh mục tiêu và nội dung của dự án như sau:

- Gia công 02 mẫu thiết bị có công suất 1.300 Ờ 1.500 m3/h và 3.500 Ờ 4.000 m3/h;

- Gia công lắp ñặt tại 4 - 5 cơ sở sản xuất thay vì 10 – 12 cơ sở như ñề cương ñăng ký

ñể kiểm chứng;

- Có thể triển khai xử lý cho các chất ô nhiễm: Bụi, khí axít và một vài loại khí khác;

III NỘI DUNG CỦA DỰ ÁN

3.1 Nội dung 1 (Bước 1):

Bước ñầu nghiên cứu hoàn thiện công nghệ của thiết bị, kiểm tra lại các thông số cơ bản của thiết bị trên cơ sở gia công 2 mẫu thiết bị Trong nội dung này cần thiết phải nghiên cứu kiểm tra, hiệu chỉnh nếu thấy cần thiết một số thông số kỹ thuật chính sau:

− Vận tốc của dòng khí;

− Xác ñịnh lưu lượng của dòng khí;

− Chiều cao cột nước dưới ñáy thiết bị;

− Hệ số phun của dung dịch hấp thụ;

− Tiếng ồn của thiết bị;

− Hiệu suất xử lý bụi; khí axít

− Hoàn chỉnh công nghệ của thiết bị;

− Xây dựng quy trình vận hành

3.2 Nội dung 2 (Bước 2):

Tìm kiếm ñịa ñiểm, khảo sát, trao ñổi và triển khai ngoài thực tế tại 4 – 5 cơ sở sản xuất, ño ñạc các thông số như trên, hòan thiện và ñề xuất quy trình vận hành thiết bị; tổng kết rút kinh nghiệm và hòan chỉnh, nghiệm thu dự án

IV SẢN PHẨM CỦA DỰ ÁN

Theo ñề cương nghiên cứu ñã ñược phê duyệt trước ñây, dự án sẽ:

- Nghiên cứu gia công 02 mẫu thiết bị có lưu lượng 3.500 – 4.000 m3/h và 4.000 – 5.000 m3/h;

- Gia công và lắp ñặt tại 10 – 12 cơ sở sản xuất (tùy theo yêu cầu của thực tế sẽ có các lưu lượng khác nhau);

ðầu năm 2008, khi bắt ñầu thực hiện dự án, tình hình suy thoái kinh tế, việc lựa chọn các cơ sở áp dụng rất khó khăn do sản xuất bị ñình trệ; mặt khác khủng khoảng kinh tế ñã làm cho giá cả nguyên vật liệu và nhân công tăng gấp trên 2 lần Do vậy tại Hội ñồng giám ñịnh nghiệm thu giai ñoạn 1, dự án ñã ñược cho phép kéo dài hơn 06

tháng (ñến 06/2010) với sản phẩm như sau:

− Thiết kế, gia công ít nhất 02 mẫu thiết bị có lưu lượng khí thải: 1.300 – 1.500 m3/h

và 3.500 – 4.000 m3/h;

− Gia công, lắp ñặt tại 4 – 5 cơ sở sản xuất;

− Có thể triển khai xử lý cho các chất ô nhiễm: Bụi, khí axít và một vài loại khí khác;

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tính cấp thiết của Dự án

Ô nhiễm môi trường không khí nói riêng và môi trường nói chung ñang là vấn ñề bức xúc hiện nay của xã hội Phát triển kinh tế luôn kéo theo gây ô nhiễm môi trường,

do vậy ñể phát triển bền vững, việc xử lý không khí ñã bị ô nhiễm, bảo vệ môi trường

là ñiều tất yếu cần phải thực hiện ở bất kỳ quốc gia nào Thực tế ở Việt Nam trong những năm vừa qua cho thấy chúng ta ñã có nhiều nỗ lực cố gắng thông qua việc ban hành Luật Môi trường năm 2005 và các văn bản dưới Luật Nhà nước và các cơ quan quản lý môi trường, các Doanh nghiệp ñã ñầu tư khá nhiều kinh phí cho công tác bảo

vệ môi trường Các kết quả ñã ñạt ñược là ñáng khích lệ, môi trường ñã bớt ô nhiễm so với trước ñây Tuy nhiên một thực trạng mang tính ñặc thù hiện nay ở Việt Nam là: các Doanh nghiệp vừa và nhỏ khá nhiều; nguồn vốn và quy mô nhỏ do vậy việc ñầu tư các công trình xử lý môi trường là rất khó khăn Từ ñó dẫn ñến hiện tượng các Doanh nghiệp ñầu tư rất ít kinh phí cho các công trình xử lý môi trường hoặc có ñầu tư xây dựng nhưng không vận hành hoặc vận hành gián ñọan mang tính ñối phó Bên cạnh

ñó, giá thành thiết bị khá cao chưa phù hợp với kinh phí hiện có của Doanh nghiệp ðây cũng là nguyên nhân dẫn ñến việc các ñơn vị tư vấn không thể lựa chọn ñược các công nghệ, thiết bị phù hợp vừa rẻ tiền nhưng lại phải ñảm bảo ñiều kiện kỹ thuật là xử

lý ñạt yêu cầu theo tiêu chuẩn xả thải Từ thực tế trên cho thấy việc lựa chọn công nghệ, thiết bị phù hợp vừa ñảm bảo ñiều kiện kỹ thuật, vừa ñáp ứng ñược giá thành hợp lý, vận hành dễ dàng cho các Doanh nghiệp là yếu tố rất cần thiết hiện nay Dự án

“Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ và sản xuất thiết bị lọc ướt hướng tâm xử lý bụi và một vài loại khí axít” ñược thực hiện dựa trên cơ sở các ðề tài nghiên cứu

khoa học, các Luận văn Cao học, Luận án Tiến sỹ, các công trình xử lý khí thải do hai ñồng Chủ nhiệm dự án làm Chủ nhiệm ñề tài, hướng dẫn hoặc ñã thực hiện nhằm ñáp ứng các yêu cầu trên

1.2 Xuất xứ của Dự án

Dự án ñược xây dựng trên cơ sở các ðề tài nghiên cứu khoa học, các Luận văn Cao học, Luận án Tiến sỹ, các công trình xử lý khí thải do Chủ nhiệm dự án làm Chủ nhiệm ñề tài, hướng dẫn hoặc thực hiện Kết quả của các ñề tài này sẽ ñược trình bày ở mục tóm tắt các công trình nghiên cứu trong nước ở mục 1.3.2 dưới ñây

1.3 Tổng quan các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước

1.3.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Ở nước ngoài có rất nhiều tác giả Ianischevsky V.1976; Xtephanov.BB.1980; Sui.kh 1966; Alomov.P.1980 của Liên Xô và một số tác giả Tiệp Khắc, Ba Lan ñã có nhiều nghiên cứu ứng dụng hiệu ứng của dòng không khí xoáy phục vụ cho thông gió các nhà xưởng và hầm mỏ Qua các nghiên cứu cho thấy:

− Dòng không khí xoáy có thể tạo ra dòng xoáy gom bụi và khí ñộc vào lõi xoáy;

− Có thể áp dụng hiệu ứng của dòng không khắ xoáy cho thông gió của nhà xưởng và hầm mỏ ựể giải quyết môi trường lao ựộng nếu hội ựủ các ựiều kiện sẽ tiết kiệm ựược chi phắ và khả năng vận hành rất ựơn giản;

Tuy nhiên, thực tế gặp khá nhiều hạn chế khi áp dụng hiệu ứng của dòng không khắ xoáy cho thông gió hầm mỏ và nhà xưởng, cụ thể là:

− Kắch thước nhà xưởng cần phải nhỏ và có dạng hình vuông hay tròn là tốt nhất;

− Các thiết bị trong nhà xưởng có thể là vật cản tạo ra các vùng gió quẩn trong không gian ựược thông gió;

− Việc tập trung bụi và khắ ựộc vào dòng xoáy sẽ tạo ra nồng ựộ bụi và khắ ựộc trong dòng xoáy rất cao, nếu không có biện pháp xử lý kịp thời sẽ gây nguy hiểm cho công nhân trong xưởng;

− Với các xưởng lớn cần phải có lưu lượng thông gió rất lớn, ựây cũng là một khó khăn cho việc áp dụng này

Cho ựến nay các công trình của các tác giả ựã nghiên cứu và áp dụng chỉ dừng lại ở các trường hợp trên và mức ựộ áp dụng cũng có giới hạn nhất ựịnh do các nhược ựiểm trên

1.3.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

1.3.2.1 đề tài cấp: Thành phố

Tên ựề tài: ỘNghiên cứu thiết bị lọc không ựịnh hình xử lý bụiỢ

(đồng chủ nhiệm TS Nguyễn Văn Quán; ThS GVC đinh Xuân Thắng), ựã ựược Hội

ựồng Khoa học cấp Thành phố ựánh giá và nghiệm thu 2000 Loại Khá

đây là ựề tài ựược hình thành với ý tưởng ban ựầu là xây dựng một thiết bị theo phương pháp lọc ướt trên cơ sở những ý tưởng ban ựầu về ứng dụng các hiện tượng xoáy lốc trong không khắ Do kinh phắ hạn hẹp và thời gian không cho phép ựề tài chỉ dừng lại việc nghiên cứu trên mô hình thực nghiệm và ựề xuất hướng nghiên cứu mới Kết quả nghiên cứu của ựề tài chưa ựược thực hiện một cách chi tiết, ựặc biệt là chưa nghiên cứu sâu về lý thuyết và chứng minh lý thuyết bằng thực nghiệm trên mô hình nghiên cứu ựể kiểm chứng Tuy nhiên ựây là những kết quả bước ựầu giúp cho nhóm nghiên cứu ựề xuất hướng nghiên cứu mới; ựó cũng chắnh là Luận án Tiến sỹ của ThS đinh Xuân Thắng dưới ựây

