đồ án môn học xử lý khí thải

LỜI MỞ ĐẦUMôi trường không khí là một yếu tố ảnh hưởng đến sức khoẻ và năng suất làm việc của công nhân trong các nhà máy, phân xưởng.. Thanh Hoá nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa

LỜI MỞ ĐẦU

Môi trường không khí là một yếu tố ảnh hưởng đến sức khoẻ và năng suất làm việc của công nhân trong các nhà máy, phân xưởng Khi chất lượng môi trường không khí không đảm bảo thì hiệu quả cũng như chất lượng công việc của người công nhân không đạt yêu cầu Vì vậy mà ngày nay các chủ doanh nghiệp, cơ sở sản xuất đã hiểu biết và quan tâm đến rất nhiều về vấn đề này do nó liên quan đến tính hiệu quả hoạt động khinh doanh của họ Đặc biệt đối với những đơn vị sản xuất nghành cơ khí, trong quá trình sản xuất có phát sinh nhiều nhiệt, các loại khí độc hại, chất ô nhiễm thì đây cũng chính là vấn đề sống còn

Trước tình hình đó, vấn đề thông gió và xử lý khí độc hại đã trở thành mối quan tâm của nhiều quốc gia trên thế giới Vì vậy, môn học “Xử lý khí thải” được hình thành, với ý nghĩa là một công cụ khoa học, kỹ thuật và biện pháp xử lý một cách tốt nhất

Sau khi học môn học “ Xử lý khí thải”, để cho chúng em hiểu rõ hơn các vấn

đề thì các thầy cô giáo đã cho chúng em thực hiện đồ án môn học này

Được sự giúp đỡ, hướng dẫn tận tình của các thầy cô giáo cùng với sự nổ lực

cố gắng của bản thân, em đã hoàn thành xong đồ án môn học này Tuy nhiên, trong quá trình thực hiện đồ án với lượng kiến thức khá lớn và thực tế còn hạn chế chắc chắn không tránh khỏi những thiếu xót Vì vậy, em kính mong nhận được sự góp ý của các thầy cô để đồ án của em được hoàn thiện hơn

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn, đặc biệt

là cô giáo ThS Nguyễn Thị Lê và thầy giáo Th.S Nguyễn Đình Huấn đã nhiệt tình giúp đỡ em hoàn thành xong đồ án này

Sinh viên thực hiện

Lê Hoàng Sơn

SƠ LƯỢC VỀ ĐỊA ĐIỂM CÔNG TRÌNH

Đơn vị sản xuất trong phạm vi đồ án là phân xưởng gò hàn và đúc nằm trong khu công nghiệp Nghi Sơn tỉnh Thanh Hóa, bốn phía tiếp giáp với các bãi đất trống Tỉnh Thanh Hoá có diện tích tự nhiên 11.106,09 km2, nằm ở phía Bắc Trung Bộ Việt Nam, cách thủ đô Hà Nội 110 km về phía Nam, cách thành phố Hồ Chí Minh 1.560 km

Phía Bắc Thanh Hoá giáp với ba tỉnh Sơn La, Hoà Bình và Ninh Bình, phía Nam giáp tỉnh Nghệ An, phía Tây giáp tỉnh Hủa Phăn (nước Cộng hoà Dân chủ Nhân dân Lào); phía Đông là vịnh Bắc Bộ với chiều dài bờ biển 102 km

Thanh Hoá nằm ở vị trí cửa ngõ nối liền Bắc Bộ với Trung Bộ và Nam Bộ, một

vị trí rất thuận lợi Đường sắt và quốc lộ 1A, quốc lộ 10 chạy qua vùng đồng bằng

và ven biển, đường chiến lược 15A, đường Hồ Chí Minh xuyên suốt vùng trung du

và miền núi Thanh Hoá, tạo điều kiện thuận lợi cho Thanh Hoá trong việc giao lưu với các tỉnh, thành phố khác trong cả nước Đường 217 nối liền Thanh Hoá với tỉnh Hủa Phăn của nước Lào Hệ thống sông ngòi của Thanh Hoá phân bố khá đều với 4

hệ thống sông đổ ra biển với 5 cửa lạch chính Hiện nay, cảng biển Nghi Sơn cho phép tàu trọng tải trên 10 nghìn tấn ra vào dễ dàng (trong tương lai gần cho phép tàu 3 vạn tấn ra vào), là cửa ngõ của Thanh Hoá trong giao lưu quốc tế

