Xem mẫu
- 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 = 1,910-5 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)
3d 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)
D2 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) 8,85410-12 C/V/m
D2
Lực ma sát khi hạt di chuyển trong điện trường :
3m 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)
3m 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
nguon tai.lieu . vn