Đồ án môn học: Xử lý khí thải

PHẦN I: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG THÔNG GIÓ PHÂN XƯỞNGCƠ KHÍ CHƯƠNG I: CHỌN CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN 1.1.Địa điểm xây dựng công trình Phân xưởng cơ khí tại thị trấn Sa Pa.. Chọn thông số tính toá

LỜI MỞ ĐẦUMôi trường không khí là một yếu tố ảnh hưởng đến sức khoẻ và năng suất làm việccủa công nhân trong các nhà máy, phân xưởng Khi chất lượng môi trường không khíkhông đảm bảo thì hiệu quả cũng như chất lượng công việc của người công nhân khôngđạt yêu cầu Vì vậy mà ngày nay các chủ doanh nghiệp, cơ sở sản xuất đã hiểu biết vàquan tâm đến rất nhiều về vấn đề này do nó liên quan đến tính hiệu quả hoạt động khinhdoanh của họ Đặc biệt đối với những đơn vị sản xuất nghành cơ khí, trong quá trình sảnxuất 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 tâmcủa nhiều quốc gia trên thế giới Vì vậy, môn học “Xử lý khí thải” được hình thành, với ýnghĩa 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 thìcác 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 gắngcủa bản thân, em đã hoàn thành xong đồ án môn học này Tuy nhiên, trong quá trình thựchiện đồ án với lượng kiến thức khá lớn và thực tế còn hạn chế chắc chắn không tránhkhỏi những thiếu xót Vì vậy, em kính mong nhận được sự góp ý của các thầy cô để đồ áncủa em được hoàn thiện hơn

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn, đặc biệt là côgiáo Nguyễn Phước Quý An đã nhiệt tình giúp đỡ em hoàn thành xong đồ án này

PHẦN I: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG THÔNG GIÓ PHÂN XƯỞNG

CƠ KHÍ

CHƯƠNG I: CHỌN CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN

1.1.Địa điểm xây dựng công trình

Phân xưởng cơ khí tại thị trấn Sa Pa

1.2.Chọn các thông số tính toán

1.2.1 Chọn thông số tính toán ngoài công trình

a.Nhiệt độ của không khí: (Dựa vào bảng 2.3 và bảng 2.4/QCVN 02:2009/BXD)(trạm Tân Sơn Nhất)

-Mùa hè: tH 19.9oC

N = (tháng 7) -Mùa đông: (tháng 1)

b.Độ ẩm của không khí: (Dựa vào bảng 2.10/QCVN 02:09/BXD)

d.Hướng gió: (Dựa vào bảng 2.16/QCVN 02:09/BXD)

-Mùa hè công trình có gió Tây Bắc

-Mùa đông công trình có gió Đông Bắc

1.2.2 Chọn thông số tính toán trong công trình

-Nhiệt độ không khí bên trong công trình mùa hè thường lấy cao hơn nhiệt độ không khí bên ngoài công trình (1÷3 oC); chọn t = 3 oC

o

9.2239.19

Bảng1: Các thông số nhiệt độ, vận tốc gió và độ ẩm

t (oC)

Đ T

t (oC)

VĐ

(m/s) φĐ (%)

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN NHIỆT THỪA

2.1.Tính toán tổn thất nhiệt

2.1.1.Tính toán tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che

Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che được xác định theo công thức:

(Kcal/h)

tFK

∆ :Hiệu số nhiệt độ tính toán (oC)

2.1.1.1.Chọn kết cấu bao che

a.Tường ngoài: Tường chịu lực, gồm có ba lớp:

 Lớp 1: lớp vữa vôi trát mặt ngoài

Hình 2.1: Kết cấu tường ngoài

b.Cửa sổ và cửa mái: có kết cấu giống nhau, làm bằng kính khung thép.