Địa hình Thanh Hoá đa dạng, thấp dần từ Tây sang Đông, chia làm 3 vùng rõ rệt: vùng núi và trung du (chiếm diện tích trên 8.000 km2, gắn liền với hệ núi cao phía Tây Bắc và hệ núi Trường Sơn phía Nam), vùng đồng bằng (được bồi tụ bởi các hệ thống sông Mã, sông Chu, sông Yên, sông Hoạt,…) và vùng ven biển (từ Nga Sơn, Hậu Lộc, Hoằng Hoá, Sầm Sơn, Quảng Xương đến Tĩnh Gia, chạy dọc theo bờ biển

là các cửa sông Hoạt, sông Mã, sông Yên, sông Bạng)

Thanh Hoá nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa với 4 mùa rõ rệt Lượng mưa trung bình hàng năm là 1.600 - 1.800 giờ Nhiệt độ trung bình 230C – 240C, giảm dần khi lên vùng núi cao Mùa đông hướng gió chính là Tây Bắc và Đông Bắc, mùa hè gió Đông và Đông Nam

Những đặc điểm tự nhiên, khí hậu, thuỷ văn và quỹ đất hiện có là tiềm năng để Thanh Hoá phát triển, mở rộng kinh tế nông – lâm - ngư nghiệp với nhiều sản phẩm

có giá trị cao, đáp ứng nhu cầu tiêu dùng nội địa cũng như xuất khẩu và tạo nguồn nguyên liệu cho công nghiệp chế biến phát triển

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

Thiết kế hệ thống xử lý ô nhiễm không khí bên trong công trình

Chương 2: CHỌN THÔNG SỐ TÍNH TOÁN

2.1 Thông số tính toán ngoài nhà

- Nhiệt độ: tra nhiệt độ tối cao trung bình của tháng nóng nhất và nhiệt độ tối thấp trung bình của tháng lạnh nhất trong năm ở bảng N1-TCVN 4088:1985 và N2-

TCVN 4088:1985, ta có kết quả của địa phương Thanh Hóa như sau: th

N = 32,90C (chọn cho tháng 7 vào lúc 13h), tđ

N = 14,80C (chọn cho tháng 1 vào lúc 6h)

- Độ ẩm: tra bảng bảng A1-TCVN 4088-1985, ta có kết quả của địa phương

Thanh Hóa như sau: φh

-Bảng 1: Thông số tính toán ngoài

nhà-2.2 Thông số tính toán trong nhà

- Nhiệt độ tính toán trong công trình vào mùa hè (th

T) được lấy bằng nhiệt độ tính toán bên ngoài cộng thêm 2 ÷3 0C Còn nhiệt độ tính toán bên trong công trình về mùa đông (tđ

T) được lấy từ 20 ÷ 240C Vậy ta lấy nhiệt độ bên trong công trình như sau:

3.1.1 Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che

3.1.1.1 Hệ số truyền nhiệt qua kết cấu bao che (Bảng 2).

3.1.1.2 Diện tích kết cấu bao che (Bảng 3).

STT Tên kết cấu Cấu tạo Hệ số truyền nhiệt Kết quả

1 Tường chịu lực

N T

11

1K

αλ

11

1K

αλ

11

1K

αλ

2=0.22, λ

2=0.7Lớp vữa δ3=0.015, λ3=0.65

Kính δ1=0.005, λ1=0.65

Gỗ

δ1=0.03

λ1=0.15

DAI 1 DAI 2 DAI 3

N T

11

1K

αλ

-Bảng 2: Tính toán hệ số truyền nhiệt

K-Trong đó: αT- hệ số trao đổi nhiệt mặt bên trong của tường, αT= 7.5

STT Tên kết cấu Hướng Cấu tạo Diện tích (m2) Kết quả

3.1.1.3 Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che

a) Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che về mùa đông:

Trong đó: K: hằng số truyền nhiệt

F: Diện tích kết cấu (m2)

:

ψ Số hiệu chỉnh kể đến kết cấu bao che, ψ =1 Trong công thức tính toán này, đối với các tường ngoài ta cần phải bổ sung

thêm lượng nhiệt mất mát do sự trao đổi nhiệt bên ngoài tăng lên ở các hướng

khác nhau, nó làm tăng các trị số tổn thất nhiệt đã tính toán

Hình vẽ thể hiện các hướng tổn thất bổ sung:

Bảng 4 - Tính toán tổn thất nhiệt qua kết cấu

b Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che về mùa hè:

- Dựa vào kết quả tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che về mùa đông, ta tính toán tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che về mùa hè theo công thức hiệu chỉnh sau:

QKC(h)

TT = QKC(h)

TT đ tt

h tt

∆

∆

2,5

218,

Trong đó: 0,24 là tỉ nhiệt của không khí

Kg/h a)l(g

G =∑ × × là lượng không khí lọt vào nhà qua khe cửa

g: là lượng không khí lọt vào nhà qua 1m chiều dài khe hở cùng loại (kg/h)

a là hệ số phụ thuộc vào loại cửa

Đối với cửa 1 lớp khung kim loại thì: cửa sổ,cửa mái: a = 0,65;

cửa ra vào: a = 2

l: tổng chiều dài của khe cửa mà gió lọt qua (chỉ tính cho hướng đón gió)

Hình 3: Hướng tác dụng của gió về mùa Đông: Bắc

Gió Bắc100%

Mùa Hướng C ∆ttt

(oC) g (Kg/h) a l(m)

Kết quả(Kcal/h)Bắc

Bảng 5 - Tính toán tổn thất nhiệt do rò gió vào mùa Đông

Hình 3: Hướng tác dụng của gió về mùa Hè: Đông Nam

Kết quả(Kcal/h)

Bảng 7 – Tính toán lượng vật liệu

γ = 0,5 – hệ số kể đến khả năng nhận nhiệt của vật liệu.

C: tỉ nhiệt (nhiệt dung riêng của vật liệu cần làm nóng)

t(tC

G

Trong đó:

G: là lượng vật liệu lấy ra trong một giờ (Kg/h)

C: tỉ nhiệt(nhiệt dung riêng của vật liệu cần làm nguội) C = 0,48

tĐ, tC: nhiệt độ ban đầu và nhiệt độ cuối cùng của vật liệu khi đưa ra khỏi lò

β=0,5 cường độ toả nhiệt của vật liệu

Bảng 10 – Nhiệt độ tính toán của lò

Bảng 11 - Tính toán toả nhiệt do làm nguội vật liệu từ lò nung

3.2.2 Toả nhiệt do người

Công thức tính: QT(ng) =q×n (Kcal/h)

Trong đó: n - là số người, n = 50 người

q - lượng nhiệt hiện do một người toả vào không khí trong phòng trong 1 giờ

Với tính chất lao động trong phân xưởng gò hàn và đúc thuộc vào loại lao động nặng nên : về mùa đông (200C): q = 110 Kcal/h

14,4 860 12384

Bảng 12 - Tính toán toả nhiệt do thắp sáng

3.2.4 Toả nhiệt do đông cơ điện

Công thức tính:

(Kcal/h)N

860

Trong đó: η1 - là hệ số sử dụng công suất lắp đặt máy

η2 - hệ số tải trọng, tỉ số giữa công suất yêu cầu với công suất cực

đại

η3 - hệ số làm việc không đồng thời của động cơ điện.

η4 - hệ số kể đến cường độ nhận nhiệt của môi trường không khí

Lấy η1.η2.η3.η4= 0,25

860 - hệ số hoán đổi đơn vị từ KW sang Kcal

N∑ : tổng công suất của động cơ điện

Kí hiệu Tên thiết bị Công suất (KW) Số lượng Tổng công suất(KW)

3.2.5 Tỏa nhiệt qua lò

3.2.5.1 Tỏa nhiệt qua lò rèn 2 miệng cửa

Thành lòLớp cách nhiệt

−

=

4 4

3 4

25 , 0 3

100100

.)