1.3.2.2 Luận án Tiến sỹ của ThS đinh Xuân Thắng

Với ựề tài ỘNghiên cứu ứng dụng hiệu ứng của dòng không khắ xoáy và công nghệ tạo sương nâng cao hiệu quả lọc bụi và khắ ựộcỢ đã bảo vệ tại Viện Môi trường & Tài nguyên năm 2002 Loại Xuất sắc

Luận án ựược thực hiện từ 12/1997 ựến 08/2002 Luận án ựã dựa trên những ưu và nhược ựiểm của dòng không khắ xoáy như ựã trình bày ở trên ựể xây dựng một công

giống như một mô hình thực tế với các thông số phù hợp với các công trình xử lý bụi

và khí ñộc cho các cơ sở sản xuất vừa và nhỏ rất phổ biến với nền công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp của Việt Nam hiện nay Mô hình thí nghiệm ñược minh họa như hình 1.1 dưới ñây:

a) Thiết bị xử lýtheo nguyên lý lọc ướt hướng

tâm

b) Mô hình quan sát hiệu ứng của dòng

không khí xoáy

Trong Luận án Tiến sĩ của tác giả nghiên cứu ñược thực hiện trên mô hình thực nghiệm có kích thước thiết bị giống như công trình ngoài thực tế nhằm xử lý bụi cho các xí nghiệp công nghiệp vừa và nhỏ (lưu lượng dòng khí L = 4.000 - 4.500 m3/h, ñường kính thiết bị sẽ là 880mm, chiều cao H = 1.750 mm, công suất của quạt gió: Nq

= 6HP, và thiết bị phun sương có công suất quạt 0.5HP), nghiên cứu ñược thực hiện với bụi Cao lanh

Hình 1 2 Hiệu suất thiết bị ở các vận tốc khác nhau

H

Cases weighted by H2O H2O

160 140 120 100 80 60 40 20 0

Hình 1 3 Sự phụ thuộc của hiệu suất thiết bị vào chiều cao lớp nước ở ñáy thiết bị

Kết quả nghiên cứu cho thấy:

1 Hiệu suất xử lý bụi của thiết bị ñạt rất cao và không phụ thuộc vào nồng ñộ bụi ñầu vào (vài trăm mg/m3 cho ñến gần 10.000 mg/m3)

2 Vận tốc hợp lý cho hiệu quả xử lý ổn ñịnh nhất nằm trong khoảng 26 ÷ 32 m/s ðiều này cũng hoàn toàn phù hợp với các giá trị vận tốc mà tác giả ñã áp dụng thực tế

ở một số công trình

3 Qua quan sát bằng thực tế trên mô hình cho thấy chiều cao của xoáy lốc rồng tối

ña ñạt ở khoảng 700 ÷ 800mm ðiều này cho thấy với chiều cao của các thiết bị xử lý thông thường (tháp ñệm, mâm, sủi bọt) thiết bị này có chiều cao thấp hơn và sự phụ thuộc của hiệu suất thiết bị vào chiều cao thường là không ñáng kể

4 Tất cả các phương trình hồi quy trong cả hai phương pháp xử lý số liệu Excel và SPSS for Window ñều có dạng giống nhau ðặc biệt là hệ số hồi quy R2 ñều ñạt giá trị trên 0,98 ÷ 0,99 ðiều này cho thấy kết quả này hoàn toàn có thể chấp nhận ñược với

ñộ tin cây rất cao

5 Nếu sử dụng thiết bị này chỉ ựể xử lý bụi hoặc hỗn hợp khắ thải chứa cả bụi và khắ ựộc ở nồng ựộ thấp thì công cần sử dụng thiết bị tạo sương bằng nguyên tắc tạo xung như trên

6 Tổn thất áp lực của thiết bị khá nhỏ từ 80 ựến tối ựa 100mm H2O Công suất ựiện tiêu tốn thấp hơn rất nhiều so với các loại thiết bị khác (gần 5,5, HP so với 7,5 HP ở các thiết bị khác)

7 Tiếng ồn của thiết bị khi tiến hành thắ nghiệm ựo ựược giá trị cao nhất là 87 dBA, thấp nhất là 76,6 dBA Các giá trị này còn thấp hơn tiêu chuẩn cho phép của tiếng ồn trong xưởng sản xuất (Theo TCVN 2005 tiếng ồn trong xưởng sản xuất là 85 dBA)

1.3.2.3 đinh Xuân Thắng, Chủ nhiệm ựề tài cấp Bộ mã số B2002-24-09 ỘNghiên cứu hoàn thiện và xây dựng thiết bị lọc hướng tâm tiêu chuẩnỢ đã bảo vệ 2003 ựạt

loại khá

Kế thừa các kết quả nghiên cứu trong luận án Tiến sĩ, tác giả tiếp tục nghiên cứu ảnh hưởng của chiều cao và ựường kắnh của thiết bị ựến hiệu suất lọc nhằm hoàn thiện

và ựề xuất mẫu thiết bị lọc ướt hướng tâm

Với mô hình thắ nghiệm trên, mô hình ựược gia công lại phần thân thiết bị thành các môựun có thể nối ghép dễ dàng và thay ựổi trong quá trình thắ nghiệm nhưng vẫn giữ ựược các nguyên tắc như trình bày ở trên

Qua kết quả các thắ nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của chiều cao và ựường kắnh ựến hiệu suất thiết bị và dùng các phần mềm máy tắnh ựể xử lý số liệu và cho các nhận xét sau:

1 Hiệu suất xử lý cao và ổn ựịnh ở hầu hết các lần thắ nghiệm với nồng ựộ bụi thay ựổi rộng

2 Chiều cao thiết bị từ H = 2D hiệu suất thiết bị rất cao, ổn ựịnh và ắt thay ựổi khi tăng chiều cao lớn hơn 2D So với các thiết bị lọc bụi ướt theo nguyên lý khác, chiều cao thiết bị theo nguyên lý hướng tâm thấp hơn ựáng kể Khi giảm ựường kắnh của thiết bị nhỏ hơn 2D hiệu suất thiết bị giảm khá nhanh Như vậy ựường kắnh của thiết bị

sẽ chọn ựể v = 2,2 m/s là hợp lý

3 Các phương trình hồi quy sử dụng phương pháp sử lý số liệu Excel ựều có hệ số hồi quy R2 ựạt giá trị trên 0,99 Cho thấy kết quả có ựộ tin cây rất cao

1.3.3.4 PGS.TS đinh Xuân Thắng, Chủ nhiệm ựề tài cấp Bộ B 2006 Ờ 24 Ờ 04

ỘNghiên cứu ứng dụng hiệu ứng của dòng không khắ xoáy và công nghệ tạo sương

chân quạt, nắp cống Sản phẩm sử dụng trong nước và xuất khẩu sang Nhật, Hàn Quốc

Doanh nghiệp ñó sử dụng lò nấu gang của Trung Quốc ñể nấu các loại gang phế liệu từ blốc máy có dính dầu mỡ, gang phế thải các loại ðề tài ñó triển khai, nghiên cứu với các loại gang phế thải khác nhau với dung dịch hấp thụ là nước và sữa vôi 5%

và 10 % Kết quả nghiên cứu tại cơ sở cho như sau:

- Hiệu suất xử lý của thiết bị vẫn rất cao ≈ 87% - 90 % khi ứng dụng vào thực

tế Việc khảo sát với 3 nhóm nguyên liệu ñầu vào khác nhau cho phép thay ñổi thành phần tính chất và nồng ñộ của bụi ñầu vào, tuy nhiên hiệu suất thu ñược cũng khá ổn ñịnh không có sự chênh lệch lớn Thiết bị có khả năng xử lý cao ñối với những hạt bụi có kích thước nhỏ mịn và không phụ thuộc vào bản chất cũng như nồng ñộ bụi

Hình 1 4 Quan hệ giữa hiệu suất xử lý SO 2 và hệ số phun dung dịch hấp thụ là nước

Hình 1 5 Quan hệ giữa hiệu suất xử lý SO 2 và hệ số phun dung dịch hấp thụ bằng sữa

vôi 5%

y = 12.286Ln(x) + 42.856

R 2 = 0.8746

5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00

Hình 1 6 Hiệu suất xử lý bụi

Hình 1 7 Hiệu suất xử lý SO 2

- ðối với nguồn nguyên liệu ñầu vào là gang phế liệu không lẫn dầu cặn thì nồng ñộ

SO2 là không có Còn ñối với hai nhóm nguyên liệu còn lại, khi hấp thu bằng nước hiệu suất xử lý SO2≈ 33% và ≈ 81% khi hấp thụ bằng sữa vôi ðiều này cho thấy thiết

bị xử lý ứng dụng hiệu ứng dòng không khí xoáy với khả năng tập trung nồng ñộ cao của bụi và khí ñộc vào lõi giữa của nó và quãng ñường di chuyển dài theo dòng xoáy