24m

30m

Dải 1Dải 2Dải 3Dải 44444

2.1.1.2 Hệ số truyền nhiệt K

Hệ số truyền nhiệt qua kết cấu được tính theo công thức

N T

1 1

1 K

αλ

δ

α +∑ +

=

i i

Trong đó:

- K: Hệ số truyền nhiệt (Kcal/m2h0C)

- αT: Hệ số trao đổi nhiệt mặt bên trong công trình của tường; αT = 7,5kcal/m2.h.oC

- αN: Hệ số trao đổi nhiệt mặt bên ngoài của tường; αN = 20 kcal/m2.h.oC

- δi: Độ dày lớp kết cấu thứ I (mm)

- λi: Hệ số dẫn nhiệt của kết cấu thứ I (Kcal/mh0C)

(Mục 3.2.2 – Kĩ thuật thông gió – GS Trần Ngọc Chấn)

Bảng 2: Tính toán hệ số truyền nhiệt

(Kcal/m2h0C)

20

16.0

02.07.0

22.075.0

02.05.71

1

KT

++

++

005,05,71

1

KK

++

002.05.71

1

KCC

++

2.1.1.3 Tính diện tích kết cấu bao che

Bảng 3: Tính toán diện tích kết cấu của phân xưởng

B F= 3.5×1.3×9 40.95

02

03

Cửachính=dài×cao×s

2.1.1.4 Xác định hiệu số nhiệt độ tính toán

t :Nhiệt độ tính toán của không khí bên ngoài nhà (oC)

ψ :Hệ số kể đến vị trí của kết cấu bao che đối với không khí ngoài trời, ψ = 1, (Mục 3.2.1/tr 75.KTTG)

N

tt T

Đ 20 8.7 11.3

ttt = − = − =

∆-Đối với mùa Hè:

2.1.1.5 Tổn thất nhiệt bổ sung theo phương hướng

Đối với các tường ngoài ta cần phải bổ sung thêm lượng nhiệt mất mát do sự traođổi nhiệt bên ngoài tăng lên ở các hướng khác nhau, nó làm tăng các trị số tổn thất nhiệt

đã tính toán

Hình 2.2: nhiệt tổn thất bổ sung theo phương hướng

Bảng 4: Tính toán tổn thất nhiệt qua kết cấu về mùa hè

K

t/th = × × ∆

t F

K

t/th = × × ∆

2.1.2 Tính tổn thất nhiệt do gió rò vào

Đối với mùa Hè: Hướng gió chính ca mùa hè là hướng Tây Bắc Do đó tính tổn

thất nhiệt do rò gió cho mùa hè, cửa chịu tác động của gió là cửa ở tường hướng Tây vàBắc, ở vị trí này các cửa trên tường Tây và Bắc sẽ đón gió 65%

Đối với mùa Đông: Hướng gió chính của mùa hè là hướng Đông Bắc Do đó tính tổn

thất nhiệt do rò gió cho mùa đông, cửa chịu tác động của gió là cửa ở tường Đông vàBắc, ở vị trí này các cửa trên tường Đông và Bắc sẽ đón gió 65%

Tổn thất nhiệt do gió rò vào nhà được tính theo công thức sau:

Qgió = Ggió.0.24.( tt

T

t - tt N

Tra bảng với vgió(D) = 2.1 m/s =>g = 6.14kg/hm (cửa sổ và cửa chính)

a = 0.65 (cửa sổ, cửa mái)

a = 2.0 (cửa chính) (Bảng 2.4 – tr34- Thông gió - Nguyễn Đình Huấn)

QRGĐ = 0.24× (0.65×6.14×143+2×6.14×26) ×11.3 = 2413.66 (kcal/h)

2.1.3 Tổn thất nhiệt do nung nóng vật liệu đưa vào nhà

γ

)t(tC

G× × C − D

=

VL TT

Với: G: là lượng đồng đưa vào nhà trong một giờ

G = 500kg/h

tC : là nhiệt độ của đồng sau khi đưa vào phòng tC = tTtt

tD : là nhiệt độ của đồng trước khi đưa vào phòng tD= tNtt

γ = 0,7 – hệ số kể đến khả năng nhận nhiệt của vật liệu.

