Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải: Chương 2 - Phạm Khắc Liệu

Chia sẻ: Hoathachthao | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:73

Thêm vào BST

Báo xấu

17
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải: Chương 2 cung cấp cho người học những kiến thức như: Xử lý bụi; Xử lý các chất ô nhiễm dạng khí. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải: Chương 2 - Phạm Khắc Liệu

Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ  Đại cương • Xử lý khí thải cơ bản chính là kỹ thuật tách • Nguyên tắc: tách các tác nhân ô nhiễm có thể là khí, sol khí hay bụi khỏi dòng khí mang thường là không khí • Cơ sở vật lý, hóa học khác nhau với tách bụi và tách các khí, hơi Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-1
Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ 2.1. Xử lý bụi 2.1.1. Đặc điểm khí động học của bụi  Động lực học của hạt  Phân bố cỡ hạt  Đường kính vật lý và đường kính khí động học Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-2
Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ (1). Động lực học của hạt  Một hạt trong không khí sẽ chịu tác động các lực: • Trọng lực (Gravity force) • Lực đẩy (Buoyant force) • Lực ma sát (Drag force) • Các lực khác: hấp dẫn, quán tính, từ, tĩnh điện,…  Vận tốc lắng của hạt ở điều kiện ổn định theo Stokes: g v r p d p (2 - 1) 2 18m v = vận tốc lắng, m/s m = độ nhớt không khí, N.s/m2 hay kg/m/s rp = khối lượng riêng của hạt, kg/m3 dp = đường kính hạt, m  Phương trình Stokes chỉ áp dụng tốt với các hạt có dp
Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ  Với các hạt rất nhỏ (
Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ (2-4) MW = khối lượng phân tử không khí = 29 g P = áp suất không khí, Pa (1 Pa = 1,01 105 atm) T = nhiệt độ, K R = 8314 N.m/kmol.K  Có thể tra cứu giá trị Cc đối với không khí ở 1 atm và 298 K ở bảng bên Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-5
Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ Ví dụ: Tính vận tốc lắng của các hạt sau đây trong không khí ở nhiệt độ 25°C. Độ nhớt không khí = 1,910-5 kg/m/s, hệ số hiệu chỉnh Cunningham như ở bảng tra. Giả thiết chuẩn số Reynolds đều < 2.0. (a). Hạt 80 mm, khối luợng riêng 1000 kg/m3 (b). Hạt 8 mm, khối luợng riêng 1000 kg/m3 (c). Hạt 0,8 mm, khối luợng riêng 1000 kg/m3 Giải  Với hạt 80 và 8 mm  Cc = 1  tính theo p.trình (2-1) 9,81 5 2 2 dp=80 mm v  5  10 3  (8  10 )  18, 4  10 m/ s 18 1,9 10 9,81 dp=8 mm v 5  10 3  (8  10 6 2 )  18, 4  10 4 m/ s 18 1,9 10  Với hạt 0,8 mm: công thức (2-2), Cc = 1,21 9,81 7 2 6 v 5  1, 21  10 3  (8  10 )  22, 2  10 m/ s 18 1,9 10 Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-6
Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ (2). Phân bố cỡ hạt  Các hạt trong khí thải có nhiều cỡ khác nhau, với thành phần số lượng/khối lượng khác nhau  Biểu diễn bằng dạng bảng hay đồ thị phân bố cỡ hạt Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-7
Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ Các kiểu đồ thị phân bố Hình 2.1- Đồ thị phân bố tần suất Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-8
Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ Hình 2.2- Đồ thị phân bố tích lũy Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-9
Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ (3). Đuờng kính khí động học  Đuờng kính vật lý (physical diameter): đường kính thực đo của hạt  Thực tế: hạt bụi có nhiều hình dạng khác nhau: quả cầu đặc, quả cầu rỗng, dẹt, sợi,… khó có đường kính thực cho hạt khác hình cầu  Đường kính Stokes (Stokes diameter, dp hay dps: đường kính của một hạt hình cầu có cùng khối lượng riêng và tốc độ lắng với hạt đang xét  Đuờng kính khí động học (aerodynamic diameter, dpa): đuờng kính của một hạt hình cầu có khối lượng riêng 1 g/cm3 và có cùng tốc độ lắng với hạt đang xét. Hạt có dp > 0,5 mm: d pa  d p ρ p (2 - 5) (SV tự chứng minh công thức này) Hạt có dp < 0,5 mm: Chú ý đơn vị trong công thức: dpa và dp (mm), rp d pa  d p Cc  ρ p (2 - 6) (g/cm3) Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-10
Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ dps= ? dps = ? Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-11
Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ 2.1.2. Các cơ chế tách bụi khỏi dòng khí thải  Va đập (Impaction)  Chặn (Interception)  Khuếch tán (Diffusion)  Hút tĩnh điện (Electrostatic attraction)  Trọng lực (Gravity)  Lực ly tâm (Centrifugal force)  Nhiệt di (Thermophoresis) Cơ chế hay các cơ chế tách chủ yếu tùy vào cỡ hạt, thiết bị và điều kiện áp dụng,… Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-12
Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ (1). Va đập  Do quán tính, hạt bụi có kích thước lớn (có động năng) sẽ chuyển động thẳng hướng về vật cản trên đường đi; khi dòng khí bị bẻ cong để qua vật cản thì hạt tiếp tục di chuyển và va đập vào vật chắn  Cơ chế này xảy ra trong xử lý bụi bằng lọc túi vải hay rửa khí (vật cản: sợi vải hay giọt nước) Hình 2.3- Cơ chế va đập Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-13
Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ  Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả va đập: • Kích thước hạt: hạt càng lớn càng dễ tách • Sự chênh lệch vận tốc giữa hạt và vật cản • Kích thước vật cản Cc d p2vr p KI  (2 - 7) 18mDo KI = thông số va đập Cc = hệ số Cunningham dp = đường kính Stokes của hạt, mm Do = đuờng kính vật cản, cm v = vận tốc tương đối hạt và vật cản, cm/s r = khối lượng riêng của hạt, g/cm3 m = độ nhớt khí thải, g/cm/s Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-14
Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ (2). Chặn  Các hạt 0,1 – 1,0 mm mang bởi dòng khí đến sát bề mặt vật cản (khoảng cách nhỏ hơn bán kính hạt), chạm vào vật cản  Do quán tính nhỏ nên các hạt này không tách khỏi dòng mà vẫn theo dòng khí tiếp cận bề mặt xung quanh vật cản  Cơ chế này xảy ra trong lọc túi vải và rửa khí  Thông số đặc trưng hiệu quả chặn: d R p (3 -15) df dp: đường kính hạt, df: đường kính sợi Hình 2.4- Cơ chế chặn Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-15
Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ (2). Khuếch tán  Cơ chế chủ yếu với các hạt < 0,3 mm, đặc biệt hạt 0,01 – 0,1 mm  Do chuyển động Brown, các hạt này sẽ thay đổi hướng ngẫu nhiên và sẽ bị giữ lại khi va đập vào vật cản  Cơ chế này xảy ra trong lọc túi vải.  Hệ số khuếch tán đặc trưng khả năng khuếch tán của hạt: Cc KT Dp  (2 - 8) 3d pa m K = hằng số Boltzmann = 1,38066 10-23 m2 kg s-2 K-1 Hình 2.5- Cơ chế khuếch tán Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-16
Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ (4). Lực hút tĩnh điện  Hạt tích điện đi vào một điện trường sẽ bị hút về cực trái dấu và giữ lại  Điện lượng q (C) mà một hạt tích được trong điện trường E (V/m): D = hằng số điện của hạt  3D  q e 0 Ed p (2 - 9) 2 dp = đường kính hạt (m)  D2 E = cường độ điện truờng (V/m)  Lực điện trường làm hạt tích điện di chuyển:  3D  e0 = hệ số điện thẩm Fe  q  E Fe   e 0 E d p 2 2 (2 - 10) 8,85410-12 C/V/m  D2  Lực ma sát khi hạt di chuyển trong điện trường : 3m d p w Fc  (2 - 11) w = tốc độ di chuyển của hạt về cực thu gom (m/s) Cc  Cân bằng 2 lực  tốc độ di chuyển hạt về cực thu gom: w qE hay  3 D  e E 2 dp Cc (2 - 12) w  0 Cc (2 - 13) 3m d p  D  2  3m Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-17
Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ (5). Trọng lực  Các hạt kích thước lớn di chuyển đủ chậm trong dòng khí và trọng lực đủ làm hạt lắng xuống  Đây là cơ chế chính trong buồng lắng bụi g vs  Cc r p d p 2 18m Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-18
Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ Hình 2.6 - Cơ chế tách tùy thuộc vào cỡ hạt và tốc độ dòng khí Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-19
Chương 2 - CƠ SỞ HÓA-LÝ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ 2.2. Xử lý các chất ô nhiễm dạng khí 2.2.1. Quá trình hấp thụ 2.2.2. Quá trình hấp phụ 2.2.3. Quá trình đốt 2.2.4. Quá trình oxy hóa xúc tác Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 2-20