ñã làm tăng diện tích tiếp xúc và thời gian tiếp xúc giữa khí thải và dung dịch hấp thụ, thêm vào ñó sự kết hợp với một cơ cấu phun dung dịch hấp thụ hợp lý, tạo ra những hạt sương rất mịn (100µm) góp phần cường hoá thêm quá trình tiếp xúc giữa hai pha,

do vậy ñã nâng cao hiệu suất xử lý cho thiết bị

0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 90.00 100.00

Gang ph ế li ệ u l ẫ n d ầ u c ặ n Gang ph ế li ệ u l ẫ n d ầ u c ặ n và b ổ sung thêm d ầ u FO

ðề tài ñã nghiệm thu ðề tài là Luận văn Thạc sỹ do học viên Trương ðặng Vĩnh Phúc – Công ty Cấp thoát nước Vĩnh Long thực hiện với kết quả bảo vệ 9,5/10 ñó góp phần trong công tác ñào tạo Sau ðại Học của Viện Môi trường & Tài nguyên

ðể thuận tiện trong quá trình vận hành, ñề tài ñã tính toán lượng sữa vôi châm thêm vào trong quá trình xử lý, cụ thể như sau:

Lượng CaO cần thiết ñể hấp thụ SO2 theo tính toán:

Theo kết quả nghiên cứu ở trên ta có hiệu suất hấp thụ SO2 bằng Ca(OH)2 5% ñạt ≈81%, nồng ñộ SO2 có trong dòng thải là 1.049mg/Nm3 và lưu lượng dòng khí 3.791m3/h Do vậy:

- Tải lượng SO2 có trong dòng khí thải (g/h):

n

(Vôi thị trường có ñộ tinh khiết 80%)

Do vậy, Lượng CaO thực tế cần dùng có thể ñược xác ñịnh như sau:

MCaO = m CaO× =K 3, 52 1.5 × = 5, 28(kg h/ )

Trong ñó: K: hệ số an toàn liên quan ñến nồng ñộ CO2, NOx có trong khí thải Theo quan sát nhiều kết quả ño ñạc nồng ñộ khí thải từ các lò nấu gang thép (ñốt bằng dầu), thì nồng ñộ SO2 luôn lớn hơn so với CO2, NOx Do vậy trong ñiều kiện ñang nghiên cứu của mình, có kết hợp với tham khảo nhiều tài liệu khác và ñồng thời vôi là một nguyên liệu rẻ tiền dễ kiếm, nên tác giả ñề nghị chọn K = 1,5÷2,5 là tương ñối hợp lý

1.3.2.5 Công trình xử lý khí thải khác:

- Công ty Hoá chất LGVINA- KCN Gò Dầu, 1999;

- Doanh nghiệp Tư nhân Tam Hiệp Thành năm 2004;

- Doanh nghiệp tư nhân Thái Tuấn – Tây Ninh;

Căn cứ theo ñề cương của Dự án ñã ñược duyệt, Dự án ñã ñược phép nghiên cứu và ứng dụng với ñối tượng nghiên cứu là xử lý bụi và một vài loại khí khí axít

Tuy nhiên trong quá trình thực hiện (năm 2008), do tình hình kinh tế suy thoái, việc ñầu tư xây dựng các các công trình xử lý ô nhiễm môi trường của các Doanh nghiệp rất hạn chế Mặt khác nếu chỉ dừng lại ở mức ñộ xử lý bụi và một vài loại khí axít thì rất khó tìm ñịa bàn áp dụng và làm giảm khả năng ứng dụng rộng rãi của thiết bị cho các ñối tượng khác như các loại hơi khí ñộc của các ngành công nghiệp

Từ những lý do trên, trong quá trình thực hiện, chúng tôi ñã mạnh dạn áp dụng cho các cơ sở khác khi có nhu cầu

1.5.Ý nghĩa khoa học và khả năng áp dụng thực tiễn nếu dự án thành công

Theo Bộ Tài nguyên và Môi trường tính ñến 10/2009 toàn quốc có 223 KCN ñược hình thành theo quyết ñịnh của Thủ tướng Chính phủ, trong ñó 171 KCN ñã ñi vào hoạt ñộng với tổng diện tích 57.264 ha, ñạt tỷ lệ lấp ñầy 46% Theo dự kiến ñến 2015

sẽ ưu tiên thành lập 115 KCN mới với diện tích 26.400 ha và mở rộng 27 KCN nâng tổng số diện tích lên 70.000 ha Bên cạnh ñó còn hàng ngàn CCN ñã và ñang hình thành rải rác ở khắp các ñịa phương trên cả nước và hàng trăm nghìn cơ sở sản xuất ngoài KCC, CCC với thiết bị cũ, lạc hậu Tuy nhiên không phải KCN nào, cơ sở sản xuất nào cũng có hệ thống xử lý ô nhiễm môi trường ñáp ứng yêu cầu, ñó là chưa kể

có nơi ñã xây dựng hệ thống xử lý nhưng khi sản xuất lại không vận hành hoặc hoạt ñộng không có hiệu quả Do ñó ñã gây sức ép ngày càng tăng ñối với môi trường và làm cho môi trường trở nên quá tải Một trong những vấn ñề bức xúc hiện nay ñó là ô nhiễm không khí cục bộ ở các KCN và các ñô thị Bụi, khí ñộc hại và tiếng ồn là các yếu tố gây ô nhiễm môi trường không khí ở khu vực này

Theo số liệu quan trắc và phân tích hiện trạng môi trường ở một số thành phố và KCN ñại diện trên toàn quốc cho thấy, chỉ có những nơi xa thành phố, KCN và ñường giao thông nồng ñộ bụi trong không khí mới ở mức xấp xỉ tiêu chuẩn cho phép (TCCP), còn các loại khí ñộc hại như CO, SO2, NO2 … và ô nhiễm tiếng ồn ñang ở mức báo ñộng và có nguy cơ ñe doạ ñối với một số thành phố lớn như Hà Nội, TP.HCM, ðồng Nai, Bình Dương…

Dự án thành công sẽ mang lại ý nghĩa kinh tế và xã hội thể hiện qua các khía cạnh:

− Góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường không khí cho các cơ sở sản xuất vừa và nhỏ; góp phần bảo vệ môi trường sống và phát triển bền vững ñất nước;

− Gíup cho các nhà ñầu tư lựa chọn phương pháp và thiết bị phù hợp với kinh phí eo hẹp và mặt bằng có giới hạn của mình, yên tâm sản xuất hơn;

− Sản phẩm của dự án góp phần làm giảm giá thành sản phẩm, làm tăng khả năng cạnh tranh của sản phẩm sản xuất khi chúng ta gia nhập vào nền kinh tế thế giới;

− Góp phần thực hiện chủ trương của ðảng và Nhà nước phát triển bền vững ñất nước theo tinh thần của các Văn kiện, Nghị quyết (NQ: 41/NQTW ; Qð 61/CP) và ñã

ñược cụ thể hoá trong Chiến lược Bảo vệ môi trường quốc gia ñến năm 2010 và ñịnh hướng ñến năm 2020, Chương trình Nghị sự 21, và ñặt biệt là Luật Bảo vệ môi trường 2005 có hiệu lực từ ngày 1/7/2006

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA PHƯƠNG PHÁP

LỌC ƯỚT HƯỚNG TÂM 2.1 Bản chất của quá trình lọc ướt

Quá trình lọc ướt ñể khử bụi và khí ñộc thực chất là quá trình tiếp xúc trực tiếp

giữa dòng khí có chứa bụi và khí ñộc với dòng chất lỏng là dung dịch hấp thụ Chất lỏng chọn làm dung dịch hấp thụ ở ñây thường là nước cho xử lý bụi hoặc các loại dung dịch hấp thụ khác như NaOH, Ca(OH)2, Soda… cho xử lý khí ñộc

Dung dịch hấp thụ thường ñược phun dưới dạng các hạt sương có kích thước nhỏ, mịn và mật ñộ cao Diện tích tiếp xúc giữa dung dịch hấp thụ và dòng khí phụ thuộc rất lớn vào mật ñộ và kích thước của hạt sương ðây là một trong các yếu tố rất quan trọng ảnh hưởng ñến hiệu suất lọc bụi bằng phương pháp ướt

Quá trình tiếp xúc giữa hạt sương và bụi (khí ñộc), xảy ra do cơ chế va ñập, tiếp xúc

và khuếch tán Các hạt bụi (khí ñộc), sẽ ñược tách ra khỏi dòng khí nhờ các cơ chế này

và theo dòng dung dịch hấp thụ chảy xuống dưới ñáy thiết bị Dòng không khí sau khi

ñã ñược khử bụi và khí ñộc sẽ ñi ra ngoài thiết bị Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng ñến hiệu quả lọc Chúng sẽ ñược trình bày trong các phần dưới ñây

2.2 Các yếu tố ảnh hưởng ñến hiệu quả lọc ướt ñối với bụi và khí ñộc

Khi nghiên cứu các quá trình lọc ướt ñể xử lý bụi và hơi khí ñộc ñối với 6 loại thiết bị lọc ướt ñã nêu ở trên, chúng ta thường thấy hiệu suất của các thiết bị phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Diện tích tiếp xúc giữa dòng khí và dòng chất lỏng,

- Lựa chọn dung dịch hấp thụ thích hợp,

- Thời gian tiếp xúc giữa dòng khí và dòng chất lỏng,

- Cường ñộ tưới của chất lỏng,

- Hướng chuyển ñộng tương ñối của dòng khí và dòng chất lỏng,

- Các tính chất vật lý và hóa học của bụi,

- Nhiệt ñộ của dòng khí và dung dịch hấp thụ,

- Vận tốc chuyển ñộng của dòng khí trong thiết bị …

ðối với khí ñộc, quá trình tiếp xúc giữa các phân tử khí và giọt chất lỏng cũng xảy

ra tương tự theo các nguyên tắc trên, tuy nhiên các yếu tố ảnh hưởng ñến hiệu quả lọc của thiết bị không những phụ thuộc vào các yếu tố nêu trên mà còn phụ thuộc rất nhiều vào việc lựa chọn dung dịch hấp thụ