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

Đối với đồng ta có C = 0,38 KJ/Kg 0 C = 0,093 (kcal/kg 0 C)

2.2 Tính toán tỏa nhiệt

2.2.1 Tính toán tỏa nhiệt do người

Qngười = N × qh (Kcal/h)Trong đó

- N: Số người làm việc trong phân xưởng, N = 47 (người)

- qh: Lượng nhiệt hiện do một người tỏa ra trong một giờ, kcal/h.người

Với trạng thái lao động trung bình và nhiệt độ trong phòng là:

+ Mùa đông (20oC) thì qh = 90(kcal/h)

+ Mùa hè ( 22.90C) thì qh = 80 (kcal/h)

(Bảng 2.2 – Kỹ thuật thông gió – Nguyễn Đình Huấn)

Tỏa nhiệt do người trong mùa đông: Qngười = 47×90 = 4230 (Kcal/h)

Tỏa nhiệt do người về mùa hè: Qngười = 47 × 80 = 3760 (Kcal/h)

2.2.2.Tỏa nhiệt do thắp sáng

Tỏa nhiệt do thắp sáng được xác định theo công thức sau:

QTS = 860 × a × F (Kcal/h)Trong đó :

-860: Là đương lượng nhiệt của công suất điện 1 KW = 860 (kcal/h)

-F: Diện tích của phân xưởng, m2, F = 24×30 = 720(m2)

- Đối với nhà công nghiệp công suất phát nhiệt a = 18 ÷ 24 w/m2 sàn,( chọn a =

22 w/m2 sàn)

)/(4.13622720

221000

860

h kcal

2.2.3.Tỏa nhiệt từ động cơ điện

Qđc = 860×ϕ1 ×ϕ2 × ϕ3 ×ϕ4 ∑N (Kcal/h)Trong đó :

- ϕ1: Hệ số sử dụng công suất lắp đặt máy, ϕ1 = (0.75 ÷ 0.9) Chọn ϕ1 = 0.8

- 860 : Hệ số hoán đổi đơn vị từ Kw sang Kcal/h

- : Tổng công suất của động cơ điện (Kw)

Trong phân xưởng gồm có các động cơ với công suất như sau:

Bảng 7: Công suất động cơ điện

(kW)

Số lượng(cái)

Tổng côngsuất ΣN (kW)

2.2.4 Toả nhiệt do sản phẩm nóng để nguội

Sản phẩm sau khi được nấu chảy ở lò nấu Đồng, được rót vào lò đúc Đồng

Tại đây xảy ra quá trình làm nguội dần có thay đổi trạng thái

Nhiệt tỏa ra từ quá trình này được tính theo công thức :

Qsp

TN = Gsp× [Cl× (t1 – tnc) + inc + Cr.(tnc – t2)] (Kcal/h)

- Gsp = 500 (kg/h) là lượng vật liệu đưa vào gia công đối với lò

- Cl: tỉ nhiệt của vật liệu ở trạng thái lỏng, Cl = 0,118 ( kcal/kgoC)

- inc: nhiệt nóng chảy của vật liệu, i = 43 ( kcal/kg )

- Cr: tỉ nhiệt của vật liệu ở trạng thái rắn, Cr = 0,092(kcal/kgoC)

- tnc : nhiệt độ nóng chảy của Đồng , tnc = 1080oC

- t1, t2: nhiệt độ ban đầu và nhiệt độ cuối cùng của vật liệu khi đưa ra khỏi lò

t1 = tlò (oC)

t2 =tTtt , Mùa đông : t2=20oC ;Mùa hè : t2= 22.9oC

Bảng 8 : Tính toán toả nhiệt do quá trình làm nguội sản phẩm của lò đúc Đồng

Chiều cao (mm)

Số lượng(lò)

- Diện tích cửa lò: Fcửa = 0,5×0,5 = 0,25 (m2)

a.Tỏa nhiệt qua thành lò

QTL = q FT (kcal/h)

q :cường độ dòng nhiệt truyền qua 1 m2 thành lò (kcal/m2.h)

Cấu tạo của lò:

- Lớp1: Chịu lửa, δ 1 = 0,3m, λ1 = 1,2 kcal/m.h.0C

02,01,0

2,02,1

3,0

11

3

3 2

2 1 1

=+

+

=++

λ

δλ

δλ

4 5

6

273 100

273

t t

qd

C

-a: Hệ số kích thước đặc trưng phụ thuộc vào kích thước lò, a = 2,2 đối với bề mặt đứng

-Cqd: hệ số bức xạ qui diễn của vật trong phòng, C =4,2 (Kcal/m2.hoK)

100

273 9 22 100

273 70

× 9 , 22 70

2 , 4

=11,27(Kcal/m2.hoC)

→qα = 11,27 × (70 – 22,9) = 530,8(kcal/h)

8 , 530

539 8 , 530

% 100

qk α

=

2

8 , 530

4 5

6

273 100

273

t t

100

273 20 100

273 70

× 20 70

2 , 4

TL= qH x FTl = 534,9×11,75 = 6285.075 (kcal/h)

QĐ

TL= qĐ x FTl = 551,5 × 11,75 = 6480,125 (kcal/h)

b.Toả nhiệt qua nóc lò

Cấu tạo của nóc lò giống như các lớp của tường lò nên lượng nhiệt tỏa ra tính cho 1m2

nóc lò là giống như thành lò.Tuy nhiên nóc lò là bề mặt nóng nằm ngang có hướng tỏa nhiệt lên phía trên nên cường độ tảo nhiệt mạnh hơn tường đứng và xấp xỉ 1,3 lần

1,0

2,02,1

3,0

11

2

2 1

1

=+

=+

λ

δλ

δ

- *Trường hợp cửa đóng:

1,0

2,02,1

3,0

11

2

2 1 1

=+

=+λ

δλ

4 5

6

273 100

273

t t

100

273 9 22 100

273 70

× 9 , 22 70

2 , 4

=11,27 (Kcal/m2.hoC)

→qα = 11,27 × (70 – 22,9) = 530,8(kcal/h)

8 , 530

39 , 544 8 , 530

% 100

qk α

=

2

8 , 530 39 ,

544 +

= 537,6 (kcal/m2h)

* Mùa đông:

Giả sử :Chọn t5 = 70oC, t6 = 20oC

- Tính qk :lượng nhiệt đi qua 1m2 bề dày thành lò

4 5

6

273 100

273

t t

100

273 20 100

273 70 20 70

2 , 4

Qm = qbx FC

đóng

K.

60

10 2

=δ

q T

Với: C= 4.96 (kcal/m2.h.K4) hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối

273 1300

q T

273 1300

- Diện tích cửa lò: Fcửa = 0,5×0,5 = 0,25 (m2)

a.Tỏa nhiệt qua thành lò

QTL = q×FT (kcal/h)

FT: diện tích thành lò (m2), F = 11,75 (m2)`

q :cường độ dòng nhiệt truyền qua 1 m2 thành lò (kcal/m2.h)

Cấu tạo của lò:

02,01,0

2,02,1

3,0

11

3

3 2

2 1

1

=+

+

=++

λ

δλ

δλ

4 5

6

273 100

273

t t

100

273 9 22 100

273 70

× 9 , 22 70

2 , 4

=11,27 (Kcal/m2.hoC)

→qα = 11,27 × (70 – 22,9) = 530,817(kcal/h)

817 , 530

517 817 , 530

% 100

qk α

=

2

517 817 ,

4 5

6

273 100

273

t t

qd

C

-a: Hệ số kích thước đặc trưng phụ thuộc vào kích thước lò, a = 2,2 đối với bề mặt đứng-C : hệ số bức xạ qui diễn của vật trong phòng, C =4,2 (Kcal/m2.hoK)

273 20 100

273 68

× 20 68

2 , 4

=11,17(Kcal/m2.hoC)

→qα = 11,17× (68-20) = 536,16 (kcal/h)

⇒

16 , 536

88 , 517 16 ,

b.Toả nhiệt qua nóc lò

Cấu tạo của nóc lò giống như các lớp của tường lò nên lượng nhiệt tỏa ra tính cho 1m2

nóc lò là giống như thành lò.Tuy nhiên nóc lò là bề mặt nóng nằm ngang có hướng tỏa nhiệt lên phía trên nên cường độ tảo nhiệt mạnh hơn tường đứng và xấp xỉ 1,3 lần