T T

T T

t t

C t

t a

'''+ =

GangGạch chiu lửa

Qn(H) = 1,3.qαH.Fn = 1,3.1063.1,2 = 2211,04 (Kcal/h)

* Nhiệt truyền qua đáy lò:

Qđ(Đ) = 0,7.qαĐ.Fđ = 0,7.1072.1,6 = 1200,64 (Kcal/h)

Qđ(H) = 0,7.qαH.Fđ = 0,7.1063.1,6 = 1190,56 (Kcal/h)

* Nhiệt truyền qua cửa lò:

Hình 5: Cấu tạo cửa lò

- Kích thước cửa lò: a x b = 0,4m x 0,5m

- Cấu tạo : gồm lớp gang δ1 = 0,2m và lớp gạch chịu nhiệt δ2 = 0, 15m

- Tỏa nhiệt từ lò nung trong lúc mở cửa

Theo đồ thị 3.16 sách Kỹ thuật thông gió – GS Trần Ngọc Chấn – NXB Xây dựng –

Hà Nội 1998, ứng với nhiệt độ 1300°C ta có q = 28000 (kcal/m2h)

Các tỉ số :

1,135,0

4,0

5,0

=

=δ

10

=q K A B

-Tỏa nhiệt do bản thân cửa lò

Tính toán tương tự như tính cho thành lò, ta có được lượng nhiệt qua cánh cửa lò trong 1h vào mùa Đông là:

qĐ = 890 (kcal/h)

Khi mở cửa thì bản thân cánh cửa vẫn tiếp tục tỏa nhiệt nhưng ít hơn, thường lấy bằng ½ lúc đóng Cửa lò mở trong 10’/1h nên :

83,81560

5060

102

5060

102

=

Đ C

5,9462

=

H C

Bảng 17 - Tổng nhiệt tỏa của lò rèn 2 miệng cửa

Từ nhiệt tỏa tính toán cho lò rèn 2 miệng cửa, ta hiệu chỉnh cho các lò khác theo

T L

t t

t t V

V Q Q

t - nhiệt độ xung quanh lò cần tính và lò cần hiệu chỉnh (°C)

3.2.5.2 Tỏa nhiệt qua các lò khác

tT

(°C)

tT*(°C)

Bảng 18 - Tổng nhiệt tỏa của các lò còn lại

3.2.5.3.Tổng lượng nhiệt tỏa ra từ các lò trong phân xưởng:

97,67395

=

lò Đ

05,67241

=

lò H

3.2.6 Tổng lượng nhiệt tỏa ra trong 1h

3.3.Thu nhiệt do bức xạ mặt trời

3.3.1 Bức xạ mặt trời qua cửa kính:

Qbx(K) =τ1×τ2×τ3×τ4×qbx×F (Kcal/h)Trong đó:

9,0

1 =

τ : là hệ số kể đến độ trong suốt

8,0

2 =

τ : là hệ số kể đến độ bẩn của mặt kính75

,0

3 =

τ : là hệ số kể đến độ che khuất của cửa kính

95,0

4 =

τ : là hệ số kể đến độ che khuất của hệ thống che nắng

qbx: cường độ bức xạ mặt trời cho 1m2 mặt phẵng bị bức xạ tại

thời điểm tính toán

Bảng 20 - Tính toán bức xạ mặt trời qua cửa kính

τ

+

= ∆ t bx

Q∆ : bức xạ mặt trời truyền vaò nhà do chênh lệch nhiệt độ

τ A bx

Q : bức xạ mặt trời truyền vaò nhà do dao động nhiệt độ

t bx

Q∆ Aτ

bx

Q

a.Bức xạ mặt trời truyền vaò nhà do chênh lệch nhiệt độ tương đương:

Kcal/h

)tt(FK

t m m

t

∆

tb max td

tmax: là trị số trung bình của nhiệt độ ngoài tháng nóng nhất, tmaxtb = 26,50C

ttđ : nhiệt độ tương đương

ρ hệ số hấp thụ nhiệt bức xạ của bề mặt kết cấu bao che, phụ thộc vào tính

chất, màu sắc,của lớp vật liệu ngoài cùng (Tra bảng 2.17 sách TKTG)