- ðộ bay hơi tương ñối thấp tránh thất thóat nhiều trong quá trình xử lý

- Có tính ăn mòn thấp ñể dễ chọn vật liệu chế tạo

2.2.2 Diện tích tiếp xúc giữa dung dịch hấp thụ và khí thải

ðây là yếu tố rất quan trọng ñối với hiệu quả hấp thụ khí thải Diện tích tiếp xúc càng lớn thì hiệu quả hấp thụ càng cao và ngược lại Tùy từng loại thiết bị khác nhau

sẽ tạo ra diện tích tiếp xúc khác nhau giữa dung dịch hấp thụ và khí thải Trong tháp mâm, ñể tăng diện tích tiếp xúc người ta thường tạo ra số lượng mâm và số lượng chóp nhiều hơn Tuy nhiên chúng không thể tăng mãi ñược do kích thước của thiết bị sẽ rất lớn Trong tháp sủi bọt người ta thường chọn từ 1 ñến 2 ngăn và tăng số lượng lỗ ñục qua các ngăn ñể tăng số lượng bọt sủi nhằm tới mục ñích tăng diện tích tiếp xúc Tuy nhiên việc này cũng sẽ gặp hạn chế vì tốc ñộ dòng khí cao, hiệu quả xử lý sẽ kém Trong tháp có lớp ñệm thì chính vật ñệm này là yếu tố giúp người thiết kế tăng diện tích tiếp xúc giữa dung dịch hấp thụ và khí thải, vật ñệm có thể là vòng rasching, vòng chia ñôi, vòng chia tư, vòng yên ngựa, vòng xoắn …

Các số liệu cho trong bảng sau cho thấy diện tích tiếp xúc của các loại vật ñệm khá lớn

Bảng 2 1 Các thông số kỹ thuật của một số vật liệu ñệm

Dạng vật ñệm Kích thước

(mm)

Bề mặt ñệm (m 2 /m 3 )

ðộ rỗng (m 3 /m 3 )

Số vật ñệm / m 3

Khối lượng (kg/m 3 )

[Sổ tay Quá trình thiết bị tập 3]

Với tháp Venturi việc tăng diện tích tiếp xúc nhờ việc tạo ra các hạt sương từ ống phun

2.2.3 Thời gian tiếp xúc

Thời gian tiếp xúc giữa dung dịch hấp thụ & khí thải cũng là yếu tố rất quan trọng Thời gian tiếp xúc càng lâu, hiệu quả hấp thụ càng cao và ngược lại Tuy nhiên thời gian tiếp xúc lại phụ thuộc vào tốc ñộ chuyển ñộng và hướng chuyển ñộng tương ñối của cả dung dịch hấp thụ và khí thải Quãng ñường ñi trong thiết bị của các phân tử bụi, khí ñộc càng lâu sẽ tương ứng với việc thời gian tiếp xúc càng nhiều và hiệu quả hấp thụ sẽ tăng lên

2.2.4 Ảnh hưởng của áp suất và nhiệt ñộ

Nhiệt ñộ và áp suất có ảnh hưởng rất lớn lên trạng thái cân bằng và ñộng lực của quá trình hấp thụ Nhiệt ñộ tăng thì hệ số của ñịnh luật Henry tăng, ñường cân bằng sẽ chuyển dịch về trục tung (Hình 2.1.) Giả sử ñường làm việc là PQ không ñổi, nếu nhiệt

ñộ tăng lên thì ñộng lực truyền khối sẽ giảm do ñó tốc ñộ truyền khối sẽ giảm Nếu tăng nhiệt ñộ lên một giới hạn nào ñó ví dụ t3 thì không những ñộng lực truyền khối giảm mà ngay cả quá trình cũng không thực hiện ñược

Theo ñường làm việc PQ cho trước Mặt khác nhiệt ñộ cao cũng có ảnh hưởng không tốt vì ñộ nhớt của dung dịch hấp thụ giảm Tuy nhiên nó chỉ có lợi khi trở lực khuếch tán chủ yếu nằm trong pha lỏng Từ ñó cho thấy khi nhiệt ñộ tăng thì quá trình hấp thụ khí thải sẽ giảm

Hình 2.1 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ, áp suất lên quá trình hấp thụ

Nếu tăng áp suất của hỗn hợp khí thì hệ số cân bằng sẽ giảm và do ñó ñường cân bằng sẽ gần trục hoành (Hình 2.1) Như vậy nếu tăng áp suất thì quá trình truyền khối

sẽ tốt hơn vì ñộng lực lớn hơn Nhưng việc tăng áp suất luôn làm cho tăng nhiệt ñộ Mặt khác việc chế tạo thiết bị sẽ gặp khó khăn nhiều hơn Thông thường chỉ với những khí khó hòa tan mới thực hiện quá trình hấp thụ ở áp suất cao Trong thiết bị lọc hướng tâm do tạo ra dòng khí có tốc ñộ cao nhằm mục tiêu tạo ra dòng không khí xoáy; nhưng do dòng khí tiếp xúc trực tiếp với nước (khi chỉ xử lý bụi) hoặc dung dịch hấp thụ (khi xử lý khí ñộc) nên nên nhiệt ñộ khí thải hầu như không tăng lên, ñây là ñiều khác biệt khi tăng áp suất dòng khí trong ñiều kiện thong thường (không tiếp xúc trực

tiếp với nước hoặc dung dịch hấp thụ), do vậy khi áp suất tăng vẫn có tác dụng làm tăng quá trình truyền khối từ pha khí sang pha lỏng hay nói chính xác hơn là tăng hiệu quả hấp thụ;

2.2.5 Ảnh hưởng của bản chất khí thải

Nói ñến bản chất khí thải là nói ñến thành phần, tính chất và nồng ñộ của khí thải ðối với khí thải trong ñiều kiện Việt Nam thường có thành phần ña dạng, phức tạp, bao gồm nhiều loại khí thải với các khả năng hấp thụ và nồng ñộ khác nhau ðặc biệt

sự có mặt của bụi là cản trở rất lớn ñến hiệu quả lọc ướt và sự ổn ñịnh của thiết bị trong quá trình làm việc nhất là ñối với tháp có vật ñệm

Bụi cản trở quá trình tiếp xúc giữa dung dịch hấp thụ và khí thải, mặt khác nó còn gây nên hiện tượng tắc nghẽn thiết bị và ăn mòn thiết bị Một số công trình thực tế do không khảo sát kỹ sự có mặt của bụi trong khí thải hoặc khả năng sinh ra chúng trong quá trình xử lý do các phản ứng phụ tạo ra ñã làm cho các thiết bị làm việc thường có hiệu quả thấp, không ổn ñịnh và tuổi thọ kém

Có thể nói ñây là yếu tố hết sức quan trọng cần lưu ý

2.2.6 Tốc ñộ chuyển ñộng của dung dịch hấp thụ và khí thải

Tốc ñộ chuyển ñộng của dung dịch hấp thụ và khí thải cũng có ảnh hưởng trực tiếp ñến hiệu quả xử lý, tốc ñộ chuyển ñộng càng nhanh, thì thời gian tiếp xúc càng ít dẫn ñến hiệu quả lọc càng kém và ngược lại

Nếu tốc ñộ chuyển ñộng nhỏ thiết bị sẽ phải có tiết diện ngang rất lớn dẫn ñến thiết

bị cồng kềnh và lãng phí nguyên vật liệu vô ích Việc tính toán lựa chọn vận tốc chuyển ñộng tương ñối của dòng khí và dung dịch hấp thụ là ñiều hết sức cần thiết Ngoài việc tạo ra quá trình tiếp xúc tốt nhất giữa dung dịch hấp thụ và khí thải nó còn giúp chúng ta hạn chế ñược hiện tượng gây ngập lụt trong thiết bị nhất là trong các tháp có vật ñệm, tháp ñĩa, tháp mâm

2.2.7 Hướng chuyển ñộng tương ñối của dung dịch hấp thụ và khí thải

Thông thường người ta thường chọn hướng chuyển ñộng của dung dịch hấp thụ và khí thải ngược chiều nhau ñể tăng cường ñộ trao ñổi giữa chúng Tuy nhiên tùy từng trường hợp có thể có những bố trí cho thích hợp Hướng chuyển ñộng của dung dịch hấp thụ và dòng khí có thể ñi vào bên dưới, bên trên hoặc bên hông thiết bị tùy từng trường hợp

Tóm lại: Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng ñến hiệu suất của quá trình lọc ướt, tuy

nhiên hai yếu tố là diện tích tiếp xúc và thời gian tiếp xúc là những yếu tố quan trọng nhất khi xử lý bụi Nếu trong khí thải có nồng ñộ khí ñộc cao, ngoài các yếu tố trên cần phải kể ñến việc lựa chọn dung dịch hấp thụ cũng là một yếu tố cần ñể ý tới

2.3 Nghiên cứu chuyển ñộng của dòng không khí xoáy trong hệ thống

thông gió

2.3.1 Chuyển ñộng của dòng không khí xoáy trong hệ thống thông gió

Trong những năm gần ñây trên thế giới ñã xuất hiện rất nhiều các công trình nghiên cứu [11-15] về ứng dụng dòng không khí xoáy ñể làm sạch môi trường không khí và