3,0

11

2

2 1

1

=+

=+

λ

δλ

δ

*Trường hợp cửa đóng:

1,0

2,02,1

3,0

11

2

2 1 1

=+

=+λ

δλ

4 5

6

273 100

273

t t

100

273 9 22 100

273 70

× 9 , 22 70

2 , 4

=11,27 (Kcal/m2.hoC)

→qα = 11,27× (70 – 22,9) = 530,817(kcal/h)

⇒ × 100 %

817 , 530

17 , 522 817 , 530

% 100

qk α

=

2

17 , 522 817 ,

4 5

6

273 100

273

t t

100

273 20 100

273 68

× 20 68

2 , 4

=11,17 (Kcal/m2.hoC)

→qα = 11,17× (68-20) = 536,16 (kcal/h)

⇒

16 , 536

06 , 523 16 ,

10 2

=δ

=> K = 0 52

2

52 0 52

q T

273 1250

q T

273 1250

2.3 Tính thu nhiệt bức xạ mặt trời (Chỉ tính cho mùa hè)

2.3.1 Bức xạ mặt trời truyền vào nhà qua cửa kính

Kính là một kết cấu trong suốt nên hầu hết năng lượng tia nắng xuyên qua đượcvào phòng và nó được phản xạ nhiều lần qua các kết cấu trong phòng và bị hấp thụ gầnnhư hoàn toàn, làm tăng nhiệt độ phòng

Nhiệt bức xạ qua kính được tính theo công thức:

kính bx

Q = τ1×τ2×τ3×τ4×qbx×F (kcal/h)

Trong đó:

- τ1: Hệ số kể đến độ trong suốt kính, chọn τ1 = 0.9 (kính một lớp)

- τ2 : Hệ số kể đến độ bẩn của mặt kính, chọn τ2 = 0.8 (cửa kính 1 lớp đặt đứng)

- τ3: Hệ số kể tới mức độ che khuất kính, chọn τ3 = 0.75 (khung kim loại)

- τ4: Hệ số kể tới mức độ che nắng của hệ thống, chọn τ4 = 0.95 (kính nhám)

- qbx : Cường độ bức xạ của mặt trời lấy theo tài liệu khí hậu từng địa phương.(lấytheo trạm Hà Nội)( Bảng 2.20: QCVN 02/2009)

- F: Diện tích kính của cửa sổ và cửa mái

Bảng 14:Diện tích cửa sổ và cửa mái và bức xạ qua kính.

2.3.2 Bức xạ nhiệt qua mái

Qbxmái (kcal/h) = [Km× (ttgTB - tTTB) + αT×AτT] ×Fmái

t bx

Q∆

Trong đó:

- Km: hệ số truyền nhiệt của mái, kcal/m2h

Mái che: là mái tôn có lớp cách nhiệt với các thông số kĩ thuật là:-Lớp tôn: δ= 0.0008 m

04.050

0008.05

,

7

1

1m

++

t : nhiệt độ tổng hợp ngoài nhà trung bình

+αT: hệ số trao đổi nhiệt ,αT=7,5(kcal/m2.h.oC)

+AτT : biên độ dao động nhiệt độ mặt trong của kết cấu ngăn che

tb bx

∑ = 3452 (w/m2/ngày) cho trạm Sa Pa vào tháng 7

- αN : Hệ số trao đổi nhiệt đố lưu của mặt ngoài kết cấu với bức xạ mặt trời

bx q q

α

ρ.( max )

=

−20

)7,123085,305.(

65,0

max = ∑ tb =

bx bx

q

= 305.085(kcal /m2)

Tra bảng 2.18 (QCVN 02:2009/BXD cho trạm Sa Pa)