Q = 6481 (W/m2) = 5574 (Kcal/h.m2)

25,23224

557424

Qq

ng bx tb

C)(

q

N

tb bx td

⇒ttb 5,23 26,5 1,73oC

Vì t t tb <t T nên không có bức xạ mặt trời truyền vào nhà do chênh lệch

nhiệt độ tương đương

b Bức xạ mặt trời truyền vào nhà do dao động nhiệt độ:

τ A bx

Q = αT.AτT.F (Kcal/h)

tông At At

At = +

N

q tđ

A At

α

ρ

=

tb bx bx

A = max +

tb N N

75,505.45,0

38,

Bảng 21 - Bức xạ mặt trời truyền vaò nhà do dao động nhiệt độ

Như vậy nhiệt do bức xạ mặt trời qua mái là:

Q QAr 132828,96(Kcal/h)

bx M

TÍNH TOÁN NHIỆT THỪA

Mùa ∑Qt/th(Kcal/h) ∑QT(Kcal/h) ∑Qbx(Kcal/h) ∑Qthua(Kcal/h)

Bảng 23 - Thống kê nhiệt thừa

V/ TÍNH TOÁN LƯỢNG GIÓ CẦN THIẾT THỔI VÀO CÔNG TRÌNH:

G = ( )

v r

th

t t Cx

- t , r t v: lượng nhiệt đi ra và đi vào công trình,

tR = tvlv + a x (h0 - hvlv) =34,9 + 1,2 x (9,5 – 2) = 43,9oC với a: hệ số kể đến sự tăng nhiệt độ theo một mét chiều cao của phân xưỡng Đối với phân xưởng nóng a = 1÷1,5 (Sách Kỹ thuật thông gió – GS Trần

Ngọc Chấn – NXB Xây Dựng) Chọn a = 1,2

h0: chiều cao tính từ nền nhà đến tâm thoát không khí ngoài nhà, h0 = 9,5 m

hlv: chiều cao vùng làm việc thường tiếp nhận, hlv = 2 m; tvlv = tT =34,9oC

Tuy nhiên lượng gió này có 30% là phần thông gió tự nhiên, nên lưu lượng thổi thực tế của quạt là:

%100

= 70%.107138,641,293 = 53750 (m3/h)

Với quy mô và đặc điểm của phân xưởng rèn dập như đồ án thì ta chọn thông gió và khử bụi cho xưởng bằng hệ thống riêng biệt, đó là thổi không khí ngoài vào để khử nhiệt thừa sinh ra bằng hệ thống thổi đi từ trên trần nhà

Với hệ thống thổi này yêu cầu phải cung cấp lượng gió đủ để khử hết nhiệt thừa sinh ra trong phòng, tương ứng với lưu lượng thổi là L = 86000 m3/h Thiết kế các miệng thổi sao cho vận tốc thổi v = 5÷12 m/s và mỗi miệng thổi có lưu lượng là

= 235,8 ≈ 36 miệng thổi

I.Chụp hút trên các lò: Các lò đều có miệng ở trên nên ta bố trí các chụp hút trên

Fn: diện tích tiết diện nguồn nhiệt, Fn =

4

2,1 2

π = 1,13(m2)

Fc: diện tích tiết diện miệng chụp, Fc =

4

)1.4,02,1.(

4

).4,02,1

= 2,01(m2)

Lđl: lưu lượng dòng đối lưu, m3/h

Lđl = 64.3 Q dl.Z.F n2 = 64.316165,5.1.1,132 = 1755,6(m3/h)

Z: khoảng cách đứng từ bề mặt nguồn nhiệt đến miệng chụp, Z = 1m

Qdl: nhiệt đối lưu bên trên nguồn nhiệt, W

Qdl = αdl.F n.(t n −t xq)= 14,82 1,13 (1000 – 34,9) = 16165,5 (W)

tn: nhiệt độ bề mặt nguồn nhiệt, tn = 1000oC

txq: nhiệt độ bề mặt không khí xung quanh, txq = 34,9oC

4.4,1757

4

Fn: diện tích tiết diện nguồn nhiệt, Fn =

4

2,1 2

π = 1,13(m2)