ñã ñem lại những hiệu quả nhất ñịnh Tuy nhiên việc áp dụng vào thực tế cũng gặp không ít khó khăn Mặc dù vậy, các nghiên cứu này cũng gây ñược sự chú ý trong việc giải quyết các vấn ñề lắp ñặt các hệ thống thông gió trong các toà nhà hiện ñại

Trong các công trình nghiên cứu [16-21] cho thấy rằng ñặc ñiểm cơ bản của dòng không khí xoáy là dòng chảy rối ở cấp ñộ cao, những giá trị ñáng kể của các hệ số khuếch tán, trao ñổi nhiệt và trao ñổi chất tạo ra các hiệu ứng trong các quá trình công nghệ khác nhau và rút ngắn thời gian hoạt ñộng của chúng Bởi vậy, việc ứng dụng dòng không khí xoáy trong các thiết bị thông gió sẽ ñạt hiệu quả cao Khi xem xét khả năng ñặc biệt của dòng không khí xoáy V Iaschevsky [11-12] ñã nghiên cứu dòng không khí xoáy trong các mô hình công trình Dòng không khí xoáy ñược tạo ra từ một thiết bị phân phối khí ñặt ở góc công trình và không khí ô nhiễm ñược ñưa qua một lỗ

ở ñỉnh công trình ra ngoài (Hình 2.2a)

Hình 2.2.a Hình 2.2.b

Hình 2.2 Sơ ñồ chuyển ñộng của dòng khí

a) Khi sử dụng hệ thống thông gió với

dòng không khí xoáy

b) Khi sử dụng hệ thống thông gió cổ

ñiển

Tác giả cho rằng, phương pháp này khác với các phương pháp cổ ñiển trước ñây là

“hệ số làm ñầy không gian” ñược thông gió, không có những vùng “chết” (không

ñược thông gió) tại trung tâm công trình

V Iaschevsky ñã nghiên cứu thông gió cho một xưởng hàn Tại xưởng này dây truyền công nghệ chiếm 45% diện tích mặt bằng của xưởng (Chiếm 30 % thể tích xưởng) Kết quả thu ñược cho thấy lưu lượng không khí cần ñể trao ñổi giảm ñi hai lần

so với khi sử dụng các hệ thống trước ñây Kết quả nghiên cứu này ñã ñược trình bày trong sách của Berounsky B.a kol [13] Một số tác giả khác [14] lại cho rằng khi dùng

phương pháp hút thông gió cho khoảng không gian trong một ñoạn ống cụt, trong ống cũng tạo ra dòng không khí xoáy chạy dọc theo trục ống cụt với mục ñích làm tăng vùng hút Kết quả thí nghiệm cho thấy chiều dài vùng hút ñã tăng lên 15 lần so với trường hợp thông thường, trong khi ñó lưu lượng không khí bổ sung ñể tạo ra dòng xoáy chỉ tăng thêm từ 3 – 15 % so với lưu lượng không khí cần thiết Kết quả ñạt ñược trong ñiều kiện thí nghiệm với các mô hình ống có kích thược theo tỷ lệ 1:30, 1:15 và 1:5 Những hạt bụi cực nhỏ sẽ tập trung xung quanh trục ống hút như trên hình 2.3

Hình 2.3 Phương pháp thông gió ống cụt

1 Ống cụt; 2 Ống hút; 3 ðầu ống hút; 4 Dòng không khí bị ô nhiễm; 5 Ống phụ trợ;

6 Lỗ thông bên sườn; 7 Không khí sạch

Qua các công trình trên cho thấy khả năng có thể tạo ra dòng khí xoáy trong ñó có tính ñến lưu lượng không khí cần thiết ban ñầu

Một nghiên cứu khác của Stepanov V.V [15], ñã ñề nghị sử dụng dòng không khí xoáy ñể thông gió cho các công trình mở Dòng không khí xoáy ñược tạo ra trực tiếp

từ hai quạt cố ñịnh ñặt song song và hướng thổi vào nhau Các nghiên cứu cơ bản ñầu tiên ñược áp dụng cho một mỏ lộ thiên nằm trong ống khí ñộng học Tác giả ñã tìm thấy mối liên hệ phụ thuộc lẫn nhau phản ánh sự thay ñổi các thông số trục của vùng khí cơ bản tự do lan truyền tạo ra dòng xoáy Tuy nhiên, phương pháp này khi ứng dụng cho mỏ lộ thiên ñã gặp phải khá nhiều khó khăn vì hiệu quả thông gió phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố

Sui Kh Và Ivanov I.u [16] ñã nghiên cứu hiệu ứng xoáy trên mô hình một buồng ñốt của lò hơi Các tác giả ñã sử dụng dòng không khí xoáy ñể tăng khả năng pha trộn không khí với nhiên liêu trong buồng ñốt Thực nghiệm cho thấy rằng, sự thay ñổi kích thước các vòi phun và vận tốc dòng hỗn hợp, không làm thay ñổi tính chất của dòng khí trong buồng ñốt, sự chuyển ñộng của dòng hỗn hợp ñầu vào theo quỹ ñạo có dạng hình elip Khi ñiều chỉnh dòng hỗn hợp sao cho chỉ ở mức 1/3 chiều cao khoang ñốt với vận tốc từ 17 – 25m/s thì dòng không khí xoáy chiếm lĩnh toàn bộ phần dưới buồng ñốt

Một nghiên cứu khác của các tác giả [17], [18], [19] ñược tiến hành nhằm mục ñích tìm cách cường hoá quá trình trao ñổi nhiệt và trao ñổi chất khi liên kết các thiết bị với ống xoắn ở ñầu vào Nghiên cứu này cho thấy việc tính toán kỹ thuật các thiết bị gặp

thông gió phần lớn sự chú ý tập trung vào các kết quả nghiên cứu về sự tạo ra cấu trúc dòng khí trong ống ngắn (công trình [18] và [19]) Các công trình này nghiên cứu sự ảnh hưởng của sức cản thuỷ lực lên cấu trúc của dòng khí và lực cản của không khí tại ñầu vào và ñầu ra, các lực cản này làm tổn thất nhiều năng lượng nhất Công trình [18] ñã nghiên cứu dòng không khí xoắn trong ống có chiều dài L(m), ñường kính D(m) với tỷ lệ

D

L

= 4 lần, bằng cách thổi trực tiếp dòng khí vào trong ống theo phương tiếp tuyến qua 6 miệng thổi có chiều cao bằng ñường kính Tác giả ñã thay ñổi tiết diện các miệng thổi F0 và tỷ số giữa tổng diện tích tiết diện các miệng thổi ∑F0 với diện tích tiết diện ống Fn, tỷ số này gọi là “dòng xoắn tiêu chuẩn” theo các tỷ lệ sau:

383 , 0

; 612

và 0,383 Nếu giảm giá trị của dòng xoắn tiêu chuẩn

sẽ làm tăng thêm vận tốc tiếp tuyến Tại khoảng cách tính từ trục ống ñến 0,2 R (R là bán kính của ống) vận tốc tiếp tuyến của dòng khí tuân thủ theo quy luật quay của vật cứng Vận tốc trục thay ñổi không ñáng kể theo chiều dài ống

Thông qua các thí nghiệm cho thấy, tại các công trình [19], [21], cấu trúc khí ñộng học của dòng không khí xoáy bị ảnh hưởng bởi các thông số thiết kế của ống xoắn như tỷ

tế ñược Tuy nhiên, qua ñó ta có thể hiểu thêm về dòng không khí xoáy và ảnh hưởng của nó ñến quá trình trao ñổi nhiệt và trao ñổi chất, ñồng thời hiểu thêm về các ñiều kiện tạo ra dòng không khí xoáy và tính chất ñặc trưng của nó xoay xung quanh trục Khi thông gió cho các cơ sở sản xuất, dòng không khí xoáy phải ñược tạo ra bên trong xí nghiệp Các tác gỉa ở trên ñã giới thiệu phương pháp thông gió bên trong cơ

sở tương tự như trong ống với việc ứng dụng dòng không khí xoáy và ñược thổi vào công trình theo phương tiếp tuyến Sự khác biệt cơ bản của chuyển ñộng dòng khí (xoay quanh trục ñứng) ở ñây là công trình có mái che (mái nhà), bên trên ñỉnh có lỗ

thoát không khí Kích thước của lỗ thông khí này sẽ ảnh hưởng tới cấu trúc của dòng khí bên trong công trình ðể tạo ra dòng không khí xoáy bên trong công trình, các nhà nghiên cứu ñã chế tạo một mô hình với mái di ñộng có kích thước là 1,2 x 1,2 x 0,8 (m) Ở trung tâm mái có một quạt hút không khí ra với d = 0,02 – 0,5 (m) Người ta thổi khí vào mô hình bằng 4 ñầu phun ñặt ở 4 góc, không khí ñược thổi vào dọc theo tường của mô hình với ∑F0 = 0,0016 – 0,0064 m2 Khi cho không khí chuyển ñộng xoáy trên bề mặt ñáy cố ñịnh của mô hình, ñối với các phần tử khí ở phía xa trục có gradient áp suất và lực ly tâm bằng nhau [22] ðối với các phần tử khí ở gần bề mặt ñáy, cũng có khoảng cách xa trục như vậy, vận tốc xoáy nhỏ hơn do sức cản của ma sát và lực ly tâm do vậy cũng giảm ñi, trong khi ñó gradient áp suất hướng vào phía trong và có giá trị không ñổi Kết quả là ở gần bề mặt ñáy xuất hiện dòng hướng tâm

do dòng không khí liên tục thổi vào từ bên ngoài (hình 2.4)