AtN: Biên độ dao động của nhiệt độ ngoài nhà

ψ - hệ số phụ thuộc vào độ lệch pha ∆Z = Z tmaxtd −Z tmaxn và tỉ số giữa biên độ của dao động

nhiệt độ tương đương và nhiệt độ bên ngoài

12

maxtd =

t

Z giờ, Z tmaxn =13giờ  ∆Z =13 - 12 =1

→Nội suy từ bảng 3.10 Sách Kĩ thuật thông gió ( GS trần Ngọc Chấn ) → Ψ=0.99

Hè 7807.3 89599.05 23811.9 105603.65

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN LƯU LƯỢNG THÔNG GIÓ

Lưu lượng thông gió chung được tính theo công thức:

Lchung= ( R V)γ

th

t t C

Q

− Trong đó:

C - tỷ nhiệt của không khí khô, C = 0,24 (kcal/kg.0C)

tR - nhiệt độ không khí hút ra, tR = tvlv + β.(H - 2)

tvlv- nhiệt độ không khí trong phòng tại vùng làm việc lấy bằng nhiệt độ tính toán trong phòng vào mùa hè, tvlv = = 22.9 0C

β - gradien nhiệt độ theo chiều cao, đối với xưởng nóng β = 1,0 ÷1,5

chọn β = 1,2 ( kỹ thuật thông gió - Trần Ngọc Chấn)

H- khoảng cách đứng từ mặt sàn đến tâm cửa không khí ra, H = 10 m

tR = tvlv + β× (H - 2) = 22.9 + 1,2× (10 - 2) = 32.50C

tv - nhiệt độ của không khí thổi vào phòng lấy bằng nhiệt độ ngoài nhà vào mùa hè

293,1.273273

Lchung = .(R V)γ

th

t t C

Lưu lượng mà quạt phải cấp cho hệ thống là: L=28980 ( m3/h)

Chọn miệng thổi không khí:

Do lò nấu và lò đúc đồng đặt cạnh nhau nên dùng một miệng thổi baturin với lưu lượng 4000 m3/h Số miệng thổi thường với lưu lượng mỗi miệng thổi là 1350 m3/h là:

Như vậy tổng số miệng thổi là 19 (miệng) Số quạt là 1 và 1 miệng thổi baturin 2 phía

CHƯƠNG 4: TÍNH THỦY LỰC, CHỌN QUẠT VÀ ĐỘNG CƠ CHO HỆ

THỐNG THỔI CƠ KHÍ, VÀ HÚT CỤC BỘ

4.1 Hệ thống thổi cơ khí

4.1.1 Tính thủy lực đường ống thổi.

4.1.1.1 Tính tổn thất áp suất cho hệ thống thổi

- Tổn thất áp suất do ma sát: (Tính cho ống tiết diện tròn, làm bằng tôn và ở 30 o C)

ΔPi

ms = Ri li η (kG/m2)

Trong đó :

+ Ri [kG/m2.m] : Tổn thất áp suất ma sát đơn vị của đoạn ống thứ i, được tra ở Phụ

lục 3 (Kĩ thuật thông gió – Trần Ngọc Chấn).

+ li [m]: Chiều dài của đoạn ống thứ i

+ η=0,98: hệ số hiệu chỉnh tổn thất áp lực ma sát theo nhiệt độ (Tra bảng 5-1 Kỹ

thuật thông gió – Trần Ngọc Chấn)

chuẩn, cốt miệng thổi cách nền sàn là 2,5m, cốt đường ống cách nền sàn là 5,0 m

-Ta có bảng tính thủy lực với hệ thống thổi của quạt:

V(m/s)

R(kG/m2.m)

Bảng 18: Thống kê các hệ số sức cản cục bộ trên tuyến chính

Bảng 19:Tính thủy lực các nhánh phụ trên tuyến ống chính 1a-2a-3a-4a-5

Đoạn

ống l (m)

L (m3/h)

D (mm)

V (m/s)

R

ΔPms

(kG/m2)R.l

ΔPcb

(kG/m2)

ΔPtp

(kG/m2)Pđ

ΔPđ.Σξ ΔPcb +

ΔPms1a_2

Bảng 20: Thống kê hệ số sức cản cục bộ trên đoạn 1a-2a-3a-4a-5 :