Fc: diện tích tiết diện miệng chụp, Fc =

4

)1.4,02,1.(

4

).4,02,1

Z: khoảng cách đứng từ bề mặt nguồn nhiệt đến miệng chụp, Z = 1m

Qdl: nhiệt đối lưu bên trên nguồn nhiệt, W

Qdl = αdl.F n.(t n −t xq)= 15,4 1,13 (1100 – 34,9) = 18441,6(W)

tn: nhiệt độ bề mặt nguồn nhiệt, tn = 1000oC

txq: nhiệt độ bề mặt không khí xung quanh, txq = 34,9oC

4

L

= 3,2(m/s)

Do lò chõ & lò đúc đồng đặt gần nhau nên 2 ống hút cục bộ ở 2 lò này được nhập chung thành 1 ống rồi đưa lên trời Khi đó để đảm bảo vận tốc V = 3,2(m/s) thì đường kính của ống sẽ là: D =

2,3 3600

4.2.2,1836

π = 0,63m = 630 mm

3.Chụp hút trên lò rèn 2 miệng cửa:

- Lưu lượng hút của chụp: L = Lđl +

Fn: diện tích tiết diện nguồn nhiệt, Fn = 0,8 2 = 1,6 (m2)

Fc: diện tích tiết diện miệng chụp, Fc = (0,8 + 0,4) (2 + 0,4)= 2,88(m2)

Lđl: lưu lượng dòng đối lưu, m3/h

Lđl = 64.3 Q dl.Z.F n2 = 64.3 38577,45.1,2.1,882 = 3294(m3/h)

Z: khoảng cách đứng từ bề mặt nguồn nhiệt đến miệng chụp, Z = 1,2 m

Qdl: nhiệt đối lưu bên trên nguồn nhiệt, W

Qdl = αdl.F n.(t n −t xq)= 16,22 1,88 (1300 – 34,9) = 38577,45 (W)

tn: nhiệt độ bề mặt nguồn nhiệt, tn = 1300oC

txq: nhiệt độ bề mặt không khí xung quanh, txq = 34,9oC

4.3294

4

= 4,6(m/s)

- Lưu lượng hút của chụp: L = Lđl +

Fn: diện tích tiết diện nguồn nhiệt, Fn = 0,8 1,6 = 1,28 (m2)

Fc: diện tích tiết diện miệng chụp, Fc = (0,8 + 0,4) (1,6 + 0,4)= 2,4(m2)

Lđl: lưu lượng dòng đối lưu, m3/h

Lđl = 64.3 Q dl.Z.F n2 = 64.314623,7.1.1,282 =1845(m3/h)

Z: khoảng cách đứng từ bề mặt nguồn nhiệt đến miệng chụp, Z = 1m

Qdl: nhiệt đối lưu bên trên nguồn nhiệt, W

Qdl = αdl.F n.(t n −t xq)= 14 1,28 (850 – 34,9) = 14623,7 (W)

tn: nhiệt độ bề mặt nguồn nhiệt, tn = 1000oC

txq: nhiệt độ bề mặt không khí xung quanh, txq = 34,9oC

4.1847

4

L

= 3,23(m/s)

Do 2 lò phản xạ đặt gần nhau nên 2 ống hút cục bộ ở 2 lò này được nhập chung thành 1 ống rồi đưa lên trời Khi đó để đảm bảo vận tốc V = 3,23(m/s) thì đường kính của ống sẽ là: D =

23,3 3600

4.2.1847

π = 0,63m = 630 mm

II.Xiclon Liot : Dùng để hút bụi ở các máy có sinh ra bụi như máy mài 2 đá, máy

sàn cát

Do có máy mài 2 đá (18), máy mài 2 đá (19) và máy sàn cát (20) đặt gần nhau nên

Đường kính trụd(mm)

Vận tốc(m/s) Tổn thất(kG/m2)

Cấu tạo của Xilon

1167

100 117

100 162

R 154

R 120