Hình 2.4 Chuyển ñộng xoáy của dòng không khí trên bề mặt ñáy

ñộng của vật cứng); ở vùng chuyển tiếp các phần tử khí chuyển ñộng theo những quỹ ñạo lò xo có hướng từ ngoài vào tâm mô hình

ðể làm rõ các ñiều kiện tạo ra dòng không khí xoáy các tác giả ñã nghiên cứu các ñặc trưng cơ bản, mà khi thay ñổi các ñặc trưng này sẽ làm ảnh hưởng ñến hiệu quả của việc thông gió bằng dòng không khí xoáy

Phân tích các công trình [11-21] cho phép tính toán ñược các thông số của dòng khí như sau:

- Lượng không khí trao ñổi: L0 = (10 – 30 m3/h)

Trong ñó: - ∑F0 là tổng diện tích của lỗ phun; m2

- Fn là diện tích của ống xoáy; m2

- hp.np là chiều cao ñặt lỗ phun; m

- H là chiều cao không gian ñược thông gió; m

Giá trị năng lượng ñộng học của vòi phun E0 trong trường hợp này là rất quan trọng,

nó có ảnh hưởng rất lớn ñến dòng xoáy Giá trị của E0 ñược tính toán như sau:

(2.1) Trong ñó: - α0 là hằng số ñộng học tại lỗ ra (trong tính toán α0 = 1)

- L 0 là lưu lượng khí cần dùng; m3/s

- ρ là khối lượng riêng của không khí (kg/m3)

- v 0 là vận tốc ñầu vào của dòng không khí; m/s

Giá trị E0 trên một ñơn vị thể tích thông gió ñối với ñiều kiện thí nghiệm ñược ghi trong bảng (E0 x 102/V)

ðể ñánh giá ảnh hưởng của các yếu tố vị trí, các yếu tố này xác ñịnh tính chất của dòng chảy xoắn, người ta sử dụng chiều cao tương ñối tính từ cơ cấu phân phối khí ñến sàn nhà

H

h p. np

Mối liên hệ này ñược thể hiện ở hình 2.5

Hình 2.5 ðồ thị ñặc trưng biểu diễn các ñiều kiện tạo ra dòng khí xoắn

Các nghiên cứu ñã cho phép xác ñịnh một ranh giới giữa hai lĩnh vực, ñó là kết hợp các yếu tố hình học và yếu tố ñộng hình học, các yếu tố tạo nên dòng không khí xoắn ðường cong ñược biểu diễn qua biểu thức:

- hp.np Chiều cao của vị trí miệng thổi m

- H Chiều cao của không gian thông gió m

Công thức trên cũng chính là biểu thức tính toán vùng xoáy Việc bố trí cơ cấu phân phối khí ở ñộ cao hp.np =

V

E0

= 0,0173 kg/s2.m Khi ñó vận tốc dòng khí v0 (m/s) ñược xác ñịnh bằng công thức:

v0 =

0

0 6 ,

ñỉnh mái nhà ðại lượng này ñược thể hiện bằng tỷ số rct/R và ñược tính bằng công thức sau:

2.3.2 Sự phân bố bụi, hơi khí ñộc trong dòng khí chuyển ñộng xoáy

Như ñã phân tích ở trên, trong các sơ ñồ thông gió xuyên phòng, không khí ngoài trời ñược cấp vào trong nhà nhằm thay thế cho không khí ñã bị ô nhiễm do bụi và hơi khí ñộc sau ñó thóat ra ngoài qua cửa thóat hoặc quạt hút Nồng ñộ bụi và hơi khí ñộc

sẽ tăng dần tính từ cửa cấp gió vào ñến nơi thải không khí ra ngoài Nghĩa là càng về cuối nồng ñộ bụi, hơi khí ñộc kể cả nhiệt ñộ ñều tăng lên ðây là vấn ñề rất quan trọng khi lựa chọn sơ ñồ thông gió

Lưu lượng không khí cần ñược thông gió ñược tính như sau: (tính cho trường hợp chỉ có nhiệt thừa)

t t k c

G L

lv

/

3 0

−

×

Trong ñó:

- Q là tổng nhiệt thừa trong xưởng; (Kw)

- C Nhiệt dung riêng của không khí; (KJ/kg.ñộ)

- t0 Nhiệt ñộ không khí cấp vào; (0C)

t t k

G L

o cf

G L

o cf

- kcf : nồng ñộ ñộc hại cho phép vùng làm việc; (mg/m3)

- k0 : nồng ñộ bụi, ñộc hại trong không khí thổi vào; (mg/m3)

Trong công thức (2.8) và (2.9) nếu tính cho thông gió xuyên phòng sẽ không phù

hợp vì lúc này tlv = tcf (klv = kcf) không thể ñại diện cho mọi nơi làm việc trong xưởng,

do vậy giá trị trên phải là giá trị trung bình Như vậy diện tích nền của xưởng sẽ có 2 khu vực: 1 khu vực có nhiệt ñộ, nồng ñội bụi, khí ñộc nhỏ hơn tiêu chuẩn cho phép và khu vực còn lại có nhiệt ñộ (nồng ñộ bụi, khí ñộc) lớn hơn tiêu chuẩn cho phép Hai vùng này ñược phân chia như sau:

Vùng biên có nhiệt ñộ, nồng ñộ bụi, hơi khí ñộc thấp hơn tiêu chuẩn cho phép

Vùng lõi có nồng ñộ bụi, khí ñộc và nhiệt ñộ cao hơn tiêu chuẩn cho phép

Hình 2.6 Sự phân bố nồng ñộ bụi, khí ñộc và nhiệt ñộ

Trên hình 2.6 biểu thị sự phân bố nồng ñộ bụi, khí ñộc và nhiệt ñộ trong xưởng khi

áp dụng sơ ñồ thông gió xoáy

Trong ñó: - o’k là trục biểu thị nồng ñộ bụi, khí ñộc, nhiệt ñộ;

- ox là trục biểu diễn ngang của sàn (tương tự cho oy)

- oz là trục biểu thị chiều cao của xưởng

Qua sơ ñồ trên cho thấy vùng 1 là vùng có nồng ñộ bụi, khí ñộc và nhiệt ñộ cao ñược giới hạn bởi 2 ñiểm x1, x2 còn vùng 2 là vùng có nồng ñộ bụi, khí ñộc và nhiệt ñộ thấp hơn tiêu chuẩn cho phép, chúng ñược giới hạn bởi (x3÷x1) và (x2÷x4) Ta cũng có thể tính ñược diện tích nền của 2 vùng 1 và 2 và gọi là F1, F2

F2 = π (ox1)2 = πR22 ; (m2) (2.10)

F1 = π (ox4)2 – F2 ; (m2) (2.11)

= π (ox3)2 – F2 = πR12 - F2 ; (m2) (2.12)

Trong ñó: R1 là bán kính nội tiếp nền nhà; (m)

Theo kinh nghiệm của nhiều tác giả thì:

Hiện tượng phân bố nồng ñộ bụi, khí ñộc và nhiệt ñộ không ñều này là bản chất của dòng không khí chuyển ñộng xoáy Từ nguyên lý này người ta có thể ứng dụng ñể tính toán thông gió khử bụi, nhiệt thừa cũng như khí ñộc cho các nhà công nghiệp

2.4 Nguyên tắc tiếp xúc giữa hạt bụi, khí ñộc và giọt chất lỏng

Trong thiết bị lọc ướt xử lý bụi và khí ñộc, quá trình tiếp xúc giữa dòng khí và các giọt chất lỏng là yếu tố rất quan trọng quyết ñịnh hiệu quả của quá trình lọc Các hạt bụi, khí ñộc ñược giữ lại trong chất lỏng do các nguyên tắc: va ñập, tiếp xúc và khuếch tán

Khi hai phần tử là hạt bụi, khí và giọt chất lỏng chuyển ñộng và tiếp xúc với nhau sẽ xảy ra quá trình va ñập giữa hai phần tử này Quá trình va ñập có thể xảy ra liên tiếp khi hạt bụi, khí này lại va ñập với các giọt chất lỏng bên cạnh Quá trình va ñập làm cho hạt bụi, khí giảm ñộng năng và chúng bị giữ lại hoặc thâm nhập vào giọt chất lỏng

Mặt khác, cũng trong quá trình tiếp xúc này, tuỳ thuộc vào hướng chuyển ñộng tương ñối của hạt bụi, khí trong thiết bị, do quán tính của hạt bụi thay ñổi khi tiếp xúc với giọt nước cũng làm cho hạt bụi bị giữ lại trong chất lỏng, còn các phân tử khí có thể hấp thụ vào chất lỏng

Một khả năng khác cũng có thể xảy ra, ñó là khi các hạt bụi, khí chuyển ñộng và tiếp xúc với giọt chất lỏng, do có tính kết dính nên các hạt bụi này cũng ñược giữ lại trong chất lỏng nhờ tính khuếch tán của chúng vào giọt chất lỏng ðối với chất khí ñộc, do tính chất của dung dịch hấp thụ chúng có thể bị hấp thụ vào trong giọt chất lỏng theo nguyên lý hấp thụ vật lý hoặc hóa học Việc tạo ra dòng xoáy nêu trên mạnh hay yếu, nhanh hay chậm sẽ phụ thuộc vào tốc ñộ của dòng khí ñi vào vào ñường kính của thiết bị Hay nói chính xác hơn là phụ thuộc vào trị số Raynol Re của dòng chất lỏng Trị số Re ñược tính như sau:

µ

Trong ñó: - ω là tốc ñộ chuyển ñộng của dòng chất lỏng, (m/s)

- dtñ là ñường kính tương ñương của thiết bị, (m)

- µ là hệ số nhớt ñộng lực học của dòng chất lỏng, m2/s

Trị số Raynol càng lớn nghĩa là dòng chuyển ñộng càng rối hay nói khác ñi chuyển ñộng xoáy của dòng càng tăng lên ðây là ñiều rất thuận lợi tạo nên diện tích và thời gian tiếp xúc tốt hơn cho dòng chất lỏng và chất khí Như vậy ta nhận thấy rằng tốc ñộ chuyển ñộng của dòng chất lỏng vào thiết bị là rất quan trọng vì nó quyết ñịnh chế ñộ chuyển ñộng của dòng

Sau khi tiếp xúc với dòng không khí chuyển ñộng xoáy theo lõi nêu trên, dòng khí chuyển ñộng ngược lên phía trên và lại tiếp xúc với một màn sương với các hạt sương

rất mịn, mật ñộ dày làm cho diện tích tiếp xúc tăng lên rất nhiều ðây chính là nguyên nhân làm cho hiệu suất của thiết bị tăng lên Theo kinh nghiệm của các tác giả nêu trên, các hạt sương này thường có kích thước trong khoảng 100 ÷300 µm ðây là những hạt sương có kích thước rất phù hợp ñể tạo nên hệ số hiệu quả η∋ cao nhất của

các hạt bụi và hạt sương khi va ñập quán tính với nhau

Trong thiết bị lọc ướt, với bụi có kích thước d > 0,1 µm, quá trình thu bụi của những giọt nước xảy ra chủ yếu dưới tác ñộng va ñập quán tính giữa hạt bụi và giọt nước Hệ số hiệu quả η∋ ở trên ñược tính như sau:

2

35 ,

n

b b

d

v Stk

18

2µ

δρ

=

- ρ là hệ số nhớt ñộng lực của khí; (Pa.s)

- vb là vận tốc chuyển ñộng của hạt bụi; (m/s)

- dn là ñường kính của giọt nước; (m) Ngoài ra, hệ số η∋ còn ñược thể hiện dưới dạng biểu ñồ phụ thuộc vào ñường kính

hạt nước dn và ñường kính hạt bụi δ

Việc tạo ra giọt nước có ñường kính nhỏ, ñồng ñều với kích thước trong khoảng

100 ÷ 300 µm sẽ tạo nên hệ số hiệu quả η∋ cao nhất ðường kính giọt nước dn có thể tính toán ñược khi biết các thông số cần thiết Có nhiều cách tính khác nhau, tuy nhiên cách tính ñược áp dụng rộng rãi nhất là công trình nghiên cứu của tác giả người Nhật Nukiyama Tanasawa, công thức tính như sau:

15 , 0 45 , 0 3

4 , 53 10

585

n n

n

L v

d

ρσ

µρ

σ

(2.16) Trong ñó: - Lk, Ln là lưu lượng khí và nước (m3/s)

- vk-n là vận tốc tương ñối giữa nước và khí (m/s)

- σ là sức căng bề mặt của nước (N/m)

- ρn khối lượng riêng của nước (Kg/m3)

- µn là hệ số nhớt ñộng lực của nước (Pa.s)

Trong ñiều kiện nước và không khí ở ñiều kiện bình thường, vận tốc nước phun thấp, công thức trên có thể viết ñơn giản như sau:

15 , 0 3

94 , 0 10

5

k n

L

L v

Nếu gọi α là tỉ lệ chiếm chỗ của các giọt nước trong thể tích thiết bị, và giả thiết rằng toàn bộ các giọt nước ñều có ñường kính trung bình là dn thì số lượng hạt nước chứa trong thiết bị sẽ là:

3 6

n

d

SV N

π

α

=

(2.18) Trong ñó: - α là tỷ lệ chiếm chỗ của các giọt lỏng trong thể tích thiết bị (%)

- S là diện tích tiềt diện ngang của thiết bị (m2)

- V là thể tích của thiết bị (m3)

- dn là ñường kính giọt nước (m)

Nếu biết ñược quãng ñường ñi của những giọt nước, ta cũng có thể tính ñược diện tích tiếp xúc giữa hạt bụi và giọt chất lỏng Và khi ñó hiệu suất của thiết bị ñược xác ñịnh theo công thức:

v L C

C C

n k n

b

n .

2

3 exp 1 1

2

Trong ñó:

- C1, C2 là nồng ñộ bụi ñầu vào và ra khỏi thiết bi; (kg/m3)

- vb = vk + vn là vận tốc tương ñối của hạt bụi ñối với giọt nước; (m/s)

- H là chiều cao làm việc của thiết bị; (m)

- Ln, Lk là lưu lượng khí thải và lưu lượng nước sử dụng cho thiết bị; (m3/s)

- dn là ñường kính giọt nước; (m)

- η∋ là hiệu suất thu bụi của giọt nước hình cầu; (%)

Qua phân tích ở trên cho thấy, hiệu suất của thiết bị phụ thuộc vào ñường kính giọt nước khá nhiều Nếu trong quá trình tiếp xúc, chúng ta tạo ra ñược kích thước của giọt nước càng bé và với mật ñộ cao thì hiệu suất xử lý sẽ cao

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 NGHIÊN CỨU HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ (Nội dung 1)

3.1.1 Mục tiêu của Nội dung 1

Trên cơ sở các kết quả ñã nghiên cứu của 01 ñề tài cấp thành phố, 02 ñề tài cấp Bộ, Luận án Tiến sỹ, 02 Luận văn Cao học và các công trình thực tế mà hai ñồng Chủ nhiệm dự án ñã thực hiện, ñể có thể hoàn thiện công nghệ, chỉnh sửa và bổ sung các vần ñề cần thiết trước khi sản xuất và áp dụng vào thực tế, mục tiêu của nội dung 1 là

“Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ ñã ñược nghiên cứu và ñề xuất trước ñây” ñể có

thể ñề xuất ra 02 mẫu thiết bị có lưu lượng: 1.300 – 1.500 m3/h và 3.500 – 4.000 m3/h

và triển khai thêm khỏang 4 – 5 cơ sở sản xuất với lưu lượng tùy thuộc vào từng cơ sở sản xuất

3.1.2 Phương pháp thực hiện

ðể thực hiện nội dung trên, phương pháp tiếp cận và giải quyết ở ñây ñược thực hiện như sau:

3.1.2.1 Nghiên cứu lý thuyết

Tổng quan các kết quả nghiên cứu của 02 ñề tài cấp Bộ, Luận án Tiến sỹ, 02 Luận văn Cao học và các công trình thực tế mà hai ñồng Chủ nhiệm dự án ñã thực hiện, các tài liệu, trang web khác…, nhằm tận dụng các thông số, kết quả ñã nghiên cứu như: ñường kính, chiều cao thiết bị; vận tốc của dòng khí khi ñi vào thiết bị; lưu lượng dung dịch hấp thụ sử dụng; chiều cao lớp nước dưới ñáy thiết bị…, ñể hoàn thiện và xây dựng mô hình nghiên cứu, khắc phục các khó khăn trong ño ñạc, lấy mẫu; quy hoạch thực nghiệm nhằm rút ngắn thời gian nghiên cứu và cho kết quả nghiên cứu có ñủ ñộ tin cậy

3.1.2.2 Nghiên cứu thực nghiệm

Nghiên cứu thực nghiệm ñược thực hiện như sau:

− Xây dựng mô hình thực nghiệm dạng pilot hoàn chỉnh từ bộ phận tạo mẫu, thiết bị

xử lý, quạt gió, bơm nước và các thiết bị phụ ñi kèm;

− Lấy mẫu bụi từ hai cơ sở sản xuất: (1 Cơ sở Vĩnh Hiệp - sản xuất nắp chuông, càng thắng, chân số xe máy; ñịa chỉ: 319/9 Trần Văn Kiểu huyện Bình Chánh TP HCM; phân tích mẫu bụi tại Phòng thí nghiệm Hoá Môi trường – Trung tâm dịch vụ dầu khí Thanh ða – ngày 15/05/2008) nhằm xác ñịnh thành phần và phân cấp của bụi; Các mẫu bụi ñược lấy từ các công ñoạn: Các công ñoạn hàn, mài, ñánh bóng bề mặt sản sinh ra rất nhiều bụi sắt, ôxít sắt Ngoài ra còn có bụi sơn, hơi dung dịch hấp thụ hữu cơ phát sinh từ công ñoạn hoàn thiện sản phẩm Kết quả phân tích cho thấy như

Thành phần của hạt bụi kim loại phát sinh từ các công ñoạn trên như sau:

− Dung trọng rời tự nhiên: ρb= 3,74g/cm3

− ðộ ẩm: w = 4,78 %

Bảng 3 1 Thành phần hạt bụi kim loại trước khi thí nghiệm

Phân cấp cỡ hạt theo % khối lượng Kích thước hạt bụi,µm

Vị trí lấy mẫu bụi

3.1.3 Xây dựng mô hình thí nghiệm

3.1.3.1 Cơ sở khoa học ñể xây dựng mô hình

Mô hình sẽ ñược xây dựng trên cơ sở:

− Công thức về ống xoáy, ñường ống;

− Các công thức thực nghiệm về thông gió xoáy;

− Lý thuyết của quá trình lọc bụi theo phương pháp ướt (tháp ñệm, tháp rửa khí rỗng, tháp hướng tâm);

− Kết quả nghiên cứu của TS NCVC Nguyễn Văn Quán; PGS.TS ðinh Xuân Thắng, ThS.Nguyễn Viết Xuyến và ThS.Trương ðặng Vĩnh Phúc;

3.1.3.2 Xây dựng mô hình

ðể xây dựng 3 mô hình thí nghiệm: tháp ñệm, tháp rửa khí rỗng và tháp lọc hướng tâm; tác giả xây dựng thiết bị lọc bụi hướng tâm tiêu chuẩn QT1 Kết quả nghiên cứu

từ ñề tài cấp Bộ Mã số: B 2004 – 24 04 Chủ nhiệm ñề tài TS ðinh Xuân Thắng Tên

ñề tài: “Nghiên cứu hoàn thiện và ñề xuất thiết bị lọc bụi ướt hướng tâm tiêu chuẩn” ñể xây dựng mô hình thí nghiệm; cụ thể ñược trình bày như sau:

a) Các thông số cơ bản:

* Cấu tạo thân thiết bị

Chọn thiết bị lọc bụi hướng tâm tiêu chuẩn QT1 (Kết quả nghiên cứu từ ñề tài cấp

Bộ Mã số: B 2004 – 24 04 Chủ nhiệm ñề tài TS ðinh Xuân Thắng) Thiết bị có các

thông số sau:

o Lưu lượng dòng khí: L = 1.300 -1.500 m3/h

o Vận tốc dòng khí qua tiết diện ngang: v = 1.84 - 2.12 m/s

o ðường kính của thiết bị: D = 500mm

o Vận tốc dòng khí vào thiết bị tại van bướm: = 26 - 32m/s

o ðộ mở van bướm: (AxB) = 50mmx135mm

o Kích thước của ống dẫn khí vào và ra khỏi thiết bị: l = 150mm, b= 100mm

o Công suất của quạt hút ly tâm: N = 3 HP

* Bộ phận tạo mẫu bụi

Bộ phận tạo mẫu bụi (thùng hòa trộn) có kích thước: L = 1,2m; W = 1m; H = 1 m

có hệ thống ñiều chỉnh, giữ ổn ñịnh và có thể thay ñổi nồng ñộ bụi trong quá trình thí nghiệm Bụi chứa trong phễu chứa và ñược cấp vào buồng hòa trộn nhờ cơ cấu trục vít, bánh vít Cơ cấu này ñược ñiều khiển tự ñộng bằng một mạch ñiện tử có thể cho phép khống chế và thay ñổi nồng ñộ bụi theo ý muốn khi thí nghiệm và giữ cho nồng

ñộ bụi ổn ñịnh khi thí nghiệm Bộ phận tạo mẫu ñược nối với thiết bị xử lý bằng ống nhựa PVC có D = 200 mm

* Các bộ phận phụ khác ñi kèm

Bao gồm thùng chứa nước, bơm nước, hệ thống ñiện, ñường ống dẫn và các vị trí lấy mẫu bụi trước và sau thiết bị xử lý

b) Mô hình và nguyên lý hoạt ñộng

Thiết bị lọc bụi hướng tâm:

Bụi từ thiết bị cấp hạt trục vít ñi vào buồng hoà trộn tạo thành dòng khí bụi ñi qua miệng hút vào thiết bị qua hai cửa có phương tiếp tuyến theo dạng tạo thành ngẫu lực ngược chiều nhau Sau ñó dòng khí bụi sẽ tiếp xúc với dung dịch hấp thụ (nước) ñược phun ñồng thời trên miệng hút của thiết bị Tại ñây dòng khí bụi và dòng chất lỏng cùng xáo trộn và chuyển ñộng xoáy Bụi sẽ ñược giữ lại trong chất lỏng (theo nguyên tắc va ñập, tiếp xúc, khuếch tán), dòng khí sạch sau xử lý sẽ qua lớp tách ẩm ra khỏi thiết bị ở phần trên qua ống ñẩy của quạt ly tâm vào khí quyển Chất lỏng sau khi tiếp xúc sẽ rơi xuống ñáy của thiết bị vào hệ thống thu gom và ñược tuần hoàn với chu kỳ ñược tính toán ñể ñảm bảo hiệu suất xử lý của thiết bị

Hình 3 1 Mô hình thực nghiệm xử lý bụi

3.1.3.3 Quy hoạch thực nghiệm

Trong quá trình thực nghiệm, ñể có thể xác ñịnh sự tương tác ñồng thời của các yếu

tố ảnh hưởng lên ñối tượng nghiên cứu và giảm bớt số lượng thí nghiệm, ta cần phải chủ ñộng tiến hành thực nghiệm theo một phương pháp ñã ñược chọn lựa trước, hay còn gọi là quy hoạch thực nghiệm Quy hoạch thực nghiệm ngày nay ñã ñược ứng dụng rất nhiều trong các công trình nghiên cứu khoa học, dựa vào ñó người ta có thể xác ñịnh những ñiều kiện ñể tiến hành tối ưu hóa các quá trình phức tạp hoặc lập các

mô hình toán học chọn các thành phần tối ưu cho quá trình nghiên cứu nhiều thành phần

Có thể nói ưu ñiểm rõ rệt của phương pháp quy hoạch thực nghiệm so với phương pháp thực nghiệm cổ ñiển (thực nghiệm một yếu tố) là:

− Giảm ñáng kể số lượng thí nghiệm cần thiết Giảm thời gian tiến hành thí nghiệm và chi phí phương tiện vật chất

− Hàm lượng thông tin nhiều hơn, rõ rệt hơn nhờ ñánh giá ñược vai trò của tác ñộng qua lại giữa các yếu tố và ảnh hưởng của nó ñến hàm mục tiêu Nhận ñược mô hình thống kê thực nghiệm, ñánh giá ñược sai số bức tranh thí nghiệm theo các tiêu chuẩn thống kê cho phép xét ảnh hưởng của các yếu tố với mức tin cậy cần thiết Cho phép xác ñịnh ñiều kiện tối ưu ña yếu tố của ñối tượng nghiên cứu một cách khá chính xác bằng các công cụ toán học, thay cho cách giải gần ñúng, tìm tối ưu cục bộ như ở các thực nghiệm thụ ñộng

Trình tự các bước ñể tiến hành quy hoạch thực nghiệm:

1 Xác ñịnh các thông số thực nghiệm

2 Lập kế hoạch thực nghiệm

3 Tiến hành thí nghiệm nhận thông tin

4 Xây dựng phương trình hồi quy, tối ưu hóa thực nghiệm (nếu cần)

a) Xác ñịnh các thông số thực nghiệm

Giai ñoạn này bao gồm việc phân loại và lựa chọn các yếu tố ảnh hưởng lên ñối tượng nghiên cứu, nhằm ñảm bảo các yếu tố ñược chọn vừa ñáp ứng ñược yêu cầu của phương pháp quy hoạch thực nghiệm vừa mang tính ñại diện nhất cho các ñiều kiện tối

ưu của ñối tượng nghiên cứu

Ở ñây các yếu tố chính ñược xác ñịnh có ảnh hưởng ñến hiệu quả xử lý của thiết bị là: vận tốc chuyển ñộng của dòng khí vào thiết bị, chiều cao lớp nước dưới ñáy của thiết bị, ñường kính và chiều cao của thiết bị, hệ số phun dung dịch hấp thụ, loại dung dịch hấp thụ, bản chất và nhiệt ñộ khí bụi Các kết quả nghiên cứu trước ñây của PGS.TS ðinh Xuân Thắng và ThS Nguyễn Viết Xuyến, ThS Trương ðặng Vĩnh Phúc ta ñã xác ñịnh ñược giá trị thích hợp cho một số yếu tố của tháp lọc hướng tâm như sau:

1 Vận tốc của dòng khí vào thiết bị: ω = 26÷32m/s

2 Chiều cao lớp nước dưới ñáy thiết bị: h1 = 80mm

4 Chiều cao thiết bị: H = 1.300mm ; H=(2,0÷2,5)D

5 Hệ số phun dung dịch hấp thụ: µ =0,5÷0,7lít/m3khí thải

6 Nhiệt ñộ khí thải: do bụi ñược hoà trộn bằng khí trời nên nhiệt ñộ dòng khí bằng với nhiệt ñộ không khí xung quanh thiết bị (nhiệt ñộ thường)

Trong thực nghiêm này chủ yếu là kiểm tra lại các thông số của thiết bị nêu trên trên cơ sở xác ñịnh hiệu suất của thiết bị; ñồng thời kiểm tra lại quy trình công nghệ trước ñây ñã ñể xuất ñể từ ñó hoàn thiện công nghệ và các thông số của thiết bị; xây dựng quy trình vận hành của thiết bị

Do ở ñây chất ô nhiểm là bụi nên dung dịch hấp thụ ñược sử dụng thường là nước

b) Kế hoạch thực nghiệm

Quá trình thực nghiệm sẽ ñược tiến hành như sau:

 Kiểm tra lưu lượng khí thải; áp suất của dòng khí; vận tốc dòng khí chuyển ñộng vào thiết bị, chiều cao lớp nước dưới ñáy thiết bị, hệ số phun dung dịch hấp thụ; thay ñổi nồng ñộ ñầu vào của dòng khí bụi; ño ñạc nồng ñộ bụi ñầu vào và ra khỏi thiết bị; Sau ñó tính hiệu suất xử lý của thiết bị

 Thí nghiệm ñược lặp lại 06 lần;

 Phương pháp phân tích và ño ñạc: TCVN 5977 : 2005